Рассказ о нефтяной и газовой промышленности

Нефтяная промышленность — отрасль экономики, которая отвечает за добычу, переработку, транспортировку, хранение и продажу нефти и нефтяных продуктов.

Процесс нефтедобычи включает в себя геологические разведки, бурение нефтяных скважин, а также их ремонт, очищение добытой нефти от водяных примесей и различных химических веществ.

Одной из отраслей топливной промышленности является газовая. Основными функциями газовой отрасли являются: поиск газовых месторождений, добыча природного газа, газоснабжение и производство искусственного газа при помощи угля и сланца. Основной задачей газовой отрасли является транспортировка и учет газа.

Развитие топливной промышленности

(Первые нефтяные вышки)

Топливная промышленность зародилась в 1859 году. Тогда в Пенсильвании случайно была пробурена нефтяная скважина, после чего началось освоение всего региона.

В России нефть добывалась еще с 8 века, используя колодцы Апшеронского полуострова. Позже нефть начали добывать на реке Ухте, на полуострове Челекен, на Кубани. Сначала нефть добывали используя цилиндрические ведра. В 1865 году в США начали использовать механический способ добычи нефти — с помощью глубиннонасосной эксплуатации.

(Нефть тогда, действительно, била ключом)

В 1901 году дореволюционная Россия занимала первое место по нефтяной добыче. В 1913 году нефть в больших количествах добывалась в Бакинском районе, Грозненском и Майкопском. Существовали нефтяные монополии, разрабатывающие новые нефтяные залежи. Однако это привело к быстрому падению пластового давления. Сотрудничество с заграничными компаниями привело нефтяную промышленность России в упадок. Поэтому в 1918 году В.И. Ленин подписан декреты о национализации нефтяной промышленности. С этого момента начался процесс восстановления этого звена. Ударное бурение было заменено вращательным способом добычи ископаемого, начался период использования глубинных насосов и газлифта.

К 1929 году реконструкция была завершена. Благодаря нововведениям уже к 1940 году Россия снова вышла на высший уровень по нефтедобыче.

Несмотря на то, что в годы Великой отечественной войны 1941-1945 годов многие нефтяные промыслы были выведены из строя, дореволюционная Россия продолжала добывать природный ресурс в достаточно больших количествах. Продолжался поиск новых месторождений, что позволяло обеспечить прирост добычи нефти в каждую пятилетку — более 100 млн. тонн.

(Открытие нефтяных зарождений в Сибири 1953 г.)

Открытие зарождений в Западной Сибири в 1953 году принесли СССР еще более положительные результаты. Здесь добывали как нефть, так и газ. В этот период массово использовалось наклонное бурение, которое позволяло добыть ископаемое в более короткий срок.

И к 1980 году СССР стало крупной нефтяной державой. Начинается использование новых индустриальных методов добычи нефти, проводится автоматизация промышленности.

Появление нефтяного транспорта приводит к зарождению сети магистральных нефтепроводов, соединяющих нефтеперерабатывающие заводы между собой.

В 1878 году на Бакинских нефтепромыслах появился первый нефтепровод, а к 1917 протяженность советских нефтепроводов составляла более 600 км.

(Нефтяные вышки в Техасе, США, XX век)

В странах Европы нефтяная промышленность начала интенсивно развиваться в 1950 годы. В этот период наиболее богатыми нефтяными странами была Румыния, Болгария, Албания, Венгрия, Польша, Чехословакия и Югославия.

Капиталистические страны также имели нефтяные запасы, большая часть которых находилась в Саудовской Аравии, Кувейте и Мексике. США, Венесуэла, Ливия, Ирак и Иран также имели крупные нефтяные запасы.

Отрасли топливной промышленности

Топливная промышленность состоит из трех основных отраслей — нефтяной, угольной и газовой.

Угольная промышленность

Угольная промышленность является довольно старой и изученной отраслью, особенно для России. Если до 19 века люди использовали дрова, то во времена Российской империи началась добыча каменного угля. Он используется на транспорте, для отопления жилых помещений. С помощью угля производят электроэнергию, используют его в черной металлургии и химической промышленности.

Если сравнивать каменный и бурый уголь, то нужно отметить — у каменного угля теплота сгорания довольно высокая и качество значительно лучше. Именно поэтому его легко перевозить на дальние расстояния. Бурый уголь используется на территориях добычи.

Добыча угля осуществляется двумя способами — открытым и закрытым. Последний способ эффективен, когда месторождение угля находится глубоко под земной поверхностью. Тогда его добывают из шахт. Открытым способом является карьерный.

Нефтяная промышленность

Нефтяная промышленность — это база современной экономики. Самым ярким примером необходимости нефти в современном мире — это бензин. Без бензина не было бы машин, самолетов, морские и речные суда.

Нефть добывается с помощью нефтяных скважин или шахт. А сама скважинная жидкость также распределяется по способу извлечения на: фонтан, газлифт и насосно-компрессорную добычу.  

Несмотря на то, что газовая промышленность является достаточно молодой отраслью, она очень быстро развивается. Первые месторождения газа были открыты во времена Великой Отечественной войны. Сравнивая газовую и нефтяную добычу, стоит отметить то, что газовая добыча обходится государству намного дешевле. При его сжигании образуется меньше вредных веществ, чем от сжигания нефти или угля. Природный газ может использоваться как химическое сырье, а также для производства минеральных удобрений.

Нефтяная и газовая промышленности в России

На сегодняшний день Россия не является лидером по запасам нефти. Причиной этому служит как политическая ситуация, так и процесс развития нефтяной промышленности различных государств.

Сегодня в Российской Федерации также ведется разработка и расширение нефтяных территорий во многих районах страны. Западня Сибирь остается самым крупным субъектом по добыче нефтяного ресурса, здесь расположено около 300 нефтяных и газовых месторождений, основными из которых является: Самотлорское, Усть-Балыкское, Мегионское, Федоровское и Сургутское. На втором месте после Сибирских территорий занимает Волго-Уральский бассейн. Здесь нефть не такая чистая, как в Сибири — в ней содержится около 3% серы, которая нейтрализуется при обработке сырья. К основным районам по добыче нефти также можно отнести: Татарстан, Башкортостан, Удмуртию, Самарскую, Пермскую, Саратовскую и Волгоградскую области. Кроме основных нефтяных районов можно выделить Дальний Восток, Северный Кавказ, Ставропольский и Краснодарский край, на территории которых также добывается немалое количество «черного ресурса».

Сегодня очевидна тенденция снижения экспорта и повышения импорта нефтяных продуктов. 95% всех нефтепродуктов переправляются через нефтепроводные магистрали, которые отображены на карте нефтяной промышленности России и географических атласах.

Газовая промышленность России является одной из бюджетообразующих отраслей государства. Она отвечает за добычу, переработку, хранение и  распределение газовых ресурсов их использования. Большая часть Российского энергопотребления осуществляется благодаря газовой промышленности.

Газовая промышленность практически в 3 раза дешевле нефтяной и в 15 раз дешевле других промышленных отраслей, связанных с добычей углеводородов.

На территории Российского государства расположены более трети мировых запасов газа и находятся они в Западной Сибири.

Топливная промышленность стран мира

(Добыча нефти на сланцевых месторождениях в США)

Основой топливной промышленности является добыча и переработка топлива — нефти, газа и угля. За рубежом добыча нефти контролируется ТНК США и стран Западной Европы. И лишь в некоторых странах нефтедобыча полностью контролируется государством. Противниками системы ТНК США являются страны, занимающиеся экспортом. Они создали системы ОПЕК, которая отстаивает интересы государства в пользу нефтяной самостоятельности и независимости.

Вторая мировая война повлекла за собой изменения в нефтяных позициях стан. Если до нее ведущую роль занимали США и Венесуэла, то после в бой за нефтяное первенство вступили СССР, Ближний и Северный Восток.

(Добыча нефти в Саудовской Аравии)

Нефтяная промышленность и сегодня остается лидером по показателям мирового потребления. Но какая страна на данный момент является ведущей по нефтяному производству, точно сказать нельзя. По показателям ОПЕК в 2015 году в пятерку лидеров входили: Саудовская Аравия, Россия, США, КНР и Ирак.

Добыча природного газа ежегодно растет. Сегодня источники газа количественно практически сравнялись с месторождениями нефти. В 1990 году лидером по добыче этого ресурса была Восточная Европа и СССР, позже добычей газа начали заниматься страны Западной Европы и Азии. Сегодня России продолжает лидировать в газовой гонке и является основным мировом экспортером газа.

Угольная промышленность присуща многим станам мира — 60. Но всего лишь несколько стан являются основными добытчиками угля — Китай, США, Россия, Германия, Польша, Украина и Казахстан. Экспортом угля занимаются: США, Австралия и ЮАР. А импортом — Япония и Западная Европа.

Нефтяная промышленность России – это одна из основных составляющих экономического развития государства. По всем мировым рейтингам наша страна входит в тройку лидеров по добыче «черного золота», а если верить последним данным – мы являемся неоспоримым фаворитом, обогнав ОАЭ и Соединенные Штаты Америки.

Значение в жизни государства

Нефтедобыча служит основой государственной промышленности, нефтепродукты применяются во многих отраслях народного хозяйства:

• Являются сырьем для производства полиэтилена, синтетического каучука, многих видов пластмасс, полипропилена, различного вида тканей и т. д.
• Выступают основой для производства различного вида автомобильного топлива и смазок: бензина различных фракций, дизельного топлива, керосина и газолина. Из нефтепродуктов делают моторные и трансмиссионные масла, солидол, литол, мазут и т. д. В автодорожном деле они идут на производство асфальта, битума, гудрона.
• Применяется нефть и в пищевой промышленности. Из нее делают белковые препараты, которые используются для улучшения роста животных, также производят некоторые продукты для человека.
• В медицине и фармацевтике. Например, в Азербайджане работает специализированный курорт «Нафталан», там проводят лечение людей особыми видами нефти и ее продуктов.
• В косметологии. Человечество уже многие столетия ищет рецепт вечной молодости. Нефтепродукты оказывают в этом посильную помощь, из них производят много косметических масел и добавок в кремы. Минеральное, парафиновое масла, парафин, парабены – это составляющие многих косметических препаратов, и они делаются из нефти.

Россия является страной, которая полностью обеспечена нефтью и занимается ее экспортом в другие страны. На долю поставок за границу приходится более четверти общей добычи ресурса.

Процесс добычи нефти

Нефтяной промысел (скважина) – это технологический комплекс, который служит для сбора и обработки нефти на месте добычи для последующей ее транспортировки. Сооружения могут быть двух видов:

• основные (скважины эксплуатационного и нагнетательного характера, трубопроводы, установки для нефти и воды, и т. д.);
• вспомогательные (канализация, водоснабжающие объекты, транспортная сеть и др.)

В зависимости от размеров месторождения ископаемого количество нефтяных скважин меняет свое количество и может достигать нескольких сотен единиц.

Состоит коммуникация из ствола скважины, который обсаживается специальными насосно-компрессорными трубами (НКТ). Через эти НКТ и происходит выемка углеводородного сырья из недр земли.

Снаружи основную колонну труб обсаживают новыми трубами (обсадными), они укрепляют скважину и изолируют соседние пласты друг от друга. В некоторых случаях скважина может достигать в длину нескольких километров.

Для того чтобы различные породы не сообщались, пространство, которое находится за трубами (обсадными), заливают цементным раствором, он предотвращает межпластовую циркуляцию нефти, воды или газа.

Технологически процесс добычи может выглядеть следующим образом – она может фонтанировать самостоятельно. Пластовое давление настолько велико (около 200 атмосфер), что с легкостью выталкивает продукт добычи на поверхность. Кроме того, если естественного давления не хватает, на помощь приходит так называемый растворенный газ, который в избытке содержится в нефти, с его помощью нефть становится «газированной» и легко поднимается на поверхность. Этот процесс имеет много общего с теплой бутылкой шампанского, которая с силой выталкивает пробку.

Количество нефтепродукта, добытого за сутки, называют дебитом. По мере снижения давления в скважине падает и дебит, а давление обычно снижается от того, что в скважину просачивается вода, которая увеличивает плотность добываемого продукта. С течением времени такие скважины совсем перестают фонтанировать.

И здесь вступает в работу механизированный способ добычи. Это самый распространенный способ реанимировать действующую скважину при снижении ее дебита. Если говорить простым языком – это подключение вспомогательных насосов. Самый оптимальный вид насоса – это шланговый глубинный насос (ШГН), видимая часть его знакома многим (ее часто показывают по ТВ), это так называемые «качалки». Но в России, в последнее время, получили распространение другие насосы – электроцентробежные, у них нет видимой наземной части.

История отрасли

История российского нефтепромысла началась в далеком 1847 на Апшерском полуострове, где была пробурена первая скважина, а через 17 лет вторая, на Кубанской реке Кудако. А первая солидная организация открылась в Баку в 1879 году, это было «Товарищество производства нефти братьев Нобель».

Предприятие быстро начало процветать, была создана целая сеть по перевозке: ж/д пути, танкеры, трубопроводы и освоена переработка нефтепродуктов. Стремительное развитие данного направления промышленности привлекло внимание серьезных заграничных инвесторов, первыми были Рокфеллер и Ротшильды.

Октябрьская революция принесла хаос и разруху во все отрасли народного хозяйства. Не избежала такой судьбы и нефтедобыча, иностранные инвесторы резко отказались от сотрудничества с новой властью, а своих денег у молодой России почти не было. Лишь в 20-х годах начала наблюдаться некоторая стабильность, которая постепенно переросла в стремительный подъем. Прерывалось активное развитие нефтяного промысла только раз, в годы войны, в то время была одна цель – своевременное и полноценное обеспечение топливом армии. В послевоенное время страна бросила все силы на восстановление промышленности, в том числе и нефтяной, и начался ее невообразимый рост, вплоть до развала СССР.

Перспективы развития

В XXI веке данная отрасль пришла к своему почти совершенству и стала, как уже говорилось выше, основой экономики России. По некоторым данным, мы лидеры по добыче «черного золота», и эти показатели не собираются падать. Постоянно разрабатываются и внедряются новые технологии и усовершенствования, которые способствуют увеличению объемов добычи нефти.

Западная Сибирь является основным поставщиком «черного золота» – более 61% всей добычи. Но ее запасы хоть и велики, но не безграничны, поэтому ведутся разработки на Урале, Северном Кавказе, Поволжье и Дальнем Востоке, на эти регионы возложены главные надежды нефтяников.

Перспективы роста данной отрасли направлены не только на увеличение объемов добычи нефти, но и на ее переработку. Уже давно известно, что экспорт сырца экономически не выгоден, бо́льшую прибыль можно получить от поставок за рубеж готовой продукции, в данном случае бензина, керосина, мазута и т. д.

Стратегическими целями постоянного развития данной структуры являются:

• Бесперебойное, стабильное и эффективное обеспечение внутригосударственного потребления продуктов производства нефтепромышленности.
• Обеспечение стабильного поступления валюты в государственный бюджет путем постоянного экспорта переработанной нефти в страны ближнего и дальнего зарубежья. Стабильный экспорт должен усилить наши позиции в мире.

Что для этого нужно сделать:

1. Усовершенствовать программу оптимальной добычи и переработки нефтепродуктов;
2. Доработать логистическую систему транспортировки нефтепродуктов и сопутствующих материалов;
3. Оптимизировать работу нефтедобывающих предприятий на всей территории государства;
4. Усилить разработку новых месторождений как внутри страны, так и за ее пределами.

В планах РФ открытие нескольких сотен, а то и тысяч новых месторождений в малоизученных районах страны, а особенно в Восточной Сибири. Этот район считается очень перспективным, на это указывают предварительные анализы почвы и геологоразведка.

Большие надежды возложены на улучшение и увеличение объемов переработки нефтепродуктов. С внедрением новых технологий и способов государство рассчитывает на большое увеличение валютной прибыли и укрепление своих позиций на мировой сцене.

Крупнейшие игроки отрасли в России и в мире

Нефть – это основа, на которой стоит Россия, стабильные валютные вливания и стратегический запас родины. Разработка нефтяных месторождений поделена между компаниями:

• Роснефть;
• ЛУКОЙЛ;
• СУРГУТНЕФТЕГАЗ;
• ГАЗПРОМ НЕФТЬ;
• ТАТНЕФТЬ;
• БАШНЕФТЬ;
• ОАО «НГК Славнефть»;
• РУССНЕФТЬ;
• Салым Петролиум Девелопмент;
• ТНК-ВР.

Другие компании, работающие в данной отрасли, представлены в разделе Нефтегазовые компании.

На мировом рынке нефтедобывающих стран известны следующие крупные компании:

• Saudi Aramco. Саудовская Аравия является главным конкурентом России в этой отрасли, и это крупнейшая ее нефтяная компания. Она государственная, ей принадлежат права на добычу четверти мировых запасов нефти в мире. Ежедневный объем добываемой продукции – около 10 000 000 баррелей, а общая стоимость составляет около 1,5 млрд долларов.
• Exxonmobil. Соединенные Штаты также стараются удерживать лидирующие позиции в вопросах нефтепереработки. Каждый день добывает своим владельцам 4 000 000 баррелей нефти и стоит примерно $300000. Компания стала второй в мире после слияния фирм Mobil и Exxon.
• Royal Dutch Shell. Продукт слияния Голландской Royal Dutch Petroleum Company и Shell Transport and Trading Company из Британии. Ежегодная чистая прибыль – 12,518 млрд долларов, а стоит примерно 250 000 000 000, это одна из крупнейших частных мировых компаний.
• Chevron. Очередная частная американская компания, которая ежедневно обогащается на 2,72 млн баррелей нефти, и ее ежегодный доход – 4,1 млрд долларов. Место в мировом рейтинге нефтедобытчиков ей обеспечивает суммарная стоимость – 220 000 000 000 долларов.
• Petrochina. Экономика Китая столь стремительно выросла, что позволяет конкурировать по добыче углеводородов наравне с мировыми гигантами. Компания контролируется государством, занимает прочную позицию на нефтедобывающем рынке. По сравнению со своими лучшими временами, компания сильно потеряла, сейчас ее оценивают в пять раз меньше, но, тем не менее, она является серьезным конкурентом нефтяного бизнеса.

Проблемы отрасли

Нефтедобывающая отрасль в РФ – это структура с высокой степенью монополизации, несовершенной системой управления, ценообразования и прозрачностью. Сюда не допускаются случайные игроки, поэтому отсутствует конкуренция, а это чревато монополией цен и условий работы.

Еще одна актуальная проблема – полная зависимость РФ от рынка энергоносителей. В случае падения мировых цен на нефть это может повлечь крах национальной валюты, проблемы экономического характера как внутри страны, так и за ее пределами.

Самое большое беспокойство российских нефтедобывающих компаний – это количество тонн нефти, которое содержит почва. По опубликованным в интернете данным, запасов у России хватит примерно на 28 лет добычи. Но это известных, а ведь поиски новых месторождений не прекращаются никогда, также не стоит забывать про сланцевую нефть.

А вот про стратегический запас РФ – арктическую нефть, стоит упомянуть отдельно. По данным геологоразведки США, в Арктике спрятано около 400 млрд баррелей нефти и 88% этих запасов принадлежит Российской Федерации, США и Дании. Вот и вырисовывается очередная большая проблема – как освоить арктические запасы нефти, ведь этот процесс сопряжен с огромными финансовыми вливаниями и трудовыми затратами.

Конец ХХ и начало ХХI веков можно смело назвать углеводородной эрой. Российская нефтеперерабатывающая промышленность достигла определенных высот, а по некоторым позициям стала лидером. Но, тем не менее, остается много проблем, которые страна намерена решить в самое ближайшее время.

Как уже упоминалось выше, нефть – наше все, и вкладывать в нефтедобычу государство планирует огромные деньги. В данном случае действует принцип: чем больше вложишь, тем больше возьмешь.

Подписывайтесь на нас в Телеграм, Яндекс Дзен и во Вконтакте.

15.01.2020

Содержание статьи

• НЕФТЬ
• ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
• КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ДОБЫЧИ И ПОТРЕБЛЕНИЯ НЕФТИ
• ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА
• ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА
• МИГРАЦИЯ НЕФТИ И ГАЗА
• ВОЗРАСТ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
• ФОРМИРОВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА
• Породы-коллекторы.
• Покрышки.
• Ловушки.
• ПОИСКИ И РАЗВЕДКА НЕФТИ
• ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ БУРЕНИЯ
• Основные условия бурения.
• Классификация методов бурения.
• Крепление скважин.
• Изоляция водопритока в скважину.
• Инструменты и методы ловильных (аварийных) работ.
• Направленное бурение.
• Морское бурение.
• Подготовка скважины к эксплуатации.
• Документация скважины.
• ДОБЫЧА НЕФТИ И РЕЖИМ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗАЛЕЖИ
• ТРУБОПРОВОДЫ

НЕФТЬ

Сырая нефть – природная легко воспламеняющаяся жидкость, которая находится в глубоких осадочных отложениях и хорошо известна благодаря ее использованию в качестве топлива и сырья для химического производства. Химически нефть – это сложная смесь углеводородов с различным числом атомов углерода в молекулах; в их составе могут присутствовать сера, азот, кислород и незначительные количества некоторых металлов.

Природные углеводороды чрезвычайно разнообразны. Они охватывают широкий круг минералов от черных битумных асфальтов, таких, какие находятся в асфальтовом озере Пич-Лейк на о.Тринидад и битуминозных песчаниках Атабаски в Канаде, до светлых летучих нефтей (последние обнаружены, например, в районе Кетлмен-Хиллс в Калифорнии), которые могут быть непосредственно использованы как бензин в качестве моторного топлива. Между этими крайними случаями нефти имеют различный цвет и запах и значительно различаются по своим химическим и физическим свойствам. По цвету они могут быть желтыми, зелеными, янтарными, вишнево-красными, красно-коричневыми, темнокоричневыми или черными, некоторые нефти в отраженном свете флуоресцируют в зеленых или пурпурных цветах. Одни имеют приятный эфирный запах, другие – свежий, душистый; запах прочих напоминает скипидарный или камфорный, но многие имеют очень неприятный запах обычно из-за наличия сернистых соединений. По составу некоторые нефти приближаются к почти чистому бензину, другие вовсе не содержат бензиновых фракций. Аналогичным образом масляные фракции в некоторых нефтях составляют значительный процент, тогда как в других они отсутствуют. Встречаются залежи парафинового воска, и для таких твердых битумов как минерала имеется собственное название – горный воск (озокерит).

Поиски нефти идут непрерывно во всех частях света. Геологические исследования показали, что нефть обычно находится в пористых осадочных породах (таких, как известняки и глины) невулканического происхождения, хотя обнаружены исключения из этого общего правила: известны промышленные месторождения и в магматических породах (месторождение Белый Тигр во Вьетнаме, где нефть добывается из гранитов) и ряд месторождений Якутии, где газоносны вулканические и вулкано-осадочные породы. Среди осадочных нефте- и газоносных пород ведущее место – порядка 50–60% – занимают песчаники, 40–45% – известняки и доломиты, а залежи в глинах скорее исключение.

Важные нефтегазоносные области окружают Мексиканский залив и продолжаются в его подводную часть. Они включают богатые месторождения Техаса и Луизианы, Мексики, о.Тринидад, побережья и внутренних районов Венесуэлы. Крупные нефтегазоносные области располагаются в обрамлении Черного, Каспийского и Красного морей и Персидского залива. Эти районы включают богатые месторождения Саудовской Аравии, Ирана, Ирака, Кувейта, Катара и Объединенных Арабских Эмиратов, а также Баку, Туркмении и западного Казахстана. Нефтяные месторождения о-вов Борнео, Суматра и Ява составляют основные зоны полезных ископаемых Индонезии. Открытие в 1947 нефтяных месторождений в Западной Канаде и в 1951 в Северной Дакоте положило начало новым важным нефтегазоносным провинциям Северной Америки. В 1968 были открыты крупнейшие месторождения у северного побережья Аляски. В начале 1970-х годов крупные нефтяные месторождения были обнаружены в Северном море у берегов Шотландии, Нидерландов и Норвегии. Небольшие нефтяные месторождения имеются на побережьях большинства морей и в отложениях древних озер.

Из сырой нефти различными физико-химическими методами производится более 3 тыс. продуктов. Эти продукты включают горючие газы, бензин, лигроин, растворители, керосин, газойль, бытовое топливо, широкий состав смазочных масел, мазут, дорожный битум и асфальт; сюда относятся также парафин, вазелин, медицинские и различные инсектицидные масла. Масла из нефти используются как мази и кремы, а также в производстве взрывчатых веществ, медикаментов, чистящих средств, пластмасс, все возрастающего числа различных химикатов. Многие нефтеперерабатывающие предприятия производят не только индивидуальные углеводороды, но и многие химические производные этих углеводородов.

ПРИРОДНЫЙ ГАЗ

Природный (нефтяной) газ, состоящий из метана и других легких насыщенных углеводородов, – весьма дешевое и удобное топливо. В 1987 в США было добыто почти 566 млрд. м³ и было установлено 5,3 трлн. м³ подтвержденных промышленных извлекаемых запасов, которые были бы исчерпаны к 1998, если бы сохранился уровень добычи 1987. В 1997 в США было более 50 млн. индивидуальных и много тысяч промышленных и торговых потребителей газа.

Природный газ называется «сухим», если почти не содержит бензина (менее 1 л на 25 м³ газа). «Жирный» газ может содержать бензина в 10 раз больше. Смесь жидких углеродов может быть получена как путем сжатия и охлаждения газа, так и путем его абсорбции нефтью. Полученные жидкости называются сжиженным нефтяным газом (газоконденсатом) и имеют разнообразное применение.

Главные составные части природного газа – метан, этан, пропан и бутан (в порядке уменьшения их содержания). Природный газ не содержит свободного водорода, монооксида углерода, кислорода, олефинов или ацетилена, хотя во многих залежах имеются диоксид углерода (углекислый газ), азот и сероводород. Ряд месторождений природного газа, большинство из которых располагается в США, содержит промышленные концентрации гелия.

Природный газ широко распространен в мире, главным образом как попутный нефтяной газ. Ведущими странами-производителями газа являются США, Россия и Канада, но большие перспективы открытия потенциально значительных месторождений дают поисково-разведочные работы в море, особенно у побережья Африки, Азии, Южной Америки, в Северном и Каспийском морях. Главное использование природного газа – в качестве топлива в промышленности и быту. В промышленности он применяется при выплавке металлов и стекла, производстве извести и цемента, приготовлении хлеба и другой пищи и во многих других случаях. Он используется также в производстве бензина, сажи и некоторых важных химических продуктов, таких, как метиловый спирт, формальдегид, синтетический аммиак. В домашнем хозяйстве газ служит горючим в печах, нагревательных приборах, газовых плитах и т.п.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ДОБЫЧИ И ПОТРЕБЛЕНИЯ НЕФТИ

Нефть и газ известны человечеству уже несколько тыс. лет. Задолго до н.э. выходы нефти и газа были обнаружены в бассейнах Черного и Каспийского морей и использовались для отопления, приготовления пищи, смазки, как цементирующий материал и дорожное покрытие, для заделывания щелей и смоления судов. За несколько столетий до н.э. в Китае производилось ударное бурение с использованием бамбуковых труб. Однако систематическая добыча нефти в мире началась лишь спустя 2000 лет.

С 1954 по 1974 мировое производство сырой нефти увеличилось более чем в 4 раза – с примерно 700 млн. т до 2,9 млрд. т. После 1974 мировой экономический спад и сокращение добычи государствами-членами ОПЕК (Организации стран – экспортеров нефти) обусловили колебания добычи, которая достигла максимума в 3,2 млрд. т в 1979 и минимума 2,8 млрд. т в 1983. Крупнейшими производителями нефти в 1987 были СССР, США, Саудовская Аравия и Мексика.

Оценка мировых доказанных извлекаемых запасов жидких углеводородов составила в 1990 125 млрд. т. Около 63% этих запасов сосредоточено на Среднем и Ближнем Востоке. Саудовская Аравия, Кувейт, Ирак, Объединенные Арабские Эмираты и Иран являются странами, где находятся крупнейшие доказанные извлекаемые запасы.

В течение второй половины 1960-х и начала 1970-х годов потребление нефти возрастало примерно на 8% в год. В связи с мировым экономическим спадом и увеличивающимся использованием более распространенных горючих ископаемых, таких, как уголь, темп возрастания потребления нефти снизился к концу 1970-х годов до ~6%. Резкое снижение мировых цен на нефть вследствие разработки альтернативных источников энергии к середине 1990-х годов вновь вызвало увеличение потребления нефти до 3 млрд. т; ведущими потребителями нефти являются США, Япония и Западная Европа.

Данные о запасах и добыче углеводородов по отдельным странам приведены в табл. 1–4.

Таблица: ДОБЫЧА И ЗАПАСЫ ГАЗА В 1994

Таблица 4. ДОБЫЧА И ЗАПАСЫ ГАЗА В 1994 (по материалам 15 Мирового нефтяного конгресса, Пекин, 1997)
Страны	трлн. м3	%	млрд. м3	%
СНГ	55,3560	39,70	718,87	33,3
США	4,5472	3,26	555,02	25,7
Канада	2,2176	1,59	163,94	7,6
Нидерланды	1,8536	1,33	77,61	3,6
Великобритания	0,6216		71,11	3,3
Индонезия	1,8032	1,29	51,87	2,4
Алжир	3,5840	2,57	49,81	2,3
Мексика	1,9516	1,40	37,04	1,7
Саудовская Аравия	5,1912	3,72	32,47	1,5
Иран	20,748	14,89	27,85	1,3
Австралия	0,5488		27,91	1,3
Норвегия	1,9852	1,42	26,52	1,2
Венесуэла	3,6512	2,62	23,35	1,1
Объединенные Арабские Эмираты (запасы только Абу-Даби)	5,2752	3,78	23,68	1,1
Румыния Малайзия Италия ФРГ Аргентина Индия	1,9040 0,5096 0,7000	1,37	19,24 20,42 20,11 18,32 17,24 16,82	5,2
Сумма двадцати первых по объему добычи стран			1998,10	92,6
Прочие страны			158,80	7,4
Общая сумма	139,4484	100,00	2156,90	100,00

Таблица: ЗАПАСЫ НЕФТИ И ГАЗА И ДОБЫЧА НЕФТИ

Таблица 3. ЗАПАСЫ НЕФТИ И ГАЗА И ДОБЫЧА НЕФТИ
Страны	Разведанные запасы на начало 1996	Добыча нефти 1995
Нефть, млн.т	Газ, млрд. м3	(млн. т/год)
Азиатско-Тихоокеанский регион (АТР)
Австралия	213,7	568,3	25,3
Китай	3288,0	1669,7	150,3
Индия	796,5	706,6	33,7
Индонезия	707,9	1929,6	74,9
Малайзия	589,1	1924,4	32,5
Вьетнам	68,5	113,2	8,8
Прочие	357,9	2385,7	21,3
Всего (АТР)	6021,6	9297,5	346,8
Западная Европа
Дания	141,3	113,9	9,3
Нидерланды	14,6	1843,9	3,4
Норвегия	1153,8	1352,7	139,1
Великобритания	588,1	659,6	128,2
Прочие	235,8	785,9	16,0
Всего (Зап. Европа)	2133,6	4756,0	296,0
Восточная Европа и страны СНГ
СНГ	7809,0	55949,1	356,0
Румыния	220,0	319,8	6,8
Прочие	79,8	402,1	5,3
Всего (Восточная Европа и СНГ)	8108,8	56671,0	368,1
Ближний и Средний Восток
Объединенные Арабские Эмираты	13 439,7	5790,1	110,0
Иран	12 083,4	20 987,5	180,6
Ирак	13 700	3098,8	30,0
Кувейт	12 878,0	1482,9	89,6
Саудовская Аравия	3544,2	5246,8	392,6
Сирия	342,5	198,1	30,2
Йемен	548,0	424,5	16,9
Катар	506,9	7075,0	22,7
Прочие	33 316,4	897,5	69,6
Всего (Ближний и Средний Восток)	90 359,1	45 201,2	942,4
Африка
Алжир	1260,4	3622,4	38,2
Ангола	741,5	50,9	31,0
Египет	531,5	625,4	46,1
Габон	183,6	14,1	18,2
Ливия	4041,5	1296,1	69,5
Нигерия	2853,4	3104,8	94,5
Прочие	410,2	756,6	21,6
Всего (Африка)	10 022,1	9469,3	319,1
Западное полушарие
Аргентина	304,9	525,9	36,0
Бразилия	575,4	146,3	34,5
Канада	671,1	1896,9	90,3
Колумбия	479,5	283,0	28,7
Мексика	6819,2	1936,1	136,1
США	3076,6	4636,6	328,0
Венесуэла	8833,3	3959,2	130,4
Прочие	618,9	845,8	36,3
Всего (Западное полушарие)	21 378,9	14 229,8	820,3
Итого по миру	138 024,0	139 624,9	3092,8

Таблица: ДОБЫЧА ПРИРОДНОГО ГАЗА В НЕКОТОРЫХ СТРАНАХ

Таблица 2. ДОБЫЧА ПРИРОДНОГО ГАЗА В НЕКОТОРЫХ СТРАНАХ (млн. м3)
	1970	1975	1980	1987
США	595 100	569 100	619 500	484 600
СССР	197 900	288 800	435 400	727 300
Канада	56 700	87 000	100 600	98 400
Нидерланды	31 600	90 800	91 200	77 400
Алжир	2 800	7 000	43 500	41 700
Великобритания	11 200	34 200	42 500	46 900
Мексика	11 700	16 500	36 800	36 200
Венесуэла	9 000	12 700	35 500	19 300
Румыния	24 900	27 000	35 300	35 900
Индонезия	3 100	6 100	29 600	35 000
Норвегия	–	300	26 100	28 200
Иран	12 200	21 800	20 000	19 000
ФРГ	13 000	18 100	19 000	18 700
Китай	1 700	3 500	15 700	20 500
Италия	13 200	14 600	15 700	19 800
Франция	6 900	7 300	10 800	3 900

Таблица: ДОБЫЧА НЕФТИ

Таблица 1. ДОБЫЧА НЕФТИ (тыс. т)
	1974	1978	1982	1987
СССР	458 900	572 500	612 600	624 000
США	436 800	432 400	426 700	469 200
Саудовская Аравия	412 400	409 800	324 900	212 400
Мексика	31 600	66 000	137 000	141 600
Китай	65 800	104 100	102 100	133 000
Великобритания	100	53 300	100 500	125 500
Венесуэла	158 500	115 400	99 600	88 700
Иран	301 200	262 300	98 500	114 700
Индонезия	67 900	81 000	65 900	64 700
Нигерия	112 200	93 900	63 800	63 700
Канада	96 500	74 400	62 200	89 300
Ливия	73 300	95 500	56 400	47 900
Объединенные Арабские Эмираты	81 100	88 800	56 200	75 900
Ирак	96 700	125 700	45 000	102 400
Алжир	47 100	57 200	43 700	44 800
Кувейт	116 300	97 000	42 000	53 600

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА

Геология нефти и газа – это отрасль геологии, которая может быть определена как «наука поиска залежей нефти и газа», хотя геологи часто работают на разработке таких залежей и после их открытия. Использование последних достижений геологической науки при поисково-разведочных работах на нефть и газ не исключает, тем не менее, элемента случайности. Отношение безуспешных поисково-разведочных скважин к тем, которые дали хоть какие-нибудь притоки нефти или газа, составляет в среднем ок. 9 к 1. Кроме того, по оценкам, только одна из семидесяти скважин, пробуренных для поисков новых месторождений нефти и газа, приводит к коммерчески выгодному открытию. Из-за этого только крупные нефтяные компании содержат геологические службы, а многие мелкие компании нанимают геологов-нефтяников как консультантов.

Геологи постепенно пришли к осознанию взаимосвязей между естественным нахождением нефти и газа и структурой пород, и примерно к 1915 нефтяная геология сформировалась как признанная наука. С этого времени начался быстрый рост числа специалистов по нефте- и газоразведке; тысячи геологов во всем мире заняты сегодня поисками нефти и газа. Для того чтобы успешно разведать находящиеся в недрах земли залежи полезных ископаемых, необходимо максимально точно определить условия, благоприятные для образования таких залежей.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА

Пока не достигнуто еще полного согласия исследователей в отношении того, как образуется в природе жидкая нефть. Нефтеподобные вещества могут быть синтезированы в лабораториях как из неорганических, так и из органических веществ, но залегание нефти и газа почти исключительно в осадочных породах, которые одновременно содержат остатки древних растений и животных, является важным доказательством того, что исходный материал был органическим по своей природе. В основном предполагается, что остатки растений и животных, которые захоронились в иле, преобразуются в восстановительной среде, которая предохраняет органическое вещество от окисления. С погружением в глубину Земли температура и давление возрастают. Соответствующее время (вероятно, не менее 500 000 лет), умеренные температуры (вероятно, 35–40° С) и давления (вероятно, ок. 10 атм) ведут к преобразованию органического вещества в низкомолекулярные легкие углеводороды, обычно находящиеся в сырой нефти.

МИГРАЦИЯ НЕФТИ И ГАЗА

В процессе седиментации происходит накопление слоистых пород с дисперсным органическим веществом, которые имеют тенденцию к уплотнению. Одновременно формируются благоприятные для залегания нефти и газа пористые породы (известняки и песчаники).

Поры между частицами заполняются смесью нефти, газа и воды; эта смесь в процессе уплотнения выжимается и тем самым принуждается к миграции из пор пород. Породы с крупными порами, в которых собирается нефть, называются резервуарными или коллекторами.

Залежи образуются обычно в таких местах, где высокопористые пески отлагались вслед за отложением обогащенных органических веществом илов, например, в дельте Миссисипи. Здесь пески находятся в речных руслах и на морских побережьях, а между ними располагаются большие соленые марши (прибрежные болота), где в илах захороняется органический материал. Крупные нефтяные и газовые залежи Луизианы, Техаса, Персидского залива и тюменского Севера приурочены к дельтовым отложениям древних рек. Система рифов – это другой пример общей обстановки, благоприятной для образования как пород-коллекторов, так и нефтематеринских пород. В зарифовой области отлагаются известковые илы, обогащенные органическим веществом. Такие нефтяные месторождения обнаружены в провинции Альберта (Канада), западнее Флориды и в Мексике. Крупные месторождения нефти и газа в рифах открыты в Прикаспийской впадине, в Ливии, Узбекистане и многих других районах.

ВОЗРАСТ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Нефть и газ залегают в породах всех возрастов даже в трещиноватых и выветрелых приповерхностных зонах докембрийского кристаллического фундамента. Наиболее продуктивные породы-коллекторы Северной Америки были сформированы в ордовикском, каменноугольном и третичном периодах. В других частях света добывают нефть в основном из отложений третичного возраста.

Месторождения нефти и газа приурочены к структурно-приподнятым участкам, таким, как антиклинали, но в региональном плане большинство месторождений располагается в крупных впадинах, так называемых осадочных бассейнах, куда за геологическое время вносятся большие объемы песков, глин и карбонатных осадков. Многочисленны такие нефтяные месторождения по краям континентов, где реки откладывают приносимый ими материал в морские глубины. Примерами подобных районов являются Северное море в Европе, Мексиканский залив в Америке, Гвинейский залив в Африке и регион Каспийского моря. Здесь бурятся скважины при глубине моря до 1500 м.

ФОРМИРОВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА

Необходимы следующие условия для формирования месторождений нефти и газа в залегающих в глубинах земли отложениях, из которых экономически выгодно извлекать углеводороды: наличие соответствующих пород-коллекторов и относительно непроницаемых покрышек и ловушек, которые предотвращают утечку углеводородов к земной поверхности.

Породы-коллекторы.

Для того чтобы стать коллектором, порода должна обладать пористостью и проницаемостью. Те же свойства необходимы для сохранения нефти и газа, а также запасов подземных вод. Пористость – это процент содержания пустот в породе. Кристаллические породы могут иметь менее 1% пустот, тогда как некоторые песчаники – 35–40%, а кавернозные известняки могут обладать даже еще большей пористостью. Наиболее обычный тип пустот – промежутки между зернами крупнозернистых осадочных пород, подобных песчаникам. Размер зерен не влияет на процент пористости, если этот размер одинаков, но при смешении зерен разного размера мелкие зерна частично заполняют пространство между крупными, уменьшая тем самым процент пористости. Итоговая пористость обломочных пород зависит от степени последующей цементации зерен; цемент породы осаждается из циркулирующих вод (таковы многие карбонатные, сульфатные и другие «хемогенные» цементы; весьма распространенные глинистые цементы образуются при одновременном осаждении песчаных зерен и глинистых частиц). Если цементация полная, то пористость не сохраняется.

Другой распространенный тип пустот – это каверны растворения в карбонатных породах – известняках и доломитах. Всякий раз, когда такие породы находятся в зоне проникновения или циркуляции подземных вод, они в какой-то степени растворяются, и результатом может быть образование высокопористых пород. Размер каверн выщелачивания изменяется от микроскопических пор до гигантских пещер. Еще одним типом природных пустот являются каверны выветривания, а также трещины и щели.

Проницаемость – это свойство пород быть проводником при движении жидкостей или газов. Некоторые глины имеют такую же высокую пористость, как и песчаники, но они непроницаемы, так как размер их пор очень мал. Чем крупнее поры, тем выше проницаемость. Прямой связи между пористостью и проницаемостью, в общем, нет, хотя обычно породы с невысокой пористостью (10–15%) имеют также и низкую проницаемость. Если проницаемость мала, то нефть будет только слабо сочиться из породы и продуктивность окажется ниже экономически эффективной. Поэтому трудно извлекать нефть из глин, хотя обильные признаки нефти в них имеются во многих районах мира. Методы извлечения нефти из глинистых пород разрабатываются.

Пласты пород-коллекторов должны иметь определенную мощность и относительно постоянную проницаемость по латерали. Мощность, ниже которой пласт-коллектор не может разрабатываться с необходимой экономической эффективностью, зависит от многих причин, включая стоимость бурения в данном районе, глубину, пористость и объем (запасы) нефти.

Хотя обычно породами-коллекторами являются песчаники и карбонатные породы, любые породы, которые обладают необходимыми геологическими или структурными характеристиками, могут содержать нефть в промышленных количествах. Примером являются трещиноватые глины (аргиллиты), конгломераты, зоны выветривания на древних поверхностях гранитов и серпентизированные магматические образования.

Покрышки.

Для образования залежей необходимо, чтобы пористые и проницаемые породы-коллекторы перекрывались породами, которые препятствуют последовательной миграции нефти и газа вверх. Обычные экранирующие породы – это относительно непроницаемые глины. Другие породы, которые могут служить покрышками, – это плотно сцементированные песчаники, пласты плотных карбонатных пород, глины плоскостей сбросов и даже тела соляных и изверженных пород.

Ловушки.

Большинство пород-коллекторов имеют вид пластов или слоев, которые на сколько-нибудь значительных расстояниях отклоняются от горизонтального положения. Величина наклона изменяется от примерно 4 м/км до 90°. В результате этого капли нефти или пузырьки газа, насыщающие породы-коллекторы, просачиваются вверх через насыщенные водой поры к подошве и затем перемещаются вверх по восстанию пластов вдоль раздела коллектор – покрышка. Если наклон продолжается до поверхности и пласт-коллектор остается на всем протяжении проницаемым, нефть (газ) будет выходить из пласта. Но если наклон вверх не продолжается, а существует перегиб или породы-коллекторы теряют по латерали свою проницаемость, нефть будет улавливаться до того, как она сможет выйти из пласта на поверхность. Образование ловушки вследствие изменения направления наклона пластов пород обычно обусловлено движениями земной породы; такие ловушки относятся к структурному типу. Изменения проницаемости ведут к образованию стратиграфических ловушек.

Простейшим типом структурной ловушки является выгнутая вверх складка-антиклиналь (рис. 1,а). Складчатость может быть результатом сокращения земной коры, сброса в глубинах земли, магматической деятельности, внедрения соляных масс; она может быть вызвана уплотнением над выступом погребенного рельефа или растворением пород. Скопление нефти и газа в антиклиналях происходит за счет улавливания движущихся вверх капелек жидкости и пузырьков газа аркой смятых в складку пластов. На флангах складки под нефтью скапливается более тяжелая пластовая вода. Одно из крупнейших нефтяных месторождений мира – Гхавар в Саудовской Аравии – связано именно с антиклиналью.

Одним из специфических видов антиклиналей являются соляные купола (рис. 1,в). Они представляют собой штоки или призмы соли, выжатой с больших глубин. Купола имеют в плане округлую или эллиптическую форму диаметром почти 1 км и высотой 6 и более км. Эти купола частично прорывают слои осадочных пород, а залегающие над ними пласты изгибаются в виде антиклинали или купола. Залежи нефти могут формироваться в покрывающей соляной купол антиклинали, в пластах, ограниченных стенкой соляного купола, и в выщелоченных кавернозных породах кровли купола (кэпроки).

Тектонически ограниченные ловушки (рис. 1,б), как и антиклинали и соляные купола, являются разновидностью структурных ловушек. Ловушка этого типа образуется за счет того, что при сдвиге (взаимном перемещении пластов) проницаемые пласты вверх по восстанию в зоне разлома экранируются непроницаемым глинистым барьером, который эффективно преграждает движение нефти вверх по восстанию проницаемого насыщенной водой наклонно залегающего пласта.

Если пласты-коллекторы латерально замещаются непроницаемыми породами, возникает стратиграфическая ловушка (рис. 1, г). Основная причина изменения пористости и проницаемости пласта в пространстве связана с изменениями условий осадконакопления по площади. Другой причиной изменения коллекторных свойств является растворяющее действие пластовых вод. Так, участками может растворяться карбонатный цемент в песчаниках. Большую роль играет образование каверн в карбонатных породах. Важный вид стратиграфических ловушек образуется при срезании, эрозии серии наклонно залегающих пластов, в том числе пористых и проницаемых, и последующем их перекрытии непроницаемыми породами-покрышками.

ПОИСКИ И РАЗВЕДКА НЕФТИ

Задача обнаружения новых месторождений нефти и газа на практике сводится к поискам возможных ловушек углеводородов. До сих пор нет методик, аппаратуры и механизмов, которые могли бы безошибочно обнаруживать подземные площади, где имеются нефтяные или газовые месторождения. Поэтому геологи и геофизики ищут места, где имеются либо структурные, либо стратиграфические условия, благоприятные для аккумуляции углеводородов; эти участки затем опробуются на наличие нефти и газа бурением скважин.

Геологические методы включают исследования на поверхности и в глубинах земли. Поверхностные исследования используют только там, где покров почв и четвертичных отложений достаточно тонкий и имеются многочисленные обнажения коренных пород. Геолог измеряет мощности разрезов обнаженных пород, строит карты геологических формаций, определяет структуру залегания путем наблюдения падений и простираний пластов в тех местах, где рельеф имеет значительную амплитуду. В случае относительно ровного залегания и плоского рельефа используется метод инструментальной съемки с помощью мензулы и алидады. Могут быть использованы аэрофотоснимки. Многие нефтяные месторождения были открыты при разбуривании антиклиналей, обнаруженных в результате поверхностной геологической съемки. В случае перекрытия коренных пород мощным чехлом четвертичных почв, аллювия ледниковых отложений и др. проводится структурное бурение. Вскрывая скважинами реперные пласты, геологи устанавливают структурный план коренных глубоко залегающих пород.

При поиске нефти на значительных глубинах широко используются геофизические методы (рис. 2, 3) – гравиметрический, магнитометрический и сейсмический; последний наиболее важен и результативен.

Используя эти методы, можно в лабораторных условиях изучать данные геофизических исследований погребенных отложений, скважин, образцов шлама и керна. Эти данные позволяют строить структурные карты глубоко залегающих горизонтов, геологические карты разных типов, карты изопахит (мощностей отложений), профильные разрезы. Собранная и обобщенная информация, полученная разными методами, используется для выявления недоступных ранее структурных и стратиграфических ловушек. Для определения следов углеводородов проводятся геохимические анализы пород и вод. По содержаниям органического вещества и углеводородов могут быть выявлены нефтегазоматеринские отложения.

ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ БУРЕНИЯ

После того как геолог-нефтяник обнаружит район, благоприятный для скопления нефти или газа, на этом месте начинается бурение нефтяных скважин. Так, в США ежегодно бурится более 2 млн. скважин, из которых примерно четверть оказываются продуктивными.

Основные условия бурения.

Бурение должно обеспечивать разрушение горных пород тех отложений, через которые проходит скважина, и вынос раздробленных частиц породы на поверхность; при этом необходимо контролировать высокий напор флюидов (воды, нефти и газа), которые могут неожиданно встретиться в проходимых скважиной пластах, а также обеспечивать поддержку стенок скважины, чтобы они не обваливались и не образовывали каверн. Конечно, оборудование должно обеспечивать бурение скважин требуемого диаметра на любой необходимой глубине. Часто скважины бурятся на глубинах более 7500 м. (Сверхглубинная скважина на Кольском полуострове, заложенная с чисто научными целями, к 2000 достигла глубины 12 500 м. Аналогичная по назначению скважина в южной части ФРГ пробурена до глубины ок. 10 000 м. Продуктивная газовая скважина в Австрии имеет глубину 8553 м, в шт. Оклахома в США – 9583 м. Начальный диаметр скважины может достигать 90 см, но обычно в зависимости от условий он составляет от 25 до 70 см. Диаметр скважины обычно уменьшается с глубиной и у забоя иногда составляет 8 см, но чаще находится в пределах 10–20 см.

Классификация методов бурения.

Все методы бурения могут быть подразделены на ударное и вращательное бурение. Установка ударного бурения бурит скважину путем возвратно-поступательного движения (падения и подъема) тяжелой колонны труб бурового инструмента; эти удары крошат породу, а раздробленные частицы породы поднимаются и выносятся из скважины в виде водной суспензии. При вращательном (роторном) бурении проходка горных пород осуществляется тяжелой вращающейся буровой колонной; срезанные у дна (забоя) скважины обломки породы непрерывно поднимаются на поверхность рабочей жидкостью, циркулирующей в скважине под давлением (рис. 4).

Под действием веса тяжелой буровой колонны, которая давит на долото, и ее вращения долото разрушает породы и углубляется в них. При этом бурильщик медленно опускает буровую колонну, постепенно отпуская подъемный трос с барабана лебети. При бурении многое зависит от поддержания правильного давления на долото и скорости вращения буровой колонны. Употребляется несколько разных типов буровых долот; одни используются для бурения мягких пород, другие – при проходке более твердых пород. Специальный инструмент предназначается для отбора образцов пород (керна) на забое или из стенок скважины. Скорость проходки при роторном бурении изменяется в широких пределах в зависимости от характера разбуриваемых пород, глубины скважины, качества оборудования и мастерства бурильщика. В плотных известняках или хорошо сцементированных песчаниках скорость проходки не превосходит 30 см/ч, а в мягких отложениях может достигать 24 м/ч. Когда долото снашивается, буровую колонну развинчивают в «свечи» длиной 25–40 м, а после смены изношенного долота свечи вновь соединяют и опускают в скважину.

Эффективность глубокого роторного бурения зависит от поддержания подходящей вязкости и плотности бурового раствора. Этот раствор не только поднимает к поверхности частицы разбуренной породы (шлам), но также выполняет роль смазки и охлаждения колонны буровых труб и долота; он же образует глинистую корку на стенках скважины, которая изолирует пористые пласты от проникновения в них бурового раствора. Иногда вместо водного бурового раствора используется раствор на нефтяной основе. Для получения и стабилизации необходимых физических свойств буровых растворов часто используются различные химические реагенты и добавки, такие, как тонкоперетертые порошки тяжелых минералов (обычно барита) и тонкодисперсные коллоидные глины.

Важной разновидностью вращательного бурения является бурение с помощью турбобура. При роторном бурении приводной двигатель находится на поверхности земли и с помощью ротора приводит во вращение всю колонну труб с долотом на забое. При турбинном бурении двигатель турбобура с буровым долотом крепится к низу колонны труб. В буровую колонну закачивается буровой раствор, который приводит в движение турбину и тем самым вращает долото. Поднимающийся к поверхности в затрубном пространстве (между стенками скважины и буровой колонной) буровой раствор, как и при роторном бурении, выносит из скважины шлам и играет роль смазки. В разных горно-геологических условиях и при разных глубинах применяются те или иные виды вращательного бурения и их комбинации.

Крепление скважин.

Скважины укрепляют обсадными колоннами для предохранения стенок скважин от обрушения и образования каверн, для изоляции водоносных горизонтов и ограничения тех участков скважины, где могут неожиданно встретиться какие-либо проявления нефти и газа.

Обсадная колонна образуется из труб большого диаметра, выработанных по определенной технологии. Обсаживание скважины допускает некоторую свободу в выборе диаметра, длины и толщины труб; отдельные трубы соединяются друг с другом посредством муфт с резьбой и устанавливаются в скважине по специальному проекту.

При обсадке нефтяной или газоносной скважины обычно используется несколько колонн, которые телескопически вставляются одна в другую и опускаются на различные глубины.

Изоляция водопритока в скважину.

Пластовые воды, которые встречаются при бурении скважин, должны быть изолированы. Они обычно изолируются цементацией пространства между стенкой скважины и обсадной колонной.

Инструменты и методы ловильных (аварийных) работ.

Для извлечения из скважины разрушенных или поврежденных частей бурового инструмента, обсадных труб и другого скважинного оборудования часто необходимы специальные инструменты. Смятые части обсадных колонн могут быть отремонтированы в скважине с помощью специальной оправки для ремонта обсадных труб. Оторвавшиеся части труб в скважине могут быть захвачены специальной труболовкой, ершом или овершотом (пружинным захватом), специальным колоколом для ловли обсадных труб или ловильными метчиками.

Направленное бурение.

Обычно планируется бурение вертикальной и прямолинейной скважины, но при бурении часто происходит отклонение от вертикали или ствол скважины изгибается. Существуют специальные скважинные приборы для определения участков такого отклонения. В некоторых случаях, напротив, ставится цель отклонения от вертикали для того, чтобы достичь объекта на расстоянии, отстоящем в несколько десятков или сотен метров по латерали от расположения устья скважины. Таким образом, забой скважины может уходить от устья на километр или более, например, от берега под дно океана, озера или реки.

Морское бурение.

Существует по крайней мере пять способов бурения в пределах водоемов (рис. 5). Созданы суда, специально приспособленные для бурения в научных целях на дне океанов. Такие суда сохраняют свое положение с помощью якорей или специальных гребных винтов.

Подготовка скважины к эксплуатации.

После того как скважина пробурена и прошла нефтяной или газовый пласт, необходимо подготовить ее к работе. Для опробования пласта и определения производительности скважин используется специальное оборудование. Стенки скважины должны быть очищены от глинистого раствора и твердых осколков, которые осели в процессе бурения. Плотные отложения с низкой проницаемостью торпедируются. Взрыв образует вокруг ствола скважины трещины, которые увеличивают приток нефти. С середины 20 в. взрывы в основном заменяются гидроразрывом. При этом вода и нефть, содержащие песок, проталкиваются в породы под большим давлением; породы растрескиваются, и песок входит в трещины, поэтому последние остаются открытыми и после снятия давления. Если необходимо укрепить стенки скважин у продуктивного пласта (например, в случае их рыхлости и возможного осыпания), то устанавливают обсадную колонну, а затем перфорируют ее и оборудуют фильтром для предотвращения поступления песка. Для повышения коэффициента продуктивности на продуктивном участке могут быть созданы заполненные гравием каверны. После установления на устье скважин трубной головки, регулирующей арматуры, газового генератора, емкостей для жидкостей и насосного оборудования скважина готова к эксплуатации (рис. 6).

Документация скважины.

Дело (буровой журнал) скважины должно содержать данные обо всех операциях во время бурения и всем установленном на ней оборудовании, указания на характер и глубину залегания всех пройденных скважиной стратиграфических горизонтов, на их водо-, газо- и нефтеносность. Образцы пород – керны – отбираются в процессе бурения на различных глубинах из пройденных скважиной отложений и их данные тщательно фиксируются. Керны исследуются на содержание в них различных флюидов, пористости, проницаемости и других необходимых характеристик. Пробы жидкостей и газов, отобранные из различных стратиграфических горизонтов, анализируются, а их физические и химические свойства записываются в журнал. Полученная таким путем в процессе бурения информация используется как руководство при эксплуатации скважины и помогает определить положение будущих скважин.

ДОБЫЧА НЕФТИ И РЕЖИМ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗАЛЕЖИ

В природных условиях до того, как скважина вскроет залежь углеводородов, газ располагается в верхней части залежи, ниже лежит нефть, а она в свою очередь подстилается водой. Газ состоит главным образом из метана с примесями этана, пропана и бутана. Эти газы хорошо растворяются в нефти; часто газовая шапка в залежи отсутствует и весь газ растворен в нефти.

Флюиды в залежи обычно находятся под давлением, примерно соответствующим гидростатическому, т.е. равным давлению столба воды высотой от поверхности земли до кровли залежи (10 кПа/м). Таким образом, первоначальное давление в залежи нефти на глубине, например, 1500 м может составлять 15 000 кПа. Когда скважина заканчивается бурением и буровой раствор откачивается из насосно-компрессорной колонны, нефть этим пластовым давлением выдавливается в ствол скважины. По мере того как она поднимается к поверхности, давление падает. При снижении давления до определенного уровня растворенный ранее в нефти газ выделяется, образуя газовые пузыри. (Этот процесс аналогичен тому, как выделяется газ из шампанского, когда открывается пробка.) Вспененная в трубе газо-нефтяная смесь легко выносится на поверхность.

После краткого начального периода течение нефти к стволу скважины замедляется, и появляется необходимость устанавливать на забое насос. Наконец, когда бóльшая часть газа выделилась из нефти по всей залежи, давление падает до такой степени, что исчезают силы, вынуждающие нефть двигаться к скважине. При этом в пласте может оставаться от 60 до 75% первоначальных запасов. Описанный процесс разработки называется технологией вытеснения растворенным газом.

Во многих залежах, как отмечалось выше, над нефтью имеется свободный газ. Этот газ, или газовая шапка, является важным источником энергии. По мере того как давление в залежи падает, газ заполняет пространство, освободившееся после извлечения нефти (такое режим называется газонапорным или режимом расширения газовой шапки).

Когда давление в залежи становится очень низким, часто возможно восстановить добычу путем закачки в пласт воды; этот процесс известен как заводнение. Вода закачивается в скважины, расположенные недалеко от продуктивных скважин, и проталкивает нефть к последним.

Большие объемы воды располагаются иногда и в продуктивном пласте под залежью или по ее краям (подошвенные и краевые воды соответственно). В таком случае эти воды будут двигаться в направлении продуктивной скважины, где давление понижено, обеспечивая тем самым естественное вытеснение нефти водой (водонапорный режим).

Другой важный режим добычи нефти известен как гравитационный. Такой режим чаще всего возникает в круто падающих пластах с очень высокой проницаемостью при низкой вязкости нефти.

Таким образом, возможны четыре режима нефтеотдачи залежи. Режим растворенного газа очень неэффективен, так как в этом случае извлекается лишь около трети первоначальных запасов. Режимы вытеснения водой (водонапорный), расширения газовой шапки и гравитационного дренирования могут обеспечить добычу в две трети и более от первичных запасов.

В последнее время появились многочисленные вторичные и третичные методы разработки истощенных месторождений. Кроме описанного выше заводнения, проводится закачка в пласт горячего пара и специальных реагентов для снижения вязкости нефти, термическая обработка и многие другие методы.

ТРУБОПРОВОДЫ

Транспортировка сырой нефти, продуктов ее переработки и природного газа обычно осуществляется по трубопроводам. Большинство нефте- и газопроводов строится в тесной связи с разработкой месторождений, переработкой сырья и потреблением углеводородов. Обеспечивая низкую стоимость транспортировки, они становятся важным фактором экономики. Трубопроводы особенно эффективны в случае природного газа, который добывается в больших объемах как вместе с нефтью, так и отдельно из газовых месторождений. Значительные объемы транспортируются специальными танкерами в виде сжиженного газа.

Транспортировка сырой нефти осуществляется по сети трубопроводов, которые поставляют нефть от скважин к хранилищам на промысле или к магистральным терминалам. По магистральным трубопроводам нефть перекачивают к нефтеперерабатывающим заводам или терминалам танкеров. Переработка нефти осуществляется либо в районах ее добычи, либо на значительных расстояниях от нее вблизи главных потребителей и рынков сбыта.

Линии газопроводов подразделяются на газосборные, магистральные и распределительные. Транспортирующие, или магистральные, трубопроводы поставляют газ местным службам, которые распределяют его для промышленного и коммунального использования, а также для других нужд.

Нефтесборные трубопроводы имеют обычно диаметр 5–20 см; диаметр протяженных магистральных нефтепроводов иногда достигает 120 см. Самый длинный трубопровод этого типа в США имеет длину 4650 км и диаметр 110 см; он проложен от Хьюстона (шт. Техас) до Нью-Йорка. Имеется тенденция строительства крупных трубопроводов для сырой нефти и продуктов ее переработки. Параллельные и обводные трубопроводы увеличивают пропускную способность построенных ранее и имеющих меньший диаметр трубопроводов. Газопроводы, как правило, более крупные по сравнению с нефтепроводами. Система магистральных трубопроводов Ямбург – Западная граница СНГ имеет общую протяженность 28,7 тыс. км с диаметром труб 142 см. Некоторые сборные трубопроводы проложены на поверхности земли, но бóльшая их часть, как и всех магистральных линий, являются подземными.

Использование цельнотянутых бесшовных, тонкостенных и упроченных труб, введение компьютерного контроля, дистанционное обслуживание с помощью мониторов, улучшение технологии сварки – главные составляющие прогресса в строительстве и эксплуатации трубопроводов. Трубопроводы приходится строить через неровности рельефа, леса, болота, в экстремальных климатических условиях. Нефть и продукты ее переработки перекачиваются насосными станциями, расстояние между которыми определяется рельефом, скоростью транспортировки и другими факторами. Различные виды сырой нефти или, в случае продуктопроводов, продукты ее переработки, обычно транспортируются с минимальным смешением. Компрессорные станции поддерживают давление, необходимое для постоянного движения природного газа. Диаметр трубопровода, число и мощность насосных и компрессорных станций определяют производительность трубопровода.