Нефтегазопромысловое дело


Серия «Высшее образование»




А.А. Коршак




                НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОЕ ДЕЛО
                Введение в специальность




Учебное пособие

Допущено Учебно-методическим, объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для студентов образовательных организаций высшего образования, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата «Нефтегазовое дело», по представлению Ученого совета Уфимского государственного нефтяного технического университета (выписка из протокола заседания № 905/23 от 26.05.2014 г.)







Ростов-на-Дону

еникс

2017

УДК 622.32(075.8)
ББК 33.36я73
КТК 241
     К70



   Рецензенты:
   профессор кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений Национального минерально-сырьевого университета «Горный», д.г.-м.н. Петухов АА.;
   технический директор ООО «НПП «ВМсистема», д.т.н., профессор Валеев М.Д.


     Коршак А.А.
К70 Нефтегазопромысловое дело : введение в специальность : учеб. пособие для вузов / А. А. Коршак. — Ростов н/Д : Феникс, 201 7. — 350 с. : ил. — (Высшее образование).


    ISBN 978-5-222-27841-3



    В учебном пособии описаны состояние и перспективы развития энергетики, история применения нефти и газа, развитие и современное состояние нефтяной и газовой промышленности России, гипотезы о происхождении нефти и газа. Приводятся современные сведения о мировых запасах и добыче нефти и газа, крупнейших месторождениях мира. Даны начальные сведения о поиске и разведке нефтяных и газовых месторождений, бурении скважин и разработке залежей нефти и газа.
    Книга рассчитана на широкий круг читателей: студентов высших и средних специальных учебных заведений, работников нефтяной и газовой промышленности, а также всех, кто интересуется нефтегазовым делом.

УДК 622.32(075.8)
    ISBN 978-5-222-27841-3        ББК 33.36я73




                              © Коршак А.А., 2014
                              © ООО «Феникс»: оформление, 2015

Введение
   Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) является одной из основ экономики России. Ознакомившись с содержанием данной книги, читатель узнает много интересного, получит целостное представление о нефтяной и газовой промышленности, будет готов к изучению общетехнических дисциплин и, наконец, получит начальное представление об избранной им профессии.
   В книге описаны история применения нефти и газа, развитие и современное состояние нефтяной и газовой промышленности России, взгляды на происхождение нефти и газа. Читатель получит ответ на извечный вопрос о том, надолго ли хватит нефти и газа, узнает, какие месторождения являются самыми крупными в мире, как и чем бурят скважины, что значит добывать нефть и газ и как это делается.
   Автор выражает благодарность преподавателям Уфимского государственного нефтяного технического университета Агзамову Ф.А., Зейгману Ю.В., Матюшину П.Н., Морозовой Н.В., Шамаеву Г.А. за плодотворное обсуждение разделов книги.
   Замечания и пожелания по улучшению ее содержания можно направлять по адресу: korshak-spb@mail.ru

Глава 1


        РОЛЬ НЕФТИ И ГАЗА В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА



1.1. Современное состояние и перспективы развития энергетики
   Если первобытному человеку было достаточно 300 г условного топлива (210 ккал или 8,8 МДж) в день, получаемых вместе с пищей, то сегодня в развитых странах на одного человека в год тратится до 13 т условного топлива. Вследствие научно-технической революции расход энергии во всех ее видах растет, удваиваясь каждые 10 лет.
   На рисунке 1.1 показана зависимость ВВП — внутреннего валового продукта (в долларах США в системе постоянных цен 1993 г.), приходящегося на 1 человека, от потребления энергии (в тоннах условного топлива) на душу населения в различных странах мира в 1968 г. Видно, что эти параметры тесно взаимосвязаны.


т условного топлива/чел.

Рис. 1.1. Связь ВВП с потреблением энергетических ресурсов по странам мира в 1995 г. и эволюция этого показателя для России в 1968-2030 г.

Глава 1. Роль нефти и газа в жизни человека

5

   Следует отметить, что в настоящее время эта прямолинейная зависимость душевого ВВП от потребления энергии на душу населения изменилась: по этому показателю страны мира объединяются в 4 группы. К наиболее передовым относятся Швейцария, Дания, Япония, Австрия, Германия, Франция и Италия. С одной стороны, в них активно проводится ресурсосберегающая политика, а с другой, климат в этих странах далек от сурового.
   Несколько ниже эффективность использования энергии в Норвегии, США, Бельгии, Нидерландах, Швеции, Великобритании, Израиле, Испании, Греции. Частично это объясняется более суровым климатом в некоторых из них (США, Норвегия, Швеция, Великобритания), а частично — меньшей результативностью работ по внедрению ресурсосберегающих технологий.
   В третьей группе находятся Австралия, Колумбия, Россия, Канада, в которых достижения энергосбережения мало изменились по сравнению со второй половиной XX века.
   В группу наиболее отсталых государств входят Индонезия, Пакистан, Ирак, Иран, Венесуэла, в которых рост энергопотребления практически не сказывается на росте ВВП.
   Хотя в конце XX в. в приведенном графике произошли изменения, тем не менее очевиден вывод, сделанный академиком П.Л. Капицей: «Если люди будут лишаться энергетических ресурсов, их материальное благосостояние будет падать».
   В этой связи представляет интерес оценка современного состояния и перспектив развития энергетики.
   Различают возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. К возобновляемым относятся Солнце, ветер, геотермальные источники, приливы и отливы, реки, биомасса. Невозобновляемыми источниками энергии считаются ядро атома, уголь, нефть и газ.

Солнечная энергия
   В минуту Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько за полтора года вырабатывают все электростанции нашей страны. Поэтому проблема освоения этой энергии давно волнует ученых.

Нефтегазопромысловое дело. Введение в специальность

   Пионером использования солнечной энергии считается Архимед, сумевший, по преданию, с помощью зеркал сжечь вражеский флот. В настоящее время в мире построено большое количество установок и целых гелиостанций, питающих различных энергопотребителей: отопительные системы зданий, системы связи, водообеспечения и т.д.
   На рисунке 1.2 приведены данные о суммарной мощности солнечных электростанций (СЭС) в странах мира в 2012 г. Видно, что мировыми лидерами в области солнечной энергетики являются Германия, Италия, Китай, США, Япония, Испания и Франция.
   Достоинствами солнечной энергетики являются: 1) общедоступность; 2) неисчерпаемость источника; 3) теоретически полная безопасность.
   Поэтому выработка электроэнергии на СЭС в мире неуклонно растет: в 2004 г. — 0,01%, в 2006 г. — 0,03%, в 2008 г. — 0,06%, в 2010 г. — 0,15%, в 2012 г. — 0,43% , в 2014 г. — 0,79%, удваиваясь и даже утраиваясь каждые два года.
   Сведения о крупнейших СЭС мира приведены в таблице 1.1.
   В России в настоящее время строится две относительно крупные СЭС: в Ставропольском крае (12 МВт) и в Республике Дагестан (10 МВт).

Рис. 1.2. Суммарные мощности солнечных электростанций в странах мира (2012 г.), МВт

Глава 1. Роль нефти и газа в жизни человека

7

Таблица 1.1
Крупнейшие солнечные электростанции мира

Наименование СЭС       Мощность,   Страна     Год ввода   
                          МВт               в эксплуатацию
Ольмельдия-де-Аларкон     60     Испания         2008     
Пуэртояно                 50     Испания         2008     
Мора                      46     Португалия      2008     
Валдьполенз               40      Германия       2008     
Арнедо                    34     Испания         2008     
Оса де ла Вега            30     Испания         ---      
Трухильо                  30     Испания         ---      
Дон Альваро / Мерида      30     Испания         2008     
Ранчо Циело Солар Фарм    600    США          заморожен   
Топаз Солар Фарм          550    США             2014     
Айвонна Солар Фарм        392    США             2014     

   К сожалению, солнечная энергия относится к рассеянным видам энергии: на 1 м² земной поверхности в северных широтах выпадает в среднем всего около 160 Вт солнечной радиации. Для использования в практических целях ее надо собирать с большой поверхности. Пока низок и КПД фотоэлектрических преобразователей (не более 30%). Кроме того, смена дня ночью, а также нередко встречающаяся облачность резко снижают эффективность солнечных установок, делая получаемую энергию значительно более дорогой, чем при использовании традиционных источников.
   Нельзя забывать и о том, что создание мощных электростанций потребует немалых площадей. Так, 1 кВт установленной мощности СЭС — это 6 м² солнечных батарей, а 1 тысяча — уже 6000 м².
   Специалисты видят выход в создании космических солнечных электростанций (КЭС). Дело в том, что в космосе нет восходов и закатов Солнца, нет облаков, препятствующих прохождению лучей. Поэтому на единицу поверхности космической площадки поступает в 10 раз больше энергии, чем на такую же площадь земной поверхности. Уже сегодня разработаны проекты КЭС массой до 60 000 т с площадью солнечных батарей до 50 км². Поднятая над поверхностью Земли на 36000 км такая станция будет

Нефтегазопромысловое дело. Введение в специальность

иметь мощность 5 млн кВт, т.е. на 1 млн кВт больше, чем самая крупная в Европе Ленинградская АЭС. Станция, выведенная на стационарную орбиту, «повиснет» над одной точкой земной поверхности. Передавать полученную энергию на Землю предполагается с помощью лазеров или сверхвысокочастотного излучения.
   Реализация данного проекта сдерживается тем, что добытая в космосе энергия окупит сгоревшее при запусках ракет (с элементами для монтажа КЭС) топлива только через 30 лет безаварийной работы станции.

Энергия ветра
   Ветер — движение воздуха относительно поверхности Земли — имеет солнечное происхождение.
   Как известно, в зависимости от цвета тела поглощают большую или меньшую часть солнечного излучения. Чем больше степень черноты, тем больше тело нагревается. Поскольку у различных участков поверхности Земли она разная, то под действием солнечных лучей они нагреваются до различной температуры. Соответственно, разную температуру имеют и нижние слои атмосферы. Вследствие этого давление воздуха на одной и той же высоте неодинаково, что и приводит к горизонтальному перемещению больших масс воздуха.
   Использование энергии ветра имеет давнюю историю. Многие столетия воды морей и океанов бороздили парусники, а ветряные мельницы были привычным элементом пейзажа в сельскохозяйственных районах Европы.
   Первые ветряные электрогенераторы появились в 90-х годах XIX в. в Дании. В 2000 г. при помощи ветра производилось 10% необходимого этой стране электричества, в 2014 г.—39%, а к 2030 г. «ветряной» сегмент датской электроэнергетики планируется увеличить до 50%. В США первая относительно крупная ветряная электростанция была построена в Нью-Гэмпшире в 1980 г. Ресурсы же ветряной энергии в этой стране таковы, что способны обеспечить 25% прогнозируемой на конец века потребности США в электричестве. Уже сегодня при помощи ветра в стране

Глава 1. Роль нефти и газа в жизни человека

9

производят количество электроэнергии, позволяющее покрыть 15% потребности одного из крупнейших городов США — Сан-Франциско.
   Ветроэнергетика — наиболее динамично развивающееся направление использования альтернативных источников энергии. Работы по строительству ветряных электростанций ведутся во многих странах, в том числе в Австралии, Великобритании, Канаде, Китае, Нидерландах, Швеции и других странах.
   За последние 10 лет мощность энергетических турбин возросла с 75 до 600 кВт, а их коэффициент полезного действия приближается к 50% (при теоретически возможном — 59%). Себестоимость получаемой на ветровых установках энергии в 1990-е годы снизилась в среднем на 40%.
   Долгое время ведущее место в мире по использованию энергии ветра занимали Соединенные Штаты Америки. Однако в середине 1990-х годов по объему установленных ветроэнергетических мощностей Европа обошла США. Такое распределение мест сохраняется и в настоящее время (табл. 1.2).
   Если в 2008 г. по суммарной установленной мощности ветроустановок Европейский континент был безоговорочным мировым лидером, Северная Америка занимала второе место, Азия — третье, то в дальнейшем ситуация существенно изменилась. Из таблицы 1.2 видно, что, начиная с 2009 г. производство ветряной энергии монотонно росло, а в Европе и Северной Америке — снижалось.


Таблица 1.2

Распределение суммарной установленной мощности ветроустановок по регионам мира в 2009—2013 г.

     Регион        Доля в мировом производстве, %        
                 2009 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г.
Азия              25,9    31,7   35,3    35,4     37,3  
Европа            47,1    43,1   39,7     37,9    37,3  
Северная Америка  24,1    22,4   22,0    23,4     21,6  
Остальной мир      3,0     2,8     3,0     3,3     3,8  

Источник: Key Statistics of World Wind Energy Report. — 2013.

Нефтегазопромысловое дело. Введение в специальность

   В конце концов, в 2013 г. суммарные установленные мощности ветроустановок Европы и Азии сравнялись. На конец 2013 г. ветроэнергетика как сектор энергетики присутствовала более чем в 103 странах мира. Суммарная мощность ветряных электростанций в странах мира составляла 318 529 МВт, в том числе в 10 странах-лидерах (МВт): Китай — 91 324, США — 61 108, Германия — 34 660, Испания — 22 959, Индия — 20 150, Великобритания — 10 531, Италия — 8551, Франция — 8254, Канада — 7698, Дания — 4772 (рис. 1.3).
   Россия также располагает огромными ресурсами энергии ветра — около 6,2 трлн кВт-ч, что почти в 10 раз больше произведенной РАО «ЕС России» электроэнергии в 2000 г. Они сосредоточены вдоль побережья Северного Ледовитого океана, а также в районах, прилегающих к Черному, Каспийскому и Балтийскому морям. В настоящее время установленная мощность ветроэлектростанции (ВЭС) в нашей стране составляет около 13 МВт. Самой мощной является ВЭС в Калининградской области (5,1 МВт), состоящая из 21 установки. Далее следуют Чукотская (2,5 МВт), Башкирская (2,2 МВт), Воркутинская (1,2 МВт), Калмыцкая (1 МВт) и более мелкие электростанции.
   Самый быстрый рост ветроэнергетических мощностей ожидается в Европе, Северной Америке и Китае.
   Безусловными достоинствами ветроэнергетики являются возобновляемость и экологическая чистота. Однако ос

Рис. 1.3. Суммарные мощности ветряных электростанций в странах мира (2013 г.)