История развития машин и оборудования добычи нефти и газа

М и н и с т е р с  т в о  о б р а з о  в а н и я  Р о с с  и й с к о й  Ф е д  е р а ц и и Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального образованию «Самарский государственный технический университет»

______________________________________________________

Кафедра  «Высшей математики и прикладной информатики»

 

 

 

Реферат

 

на тему:

 

«История  развития машин и оборудования добычи нефти и газа»

 

 

                                                                    

 

 

 

    Выполнил: студент

                                                         

                                                                                      Проверил:

 

 

 

                                                                          

 

            

Самара 2011

 

 

Оглавление

 

• Введение........................................................

• История развития добычи с древних времен по настоящее время....................................................

• Добыча нефти и газа. Фонтанный и газлифтный способы добычи нефти и газа............д.об
• Добыча нефти с помощью насосов............
• Классификация и состав машин и оборудования для добычи нефти и газа..................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Нефть – это природная  горючая маслянистая жидкость, которая состоит из смеси углеводородов самого разнообразного строения. Их молекулы представляют собой и короткие цепи атомов углерода, и длинные, и нормальные, и разветвленные, и замкнутые в кольца, и многокольчатые. Кроме углеводородов нефть содержит небольшие количества кислородных и сернистых соединений и совсем немного азотистых. Нефть и горючий газ встречаются в земных недрах как вместе, так и раздельно. Природный горючий газ состоит из газообразный углеводородов – метана, этана, пропана.

Нефть и горючий газ накапливаются в пористых породах, называемых коллекторами. Хорошим коллектором является пласт песчаника, заключенный среди непроницаемых пород, таких, как глины или глинистые сланцы, препятствующие утечке нефти и газа из природных резервуаров. Наиболее благоприятные условия для образования месторождений нефти и газа возникают в тех случаях, когда пласт песчаника изогнут в складку, обращенную сводом кверху. При этом верхняя часть такого купола бывает заполнена газом, ниже располагается нефть, а еще ниже — вода.

О том, как образовались месторождения нефти и горючего газа, ученые много спорят. Одни геологи  — сторонники гипотезы неорганического  происхождения — утверждают, что  нефтяные и газовые месторождения  образовались вследствие просачивания из глубин Земли углерода и водорода, их объединения в форме углеводородов и накопления в породах — коллекторах.

Другие геологи, их большинство, полагают, что нефть, подобно углю, возникла из органической массы, погребенной  на глубину под морские осадки, где из нее выделялись горючие жидкость и газ. Это органическая гипотеза происхождения нефти и горючего газа. Обе эти гипотезы объясняют часть фактов, но оставляют без ответа другую их часть.

Полная разработка теории образования нефти и горючего газа еще ждет своих будущих исследователей.

Группы нефтяных и  газовых месторождений, подобно  месторождениям ископаемого угля, образуют газонефтеносные бассейны. Они, как  правило, приурочены к прогибам земной коры, в которых залегают осадочные  породы; в их составе имеются пласты хороших коллекторов.

В нашей стране давно  известен Каспийский нефтеносный бассейн, разработка которого началась в районе Баку. В 20-х годах был открыт Волго-Уральский  бассейн, который назвали Вторым Баку.

 В 50-х годах был  выявлен величайший в мире  Западно-Сибирский бассейн нефти и газа. Крупные бассейны, кроме того, известны и в других районах страны — от берегов Ледовитого океана до пустынь Средней Азии. Они распространены как на материках, так и под дном морей. Нефть, например, добывается со дна Каспийского моря.

Россия занимает одно из первых мест в мире по запасам  нефти и газа. Большое преимущество этих полезных ископаемых — сравнительное  удобство их транспортировки. По трубопроводам  нефть и газ поступают за тысячи километров на фабрики, заводы и электростанции, где используются как топливо, как сырье для производства бензина, керосина, масел и для химической промышленности.

В становлении и развитии нефтегазодобывающей промышленности можно проследить несколько этапов, каждый из которых отражает постоянное изменение соотношения, с одной стороны, масштабов потребления нефти и газа, а с другой – степень сложности их добычи.

На первом этапе возникновения  нефтедобывающей промышленности из-за ограниченной потребности в нефти  она добывалась из небольшого числа месторождений, разработка которых не представляла сложности. Основным способом добычи подъема нефти был на поверхность был самый простой – фонтанный. Соответственно примитивным было и оборудование, применяемое для добычи нефти.

На втором этапе потребность в нефти увеличилась, а условия добычи нефти усложнились, возникла потребность добычи нефти из коллекторов на больших глубинах из месторождений с более сложными геологическими условиями. Возникло множество проблем, связанных с добычей нефти и эксплуатированием скважин. Для этого были разработаны технологии подъема жидкости газлифтным и насосным способами. Было создано и внедрено оборудование для эксплуатации скважин фонтанным способом, оборудование для газлифтной эксплуатации скважин с мощными компрессорными станциями, установки для эксплуатации скважин штанговыми и бесштанговыми насосами, оборудование для сбора, перекачки, разделения продукции скважин. Постепенно начало складываться нефтяное машиностроение. Одновременно возникла быстрорастущая потребность в газе, что привело к формированию газодобывающей промышленности, в основном на базе газовых и газоконденсатных месторождений. На этом этапе промышленно развитые страны начали развивать топливно-энергетические отрасли и химию за счет преимущественного развития нефтегазовой промышленности.

История развития добычи с древних времен по настоящее  время

Российская Федерация  является одной из ведущих энергетических держав.

В настоящее время  на долю России приходится более 80% общего объема добычи нефти и газа и 50% угля бывшего СССР, что составляет почти седьмую часть суммарного производства первичных энергоресурсов в мире [1].

В России сосредоточено 12,9% мировых разведанных запасов  нефти и 15,4% ее добычи.

На ее долю приходится 36,4% мировых запасов газа и 30,9% его добычи.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России - это стержень национальной экономики, обеспечивающий жизнедеятельность всех отраслей народного  хозяйства, консолидацию) регионов, формирование значительной части бюджетных доходов  и основной доли валютных поступлений страны.

В ТЭК аккумулируется 2/3 прибыли, создаваемой в отраслях материального производства.

Недостаточное восполнение  сырьевой базы начинает ограничивать возможности в наращивания добыта нефти и газа.

Увеличение душевого энергопотребления к 2010 г., экстремальных условиях развития» экономики возможно путем проведения комплекса мер по интенсивному энергосбережению, оптимально достаточного экспорта энергоресурсов при медленном наращивании их производства и проведение сдержанной инвестиционной политики ориентированной на наиболее эффективные проекты.

В этом деле применение современного оборудования, обеспечивающего энергосберегающие  технологии при добыче нефти, играет существенную роль.

Известны шахтный и  скважинный методы добычи нефти.

Этапы развития шахтного способа: рытье ям (копанок) глубиной до 2 м; сооружение колодцев (шурфов) глубиной до 35¸45 м, и сооружение шахт-комплексов вертикальных, горизонтальных и наклонных выработок (применяется редко при добыче вязких нефтей).

До начала VXIII в нефть, в основном, добывали из копанок, которые обсаживались плетнем.

По мере накопление нефть  вычерпывали в мешках вывозили потребителям.

 

Колодцы крепились деревянным срубом, окончательный диаметр обсаженного  колодца составлял обычно от 0,6 до 0,9 м с некоторым увеличением книзу для улучшения притока нефти к его забойной части.

Подъем нефти из колодца  производился при помощи ручного  ворота (позднее конного привода) и веревки, к которой привязывался бурдюк (ведро из кожи).

К 70-м годам XIX в. основная добыча в России и в мире происходит уже из нефтяных скважин. Так, в 1878 г. в Баку их насчитывается 301, дебит которых во много раз превосходит дебит колодцев. Нефть из скважин добывали желонкой - металлический сосуд (труба) высотой до 6 м., в дно которого вмонтирован обратный клапан, открывающийся при погружении желонки в жидкость и закрывающийся при её движении вверх. Подъем желонки (тартание) велся вручную, затем на конной тяге (начало 70-х годов XIX в.) и с помощью паровой машины (80-е года).

Первые глубинные насосы были применены в Баку в 1876 г., а первый глубинный штанговый насос - в Грозном в 1895 г. Однако тартальный способ длительное время оставался главным. Например, в 1913 г. в России 95% нефти добыто желонированием.

Вытеснение нефти из скважины сжатым воздухом или газом предложено в конце XVIII в., но несовершенство компрессорной техники более чем на столетие задержало развитие этого способа, гораздо менее трудоемкого по сравнению с тартальным.

Не формировался к  началу нашего века и фонтанный способ добычи. Из многочисленных Фонтанов бакинского района нефть разливалась в овраги, реки, создавала целые озера, сгорала, безвозвратно терялась, загрязняла почву, водоносные пласты, море.

В настоящее время  основной способ добычи нефти - насосный при помощи установок электроцентробежного насоса (УЭЦН) и штанговых скважинных насосов (ШСН).

 

 

 

 

 

 

Добыча нефти и газа. Фонтанный и газлифтный способы  добычи нефти и газа.добыча нефть газ насос

Нефть находится под  землей под таким давлением, что  при прокладке к ней пути в виде скважины она устремляется на поверхность. В продуктивных пластах нефть преимущественно залегает вместе с подпирающей ее водой. Располагаясь на различных глубинах, пласты испытывают определенное давление, соответствующее приблизительно одной атмосфере на 10м глубины. Скважины глубиной в 1000-1500-2000м имеет пластовые давления порядка 100-150-200 атм. За счет этого давления нефть и перемещается по пласту к скважине. Как правило, фонтанируют скважины только в начале своего жизненного цикла, т.е. сразу после бурения. Через некоторое время давление в пласте снижается и фонтан иссякает. Конечно, если бы на этом прекращалась эксплуатация скважины, то под землей оставалось бы более 80% нефти.  В процессе освоения скважины в нее опускается колонна насосно-компрессорных труб (НКТ). При эксплуатировании скважины фонтанным способом на поверхности устанавливают специальное оборудование – фонтанную арматуру.

Не будем разбираться во всех деталях этого оборудования.

Отметим только, что это оборудование необходимо для управления скважиной.

 

С помощью фонтанной арматуры можно  регулировать добычу нефти – уменьшать  или совсем остановить.

После того, когда давление в скважине уменьшится, и скважина начнет давать совсем мало нефти, как посчитают  специалисты, ее переведут на другой способ эксплуатации. При добыче газа фонтанный способ является основным.

После прекращения фонтанирования из-за нехватки пластовой энергии  переходят на механизированный способ эксплуатации скважин, при котором  вводят дополнительную энергию извне (с поверхности). Одним из таких способов, при котором вводят энергию в виде сжатого газа, является газлифт.  Газлифт (эрлифт) — система, состоящая из эксплуатационной (обсадной) колонны труб и опущенных в нее НКТ, в которой подъем жидкости осуществляется с помощью сжатого газа (воздуха). Иногда эту систему называют газовый (воздушный) подъемник. Способ эксплуатации скважин при этом называется газлифтным.

 

 

По схеме подачи от вида источника  рабочего агента — газа (воздуха) различают  компрессорный и безкомпрессорный газлифт, а по схеме действия — непрерывный и периодический газлифт.

 В затрубное пространство  нагнетают газ высокого давления, в результате чего уровень  жидкости в нем будет понижаться, а в НКТ — повышаться. Когда  уровень жидкости понизится до нижнего конца НКТ, сжатый газ начнет поступать в НКТ и перемешиваться с жидкостью. В результате плотность такой газожидкостной смеси становится ниже плотности жидкости, поступающей из пласта, а уровень в НКТ будет повышаться.

 Чем больше будет введено газа, тем меньше будет плотность смеси и тем на большую высоту она поднимется. При непрерывной подаче газа в скважину жидкость (смесь) поднимается до устья и изливается на поверхность, а из пласта постоянно поступает в скважину новая порция жидкости.

Дебит газлифтной скважины зависит  от количества и давления нагнетаемого газа, глубины погружения НКТ в  жидкость, их диаметра, вязкости жидкости и т.п. 

Конструкции газлифтных подъемников  определяются в зависимости от числа  рядов насосно-компрессорных труб, спускаемых в скважину, и направления движения сжатого газа.

По числу спускаемых рядов труб подъемники бывают одно- и двухрядными, а по направлению нагнетания газа — кольцевыми и центральными. При  однорядном подъемнике в скважину спускают один ряд НКТ.

Сжатый газ нагнетается в  кольцевое пространство между обсадной колонной и насосно-компрессорными трубами, а газожидкостная смесь  поднимается по НКТ, или газ нагнетается  по насосно-компрессорным трубам, а  газожидкостная смесь поднимается  по кольцевому пространству. В первом случае имеем однорядный подъемник кольцевой системы, а во втором — однорядный подъемник центральной системы. При двухрядном подъемнике в скважину спускают два ряда концентрически расположенных труб. Если сжатый газ направляется в кольцевое пространство между двумя колоннами НКТ, а газожидкостная смесь поднимается по внутренним подъемным трубам, то такой подъемник называется двухрядным кольцевой системы.

 

 

 

Добыча нефти с помощью  насосов

По статистике только чуть более 13% всех скважин в России эксплуатируются фонтанным и газлифтным способами (хотя эти скважины дают более 30% всей российской нефти). В целом статистика по способам эксплуатации выглядит так:

Эксплуатация скважин штанговыми насосами

У обывателя при разговоре о  нефтяном деле возникает образ двух станков – буровой вышки и станка-качалки.