Влияние качественных параметров углеводородных ресурсов на повышение эффективности их переработки

Основная часть

Нефть – полезное ископаемое, представляющее собой маслянистую жидкость. Это горючее вещество, часто черного цвета, хотя цвет нефти в разных районах различается. Она может быть и коричневой, и вишневой, зеленой, желтой, и даже прозрачной. С химической точки зрения нефть – это сложная смесь углеводородов с примесью различных соединений, например серы, азота и других. Ее запах также может быть различным, так как зависит от присутствия в ее составе ароматических углеводородов, сернистых соединений [1].

Нефтегазовой промышленностью называют высокотехнологичный комплекс, который осуществляет добычу, транспортировку, переработку и реализацию продуктов нефте- и газопереработки.

Принято считать, что нефтяная эра началась в 1800-х годах, когда впервые начали применять технологии механического бурения. В наши дни почти все углеводороды добывают с помощью бурения скважин.

Нефтегазовый комплекс – это многоуровневая сеть производственных и обслуживающих предприятий [1].

Углеводороды, из которых состоит нефть, – это химические соединения, состоящие из атомов углерода (C) и водорода (H). В общем виде формула углеводорода – CxHy. Простейший углеводород, метан, имеет один атом углерода и четыре атома водорода, его формула – CH4. Метан – легкий углеводород, всегда присутствует в нефти.

В зависимости от количественного соотношения различных углеводородов, составляющих нефть, ее свойства также различаются. Нефть бывает прозрачной и текучей как вода. Кроме того, нефть бывает черной и очень вязкой, малоподвижной, которая даже не вытекает из сосуда, когда его перевернуть [2].

С химической точки зрения обычная (традиционная) нефть состоит из следующих элементов:

• углерод – 84%,
• водород – 14%,
• сера – 1–3% (в виде сульфидов, дисульфидов, сероводорода и серы как таковой),
• азот – менее 1%,
• кислород – менее 1%,
• металлы – менее 1% (железо, никель, ванадий, медь, хром, кобальт, молибден и др.),
• соли – менее 1% (хлорид кальция, хлорид магния, хлорид натрия и др.) [3].

Нефть (и сопутствующий ей углеводородный газ) залегает на глубинах от нескольких десятков метров до 5–6 километров. При этом на глубинах 6 км и ниже встречается только газ, а на глубинах 1 км и выше – только нефть. Большинство продуктивных пластов находятся на глубине между 1 и 6 км, где нефть и газ встречаются в различных сочетаниях.

Залегает нефть в горных породах, которые называются коллекторами. Пласт-коллектор – это горная порода, которая способна вмещать в себе флюиды, т. е. подвижные вещества (это могут быть нефть, газ, вода). Упрощенно коллектор можно представить как очень твердую и плотную губку, в порах которой и содержится нефть [3].

Природный газ является близким родственником нефти. Состоит он в большей части из метана с примесями более тяжелых углеводородов (этана, пропана, бутана). В естественных природных условиях он также часто содержит примеси других газов (гелия, азота, сероводорода, углекислого газа).

Типичный состав природного газа:

Углеводороды:

• метан – 70–98%,
• этан – 1–10%,
• пропан – до 5%,
• бутан – до 2%,
• пентан – до 1%,
• гексан – до 0,5%.

Примеси:

• азот – до 15%,
• гелий – до 5%,
• углекислый газ – до 1%,
• сероводород – менее 0,1% [3].

Природный газ исключительно широко распространен в недрах земли. Его можно встретить в толще земной коры на глубине от нескольких сантиметров до 8 километров. Так же, как и нефть, природный газ в процессе прохождения в земной коре попадает в ловушки (проницаемые пласты, ограниченные непроницаемой толщей пород), в результате чего формируются газовые месторождения [4].

Природный (углеводородный) газ – частый спутник нефтяных месторождений. Обычно он содержится в нефти в растворенном виде, а в некоторых случаях скапливается в верхней части месторождений, образуя так называемую газовую шапку. В течение длительного времени газ, выделяющийся при добыче нефти и называемый попутным газом, был нежелательной составляющей процесса добычи. Чаще всего его просто сжигали в факелах.

Государственным балансом запасов полезных ископаемых Российской Федерации учитывается 2985 месторождений с запасами нефти, в том числе 2427 нефтяных и 558 комплексных (нефтегазовых, газонефтяных и нефтегазоконденсатных) [4].

Нефтяная и газовая промышленность России является основным сектором топливно-энергетического комплекса страны. В настоящее время Россия является одним из крупнейших в мире производителей, потребителей и экспортеров нефти и газа [3. 4].

От успешного функционирования этой отрасли зависит эффективное удовлетворение внутреннего и внешнего спроса на нефть и продукты ее переработки. Не менее важную роль эта отрасль играет в обеспечении энергетической безопасности и политических интересов России. Нефть по-прежнему остается важнейшим источником валютных и налоговых поступлений в бюджет страны. Удельный вес экспорта нефти, нефтепродуктов и газа в общей валютной выручке страны составляет около 27%. Роль нефтяного комплекса России как источника бюджетных поступлений постоянно растет [5].

Значение нефти в народном хозяйстве России очень велико: это сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей; источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельного печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт); сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста.

Залежь углеводородов – это естественное скопление нефти и газа в ловушке, образованной породой-коллектором под покрышкой из непроницаемых пород. Обычно, под залежью понимают промышленные скопления нефти и газа.

По фазовому соотношению нефти и газа:

• Нефтяные – содержащие только нефть, насыщенную в различной степени газом;
• Газонефтяные – в которых основная часть залежи нефтяная, а газовая шапка не превышает по объёму условного топлива нефтяную часть залежи;
• Нефтегазовые – к которым относятся газовые залежи с нефтяной оторочкой, в которой нефтяная часть составляет по объёму условного топлива менее 50%;
• Газовые – содержащие только газ;
• Газоконденсатные – содержащие газ с конденсатом;
• Нефтегазоконденсатные – содержащие нефть, газ и конденсат [4].

Однофазными залежами являются:

• нефтяные, приуроченные пластам-коллекторам, содержащими нефть,
• насыщенную в различной степени газом;
• газовые, приуроченные к пластам-коллекторам, содержащими газ.
• газоконденсатные, приуроченные к пластам-коллекторам, содержащими
• газ с углеводородным конденсатом.

Нефтеперерабатывающая отрасль сталкивается с множеством проблем, одной из которых является изменение структуры углеводородного сырья и потребность в углублении его переработки. Данная проблема связана с необходимостью постоянного поиска новых месторождений, что требует осуществлять разработку порой на значительной глубине для получения более качественных результатов. Как показывают статистические данные, эффективность деятельности, а также экономическая независимость нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) в России находится в прямой зависимости от рационального использования углеводородного сырья на основе углубления его переработки; развития альтернативных источников энергии; снижения выбросов и негативного воздействия на окружающую среду. Огромную роль играет наличие современных технологий и оборудования для организации процессов, позволяющих достичь более глубокой, комплексной переработки сырья и улучшения качества получаемых нефтепродуктов. Повышение глубины переработки углеводородного сырья требует существенных инвестиций в оборудование, энергию и трудовые ресурсы. Это обусловливает необходимость всестороннего анализа достижений, вызовов и проблем ресурсосбережения в отрасли для выработки направлений повышения эффективности бизнес-процессов, усиления внимания со стороны государства ввиду значимости отрасли для экономической безопасности страны [5].

На сегодняшний день нефтеперерабатывающие заводы активно развивают технологии, помогающие в получении ценных компонентов из более тяжелых фракций нефти (водород, битум и др.), что позволяет значительно увеличить ресурсоотдачу, сократить негативное воздействие на окружающую среду и максимизировать прибыль. Результатом такой переработки становятся не только традиционные нефтепродукты, но и синтетические топлива, пластмассы и другие продукты, пригодные для использования в различных отраслях экономики, таких как металлургия, химическая промышленность, сельское хозяйство, медицина. Кроме того, комплексная переработка способствует развитию инноваций (гидрометаллургия, пиролиз, кластеризация и др.), которые существенно повышают эффективность процессов переработки углеводородного сырья и открывают новые возможности для производства [6].

Особая роль добычи и экспорта углеводородов для экономики России выдвигает на первый план внедрение новых технологий поиска и разработки месторождений нефти и природного газа в тяжелых природно-климатических и горно-геологических условиях, интенсификации добычи, повышения эффективности транспорта углеводородов на большие расстояния, технологий разработки малодебитных скважин Другое направление выбора приоритетных технологий вытекает из той доминирующей роли, которую играет в энергетическом секторе страны природный газ. Здесь особое значение приобретают технологии его транспортировки, хранения, переработки в жидкое топливо и в химическое сырье, а также технологии повышения эффективности производства электроэнергии и тепла на базе природного газа. В долгосрочном плане важны также новые технологии для ядерной энергетики, нетрадиционных возобновляемых ресурсов и для снижения воздействия энергетического сектора на окружающую среду.

В российском нефтяном комплексе в настоящее время действует ряд негативных факторов и тенденций, прервать или хотя бы демпфировать которые можно только за счет активного воздействия научно-технического прогресса.

Мировой опыт показывает, что интенсивное применение высокоэффективных технологий (горизонтальное бурение, методы повышения нефтеотдачи, трехмерная сейсмика, активное энергосбережение и др.) в условиях освоения сложных запасов нефти позволяет в 2–3 раза снизить издержки, связанные с их разведкой и добычей [6].

Потенциальные возможности НТП в средних условиях нефтедобывающей отрасли России могут быть оценены в 20%–30% сокращения капитальных затрат при фиксированном уровне добычи нефти. Однако достижение таких уровней прогресса требует совершенствования процессов поиска и добычи нефти по всему производственному циклу. Это – кратное повышение эффективности технологий и технических средств, это всемерное повышение масштабов производства и применения новейших материалов, оборудования и информационных систем. Это, наконец, кардинальное совершенствование принципов организации и управления инновационной деятельностью на всех уровнях нефтяной промышленности.

Заключение

Добыча нефти – процесс, в котором человек противостоит великим силам природы. Нефтяникам приходится иметь дело с огромными давлениями, высокими температурами, с решением нетривиальных задач для добычи сложных углеводородов, проникать на большие глубины в толщу земной коры, порой на небольшие глубины, но от этого добыча нефти не становится проще, а наоборот усложняется, поднимать на поверхность гигантские объемы горючих взрывоопасных веществ, зачастую прибегая к дополнительному насосному оборудованию, дабы извлечь желанную углеводородную смесь.

Если говорить кратко, мы добываем не нефть, а нефтепродукт, и этот нефтепродукт должен пройти через определенные изменения, чтобы соответствовать нужным параметрам и нормам для дальнейшей транспортировки и переработки. Для этого используется очень мощное и массивное оборудование и особые технологические процессы.

Добыча нефтепродукта, технологическое оборудование и процессы, превращающие нефтепродукт в нефть, а также дальнейшая передача уже нефти конечному потребителю, и самое важное для нефтегазоводобывающей сферы – оценки рисков на нефтяном промысле при добыче нефти, и возможные пути уменьшения этих рисков [7].