Путешественники часть 24

Нефть: свойства, способы добычи и переработки
Нефть – природное ископаемое топливо, представляющее собой маслянистую жидкость мутно-жёлтого или светло-коричневого – вплоть до чёрного цветов, обладающую специфическим запахом. Вследствие содержания в составе значительного количества разнообразных углеводородов, это естественное сырьё стало занимать лидирующее положение среди других энергетических ресурсов.
Важнейшим достоинством нефти является возможность выделять при сгорании значительное количество тепловой энергии. Именно это качество, а также возможность транспортировки на значительные расстояния, превратили её в чёрное золото – самый востребованный энергоресурс планетарного масштаба. Кроме того, этот вид минерального сырья является основой нефтехимической отрасли, позволяющей получать широкий спектр веществ, столь необходимых для многих отраслей промышленности, энергетики и транспорта.
Методы добычи
Основные залежи нефти присутствуют в подземных месторождениях, представляющих собой пустоты, расположенные на глубине, не превышающей 3-х км. Чтобы её извлечь, строятся скважины, позволяющие с помощью шахт достичь необходимой отметки залегания.
Не вдаваясь во все технологические тонкости, методы добычи нефти в зависимости: от уровня давления внутри пласта, способа его обеспечения и технологии извлечения, подразделяются на три вида.
Первичный
Нефтесодержащая жидкость покидает своё место пребывания (коллектор нефтяной залежи) в результате воздействия естественных сил природы. Обычно её место занимает вода или газы. Если существующего давления не достаточно для самостоятельного выхода нефти (фонтанирования), то подключается специальные насосы. При таком методе добычи нефтеотдача скважины, как правило, не превышает 15%.
Вторичный
После исчерпания возможностей первичного метода нефтедобычи, на смену ему приходит вторичный метод, суть которого заключается в искусственном нагнетании давления внутрь залежи. Осуществляется это с помощью закачивания в пласт воды из близлежащих пресных водоёмов или газов естественного происхождения (воздух и продукты его разделения, попутный или природный газ). Подобные технологические решения увеличивают нефтеотдачу до 30%.
Третичный
Следующим этапом увеличения добычи нефти, позволяющим повысить продуктивность до 45%, является третичный метод. В основу, которого положены воздействия, повышающие энергетический уровень залегающего природного ресурса. Легко догадаться, что это, прежде всего повышение температуры, приводящее к увеличению, столь необходимого для извлечения нефти физического параметра – давления.
Но именно третичный метод, взятый на вооружение нефтяниками III-го тысячелетия, позволил обеспечить мировую экономику миллионами баррелей нефти.
Процессы переработки
Полученная в результате добычи нефть мало используется в чистом виде. Гораздо больший интерес представляют продукты её переработки – разнообразные виды топлива, а также исходные материалы для химической промышленности.
Первичные
Поступающее по трубопроводам или по железной дороге, а также транспортируемое водным путём с помощью танкеров сырьё, подвергается очистке и разделяется на фракции на нефтеперерабатывающих заводах. В этом и заключается суть первичной переработки.
Добыча нефти
Подготовка нефти
Доставленная на предприятия нефть содержит в своём составе примеси: газ, воду, твёрдые частицы, от которых необходимо избавиться. На этапе подготовки она подвергается:
• очистке от примесей механического происхождения,
• освобождению от углеводородов пониженной плотности (обычно – газообразных),
• обезвоживанию совместно с электрообессоливанием.
Атмосферная перегонка
Очищенная нефть поступает в цилиндрическую вертикальную (ректификационную) колонну, где подвергается воздействию пара, движущегося снизу вверх. В результате нагрева, доходящего до температуры достигающей 4000С, она разделяется на фракции:
• бензиновую,
• керосиновую,
• дизельную,
• жидкий мазут.
Вакуумная дистилляция
Вакуум-дистилляция применяется для выделения из мазута масляных дистиллятов и вакуумного газойля. Продукции, необходимой для выпуска топлива, масел, парафина и целого ряда продуктов нефтепереработки и нефтехимии. Оставшаяся тяжёлая фракция представляет собой гудрон, служащий для производства таких строительных материалов как битум и мазут.
Вторичные
Так как продукция первичной переработки нефти не отличается необходимыми товарными свойствами, то для улучшения качества её подвергают вторичной переработке.
Риформинг
Процесс каталитического риформинга, в основе которого лежит просачивание жидкости сквозь слой платинового катализатора, предназначен для получения высокооктанового бензина и ароматических углеводородов.
Гидроочистка
Этот технологический процесс предназначен для снижения количества примесей под воздействием водорода. При этом уменьшается количество смол, асфальтенов, а также веществ, имеющих в своём составе большое количество кислорода.
Каталитический крекинг
Каталитический крекинг – один из основных процессов вторичной переработки нефти, имеющий целью: повышение октанового числа бензина, получение углеводородных газов и кокса. Суть его заключается в получении мелких молекул из более крупных соединений с помощью нагрева и применения катализатора.
Гидрокрекинг
Для получения дизельного топлива и одного из компонентов автомобильного бензина – бензина гидрокрекинга, осуществляется расщепление средней фракции вакуумной дистилляции (газойля) в присутствии значительного количества водорода.
Коксование
Процесс бескислородного нагрева тяжёлых нефтяных фракций остатков вторичной переработки носит название «коксование». Целью его является получения нефтяного кокса – продукта, имеющего высокую стойкость против воздействия коррозии.
Изомеризация
Получение изомерного углеводородного сырья для нефтехимии и ряда компонентов бензина не может обойтись без изомеризации – изменения молекулярной структуры вещества с сохранением его качественных и количественных параметров.
Алкилирование
Цель повышения октанового числа бензина заставила технологов разработать данный процесс использования малоценных крекинговых продуктов в качестве важных компонентов бензина. Суть его заключена в молекулярном воздействии на исходный материал с помощью алкилов – частиц предельных углеводородов.
Хранение и транспортировка
Для хранения нефти применяют специальные вертикальные резервуары надземного и подземного типов. Как правило, современные хранилища представляют собой хорошо организованные структуры – нефтебазы, предназначенные для приёмки и распределения нефти.
Транспортировка голубого топлива осуществляется с помощью:
• Нефтеналивных танкеров – судов ёмкостью до 30 000 тонн, перевозящих этот жидкий вид энергоресурса по морям и рекам.
• Нефтепроводов, позволяющих перемещать огромные объёмы нефти на значительные расстояния с минимумом затрат подземным способом.
• Железнодорожных цистерн, доставляющих нефть в незначительных объёмах в отдалённые местности.
Автомобильный вид транспорта экономически не выгоден для доставки сырой нефти, поэтому его используют для перевозки готовых нефтепродуктов конечным потребителям.
Продукты переработки
Уникальность нефти заключается в том, что из неё посредством переработки получают продукцию, задействованную во всех отраслях народного хозяйства: от промышленности – до повседневного быта.
Топливо
Нефтяные топлива подразделятся на группы, основными из которых являются:
• авиационный и автомобильный бензин,
• дизельное топливо,
• мазут,
• керосин.
Они находят своё применение на транспорте и в энергетике.
Пластик
Пластмассы – одно из выдающихся изобретений учёных 20-го века. Эти высокомолекулярные соединения, благодаря своим свойствам: лёгкости, устойчивости к влаге и ряду агрессивных жидкостей, а также низкой тепло- и электропроводности, наряду с физиологической безвредностью для человеческого организма, широко используются в качестве сырья для изготовления ёмкостей, изоляционных материалов и даже предметов мебели.
Производство столь необходимого материала, каким сегодня является пластик, доходит до 200 млн. т в год.
Синтетические ткани
Широчайший спектр современных тканей, к которым относятся: полиэстер (лавсан), холлофайбер, акрил, капрон, нейлон, стрейч-ткани, а также искусственный мех и искусственная кожа, – являются продукцией нефтепереработки. Кроме чисто бытового назначения, обусловленного прочностью, эластичностью, стойкостью и практичностью этих материалов, синтетика находит использование в авиации, строительстве и сельском хозяйстве.
Каучук
Синтетические полимеры, обладающие эластичностью, вязкостью, водоотталкивающими и диэлектрическими свойствами, получили распространение благодаря изготавливаемой из них продукции: резины и эбонита. Если первые можно встретить в качестве шин для автомобилей, самолётов и велосипедов, то вторые незаменимы в качестве электроизоляционных материалов.
Пищевой блок
Проблема недостатка пищевых продуктов с каждым днём всё острее стоит перед человечеством. Вполне возможно, что на смену натуральным вскоре придут синтезированные из нефти продукты питания. Современная пищевая индустрия активно выдвигает на рынок: искусственную икру, жевательную резинку, ванилин, красители и концентраты. Естественно, что все они являются продукцией нефтепереработки.
Применение в медицине и косметике
Производные нефти уже давно заняли своё место на прилавках аптек в качестве средств от аллергии, головной боли, повышенной температуры, инфекций и стресса. Не говоря уже о множестве ёмкостей, используемых в чисто медицинских целях, можно отдельно отметить перспективы создания целого класса пластмассовых протезов, изготовленных при помощи 3D-моделирования.
Ещё одно направление использования нефтепродуктов заключается в том, что современные представительницы прекрасного пола не обходятся без целого набора косметических средств нефтяного происхождения. Это лаки, тени, карандаши, красители, бижутерия и парфюм. Стандартного набора средств, являющихся отличным дополнением к одежде, обуви и галантерее, также изготовленных на основе нефти.
Понятно, что столь широкий спектр употребления продуктов нефтепереработки требует открытия всё новых и новых месторождений.
Месторождения в России и мире
Россия занимает восьмое место в мире по запасам нефти. Крупнейшие месторождения расположены в Западной Сибири, на территории республик Башкортостан и Татарстан, а также на Кавказе, в Красноярском крае, Астраханской области и острове Сахалин.
Мировые нефтяные месторождения географически распределены следующим образом:
• Ближний Восток – 67%.
• Латинская Америка – 8%.
• Западная Африка – 7%.
• Россия и Средняя Азия – 6%.
• Северная Америка – 5%.
• Западная Европа – 3%.
• Юго-Восточная Азия – 3%.
Мировые запасы
Согласно последним данным февраля 2020 года, лидерами по запасам нефти являются:
• Венесуэла – 16,9% общемировых запасов, что составляет 300,878 млрд. баррелей.
• Саудовская Аравия – 16,7% =" 297,7 млрд. баррелей.
• Иран – 11,9% =" 211,6 млрд. баррелей.
• Канада – 9,5% =" 169,709 млрд. баррелей.
• Ирак – 8% =" 142,503 млрд. баррелей.
• ОАЭ – 5,9% =" 105,8 млрд. баррелей.
• Кувейт – 5,7% =" 101,5 млрд. баррелей.
• Россия – 4,5% =" 80,0 млрд. баррелей.
Необходимо отметить, что эти данные постоянно уточняются, благодаря геологоразведке. Также имеются огромные залежи углеводородов на дне Мирового океана.
Страны, добывающие нефть
Вследствие целого ряда экономических, политических и исторических причин, перечень государств, занимающих первые строчки рейтингов по уровню нефтедобычи, несколько отличаются от списка стран, располагающих значительными запасами этого вида природного топлива.
Список стран-лидеров по уровню добычи нефти:
• США – 18,7% =" 15,043 млн. баррелей/сутки.
• Саудовская Аравия – 14,9% =" 12,0 млн. баррелей/сутки.
• Россия – 13,4% =" 10,8 млн. баррелей/сутки.
• Ирак – 5,5% =" 4,452 млн. баррелей/сутки.
• Иран – 5,0% =" 3,991 млн. баррелей/сутки.
Вполне очевидно что, несмотря на ограниченные запасы (хотя, точный уровень этих запасов очень трудно оценить даже приблизительно), нефть ещё достаточно долгое время сохранит свои лидирующие позиции в качестве основного природного энергоресурса мировой экономики.
Как добывают нефть: процесс добычи на простом языке
Нефть — черное золото планеты. Это выражение понятно всем, ведь что такое нефть, и с какой целью она используется, знают даже дети уже со школьных времен. Нефть играет важную роль в экономике страны. Она чрезвычайно выгодна не только как топливо, но и как химическое сырьё. Нефть — это драгоценный продукт недр земли, это полезное ископаемое, неповторимое в своем роде. Из нефти получают топливо и многие другие продукты, необходимые современным людям. Причем после переработки нефти практически не остается отходов, так как все ее составляющие используются в различных целях.
Но знаете ли вы, как на самом деле добывают “черное золото”? Скорее всего, у большинства в голове такая картинка: в землю засунули огромную трубу, и тут же нефть поперла фонтаном. Так ли это? Давайте вместе разберемся в этом вопросе.
Где искать нефть?
Одно из ключевых свойств нефти заключается в том, что она обладает меньшей плотностью, чем вода. Проверить это очень легко: налейте в любую емкость подсолнечного масла и добавьте воду. Вода окажется внизу, масло поднимется наверх. Если в емкости остался и воздух, представляющий собой смесь газов, то он расположится на самом верху, сформировав третий слой. Именно так нефтеносные пласты и формируются: снизу вода, посередине нефть, выше - природный газ.
Породы, заключающие нефть и допускающие свободное перемещение и накопление жидкостей и газов, называются коллекторами. Чаще всего они - осадочные. Пористость коллекторов зависит от типов зерен, а также от наличия цемента. Проницаемость определяется размером пор и их сообщаемостью.
Главнейшими коллекторами нефти являются пески, песчаники, конгломераты, доломиты, известняки и другие, хорошо проницаемые горные породы. При этом для формирования коллектора необходимо, чтобы пористый слой был заключен между непроницаемыми слоями, например, глиной и гипсом.
Нефть залегает в так называемых "ловушках", в которых богатые углеводородами слои оказываются зажатыми между непроницаемыми слоями. Они являются главной добычей нефтяников. Но бурить наугад бесполезно, ведь большинство месторождений расположены на глубине более километра и с поверхности ловушки не видно. Чтобы увеличить шансы на успех, нефтяники используют аэрофотосъемку и сейсморазведку.
Как добывают нефть?
У подавляющего большинства в голове формируется картина: как в большое подземное озеро нефти опущена труба, и насосы качают ту самую дорогую жидкость. Наверно, самое наглядное представление реального резервуара с углеводородом, которое приводят в качестве примера, это губка для мытья посуды. Внутри такой губки может находиться вода, и, пока мы не сожмем ее, вода не покинет занятое пространство. Как раз это пространство внутри губки и называют порами. Очевидно, что внутри губки вода может перемещаться с одной стороны в другую, если мы аккуратно будем наклонять ее.
Пустоты внутри губки, которые могут заполняться водой, называются порами, а поры, которые связаны между собой и позволяют жидкости перемещаться между ними, называются эффективными.
Фонтанный способ
Он самый дешевый и простой. Бурится скважина. Это не просто отверстие в земле. Чтобы не вмешивались в процесс грунтовые воды и другие породы, в скважину опускают стальные трубы, по которым будет выкачиваться углеводородное сырье. Снаружи стальные трубы укрепляются цементными кольцами, пространство между ними и породой также цементируется. В недрах земли на углеводороды давит порода и грунтовые воды, давление это может быть настолько большим, что при бурении скважины нефть начинает бить фонтаном из-под земли. В этом случае достаточно ее просто собирать.
Со временем давление ослабевает, тогда устанавливают насосы и над скважиной появляется знакомый по фильмам и фотографиям маятник-качалка. Продолжают разработку механическим способом.
Применение насосов
Принцип работы насоса-качалки прост и надежен. Электродвигатель приводит в движение кривошипно-шатунный механизм, который, в свою очередь, заставляет работать погружной скважинный штанговый насос. Он выглядит как длинный (2-4 метра) цилиндр, внутри которого двигается поршень-плунжер.
Плунжер и штанга оснащены клапанами, которые позволяют подниматься жидкости при движении поршня вверх (как набирает лекарство шприц). При движении поршня вниз закрывается клапан, через который она попала внутрь, и открывается другой, через который она под давлением поступает вверх.
Эти насосы благодаря своей простоте чрезвычайно надежны, могут эксплуатироваться очень долго. Когда запасы углеводородов в скважине истощаются, в подземный резервуар начинают закачивать газ или пресную воду, искусственно создавая избыточное давление.
Данный способ добычи нефти является классическим и самым распространенным, но помимо него, есть еще множество других, более трудозатратных вариантов добычи,
Метод добычи нефти зависит от величины давления в пласте и способе его поддержания.