- •По дисциплине «Геология и геохимия нефти и газа»
- •Часть I. Геохимия нефти и газа
- •1.1 Общие сведения о горючих ископаемых – каустобиолитах 7
- •1.2 Состав, свойства и классификации нефтей 18
- •1.3. Состав, свойства и классификации природных газов 36
- •1.4 Происхождение нефти и газа 60
- •1.5 Литогенез и образование нефти и газа 69
- •Часть II. Геология нефти и газа
- •2.6. Природные резервуары и нефтегазоносные комплексы 94
- •2.7. Формирование и разрушение месторождений (залежей)
- •2.8. Залежи и месторождения нефти и газа, их классификации и
- •2.9. Нефтегазогеологическое районирование и закономерности
- •2.10.3. Контроль знаний модуля 2_10
- •Контроль знаний модуля Введение
- •Общие сведения о горючих ископаемых – каустобиолитах
- •Контроль знаний модуля 1.1.
- •Состав, свойства и классификации нефтей
- •2.1 Элементный и компонентный состав нефтей
- •2.2 Физические свойства и фракционный состав нефтей
- •2.3 Геохимическая эволюция и физическая дифференциация нефтей
- •1.2.4 Классификации нефтей
- •3.Состав, свойства и классификации природных газов
- •3.1 Основные физические свойства природных газов
- •3.2 Характеристика компонентов природных газов
- •3.3 Классификации природных газов
- •3.4 Химический состав газов газовых залежей
- •3.5 Формирование газоконденсатных систем, их состав и свойства
- •3.6 Химический состав газов газонефтяных и нефтяных залежей
- •3.7 Газовые гидраты
- •1.3.8. Контроль знаний модуля 1_3
- •1.4.Происхождение нефти и газа
- •4.1. Развитие представлений о происхождении нефти и газа и их значение для науки и практики
- •4.2 Различия органических и неорганических концепций. Основные гипотезы и факты неорганической концепции
- •4.3 Основные положения и факты органической теории
- •4.4 Варианты решения проблемы происхождения нефти и газа в органической теории. Гибридные представления о происхождении нефти газа
- •Контроль знаний модуля 1_4
- •5.Литогенез и образование нефти и газа
- •5.1 Круговорот углерода в природе, его энергетические источники и значение для образования нефти и газа
- •5.2 Исходное органическое вещество осадочных пород
- •5.3 Седиментогенез и диагенез органического вещества
- •5.4 Состав преобразованного органического вещества
- •5.5 Генетические и геохимические типы нерастворимого органического вещества
- •5.6 Концентрации органического вещества в осадочных породах разных формаций
- •5.7 Формы нахождения органического вещества, фациальные условия формирования и формационный состав основных нефте- и газообразующих осадочных пород
- •5.8 Катагенез органического вещества и его факторы
- •5.9 Шкала градаций катагенеза органического вещества
- •5.10 Вертикальная геохимическая или термобарическая зональность процесса нефте- и газообразования
- •5.11 Характеристика главных зон нефте- и газообразования
- •5.12 Нефте- и газоматеринский потенциал осадочных пород
- •5.13.Контроль знаний модуля 1_5
- •6.Природные резервуары и нефтегазоносные комплексы
- •6.1 Породы-коллекторы
- •2.6.1.1 Основные свойства пород-коллекторов
- •2.6.1.2 Классификации пород-коллекторов
- •2.6.1.3 Изменение коллекторских свойств пород с глубиной
- •2.6.2 Флюидоупоры и ложные покрышки
- •2.6.3 Природные резервуары
- •2.6.4 Ловушки нефти и газа
- •2.6.5 Нефтегазоносные комплексы
- •2.6.6 Термобарические условия в природных резервуарах и нефтегазоносных комплексах
- •2.6.6.1 Горное и пластовое давление
- •2.6.6.2 Причины образования аномальных пластовых давлений
- •2.6.6.3 Геотермические условия в природных резервуарах и нефтегазоносных комплексах
- •2.7. Формирование и разрушение месторождений (залежей) нефти и газа
- •2.7.1 Первичная миграция нефти и газа
- •2.7.2 Вторичная миграция. Классификация миграционных процессов
- •2.7.3 Факторы вторичной миграции нефти и газа
- •2.7.4 Масштабы и направление миграции нефти и газа
- •2.7.5 Аккумуляция нефти и газа в ловушке
- •2.7.6 Время, продолжительность и скорость формирования залежей нефти и газа
- •2.7.7 Методы определения времени формирования залежей нефти и газа
- •2.7.8 Факторы разрушения залежей нефти и газа
- •2.7.9. Контроль знаний модуля 1_7
- •2.8. Залежи и месторождения нефти и газа, их классификации и параметры
- •2.8.1 Масштабы проявления нефтегазоносности на Земле
- •2.8.2 Элементы залежей нефти и газа
- •2.8.3 Классификация и номенклатура залежей нефти и газа по фазовому состоянию
- •2.8.4 Понятие о запасах и ресурсах нефти и газа и их классификации
- •2.8.5 Разделение залежей (месторождений) по величине запасов
- •2.8.6 Классификации залежей нефти и газа по генетическому типу ловушек и по форме природных резервуаров
- •2.8.7. Контроль знаний модуля 1_8
- •2.9. Нефтегазогеологическое районирование и закономерности размещения скоплений нефти и газа в земной коре
- •2.9.1 Цели и основные задачи районирования
- •2.9.2 Принципы и систематические единицы нефтегазогеологического районирования
- •2.9.3 Классификации нефтегазоносных провинций и нефтегазоносных бассейнов
- •2.9.4. Закономерности размещения скоплений нефти и газа в земной коре
- •2.9.5. Контроль знаний модуля 1_9
- •10.Основы разработки нефтяных и газовых месторождений
- •10.1.Объект и система разработки
- •10.2.Классификация и характеристика систем разработки
- •10.3.Контроль знаний модуля 1_10
- •11.Основы технологии переработки углеводородного сырья
- •11.1.Производство бензинов с улучшенными экологическими характеристиками
- •11.2.Улучшение экологических характеристик моторных топлив
- •11.3. Технологические процессы переработки углеводородных систем, улучшающие экологические качества бензинов.
- •11.3.1.Реформулированные моторные топлива
- •11.3.2.Каталитический риформинг
- •11.4 Реактивное топливо
- •2.11.5.Дизельные топлива с улучшенными экологическими характеристиками
- •2.11.5.1.Загрязнение окружающей среды при использовании дизельных топлив
- •2.11.6 Котельные топлива с улучшенными экологическими характеристиками
- •2.11.7.Рациональные направления переработки углеводородных газообразных систем.
- •Контрольные вопросы 11.2:
- •Контрольные вопросы 11.6.1
- •Литература
10.3.Контроль знаний модуля 1_10
Контрольные вопросы
1. Дайте определение объекта и системы разработки нефтяного месторождения.
2. Укажите главные параметры, которыми характеризуется система разработки месторождения.
3. Изложите классификацию систем разработки месторождений.
4. Получите формулу, характеризующую взаимосвязь между темпами разработки от начальных извлекаемых запасов и остаточных извлекаемых запасов.
5. Дайте определение элемента разработки месторождения. Объясните схему элементов разработки для одно, трех- и пятирядной, а также для пяти- и семиточечной схем расположения скважин
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
Почему при разработке залежей необходимо максимально использовать естественную пластовую энергию?
Назовите источники пластовой энергии в залежах
Какие режимы используются при разработке нефтяных залежей?
Какие режимы используются при разработке газовых залежей?
Какие системы размещения эксплуатационных скважин применяют при разработке газовых залежей?
Какие вещества используют в качестве энергоносителя для искусственного поддержания пластовой энергии?
На какие стадии разделяют процесс разработки залежи?
Назовите характерные особенности стадий разработки залежи.
Какие используются методы обработки призабойных зон для повышения производительности эксплуатационных скважин?
11.Основы технологии переработки углеводородного сырья
Цель изучения – получить знание о производстве бензинов с улучшенными экологическими характеристиками, о каталитическом риформинге, об изомеризации углеводородов фракции С5 – С6 , о разработке новых видов реактивных топлив, о рациональных направлениях переработки углеводородных газообразных систем, об эффективных технологиях переработки остаточных фракций в битумы.
Задачи – изучить:
Методику производства бензинов, мотрных, дизельных и котельных топлив;
Основы производства реактивных топлив;
Рациональные направления переработки углеводородных газообразных систем
Уметь:
различать фракции бензинов
определять улучшенные экологические характеристики
11.1.Производство бензинов с улучшенными экологическими характеристиками
По своему составу бензины являются углеводородными системами, которые образуются в результате различных технологических процессов переработки; атмосферно-вакуумкой перегонки нефти, каталитических процессов (крекинга, гидрокрекинга, рк-форминга) и других. В составе бензинового фонда России доля компонентов каталитического риформинга достигает 50%. Одной из основных задач в улучшении экологических характеристрик автомобильных бензинов является сокращение применения бензинов, содержащих ТЭС в качестве антидетонатора. Эта задача пока решена в Японии, США и Канаде. В некоторых странах: Голландии, Австрии, Дании, Бельгии, Швейцарии, Швеции, Финляндии, Норвегии и Германии разрешено вводить этиловую жидкость только в специальные высокооктановые сорта.
Переход на неэтилированиые топлива не только предотвращает эмиссию свинца с продуктами сгорания, но и сокращает на 60~ 90% другие вредные выбросы путем использования каталитических нейтрализаторов, для которых свинец является ядом. Кроме того, в этом случае возможно поддержание состава топливно-воздушной смеси, близкое к стехиометрическому, что обеспечивает такие оптимальные характеристики бензина, как плотность, вязкость, испаряемость, углеводородный состав, которые практически не влияют на токсичность отходящих газов. Но отказ от этилирования влечет за собой проблемы, связанные с обеспечением требуемого октанового числа бензина.
Первоначально этилированные сорта заменялись регулярными бензинами с относительно низким октановым числом (82 – 86 м. м). Это было связано с отставанием темпов наращивания мощностей производства высокооктановых компонентов от требований по снижению норм этилирования. Однако дефицит высокооктановых неэтилированных бензинов был временным. Доля этилированных бензинов на протяжении 80-х годов ежегодно снижалась в среднем на 5-6 %. В 1995 г. доля неэтилированных бензинов достигла 65% от общего потребления, а к 2000 г. – более 90%. Основным видом неэтилированных бензинов должен стать премиальный бензин «европремиум» (табл.23, 24.).
Таблица 23. Основные свойства неэтилированных автомобильных бензинов Западноевропейских стран
Страна
|
Марка |
Октановое число |
Перегоняется,%, при |
Остаток %об, не более |
Плотность кг/м3 |
Содер жание серы,%масс., не более |
|||
И.м |
М.м |
700С |
1000С |
1800С |
|||||
Бельгия |
Премиальный |
90,0 |
85,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Регулярный |
95,0 |
80,0 |
15-45 |
40-70 |
90 |
2 |
700-790 |
0,1 |
|
Велико британия |
Премиальный |
95,0 |
85,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Регулярный |
90,0 |
85,0 |
10-15 |
36-70 |
90 |
2 |
720 |
0,1 |
|
Испания |
Премиальный |
95,0 |
85,0 |
10-45 |
30-70 |
80 |
2 |
735-785 |
0,1 |
Италия |
Премиальный |
95,0 |
85,0 |
10-45 |
30-70 |
85 |
2 |
725-775 |
0,1 |
Португалия |
Премиальный |
95,0 |
85,0 |
10-45 |
35-70 |
85 |
2 |
735-785 |
0,1 |
Франция |
Премиальный |
95,0 |
85,0 |
10-47 |
40-70 |
85 |
2 |
730-780 |
0,1 |
ФРГ |
Премиальный
Регулярный |
95 91,0 |
85,0 82,5 |
15-42 10-15 |
40-65 42-70 |
85 - |
- |
735-785 720-770 |
|
Таблица 24. Требования к автомобильным бензинам, предусмотренные Законом о чистоте воздушного бассейна США и Европейским комитетом стандартов
Основные показатели |
Требования закона США |
Общеевропейские нормы на неэтилированный премиальный бензин |
Октановое число М.м И.м. |
- - |
Не ниже 85 Не ниже 95 |
Давление насыщенных паров по Рейду (летний сорт), кПа |
62,1 |
Менее 68 |
Содержание бензола,% |
1(максимум) |
не более 5 |
Содержание других ароматических углеводородов,% |
25 |
Нормируется максимальными стандартами |
Содержание летучих олефиновых углеводородов, % |
1(максимум) |
Нормируется максимальными стандартами |
Суммарное содержание летучих олефиновых углеводородов,% |
5(максимум) |
- |
Содержание кислорода,% |
2(максимум) |
Нормируется максимальными стандартами |
Содержание свинца |
отсутствие |
|
Содержание серы
|
Менее 0,03 |
0,1 |
Фракционный состав: 96% перегоняется при температуре, С |
143 |
- |
|
Известно, что США – признанный лидер в области требований к экологической чистоте топлив. Рост числа автомобилей предопределяет ужесточение национальных стандартов, ограничивающих вредное воздействие ОГ. В соответствии с новыми дополнениями к Закону о чистоте воздушного бассейна основными отличиями качества автомобильных бензинов с улучшенными экологическими характеристиками, называемыми также реформулированными, модифицированными, «зелеными», экологически чистыми и т.п., являются:
- низкая летучесть (давление насыщенных паров);
- пониженное содержание ароматических (особенно бензола) и олефиновых углеводородов, участвующих в образовании смога;
- обязательное использование кислородосодержащих компонентов и моющих присадок для предотвращения образования отложений в системах подачи топлива в двигатель;
- отсутствие свинца, марганца и других тяжелых металлов.
Испарение бензинов – основная причина естественных потерь и выбрасов в окружающую среду токсичных углеводородов. При транспортировке, хранении и заправке автомобилей бензином потери от испарения достигают 1,5 – 2%. Снижение содержания свинца и изменение состава автомобильных бензинов привели к другой проблеме — увеличению показателя летучести товарных бензинов. Показатели летучести автомобильных бензинов (упругость паров по Рейду) для легких сортов бензинов повысились с 609 до 714, для зимних — с 7.98 до 931 г/см2. Углеводороды, содержащиеся в парах бензинов, представляют опасность не только как токсичные вещества, но, участвуя в фотохимических реакциях под действием солнечного света, приводят к образованию различного смога. Все это вызывает необходимость снижения давления насыщенных паров бензинов, что, в свою очередь, понижает их ресурсы и детонационную стойкость. Максимальное давление насыщенных паров для бензинов с улучшенными экологическими свойствами — не выше 79,9 кПа.
В нефтеперерабатывающей промышленности принят ряд изменений в. технологии производства бензинов. Так, большинство нефтеперерабатывающих компаний пошло по пути снижения содержания в бензинах компонентов, с высоким показателем летучести. К последним относятся н-бутан, кислородсодержащие соединения, легкий прямогонный бензин и легкие продукты различных процессов, доля которых возрастает с ростом жесткости режимов работы установок. Суммарная доля таких компонентов может достигать 40% от общего объема товарных бензинов. Успешному решению проблемы способствовал ввод в эксплуатацию дополнительных мощностей процессов, таких, как алкилирование, каталитическая полимеризация и димеризация, а также снижение давления на установках процесса риформинга, переход к процессам с непрерывной, регенерацией катализатора. Изменения в компонентном составе продукции в структуре технологического парка нефтепереработки сопровождались также увеличением содержания в бензинах ароматических углеводородов и изопарафинов, окислением доли низкооктановых н-парафинов.
С целью повышения октановых характеристик товарных бензинов расширялось применение спиртов и эфиров в качестве компонентов. Углеводородный состав бензина с улучшенными экологическими характеристика нормируется по содержанию ароматических соединений, бензола и олефинов. Содержание бензола в бензине США составляет не более 3%, в новых спецификациях на экологически чистые бензины - не более 1%. Ограничение содержания ароматических соединений до 20~25% (вместо ранее принятых 35-50%) приводит к удорожанию бензина. Выбор экономичной схемы снижения содержания бензола в, бензине зависит от многих факторов, среди которых преобладает модернизация установок каталитического риформинга. Олефины — наиболее фотохимически активные компоненты бензина, поэтому их содержание ограничивают 5-10%, в том числе легких олефинов (до С5) -не более 1%. Основное количество олефинов поступает в бензиновый фонд вместе с бензинами каталитического крекинга. Изменяя жесткость режима работы установки и подбирая соответствующий катализатор процесса, можно регулировать их содержание и при максимальных выходах направлять на получение высокооктановых компонентов.
Содержание серы в моторных топливах относится к показателям, непосредственно связанным с выбросом токсичных веществ (оксидов серы) в атмосферу, поэтому ужесточается норма на содержание "общей серы в бензинах (не более 0,05%) и вводится показатель "содержание меркаптановой серы" (не более 0,001%).
К числу наиболее серьезных изменений в композиционном составе экологически чистого бензина откосится высокая доля кислородсодержащих соединений типа МТБЭ, что способствует уменьшению выбросов - окиси углерода, снижению отношения воздух/ топливо, повышению октанового числа и позволяет вывести из состава бензинового фонда канцерогенный бензол. Эти соединения фотохимически менее активны, чем углеводороды, и, следовательно, имеют более низкую смогообразующую активность. МТБЭ и другие эфиры могут входить в состав экологически чистого бензина в количестве до 15%*.
Европейским комитетом стандартов также разрабатываются новые нормативы на предельно допустимые значения плотности бензинов и упругости паров. Следует отметить, что в целом по странам Западной Европы и в Японии этот показатель несколько ниже, чем в американских стандартах. С целью снижения потерь бензина от испарения новые машины в европейских странах снабжаются специальным конденсационным баком с поглотителем. Предусмотрены также защитные меры по уменьшению потерь в системе распределения бензина. Рассматривается вопрос о снижении предельно допустимой концентрации бензола в неэтилированном бензине, составляющей около 5% об. Однако использование катализаторов дожига и специальных баков приводит к резкому сокращению выбросов бензола в атмосферу.
Невысокое качество отечественных автомобильных бензинов связано с недостаточным количеством установок, производящих высокооктановые компоненты, - каталитического риформинга, каталитического крекинга, алкилирования. и практическим отсутствием установок изомеризации и получения высокооктановых диалкиловых эфиров. Сложившаяся к настоящему времени компонентная структура бензинового фонда в России существенно отличается от существующей в США и Западной Европе. Отличительной особенностью суммарного фонда бензинов США является высокое содержание в нем алкилбензина и кислородсодержащих, добавок, особенно в реформулированном топливе. В отечественных бензинах доля прямогонных фракций по сравнению с зарубежными существенно выше. Такие же низкооктановые компоненты, как рафинат, в США и ФРГ в бензины вовсе не вовлекаются. Однако при этом общее и среднее содержание бензола, ароматических и олефинозых углеводородов в отечественных бензинах не выше чем в других странах.