Добыча нефти в России и мире: основные способы

Что такое нефть

В некоторых местах зарождения добывали даже прозрачную нефть. Этот природный ресурс людьми начал применяться с давних времен. В составе нефти присутствует больше тысячи разнообразных элементов. Из них 90 % приходится на углеводороды. Именно по этой причине до сих пор нет единой формулы нефти. 10 % приходится на кислород и азот, а также серу и иные химические элементы (медь и алюминий, железо и магний). В углеродистой составляющей примерно 11–14 % приходится на водород, а остальное количество — на углерод.

При рассмотрении нефти чаще всего выделяют такие углеродистые связи:

• ароматические;
• нафтеновые;
• парафиновые, занимающие примерно половину от всего количества.

Стоит помнить о том, что нефть является быстро воспламеняющимся составом. В воде она абсолютно не растворима. Температурный режим может колебаться в пределах от –35 до +121 градуса, в зависимости от содержания газов в веществе. Нефть обладает такими физическими свойствами, как оптические, электрические и тепловые.

В каком году была добыта первая нефть?

Нередко люди задаются вопросом: в каком году была добыта первая нефть? Точной даты первой добычи нет, ведь еще за 4000 лет в древнем Вавилоне люди использовали нефть, чтобы изготавливать асфальт. Затем в древнем Египте нефть использовалась как один из компонентов бальзама для погребения правителей. Греки использовали черную жидкость как зажигательную смесь, которая помогла им в войне с персидским царем. Дальше история нефти продолжает свой путь по таким местам, как Персия, Азербайджан и др.

После того как человечество научилось дистилляции нефти, то незамедлительно появился один из самых важных горючих жидкостей XIX века — керосин. Керосин использовали везде, дороги города были освещены с помощью ламп с керосином.

В XIX и XX веке добыча нефти происходила только открытым способом, добывалась из небольших скважин или колодцев. Первое бурение скважины произошло в 1848 году в Баку. Именно с этой даты начинается история всемирной погони за добычей нефти.

Россия начинает свою историю добывания нефти в 1857 году, тогда были пробурены самые первые скважины, однако первые сведения о добыче ресурса появились у нас в стране в 1823 году.

Сорта нефти

Нефть, которая подготовлена к поставке конечному потребителю с учетом правил действующих нормативных актов, называют товарной. В ГОСТ Р 51858-2002 она делится на типы, степени подготовки, классы, виды, группы, содержанию меркаптанов и серы.

По количеству серы вся продукция делится на классы:

• 1-й класс: малосернистая, содержание серы — 0,6%;
• 2-й класс: сернистая, содержание серы — 0,61-1,8%;
• 3-й класс: высокосернистая, содержание серы — 1,81-3,5%;
• 4-й класс: особо высокосернистая, содержание серы — 3,6%.

По доле парафина, выходу фракций и плотности классифицируется на 5 типов:

• особо легкая;
• легкая;
• средняя;
• тяжелая;
• битуминозная.

По содержанию меркаптанов и сероводорода, уровню подготовки к перевозке и переработке выделяют три группы — с 1 по 3.

Оборудование трубопроводных магистралей подачи и нефтеперерабатывающих промышленных заводов, как правило, подстраивается под конкретный сорт перерабатываемой рабочей жидкости, чтобы достичь максимальной эффективности в процессе ее обработки. Самыми популярными в мире считаются следующие:

• WTI (содержание серы — 0,24%);
• Brent (содержание серы — 0,37%);
• Siberian Light (содержание серы — 0,57%);
• Urals (содержание серы — 1,3%);
• Dubai Crude (содержание серы — 2%).

Из чего состоит нефть

С точки зрения химии нефть — это взаиморастворимый состав твердых, жидких и газообразных углеводородов с добавлением гетероорганических веществ, таких как: кислород, азот, сера. С учетом количества различных элементов жидкость может иметь разные варианты оттенков, которые варьируются от черного до темно-коричневого.

Типичный состав отличается для разных сортов и мест добычи. В среднем его можно охарактеризовать следующим образом:

• водород — (11,5-14,5%);
• углерод — (82,5-87%);
• сера — не более 10%;
• азот — не выше 1,8%;
• кислород — (0,1-0,35%);
• в некоторых случаях возможно добавление в малых количествах железа, магния, ванадия, никеля и других элементов.

Помимо этого, выделяют большое количество углеводородных соединений:

• ароматические;
• нафтеновые;
• парафиновые — большая часть, в основном, это жидкие соединения, но в растворенном виде встречаются твердые и газообразные.

Устройство скважин для добычи нефти

Нефтяной ресурс добывают через специально пробуренную скважину на поверхности земли. Скважину бурят при помощи специального оборудования — нефтяных вышек. Но стоит отметить, что с нефтедобывающим процессом они практически не связаны.

После завершения процесса в одном месте вышка для бурения скважины переезжает на другое и вновь начинает проделывать дырки в земле. Эта процедура довольно длительная. Иногда она может занимать до 3 месяцев. Чтобы порода в готовой скважине не сыпалась вниз, ее обустраивают изнутри стальными трубами.

Типовой диаметр одной скважины составляет 14,6 сантиметра. А вот по длине она может быть различной. Самые высокие составляют 3 метра. Днище ее называются забоем. В том случае, когда туда попадает какой-либо предмет, скважина становится непригодной для добычи, так как убрать преграду практически невозможно.

Чтобы между пластами не происходила циркуляция воды, и они между собой не сообщались, пространство между ними заливается цементным раствором. Чтобы на днище забоя поступала нефть, следует проводить ее перфорацию. Для этого проделываются небольшие отверстия в кольце и в обсадной колонне.

Как находят месторождения нефти?

Добыча полезных ископаемых начинается с разведки месторождений. Геологи определяют возможное залегание нефтяных горизонтов в недрах сначала по внешним признакам — географии рельефа, выходам нефтяных пятен на поверхность, наличию следов нефти в грунтовых водах. Специалисты знают, в каких осадочных бассейнах можно предположить наличие нефтяных пластов, у профессионалов есть на вооружении различные методы разведочно-поисковых исследований, в том числе поверхностное изучение выходов горных пород и геофизическая визуализация разрезов.

Предположительный район залегания месторождения определяется по совокупности признаков. Но даже если они присутствуют все, это не означает, что детальная разведка обнаружит нефтяной бассейн с большими запасами, необходимыми для того, чтобы начать промышленную добычу. Часто бывает так, что разведочное бурение не подтверждает коммерческую ценность месторождения. Эти риски всегда присутствуют в нефтеразведке, но без них невозможно определить структуры (ловушки), в которых скапливается нефть в необходимом для разработки количестве.

Определение границ месторождения и изучение объёма залежей

После подтверждения наличия нефтяных пластов требуется определить географические размера месторождения и его объём. Это делается способом бурения скважин, многие из которых бывают пустыми, но затраты окупаются сторицей, когда залежь правильно окантована и становится ясно, что её имеет смысл разрабатывать.

Достаточно сказать, что разведка новых месторождений всегда дешевле, чем покупка уже разведанных запасов. Поисковая часть разработки — это всего 2-3 доллара за баррель, а потом к себестоимости добавляются затраты на разработку, эксплуатацию, транспортировку. Но в итоге заниматься нефтедобычей выгодно, этот бизнес даёт колоссальные прибыли.

Объём бассейна исследуется способом определения дебита разведочных скважин, то есть при помощи подсчёта количества поднимаемой на поверхность нефти в единицу времени. По этому показателю высчитывается рентабельность разрабатываемого участка, определяется необходимый диаметр эксплуатационных скважин и необходимое для них оборудование — вышки, насосы.

Методы добычи нефти

Метод добычи нефти зависит от величины давления в пласте и способе его поддержания. Можно выделить три метода:

1. Первичный — нефть фонтанирует из скважины за счет высокого давления в нефтеносном пласте и не требует создания дополнительного искусственного нагнетания давления, коэффициент извлечение нефти 5-15%;
2. Вторичный — когда естественное давление в скважине падает и подъем нефти не возможен без дополнительного нагнетания давления за счет ввода в пласт воды или природного/попутного газа, коэффициент извлечение нефти 35-45%;
3. Третичный — увеличение извлечения нефти из пласта после снижения ее добычи вторичными методами, коэффициент извлечение нефти 40 — 60%.

Технологии добычи нефти

Самыми известными способами разработки нефтяных месторождений являются:

• механический (насосный)
• фонтанный
• сланцевый

Механический (насосный) способ добычи нефти

Механический означает бурение скважины трубами на глубину залегания пласта, установку насосного оборудования и откачка нефти с помощью компрессора. Компрессор находится на поверхности, от него к насосу подводится шнур для питания насоса энергией.

Фонтанный

Этот метод не требует никаких затрат, всю работу выполняют природные силы. В момент, когда в нефтяном пласте уровень давления достигает критической отметки, топливо прорывается на поверхность земли и фонтанирует.

В этом случае добыча энергоресурса обходится без привлечения высокотехнологичного оборудования, также не требуется оказывать дополнительное воздействие на нефтяное тело.

Основные преимущества:

• дешевизна процесса;
• необходимо задействовать только самое простое оборудование для скважины;
• экономия электроэнергии;
• полный контроль над откачкой нефти;
• при необходимости можно полностью остановить процесс выхода топлива на поверхность;
• дистанционное управление.

При обнаружении нефтяного пласта с избыточным внутренним давлением в первую очередь необходимо провести ряд мер по установлению контроля над природными процессами.

Сначала производится установка запорной арматуры. С ее помощью в дальнейшем специалисты получают возможность управлять потоком, регулировать режим работы скважины, осуществлять ее герметизацию либо полностью завершать работу и консервировать разработку.

Для оптимизации процесса добычи энергоресурса скважину необходимо оборудовать подъемными трубами. Их диаметр зависит от предполагаемого количества добытой нефти. При наличии мощного естественного давления внутри скважины и значительных объемов нефтепродукта устанавливаются трубы большого диаметра.

Малодебитные месторождения оснащают трубами небольшого диаметра, что позволяет сократить расходы и продлить способность скважины фонтанировать самостоятельно.

Когда естественный нефтяной фонтан иссяк, специалисты переходят к следующему этапу разработки скважины.

Сланцевый метод добычи нефти

Сланцевая добыча нефти является самой дорогостоящей. Она осуществляется с помощью бурения вертикальной скважины с поворотом бура в горизонтальную плоскость вдоль нефтеносного пласта. После горизонтального пробуривания делается гидравлический разрыв для интенсификации поступления нефти в скважину. Сланцевая революция началась с разработки в США двух месторождений Bakken и Eagle Ford. Учёные утверждают, что запасов сланцевой нефти на планете хватит на 300 лет. Есть мнение, что сланцевый метод добычи нефти может быть очень опасен для окружающей среды.

В России и арабских странах нефть добывают традиционно механическим и фонтанным способами. Обходится она для российских нефтедобывающих компаний примерно в 15 долларов за баррель, в Саудовской Аравии — 6 долларов, в Америке сланцевая добыча рентабельна при себестоимости около 40 долларов за баррель. Добывают нефть не только на суше, но и на море, устанавливая плавучие нефтедобывающие платформы.

Инновационные методы

Добыча нефти, как и другие современные сегменты промышленности, не стоит на месте. Совершенствование технологии разведки и добычи нефти положило начало целому ряду инноваций в области нефтегазодобычи.

Данные технологии сделали добычу и разведку более эффективными, экологически безопасными и продуктивными.

Сейсмическая разведка

Технологии 3D сейсморазведки позволяют проводить анализ данных о плотности горной породы, сочетать традиционный сейсмический метод визуализации с аналитическими способностями компьютеров, результатом чего является трехмерная модель подземного слоя.

4D сейсмо-исследования позволяют:

• дополнить полученные данные изменением характеристик в динамике;
• выявить месторождения;
• сократить число сухих скважин.

Колтюбинг

Технологии coiled tubing считаются наиболее динамичными в мире инновационных решений нефтяной промышленности. Эта технология добычи нефти и газа заключается в применении безмуфтовых труб во время бурения и добычи.

Для этого металлургическими производствами изготавливаются специальные гибкие металлические трубы, проектируется внутрискважинное и наземное оборудование, кроме того, разрабатывается программное обеспечение для обработки полученной информации.

Применение колтюбинга делает технологический процесс добычи нефти и газа более безопасным, сокращает количество отходов производства и временные затраты в сравнении с классическими методами.

Системы телеметрики

Это телеметрические системы, которые разработаны для измерения характеристик бурения и передачи полученных данных на поверхность. Данная информация позволяет ежеминутно следить за процессом бурения и добычи, что исключает ошибки и аварии в процессе. Кроме того, телеметрическая система позволяет составить геологическую характеристику о свойствах полученной породы.

Глубоководное бурение

Это технология в нефтяной промышленности, при реализации которой происходит бурение на больших глубинах вод. На сегодняшний день такая технология считается достаточно безопасной и позволяет разрабатывать месторождения в водах более трех километров.

Технология позволяет:

• улучшать морские буровые установки;
• разрабатывать устройства динамического позиционирования;
• создавать сложные системы навигации.

ГРП-Песок-СО2

Добывающие производства используют метод гидравлического разрыва пласта уже почти пятьдесят лет, что привело к повышению выхода и расхода природного газа из подземных пластов.

Усовершенствованная технология, включающая также применение песка и углекислого газа, химических реактивов и проппантов, стала использоваться несколько позже. Подобные смеси приводят к появлению и быстрому расширению трещин в слоях пород, через которые затем свободно добывается нефть и газ.

Углекислый газ из жидкой фазы вскоре испаряется и остается только песок, если не были использованы нелетучие химические реактивы и вещества, способные оставаться после процесса гидравлического разрыва в пластах пород.

Если же такие остатки имеются и закрывают газовый слой, они должны быть устранены, чтобы не произошло подземных взрывов и сейсмических толчков.

Считается, что данная технология является идеальным способом современной нефтегазодобычи, так как увеличивает объемы добытых ресурсов, при этом не наносит вреда окружающей среде, потому что не оставляет под землей отходов производства.

Как транспортируют нефть

Тут появляется еще один интересный вопрос, а как же нефть транспортировать от скважин? Самый очевидный ответ — это перевозка транспортом, будь то грузовые машины, поезда или пароходы. Как раз про загрязнение воды, когда происходит утечка с нефтяных танкеров, мы уже слышали, но это не самое интересное.

В новостях все чаще говорят о трубах, по которым идет перекачка в другие страны. По таким трубам транспортируют не только газ, но и нефть. Большинство представляет себе длинную трубу, по которой просто течет нефть, но ведь она не будет течь сама по себе, тем более, если она еще и вязкая, как сгущенка. Для этого через определенное расстояние на протяжении всей трубы находятся будки с оборудованием, которое создает давление для перемещения жидкости дальше. Помимо этого, при транспортировке очень вязкой нефти эти трубы еще и нагревают, так как при повышении температуры вязкость понижается, как и когда мы сгущенку кладем в горячий чай.

Так что транспортировка это еще один пункт затрат на добычу нефти,  и он тоже определяет, сколько нефти мы будем добывать.

Некоторые особенности нефтедобывающей отрасли

Часто при высокой  интенсивности выработки месторождений употребляется термин  «хищническая эксплуатация» или «хищническая добыча», которые носят ярко выраженный негативный оттенок. При этом подразумевалось, что при такой эксплуатации скважин нефтяные компании, представляющие нефтедобывающую  отрасль,  как бы «снимали самые сливки» с разрабатываемых промыслов, или добывали легкодоступное сырье, а остальные запасы попросту бросали, и в этом случае оставшуюся нефть становилось уже  невозможно поднять на поверхность.

В большинстве случаев такое утверждение является неверным. На большей части нефтяных промыслов остаточные запасы углеводородного сырья никак не зависят от интенсивности их добычи. В доказательство можно привести тот факт, что резкий рост количества добываемой российской нефти произошел в конце двадцатого — начале двадцать первого века,  однако с тех пор прошло уже семнадцать лет, а объемы добываемой отечественной нефти снижаться и не думают (уровень 2015-го года, к примеру,  сопоставим с уровнем 2000-го).

А такой срок для  месторождений нефти является достаточно большим. В связи с этим, если бы скорость выработки нефтяных запасов приводила бы к потере остающегося в пластах ещё не добытого сырья, то объемы давно уже начали уменьшаться, а этого — не происходит.

Высокая интенсивность эксплуатация повышает риски, связанные с возможностью возникновения  аварийных ситуаций, к примеру, из-за  разрушения цементного слоя вокруг ствола скважины, которое приводит к возникновению  нежелательной циркуляции в заколонном пространстве и  к преждевременным прорывам пластовых вод. Однако в общем случае такой режим выработки почти всегда  экономически оправдан, причем при почти любом уровне нефтяных котировок. Для наглядного примера можно сравнить это с ситуацией дорожного движения.

Если, к примеру,  ограничить  скорость  автомобилей за городом значением двадцать километров в час, а затем с помощью драконовских мера заставить это ограничение неукоснительно соблюдать,  то с высокой долей вероятности  количество аварий будет минимальным (если они вообще будут). Но зачем тогда будут нужны эти дороги с экономической точки зрения?

Как мы уже сказали ранее, увеличение интенсивности российской нефтедобычи произошло на рубеже двадцатого и двадцать первого века.

В большинстве случаев добыча велась с помощью снижения давления в забое  (соответственно, увеличивалась депрессия) на эксплуатируемых скважинах. Для этого в фонтанирующие выработки опускали насосы, а скважины, на которых уже было установлено насосное оборудование, его заменяли на более производительное.

И ничего однозначно плохого в этом не было и нет, ни с технической, ни с экономической точек зрения. К негативным последствиям такого метода добычи можно отнести разве что стратегический фактор, поскольку увеличение депрессии хотя и приводит к увеличению скорости добычи нефти, но, с другой стороны, ускоряется падение дебитов на уже разбуренных продуктивных площадях.

Так как дебиты нефтяных скважин падают постоянно, для того, чтобы поддерживать нефтедобычу  на определенном уровне, возникает необходимость бурения  новых скважин, и чем быстрее падают дебиты, тем большее количество таких горных выработок необходимо пробуривать каждый год.  Другими словами, интенсивная добыча приводит к тому, что поддерживать некий постоянный объем нефтедобычи с каждый годом становится всё сложнее.

С другой стороны,  если эксплуатация скважин интенсивностью не отличается  (из-за высокого давления в забое), то для таких промыслов существует возможность в нужный момент повысить объемы добычи (с помощью различных способов снизив значение давления в забое). Именно так и происходит регулирование объемов добываемого сырья в Саудовской Аравии и в Кувейте. В связи с этим со стратегической точки зрения невысокая интенсивность выработки нефти является более безопасной.

Как добывают нефть в России и объемы

По оценкам экспертов, Российская Федерация владеет около 13% разведанных нефтяных залежей всего мира. Нефтедобывающая отрасль выступает основой российской экономики.

Страна является одним из лидеров по добыче и экспорту сырья. За 2017 год на территории России было извлечено 547 млрд тонн нефти. Объемы добычи демонстрируют ежегодный прирост приблизительно на 10 млрд тонн. За один день в стране добывают порядка 11,26 млн баррелей.

В пределах российских границ находится огромное количество нефтяных месторождений. Большая часть из них еще не изучена. Некоторые промыслы решено не разрабатывать из-за специфики их расположения и трудностей в извлечении сырья.

На сегодняшний день идет активная разработка залежей нефти в Западной и Восточной Сибири. Большие объемы добычи сырья зарегистрированы в Ханты-Мансийском автономном округе и Тимано-Печорском нефтяном регионе. Нефть также добывают в Красноярском крае и в Ямало-Ненецком автономном округе.

Добыча российской сланцевой нефти в основном осуществляется в Западной Сибири. Особенностью разработки этого вида нефти является необходимость очищать сырье от примесей. Сейчас себестоимость переработки сланцевой нефти достаточно высока, однако с развитием технологий ожидается резкое повышение рентабельности добычи такого сырья.

Извлечение нефти с морского дна на сегодняшний день осложнено трудоемкостью и дороговизной процесса. Основным районом шельфового бурения в России является шельф острова Сахалин, расположенный в Охотском море. Высокая стоимость такого вида добычи нефти обусловлена тем, что для извлечения сырья требуется использовать морские буровые платформы. Стоимость одной установки достигает нескольких миллионов долларов.

В России также представлена добыча нефти шахтным способом. Особенностью данного метода является то, что нефтяные скважины сооружаются в шахтах. Этот вид добычи применяется в случае разработки энергетически истощенных месторождений сырья средней вязкости или залежей с высоковязкой нефтью.

Данный способ извлечения сырья широко использовался в конце ХIХ века. На сегодняшний день единственным месторождением, где добыча нефти производится шахтным методом, является Ярегское нефтяное месторождение. Оно расположено в республике Коми.

Эпоха нефтяной цивилизации, наступившая в начале ХХ века, оказала огромное влияние на многие сферы жизни человека и на внешний вид мира в целом. 100 лет назад сложно было представить, что почти каждая семья в большом городе будет иметь собственный автомобиль. А расстояния в десятки тысяч километров возможно будет преодолеть за несколько часов.

Нефть, сменившая господствовавший на рынке энергоресурсов в течение 400 лет уголь, на данный момент является основным источником энергии. Страны, владеющие большими запасами сырья, имеют возможность развиваться за счет природных богатств и выстраивать свою экономику, опираясь на естественные внутренние резервы.

Какие компании добывают нефть в России?

Лидирующими компании нефтедобывающей отрасли являются:

• Государственная нефтегазовая компания Роснефть;
• Газпром-нефть. Контрольный пакет акций принадлежит государству;
• Лукойл. По запасам нефти это первая компания в мире, и третья в мире среди частных предприятий по подтвержденным запасам углеводородов;
• Сургутнефтегаз. Главный офис компании находится в Сургуте;
• Татнефть со штаб-квартирой в г.Алметьевск;
• Иркутская нефтяная компания;
• Русс-нефть. Главный офис находится в Москве.

Какая из компаний «крупнейшая» трудно сказать однозначно. За это место спорят Роснефть, Лукойл, Сургутнефтегаз и Газпром. Масштабы деятельности оцениваются по-разному: во внимание принимаются количество работников, охват месторождений, запасы добытого сырья, годовой доход и по этим показателям год от года рейтинг принимает разный вид. Причем здесь названы только ведущие предприятия. Существует порядка десятка других компаний (Юкос, Новатэк, Сахалин Энерджи, Славнефть и пр.).

Цены на нефть

Цена на нефть формируется из соотношения спроса и предложения. Однако в данном случае имеются свои особенности. Спрос практически не изменяется и мало влияет на динамику цен. Конечно, он растет с каждым годом. Но основным фактором формирования цен является предложение. Небольшое его снижение приводит к резкому скачку стоимости.

С увеличением количества автомобилей и аналогичной техники спрос на нефть увеличивается. А вот месторождения постепенно иссякают. Все это, по мнению экспертов, приведет в конечном итоге к нефтяному кризису, когда спрос намного превысит предложение. И тогда цены резко взлетят вверх.

Стоит также отметить, что цена на нефть является одним из важнейших политических инструментов в мировой экономике. На сегодняшний день это около 107 долларов за баррель.