Тема 1. Роль техники в развитии нефтегазовых отраслей промышленности и главные направления развития техники и технологии нефтегазовых отраслей

1.1 Содержание курса и его назначение

Развитие нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности на современном этапе характеризуется значительным расширением ассортимента и повышением качества выпускаемой продукции, увеличением глубины переработки нефти, строительством наряду с установками большой единичной мощности модульных малотоннажных установок комплексной переработки нефти, газа и газового конденсата, позволяющих получать широкую гамму нефтепродуктов с учетом потребностей в них нефтегазодобывающих районов. Такие малогабаритные установки должны обеспечить не только первичную переработку путем физического разделения газонефтяного сырья, но и проведение вторичных процессов химической переработки с использованием высокоэффективных катализаторов.

Технологическое и аппаратурное оформление промышленных процессов крайне многообразно. Во многих производственных процессах требуется разделять исходное сырье на составляющие компоненты, производить нагрев и охлаждение продуктов, осуществлять механическое разделение различных фаз системы. При этом одинаковые по своей физической природе процессы могут применяться на различных стадиях технологического процесса, обеспечивая получение продукции требуемых качества и свойств.

В ряде случаев для проведения различных процессов могут применяться однотипные агрегаты и, наоборот, для однотипных по своей природе процессов могут использоваться различные по конструкции агрегаты.

В отличие от химической технологии, занимающейся изучением последовательности и методов переработки природного или искусственного сырья в соответствующие продукты, в курсе «Процессы и агрегаты нефтегазовых технологий» изучаются общие закономерности типовых процессов и агрегаты для их реализации вне зависимости от их места в конкретной технологической цепочке.

Это дает возможность эффективно совершенствовать технологию переработки на базе выбора наиболее рациональных для данных условий процессов и агрегатов, а также их сочетаний.

Задачей данного курса является изучение:

а) происхождения и условий залегания месторождений углеводородов;

б) техники и технологии поисков и разведки нефтегазовых месторождений, конструкций нефтяных скважин, бурового и промыслового оборудования;

в) техники и технологии извлечения нефти и газа к транспорту;

г) технологических процессов;

д) особенностей сооружения нефтегазопроводов;

е) нефте- и газохранилищ;

ж) основных технологических процессов переработки нефти и газа;

з) производства топлив и смазочных материалов;

и) оборудование нефтегазопереработки;

к) производства полимерных материалов и химических реагентов для нефтяной и газовой промышленности.

Знание указанных вопросов позволяет ориентироваться в том многообразии конкретных технологических процессов и агрегатов, которое характерно для современных нефтегазовых технологий, и разрабатывать пути их совершенствования.

1.2 Тенденция развития процессов нефтегазовых технологий

В России - доля; нефти и газа в производстве энергоресурсов достигла 80 %, из которых около 50 % приходится на природный газ. Россия характеризуется самой большой, не имеющей аналогов в мире долей газа в общем энергетическом балансе страны. Эта ведущая роль обеспечена газу на многие десятилетия.

Ускоренное развитие нефтегазовой промышленности является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса и подъема производительных сил страны. Нефть и газ - это не только эффективные энергоресурсы, но и важнейшее средство решения многих сложных социальных и экономических проблем.

Подавляющая часть предприятий газовой промышленности России сосредоточена в ОАО "Газпром", которому принадлежат почти все магистральные газопроводы и на долю которого приходится 94 % добычи газа. На начало 1995 г. в ОАО "Газпром" находились в эксплуатации: 140 750 км магистральных газопроводов и отводов, в том числе 88 025 км газопроводов большого диаметра (1020, 1220 и 1420 мм); компрессорные станции с суммарной мощностью газоперекачивающих агрегатов (ГПА) 38,3 млн. кВт, из них с газотурбинным приводом -32,7 млн. кВт (85,5 %) и с электроприводом - 5,2 млн. кВт (13,5 %); 23 подземных хранилища газа суммарной активной вместимостью 71 млрд. м³.

Функционирует уникальная, не имеющая аналогов в мире единая система газоснабжения (ЕСГ), включающая в единый комплекс магистральные газопроводы и подземные хранилища газа; значительная часть ее сооружена на севере Западной Сибири в районах со сложными климатическими условиями, включая многолетнюю мерзлоту.

В последние годы развитие газовой промышленности происходило за счет использования сырьевой базы месторождений-гигантов на основе кустов высокодебитных скважин (более 1 млн. м³/сут на скважину, 5-8 млн. м³/сут на куст), применения высокопроизводительных установок комплексной подготовки газа (УКПГ) мощностью 15-20 млрд. м³/год. В РФ 77,7 % добычи газа обеспечивалось тремя месторождениями-гигантами — Медвежьим, Уренгойским и Ямбургским. Однако в связи с исчерпанием их запасов начата разработка менее крупных месторождений. Освоение малых месторождений является важным направлением сбережения запасов газа, содержащихся в уникальных и крупных месторождениях, что позволит продлить сроки их эксплуатации.

Перспективы развития газовой промышленности связываются с освоением на полуострове Ямал Бованенковского, Харасавэйского и Крузенштерновского месторождений. Намечено строительство газопровода полуостров Ямал - Европа протяженностью 5350 км (до границы Германии) с пропускной способностью к 2010 г. 65 млрд. м³/год (две нити газопровода диаметром 1420 мм на давление 8,4 МПа). Начато также освоение Штокмановского газоконденсатного месторождения с разведанными запасами около 3 трлн. м³ газа на шельфе Баренцева моря. Месторождение расположено северо-восточнее Мурманска на глубине моря до 350 м. АО "Росшельф" получило лицензию на добычу газа и конденсата и совместно с ОАО "Газпром" ведет проектные и научно-исследовательские работы. Эксплуатация этого месторождения позволит накопить опыт разработки морских месторождений на больших глубинах моря.

Нефтяная промышленность в настоящее время представлена рядом специализированных нефтедобывающих компаний, важнейшими из которых являются ЛУКойл, ЮКОС, СИДАНКО, Сургутнефтегаз, Татнефть, Баш-нефть, Роснефть, Тюменская НК, Восточная НК, ОНАКО и др.

Транспорт нефти по магистральным трубопроводам осуществляется государственной компанией "Транснефть".

Добычи нефти в России сосредоточена в 28 нефтедобывающих районах, причем на долю Тюменской области приходится две трети общероссийской добычи нефти.

Протяженность магистральных нефтепроводов, соединяющих практически все районы добычи нефти России с центрами переработки и экспортными терминалами, ориентировочно составляет 46,8 тыс. км. Технологический процесс перекачки нефти обеспечивают 395 нефтеперекачивающих станций и резервуарные парки общей вместимостью 12,8 млн. м³. Нефтяная и газовая отрасли промышленности, являясь основными производителями и поставщиками энергоресурсов, в то же время относятся к крупным потребителям электроэнергии. В 1995 г. потребление электроэнергии в газовой промышленности составило 18 млрд. кВт-ч. На транспорт газа израсходовано 80 % потребляемой электроэнергии, а также около 60 млн. м³ газа. Энергоемкость отдельных технологических процессов нефтяной промышленности составляет, %: добыча нефти - 42,7; транспорт нефти - 40,2; бурение скважин - 2,8; прочие потребители - 14,3.

Наиболее энергоемкими являются технологические процессы добычи и транспорта углеводородного сырья, в связи с чем, вопросам снижения их энергоемкости должно уделяться особое внимание.

1.3 Значение процессов и агрегатов нефтегазовых технологий

для смежных дисциплин и производства

Одной из важнейших дисциплин формирующих профиль инженера по специальности «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» является «Процессы и агрегаты нефтегазовых технологий».

В процессе изучения этой дисциплины студенты должны получить

теоретические знания:

• о технологии нефтегазовых отраслей;

• о происхождении и физико-химических характеристиках нефти и газа;

• об условиях залегания месторождений углеводородов;

• о технологии поиска и разведки нефтегазовых месторождений;

• о назначении и конструкции нефтяных скважин;

• о буровом и промысловом оборудовании;

• о разработке и эксплуатации нефтегазовых месторождений;

• о технике и технологии извлечения нефти и газа;

• о производстве топлив и смазочных материалов;

• об оборудовании нефтегазопереработки;

• о производстве полимерных материалов и химических реагентов

для нефтяной и газовой промышленности;

• о рациональном использовании нефтегазового сырья.

Изучению дисциплины «Процессы и агрегаты нефтегазовых технологий» предшествуют дисциплины общеинженерного характера: физика, физика горных пород, химия, теоретическая механика, математика, основы геологии и нефтегазового дела.

Вслед за дисциплиной «Процессы и агрегаты нефтегазовых технологий» студенты изучают следующие дисциплины «Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин», «Техника и технология добычи и подготовки нефти и газа», «Гидромашины и компрессоры», «Эксплуатация и ремонт машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов», «Расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов».

1.4 Роль техники в развитии нефтегазовой отрасли

Процессы переработки нефти и газа претерпели в своем развитии как качественные, так и количественные изменения, вытекающие из задач развития народного хозяйства нашей страны. В настоящее время в нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности широкое применение находят совмещенные процессы, для которых характерно использование многофункциональных аппаратов с одновременным протеканием стадий реакции, тепло- и массопереноса. Особенно актуально использование многофункциональных аппаратов в малогабаритных малотоннажных установках переработки углеводородного сырья для доведения показателей качества целевых продуктов до требований стандартов.

Чтобы увеличить глубину переработки нефти, необходимо повысить долю вторичных процессов, разработать и внедрить более эффективные катализаторы и прогрессивное оборудование. Для развития микробиологической промышленности необходимо организовать крупнотоннажное производство жидких парафинов.

Предусмотрено комплексное использование попутного нефтяного и природного газов с получением из них газового конденсата, серы, гелия и других ценных продуктов. Газовый конденсат, являющийся ценным углеводородным сырьем, в зависимости от фракционного и группового состава может быть переработан по варианту с преобладающим топливным профилем или по нефтехимическому профилю с получением сырья для нефтехимического синтеза.

Россия владеет примерно 40 % от мировых запасов природного газа, большая часть которых расположена в арктических и субарктических районах Сибири, поэтому преобразование газа в жидкое состояние или жидкое топливо непосредственно на месторождении позволит транспортировать его по более экономичной схеме.

Современное нефте - и газоперерабатывающее предприятие представляет собой комплекс мощных установок первичной переработки нефти и газа, каталитического крекинга, гидроочистки, риформинга, депарафинизации масел, производства битума и др., оснащенных современным оборудованием, поставляемым заводами химического и нефтяного машиностроения.

Производительность современных установок первичной переработки нефти достигла 8-9 млн. т/год и газа 5 млрд. м³/год.

Существенно возросли мощности установок, осуществляющих вторичные процессы (вторичная перегонка бензинов, каталитический крекинг, пиролиз и др.).

Значительное расширение ассортимента нефтепродуктов и дальнейшее повышение требований к их качеству в связи с интенсивным развитием техники обусловили необходимость использования широкой гаммы процессов химической технологии при переработке нефти и газа; имеются в виду такие процессы, как ректификация, абсорбция, экстракция, адсорбция, сушка, отстаивание, фильтрование, центрифугирование и др., а также различные химические и каталитические процессы: пиролиз, каталитический крекинг, риформинг, гидроочистка и др. Это позволило ориентировать нефтегазопереработку на обеспечение народного хозяйства не только топливом, маслами и другими товарными продуктами, но и дешевым сырьем для химической и нефтехимической отраслей промышленности, производящих различные синтетические продукты: пластические массы, синтетические каучуки, химические волокна, спирты, синтетические масла и др.

Осуществление столь разнообразных процессов при переработке нефти и газа потребовало применения агрегатов, работающих в широком интервале изменения рабочих параметров. Так, например, температуры могут составлять от — 60 °С (кристаллизация в производстве масел) до 800-900 °С (пиролиз), а давления — от глубокого вакуума (переработка тяжелых нефтяных остатков) до 150 МПа (производство полиэтилена).

Это предъявляет высокие требования к расчету аппаратуры и обоснованию рабочих параметров процесса.

1.5 Главные направления развития техники и технологии

нефтегазовых отраслей

Прогрессирующее старение основных фондов нефтяной и газовой промышленности приводит к значительному снижению производительности и росту числа аварий. Часто оборудование нуждается в замене не только из-за физического износа, но и вследствие морального старения. Все большая часть газопроводов приближается к исчерпанию нормативного срока службы - 33 годам (после 2025 г. - практически все газопроводы).

В связи с этим в нефтяной и газовой промышленности намечается реконструкция эксплуатируемого оборудования, в том числе и энергохозяйства. Основные направления и цели реконструкции заключаются в следующем:

• материало - и энергосбережение в транспорте, хранении и добыче углеводородного сырья;

• обеспечение экологических требований по ликвидации выбросов вредных веществ в окружающую среду; увеличение глубины довыработки месторождений углеводородного сырья и полноты извлечения сопутствующих компонентов;

• расширение ареала добычи углеводородного сырья с вовлечением в разработку месторождений морского шельфа и малых месторождений;

• стабилизация работы транспортных систем путем всемерного развития сети подземных хранилищ газа;

• повышение надежности оборудования и вследствие этого увеличение межремонтных периодов в 2-3 раза.

Таким образом, основой научно-технической политики в период реконструкции является переоснащение технологических установок нефтяной и газовой промышленности оборудованием нового поколения, характеризующимся высоким уровнем надежности, энергосбережения, автоматизации, технологического ресурса и экологической безопасности.