Механизированная добыча

Курсовая работа

По дисциплине: «Технология основных производств»

На тему: «Технология добычи нефти»

 

Екатеринбург 2013

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Нефть и продукты ее естественного выхода на земную поверхность - асфальты и битумы - давно известны человечеству. Их использовали в Вавилоне и Византии как зажигательную смесь. В древнем Египте, Риме и междуречье Тигра и Евфрата их применяли как вяжущие гидроизоляционные материалы при строительстве дорог, акведуков и других сооружений. С конца 18 века продукт переработки нефти - керосин - стал использоваться для освещения жилищ и улиц, а с 19 века, с изобретением двигателя внутреннего сгорания нефтепродукты стали основным видом топлива для различных транспортных средств.

Нефтяная промышленность сегодня - это крупный народнохозяйственный комплекс, который живет и развивается по своим закономерностям [7].

Нефть сегодня для хозяйства страны - это:

сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей;

источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт);

сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста.

Нефть - наше национальное богатство, источник могущества страны, фундамент ее экономики. В статье экспорта в России нефть занимает первую строчку.

В отличие от других видов горючих ископаемых, нефть относительно легко добывается, транспортируется (по нефтепроводам) и довольно просто перерабатывается в широкую гамму продуктов различного назначения. Поэтому не удивительно, что в большинстве стран мира на нефть приходится более половины топливно-энергетического комплекса.

Экономика государств зависит от нефти больше, чем от любого другого продукта. Поэтому нефть с начала ее промышленной добычи и до настоящего времени является предметом острой конкурентной борьбы, причиной многих международных конфликтов и войн.

Целью данной работы является:

изучение основных стадий технологии добычи нефти;

рассмотрение основных методов добычи нефти.

 

ХАРАКТЕРИСТИКА И НАЗНАЧЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

 

Нефть и нефтепродукты обеспечивают около трети топливно-энергетических потребностей страны и являются одним из главных источников валютных поступлений. Поэтому состояние нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей в значительной мере определяет и состояние экономики России в целом.

Мировые разведанные запасы нефти сконцентрированы на Ближнем Востоке. Пять ближневосточных стран обладают почти 2/3 глобальных запасов: Саудовская Аравия (25%), Ирак (11%), ОАЭ (9%), Кувейт (9%) и Иран (9%). Вне Ближнего Востока самые большие запасы имеют Венесуэла и Россия. Венесуэла обладает приблизительно 7%, Россия - почти 5% глобальных запасов нефти. Россия производит 10% нефти, в то время как потребляет только 4.

В 1999 г. производство нефти в России составляло примерно 300 млн. т, в 2010 году в России было добыто 505 млн. тонн нефти. Прирост добычи нефти в основном был достигнут за счёт ввода крупных месторождений в Восточной Сибири, таких как Ванкорское, Талаканское, Верхнечонское. Также начата добыча на месторождении имени Корчагина на Каспии. Лидером по добыче "черного золота" остается "ЮКОС".

Крупнейшие российские нефтяные компании - ТНК, «ЛУКойл», ЮКОС, «Роснефть» и «Сургутнефтегаз» - располагают запасами нефти почти в 13 млрд. т. Более чем 100 компаний добывают нефть в России, но подавляющая часть добычи фактически находится в руках 10 вертикально интегрированных компаний, их объем производства составляет приблизительно 350 млн. т - 90% производства нефти в России. Две самые крупные компании - «ЛУКойл» и ЮКОС производят около 40% нефти. Сырая нефть и нефтепродукты составляют примерно 40% суммарного экспорта России, нефть - существенный источник доходов бюджета. Российская Федерация выступает как один из ведущих операторов в международном нефтяном бизнесе, являясь крупнейшим чистым экспортером нефти после Саудовской Аравии. Россия, Норвегия и Мексика - единственные страны, не входящие в ОПЕК, среди 10 крупнейших чистых экспортеров мира.

Но в настоящее время главный вопрос экспорта российских нефтепродуктов - их низкое качество. Страна все еще отстает в производстве дизельного топлива с низким содержанием серы, использование которого является обязательным в ЕС, начиная с 2005 г. Подавляющая часть российской нефти уходит за пределы постсоветского пространства [11].

 

ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НЕФТЕДОБЫЧИ

Методы нефтедобычи

 

Добыча нефти - это процесс вытеснения. Нефть не выталкивает сама себя из коллектора. Напротив, она должна вытесняться в скважину из пористого пласта каким-то замещающим агентом. Обычно в качестве такого агента используют газ или воду, зачастую один из них или оба имеются внутри или невдалеке от коллектора. Если их нет, при разработке месторождения закачивают газ или воду через нагнетательные скважины.

Три главных природных механизма нефтевытеснения включают режим растворенного газа, газонапорный и водонапорный режимы. Избранный тип движущей силы задает условия эксплуатации и в значительной степени определяет окончательную степень нефтеотдачи.

Когда обсадная колонна установлена, зацементирована, перфорирована и предприняты все необходимые меры по интенсификации притока, на скважине можно монтировать оборудование для добычи.

Существуют три, самых распространённых, способа добычи нефти:

▪ фонтанный - он же самый простой способ добычи;

▪ газлифтный - специфичный способ добычи;

▪ насосный - часто применяемый способ добычи.

Процесс добычи нефти можно условно разделить на 3 этапа:

- движение нефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разности давлений в пласте и на забоях скважин,

- движение нефти от забоев скважин до их устьев на поверхности - эксплуатация нефтяных скважин,

- сбор нефти и сопутствующих ей газов и воды на поверхности, их разделение, удаление минеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяного газа.

Перемещение жидкостей и газа в пластах к эксплуатационным скважинам называют процессом разработки нефтяного месторождения. Движение жидкостей и газа в нужном направлении происходит за счет определенной комбинации нефтяных, нагнетательных и контрольных скважин, а также их количества и порядка работы [6].

 

Механизированная добыча

 

Механизированная добыча (механизированный лифт) применяется в тех случаях, когда давление в нефтяном коллекторе снижается настолько, что уже не может обеспечивать экономически оптимальный отбор из скважины за счет природной энергии. Наиболее распространены следующие методы механизированной добычи:

• газлифт;

• плунжерный лифт;

• добыча штанговыми насосами;

• откачка пневматическими и гидравлическими насосами;

• откачка роторными насосами;

• откачка гидравлическими глубинными насосами;

• откачка электрическими погружными насосами.

 

Газлифт

 

В скважинах, где давление в коллекторе или давление растворенного газа слишком мало, чтобы создавать фонтанирование, поток жидкости может поддерживаться искусственным методом - газлифтом (рис. 2.3.1).

Существует множество вариаций газлифтной системы, но основной принцип заключается в том, чтобы брать газ из внешнего источника и закачивать его в добываемые жидкости, проходящие по насосно-компрессорной колонне. Это снижает вес столба жидкости и обеспечивает истечение нефти из скважины.

В ходе эксплуатации газ под давлением закачивается в пространство между обсадной и насосно-компрессорной колоннами и попадает в последнюю через открытый газлифтный клапан. Жидкость в насосно-компрессорной колонне выше клапана вытесняется и/или становится легче при смешивании с газом и может подниматься на поверхность вместе с расширяющимся газом.

Когда газ и жидкость достигают поверхности, газ отделяется от нефти. Здесь его вновь сжимают до высокого давления и еще раз закачивают в пространство между обсадной и насосно-компрессорной колоннами, чтобы повторить цикл снова.

Так как газ закачивается с более или менее постоянной скоростью, система классифицируется как непрерывный газлифт.

Тем не менее, рано или поздно давление в коллекторе понизится до такой степени, что даже с помощью вспомогательной закачки газа оно не будет поддерживать ток нефти.

На данном этапе можно применить одну из периодических систем газлифта. По этому методу жидкости дают время для накопления в насосно-компрессорной колонне.

Затем в скважину в заранее определенные промежутки времени закачивают газ, который порциями вытесняет жидкость на поверхность.

 

Рис. 2.1 - Газлифтная установка. Газ закачивается в скважину в пространство между обсадной и насосно-компрессорной колоннами, проникает в насосно-компрессорную колонну через рабочий газлифтный клапан, там смешивается с нефтью и поднимает ее на поверхности

 

Особым типом газлифта является система плунжерного подъема для скважин, производящих небольшие количества жидкости. Он применяется менее чем в одном проценте всех скважин с механизированной добычей. На нижнем конце насосно-компрессорной колонны устанавливают накопительную камеру. Когда накапливается достаточное количество жидкости, плунжер выталкивает ее на поверхность. Энергия для выталкивания плунжера на поверхность передается газом высокого давления. Когда плунжер достигает поверхности, газ высокого давления высвобождается и плунжер падает обратно на дно насосно-компрессорной колонны до своего следующего путешествия на поверхность.

Газлифт широко используют как механизированный способ эксплуатации при морском способе добычи. Предпочтительным методом газлифта в море является непрерывный газлифт, так как пропускная способность трубопроводов высокого и низкого давления обычно ограничена. На суше также имеется много установок для газлифта.

В начале XIX века водозаборные скважины зачастую эксплуатировали с помощью воздушного лифта. Для этого по линии тонких труб в скважину подавали сжатый воздух, чтобы поднимать воду на поверхность. Тот же принцип был позднее применен для нефти, но воздух в качестве закачиваемой среды заменили на природный газ, чтобы снизить опасность коррозии и пожара.

 

Рис. 2.2 - Цикл работы плунжерного подъемника: а- скважина закрыта с маленьким поверхностным давлением, плунжер держится в ловушке, перепускной клапан открыт; б- скважина закрыта, давление нарастает, плунжер выпущен с открытым клапаном, жидкость накапливается на дне насосно-компрессорной колонны; в - скважина закрыта, плунжер ударяется о дно, жидкость оказывается над плунжером; г - скважина открыта, плунжер с грузом жидкости поднимается под действием расширяющегося газа, перепускной клапан закрыт; д - скважина открыта, плунжер сталкивается с крышкой, ловушка срабатывает, перепускной клапан открывается

Далее скважина закрывается и цикл повторяется

 

Рис. 2.3 - Основные части плунжерного подъемника