Нефть — это ископаемое топливо , которое можно добывать из-под поверхности Земли. Резервуары нефти образуются из смеси растений, водорослей и осадков в мелководных морях под высоким давлением. Нефть в основном добывается при бурении нефтяных скважин . Сейсмические исследования и другие методы используются для обнаружения нефтяных резервуаров. Нефтяные вышки и нефтяные платформы используются для бурения длинных скважин в земле, чтобы создать нефтяную скважину и извлечь нефть. После добычи нефть очищается для производства бензина и других продуктов, таких как шины и холодильники. Добыча нефти может быть опасной и приводила к разливам нефти . [1]
Геологи и геофизики используют сейсмические исследования для поиска геологических структур, которые могут образовывать нефтяные резервуары. «Классический» метод включает в себя проведение подземного взрыва поблизости и наблюдение за сейсмическим откликом, который предоставляет информацию о геологических структурах под землей. Однако также используются «пассивные» методы, которые извлекают информацию из естественных сейсмических волн. [2]
Другие приборы, такие как гравиметры и магнитометры, также используются для поиска нефти. Добыча сырой нефти обычно начинается с бурения скважин в подземном резервуаре. Когда нефтяная скважина вскрыта, геолог (на буровой установке его называют «грязевик») отметит ее наличие.
Исторически в Соединенных Штатах, на некоторых нефтяных месторождениях нефть поднималась естественным образом на поверхность, но большинство этих месторождений давно выработаны, за исключением некоторых частей Аляски . Часто много скважин (называемых многоствольными скважинами ) бурятся в одном и том же резервуаре, для экономически жизнеспособной скорости добычи. Некоторые скважины ( вторичные скважины ) могут закачивать воду , пар , кислоты или различные газовые смеси в резервуар для повышения или поддержания давления в резервуаре и экономичной добычи
Нефтяная скважина создается путем бурения длинной скважины в земле с помощью нефтяной вышки . Стальная труба (обсадная труба) помещается в скважину, чтобы обеспечить структурную целостность недавно пробуренной скважины. Затем в основании скважины делаются отверстия, чтобы нефть могла проходить в скважину. Наконец, набор клапанов, называемых ", устанавливается сверху; клапаны регулируют давление и управляют потоком. Процесс бурения относится к "upstream", одной из трех основных услуг в нефтяной промышленности, наряду со средней и нижней по течению.
На этапе первичной добычи режим пласта обеспечивается рядом естественных механизмов:
Коэффициент извлечения на этапе первичного извлечения обычно составляет 5–15% [3] .
Когда подземное давление в нефтяном пласте достаточно, чтобы вытолкнуть нефть (вместе с некоторым количеством попутного газа) на поверхность, все, что необходимо для захвата нефти, — это разместить сложную систему клапанов ( елку ) на устье скважины и далее подключить скважину к трубопроводной сети для хранения и переработки. Иногда, во время первичной добычи, для увеличения темпов извлечения, для подъема нефти на поверхность используются насосы, такие как балансирные насосы и электропогружные насосы (ЭПН); они известны как механизмы искусственного подъема.
В течение срока службы скважины давление падает. После того, как естественный режим резервуара уменьшается и становится недостаточно подземного давления, чтобы вытеснить нефть на поверхность, применяются вторичные методы добычи . Они основаны на подаче внешней энергии в резервуар путем закачки жидкостей для увеличения давления резервуара, тем самым увеличивая или заменяя естественный режим резервуара искусственным режимом. Вторичные методы добычи увеличивают давление резервуара путем закачки воды , повторной закачки газа и газлифта . Повторная закачка газа и подъем каждый используют попутный газ, углекислый газ или какой-либо другой инертный газ для снижения плотности нефтегазовой смеси, улучшая ее подвижность. Типичный коэффициент извлечения при операциях по закачке воды составляет около 30% в зависимости от свойств нефти и характеристик породы резервуара. В среднем коэффициент извлечения после первичных и вторичных операций по извлечению нефти составляет от 35 до 45% [3] .
Методы интенсификации или третичной добычи нефти еще больше увеличивают подвижность нефти с целью увеличения ее извлечения.
Методы термического повышения нефтеотдачи (TEOR) — это третичные методы добычи, которые нагревают нефть, снижая ее вязкость и облегчая ее извлечение. Нагнетание пара является наиболее распространенной формой TEOR, и оно часто выполняется с помощью когенерационной установки. Этот тип когенерационной установки использует газовую турбину для выработки электроэнергии , а отходящее тепло используется для производства пара, который затем закачивается в пласт. Эта форма добычи широко используется для увеличения добычи нефти в долине Сан-Хоакин , которая дает очень тяжелую нефть, но при этом составляет десять процентов от добычи нефти в Соединенных Штатах. [ необходима цитата ] Огневое затопление (сжигание на месте) является еще одной формой TEOR, но вместо пара часть нефти сжигается для нагрева окружающей нефти.
Иногда в пласт вводят поверхностно-активные вещества ( детергенты ), чтобы изменить поверхностное натяжение между водой и нефтью в пласте, мобилизуя нефть, которая в противном случае осталась бы в пласте в виде остаточной нефти. [4]
Другим методом снижения вязкости является закачка углекислого газа .
Третичное извлечение позволяет извлечь еще 5–15 % нефти из пласта. [3] На некоторых месторождениях тяжелой нефти в Калифорнии закачка пара удвоила или даже утроила запасы нефти и конечную нефтеотдачу. [5] Например, см. нефтяное месторождение Мидуэй-Сансет , крупнейшее нефтяное месторождение Калифорнии.
Третичное извлечение начинается, когда вторичное извлечение нефти недостаточно для продолжения адекватной добычи, но только тогда, когда нефть все еще может быть извлечена с прибылью . Это зависит от стоимости метода добычи и текущей цены на сырую нефть. Когда цены высокие, ранее нерентабельные скважины возвращаются в эксплуатацию, а когда они низкие, добыча сокращается.
Использование микробной обработки — еще один метод третичного восстановления. Специальные смеси микробов используются для обработки и расщепления углеводородной цепи в нефти, что облегчает ее извлечение. Это также более экономично по сравнению с другими традиционными методами. В некоторых штатах, таких как Техас, существуют налоговые льготы для использования этих микробов в так называемом вторичном третичном восстановлении. Очень немногие компании поставляют эти микробы. [ quantify ]
Количество извлекаемой нефти определяется рядом факторов:
Когда породы-коллекторы «плотные», как в сланцах , нефть, как правило, не может течь через них, но когда они проницаемы, как в песчаниках , нефть течет свободно.
Хотя восстановление скважины не может быть известно наверняка, пока скважина не прекратит добычу, инженеры-нефтяники часто определяют предполагаемое окончательное восстановление (EUR) на основе прогнозов темпов падения на годы вперед. Используются различные модели, математические методы и приближения.
EUR сланцевого газа трудно предсказать, и можно выбрать методы добычи, которые, как правило, недооценивают падение добычи скважины сверх разумного уровня.
Рабочие, занимающиеся добычей нефти и газа, сталкиваются с уникальными проблемами в области охраны здоровья и безопасности и признаны Национальным институтом охраны труда и здоровья (NIOSH) приоритетным сектором промышленности в Национальной программе исследований в области охраны труда (NORA) для выявления и предоставления стратегий вмешательства в отношении проблем охраны здоровья и безопасности труда. [6] [7] В период с 2003 по 2013 год годовой уровень смертельных случаев на производстве значительно снизился на 36,3%; однако количество смертельных случаев, связанных с работой, в нефтегазодобывающей промышленности США увеличилось на 27,6%, при этом общее количество смертей составило 1189, поскольку численность рабочей силы выросла за этот период. Две трети всех смертельных случаев среди рабочих были связаны с транспортными происшествиями и контактом с предметами или оборудованием. Более 50% лиц, получивших смертельные травмы, были наняты компаниями, обслуживающими скважины. Контроль рисков включает политику безопасности наземного транспорта и инженерный контроль , такой как автоматизированные технологии. [8]
В 2023 году Центр по контролю и профилактике заболеваний опубликовал данные о 470 погибших работниках в период с 2014 по 2019 год. [9]
При сжигании нефти и газа в воздух выделяется углекислый газ . Ископаемое топливо , такое как нефть, ответственно за 89% выбросов CO2 . [10] Выбросы углерода вызывают изменение климата , что негативно влияет на безопасность людей, повышая уровень моря и ухудшая погоду.
Нефть также может стать причиной разливов нефти , которые загрязняют океан . [11]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )