Раздел 4. Современные технологические процессы в ТЭК (стр. 8 )

4.3.2. Извлечение нефти на поверхность

Способы первичной добычи нефти различают по подъему (движению) нефти на поверхность (фонтанный, газлифтный и глубиннонасосный) и виду воздействия на нефтяной пласт. Осваивать новые месторождения начинают с фонтанного способа. По мере исчерпывания естественных пластовых сил последовательно переходят к газлифтному, а затем — к глубиннонасосному способам. При полном исчезновении пластовых сил нефть перестает двигаться к скважине и добыча ее по существу прекращается. При наличии в нефтяном пласте достаточного давления, создаваемого нефтяными газами и пластовой водой, нефть поднимается по скважине и изливается на поверхность. При сильном давлении скважина фонтанирует, причем фонтаны нефти иногда отличаются огромной силой и выбрасывают в сутки тысячи тони нефти. Если фонтан укротить и направить нефть по трубам в резервуары, то эксплуатация такой фонтанирующей скважины оказывается наиболее дешевой, так как в этом случае необходимо только регулировать поступление нефти из скважины. Такая технология добычи наиболее широко применяется в странах Ближнего Востока.

Когда давление в пласте падает и скважина перестает выбрасывать нефть, то в таких случаях используют глубинонасосный способ. В скважину опускают поршневой или электрический насос до погружения его в нефть (рис. 30).        

Приводимый в вертикально-поступательное движение поршень (плунжер) при помощи системы всасывающих 1 и нагнетатель­ных клапанов 2 засасывает нефть в цилиндр насоса и выталкивает ее вверх в насосную трубу, по которой она поступает на поверхность. Движение поршня осуществляется при помощи насосной штанги 3, которая соединена с балансиром 6 станка-качалки. Когда станок-качалка работает, его балансир совершает движение вверх-вниз; вместе с балансиром такие же движения совер­шает и насосная штанга, двигающая поршень насоса. Станок-качалка и насос работают автоматически, качая нефть круглосуточно в течение нескольких месяцев, до очередного ремонта. Таким способом добывается наибольшее количество нефти в странах СНГ.

1 - всасывающий клапан; 2 - нагнетательный клапан; 3  насосные штанги; 4 - тройник; 5 - сальник, 6 - балансир; 7, 8 – крипошинно-шатунный механизм; 9 - двигатель

Рис. 30. Схема установки для добычи нефти с применением штанговых глубинных насосов:

Отношение общего объема извлеченной нефти к ее первоначальным запасам называют коэффициентом нефтеотдачи пласта. Данное отношение, выраженное в процентах, называют степенью извлечения нефти. Она составляет 15—20, в лучших случаях не превышает 35, а для особо вязких нефтей — всего 6—12%. Для повышения данного показателя необходимо искусственно воздействовать на оставшуюся в порах пласта нефть с целью увеличения пластовых сил.

Очень часто искусственные воздействия на пласт называют еще вторичными способами добычи, так как обычно их используют после исчерпания естественных пластовых сил (после первичного извлечения нефти). По виду воздействия различают следующие способы вторичной добычи нефти: водо - и газонапорные (создание искусственных напорных режимов); термические (нагрев призабойной зоны скважины, нагнетание в пласт перегретого пара или газа и создание внутрипластового очага горения); увеличение площади нефтесбора, торпедирование и гидравлический разрыв нефтеносного пласта (шахтная добыча нефти); закачка в пласт растворителей нефти и комбинированные (сочетания перечисленных). По очередности применения их делят на предварительные. параллельные и последовательные, или поэтапные.

В СНГ наиболее распространены способы создания искусственных водонапорных режимов (80% общей добычи и почти 35% всех вторичных способов). Для этой цели по старым скважинам или по скважинам специально заложенным в нефтяной пласт под большим давлением закачивают воду.

Аналогично создаются искусственные газонапорные режимы. Данные способы позволяют увеличить нефтеотдачу пластов до 50—55%, а в отдельных случаях до 60%.

Искусственное поддержание пластового давления, обеспечиваю­щее фонтанирование скважин, не только повышает отбор нефти из пласта, но и требует для этого значительно меньшего числа скважин. Там, где вторичные методы добычи не применяют, эксплуатационные скважины располагают очень часто на рассто­янии 100 – 150  м одна от другой: при этом на одну скважину приходится только 2 - 3 га нефтяной площади. При искусственном поддержании пластового давления скважины располагают на расстоянии в несколько сотен метров одна от другой, а эксплуатируемая одной скважиной нефтеносная площадь возрастает в десять раз. При высокой стоимости и длительности буровых работ сокращение числа скважин дает огромную экономию средств и ускоряет разработку месторождений нефти.

4.3.3. Переработка нефти

Первичная переработка нефти

Из первичных, или физических, способов переработки нефти наиболее рас­пространена прямая перегонка. Осуществляют ее в атмосферно-вакуумных установках (трубчатках) АВТ на двух ступенях (рис. 31). На первой, из нефти выделяют легкие фракции, на второй из мазута получа­ют масляные фракции. Для лучшего использования теплоты нефть предваритель­но нагревают в теплообменниках 3, 7 и 10 до 170°С, а потом подают в трубчатую печь 1, где при 350°С легкие фракции испаряются. Их парообразная смесь, поступая в нижнюю часть ректификационной колонны 2, отделяется от жидкого остатка — ма­зута, который направляют на вторую ступень установки. Пары углеводородов, барботируя, постепенно охлаждаются и конденсируются. Фракции, предварительно охлаж­даясь в конденсаторах 4, 8 или холодильниках 5, 9, поступают на склады. Аналогично работает вторая ступень АВТ, но при иных условиях. Мазут в трубчатой печи 11 подогревают до 420°С, а масляные фракции разделяют в ректификационной колонне 6. Бензин и лигроин являются моторными топливами, применяемыми для карбюраторных двигателей (с зажиганием), соляровые фракции — для дизельных (самовоспламенение топлива при сжатии), керосиновая фракция применяется для реактивных двигателей, а остальные фракции — для производства масел. Часть  мазута  используется  для  получения  котельных  топлив.

Рис. 31. Технологическая схема двухступенчатой перегонки нефти

1, 11 - трубчатая печь, 2, 6 - ректификационная колонна, 3, 7, 10-теплообменник, 4, 8 - конденсатор, 5, 9 - холодильник

Вторичная переработка нефтепродуктов

При прямой перегонке нефти выход бензина. не превышает 15%. Потребность же в нем гораздо выше, чем в маслах, поэтому большую часть мазу­та, получаемого вследствие первичной переработки, направляют на вторичную химическую переработку, основная цель которой — разложить тяжелые углеводо­роды на более легкие. Параллельно может идти и обратный процесс — синтез (соединение коротких углеводородных цепей в длинные). В зависимости от усло­вий проведения реакций различают крекинг, риформинг, платформинг и др. Крекинг— процесс разложения остатков первичной переработки нефти — мазута и гудрона.

Аппараты химической переработки нефти отличаются от оборудования прямой перегонки гораздо большей прочностью (поскольку процессы идут при высоких температуре и давлении), некоторыми конструкционными особенностями и компоновкой. По принципу же действия они идентичны: трубчатая печь 9, ректификационная колонна 3, теплообменники 8, конденсаторы 4, 6, 7 (рис. 32). При каталитическом крекинге основной процесс начинается в трубчатой печи 9 и заканчивается в реакторе 2. Продукты крекинга далее подают на разделение обычным способом; крекинг-бензин отделяют от газов в сепараторе 5. При разло­жении углеводородов на поверхности алюмосиликатных катализаторов отклады­вается «кокс», блокируя их. Катализаторы регенерируют окислением (сжиганием) «кокса» в регенераторе 11, куда из реактора 2 по катализаторопроводу 10 самоте­ком поступает отработанный  катализатор.  Регенерированный катализатор захва­тывается сырьем и по катализаторопроводу 1, расположенному внутри регенера­тора II. возвращается в реактор 2. Дымовые газы отводятся через циклонные улавливатели катализатора 12. Применение кипящего слоя катализатора в сочета­нии с его автоциркуляцией между реактором и регенератором позволило повысить производительность крекинг-установки до 5 тыс т в утки и выше (по сырью).

Риформинг — это разновидность крекинга, осуществляется при избыточном давлении водорода, тормозящего блокировку катализатора и инициирующего реакции изомеризации. Последние способствуют улучшению качества моторных топлив вслед­ствие изменения их состава и образования ароматических углеводородов. Поэтому риформинг применяется в основном для дополнительной переработки бензиновых и лигроиновых фракций, полученных при прямой перегонке или крекинге нефти. Платформинг отличается от риформиига применением платинового катализатора на оксиде алюминия, что значительно увеличивает выход ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилола и др.), влияющих на качество про­дукции.  Образуется также 5—15% индивидуальных газообразных углеводоро­дов — бутана, этана, пропана.

Рис. 32. Технологическая схема каталитического крекинга мазута:

1, 10 - катализаторопровод, 2 - реактор, 3 - ректификационная колонна, 4, 6, 7 - конденсатор, 5  - сепаратор, 8 - теплообменник, 9 - трубчатая печь, 11 - регенератор, 12 - циклонный улавливатель катализатора

Качество товарных нефтепродуктов. Мощность современных предприятий

По масштабам производства многочисленных нефтепродуктов главная роль принадлежит моторным топливам, смазочным маслам и индивидуальным углево­дородам. Важнейшей качественной характеристикой моторных топлив являются детонационные свойства, стабильность и отсутствие вредных примесей, корре­лирующих материал машин и отравляющих природную среду. Склонность бензинов к детонации, которая повышает расход топлива, ускоряет износ двигателей, резко снижает их мощность, характеризуется октановым числом. Этот показатель зависит от углеводородного состава бензинов: чем больше они содержат изопарафинов ароматических соединений, тем выше качество топлива. Бензины, полученные вследствие. прямой перегонки нефти, имеют октановые числа порядка 50—60, термического крекинга — 70, каталитического — 82, платформинга — 98.