Мұнайды өңдеу жəне мұнайхимиясы өндірісінің даму тарихы

Мұнайды өңдеу жəне мұнайхимиясы өндірісінің даму тарихы. Мұнай кен орындарының пайда болуының негізгі теориялары мен гипотезалары

 

Мұнай - көмірсутектер қоспасы болатын, жанатын майлы сұйықтық; қызыл-қоңыр, кейде қара түске жақын, немесе әлсіз жасыл-сары, тіпті түссіз түрі де кездеседі; өзіндік иісі бар; жерде тұнбалық қабатында орналасады; пайдалы қазбалардың ең маңызды түрі.

 

Мұнайдың шығу тарихы

Мұнайдың, ал ертеректе оны «тас майы» деп атаған, болашағы зор екенін болжаған орыс ғалымы М.В. Ломоносов, Пенсильванияда ең алғаш рет мұнай ұңғымасы бұрғыланғанға дейін жүз жыл бұрын, мұнайдың шығуы жайлы өзінің бірегей теориясын ұсынған еді. «Жер қойнауында тереңнен орналасқан шымтезекті шөгінділерден жерасты ыстығымен қою, майлы материя шығарылып, саңылаулар арқылы ағады... Бұл дегеніміз – сирек, әртүрлі сұрыпты, жанатын және құрғақ, қатты материялардың пайда болуы, бұл тас майы – мұнайдың негізі...», – деп жазады 1763 жылы М.В. Ломоносов.

Мұнайды қыздыру  кезінде мұнайға біраз ұқсайтын қарамайларды беретін көмір мен тақтатастардан шығу теориясы да орыс ғалымдары – академиктер Паллас пен Абихтікіболған еді. Алайда ол кезде олардың қорытындыларының мұнайды іздестіруде практикалық мағынасы аз еді.

Ең жемісті болғаны өткен ғасырдың соңында Д. И. Менделеев ұсынған мұнайдың бейорганикалық шығу теориясы еді. Ұлы орыс химигінің айтуы бойынша, жер шарының орталық ядросы темір және құрамдарында көміртегі бар басқа металдардың қоспаларынан құралады. Жер қыртысындағы жарықтардан өткен сулардың әсерінен бұл ядро жеңіл көмірсуларды – ацетилен, этилен және т.б. түзеді. Жер жарықтары арқылы жоғары жер қыртысының суық бөліктеріне көтеріле бере олар мұнайдың негізгі құраушы бөліктері болып табылатын ауыр көмірсулар қоспасына айналады.

Харичков  және басқа да орыс ғалымдары мұндай әдіспен табиғи мұнайға ұқсас сұйық – жасанды мұнайды алды. Д.И. Менделеев теориясы бойынша мұнай қарқынды тау түзілу орындарында кездеседі. Мұны жиі бақылауға болады, сондықтан Д.И. Менделев қорытындыларын барлаушылар мұнайды іздеуде көп уақыт қолданды.Мұнай өнеркәсібінің дамуы барысында, әдетте, мұнай кездесуі тау түзілу процестері қосымша фактор болып табылатын жағдайларда кездесетініне көз жетті.

Мұнай көбінесе теңіздің түбінде, соның ішінде жағажайлық шөгінділерде жиі табылады. Сірә, теңіз өсімдіктері мен жануарлары қалдықтары судың түбіне жинақтала беруінен болар. Өйткені онда су ағысы болмайды, ол тыныштықта тұратындықтан, оған ауаның келуі қиындай түседі. Ауаның әсерінен бұл қалдықтар тотығар еді, ал ауа болмағандықтан, бактериялардың әсерінен бұл қалдықтар құрамы бойынша мұнайға ұқсас, бірақ оларда толығымен мұнайға айналмайтын процестер өтеді. Мұндағы түсініксіз жайт: осы қалдықтардан мұнай қалайша түзіледі? Әңгіме мынада: онда хлорофилдің, яғни өсімдіктердің жасыл түсі негізінің және басқа да екі жүз градустан жоғары температурада тұрақсыз болатын заттардың қалдықтары табылған. Ал барлық мұнайға жақын өнімдерді алатын белгілі химиялық реакциялар тек жоғары температураларда өтеді.

Ақыры 1930 жылы ірі кеңес ғалымы – академик Н.Д. Зелинский бұл жерде катализ, яғни өздері аз өзгеріске ұшырайтын заттардың әсерінен химиялық өзгерістерді тездететін құбылыс орын алатынын дәлелдеді. Катализаторлармен өсімдіктерге, бактериялық әсердің өнімдеріне жақын орналасқан заттарға әсер етіп, ол жасанды мұнайды екі жүз градустан төмен температурада алды. Осылайша сұрақтың жауабы шешілді, бірақ түпкілікті емес: ол тәжірибесінде қолданған катализаторлар табиғатта болуы мүмкін емес, олар өте тұрақсыз еді.

Табиғатта мұнай  түзілуді іске асыратын заттарды ұзақ іздегеннен кейін химия ғылымдарының докторы, профессор Андрей Владимирович Фрост бұл, әдетте, мұнай қыртыстарын жауып тұратын кейбір сазбалшықтардың қатысымен болатынын анықтады. Өсімдіктер және жануарлар қалдықтарымен бірге тұнып, сазбалшықтар, жануарлар сүйектері мен микроағзалар кейін мұнай түзетін фактор болып табылатын материалдың негізін түзеді. Лай – бұл сазбалшық, өсімдік және басқа да қалдықтардың түр өзгерген қоспасы – бактериялардың әсерінен құмды және басқа да кеуекті тау жыныстарымен қапталады. Олар, өз кезегінде, мұнай мен су өтпейтін сазбалшық және басқа да тау жыныстарының қабаттарымен қапталып, температурасы шамамен жүз градустай қабаттарға дейін түседі. Мұнда мұнай түзілу процесі аяқталады; құрамында лай болатын мұнай біртіндеп қабаттасады да, біз мұнай кенорындарынан табатын кеуекті тау жынысына енеді.

Мұнайдың  шығуының жаңа теориясының зор тәжірибелік маңызы бар. Ол мұнайшы-геологтарды мұнайдың түзілу жағдайларын анықтау әдісімен таныстырады. Мұнай қалай пайда болатынын білетін кен барлаушылары оны іздеу орындарын тез анықтайды. Геологиялық жағдайларға байланысты мұнайдың болатын жерлерін және оның мүмкін орын ауыстыру жолдарын анықтауға болады

 

Добыча нефти и газа 

 

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

 

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.

 

Впервые нефтяная скважина была пробурена в 1865 году. Однако систематическая добыча нефти в мире началась лишь спустя 2000 лет. И по сей день бурение скважин – это единственный способ пробиться к залежам нефти. После бурения скважины и появления доступа к его месторождению. Из-за давления внутри пласта, нефть, как правило начинает фонтанировать на поверхность земли. 

Существуют три, самых  распространённых, способа добычи нефти:

▪ фонтанный - он же самый простой способ добычи

▪ газлифтный – специфичный способ добычи

▪ насосный – часто применяемый способ добычи

 
Насосный способ хотелось бы выделить отдельно, так как при помощи него добывается около 85% всей добываемой на нашей планете нефти. Глубина нефтяных скважин может варьироваться от нескольких десятков (очень редко) и сотен метров до нескольких километров. Ширина скважин может достигать величины от 10 см до 1метра. На территории России залежи нефти находятся на очень больших глубинах – от 1000 до 5000 метров.

 

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  островов 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.

 

Конечно же сейчас нефть не добывают, просто дожидаясь когда же она  заполнит природный колодец или  выжимая известковые породы, пропитанные  углеводородами. В реальных условиях способ доступа к нефтяным месторождениям мало чем изменился по отношению  к чуть более чем вековой давности.  

 

Современная технология добычи нефти 

 

Процесс добычи нефти  можно условно разделить на 3 этапа:

1 - движение нефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разности давлений в пласте и на забоях скважин,

2 - движение нефти от забоев скважин до их устьев на поверхности - эксплуатация нефтяных скважин,

3 - сбор нефти и сопутствующих ей газов и воды на поверхности, их разделение, удаление минеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяного газа.

 

Перемещение жидкостей и газа в  пластах к эксплуатационным скважинам  называют процессом разработки нефтяного  месторождения. Движение жидкостей  и газа в нужном направлении происходит за счет определенной комбинации нефтяных, нагнетательных и контрольных скважин, а также их количества и порядка  работы.

 

Самая глубокая скважина в мире находится в России на Кольском полуострове, - она располагается на глубине 12,3 километров, но правда относится к разряду научных. Научные скважины используются в основном для изучения геолого-химического состава пластов земли.

 

На сколько хватит нефти 

 

Это вопрос можно услышать сейчас где угодно и от кого угодно, от бабушек  не лавочке у подъезда до разговоров за большими круглыми столами видеостудий  ведущих каналов. А не кажется  ли странным тот факт, что всего  лишь, через сто лет после начала массовой добычи нефти человечество находится на стадии исчерпания этого нужного ресурса. Да, действительно, необычно - всего сто с небольшим лет добычи и ресурсам, которые образовывались миллионы лет, конец. Но всё спорно в нашем мире.

Сравним две простые средние  цифры мирового объёма добычи нефти : объём добытой нефти к 1920г  равен 95 млн. тонн, к 1970г равен 2300 млн. тонн. На данный момент специалисты  оценивают общий мировой объём  запасов нефти в 220-250 млрд. тонн. Конечно  данная цифра приводится с учётом неразведанных запасов, которые  составляют примерно 25% от вышеуказанной  цифры. И всё-таки давайте попробуем  вместе посчитать, на сколько хватит нефти нашей планете исходя из разведанного мирового запаса нефти  и среднего ежегодного мирового спроса: 

● Разведанные запасы нефти 200 млрд тонн

● Ежегодный спрос на нефть 4.6 млрд тонн 

 

Здесь хотелось бы ещё раз подчеркнуть, что 43,5 года это средняя цифра. Точной цифры, т.е. количества лет, на которое  хватит нефти не может получить ни один специалист, ввиду того, что  постоянно:

 

♦ изменяется объём мирового спроса на нефть

♦ изменяются данные по запасам нефти  в каждой стране

♦ развиваются технологии добычи нефти

♦ развиваются технологии энергопроизводства

 

Так же в расчётах не принимают  участия неразведанные запасы.

 

ОСНОВНЫЕ  СПОСОБЫ ОТДЕЛЕНИЯ ВОДЫ ОТ НЕФТИ

 

Процессы  разрушения нефтяных эмульсий предполагают последовательное осуществление таких  операций, как сближение и флокуляция капель, разрушение бронирующих оболочек, коагуляция капель диспергированной воды до размеров, достаточных для дальнейшего их слияния под действием силы тяжести и затем осаждения укрупненных глобул на дно деэмульсационного аппарата.

Капли, сближаясь, постепенно вылавливают защитный слой. Если силы достаточно для полного  разрушения бронирующих оболочек, капли  сливаются.

Применяют ряд технологических приемов  обезвоживания нефти. Выбор способа  обезвоживания нефти и эффективность  работы сооружений, для этого предназначенных, в значительной степени зависит  от количества воды, а также от состояния, в котором она находится.

Вода, содержащаяся в сырой нефти, в некоторых  случаях оказывается в свободном, т.е. недиспергированном, состоянии. Такая вода выделяется нефти путем осаждения.

Чаще  вода в сырой нефти находится  в диспергированном состоянии в виде эмульсии воды в нефти. Имеются две разновидности таких эмульсий: механические нестабилизированные и стабилизированные поверхностно-активными веществами. Это различие эмульсий являются весьма существенным при обезвоживании нефти. Вода из нестабилизированных эмульсий сравнительно легко отделяется путем обычного отстаивания, а также путем отстаивания с умеренным обогревом. Для отделения воды из стойких мелкодисперсных стабилизированных эмульсий требуются более сложные приемы, такие как интенсивное нагревание, химическая обработка, электрическая обработка, а также комбинирование этих приемов.

При проектировании сооружений для обезвоживания нефти  при конкретных производственных условиях необходимо проводить исследование нефтей, подвергаемых обезвоживанию. При таких исследованиях выявляется содержание воды в нефти, вид и число примесей в воде, а также состояние, в котором вода находится в нефти.

Процессы  обезвоживания и обессоливания  совершенно аналогичны, так как вода извлекается из нефтей вместе с растворенными в ней минеральными солями. При необходимости, для более полного обессоливания, можно подавать дополнительно в нефть пресную воду, которая растворяет минеральные соли.

К механическим способам обезвоживания относятся: отстаивание, центрифугирование и  фильтрация.