Как происходит добыча нефти. Добыча нефти (Extraction of oil) - это. Восточно-Сибирская нефтегазоносная провинция
Вечность пахнет нефтью.
Салют, ребята! Сегодня я вам расскажу о том, как в условиях Западной Сибири добывают нефть. То самое чёрное золото, вокруг которого кипят нешуточные страсти, на котором стоит экономика нашей страны, "гуляют" доллар и евро. Для того чтобы увидеть процесс дОбычи (как называют ее люди в "теме"), я отправился к Южно-Приобскому месторождению нефти и на его примере расскажу как это было. Поехали!
1. Показательный розлив нефти в бутылку.
Всё начинается с того, что компания, занимающаяся добычей нефти, использует специальную технику, прибегает к помощи геологов, чтобы открыть месторождение. Затем нужно понять, насколько много нефти скрывается в пластах земли, и вообще, экономически выгодно ли ее добывать? Проводятся исследования почвы, делается большое количество "поисковых" скважин, и, если месторождение найдено и оно принесет пользу, то уже начинается большая работа по освоению. Для этого создают "куст" - площадку, которая объединяет в себе множество пробуренных скважин. Забой скважины уходит в землю под наклоном и достигает пары километров, в настоящее время бурят под углом, а пробуренное дно может находиться на расстоянии километра от куста.
Приобское нефтяное месторождение расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Ханты-Мансийска. Оно было открыто еще в 1982 году, но освоение началось недавно, поскольку ранее это было не только экономически невыгодно, но и отсутствовали технологии, которые бы обеспечили эффективность месторождения. Геологические запасы недр оцениваются в 5 млрд тонн. Доказанные и извлекаемые запасы оцениваются в 2,4 млрд тонн. К примеру, на данном участке залежи нефти находятся на глубине 2,3—2,6 км.
2. Куст №933. Чтобы попасть сюда, пришлось заранее выдать все паспортные данные, получить пропуск, надеть спецодежду, без которой не пускают никуда, проехать через кордон охраны на территорию месторождения, а также дважды прослушать технику безопасности от нескольких руководителей. Всё крайне строго и лишнего шага в сторону не сделаешь.
3. Инструктаж для всех гостей от компании-подрядчика, занимающейся бурением скважин. К слову, компания "Газпромнефть-Хантос" сама не бурит, это делают подрядчики, выигрывающие тендер и работающие впоследствии на объекте.
4. Справа стоит буровая установка, на вершине которой подвешена лебедка с огромным крюком, которую двигает вверх-вниз электродвигатель. Эта конструкция называется "верхний привод".
Первым в прорытую скважину опускают долото - болванка с тремя шипастыми вращающимися головками, которое бурит землю. Это долото насажено на утяжелённые бурильные трубы, которые в свою очередь навёрнуты на обычные бурильные трубы. И эти собранные "свечки" свинчивают по 2-4 штуки вместе. Вся эта огромная конструкция, называемая бурильная колонна, прикручена на электродвигатель наверху, подвешенный на тот самый крюк сверху.
Совершая бурение скважины, "верхний привод" вращает всю эту конструкцию и опускается вниз, перенося вес колонны на долото. Вес буровой колонны, висящей на крюке сверху, уходит вниз в скважину и равен порядка 130 тонн. Спуск и подъем бурильной колонны происходит многократно, поэтому приходится заменять долото на новое. По трубам вниз закачивают буровой раствор под давлением ~100 атмосфер. Эта жидкость проходит внутри всей конструкции и выходит через долото, охлаждая его, а затем возвращается наверх через пространство между стенками колонны и стенками скважины, поднимая с собой на поверхность шлам - пробуренную породу. К слову, на этом месторождении применяется новая технология - горизонтального бурения, то есть долото идет не только вниз, но и вбок.
5. Так как бурение скважин в настоящее время может вестись не строго вертикально, а под любым заданным углом, то вот эти цифры как раз и означают направление долота.
6. Поднятый наверх раствор очищают, а шлам выбрасывают в специальную яму, которая после бурения рекультивируется. Затем на грунте сверху высаживается растительность.
7. "Свечки" в разобранном состоянии, но скоро придет и их очередь, чтобы уйти глубоко под землю.
8. Регулярно специалист берет пробу нефти, чтобы проверить ее состав. Внизу видны стеклянные бутылки, в которые она разливается.
9. Журналисты и блогеры как дети, рассматривают диковинную бутылку с тёплой жидкостью. Пахнет она серой и маслой, эдакая смесь с несильным, но запахом.
10. Полученная нефтесодержащая жидкость грязного землянистого цвета с пузырьками и содержит в себе песок.
11. fotomanya
довольна=)
12. Черное золото на вид как обычная грязная вода. Их этой жижи благодаря сложному технологическому процессу выделяют нефть, воду и попутный нефтяной газ.
13. Конструкция, называемая "фонтанной арматурой", под ней находится центробежный электронасос, опущенный на дно скважины, который и выкачивает жидкость на различные станции очистки, чтобы в дальнейшем получилась чистая нефть. Как вы видите, традиционных "станков-качалок" здесь нет, поскольку они малоэффективны и не выгодны, грубо говоря - это прошлый век.
14. После того как скважина готова, бурильную установку на рельсах перевозят дальше, чтобы начать процесс бурения новой скважины.
15. На переднем плане происходит плановый ремонт скважины. Причем, подобный ремонт обязателен для каждой из скважин через определенный срок времени.
16. Люди героической профессии, не иначе. В условиях холода чинят буровую и, судя по лицам, им это нравится!
18. Городок нефтяников находится на расстоянии от буровой, у них там своя маленькая жизнь. Здесь даже интернет 3g работал и можно было постить фотки!
19. Покидаем кустовую площадку № 933, приезжаем на производственные площадки с установками подготовки нефти и цехом по подготовке перекачки нефти. Площадка расположена в нескольких километрах от буровой, сюда нефть поступает по трубам.
19. Установка подготовки нефти предназначена для приема продукции нефтяных скважин, ее предварительного разделения на нефть, попутный нефтяной газ и пластовую воду и последующей подготовки нефти до товарного качества. Кроме того, на УПН происходит учет товарной нефти, учет и утилизация попутного газа, откачка товарной нефти в трубопровод.
20. Очень много труб, сложные конструкции, где нефть обрабатывается для ее дальнейшего использования.
21. В состав УПН входит большое количество элементов, например: сепараторы, насосные блоки, дренажные емкости, путевые подогреватели и другие устройства. крутейшая схема, как всё устроено. Лично я не понимаю всего, может кто-то из вас специалист)
22. Один из огромных резервуаров с водой, необходимый для очистки нефти.
23. Евгений показывает: - ТАМ НЕФТЬ! Да, в этих резервуарах хранится готовая к использованию нефть.
24. Южно-Приобский газоперерабатывающий завод (ГПЗ), на открытии которого (путём телемоста) год назад был Дмитрий Медведев.
25. Мощность переработки ГПЗ составит 900 млн кубометров попутного нефтяного газа в год. Коэффициент утилизации ПНГ - 96%, что соответствует современным мировым требованиям.
29. Огромный автоматизированный завод, который обслуживается небольшим количеством сотрудников.
27. Генеральный директор "Южно-Приобского ГПЗ" Копотилов Юрий Викторович.
29. По закону, нефтедобывающая компания имеет право на 5% сжигания растворенного в нефти попутного газа. Факел горит для аварийного сброса и сжигания газа в случае возникновения нештатных ситуаций.
30. Центр управления заводом. Завод максимально автоматизирован, для управления огромным производством на 20 ГА требуется всего пару десятков людей. Контроль ведётся круглосуточно 365 дней в году.
31. Много молодёжи, что радует, но помимо них также работают и опытные сотрудники.
32. После завода отправляемся в головной офис "Газпромнефть-Хантоса", расположенный в Ханты-Мансийске.
33. На экране монитора демонстрируют тот самый куст 3д-модели, который здесь, а также в Санкт-Петербурге разрабатывают специалисты.
34. Представитель Г-Н показывает, как уходит вниз скважина, как в одном моменте она идет строго горизонтально. Как пророешь, так нефть и пойдёт. Также на этих экранах можно увидеть состояние всех буровых, какая в какой момент качает нефть, где происходит ремонт и другие полезные вещи. Все подключено к компьютерам и, человек может не находиться в холодном поле у буровой, а сидеть с чаем в вагончике на любом расстоянии от скважины и в реальном времени управлять процессом бурения и добычи.
35. Здание построено несколько лет назад, выглядит обычно, как большинство современных офисных зданий.
36. Двор-колодец XXI века.
За приглашение на буровую спасибо компании
Запустить человека в космос гораздо проще, чем выкачать нефть из-под земли. В космосе нет чудовищного давления, атмосфера нашей планеты практически однородна, наконец, мы при помощи довольно примитивных инструментов можем наблюдать, что же происходит там, наверху.
В прошлом добыча нефти была делом нехитрым: кое-где нефть выходила прямо на поверхность, и её можно было прямо черпать вёдрами. В древней Индии из нефти делали асфальт и битум, в древнем Египте нефть использовали для бальзамирования трупов, в Византии нефть, как мы знаем из отечественной истории, использовали в качестве топлива для примитивных корабельных огнемётов, так называемого «греческого огня».
В конце XIX века за нефтью пришлось уже спускаться под землю. Инженеры в России и в других странах бурили скважины, выкачивая через них драгоценную жидкость. Глубина тех скважин была по современным меркам совсем небольшой - достаточно было «проколоть» в нужном месте слой в 15-20 метров, и находящийся под землёй нефтяной пузырь начинал немедленно фонтанировать нефтью.
Шли годы и десятилетия. Расположенная в удобных местах нефть закончилась, а наша цивилизация тем временем вступила в углеводородную фазу, поставив всю экономику в зависимость от добычи нефти и газа. Когда вам будут с придыханием рассказывать про айфоны и солнечные батареи, подпирайте голову кулаком и скептически улыбайтесь: современный мир держится не на айфонах, а на углеводородах. Из нефти делают топливо для автомобилей, самолётов и кораблей, при помощи газа и мазута топят котельные. Всё вокруг нас буквально кишит предметами из пластика, а если мы откроем аптечку, мы найдём там, к примеру, синтезируемый из нефти аспирин.
Пятьдесят лет назад у человечества не осталось иного выбора, кроме как научиться добывать нефть из таких мест, которые ещё относительно недавно казались абсолютно недоступными для коммерческого освоения. Приятно сознавать, что огромный вклад в разработку нужных для этого «космических технологий» внесла и Россия.
На днях мы с solomatin и aquatek_filips навестили действующее Южно-Приобское месторождение «Газпромнефть-Хантоса», дочернего общества «Газпром нефти» в ХМАО-Югре, чтобы лично прикоснуться к этому инженерному чуду современности.
Начну с приятного известия: нефти под землёй много. Если вам приходилось когда-либо наслаждаться хорошим слоёным пирогом, вы без труда представите и внутренности нашей планеты: они тоже состоят из многочисленных пластов разных пород. Один из нефтеносных слоёв этого подземного «пирога», Баженовская свита, расположен под западной Сибирью. Баженовская свита занимает площадь в миллион квадратных километров и содержит достаточно нефти, чтобы обеспечить мировое потребление на протяжении 15-30 лет.
Теперь известие не такое приятное. Технологии человечества пока что ещё недостаточно продвинуты для полноценного, экономически эффективного освоения Баженовской свиты. В прошлом году «Газпром нефть» открыла в Ханты-Мансийске технологический центр «Бажен», однако способы коммерческой добычи нефти из группы этих пород пока что только разрабатываются. Хоть первые тестовые скважины уже и работают, но учёным «Газпром нефти» потребуется ещё несколько лет, чтобы довести добычу до коммерчески прибыльного уровня в 2,5-4 млн тонн в год. Если не заглядывать слишком далеко в будущее, в ближайшие десятилетия есть обоснованная надежда вытащить из Баженовской свиты около 5% содержащихся там углеводородов.
Чтобы было понятно, в чём конкретно заключаются сложности, расскажу о работе «Газпромнефть-Хантоса», которое добывает сейчас около 15 млн тонн нефтяного эквивалента в год. Представьте пропитанные нефтью кирпичи, спрятанные на глубине в 3 километра под землёй. Эти кирпичи спрессованы в тонкий, высотой в 15-20 метров слой: под ними и над ними, как в слоёном пироге, находятся другие породы.
Чтобы добраться до этих «кирпичей», нефтяники организуют буровую площадку. Геологи указывают нужную точку в окрестностях Ханты-Мансийска, на этой точке отсыпают из песка большую, изолированную от воды площадку размером с пару футбольных полей. Вокруг площадки возводят песчаный вал, чтобы в случае аварии нефть не могла никуда утечь, а на самой площадке собирают монструозную буровую установку: громыхающее многоэтажное здание, ездящее на рельсах от скважины к скважине.
Начинается бурение. По мере продвижения вниз, ствол скважины укрепляется трубами, чтобы скважина не схлопнулась, и чтобы бур ходил по стволу подобно шомполу в гладкоствольном ружье. Пространство между трубами и горной породой «тампонируется», то есть заливается цементом.
Сам бур представляет собой обычно внушительного вида болванку из особо прочного материала. Бурильщики подают в шахту воду, вода крутит бур и уходит по стенкам шахты обратно. Крутящийся бур углубляет скважину в том направлении, которое указывают ему сверху.
Представьте, что вы играете в бильярд, стреляя по металлическим шарам из водяного пистолета, и пытаясь тем самым загнать их в лузы. Теперь представьте, что вы не только не видите шара, но и находитесь от него на расстоянии в несколько километров. Вот примерно такие задачи решают сейчас отечественные бурильщики.
Бурение одной скважины занимает несколько недель. Помните, несколько абзацев назад, я упоминал, что буровая установка стоит на рельсах? Так вот, после окончания работы над очередной скважиной, буровая установка сдвигается на несколько метров и начинает бурить следующую, потом ещё одну, и так, покуда не образуется целый «куст» из 12-18 скважин.
Первый километр эти скважины идут более-менее вертикально, однако потом они плавно сворачивают в разные стороны, переходя практически в горизонтальную плоскость, и образуя тем самым настоящий подземный куст. Благодаря такой компоновке каждый куст собирает нефть с подземной площади радиусом до 4 км.
Высокие технологии требуют, разумеется, соответствующего порядка. Объекты содержатся в идеальной чистоте, всё аккуратно подписано и ошильдено, все, включая начальство, ходят в касках и в защитных очках. Зарплаты у рядовых бурильщиков соответствующие - примерно двести тысяч рублей за месячную смену, которая перемежается месячным отдыхом.
В таком режиме работы есть плюсы: на объекте кормят с ресторанным качеством и, вообще, снабжают всем необходимым, так что вахтовик может привезти домой почти всю зарплату, чтобы с радостью спустить её за месяц отдыха перед следующей вахтой. Во время вахты, опять-таки, соблюдается Трудовой Кодекс: вахтовики работают по 12 часов за смену. С другой стороны, на вахте бывает довольно холодно, а рваный вахтовый график не самым благоприятным образом сказывается на отношениях в семье. Пожалуй, это всё же работа для молодых.
Вернёмся в скважину. Если вы думаете, что добурившись до пласта, можно уже подсоединять трубу и выкачивать нефть, я вас разочарую. Бурение одной вертикальной скважины обходится компании в среднем в 35-45 млн рублей. Обеспеченный москвич может теоретически продать квартиру в центре столицы и проделать у себя на даче мощную дыру вниз, однако даже если он каким-то чудом и найдёт в глубине немного нефти, поднять её на поверхность у него не получится. Нефть, повторюсь, содержится в довольно плотных слоях, более всего напоминающих пропитанный нефтью песчаник или кирпич. Сама по себе она, конечно же, никуда не потечёт, как не потечёт яблочный сок из проткнутого шилом яблока.
Чтобы всё же поднять нефть на поверхность, геологи проводят ювелирную операцию - гидроразрыв. В скважину под адским давлением закачивается вода. После того, как вода разрывает пласт, в образовавшиеся трещины загоняется песок, не позволяющий трещинам сомкнуться обратно. «Газпром нефть» обладает передовыми технологиями гидроразрыва: именно на месторождении «Газпромнефть-Хантоса» был в 2016 году проведён рекордный 30-стадийный гидроразрыв пласта, после которого забой (нижний конец) скважины превратился в некое подобие ёршика для мытья посуды.
На этом работы не заканчиваются. Чтобы нефть захотела пойти наверх, нужно сначала подтолкнуть её водой снизу. Геологи делают тщательные расчёты, после чего указывают, в какие скважины закачивать воду, а из каких забирать идущую на поверхность нефть. По мере откачки давление в пластах меняется, так что это непрерывная работа: в одни скважины нагнетают технологическую воду, на дно других погружают насосы, чтобы те под чудовищным давлением гнали нефть на поверхность.
Давление - ещё одна причина платить высокие зарплаты и поддерживать порядок на производстве. Даже скромных по нефтяным меркам 200 атмосфер вполне достаточно, чтобы любая тоненькая струйка действовала, как острейший скальпель, разрезая на части и ценное оборудование, и зазевавшихся сотрудников. Кстати, оборудование на месторождении работает по большей части отечественное - с характерными чёрными шильдиками и непривычными для компьютерщика надписями на кириллице. К моему большому удовлетворению, Россия находится сейчас в числе лидеров по разработке нефтяных технологий.
Итак, мы пробурили скважины, провели ряд гидроразрывов, создали сложную систему сообщающихся под давлением сосудов, очистили стволы шахт от песка и прочего мусора. На поверхность пошла долгожданная нефть. Дальше в действие вступают операторы.
Ещё несколько лет назад они по кругу обходили скважины, собирая в бутылки пробы пластовой жидкости, которые выглядят как хорошо взбитый коктейль из тёмного шоколада, а пахнут как обычный бензин с обычной городской бензоколонки. Оператор поворачивал вентиль, цедил в бутылку пенную смесь нефти с водой, а потом при помощи специального устройства посылал в скважину звуковую волну, чтобы определить её текущую глубину. Начинающих операторов, кстати, начальство после прохождения испытательного срока до сих пор обмазывает пластовой жидкостью, посвящая их таким образом в нефтяники.
Теперь эти романтичные прогулки по песчаной площадке, напоминающей летом арабскую пустыню, стали куда как более редкими: скважины увешаны датчиками, которые снимают все показания в режиме реального времени и передают их в центр управления.
Раньше этим бы автоматизация и ограничилась: в конце концов, управлять всеми приборами и вентилями из одного места куда как удобнее, чем переговариваться по рации с операторами на кустовой площадке. Жизнь однако заставляет нефтяные компании участвовать в вечной гонке - добыча нефти постоянно дорожает, но платежеспособный спрос на неё растёт отнюдь не так быстро, как хотелось бы. Месторождение можно эксплуатировать при рентабельности в 15%, и выйти на этот весьма скромный показатель с каждым годом становится всё сложнее.
Нефтяники делают сейчас для месторождений цифровые двойники. Все данные стекаются в ЦУД - Центр управления добычей, который внешне напоминает Центр управления полётами космических кораблей. Мощные компьютеры симулируют при помощи нейросетей идущие под землёй процессы и дают прогноз - сколько и какой нефти должен выдавать наверх каждый насос на каждой скважине, и что именно нужно сделать, чтобы добиться максимальной отдачи.
Человек может представить себе движение жидкостей в глубине и работу насосов весьма примерно, а цифровой двойник моделирует всё точно, ежеминутно корректируя трёхмерную картину по свежим показаниям датчиков. Это знание позволяет системе извлекать из месторождения максимум возможного. Там, где люди смогли бы добыть 6 млн тонн за год, компьютеры помогают добыть все 10 млн.
Ещё один нюанс. Нефть под землёй имеет температуру примерно в 100-120 градусов, этого достаточно, чтобы она оставалась жидкой. По мере подъёма на поверхность нефть застывает, и по достижении примерно 60 градусов содержащийся в нефти парафин начинает оседать на стенках. Чтобы шахта не опарафинилась, прервав тем самым процесс добычи, в неё периодически запускают специальный круглый нож, ездящий вверх-вниз и срезающий парафин со стенок. Также в шахте живёт большое количество других приборов, каждый из которых или что-то делает, или выдаёт нефтяникам какую-нибудь важную информацию. Так, например, постоянно проводится «каротаж», от французского carotte, «морковка». Во время каротажа геофизики погружают в ствол специальный, похожий на морковку зонд, который передаёт наверх детальные данные об облегающих скважину породах.
Выйдя на поверхность, пластовая жидкость, - смесь нефти, газа и воды, - идёт по трубам в небольшой паукообразный вагончик. Там жидкость с разных сторон измеряется и направляется дальше, на установку предварительного сброса пластовой воды.
Пусть слово «предварительный» вас не обманывает: кроме скважин на нефтяном месторождении обычно работает ещё и самый настоящий нефтехимический завод, единственной задачей которого является подготовка нефти для путешествия по трубам. Для понимания масштабов: Южно-Приобское месторождение потребляет 96MВт электричества - этого хватило бы, чтобы запитать небольшой город.
На заводе в большом сепараторе пластовая жидкость разделяется на три больших слоя - нефть, воду и попутный газ. Вода идёт обратно к скважинам и закачивается под землю, чтобы поднять давление в системе. Попутный газ делится на две части - природный газ, состоящий из смеси метана с этаном, идёт на отопление и прочие хозяйственные нужды (в том числе на генерацию собственной электроэнергии, что даёт очень серьезную экономию), а ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов), вторая часть газа, закачивается в трубу и движется на завод в Тобольск, где из него делают пропилен и полиэтилен. Раньше попутный газ просто сжигали, однако не так давно власти изменили налоговую систему таким образом, что стало выгодно газ всё же перерабатывать.
Оставшуюся нефть обезвоживают ещё сильнее, очищают от механических примесей, которые могут забить трубу, и обессоливают. Местная лаборатория ежедневно берёт сотни проб, чтобы убедиться, что и на входе, и на выходе получается качественный продукт. Оборудование в лаборатории, увы, российским является далеко не полностью: навскидку, наших приборов там около половины. Тем не менее главный прибор, зловещего вида тренога в стальном брутальном чемодане, всё же российский. Мои товарищи блогеры удивились, как может переносной прибор стоить 2,5 млн рублей, однако опыт показывает, что если бы прибор был импортным, он бы легко мог стоить и ещё в 10 раз дороже.
Кстати, жители зарубежья, пожалуйста, подтвердите или опровергните. Я слышал, что на загнивающем Западе устраивать блог-туры не принято, западные компании предпочитают тщательно охранять свои грязные секреты от широкой публики, а широкая публика там предпочитает читать не про нефть, но про королевские свадьбы и про роскошные прелести сестёр Кардашьян.
Вернёмся к добыче нефти. Когда я впервые услышал про гидроразрыв, я предположил, что пейзаж вокруг месторождения будет напоминать американские ужасы - мёртвые деревья, безжизненную потрескавшуюся почву, скелетированных койотов с двумя головами... к счастью, мои предположения не оправдались. То ли в России гидроразрыв проводится при помощи более экологичных химикатов, то ли он происходит на большей глубине, однако природа на поверхности остаётся нетронутой. В некоторых прудах рядом со скважинами плавают лебеди, а во время инструктажа по безопасности нам подробно объяснили, в каком направлении спасаться в случае сигнала «медведь пришёл».
Характерного химического запаха на месторождении тоже нет. В плане культуры производства мы, конечно, сделали за последние 20 лет огромный шаг вперёд - если раньше японская и немецкая промышленность воспринимались как что-то недостижимое, теперь ровно те же самые аккуратность и ответственность живут и на наших крупных производствах, причём отнюдь не только на столь высокотехнологичных, как нефтедобыча и нефтехимия. Россия может теперь с полным правом называться цивилизованной индустриальной страной.
В завершение поста отмечу две вещи .
Во-первых, пожалуйста, задавайте вопросы в комментариях. Чуть позже я выпущу пост про Омский нефтеперерабатывающий завод, а потом сделаю специальный пост с ответами на ваши вопросы по нефти.
Во-вторых, давайте потихоньку переходить уже из дремучего прошлого в XXI век. Некоторые до сих думают, будто добыча нефти не особо отличается по сложности от добычи сала, когда геологи находят свинью и начинают прямо на месте добывать белое золото. На самом деле, добыча нефти в наши дни стала очень высокотехнологичным процессом, сравнимым, пожалуй, разве что с производством современных микропроцессоров. Очень немногие государства на планете способны разрабатывать сложные месторождения самостоятельно. Россия - одно из таких государств.
Отправить человека исследовать космическое пространство намного легче, чем добывать нефть из недр земли. Сильного давления в космосе нет, атмосфера нашей планеты почти однородная, и, в конце концов, сегодня даже через обычный каждый желающий может увидеть, что происходит в небе. А вот с нефтью, которая спрятана под землей дела обстоят намного сложнее.
Добыча нефти в прошлом представляла собой незамысловатый процесс. В некоторых местах «черное золото» прорывалось фонтанами прямо на земную поверхность, и его можно было тут же набирать в емкости. Далее в статье поговорим о том как добывают нефть , о таких основных процессах как подготовка к разработке, бурение скважин и управление добычей.
Рост сложности и технологий добычи нефти
В древнем Египте с помощью нефти бальзамировали труты, в древней Индии из нефти изготавливали битум и асфальт, в Византии, как свидетельствуют исторические источники, нефть использовалась уже в качестве топлива для примитивных огнеметов, установленных на кораблях – такой процесс назывался «греческий огонь».
Проходили годы, десятилетия, столетия. Запасы нефти, расположенные в удобных местах, истощились, а человечество с головой погрузилось в углеводородную фазу, поставив всю мировую экономику в зависимость от добычи столь необходимых газа и нефти.
Поэтому, если кто-то из вашего окружения с упоением рассказывает про , ноутбуки и айфоны, можно лишь зевнуть и скептически улыбнуться, ведь четко ясно, что современная цивилизация базируется не на гаджетах, а на углеводородах.
Не зря нефть называют «Черным золотом» — это соответствует действительности на все 100%. Нефть – основа топлива для кораблей, самолетов, машин, а мазутом и газом топят котельные.
Людей повсеместно окружают пластмассовые вещи, и даже в аптечке у каждого есть аспирин, который синтезируется именно из нефти. Полвека назад у человека не осталось другого выбора, как научиться вести добычу нефти из таких мест, которые до недавнего времени считались фактически недоступными для освоения в коммерческих целях. Существенный вклад в разработку необходимых для добычи нефти «космических технологий», что приятно сознавать, внесли ученые и инженеры нашей страны.
Где добывается нефть в России — лидирующее предприятие «Газпромнефть-Хантос»
В России есть действующее Южно-Приобское месторождение «Газпромнефть-Хантос» — непрерывно развивающееся нефтяное предприятие, одно из основных добывающих дочерних предприятий компании «Газпром нефть» в ХМАО-Югры, функционирующее с 2005 года.
На сегодняшний день предприятие занимает лидирующие позиции среди работающих на территории Югры компаний по темпам прироста нефтедобычи. При желании каждый из вас может увидеть это грандиозное инженерное чудо!
Сколько осталось нефти под землей
Сразу хочется сообщить хорошую новость – под землей нефти много. Если вы хоть раз в жизни пробовали вкусный слоеный пирог, то вам не сложно будет визуализировать то, как наша планета «выглядит внутри», и состоит она из многочисленных пластов разных пород.
И вот у этого подземного «пирога» есть нефтеносный слой под названием Баженовская свита, занимающая площадь в миллион квадратных километров, которая расположена под западной Сибирью.
В ней содержится существенный запас нефти, позволяющий обеспечить мировое потребление на период от 15 до 30 лет.
Технологии добычи нефти и их недостаточная экономическая эффективность
А вот теперь немного о грустном. Технологии человечества на сегодняшний день пока что недостаточно продвинуты для полномасштабного и эффективного с экономической точки зрения освоения Баженовской свиты. В 2017 году в Ханты-Мансийске «Газпром нефть» открыла технологический центр «Бажен», но сейчас способы коммерческой добычи нефти из группы этих пород находятся в стадии разработки.
Несмотря на то, что первые тестовые скважины начали функционировать, ученым «Газпром нефти» нужно еще пару-тройку лет, чтобы довести добычу до коммерческого прибыльного уровня, который составляет 2,5-4 миллиона тонн в год.
Если не строить далеко идущих планов, то в ближайшие десятилетия имеется обоснованная надежда вытянуть для полновесного и эффективного с экономической точки зрения освоения Баженовской свиты примерно 5% залегающих там углеводородов.
Как добывают нефть на примере предприятия «Газпромнефть-Хантос»
Чтобы вы имели четкое представление, какие сложности есть, расскажем о том, как работает предприятие «Газпромнефть-Хантос», добывающее на сегодняшний день порядка 15 миллионов тонн нефтяного эквивалента ежегодно. Вам нужно представить кирпичи, которые пропитаны нефтью, спрятанные под землей на глубине 3 километра. Кирпичи спрессованы в тонкий пласт, высотой в 15-20 метров, и его сверху и снизу, подобно слоям пирога, обрамляют другие породы.
Для того чтобы получить доступ к этим кирпичам, нефтяники организуют буровую площадку. Нужную точку в окрестностях Ханты-Мансийска обозначают геологи, затем на этом месте из песка отсыпают огромную площадку, изолированную от воды. Чтобы вы наглядно представляли размеры – это примерно два футбольных поля.
Вокруг площадки сооружают вал из песка, и это делается на случай аварийных ситуаций, чтобы нефть никуда не утекла. На самой площадке собирают монструозную буровую установку, представляющую собой многоэтажное здание, которое передвигается от скважины к скважине по рельсам с оглушительным грохотом.
Начинается бурение, и по мере продвижения бура вглубь земли, ствол скважины укрепляется трубами. Это делается для того, чтобы скважина не схлопнулась, а сам бур, подобно шомполу в гладкоствольном ружье, свободно ходил по стволу. Между горной породой и трубами свободное пространство «тампонируется», проще говоря, заливается цементом. Безусловно, не каждый понимает, как выглядит сам бур.
Это в большинстве случаев внушительного вида болванка, изготовленная из очень прочного материала. В шахту бурильщики подают воду, которая приводит бур во вращение, а затем возвращается обратно по стенкам шахты. Вращающийся бур углубляет скважину именно в том направлении, которое ему указывают сверху.
Давайте представим, что вы играете в бильярд, но по металлическим шарам, пытаясь загнать их в лузы, ударяете не кием, а струей воды из водяного пистолета. Но вот при добыче нефти вы не только не видите шара, но и располагаетесь от него на большом расстоянии, достигающем несколько километров. Российские бурильщики сегодня решают примерно аналогичные задачи.
Чтобы пробурить одну скважину понадобится несколько недель. Как мы уже говорили выше, буровая установка стоит на рельсах. После того, как работа над очередной скважиной завершена, буровая установка сдвигается на несколько метров для бурения очередной скважины, затем еще одной и еще, и процесс идет до тех пор, пока не появится целый «куст» из 12-18 скважин.
Бурение скважин на первом километре осуществляется более-менее вертикально, но в дальнейшем они плавно сворачивают в разные стороны, и практически перетекают в горизонтальную плоскость, и в итоге получается самый реальный подземный куст.
Благодаря такой технологии бурения, каждый куст собирает нефть с расположенной под землей площадки радиусом до 4 километров.
Без соответствующего порядка, безусловно, высокие технологии не могут функционировать. За всеми объектами тщательно следят, поэтому они находятся в идеальной чистоте, все точно подписано и ошильдено.
Сколько получают бурильщики и какой у них график работы?
Все сотрудники ходят в защитных очках и касках, включая начальство. Заработная плата у рядовых бурильщиков соответствующая – порядка 200 тысяч рублей за месячную смену. После месяца работы, бурильщик месяц отдыхает.
Такой режим имеет как плюсы, так и минусы. Среди плюсов можно отметить следующие:
- Питание на высоком уровне. Качество, как в ресторане;
- Бурильщики снабжаются всем необходимым, поэтому расходов почти нет. В итоге домой можно привезти нетронутую зарплату;
- В период вахты соблюдается Трудовой Кодекс. За смену вахтовик трудится 12 часов, у него есть все социальные гарантии.
Минусы тоже есть:
- Погодные условия бывают довольно суровыми – здесь очень холодно;
- Если у человека есть семья, то подобный «рваный» график месяц через месяц не всем подходит.
Безусловно, для молодого сотрудника без семьи и детей такая работа подходит идеально. Высокая зарплата и месяц отдыха перед очередной вахтой позволяют хорошо провести время и съездить в путешествие.
Разработка месторождений нефти — подготовка и процесс бурения
Поговорим опять о то как добывают нефть на этапе бурения скважины. Многие ошибочно предполагают, что когда бур достигает пласта, можно подсоединять трубу и выкачивать нефть. Это не так! Чтобы пробурить одну вертикальную скважину, компании нужно раскошелиться на 35-45 миллиона рублей. Теоретически, столичный житель с хорошим бизнесом, может продать находящуюся в центре недвижимость и у себя на участке с загородным домом пробурить вниз мощную трубу, но даже если ему и посчастливится найти в недрах земли хоть немного нефти, он никак не сможет «вытащить» ее на поверхность.
Заострим еще раз внимание, что нефть содержится в довольно плотных слоях. И по внешнему виду они похожи на кирпич или песчаник, пропитанный нефтью. Именно поэтому нефть сама по себе не потечет к вам. Вот, к примеру, вы протыкаете шилом грушу – потечет ли из нее в стакан грушевый сок? Нет, конечно же. Так и с нефтью.
Геологам, чтобы достать нефть, приходится совершать поистине ювелирную операцию, которая называется гидроразрывом пласта. Как это происходит?
Под сильнейшим давлением в скважину закачивается вода, которая разрывает пласт, образовывая трещины. В них загоняется песок, который не дает возможности трещинам сомкнуться обратно. «Газпром нефть» обладает ведущими технологиями гидроразрыва. В 2016 году именно на месторождении «Газпромнефть-Хантоса» был проведен рекордный гидроразрыв пласта в 30 стадий! После него забой (нижний конец) скважины стал похож на ершик, которым мы моем посуду.
Но это еще не окончание работ! Для того чтобы нефть пошла наверх, ее нужно снизу подтолкнуть напором воды. И здесь перед геологами стоит задача: сделать тщательные расчеты, указывающие, в какие именно скважины нужно воду закачивать, а из каких уже можно забирать нефть, идущую к бурильщикам вверх. По мере того, как нефть откачивается, в пластах меняется давление, поэтому это непрекращающийся рабочий процесс: в одни скважины нагнетают воду, а на дно других опускают насосы, которые под адским давлением «выгоняют» нефть на поверхность.
Чудовищное давление, сопровождающее добычу нефти, — веская причина, чтобы поддерживать порядок на производстве и выплачивать сотрудникам высокую заработную плату.
Чтобы вы четко понимали, скромных по нефтяным параметрам 200 атмосфер хватает, чтобы даже тоненькая струйка работала, подобно острейшему скальпелю. Она способна разрезать на части и дорогостоящее оборудование и, не дай Бог, оплошавшего сотрудника.
Заостряем внимание, что на месторождении большая часть оборудования отечественного производства с непривычными для компьютерщика надписями на кириллице и характерными черными шильдиками.
Приятно осознавать, что наша страна на сегодняшний день является лидером по разработке нефтяных технологий.
Итак, соберем воедино все проведенные работы:
- Были пробурены скважины;
- проведен комплекс гидроразрывов;
- создана сложнейшая система сообщающихся под высоким давлением сосудов;
- произведена очистка стволов шахт от постороннего мусора и песка.
Управление добычей нефти
Вот теперь на поверхность пошла нефть, а дальше в работу подключились операторы. Еще несколько лет назад им приходилось обходить все скважины по кругу и собирать пробы пластовой жидкости в бутылки. Эти образцы представляют собой некий взбитый коктейль из темного шоколада, а по запаху напоминают бензин с любой заправочной станции. Повернув вентиль, оператор нацеживал в бутылку пенную водно-нефтяную смесь, а затем посылал в скважину звуковую волну посредством специального устройства. Это делалось для определения текущей глубины скважины. До сих пор, кстати, существует интересная традиция для начинающих операторов. После того, как они прошли испытательный срок, начальство обмазывает их пластовой жидкость – это обряд посвящения в нефтяники.
Сегодня песчаную площадку, которая летом напоминает выжженную пустыню в арабских странах, часто посещать не нужно, так как скважины оснащены датчиками. Они снимают все показания в режиме реального времени, а затем передают их в управленческий центр.
До настоящего времени автоматизация этим бы и ограничилась – все же управлять всеми вентилями и приборами удобней из центра управления, чем бегать по кустовой площадке, переговариваясь с операторами по рации. Но современные реалии стимулируют нефтяные компании находиться в постоянном развитии, ведь добыча нефти год за годом дорожает, а вот платежеспособный спрос на «черное золото» растет не так стремительно, как хочется.
Чтобы эксплуатировать месторождение, нужно иметь рентабельность в 15%, но, несмотря на скромные с виду цифры, выйти на них с каждым годом становится все трудней.
Сейчас нефтяники делают цифровые двойники для месторождений. Вся информация стекается в Центр управления добычей (ЦУД), который имеет сходство по обустройству с Центром управления полетами космических кораблей. Современные мощные компьютеры симулируют при помощи нейросетей происходящие под землей процессы и дают прогноз, какое количество и какой нефти должен выдавать на поверхность каждый насос на каждой скважине, и что надо предпринять для получения максимального результата.
Безусловно, каждый из нас может лишь приблизительно представить, какие процессы происходят под землей при добыче нефти, как двигаются жидкости, работают насосы. В свою очередь цифровой двойник моделирует все предельно точно, каждую минуту корректируя трехмерную картину со свежими показаниями датчиков. Применение данной системы дает возможность извлекать из действующего месторождения по максимуму. И если бы, к примеру, люди без техники добыли бы 6 миллионов тон в год, то компьютерное оснащение помогает увеличить данный показатель почти вдвое – это 10 миллионов тонн!
Каротаж скважины — очистка от парафина
Имеется немаловажный нюанс – находящаяся в недрах земли нефть имеет температуру 100-120 градусов, и этого хватает, чтобы она оставалась жидкой. Но по мере того, как ее поднимают на поверхность, она застывает, и когда ее температура достигает 60 градусов, парафин, входящий в ее состав, начинает оседать на стенках шахты. Для того чтобы данный процесс не мешал добычи нефти, в шахту периодически запускают специальный круглый нож, который скользит вверх-вниз и срезает со стенок парафин.
Вдобавок, в шахте находится огромное количество прочих приборов, выполняющих определенную задачу или передающих нефтяникам какие-то важные сведения. Например, регулярно осуществляется «каротаж» (слово произошло от фр. Carotte – морковка). Во время данного процесса геофизики опускают в ствол зонд, по внешнему виду напоминающий морковку, задача которого – передать на поверхность детальные сведения о породах, которые облегают скважину.
Пластовая жидкость и ее разделение
Пластовая жидкость, представляющая собой, как мы уже говорили выше, смесь воды, нефти и , выйдя на поверхность, идет по трубам в небольшой вагончик, напоминающий паука. В нем жидкость с разных сторон измеряется и направляется дальше, на установку предварительного сброса пластовой воды.
Пусть слово «предварительный» не водит вас в заблуждение, так как на нефтяном месторождении, помимо скважин функционирует самый настоящий нефтехимический завод. Его главная задача – подготовка нефти для путешествия по трубам. И чтобы вы понимали масштаб данного завода, приведем пример. Для работы Южно-Приобского месторождения требуется 96МВт электричества – такого объема хватит для того, чтобы запитать небольшой город.
На заводе пластовая жидкость помещается в огромный сепаратор, в котором она разделяется на три больших слоя – попутный газ, воду и нефть.
Попутный газ разделяется на две составляющие – природный газ и ШФЛУ (широкая фракция углеводородов). Природный газ, который представлен смесью этана и метана используется для отопления и других хозяйственных нужд, в том числе, и на выработку собственной электроэнергии, что позволяет экономить серьезные суммы. ШФЛУ закачивается в трубу и движется на завод в Тобольск – там из него изготавливают и пропилен. Если раньше попутный газ просто сжигали, то недавно государство внесло изменение в налоговое законодательство и теперь газ выгодней перерабатывать.
Вода возвращается обратно к скважинам и закачивается под землю для поднятия давления в системе.
Оставшуюся нефть подвергают еще большему обезвоживанию, из нее удаляют соли и очищают от механических примесей, из-за которых может произойти засорение трубы.
Лаборатория нефти
Местная лаборатория каждый день делает заборы сотен проб, чтобы проверить качество продукта, как на входе, так и на выходе. Лаборатория оснащена не только отечественным оборудованием, которого, примерно, половина. Но самый главный прибор – угрожающего вида тренога, помещенная в стальной брутальный чемодан, — выпущен отечественным производителем.
Многие из вас удивились бы, узнав, что стоимость этого переносного прибора составляет 2,5 миллиона рублей. Но если бы он бы куплен за границей, то цена могла бы быть в десять раз больше.
Экология добычи нефти
Давайте возвратимся к разговору о добыче нефти. Когда мы говорили о гидроразрыве, вы наверняка представили постапокалиптический пейзаж, напоминающий кадры из американских фильмов: погибшие деревья, изможденные животные с двумя головами, растрескавшаяся безжизненная земля. Но на самом деле все иначе. Возможно, в нашей стране гидроразрыв осуществляется на большей глубине, или применяются более экологичные химикаты, что позволяет оставить земную поверхность в районе добычи нетронутой. Рядом со скважинами располагаются пруды, в которых плавают лебеди. Если вы приедете на экскурсию, то при прохождении инструктажа по технике безопасности, вам в деталях расскажут, куда бежать, если прозвучит сигнал «медведь пришел». На месторождении вы не почувствуете характерного химического запаха.
Лидирующие позиции России в технологии добычи нефти
Испытываешь гордость, что в плане культуры производства, мы, безусловно, за последние двадцать лет продвинулись далеко вперед. И если раньше нам казался недостижимым уровень немецкой и японской промышленности, то сегодня наши крупные производственные предприятия могут смело похвастаться тем, что ответственность и аккуратность – их визитная карточка. Причем такой уровень достигнут не только на столь высокотехнологичных производствах, как нефтехимия и нефтедобыча. Сегодня Россия имеет полное право называться цивилизованной индустриальной страной и может многие другие страны с запасами углеводородов поучить как добывают нефть в условиях ее залегания в глубоких пластах.
Многие люди, как будто и сегодня находятся в дремучем прошлом, думая, что добывать нефть проще простого. Нашел месторождение, опустил «насос» и качай! На самом деле дела обстоят иначе, и добыча нефти представляет собой очень высокотехнологичный процесс, который, возможно, можно сравнить с производством современных микропроцессоров. Фактически, лишь немногие государства имеют возможность самостоятельно заниматься разработкой сложных месторождений. Россия – именно такое государство, и мы можем по праву гордиться этим.
Нефть называют «чёрным золотом», потому что это углеводород, без которого немыслимо развитие современного промышленного производства. Нефть и газ - основа топливно энергетического комплекса, который производит горючее, смазочные материалы, нефтяные компоненты используются в строительных материалах, косметике, продуктах питания, моющих средствах. Это сырьё продаётся за валюту и приносит благосостояние странам и народам, обладающим огромными его запасами.
Как находят месторождения нефти?
Добыча полезных ископаемых начинается с разведки месторождений. Геологи определяют возможное залегание нефтяных горизонтов в недрах сначала по внешним признакам - географии рельефа, выходам нефтяных пятен на поверхность, наличию следов нефти в грунтовых водах. Специалисты знают, в каких осадочных бассейнах можно предположить наличие нефтяных пластов, у профессионалов есть на вооружении различные методы разведочно-поисковых исследований, в том числе поверхностное изучение выходов горных пород и геофизическая визуализация разрезов.
Предположительный район залегания месторождения определяется по совокупности признаков. Но даже если они присутствуют все, это не означает, что детальная разведка обнаружит нефтяной бассейн с большими запасами, необходимыми для того, чтобы начать промышленную добычу. Часто бывает так, что разведочное бурение не подтверждает коммерческую ценность месторождения. Эти риски всегда присутствуют в нефтеразведке, но без них невозможно определить структуры (ловушки), в которых скапливается нефть в необходимом для разработки количестве.
В журнале очаровательной vl_ad_le_na прочитал великолепный пост о добыче нефти. Публикую с разрешения автора.
Что такое нефть?
Нефть - это смесь жидких углеводородов: парафины, ароматика и прочие. На самом деле, нефть не всегда черная - бывает и зеленая (девонская, раньше у меня в баночке стояла, жаль, выкинула), коричневая (самое частое) и даже белая (прозрачная, вроде бы на Кавказе она водится).
Нефть делится по качеству на несколько классов в зависимости от химического состава - соответственно, меняется ее цена. Еще в нефти очень часто растворен попутный газ, который так ярко горит на факелах.
Газа может быть растворено от 1 до 400 кубических метров в кубическом метре нефти. То есть дофига. Сам этот газ в основном состоит из метана, но ввиду трудности его подготовки (его надо сушить, очищать и доводить до ГОСТовых чисел Воббе - чтобы была строго определенная теплота сгорания) попутный газ очень редко используется в бытовых целях. Грубо говоря, если газ с промысла пустить в квартиру в газовую плиту, последствия могут быть от копоти на потолке до насмерть испорченной плиты и отравлений (например, сероводородом).
Ах, да. Еще одна попутная гадость в нефти - растворенный сероводород (потому что нефть - органическое вещество). Он очень ядовитый и очень коррозионно активный. Это накладывает свои трудности на добычу нефти. На дОбычу нефтИ. Профессионализм, который я, к слову сказать, не употребляю.
Откуда взялась нефть?
На этот счет есть две теории (подробнее - ). Одна - неорганическая. Впервые была высказана Менделеевым и заключается в том, что вода протекала мимо раскаленных карбидов металлов, и, таким образом, образовывались углеводороды. Вторая - органическая теория. Считается, что нефть "созревала", как правило, в морских и лагунных условиях, путем перегнивания органических остатков животных и растений (илов) в определенных термобарических условиях (высокое давление и температура). В принципе, исследования подтверждают эту теорию.
Зачем нужна геология?
Стоит, наверное, упомянуть строение нашей Земли. По-моему, на картинке все красиво и ясно.
Так вот, нефтяные геологи имеют дело только с земной корой. Она состоит из кристаллического фундамента (там нефть находится оооочень редко, поскольку это магматические и метаморфические породы) и из осадочного чехла. Осадочный чехол состоит из осадочных пород, но не буду углубляться в геологию. Скажу только, что глубины нефтяных скважин обычно порядка 500 - 3500 м. Вот на этой глубине и лежит нефть. Выше обычно только вода, ниже - кристаллический фундамент. Чем глубже порода - тем раньше она отложилась, что логично.
Где залегает нефть?
Вопреки почему-то распространенным мифам о "нефтяных озерах" под землей, нефть находится в ловушках. Упрощая, ловушки в вертикальном разрезе выглядят так (вода - вечная спутница нефти):
(Складка, выгнутая "спиной" вверх, называется антиклиналью. А если она похожа на чашу - это синклиналь, в синклиналях нефть не задерживается).
Или так:
А в плане они могут быть круглыми или овальными поднятиями. Размеры - от сотен метров до сотен километров. Одна или несколько таких ловушек, расположенных рядом, являются месторождением нефти.
Поскольку нефть легче воды, то всплывает вверх. Но чтобы нефть никуда больше не утекла (вправо, влево, вверх или вниз), пласт с ней должен быть ограничен породой-покрышкой сверху и снизу. Обычно это глины, плотные карбонаты или соли.
Откуда берутся изгибы внутри земной коры? Ведь породы откладываются горизонтально или почти горизонтально? (если они откладываются кучками, то эти кучки обычно быстро разравниваются ветром и водой). А изгибы - поднятия, опускания - возникают вследствие тектоники. Видели на картинке с разрезом Земли слова "турбулентная конвекция"? Эта самая конвекция двигает литосферные плиты, что приводит к образованию трещин в плитах, а следовательно, смещениям блоков между трещинами и изменениям во внутреннем строении Земли.
Как залегает нефть?
Нефть залегает не сама по себе, как было уже сказано, нефтяных озер не существует. Нефть находится в горной породе, а именно, в ее пустотах - порах и трещинах:
Породы характеризуются такими свойствами, как пористость
- это доля объема пустот в породе - и проницаемость
- способность породы пропускать через себя жидкость или газ. Например, обычный песок характеризуется очень высокой проницаемостью. А бетон - уже гораздо хуже. Но смею заверить, что порода, залегающая на глубине 2000 м с высоким давлением и температурой по свойствам гораздо ближе к бетону, чем к песку. Я щупала. Тем не менее, оттуда добывается нефть.
Это керн - выбуренный кусок горной породы. Плотный песчаник. Глубина 1800 м. Нефти в нем нет.
Еще одно важное дополнение - природа не терпит пустоты. Практически все пористые и проницаемые породы, как правило, водонасыщены, т.е. в их порах находится вода. Соленая, поскольку она протекала через множество минералов. И логично, что часть этих минералов уносится вместе с водой в растворенном виде, а потом, при изменении термобарических условий, выпадает в этих самых порах. Таким образом, зерна породы становятся скреплены солями и этот процесс называется цементированием. Именно поэтому, по большому счету, скважины не осыпаются сразу же в процессе бурения - потому что породы сцементированы.
Как находят нефть?
Обычно сначала по сейсморазведке: пускают колебания на поверхности (взрывом, например) и замеряют время их возврата по приемникам.
Далее по времени возврата волны вычисляют глубину того или иного горизонта в разных точках на поверхности и строят карты. Если на карте выявляется поднятие (=антиклинальная ловушка), ее проверяют на наличие нефти бурением скважины. Далеко не во всех ловушках есть нефть.
Как бурят скважины?
Скважина - это вертикальная горная выработка с длиной во много раз больше ширины.
Два факта о скважинах: 1. Они глубокие. 2. Они узкие. Средний диаметр скважины при входе в пласт - порядка 0,2-0,3 м. То есть туда человек не пролезет однозначно. Средняя глубина - как уже говорила, 500-3500 м.
Бурят скважины с буровых вышек. Есть такой инструмент для измельчения горной породы, как долото. Заметьте, не бур. И оно совершенно не похоже на то самое винтообразное устройство из "Черепашек Ниндзя".
Долото подвешено на буровых трубах и крутится - оно прижато ко дну скважины весом этих самых труб. Есть разные принципы приведения долота в движение, но обычно вращается вся буровая колонна труб, чтобы вертелось долото и измельчало своими зубцами горную породу. Также в скважину постоянно закачивается (внутрь буровой трубы) и откачивается (между стенкой скважины и наружной стенкой трубы) буровой раствор - для того, чтобы охлаждать всю эту конструкцию и уносить с собой частицы измельченной породы.
Для чего нужна вышка? Чтобы подвесить на ней эти самые буровые трубы (ведь в процессе бурения верхний конец колонны опускается, и к нему надо привинчивать новые трубы) и чтобы поднимать колонну труб для замены долота. Бурение одной скважины занимает около месяца. Иногда используется специальное кольцевое долото, которое при бурении оставляет центральный столбик породы - керн. Керн отбирается для изучения свойств горных пород, хотя это и дорого. Еще скважины бывают наклонные и горизонтальные.
Как узнать, где какой пласт лежит?
Человек не может спуститься в скважину. Но нам же надо знать, что мы там пробурили? Когда скважина пробурена, в нее на кабеле спускают геофизические зонды. Эти зонды работают на совершенно разных физических принципах работы - собственная поляризация, индукция, измерение сопротивления, гамма-излучение, излучение нейтронов, измерение диаметра скважины и т.д. Все кривые записываются в файлы, получается вот такой кошмар:
Теперь в работу вступают геофизики. Зная физические свойства каждой породы, они выделяют пласты по литологии - песчаники, карбонаты, глины - и выполняют разбивку разреза по стратиграфии (т.е. к какой эпохе и времени относится пласт). Думаю, про парк юрского периода слышали все:
На самом деле, есть намного более детальное разбиение разреза на ярусы, горизонты, пачки и т.д. - но нам сейчас это неважно. Важно то, что коллектора нефти (пласты, способные отдавать нефть) бывают двух типов: карбонатные (известняки, как мел, например) и терригенные (песок, только сцементированный). Карбонаты - это СаСО3. Терригенные - SiO2. Это если грубо. Сказать, какие лучше, нельзя, они все разные бывают.
Как скважину готовят к работе?
После того, как скважина пробуривается, ее обсаживают. Это значит - спускают длинную колонну стальных обсадных труб (диаметром практически как скважина), а затем в пространство между стенкой скважины и наружной стенкой трубы закачивают обычный цементный раствор. Это делается для того, чтобы скважина не осыпалась (ведь не все породы хорошо сцементированы). В разрезе скважина теперь выглядит так:
Но мы закрыли обсадной колонной и цементом нужный нам пласт! Поэтому выполняется перфорация колонны напротив пласта (а как узнать, где нужный пласт? геофизика!). Спускается, опять же, на кабеле перфоратор с заложенными в него взрывными зарядами. Там заряды срабатывают и образуются дыры и каналы перфорации. Теперь нас не волнует вода с соседних пластов - мы проперфорировали скважину только напротив нужного.
Как добывают нефть?
Самая интересная часть, думаю. Нефть гораздо более вязкая, чем вода. Думаю, что такое вязкость - понятно интуитивно. Некоторые нефтяные битумы, например, похожи по вязкости на сливочное масло.
Зайду с другого конца. Жидкости в пласте находятся под давлением - на них напирают вышележащие слои пород. А когда мы бурим скважину - со стороны скважины не давит ничего. То есть в районе скважины давление пониженное. Создается перепад давления, называемый депрессией, и именно он приводит к тому, что нефть начинает течь в сторону скважины и появляться в ней.
Для описания притока нефти есть два простых уравнения, которые должны знать все нефтяники.
Уравнение Дарси для прямолинейного потока:
Уравнение Дюпюи для плоско-радиального течения (как раз случай притока жидкости к скважине):
Собственно, на них и стоим. Дальше углубляться в физику и писать уравнение нестационарного притока не стоит.
С технической точки зрения наиболее распространены три способа добычи нефти.
Фонтанный. Это когда пластовое давление очень высокое, и нефть не просто поступает в скважину, а еще и поднимается до самого ее верха и переливается (ну, на самом деле не переливается, а в трубу - и дальше).
Насосами ШГН (штанговый глубинный насос) и ЭЦН (электроцентробежный насос). Первый случай - это обычный станок-качалка.
Второй на поверхности вообще не видно:
Заметьте, вышек нет. Вышка нужна только для спуска/подъема труб в скважине, но не для добычи.
Суть работы насосов проста: создание дополнительного давления, чтобы жидкость, поступившая в скважину, могла по скважине подняться до поверхности земли.
Стоит вспомнить обычный стакан с водой. Как мы из него пьем? Наклоняем, правильно? А вот скважину наклонить не получится. Но в стакан с водой можно опустить трубочку и пить через нее, втягивая жидкость ртом. Примерно так скважина и работает: ее стенки - стенки стакана, а вместо трубочки в скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ). Нефть поднимается по трубам.
В случае ШГН станок-качалка двигает своей "головой" вверх-вниз, соответственно, приводя в движение штангу. Штанга при движении вверх увлекает за собой насос (открывается нижний клапан), а при движении вниз насос опускается (открывается верхний клапан). Вот так, понемногу, жидкость поднимается вверх.
ЭЦН работает напрямую от электричества (с мотором, естественно). Внутри насоса крутятся колеса (горизонтальные), в них есть прорези, так нефть и поднимается наверх.
Должна добавить, что открытое фонтанирование нефти, которое любят показывать в мультиках, - это не только аварийная ситуация, а еще и экологическая катастрофа и миллионные штрафы.
Что делать, когда нефть плохо добывается?
С течением времени нефть перестает выжиматься из породы под весом вышележащих толщ. Тогда в работу вступает система ППД - поддержания пластового давления. Бурятся нагнетательные скважины, и в них закачивается вода под высоким давлением. Естественно, закачанная или пластовая вода рано или поздно попадет в добывающие скважины и будет подниматься наверх вместе с нефтью.
Еще надо отметить, что чем больше доля нефти в потоке, тем быстрее она течет, и наоборот. Поэтому чем больше воды течет вместе с нефтью, тем труднее нефти выбраться из пор и попасть в скважину. Зависимость доли проницаемости по нефти от доли воды в потоке представлена ниже и называется кривыми относительных фазовых проницаемостей. Тоже очень нужное понятие для нефтяника.
Если призабойная зона пласта загрязнилась (мелкими частицами породы, унесенными вместе с нефтью, или выпали твердые парафины), то проводят кислотные обработки (скважину останавливают и в нее закачивают небольшой объем соляной кислоты) - этот процесс хорош для карбонатных пластов, потому что они растворяются. А для терригенных (песчаников) кислота пофигу. Поэтому в них проводят гидроразрыв пласта - в скважину качают гель под очень высоким давлением, так, что пласт начинает трескаться в районе скважины, после этого закачивают проппант (керамические шарики или крупный песок, чтобы трещина не закрылась). После этого скважина начинает работать гораздо лучше, потому что препятствия потоку ликвидированы.
Что с нефтью происходит потом, когда она добыта?
Сначала нефть поднимается на поверхность земли в трубу, которая идет от каждой скважины. 10-15 близлежащих скважин подключены этими трубами к одному замерному устройству, где измеряется, сколько нефти добыто. Потом нефть поступает на подготовку по стандартам ГОСТ: из нее удаляются соли, вода, механические примеси (мелкие частицы породы), если необходимо, то и сероводород, а также нефть разгазируется полностью, до атмосферного давления (вы же помните, что в нефти может быть дофига газа?). Товарная нефть поступает на нефтеперерабатывающий завод. Но завод может быть далеко, и тогда в дело вступает компания "Транснефть" - магистральные трубопроводы для готовой нефти (в отличие от промысловых трубопроводов для сырой нефти с водой). По трубопроводу нефть качается такими же точно ЭЦН-ами, только положенными набок. В них точно так же вращаются рабочие колеса.
Отделенная от нефти вода закачивается обратно в пласт, газ сжигается на факеле или идет на газоперерабатывающий завод. А нефть либо продается (за границу трубопроводами или танкерами), либо идет на нефтеперерабатывающий завод, где перегоняется путем нагревания: легкие фракции (бензин, керосин, лигроин) идут на топливо, тяжелые парафинистые - на сырье для пластиков и т.п., а самые тяжелые мазутные с температурой кипения выше 300 градусов обычно служат топливом для котельных.
Как всё это регулируется?
Для добычи нефти есть два главных проектных документа: проект подсчета запасов (там обосновывается, что нефти в пласте именно столько, а не больше и не меньше) и проект разработки (там описывается история месторождения и доказывается, что надо разрабатывать его именно так, а не иначе).
Для подсчета запасов строятся геологические модели, а для проекта разработки - гидродинамические (там вычисляется, как месторождение будет работать в том или ином режиме).
Сколько всё это стоит?
Сразу скажу, все цены, как правило, конфиденциальны. Но могу примерно сказать: скважина в Самаре стоит 30-100 млн.руб. в зависимости от глубины. Тонна товарной (не переработанной) нефти стоит по-разному. Когда считала первый диплом, давали величину около 3000 р., когда второй - около 6000 р., разница во времени - год, но это могут быть и не реальные значения. Сейчас - не знаю. Налоги составляют как минимум 40% от прибыли, плюс налог на имущество (в зависимости от балансовой стоимости имущества), плюс налог на добычу полезных ископаемых. Добавьте деньги, требуемые на зарплату работникам, на электричество, на ремонт скважин и обустройство месторождения - строительство трубопроводов и оборудования для сбора и подготовки нефти. Очень часто экономика проектов разработки уходит в минус, поэтому надо ухищряться работать в плюс.
Добавлю такое явление, как дисконтирование - тонна нефти, добытая в следующем году, ценна меньше, чем тонна нефти, добытая в этом. Поэтому нужна интенсификация добычи нефти (которая тоже стоит денег).
Итак, я вкратце изложила то, чему училась 6 лет. Весь процесс, от появления нефти в пласте, разведки, бурения, добычи, переработки и транспортировки до продажи - вы видите, что для этого требуются специалисты совершенно различных профилей. Надеюсь, что хоть кто-то прочитал этот длиннющий пост - а я очистила совесть и развеяла хотя бы немногие мифы, окружающие нефть.