Учебное пособие по дисциплине «Нефтегазовые технологии» для студентов, обучающихся по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии в нефтяной и газовой промышленности»

Альметьевский государственный нефтяной институт

очной и заочной форм обучения

Под общей редакцией Чл. кор. АН РТ

д.т.н. профессора В.П.Тронова.

Альметьевск 2006

УДК 622.276

В 14

Я.В.Вакула

В 14 Нефтегазовые технологии: Учебное пособие по дисциплине «Нефтегазовые технологии» для студентов, обучающихся по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии в нефтяной и газовой промышленности», очной и заочной форм обучения. – Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2006. – 168 с.

Пособие знакомит студентов экономической специальности с основными технологиями в нефтяной промышленности.

В пособии изложены общие сведения об использовании нефти и газа, их свойствах и составе, краткие сведения о нефтепромысловой геологии и технологиях поисков углеводородов.. Изложены технологии строительства скважин, основы разработки и добычи углеводородов, их транспортирования, хранения и переработки.

Рецензенты:
Заведующий кафедрой «Разработка

и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений» д.т.н. профессор А.А.Липаев

Гл.научный сотрудник ТатНИПИнефть

Чл. кор. АН РТ д.т.н. профессор В.П.Тронов

Зав. кафедрой «Экономика и управление ПНГП»

к.э.н профессор Л.Н.Краснова

© Альметьевский государственный

нефтяной институт, 2006
ОГЛАВЛЕНИЕ

1. 
   Нефть и газ ……………………………………………………………4
   

3. Технологии строительства нефтяных и газовых скважин………47

4. Технологии заканчивания нефтяных и газовых скважин……….65

5 Технологии разработки залежей углеводородов………………….83

6. Технологии эксплуатации нефтяных и газовых скважин……..100

7. Технологии сбора и подготовки продукции на промыслах …...130

8. Транспорт, хранение и переработка углеводородов..................147
СОКРАЩЕНИЯ………………………………………………………………… 166
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………..168

1. НЕФТЬ И ГАЗ
Использование и добыча в древности. Значение в развитии цивилизации. Показатели добычи и потребления. Состав, основные физические и химические свойства. Ресурсы и запасы. Основные нефтедобывающие районы. Гипотезы образования. Направление развития и новые виды энергии..
В разных странах нефть называют по-разному. Большинство наименований в переводе на русский язык означает «земляное», «каменное» или «горное» масло, а также названия, употребляемые народами Малой Азии - «нафата», что значит «просачиваться».

Нефть известна с доисторических времен. Использовали нефть в качестве топлива, освещения, смазочного материала, применяли в лечебных целях, строительстве, военном деле. Для отопления и освещения использовали также горючие газы.

Рецепты лекарств, в состав которых входит нефть, содержатся в трудах по античной медицине. Продукт окисления нефти – асфальт (крепкий, прочный, надежный) - употребляемый для строительства дорог и в качестве вяжущего материала при кладке кирпича, находят в развалинах самых древних городов. В военном деле известен «греческий огонь», состав которого нефть с добавлением серы и селитры. Горячую нефть выливали на головы завоевателей защитники осажденных городов. Как военное средство в древней Руси использовали «живой огонь» - горящие стрелы с паклей и травой смоченной в «земляной смоле». В 16 веке в «Торговой книге» для русских купцов нефть упоминается в качестве товара, имеющего большой спрос в Западной Европе.

Нефть добывали в местах ее выхода на поверхность, где она просачивается по трещинам в горных породах из недр Земли. Жидкая нефть у своих выходов пропитывает верхние слои породы, может образовывать на поверхности земли нефтяные озера с окисленным верхним слоем, представляющим собой асфальт. Выделения нефти происходят нередко со дна рек, озер, морей, образуя на поверхности воды нефтяную пленку.

Широко в природе распространены выходы газа, которые в большинстве случаев трудно заметить, так как горючий природный газ бесцветен, почти не обладает запахом и не оставляет никаких следов на поверхности земли. Газ, воспламенившийся от искры или молнии, именовали «вечными огнями», которые горели многие годы и известны за тысячи лет до нашей эры.

Выходы нефти и газа встречаются на всех континентах. Много нефтяных источников известно и в регионе между Волгой и Уралом, где зачатки нефтяных промыслов уходят в глубокую древность.

Вплоть до второй половины 19 века объем добычи нефти был незначительным, сведения об объемах разноречивы, а ее состав и многие ценнейшие свойства на протяжении веков оставались загадкой.

В России в начале 19 века добывали в год нефти в пределах 2 – 5 тыс. т, в середине века порядка 100 тыс.т.

Спрос на нефть резко вырос с появлением керосиновой лампы (1853 г), освещение которой обходилось в 20 раз дешевле свечного. Для добычи нефти сооружают колодцы, бурят вручную специальные скважины.

Современный облик и размах мировая нефтяная промышленность получила на пороге 20 века, когда нефть и газ стали сырьем для химической промышленности, а в производстве и на транспорте получили широкое применение разнообразные двигатели внутреннего сгорания, работающие на углеводородном топливе, требующие разных сортов горючего и разнообразия нефтяных масел. Люди научились получать из нефти и газа синтетический каучук и волокна, пластмассы, полиэтилен, смазочные материалы, извлекать высокосортные топлива.

Первые автомобили появились в 90-х годах 19 века, а в 1910 их количество в мире превысило 10 миллионов.

Для удовлетворения небывалого спроса на нефть начались поиски нефтяных залежей в недрах земли, скважины научились бурить при помощи специальных технических средств, а их стенки крепить стальными трубами. Дату зарождения нефтяной промышленности принято отсчитывать от бурения первых удачных скважин на нефть механическим способом. Первая в мире нефтяная скважина пробурена в России в 1848 году. Но началом зарождения российской нефтяной промышленности принято считать 1864 год - время заложения скважины на Кубани, из которой 16 февраля 1866 года с глубины 55 м. ударил нефтяной фонтан с дебитом 12 тыс. пудов в сутки (около 200 т/сут.)

Начало американской нефтяной промышленности относят к 1859 году, когда в скважине пробуренной в Пенсильвании на глубину 21.2 м. была обнаружена нефть.

Соответственно развивалась техника и нефтегазовые технологии, увеличивалось количество скважин и их глубина, темпы и объемы добычи нефти.

Если на промыслах Баку (основной нефтедобывающий район России) в 1872 г. эксплуатировалось 2 нефтяные скважины, то через два года – 296. Средняя глубина скважин в 1873 г составляла 22 м, в 1883 - 59 м, в 1893 -114 м. К началу 20-го века в этом районе бурили скважины глубиной до 500 м.

Динамика роста нефтедобычи в России в этот период следующая: (млн. т)

В период становления нефтяной промышленности Россия - признанный мировой лидер по добыче нефти, объемам производства топлива, развитию инфраструктуры и темпам внедрения технических инноваций.

Первым городом в Европе, освещаемым чистым нефтяным газом, в 1874 году стала Казань. Первое в мире металлическое нефтяное судно построено в России. Россия стала законодателем внедрения технологий, связанных с использованием углеводородного сырья.

В 1901 году более 57 % нефти мира добыто в Российской империи.

Мировые войны подтвердили огромную роль моторов в военном деле.

В современном мире ни одна отрасль хозяйственной деятельности человека не может функционировать без продуктов переработки нефти и газа.

Первая мировая война и революция разорили нефтяную промышленность России, и только в 1928 г. добыча нефти в стране достигла уровня 1901 года. Основными регионами нефтедобычи были районы Баку и Грозного. В 1941 году из 33 млн. т нефти 23.5 млн. т добыто на промыслах Баку, 5 млн. т на Северном Кавказе.

В конце 20-х годов получена первая нефть на востоке страны - в Пермской области (Чусовские городки). В 30-х годах открыто ряд месторождений в Башкирии, Пермской и Самарской областях, в 1932 г начата промышленная добыча нефти в Республике Коми и на о. Сахалин. В 40-х годах открыты первые нефтяные месторождения в Татарстане, в т.ч. крупнейшее в мире Ромашкинское.

Вплоть до 1955 г первое место по добыче нефти в стране постоянно удерживал Азербайджан. С 1955 г основной базой нефтедобычи стал регион между Волгой и Уралом. В течение 16 лет с 1957 по 1975 г первое место по добыче принадлежало Татарстану.

С 1974 г и поныне основной производитель нефти - Западная Сибирь.

Максимальная добыча нефти в Советском Союзе - 624 млн. т - достигнута в 1987 и 1988 году. (Объемы добычи нефти и газа в нашей стране и в мире приведены в Приложении к главе 1, таблица 1.1).

Газовая промышленность, как самостоятельная отрасль оформилась в 40-х годах 20 века. Ныне Россия мировой лидер в области добычи природного газа с годовым объемом более 600 млрд. м³, экспортирующая продукцию в 20 стран Европы. ( Объемы добычи газа даны в таблице 1.2).

Нефтяная и газовая промышленность - одна из наиболее быстро развивающихся отраслей. Основная часть продукции используется в энергетических целях, поэтому ее относят к группе отраслей энергетики. Часть нефти, нефтепродуктов и газа направляется на переработку в химической промышленности.

Нефть имеет определенные естественные преимущества перед твердым топливом: большая энергетическая эффективность на единицу объема и веса; свойство текучести облегчает механизацию и автоматизацию добычи, транспортировки и переработки.

Однако, главная причина бурного развития состоит в высокой прибыльности нефтегазовой отрасли.

Рост мирового спроса на нефтепродукты со стороны хозяйственных отраслей и вооруженных сил, относительно низкие издержки на добычу и перевозку (по сравнению с углем), сосредоточение запасов в странах с дешевой рабочей силой превратило нефтяную отрасль в одну из самых привлекательных сфер приложения капитала. В начале 20-го века в топливном балансе мира на долю нефти приходилось 3%. В 80 -е годы нефть и газ обеспечивали энергетический баланс на 75-80%.
Нефть - маслянистая горючая жидкость с характерным специфическим запахом. Чаще всего зелено-бурого и черного цвета. Темный цвет нефти придают смолистые и асфальтеновые вещества.

Большинство нефтей легче воды, обладают свойствами разливаться на ее поверхности, образуя пленку, под которой резко снижается жизнедеятельность водных организмов. Присутствие в воде 1 миллиграмма бензина делает непригодной для питья 1000 литров воды.

Нефть по химическому составу вещество сложное. Содержит 85% углерода, 12 - 14% водорода и в небольших количествах кислород, серу, азот и другие элементы. Углерод и водород присутствуют в нефти в виде соединений, называемых углеводородами.

В природе существует четыре группы или ряда углеводородов. Особенности каждой группы обуславливаются строением их молекул.

Углеводороды первого ряда (C_nH_2n+2) называют насыщенными, а также метановыми, алкановыми и парафиновыми.

Второй ряд углеводородов (CnH_2n) назван непредельными, а также алкенами, ненасыщенными, олифенами.

Третий ряд (CnH_2n) отличается от второго строением молекул. Их называют нафтенами и циклонами.

Четвертый ряд углеводородов называют ароматическими. В отличие от нафтеновых, при одинаковом числе атомов углерода содержат на шесть атомов водорода меньше (C_nH_2n-6).

Если в первом и втором рядах атомы углеводорода соединяются последовательно один за другим (цепочками), то молекулы углеводородов третьего и четвертого ряда напоминают кольца. Нефть составляет смесь углеводородов всех групп.

Углеводороды второго ряда в нефти встречаются редко в очень малых количествах, поэтому олифеновой нефти не бывает.

По преобладанию углеводородов определенного ряда нефти называют

метановыми (парафиновыми),

нафтеновыми (асфальтовыми),

ароматическими (бензольными).

Чем больше атомов водорода входит в состав углеводородов, тем нефть легче, более светлая, менее вязкая и содержит больше бензиновых фракций. Такой нефтью является нефть метановая, которая в природе наиболее распространена.

Ароматические нефти самые тяжелые, содержат меньше всего бензина (иногда бензиновые фракции отсутствуют), наиболее вязкие и имеют темную окраску. Нафтеновые нефти по своим свойствам близки к ароматическим.

Сера в соединении нефти является вредной примесью, вызывает коррозию металлов и опасна при ее добыче. Содержание сероводорода в воздухе в количестве 100 мг/м³ для человека смертельно.

Углеводороды нефти почти не электропроводны. Нефть хорошо растворяет йод, серу, смолы, воздух, углекислый газ, легкие углеводороды. В воде нефть не растворяется, но дает с ней стойкие эмульсии.

Эмульсия - это смесь двух взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде мелких капелек (глобул). Диспергированную жидкость называют внутренней или дисперсной фазой, а жидкость, в которой она находится - дисперсионной или внешней средой. Нефтяные эмульсии бывают двух типов - вода в нефти (обратные) или нефть в воде (прямые). Необходимым условием образования нефтяной эмульсии является наличие в нефти природных эмульгаторов, к которым относятся асфальтены, смолы, нефтерастворимые органические кислоты и мельчайшие механические примеси (ил, глина). Эмульгаторы на поверхности раздробленных мелких капелек воды образуют пленку (оболочку), препятствующую их слиянию.

Нефть при охлаждении застывает. Температура застывания зависит от содержания в нефти парафина. При сгорании нефти получается зола, состоящая из окислов кальция, магния, железа, алюминия, кремния, натрия и ванадия. Смесь паров углеводородов и воздуха взрывоопасна. В зависимости от состава и свойств, нефти разделяют на классы, типы, группы, виды (по содержанию серы, парафина, смолы в мазуте). Это облегчает их сортировку при сборе, транспортировании и переработке.

Качество нефти характеризует содержание в ней бензиновых, керосиновых и соляровых фракций. Фракционный состав нефтей определяют путем лабораторной разгонки, которая основана на различных точках кипения каждого углеводорода. В зависимости от содержания фракций, выкипающих до 350 °С, нефти делятся на три типа: Т₁ - выход фракций не менее 45%, Т₂ -от 30 до 45 %, Т₃-менее 30%

Одним из показателей товарного качества нефти - ее плотность. В России плотность нефти определяют при температуре 20 °С и атмосферном давлении (стандартные условия), а количество измеряют в тоннах.

В мировой практике принято измерять добываемую и продаваемую нефть в баррелях, а плотность определяется в градусах Американского нефтяного института (API), расчет которых ведется при температуре 60 градусов Фаренгейта.

Нефтяной баррель равен 158,987 литра (159л), температура 60 °F соответствует температуре 15,56 °С (15.6 °С).

Тип нефти (согласно стандарту 2002 г) определяется по ее плотности.

Плотность кг/м³ - 750.0 – 830 - особо легкая - 0 –

- 830.1 – 850 - легкая - 1 –

- 850.1 – 870 - средняя - 2 –

- 870.1 – 895 - тяжелая – 3 –

- 895.1 – 1000 - битуминозная- 4

Наиболее ценные нефти с плотностью до 880 кг/м³.

В практике чаще пользуются понятием «относительная плотность» -отношение массы нефти к массе того же объема дистиллированной воды при температуре 4 ⁰С (при этой температуре плотность воды наибольшая).

Важнейшее свойство нефти — вязкость ( свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц при движении).

Чтобы переместить один слой жидкости относительно другого, необходимо приложить силу

Р= где:μ - коэффициент вязкости, Δv - приращение скорости движения одного слоя относительно второго, Δs - расстояние между слоями, F - поверхность соприкосновения двух слоев. Из этой формулы получаем коэффициент вязкости

Подставляя в формулу вместо величин их единицы измерения ( единица силы 1Н, площади 1м² , расстояния 1м, скорости 1м/с ), получим размерность коэффициента вязкости 1 Н с/и² (дин с/м²) или Па· с

Единица измерения вязкости в системе СИ - Па • с (паскаль - секунда)

В промысловой практике пользуются меньшими единицами вязкости:

пуаз 1 П = 0.1 Па•с

сантипуаз 1сП =0.001 Па•с

Динамическая вязкость воды при +20 °С равна 1 сП, нефти от 1 до 100 и даже 200 сП.

Для технических целей часто пользуются понятием кинематической вязкости , за которую принимают отношение динамической вязкости нефти к ее плотности.

Единицей кинематической вязкости в системе ( СИ ) служит 1 м²/с, на практике пользуются единицей стокс. (1Ст=10^-4 м²/с. Иногда для оценки качества нефти пользуются условной вязкостью °ВУ_t, которая показывает, насколько вязкость нефти больше вязкости воды. Индекс t указывает температуру, при которой производили измерения. Измеряют условную вязкость путем сравнения времени истечения 200 см³ нефти и воды через трубку определенных размеров ( обычно диаметром 5 и длиной 100 мм). По данным этих измерений можно вычислить кинематическую вязкость ( по формулам ).

Соприкасаясь с воздухом, нефть испаряется при любой температуре и в первую очередь теряет наиболее ценные легкие бензиновые фракции.

Нефтяные месторождения всегда содержат углеводородные газы в растворенном или свободном состоянии. Количество газа, растворенного в одной тонне нефти, называют ее газовым фактором, величина которого зависит от состава нефти, температуры и пластового давления.

Углеводороды метанового ряда по физическому состоянию могут быть газами, жидкостями и твердыми веществами. Метан («болотный газ» СН₄), этан (С₂Н₆), пропан (С₃Н₈), бутан (С₄Н₁₀) - при нормальных условиях вещества газообразные .(нормальные условия- атмосферное давление и температура 0°С ) Пентан (С₅Н₁₂), гексан (C₆H₁₄) гептан (C₇H₁₆) - неустойчивы и при изменении давления и температуры легко переходят из газообразного состояния в жидкое и наоборот. Углеводороды состава от C₈H₁₈ до С₁₇Н₃₆ - жидкие вещества, а содержащие более 17 атомов углерода - твердые (парафин, церезин)

Продукт, выделенный из природного газа и представляющий смесь жидких углеводородов (содержащих более 4-х атомов углерода в молекуле) называют г а з о в ы м к о н д е н с а т о м.

Горючие газы нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений по химической природе сходны с нефтью.

В природных газах чисто газовых месторождений преобладает метан, содержание которого в смеси углеводородов доходит до 95 -98%.

Газ, извлекаемый вместе с нефтью, называют н е ф т я н ы м.

Нефтяной газ по сравнению с природным содержит меньшее количество метана (30 – 70 %) и имеет большее количество тяжелых углеводородов. В состав газов входят также азот, углекислый газ, сероводород, редкие газы (гелий, аргон), пары ртути.

Нефтяные и природные газы делят на «сухие» и «жирные», в которых содержание тяжелых углеводородов позволяет получать из них сжиженные газы или газовый бензин. Сухими считают газы, содержащими менее 60 г бензина в 1 м³ газа, а с большим содержанием относят к жирным. Как правило, жирные газы сопутствуют легкой нефти.

Основные физические характеристики газа.

Плотность- масса газа, заключенная в 1 м³ при температуре 0°С и атмосферном давлении. На практике используют «относительную плотность», которая является отношением массы определенного объема газа к массе того же объема воздуха при одинаковом давлении и температуре. Колеблется в широких пределах ( метан - 0.554, бутан - 2).

Теплота сгорания- количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 м³ этого газа. Выражается в кДж / м³ или ккал / м³. Чем тяжелее компонент, тем выше его теплота сгорания.

( Например, метан - 37.2 , бутан - 123.4 МДж / м³.)

Газ в смеси с кислородом и воздухом отличается повышенной взрывоопасностью и при определенных пределах концентрации взрываются.

Растворимость газа в воде незначительна. Нефтяной газ растворяется в нефти с повышением давления.

Давление, при котором из нефти начинают выделяться первые пузырьки растворенного в ней газа, называют давлением насыщения.

Давление насыщения зависит от состава нефти и газа, от соотношения их объемов и температуры.

При определенном давлении и температуре газы переходят в жидкость.

Температуру, выше которой газ не переходит в жидкое состояние, как бы велико не было давление, называют к р и т и ч е с к о й.

Критическое давление - это давление, при котором газ, имеющий критическую температуру, переходит в жидкость.

Критическое давление, критическая температура и относительная плотность газовой смеси равна сумме показателей каждого компонента , входящих в состав газа и его доли в смеси. Состояние горючих газов при одинаковых условиях отличается от состояния газов идеальных. Для характеристики степени отклонения пользуются коэффициентом сжимаемости - отношением объема реального газа к объему идеального при одних и тех же условиях.

Природные газы при определенной температуре и давлении образуют с водой твердые соединения - гидраты, по внешнему виду напоминающие снег, и для которых характерно размещение молекул углеводородов в молекулах воды.

Организация нефтяных и газовых промыслов возможна только на территории, в недрах которой имеются в наличии и разведаны промышленные скопления углеводородов.

Нефтедобывающее производство может функционировать и приносить прибыль только при обязательном его обеспечении запасами углеводородов (нефти, газа, газового конденсата), создании и постоянным вводом новых нефтедобывающих мощностей, поддержанием их в работоспособном состоянии, совершенствовании нефтегазовых технологий, для чего необходимо регулярное вложение крупных капиталов

К запасам отнесено количество углеводородов, которое содержится в разведанных и доказанных месторождениях

Количество углеводородов, которое возможно содержится в недрах недостаточно изученных территорий, относят к ресурсам.

Начальные геологические потенциальные ресурсы углеводородов (УВ) включают в себя ресурсы и запасы всех категорий, в т.ч. и то количество, которое уже извлечено.

Ресурсы подразделяют на прогнозные (D₁ и D₂) и перспективные С₃.

К прогнозным ресурсам относится то количество углеводородов, которое может находиться на данной территории в земной коре по геологическим показателям.

К перспективным относят ресурсы, возможно находящихся в пределах не вскрытых скважинами пластов (напр., более глубоких) разведанных месторождений, если продуктивность этих пластов установлена на других площадях.

Количество углеводородов, которое можно извлечь на поверхность при современных условиях технологии добычи называют извлекаемыми ресурсами или запасами нефти и газа.

Запасы углеводородов в зависимости от степени изученности делят на категории.

Резервы запасов нефти разделяют на доказанные, вероятные и возможные.

Доказанные запасы - часть нефтяных резервов, которая наверняка будет извлечена из освоенных месторождений при имеющихся экономических и технических условиях.

Вероятные запасы - часть нефтяных резервов, о которых геологическая и инженерная информация недостаточна для разработки в существующих экономических и технических условиях, но может быть реализованной (выгодной) при увеличении информации об этих месторождениях и развитии технологии разработки.

Возможные запасы - это часть резервов информация о которых достаточна лишь для приблизительной оценки затрат на разработку и ориентировочного указания методов извлечения с невысокой степенью вероятности.
Вероятные и возможные запасы отличаются от доказанных тем, что их или нецелесообразно разрабатывать при нынешнем уровне цен и применяемых технологиях, или о них недостаточна информация.

Состояние запасов на разрабатываемых месторождениях оценивают как запасы разбуренные, разрабатываемые, неразрабатываемые, не разбуренные.

Основной нефтеносный и нефтедобывающий район России – Западная Сибирь. Включает территорию Тюменской и Томской областей, Ханты- Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов, прилегающий шельф Карского моря. ( Шельф – прибрежная пологая наклонная равнина с углом падения в среднем 2 – 3 градуса. Глубина до 200 м). Добыча нефти ведется с 1964 года. Максимальная добыча 408.6 млн.т достигнута в 1988г. Разведанные запасы сконцентрированы в крупных и крупнейших месторождениях. Уникальные месторождения с разведанными начальными извлекаемыми запасами превышающими 500 млн. т – Самотлорское, Красноленинское, Мамонтовское, Федоровское. Характерна высокая продуктивность месторождений, преобладание нефтей без содержания и с малым содержанием серы. Согласно геологическому прогнозу имеются значительные неразведанные ресурсы.

После Западной Сибири крупнейшим нефтедобывающим районом России является Урало-Поволжье, объединяющий ряд республик и областей Приуралья, Среднего и Нижнего Поволжья. Центрами района являются Татарстан и Башкортостан. Первое месторождение в Башкирии (Ишимбаевское) открыто в 1932 г.

Поиски и разведка нефти в Татарстане с применением глубокого бурения начаты в 1939 году. Датой рождения нефтяной промышленности Татарстана считается август 1943 года, когда в Шугурово из скважины глубиной 648м (верейский горизонт) была получена первая промышленная нефть (20т). В 1946 году открыто Бавлинское нефтяное месторождение в девонских отложениях, 1948 году - Ромашкинское, в 1955 г – месторождения Прикамья. В 1970 г объем добычи нефти достиг 100 млн. т , что составляло почти 30% годовой добычи всей страны. Стомиллионный рубеж поддерживался в течение 7 лет. 14 мая 1971 г. из нефтяных месторождений Татарстана с начала промышленной разработки извлечен первый миллиард тонн нефти. Второй миллиард добыт 2 октября 1981 года, а всего из недр извлечено 2.8 миллиарда тонн нефти.

Ведется разработка нефтяных месторождений в Пермской, Оренбургской, Самарской, Саратовской, Волгоградской, Ульяновской областях, республиках Удмуртия и Калмыкия. Неразведанные ресурсы нефти в регионе оцениваются более 1 млрд. т.

Старейшим и наиболее разведанным нефтяным районом России является Северный Кавказ. Разработка нефтяных месторождений ведется в Краснодарском и в Ставропольском крае, в республике Чечня и смежных с ней территориях Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Северной Осетии, в республике Дагестан. Определенный резерв выявления новых месторождений имеется на прилегающих шельфах Каспийского моря.

Рядом крупных нефтяных месторождений располагает республика Коми, в том числе единственном в России (Ярегское), где применяется шахтный способ разработки тяжелой нефти.

Крупный резервный район нефтедобычи сформирован на северо-востоке Ненецкого автономного округа. Сырьевая база Европейского Севера тесно связана с проблемами разведки и освоения нефти прибрежной части Баренцева Моря, где открыты ряд крупных и средних месторождений.

Как перспективный рассматривается район, включающий республики Марий-Эл, Мордовия, Чувашия, Кировская и Нижегородская область ввиду непосредственной близости к нефтяной провинции между Волгой и Уралом.

Открыты небольшие месторождения нефти на территории Калининградской области и прилегающего шельфа Балтийского моря.

Нефтяные ресурсы Дальнего Востока изучены и освоены слабо и неравномерно. Большинство открытых нефтяных месторождений находится на о.Сахалин и прилегающем к нему шельфе Охотского моря. О.Сахалин является одним из старейших нефтедобывающих районов России и единственным на Дальнем Востоке. Открыто несколько месторождений, в том числе крупных, в Республике Саха (Якутия). В целом, весь северо-восток России изучен слабо, но по геологическим оценкам перспективы на поиски нефти благоприятные.

Восточная Сибирь – крупный нефтяной регион России, полностью лишенный нефтяной инфраструктуры и реально действующих нефтедобывающих предприятий. Освоение открытых нефтяных месторождений на территории Красноярского края, Иркутской области, Таймырского и Эвенкийского автономных округов сдерживаются из-за природно-климатических условий, отсутствия необходимых коммуникаций и инфраструктуры. Геологическая изученность территории низкая.

Крупные нефтедобывающие предприятия России по состоянию на конец 2005 г приведены в таблице 1.3.

Основным газодобывающим районом России остается Ямало-Ненецкий автономный округ в Западной Сибири. Приоритетным стратегическим регионом, обеспечивающим необходимые объемы добычи газа на долгосрочную перспективу, становится п-ов Ямал и акватории северных морей России. Крупные газодобывающие комплексы размещены в Оренбургской области. Добывают газ также в Саратовской и Астраханской области, республике Дагестан, Краснодарском и Ставропольском крае и др.

В перспективе - развитие добычи газа в Республике Саха (Якутия), в районе о. Сахалин. Для развития газовой промышленности необходимо решить проблему извлечения и использования газовых составляющих (гелий, сера), переориентировать использование газа с топливных на сырьевые цели. Необходимы также новые газопроводы в направлении Европы и Азиатско – Тихоокеанского региона.

В целом по России из-за сокращения объемов геологоразведочных работ в последние годы прирост запасов не компенсирует текущую добычу нефти, что негативно влияет на обеспеченность ее запасами.

Запасы углеводородов на земном шаре распределены весьма неравномерно. В странах Ближнего и Среднего Востока сосредоточено более 65 % мировых запасов нефти, в Африке - около11, в Северной Америке -9% , в Западной Европе менее 4%.

В 70-х годах ученые установили, что мировая добыча нефти на всем протяжении ее развития с 1890 по 1970 г удваивалась каждые 10 лет за исключением кризисных 30-х годов. ( См. Приложение к главе 1, таблица 1). Исходя из этой закономерности, в 1980 году добыча нефти должна была составить 4 млрд. т, в 1990 – 8 млрд. т и в 2000 году - 16 млрд. т. Фактически это оказалось не реальным. Для такого объема добычи надо располагать извлекаемыми запасами не менее 500 млрд. т, тогда как большинство исследователей их оценивает в 250 - 360 млрд. По подсчетам Института нефти и газа (АО «ВНИИ -Зарубежгеология») мировые запасы нефти - 486 млрд. тонн, из них 121 млрд. т уже достали из недр, 161 находятся в открытых месторождениях (текущие разведанные запасы), 205 еще предстоит найти (перспективные и прогнозные запасы). Некоторые исследователи считают, что за все время существования нефтегазодобывающей промышленности (примерно 125лет) мировая добыча достигла к началу 2006 года 115 млрд. т нефти и более 80 трлн. м³ газа

Доказанные запасы по состоянию на 01.01.2006 г. составляют нефти - 191,5 млрд.т. и газа - 173,1 трлн. м³. Обеспеченность запасами текущей добычи при современных темпах и технологиях составляет примерно 40 - 50 лет. ( см.табл. 1.4)

Перспективные и прогнозные запасы нефти в России оцениваются в 62.7 млрд. т. Но единой оценки запасов в России нет, цифры объема извлекаемых запасов называют от 7 до 47 млрд. т, что составляет от 5 до 25 % мировых.

Из всех запасов горючих ископаемых на долю угля приходится 80%, на долю нефти - 11% и газа 8%

Исходя из доказанных запасов мировые объемы добычи в год составляют - нефти в пределах 3.5 млрд.т, газа 2.6 трлн. метров кубических.

В начале 20 века нефть добывали в 19 странах мира. Теперь нефть добывают во всех частях света, за исключением Антарктиды.

(Показатели добычи нефти и газа 15 нефтедобывающих стран представлены в таблице 1.5 и 1.6).

За пределами России самые богатые месторождения нефти в странах Ближнего и Среднего Востока ( Саудовская Аравия, Иран, Кувейт, Объединенные Арабские Эмираты, Катар, Ирак).

Значительные запасы нефти имеются в Азербайджане, Казахстане, Туркмении, США, Канаде, Мексике, Венесуэле, а также Южной Америке и Африке. Возможности открытия новых месторождений в этих и других районах далеко еще не исчерпаны.

Один из старейших и известнейших регионов нефтедобычи в мире является Азербайджан, 70% территории которого считаются перспективными на нефть и газ. С давних пор добывают нефть в Казахстане, а первые упоминания о нефти Туркменистана относятся к 13 веку. Нефть в этих странах добывается на суше и в акватории Каспийского моря.

.

В Западной Европе крупные месторождения нефти найдены на шельфе Северного моря, потенциал которого далеко не исчерпан. Разрабатываются Великобританией и Норвегией.

Основной нефтедобывающей страной Южной Америки является Венесуэла. Значительными природными ресурсами углеводородов располагает Бразилия и Аргентина.

В Юго-Восточной Азии основная часть разведанных запасов нефти приходится на Индонезию, Малайзию, Бруней, Вьетнам.

Крупным производителем нефти с развивающейся нефтяной отраслью становится Китай.

Самые богатые нефтью страны Персидского Залива, где сосредоточено более 60% мировых запасов.

Крупнейшими высокопродуктивными месторождениями располагает Саудовская Аравия, многие годы занимающая первое место в мире по объему добычи.

Второе место в мире по запасам нефти занимает Ирак, где открыты ряд крупнейших месторождений.

Огромными разведанными запасами нефти располагает Иран, Кувейт, Катар, Объединенные Арабские Эмираты.

На Африканском континенте нефтедобывающими странами стали Ливия, Алжир, Ангола, Габон, Египет, Нигерия.

В зависимости от запасов месторождения нефти и газа различают мелкие, средние, крупные, крупнейшие, уникальные.(см.т.1.7).

Месторождения с начальными доказанными запасами нефти, превышающими миллиард тонн и газа, превышающими триллион м³ показаны в таблице 1.8

В мировой нефтегазовой отрасли увеличивается доля добычи нефти на морских (шельфовых) месторождениях. Работы ведутся уже на глубинах 800 и более метров при удалении от берега на 200 - 500 км. Наиболее крупные месторождения нефти разведаны в Персидском, Оманском и Мексиканском заливе, в Северном море, у берегов Аляски и Калифорнии, у западного побережья Африки, у островов Юго-Восточной Азии и др.

У некоторых стран мира на морских и шельфовых месторождениях сосредоточена полностью или основная часть добычи - Великобритания и Норвегия почти 100% в Северном море, США более половины, Бруней и Катар около 2/3, Ангола и Австралия более 4/5, Бахрейн 9/10.

Многие страны, на территории которых в недрах скопления углеводородов отсутствуют или недостаточно, углеводородное сырье импортируют.

Импорт в Японию превышает 250 млн. т в год, покрывая весь объем потребности страны. США владеют собственной крупномасштабной нефтегазовой промышленностью, тем не менее, для покрытия топливных нужд ввозят свыше 300 млн. т нефти в год и расходуют около 40 % мировой добычи.

Высокоразвитые страны мира (Западная Европа, Северная Америка, Япония) потребляют в год до 1.5 млрд. т нефти и покрывают в основном за счет импорта.

Экспорт нефти в другие страны составляет более 60,7%. Основными экспортерами нефти являются страны ОПЕК - 40%, Россия, Норвегия, Мексика. В 2005 г экспорт нефти России – 265,5 млн.т (56.2%).

ОПЕК - организация государств экспортеров нефти (Саудовская Аравия, Венесуэла, Объединенные Арабские Эмираты, Иран, Ирак, Ливия, Нигерия, Алжир, Кувейт, Катар, Индонезия).

Спрос на нефть в 2005 г оценивался 84,5 млн. баррелей в день, поставки
84.4 млн. баррелей. По прогнозу ОПЕК в 2006 г потребление нефти составит 84.8 баррелей в день

Один из наиболее сложных вопросов науки - из чего где и как образовалась нефть. Было создано более тридцати гипотез, с помощью которых пытались объяснить происхождение нефти. В настоящее время признаются две гипотезы: теория органического (биогенного) и теория неорганического (абиогенного) происхождения нефти.

Неорганическая теория впервые выдвинута в 1877г Д. И. Менделеевым. Он предполагал, что в недрах Земли при воздействии перегретого водяного пара на карбиды тяжелых металлов в условиях высоких температур и давлений могут образоваться углеводороды, которые являются составной частью нефти и газа. Эту теорию назвали «карбидной теорией». Возможность образования таким путем углеводородов подтверждена экспериментально. Но одно из главных возражений заключается в том, что в глубочайших недрах Земли нет условий для движения воды, необходимой для соединения с углеродом.

В науке известна «космическая гипотеза», высказанная русским геологом Н. А. Соколовым, которая базируется на теории происхождения Земли. Учитывая факты нахождения битумов в метеоритах и наличие углеводородов в хвостах некоторых комет, сделано заключение, что углеводороды находились в газовой оболочке Земли в фазе ее звездного состояния. По мере остывания Земли, углеводороды поглощались расплавленной магмой. Впоследствии, когда образовалась земная кора, углеводороды в газообразном состоянии проникали в верхние части земной коры по ее трещинам, конденсировались и образовывали нефтяные залежи. Теорию возникновения промышленных месторождений нефти за счет выделения углеводородов из медленно остывающей магмы развил в наши дни В. Д. Кудрявцев. В настоящее время выявлены многочисленные залежи нефти связанные с изверженными породами, расположенными ниже осадочных пород.

Идею об органическом происхождении нефти высказал М. В. Ломоносов. Он объяснял происхождение нефти разложением в недрах земли без доступа кислорода органических остатков животных и растительных организмов. И. М. Губкин нашел веские доказательства в пользу этой теории и сформулировал их в своей работе «Учение о нефти». По этой теории, известной под названием сапропелевой, материнским веществом нефти является сапропель («гнилой ил»).

Все без исключения живые организмы рано или поздно гибнут и их останки накапливаются мощным слоем на дне застойных водоемов (озера, лагуны, заливы) и прибрежных участках открытых морей. Со временем в результате изменения режима бассейна на них начинают откладываться осадки другого состава, например, пески, и сапропелевый слой оказывается погребенным. Происходит разложение вещества без доступа кислорода и обогащение разлагающихся органических веществ углеродом. Разложению способствуют бактерии, которые не только разлагают органическое вещество, но и, размножаясь, своей массой увеличивают его объем. Под давлением вышележащих слоев сапропелевый слой уплотняется, из него выжимаются жидкие и полужидкие нефть, вода и газы, которые по трещинам проникают в вышележащие слои пород. Возможность образования нефти в результате разложения без доступа воздуха животных остатков и жиров доказана экспериментально. Нефть могла оставаться после своего образования в пределах тех же пород (материнских), но в большинстве случаев нефть перемещалась (мигрировала) из одних слоев в другие.

Вопросы происхождения нефти и образования нефтяных месторождений представляют огромное значение в направлении поисков и разведки углеводородного сырья.

Теория органического происхождения нефти ограничивает образование углеводородов лишь осадочными породами и стала тормозом разведки на нефть и газ в более древних слоях земной коры на больших глубинах в кристаллическом фундаменте.

Профессор Б.М.Юсупов выдвинул смешанную биогенно - минеральную гипотезу, согласно которой нефть и газ образовались в тех бассейнах, при формировании которых имелись благоприятные условия как для развития органического мира, так и для поступления глубинного метана и углерода.

Нефть, как вид химического и стратегического сырья незаменима, не возобновляемая, ее запасы в недрах не бесконечны.

Развитие топливо–энергетических ресурсов для удовлетворения растущих потребностей возможно в следующих направлениях:

- поиск и разработка новых методов и добычи (получения) углеводородного сырья и его переработки;

- развитие альтернативных возобновляемых источников энергии.

К первому направлению можно отнести

а) совершенствование и разработка новых технологий, обеспечивающих более полное извлечение нефти, в т.ч. высокой вязкости, из разработанных, разрабатываемых и вновь вводимых в разработку залежей углеводородов методами воздействия на пласты эксплуатируемые и вскрываемые. Это направление является наиболее технически подготовленным.

б) подтверждение идеи о подпитке нефтяных месторождений углеводородами из глубинных недр земли.

в) поиски новых нефтяных месторождений в акваториях морей и на больших глубинах суши абиогенного (неорганического) происхождения.

Строительство скважин и эксплуатация месторождений углеводородов в акваториях морей и океанов является процессом сложным и дорогостоящим. Строительство скважин на большие глубины требует новых технологий и материалов способных работать в среде сверхвысоких давлений и температур с большими нагрузками.

Большая часть поверхности Земли (71% площади земного шара) приходится на океаны и моря, которые разведаны слабо. В перспективе - удаленность от берега и увеличение водной толщи. Но уже сейчас четверть мировой добычи нефти приходится на морские месторождения. Предполагают, что морские месторождения содержат более 60 процентов мировых запасов нефти и газа.

г) использование в качестве источников нефтяного сырья нефтяных битумов. Природные битумы - сильно окисленные сверх высоковязкие нефти жидкой, полужидкой и твердой консистенции с высоким содержанием серы – мальты, асфальты, асфальтиты. Практически не содержат легкие фракции. От традиционной нефти отличаются повышенным содержанием асфальтено-смолистых компонентов (25-75%), высокой плотностью (965-1220 кг/см³), аномальной вязкостью (более104 мПа с). Предполагается, что эти нефти, являясь жидкими и подвижными, просочились из нижних пластов и пропитали верхние пористые породы, которые в некоторых местах выходят на поверхность. Так как залежи оказались не герметичными, легкие фракции (бензиновые, керосиновые) постепенно улетучивались, а к залежам свободно проникал кислород из воздуха и воды, который вступил в реакцию с углеводородами. В результате окисленная нефть стала не текучая. Природные битумы содержат высокие концентрации разнообразных не углеродных компонентов (ванадий, никель). Битуминозные толщи распространены во многих районах земли. В России наиболее разведаны месторождения битумов в Татарстане и прилегающих районах Самарской и Ульяновской областей, залегающих на глубинах до 400 метров. Мировые запасы битумов оцениваются в 330 - 350 млрд. т. Битумы можно добывать рудничными методами (карьерный и шахтный) и внутрипластовым способом через пробуренные скважины с применением тепловых методов (внутрипластовое горение, вытеснение паром). Карьерные методы добычи битумов и технология их переработки на практике применяются в США и Канаде. Опытно-промышленные работы по разработке битуминозных пород с применением тепловых методов проведены в ОАО «Татнефть», на основании чего можно считать принципиально установленной возможность и рентабельность разработки этими методами.

д) Синтетическая нефть может быть получена из горючих сланцев, каменного угля.

е) Перспективны технологии извлечения метана из угледобывающих шахт, бытовых отходов крупных городов.

ж) Есть перспективы использования источников растительного происхождения. Например, в Бразилии используется так называемое «дизельное дерево» - копайферу, сок которого, насыщенный углеводородами, применяют в качестве добавки к автомобильному горючему. Основаны первые промышленные плантации аналогичных растений в Австралии. Подобное «нефтяное дерево» под названием ханга нашли в джунглях Филиппин, его плоды дают горючее масло, которое может стать альтернативным источником материалов, получаемых из нефти. Производят дизельное топливо из растения рапс, культивируемое во многих странах Европы. В России первый завод по выпуску топлива из рапса намечено построить в г. Орел.

з)Теоретически доказана возможность получения нефти из воздуха путем синтеза углерода с водородом, разработан способ получения углеводородов из мусора («Оксидент петролеум»), бензин из сухих стеблей кукурузы (французский инженер А. Ротлисберже).

Второе направление обеспечения энергетическими ресурсами – разработка технологий эффективного использования возобновляемых видов энергии.

Основными источниками энергии будущего называют энергию солнца, тепло земных недр (геотермальная энергия), атомную энергию, приливную энергию (обусловленную гравитационными силами, действующими в системе Земля - Луна - Солнце).

Возможно использование солнечной энергии для замены двигателей внутреннего сгорания. В этом случае солнечная энергия передается непосредственно специальному двигателю при помощи фотоэлектрических элементов. Во многих странах появились экспериментальные дома, оснащенные сложными солнечными отражателями и батареями.

Перспективно использование энергии моря, связанное с разностью

Г и д р о т е р м а л ь н ы е источники тепла представляют собой запасы горячей воды и пара с температурой 100 - 300 °С, которые в некоторых местах Земли (Камчатка, Курилы, Япония, Исландия, Н.Зеландия и др.) выходят на поверхность в виде гейзеров. В других районах для получения горячей воды необходимо бурить скважины глубиной 2000 и более метров.

П е т р о т е р м а л ь н ы е источники представляют тепло сухих горных пород. Для получения тепла нужно строить две скважины на глубину достижения пород требуемой температуры, забои скважин соединить. Затем в одну скважину нагнетается холодная вода, а из другой поднимается вода, нагретая земным теплом.

Неистощимым источником энергии считается энергия атомного ядра, (один грамм ядерного топлива эквивалентен 2,7 т условного топлива ) и человечеству хватит на многие сотни лет, так как урана в природе много, особенно в океанической воде. Считаются неограниченными и запасы тория.

Первая в мире атомная электростанция построена в 1954г в городе Обнинск мощностью 5000 кВт. Установленная мощность АЭС в мире в 1985г - 245 млн. кВт.

Атомная энергия 21 века основана на делении тяжелых ядер урана 235.

Но ядерная энергетика связана с радиоактивным загрязнением и небезопасна для окружающей среды, а топливо будущего должно быть экологически чистым. Поэтому в перспективе использование термоядерной энергии. В термоядерных реакторах будет идти не деление, а синтез, слияние легких ядер дейтерия и трития (изотопов водорода). Запасы дейтерия в морской воде практически не ограничены. Овладев дейтериевым процессом можно будет переходить к топливу гелий-3, при использовании которого температура реакции в десятки раз выше, чем при дейтериево-тритиевом процессе.

Гелий-3, которым богата Луна, считается топливом экологически чистым. Образуется только на Солнце в результате термоядерных реакций и разлетается в пространство в виде космических лучей – солнечного ветра. На Землю не попадает – мешает атмосфера и магнитное поле. На Луну, где нет атмосферы, солнечный ветер проникает свободно и оседает на поверхности грунта. Одна тонна гелий-3 эквивалентна 20 млн. тонн нефти. Для работы одного промышленного реактора достаточно 50 кг топлива в год. Гелий-3 можно производить только при сверхнизких (криогенных) температурах и транспортировать в жидком виде. Ученые подсчитали, что для покрытия потребности Энергетики России потребность 20 т в год , а мировой – 200т. (газета «Труд» 7.02.06). По мнению акад. Р.З.Сагдеева для постановки на службу человеку термоядерных реакций потребуется лет 100 (интервью газете «Труд» 31.01.06).

С древнейших времен человек использовал энергию ветра (ветряные мельницы, парусный флот). Современные технические возможности позволяют ее использовать для выработки электроэнергии, но их освоение связано с определенными трудностями (могут работать лишь в ограниченном интервале скоростей воздушного потока, количество вырабатываемой энергии зависит от скорости ветра). В перспективе - применение высотных ветряных электростанций с подъемом на высоту 8-12 км, где действуют постоянные воздушные потоки со скоростью 100 м/с.

Появились сведения, что открыт новый вид излучения - магнитный монополярный и нерадиоактивный, получаемый при воздействии электромагнитных импульсов на земную кору. Явление, судя по всему, имеет непосредственное отношение к гравитационным силам и землетрясениям. При его моделировании происходит появление шаровых молний, преобразование одних элементов в другие (в т.ч. преобразование радиоактивных отходов).

Нефть и газ не только топливо, но и сырье для химической промышленности из которого производят множество материалов. Особенно в промышленности и в быту получили распространение полимеры.

Без нефти и газа не обходится ни одна сфера жизни.