Нефтяная и газовая промышленность

Размещено на http://www.allbest.ru/

НЕФТЯНАЯ И ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

СОДЕРЖАНИЕ

1 Краткий исторический обзор развития нефтеперерабатывающей промышленности СССР

2 Основные районы добычи и переработки нефти за рубежом и в СССР

3 Структура топливно-энергетического баланса за рубежом и в СССР

4 Краткие сведения о добыче нефти и газа, транспортировании их с промыслов на нефтеперерабатывающие заводы

4.1 Образование нефтяных месторождений

4.2 Бурение нефтяных скважин

4.3 Добыча нефти и газа

4.4 Транспортирование нефти и газа с промыслов на заводы

нефтяной газовый промышленность

1 КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

Нефть известна человеку с древнейших времен. Учеными установлено, что более 500 тыс. лет тому назад нефть уже была обнаружена на берегу Каспийского моря, а за 6 тыс. лет до нашей эры отмечался выход на поверхность земли нефтяного газа на Кавказе и в Средней Азии. Более 2 тыс. лет тому назад нефть стали применять в строительстве, военном деле и в медицине для лечения кожных заболеваний.

Промышленное значение нефть приобрела лишь в ХУШ в. В 1745 г. был построен первый нефтеперегонный завод в России на реке Ухте и затем в 1823 г. - второй на Северном Кавказе около г. Моздока. На этих весьма примитивных заводах из нефти отгоняли осветительный керосин, а легко испаряющийся головной продукт перегонки - бензин и тяжелый остаток - мазут сжигали в «мазутных» ямах, так как не находили им применения.

Первоначально нефть перегоняли в. кубах периодического действия, затем, начиная с середины 80-х годов XIX в - на кубовых батареях непрерывного действия. Создателями кубовых батарей для перегонки нефти и мазута были русские инженеры: А.Ф. Инчик, В.Г. Шухов и И.И. Елин.

В 1876 г. В.Г. Шухов изобрел форсунку, которая быстро вытеснила самые разнообразные устройства, применявшиеся для сжигания жидкого топлива. В результате этого балласт производства - мазут стал применяться в качестве топлива для паровых котлов. В том же году Д.И. Менделеев показал возможность получения из мазута минеральных смазочных масел перегонкой в вакууме или в токе водяного пара. Нефтяные масла стали вытеснять животные жиры и растительные смазочные масла из всех отраслей техники. Русские минеральные масла широко экспортировались за границу п расценивались как самые высококачественные.

В 1890 г. В.Г. Шухов и С.П. Гаврилов запатентовали трубчатую нефтеперегонную установку непрерывного действия - прообраз современных установок для перегонки нефти. Установка состояла из огневого змеевикового нагревателя, испарителя, ректификационной колонны и теплообменной аппаратуры. Вскоре установка получила распространение во всем мире.

Д.И. Менделеев, рассматривавший нефть как ценнейшее химическое сырье, призывал химиков всесторонне исследовать ее и разрабатывать новые пути ее химической переработки. При консультации Д.И. Менделеева этой проблемой занялся А.А. Летний. Он открыл процесс глубокой переработки нефти (процесс пиролиза нефтяного сырья для получения ароматических углеводородов) и осуществил его в промышленных масштабах. Перу А.А. Летнего принадлежит первый учебник по нефтяному делу (1875 г.).

Глубоко связаны с конкретными нуждами нефтеперерабатывающей промышленности научные исследования К.В. Харичкова и Л.Г. Гурвича. Разработанный К.В. Харичковым способ холодной фракционировки послужил основой современных промышленных методов депарафинизации нефтяных фракций с помощью избирательных растворителей и получения таким образом высококачественных масел и парафинов.

Ценнейший вклад в науку о нефти и методах ее переработки внес выдающийся химнк-нефтяник JI.Г. Гурвич. В своей книге «Научные основы переработки нефти», выдержавшей четыре издания, переведенной на многие иностранные языки, Л.Г. Гурвич критически сопоставил и обобщил литературные и экспериментальные данные по химии и переработке нефти. Оригинальными являются воззрения Л.Г. Гурвича о действии водяного пара и роли вакуума при перегонке мазута, о роли серной кислоты и щелочи при очистке нефтепродуктов. Он исследовал обесцвечивающую способность отбеливающих глин по отношению к нефтепродуктам, обнаружил при этом помимо адсорбционных свойств каталитическое (полимеризующее) действие естественных алюмосиликатов и разработал теоретические основы адсорбционной очистки масел. Л.Г. Гурвич установил закономерности, лежащие в основе современной хроматографии и каталитического крекинга на алюмосиликатных катализаторах.

Научные основы переработки нефти, разработанные русскими учеными в конце XIX и начале XX вв., сыграли решающую роль в становлении и развитии нефтеперерабатывающей промышленности России. В начале XX в. почти вся добыча нефти в России была сосредоточена в районе г. Баку, который вскоре стал крупнейшим нефтяным центром Европы. В 1913 г. в России было добыто почти 9 млн. т нефти, из них более 80% приходилось на район Баку, около 16% - Грозный и остальное - на Урало-Эмбенский район, Майкоп и Фергану. В этих же районах была сосредоточена в то время и переработка нефти.

Значительно ускорилось развитие нефтяной промышленности после Октябрьской революции. Нефтяная промышленность России в 1918 г. была объявлена собственностью Советского государства. К этому времени в районе Баку добывали лишь 28% от того количества нефти, которое добывалось в 1913 г., а в Грозном, на Кубани и в Фергане все промысловое хозяйство было полностью разрушено белогвардейцами. После национализации нефтяной промышленности нефтяники промыслов и заводов, передовые инженеры и ученые нашей страны во главе с И.М. Губкиным провели большую работу по ликвидации тяжелого наследия гражданской войны и выполнению государственного плана восстановления и технического перевооружения нефтяной промышленности.

В 1928 г. нефтяная промышленность СССР завершила свой восстановительный период. За годы первой пятилетки (1928-1932 гг.) была создана технически передовая социалистическая нефтеперерабатывающая промышленность, были введены в эксплуатацию высокопроизводительные трубчатые установки для прямой перегонки нефти, термического крекинга мазутов, заводы по производству авиационных и автотракторных масел. В это же время были открыты месторождения нефти в районе Верхних Чусовских Городков и в Ишимбае.

В третьей пятилетке (1938-1942 гг.) особое внимание было обращено на развитие и укрепление Восточных нефтяных районов СССР. За короткое время здесь выросли многочисленные промыслы, заводы и социалистические города нефтяников.

В годы Великой Отечественной войны многие нефтеперерабатывающие заводы были эвакуированы в Восточные районы СССР. После 1945 г. в короткие сроки были не только восстановлены эвакуированные и разрушенные нефтеперерабатывающие предприятия, но и введены в эксплуатацию крупнейшие новые заводы. Уже в 1949 г. был превзойден довоенный объем переработки нефти и производства основных нефтепродуктов.

Широкое внедрение карбюраторных, дизельных, газотурбинных, турбореактивных и турбовинтовых двигателей определило широкий размах в развитии нефтяной и газовой промышленности. Нефтеснабжение стало одной из важнейших мировых экономических и политических проблем.

Замечательной страницей в истории нефтеперерабатывающей промышленности послевоенного периода явилось создание и внедрение современной технологии комплексной переработки сернистых, высокосмолистых и парафинистых нефтей Восточных районов СССР с получением высококачественных моторных топлив, масел и сырья для нефтехимического синтеза. Было организовано и получило широкое развитие промышленное использование природных и попутных нефтяных газов для производства сельскохозяйственных удобрений, спиртов, полиэтилена, полипропилена, синтетического каучука, синтетических волокон, пластмасс и многих других ценных химических продуктов и материалов.

Использование углеводородного нефтехимического сырья позволило высвободить значительные количества пищевых продуктов - зерна, картофеля, сахарной свеклы, растительных масел и животных жиров, которые расходовались ранее для химической переработки. В металлургической промышленности применение природного газа привело к повышению производительности доменных и мартеновских печей и позволило сэкономить более 30% дорогостоящего кокса.

За последние 15-20 лет созданы крупные нефтеперерабатывающие и нефтехимические комбинаты в районах массового потребления нефтепродуктов и продуктов органического синтеза, освоены новые процессы по органическому синтезу и производству нефтехимического сырья высокой чистоты.

В текущем пятилетии (1971-1975 гг.) Директивами XXIV съезда КПСС предусмотрен дальнейший рост нефтяной, газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. В 1975 г. добыча нефти в СССР должна составить 480-500 млн. т, газа 300-320 млрд. м³. Объем переработки нефти должен увеличиться в 1,5 раза. Предусматривается повышение качества автомобильных бензинов, дизельных топлив и смазочных масел, существенное расширение производства ароматических углеводородов, малосернистого электродного кокса и нефтяного сырья для химической промышленности.

2 ОСНОВНЫЕ РАЙОНЫ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ ЗА РУБЕЖОМ И В СССР

Общие геологические запасы нефти на Земле, согласно прогнозам, составляют более 200 млрд. т, около 53 млрд. т считаются достоверными. Из них на Западное полушарие приходится 18,9%, на Ближний Восток - 60,9%. Открываемые запасы нефти значительно превосходят рост ее добычи. Так, известные в 1952 г. запасы нефти обеспечивали потребность мировой промышленности на 22 года, в 1966 г. - уже на 33 года.

Наиболее крупными районами добычи нефти являются Северная и Южная Америка, Ближний Восток, Советский Союз и Северная Африка. В 1969 г. во всем мире было добыто около 2 млрд. т нефти.

Основная часть этого количества приходится на США, СССР, Венесуэлу, Саудовскую Аравию, Иран, Кувейт и Ливию. Однако не во всех странах, добывающих нефть, в достаточной степени развита нефтеперерабатывающая промышленность. Переработка нефти сосредоточена в странах с высокоразвитой промышленностью - США, СССР, Японии, ФРГ, Франции, Италии, Англии и Канаде. В 1968 г. общая мощность нефтепереработки в странах Западной Европы составила 545 млн. та, тогда как в этом районе было добыто нефти всего около 20 млн. т. В странах Ближнего Востока добывается более 600 млн. т нефти, а перерабатывается лишь около 10%; остальная нефть идет на экспорт в страны Западной Европы, США и Япония.

По прогнозам, мощности по переработке нефти в Западной Европе достигнут в 1973 г. около 900 млн. т, в США 750 млн. т. Предполагается к 1973 г. мощности по переработке нефти Италии, Англии, ФРГ и Франции довести до 120-140 млн. т/год в каждой стране. В Японии в настоящее время перерабатывается более 170 млн. т нефти в год.

В Советском Союзе основными районами добычи нефти являются: Урало-Волжский, Западно-Сибирский, Северо-Кавказский, а также Азербайджанская, Украинская, Казахская, Туркменская, Узбекская и Белорусская советские социалистические республики.

Нефтеперерабатывающая промышленность сосредоточена в районах наибольшего потребления нефтепродуктов.

3 СТРУКТУРА ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА ЗА РУБЕЖОМ И В СССР

В настоящее время, когда атомная энергия только начинает применяться, а солнечная энергия еще не используется, основная доля в мировом топливно-энергетическом балансе приходится на уголь, нефть и природный газ. Причем уже в 30-х годах XX в. начался спад темпов развития добычи угля и уменьшение его значения в мировом производстве энергии, так как нефтяное топливо стало вытеснять уголь в ведущих отраслях промышленности и прежде всего на теплоэлектростанциях, в железнодорожном транспорте, морском флоте. Переход на нефтяное топливо дал возможность повысить грузоподъемность судов, увеличить радиус их действия и придал нефтяному топливу большое, политико-экономическое и военное значение.

К 1950 г. доля угля в мировом топливно-энергетическом балансе снизилась до 54,2%, к 1965 г. до 39%, а доля нефти увеличилась к 1965 г. до 34% и природного газа до 16-17% . Предполагается, что к 2000 г. доля угля в мировом топливно-энергетическом балансе понизится до 23,7% и нефти - до 26,3% вследствие расширения использования атомной энергии, доля которой составит 22,0%. Доля природного газа по-прежнему будет возрастать и к 2000 г. достигнет 23,0% (в пересчете на условное топливо, теплота сгорания которого принята в СССР 7000 ккал/кг). В топливно-энергетическом балансе СССР к 1965 г. доля угля составляла 44,0%, нефти 36,4% и природного газа 15,9%, к 1975 г. суммарная доля нефти и природного газа должна составить не менее 67%. Удельный вес угля в топливно-энергетическом балансе СССР будет продолжать снижаться.

В США суммарная доля нефти и газа среди других источников энергии составляла к 1965 г. 74,2% и в дальнейшем менялась незначительно, тогда как доля угля к 2000 г. будет, по-видимому, снижаться (с 24,5% в 1965 г. до 13,3% в 2000 г.) за счет повышения использования атомной энергии.

В Японии ожидается резкое снижение абсолютного и относительного потребления угля (28,5% в 1965 г., 4,0% в 2000 г.) при увеличении использования природного газа (1,3% в 1965 г., 13,3% в 2000 г.) и атомной энергии (до 50,0% в 2000 г.). Относительная доля нефти в. топливно-энергетическом балансе Японии снижается при возрастании ее абсолютного потребления.

Структура топливно-энергетических балансов стран Западной Европы в основном определяется уровнем и направлением развития их экономики. Для большинства этих стран характерно высокое развитие воздушного и автомобильного транспорта, увеличение тракторного парка, интенсивная дизелизация и электрификация железнодорожного транспорта, а также увеличение использования нефтяного топлива на теплоэлектростанциях. В топливно-энергетическом балансе Англии на долю нефти в 1965 г. приходилось 3,0%, в 1970 г. уже 43,0%, а доля угля снизилась соответственно с 65,0 до 52,0%. Во Франции использование нефти и газа к 1970 г. должно было повыситься до 50%, а угля - понизиться до 47%.

Таким образом, во всех странах мира наблюдается тенденция к понижению доли угля и повышению в ближайшие 10-20 лет доли нефти, природного газа и атомной энергии в топливно-энергетическом балансе. Однако в дальнейшем возможно понижение доли нефти в некоторых странах из-за быстрого роста использования атомной энергии.

4 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ДОБЫЧЕ НЕФТИ И ГАЗА, ТРАНСПОРТИРОВАНИИ ИХ С ПРОМЫСЛОВ НА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИЕ ЗАВОДЫ

4.1 Образование нефтяных месторождений

Вопрос о происхождении нефти, несмотря на многочисленные работы, проведенные в этой области выдающимися химиками и геологами, до сих пор окончательно не решен и является предметом научных споров. Различные теории и гипотезы о происхождении нефти можно разделить на две основные группы:

1) теории неорганического происхождения нефти;

2) теории органического происхождения.

Автор первой из них Д.И. Менделеев и многие другие ученые рассматривают образование нефти как результат геохимических реакций воды или двуокиси углерода с такими неорганическими веществами, как карбиды тяжелых металлов.

Согласно органической теории происхождения нефти, выдвинутой М.В. Ломоносовым и разработанной акад. И.М. Губкиным, нефть образовалась в недрах земли в результате превращения остатков растительных и животных организмов без доступа кислорода под воздействием высокой температуры, давления, бактерий и катализаторов (глин), а также определенных геологических условий.

Изучение нефтяных месторождений показало, что существенным условием их образования является наличие пластов определенного строения - пористых (пески, песчаники, галечники), трещиноватых или кавернозных (известняки, доломиты), в которых нефть под влиянием давления газа, гидростатического напора воды, силы тяжести, капиллярности и давления пород, а также других факторов может концентрироваться в больших количествах. Кроме того, нефтеносный пласт должен быть перекрыт такими породами (глина, глинистые сланцы, мергели), которые не допускают в дальнейшем утечки скопившихся нефти и газа.

Важным фактором, способствующим образованию промышленных скоплений нефти, является благоприятная геологическая структура нефтесодержащих пластов.

4.2 Бурение нефтяных скважин

Нефть извлекают из недр земли через скважины диаметром 0,15-0,25 м глубиной до 7000 м, пробуренные при помощи буровых станков. Существует два основных метода бурения скважин:

1) ударное;

2) вращательное.

При ударном бурении породу разрушают ударами специального долота, которое периодически поднимается и опускается с помощью механической лебедки.

При вращательном бурении породу высверливают вращающимся долотом (лопастным, шарошечным, армированными твердыми сплавами). На поверхность земли порода выносится непрерывно циркулирующим глинистым раствором. Последний при помощи насоса подается через бурильные трубы и отверстия в долоте к забою скважины, а оттуда выходит по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины. В настоящее время для бурения нефтяных скважин применяется только вращательный метод как наиболее эффективный и экономичный.

Вращательное бурение различают двух видов: роторное и с забойными двигателями. При роторном бурении долото вращается вместе со всей колонной бурильных труб, при бурении с забойными двигателями вращается только долото при помощи электромотора или специальной турбины (турбобур), расположенных в забое скважин над долотом и приводимых в действие электрическим током или глинистым раствором, закачиваемым насосами в колонну бурильных труб. Турбинное бурение было разработано в 1923 г. М.А. Капелюшниковым, турбина была усовершенствована П.П. Шумиловым и др. Турбинный способ бурения позволяет бурить глубокие и наклонные скважины и значительно уменьшить затраты энергии и металла по сравнению с роторным бурением.

Одним из важных достижений в области техники бурения является проводка наклонно-направленных скважин под строениями, реками, озерами, дном моря и т. д. Развитием метода направленного бурения служит так называемое кустовое бурение. Суть его заключается в проводке нескольких наклонных скважин, заложенных на близком расстоянии одна от другой (не более 8 м). Кустовое бурение широко применяется в Баку при ведении работ в море. В последнее время все большее развитие получает двуствольное бурение, т. е. бурение одновременно двух скважин с одной вышки.

4.3 Добыча нефти и газа

Эксплуатация нефтяных скважин осуществляется одним из трех основных способов:

1) фонтанным,

2) компрессорным (газлифтным),

3) глубиннонасосным.

Фонтанный способ применяется в начальный период эксплуатации. При этом жидкость из скважины выталкивается давлением газов. Во избежание открытого фонтанирования, приводящего к большим потерям нефти и газа и могущего вызвать пожар или разрушение скважины, устье ее предварительно оборудуют специальной стальной арматурой, способной выдерживать высокое (от 75 до 250 am) давление газов. Из скважины нефть поступает в трап (газоотделитель), где из нее выделяется газ, который по трубам подается на газоперерабатывающий завод. Здесь из газа извлекают газовый бензин, а отбензиненный газ направляют потребителям или разделяют на индивидуальные углеводороды, которые используются как сырье для химической промышленности.

С течением времени давление в пласте уменьшается и становится недостаточным для подъема нефти до устья скважины. Тогда прибегают к компрессорному (газлифтному) или глубиннонасосному способам эксплуатации. В последние годы благодаря выдающимся успехам советской науки разработаны и внедряются новые методы эксплуатации нефтяных залежей, при которых пластовое давление поддерживают в течение длительного времени и таким образом увеличивают срок фонтанной эксплуатации скважины. Из методов поддержания пластового давления на промыслах Советского Союза широко применяют законтурное и внутриконтурное заводнения и закачку газа в пласт.

Компрессорный способ добычи заключается в том, что в скважину опускают расположенные одна в другой две колонны труб. По кольцевому пространству между ними в пласт нагнетают сжатый газ или воздух, под давлением которого жидкость оттесняется до нижнего конца внутренних (подъемных) труб. Сжатый газ, поступая в подъемные трубы, аэрирует находящуюся там жидкость, создавая газонефтяной столб пониженной плотности, который под действием давления в пласте поднимается по внутренним трубам на поверхность.

Глубиннонасосный способ эксплуатации скважин был предложен инж. Иваницким в 1865 г. Нефть откачивают с помощью специальных плунжерных насосов, спускаемых в скважину на штангах. Верхний конец штанг присоединяют к балансиру станка-качалки. При помощи шатунно-кривошипного механизма штанги и вместе с ними плунжер приобретают возвратно-поступательное движение. При каждом ходе плунжера некоторое количество жидкости подается в насосные трубы. Уровень жидкости в трубах постепенно повышается и доходит до устья скважины. Станки-качалки приводятся в движение либо от индивидуального привода, либо от общего, группового. В последние годы внедряются так называемые бесштанговые насосы с двигателем, перенесенным к насосу (центробежные насосы с электроприводом), а также насосы других типов. В зависимости от условий эксплуатация скважин этим способом может следовать или непосредственно за фонтанным периодом или после компрессорной эксплуатации, когда применение последнего способа становится невыгодным.

При всех перечисленных способах эксплуатации скважин значительная часть нефти, содержащейся в пласте, остается не извлеченной вследствие противодействия внутренних сил нефтяного коллектора - сил сцепления, обусловливающих прилипание нефти к нефтеносной породе, а также под влиянием некоторых других факторов. Согласно данным геологов, максимальное количество нефти, которое может быть извлечено из нефтяного пласта обычными способами эксплуатации (без поддержания пластового давления), составляет от 30 до 50% от общих запасов нефти в пласте.

Для извлечения остаточной нефти существует несколько методов, известных под названием вторичных методов добычи, в основу которых положен принцип увеличения притока нефти к скважинам путем искусственно создаваемого давления на нефтяной пласт, например путем закачки в него углеводородных или инертных газов, воздуха, воды или водяного пара. Большой эффект увеличения добычи нефти дает также воздействие на призабойнуто зону скважины - гидравлический разрыв пласта, гидропескоструйная перфорация и др.

С 1930 г. началась разработка газовых месторождений. Однако наиболее бурное развитие в СССР газодобывающая промышленность получила в начале 60-х годов XX в. Эксплуатация газовых скважин аналогична фонтанному способу нефтедобычи. Газ из отдельных скважин после отделения влаги и твердых примесей направляется в промышленный газосборный коллектор и далее в газосборный пункт.

4.4 Транспортирование нефти и газа с промыслов на заводы

По выходе из скважин нефть по трубопроводу поступает в трапы, работающие под более низким давлением, чем-то, под которым она выходит из скважины. За счет перепада давления газ отделяется от нефти и по газопроводу направляется, в газосборники, откуда компрессорами перекачивается на газоперерабатывающие заводы. Нефть самотеком стекает в емкость, где отстаивается от воды и механических примесей. Отстоянная нефть поступает на обезвоживающие и обессоливающие установки и затем в промысловые резервуары. Здесь она дополнительно отстаивается от воды и посторонних примесей. Легкие нефти подвергают, кроме того, стабилизации (освобождению от растворенных в них газов). Обезвоженную и стабилизированную нефть перекачивают по магистральным трубопроводам либо доставляют речными или морскими нефтеналивными судами пли железнодорожным транспортом на нефтеперерабатывающие заводы.

Размещено на Allbest.ru