Процесс добычи нефти является чрезвычайно дорогим и трудоемким. Он требует проведения ряда измерений, испытаний, отбора проб и, наконец, бурения скважин для подтверждения наличия сырья. Конечно, при этом можно натолкнуться на ряд сложностей, таких как, например, пористость пород или вязкость самого основания. В прошлом из открытого месторождения добывали лишь 10% сырья, оставляя все остальное под землей. Благодаря современным технологиям добычи, уровень получения сырой нефти и природного газа вырос более чем на 60%.
Добыча природного газа
Природный газ присутствует в наружном слое земной коры, т.е. литосфере. Он образовался в результате разложения органических веществ в разных условиях давления и температуры, происходящих в течение многих миллионов лет. Природный газ состоит в основном из метана (CH4) и его гомологов (C3-C4). Его состав очень сильно зависит от типа месторождения, из которого добывают газ. Конечно, помимо метана и его гомологов, природный газ содержит также ряд нежелательных компонентов, таких как: азот, воду, сероводород или же углекислый газ.
В природных условиях газ может сопровождаться содержанием нефти или же существовать отдельно. Он встречается, в основном, двух видов: как газ, свободно рассеянный в воде или нефти, или в виде, поглощенном горными породами либо углем.
Газ, получаемый промышленными методами
Используя промышленные методы, можно получить несколько видов газов:
a) Жидкие газы – сокращенно называемые также LPG (Liquefied Petroleum Gas). Их главными компонентами являются пропан (C3H8), бутан и изобутан (C4H10). Их получают в основном путем стабилизации сырого газолина (газового бензина), нефти или же переработки газов, образовавшихся в результате процессов реформинга, крекинга и пиролиза;
b) Городской газ – получают в условиях низко- и среднетемпературного полукоксования угля;
c) Коксовый газ – производят путем высокотемпературной дегазации угля;
d) Газ из газифицированного угля – получают путем воздействия на бурый или каменный уголь смеси водяного пара с кислородом при температурах выше 900°С. Его состав зависит от применяемой технологии газификации. Наибольшее экономическое значение имеет производство смеси CO и H2 (т.н. синтез-газ).
Применение и преимущества газовых топлив
Газовые топлива имеют ряд преимуществ. Они характеризуются, прежде всего, высоким энергетическим КПД. Кроме того, они обеспечивают постоянную температуру горения, не требуют хранения у пользователя и сгорают бездымно (без образования золы и выбросов оксидов серы). Природный газ является ценным источником энергии и важным сырьем в промышленности: химической (производство синтез-газа), энергетической (поршневые двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, генераторы), строительной (производство стекла, цемента и строительной керамики) и металлургии (отопительные печи).
Добыча нефти
Выбор местонахождения нового нефтяного поля это очень сложный и дорогостоящий процесс. Он начинается с проведения сейсморазведки с целью поиска соответствующих геологических структур, которые могли создать месторождение нефти. Для этого используют два метода исследования. Первый включает в себя проведение подземных взрывов вблизи месторождения и наблюдение за сейсмическими реакциями, которые позволяют получить информацию о его местонахождении и величине. Второй метод заключается в получении таких данных из естественных сейсмических волн.
Первый этап добычи нефти заключается в бурении глубокой скважины в земле. Затем в скважину помещают стальную трубу, что обеспечивает стабильность всей конструкции. На дальнейшем этапе строят несколько скважин, так, чтобы обеспечить увеличенный поток добываемой нефти. Для растворения загрязнений в скважине часто применяют соляную кислоту, которая эффективно окисляет карбонатные и известковые формации, а также удаляет отложения камня, ржавчины и карбонита. Хлористоводородную кислоту используют также для удаления остатков цемента, оставшихся после завершения процесса бурения. На следующем этапе в верхней части скважины устанавливают специальную установку. Это набор соединенных клапанов, труб и арматуры, которые предназначены для регулировки давления и потока нефти и газа.
После подключения всей аппаратуры следует этап первичной добычи. Для добычи нефти в этом процессе используют многие природные механизмы, такие как, например, гравитационный дренаж. Коэффициент добычи на первоначальном этапе, как правило, не превышает 15%. В ходе дальнейшей добычи давление под землей падает и становится недостаточным, чтобы дальше вытеснять нефть на поверхность. В этот момент начинается этап вторичной добычи.
Существует много технологий вторичной добычи нефти. Они, как правило, заключаются в доставке внешней энергии в залежи путем введения жидкостей (напр. воды) или газов (напр. воздуха, двуокиси углерода) для повышения давления под землей. Средний коэффициент добычи после проведения первичных и вторичных операций обычно не превышает 45%. Последним этапом процесса добычи является т.н. добыча третьего ряда, которую проводят, используя разные технологии. Первая из них уменьшает вязкость нефти путем нагрева. Следующая заключается в инжекции газа в залежи (диоксида углерода). Последний метод это т.н. „химические наводнения”. Они заключаются в перемешивании плотных, нерастворимых полимеров с водой и вводе их под землю. Третичная добыча позволяет достичь дополнительных 15% объема нефти из месторождения.
Учитывая заканчивающиеся запасы месторождений нефти на континенте, начались поиски ее ресурсов под морским дном. С этой целью строят буровые платформы, что считается сложным, дорогим и трудоемким процессом – строительство нефтедобывающей платформы длится, как правило, 2 года. Они могут быть прочно прикреплены ко дну (глубина до 90 м) или плавать на специальных поплавках, закрепленных якорной системой. Морские буровые платформы, как правило, соединены с сетью нескольких десятков скважин, которые добывают нефть, находящуюся в пористых скальных породах. Помимо добычи нефти на буровой платформе проводят также ее отделение от газа. Таким образом полученное сырье транспортируют системой трубопроводов на НПЗ либо на добывающе-перекачивающие судна. Затем нефть и газ пересылают на танкер, который транспортирует их на берег.
Конечно, количество добытой нефти не зависит только от применяемых технологий бурения. Ключевыми в данном случае являются геологические факторы, такие как: проницаемость породы, природные движущие силы, пористость залежи или же вязкость нефти.
Обработка нефти
Добытую нефть подвергают переработке на нефтеперерабатывающих заводах, получая из нее топлива, масла, смазки, асфальт и другие продукты. Чаще всего нефть разделяют на фракции без химического изменения ее компонентов. Таким образом получают рафинированные газы, летучие при комнатной температуре, петролейный эфир с температурой кипения 35-60°C, легкий и тяжелый бензин, керосин, газойли с разными температурами кипения и мазут, т.е. остаток с температурой кипения выше 350°C.
Нефть перерабатывают с помощью многих разных процессов, таких как:
a) Крекинг – заключается в расщеплении длинных алифатических углеводородов, содержащихся в тяжелых фракциях мазута и масел, на соединения с более короткими цепями, присутствующими в бензине и дизельном топливе. Кроме алифатических углеводородов с короткими цепями в ходе этого процесса образуются также: метан, сжиженные углеводородные газы (LPG), ненасыщенные углеводороды и кокс. Крекинг может быть инициирован термическими, каталитическими или же радиационными методами;
b) Риформинг – это процесс, применяемый в отношении легких фракций нефти, или же продуктов, полученных в результате крекинга, с целью получения топлива с высоким октановым числом. Этот процесс протекает в присутствии водорода с применением очень дорогостоящих платиновых катализаторов.
В процессе риформинга получают водород, рафинерный газ, СУГ, а также изобутан и н-бутан;
c) Перегонка – ее заданием является разделение нефти на фракции, кипящие в разных диапазонах температур. Благодаря этому процессу получают основные фракции, такие как: сухой и мокрый газ, легкий и тяжелый бензин, керосин, дизельное топливо, мазут и гудрон;
d) Алкилирование – это реакция олефинов с изобутаном, в результате которой образуются изопарафины с более высокой молекулярной массой и октановым числом. В процессе алкилирования функцию катализатора может выполнять серная кислота;
e) Пиролиз – процесс разложения, проводимый без доступа кислорода при очень высоких температурах. Его применяют для разложения тяжелых фракций нефти на прямогонный бензин, масла и смолу.
Предложение Группы PCC для добывающей промышленности
Для оптимизации процесса добычи и переработки нефти ключевым является использование разных вспомогательных веществ. Натровый щелок используют в процессе переработки нефти, минеральных масел, пеков и асфальтов, а также добычи газа из сланцев. Гидроксид натрия в Группе РСС мы получаем в процессе мембранного электролиза и поставляем в виде раствора с концентрацией около 50%. Еще одним применением гидроксида натрия в добывающей промышленности является обработка сточных вод и жидких продуктов коксования.
Важной группой продуктов, имеющих широкое применение в добыче и производстве нефти и газа, являются ПАВ. Поверхностно-активные вещества снижают межфазное напряжение между нефтью и породой. Благодаря чему уменьшаются силы адгезии, что способствует получению дополнительных объемов нефти из месторождения. ПАВ применяют также в качестве средств для уменьшения экологического ущерба, возникшего в результате утечки нефти и нефтепродуктов. Поверхностно-активные вещества используют также для очистки цистерн и судов, транспортирующих добытое сырье.
Одной из самых важных групп поверхностно-активных веществ, используемых в чистящих препаратах, являются алкилэфирсульфаты, предлагаемые Группой РСС в виде серии SULFOROKAnol. Эти продукты, благодаря своему анионному характеру, отлично подходят для составов с другими анионными, неионными и амфотерными поверхностно-активными соединениями. Их моющие, эмульгирующие и вспенивающие способности позволяют использовать их в качестве компонентов составов для чистки разных поверхностей. Похожее применение имеет также алкилбензолсульфокислота (АБСК) и ее соли, такие как ABSNa. Кислота ABS/1 относится к группе поверхностно-активных веществ. Благодаря своей растворимости в нефти она может быть компонентом вспомогательных средств, используемых для добычи и переработки нефти. Кроме того, кислота ABS/1, ввиду ее детергентных свойств, используется в процессах мойки и чистки, напр. цистерн и судов. В состав чистящих средств, применяемых в нефтяной промышленности, могут также входить продукты серии ROKAmid. Они характеризуются способностью создавать густую и стабильную пену, даже при небольшой концентрации. Благодаря своей жидкой форме продукты серии ROKAmid значительно облегчают все операции, связанные с их хранением, транспортировкой, а также дозировкой.
Еще одной группой продуктов, необходимых для осуществления процессов добычи нефти и природного газа, являются эмульгаторы. Их применяют в промышленных методах обезвоживания и обессоливания нефти. Эти процессы заключаются в нагреве нефти вместе с добавлением эмульгаторов в устройства, называемые электродегидраторами. Таким образом подогретую смесь пропускают через систему концентрических электродов. Обладающие зарядом капли воды подвергаются деформации, теряют свой заряд и легко соединяются друг с другом, тем самым отделяясь от нефти. Обезвоженная и обессоленная нефть может быть подвергнута дальнейшей переработке. В качестве эмульгаторов в промышленных процессах обезвоживания и обессоливания отлично подходят продукты серии ROKAnol. Это неионные поверхностно-активные вещества, принадлежащие к группе алкоксилированных жирных спиртов. Продукты серии ROKAnol можно использовать в очень широком диапазоне температур, а также в кислой, нейтральной и слабо щелочной средах. Продукты серии ROKAnol могут также входить в состав обезжиривающих чистящих средств, применяемых в нефтяной промышленности.
Очень хорошими эмульгирующими свойствами обладают также этоксилированные производные эфиров сорбитана, такие как ROKwinol 60 и ROKwinol 80. Эти продукты могут быть также компонентами буровых составов, применяемых при добыче нефти. В свою очередь, сложные эфиры сорбитана, такие как ROKwin 60 и ROKwin 80, могут быть использованы при утечке нефтепродуктов в качестве диспергирующих средств.