Технологические процессы нефтегазового комплекса


Б. П. Елькин, В. А. Иванов, А. В. Рябков









            ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА


Учебное пособие


Подредакцией Б. П. Елькина










Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 622:658.5(075.8)
ББК 65.305.14:30.6
     Е56








Рецензент:
доктор экономических наук, профессор А. В. Воронин







      Елькин, Б. П.

Е56 Технологические процессы нефтегазового комплекса : учебное пособие / Б. П. Елькин, В. А. Иванов, А. В. Рябков ; под ред. Б. П. Елькина. -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 168 с. : ил., табл.
         ISBN 978-5-9729-0782-3

      Представлены базовые понятия, технологические приёмы, операции и процессы нефтегазовой отрасли. Описаны технологии подготовки разведанных месторождений к разработке, процессы бурения скважин и их освоения, аппаратные технологии подготовки углеводородного сырья к транспорту и переработке. Уделено внимание новым разработкам, в том числе бестраншейным способам капитального ремонта трубопроводов и технологии прокладки трубопроводов на труднодоступных территориях. Освещены вопросы управления предприятиями.
      Для студентов вузов нефтегазовых направлений подготовки, а также учащихся колледжей и лицеев экологических, экономических и других направлений.

                                                      УДК 622:658.5(075.8)
                                                      ББК 65.305.14:30.6



ISBN 978-5-9729-0782-3

      © Елькин Б. П., Иванов В. А., Рябков А. В., 2022
      © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                              © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

    ОГЛАВЛЕНИЕ


ПРЕДИСЛОВИЕ..................................................... 5
ВВЕДЕНИЕ........................................................ 6
1.ОБЩИЕПОНЯТИЯОТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИЯХ ........................... 7
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЙ............................. 11
  2.1. Разработка общей теории технологий ..................... 12
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.................... 19
  3.1. Моделирование деятельности.............................. 19
  3.2. Общие положения о календарном планировании (напримерестроительной отрасли) ............................. 21
  3.3. Методы определения времени планируемых работ ........... 23
  3.4. Графики Ганта, построение и возможности................. 25
  3.5. Линейные календарные графики, построение и возможности. 27
  3.6. Модели составления расписаний на компьютере............. 30
      3.6.1. Сетевыемодели(графики), построение и возможности . 30
      3.6.2. Матричное моделирование для составления графиков . 35
4. СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ .......................................... 38
  4.1. Свойства и назначение нефти и газа ..................... 38
  4.2. Основные сведения о залежах УВС ........................ 43
  4.3. Направления деятельности нефтегазовой отрасли........... 49
5. СТРОИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЪЕКТОВ НГО ....................... 53
  5.1. Подготовкаместорождений к разработке ................... 53
  5.2. Бурение скважин ........................................ 57
  5.3. Технологии строительства линейной части трубопровода.... 62
      5.3.1. Подготовка трассы и земляные работы............... 63
      5.3.2. Сварочно-монтажные работы ........................ 65
      5.3.3. Изоляционно-укладочные работы..................... 67
      5.3.4. Преодоление барьерных объектов ................... 70
  5.4. Технологиистроительства насосно-компрессорных станций .. 73
      5.4.1. Общестроительные работы........................... 74
      5.4.2. Специальные строительные работы................... 75
6. ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ............................ 78
  6.1. Методы организации производства......................... 79
      6.1.1. Поточный метод ................................... 81
      6.1.2. Партионный метод.................................. 82

3

      6.1.3. Единичный метод................................. 83
  6.2. Проектирование организации деятельности .............. 84
      6.2.1. Требования к проекту организации строительства . 85
  б.З. Некоторыеособенности ПОС нефтегазовой отрасли ........ 89
      6.3.1. Организация создания дорожной сети при обустройстве нефтегазовых месторождений ............................ 89
      6.3.2. ПОС некоторых объектов Западной Сибири ......... 95
      6.3.3. Назначение и виды стройгенплана................. 98
      6.3.4. Особенности ПОС для линейных объектов ......... 100
7. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЪЕКТОВ НГО ................ 102
  7.1. Технологии подготовки сырья к транспорту и переработке. 102
  7.2. Технологии транспортирования и хранения нефти и газа. 111
  7.3. Поддержание объектов в работоспособном состоянии ...... 116
      7.3.1. Диагностика линейной части трубопроводов ...... 117
      7.3.2. Диагностика оборудования нефтеперекачивающих станций .... 122
           7.3.2.I. Диагностирование технического состояния резервуаров ..................................... 123
      7.3.3. Ремонтные работы на объектах магистральных трубопроводов ........................................ 126
      7.3.4. Ремонтные работы на резервуарах................ 127
      7.3.5. Технологии восстановленияпослеаварий .......... 137
8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В УПРАВЛЕНИИ ПРОИЗВОДСТВОМ............................................... 141
  8.1. Основные понятия управления.......................... 141
  8.2. Технология управления................................ 144
9. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ................................. 151
  9.1. Состояние инновационной деятельности................. 152
  9.2. Инновационные предложения для отрасли................ 155
      9.2.1. Бестраншейный внутритрубный ремонт............. 157
      9.2.2. Бестраншейная переизоляция трубопровода........ 158
      9.2.3. Применение фронтально-козлового трубоукладчика... 160
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................. 162
ПОСЛЕСЛОВИЕ..................................................163
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ............................................ 164

4

    ПРЕДИСЛОВИЕ


     В нефтегазовой отрасли, кроме профильных специалистов нефтегазового дела, заняты сотни и тысячи специалистов, обеспечивающих планомерную и организованную работу отрасли. Поэтому знание этими специалистами основных технологических процессов и ресурсов отрасли - актуальная задача высшей школы.
     Неуправляемое, по большому счёту, человечество постоянно наращивает свою численность, своё техническое и технологическое оснащение, что в конечном итоге чревато последствиями для окружающей среды и для общности людей, поскольку ликвидация последствий воздействия на природу требует определённых затрат, как правило, сопоставимых с затратами на технологии. Это касается всех видов технологий, которыми на сегодня владеет человечество.
     Книга будет полезна студентам экономических специальностей, автомобилистам, менеджерам, энергетикам и прочим только в том случае, если они будут проецировать новую для себя информацию на свою будущую деятельность, экологи - анализировать последствия осуществляемых технологий на окружающую среду, автомобилисты - планировать транспортные перевозки необходимых грузов и т. д.и т. п.
     Книга будет полезна и студентам нефтегазового направления: во-первых, потому что крупными мазками описывает множество технологий отрасли, во-вторых, потому что представляется возможность ощутить свою значимость: «Это я знаю очень подробно».
     Учащимся средних специальных учебных заведений книга поможет выбрать свой путь или отказаться от дороги в нефтегазовую отрасль.

5

    ВВЕДЕНИЕ


     Сущность профессиональной деятельности человека - исполнение какой-либо технологии, направленной на получение продукции. При этом продукция может быть только двух видов - товар и услуга. Поскольку технологии по большому счёту создали человека, развивались и совершенствовались вместе с ним и с человеческим обществом, поэтому в любой области деятельности всегда есть ответ на вопрос, как изготовить (сделать, получить, создать, отремонтировать, усовершенствовать) продукт. Тот человек, то предприятие, которые способны изготовить продукт быстро и с высоким качеством, всегда находятся на передовых позициях.
     В первых трёх главах пособия рассмотрены базовые понятия технологий, их составляющие, технологические приёмы, операции, процессы, а также современные подходы к общей теории технологий. Показаны основные элементы технологий, разделение их на материальные и нематериальные, место технологий в производственной документации при создании объектов отрасли, значение временного фактора при составлении расписаний и в управлении производством.
     В четвёртой и пятой главах представлены технологии создания объектов нефтегазовой отрасли, а также аппаратные технологические процессы подготовки углеводородного сырья к транспорту и переработке.
     Шестая глава посвящена вопросам организации деятельности, без которых никакие технологии не могут быть реализованы с максимальным эффектом. Отдельно рассмотрены вопросы создания экономичных путей сообщения для доставки ресурсов. Приведены примеры решения вопросов организации строительства некоторых объектов отрасли.
     В седьмой главе рассмотрены технологии основного этапа жизни объектов - эксплуатационного: процессы перекачки нефтепродуктов и газа; процессы поддержания объектов отрасли в работоспособном состоянии, в том числе процессы внутритрубной диагностики; способы ремонта отдельных объектов.
     В восьмой главе уделено внимание технологиям, которые являются основой деятельности аппарата управления предприятиями, её руководителей, осуществляющих функции планирования, организации, мотивации, контроля и многие другие.
     Девятая глава раскрывает новые технологии научной школы профессора В. А. Иванова: бестраншейные способы капитального ремонта трубопроводов и технологии прокладки трубопроводов на труднодоступных территориях. Раскрыты проблемы внедрения инноваций в России и этапы принятия решений при внедрении инноваций.

6

    1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИЯХ

                                       Занимайся любимым делом, и ты никогда не будешь работать.
Конфуций

     Мы живём в мире и плену технологий, ежедневно решая десятки разнонаправленных задач бытового и производственного назначения. Под технологией понимают искусство и порядок решения возникающих задач. На бытовом уровне - это заварка чая, приготовление салата, перемещение в пространстве и т.д. и т.п., на производственном - сварка деталей, сборка изделия, перевозка материалов и конструкций, план производства и т.д. и т.п. В конечном итоге, на любом уровне, любая задача реализуется для получения продукции, которая может быть двух видов: товар (чай, салат, деталь, узел, изделие, проект, сооружение и т.п.) и услуга (информация, перемещение, диагностика, ремонт, решение¹ и т.п.).
     Исторически, в конце XVIII века в общем массиве знаний о технике стали различать традиционный описательный раздел и новый, нарождающийся, который получил название «технология».
     Справка. Иоганн Бекман (1739-1811) ввел в научное употребление термин «технология», которым он назвал научную дисциплину, читавшуюся им в германском университете в Геттинге с 1772 г. В 1777 г. он опубликовал работу «Введение в технологию», где писал: «Обзор изобретений, их развития и успехов в искусствах и ремёслах может называться историей технических искусств; технология, которая объясняет в целом, методически и определенно все виды труда с их последствиями и причинами, являет собой гораздо большее»².
     Человечество в процессе эволюции показало, что в любой текущий момент времени оно не способно мириться с постоянством технологий, оно, в силу разных побудительных мотивов, стремится их усовершенствовать с целью получения больше продукции и с более высоким качеством. Представление о том, что мы достигли совершенства, не выдерживает никакой критики, поскольку примитивный ручной труд заменяется на машинный, который развивается в сторону усложнения и автоматизации, всё более отдаляя человека от обрабатываемых материалов, от технологических процессов. Машины начинают выполнять простые функции человеческого мозга.
     Как показала история развития промышленности на основе возникающих и совершенствующихся технологий, только крупное производство, объединяющее десятки, сотни работающих, способно производить необходимое количество товаров и продукции для всё более увеличивающегося численно человечества.

¹ Решение - продукция руководителей, услуга для подчинённых, направленная на успешное выполнение ими заданий.

² Словари и энциклопедии на Академике, https://dic.academic.ru/.

7

Что касается второй составляющей продукции человечества, а именно услуг, то в этом направлении необязательно наличие крупных производств, оказывающих такие услуги как ремонт, профилактику, перемещение в пространстве товаров и пр.
     Технологии оказывали серьёзное влияние на сферы экономики и политэкономии. Следует отметить лишь, что между предприятиями, странами идёт постоянная борьба за овладение современными, производительными технологиями во всех сферах деятельности, начиная от военной и кончая, например, медициной. При этом, используются разнообразные методы получения новых технологий, начиная с научно-производственного поиска передовых предприятий, выпускающих какую-либо продукцию, и до промышленного шпионажа и ему подобных методов.
     Более того, мы лишь коснёмся принципиальных последствий развития технологий, таких как - рост производительности труда, изобилие, распределение продукции, богатство работников, которые оказывают существенное влияние на общественные отношения в обществе. Весьма интересно об этом говорил Д. Гэлбрейт³ [1]. Например, он показал, что в обществе с высоким уровнем жизни расходы, а стало быть, и спрос базируются на менее прочной основе, чем в бедном обществе, что наша экономическая система, под какой бы формальной идеологической вывеской она ни скрывалась, в существенной своей части представляет собой плановую экономику, что в наших мыслях и действиях мы становимся слугами той машины, которую мы создали для того, чтобы она служила нам, что, наконец, современная экономика зависит от профессионально подготовленной и образованной рабочей силы.
     Выводы Д. Гэлбрейта базируются на системном понимании понятия «техника»⁴, под которым он понимал последовательное применение научных и иных видов систематизированных знаний для решения практических задач. При этом он утверждал, что наиболее важное следствие применения современной техники, ...заключается в том, что она заставляет разделить любую такую задачу на ее составные части, что почти все следствия применения современной техники и в значительной мере характер функционирования современной промышленности определяются, прежде всего, этой потребностью расчленения возникающих производственных задач. На рис. 1.1 показаны следствия расчленения возникающих производственных задач (по Д. Гэлбрейту).

³ Д. Гэлбрейт - (1907-2005) профессор Гарвардского университета, считал капиталистическую систему корпоративной, в конце XX века говорил, что теперь экономика не может быть свободной, она подчиняется законам и регулированию государством, считал, что планирование экономики признается как неизбежное условие дальнейшего развития.

⁴ Техника (от греч., искусство, мастерство) - совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. Также техника - совокупная характеристика навыков и приёмов, применяемых в к.-л. сфере деятельности человека, например, техника спортсмена (энциклопедический словарь).

8

     Понятие «техника» чаще всего ассоциируется с понятием «машина», поскольку создаваемые человеческим разумом машины и оборудование представляют собой одно из наиболее изменяемых средств человеческой деятельности.
     Действительно, создание современных сложных конструкций и объектов требует значительных отрезков времени между началом и завершением процесса изготовления, в сравнении со временем изготовления простых, несложных изделий, черенков для лопаты, например.


Рис. 1.1. Проблемы и следствия современной техники

     Растут затраты (капитал): на хранение промежуточных запасов деталей, изделий сложной техники; на перемещение их в производственном цикле; на высокооплачиваемых специалистов по технологии и организации производства; на разработку машин, дополнительного оборудования и инструментов.
     С усложнением решаемых на производстве задач растёт значимость формулы «ВРЕМЯ - ДЕНЬГИ», поскольку требуется увязка параметров формулы для решения множества задач производства сложного изделия.
     Расчленение возникающих производственных задач требует специализированной рабочей силы, которая владеет систематизированными знаниями в конкретной, узкой области деятельности. Более того, необходимы специалисты, владеющие методологией планирования деятельности множества участников производственного процесса, а также специалисты по организации и координации технологических процессов в пространстве и времени. Как утверждает Д. Гэлбрейт: «Необходимость выбора правильного решения (организуя и регулируя) становится тем более настоятельной, поскольку возрастает объем капитала,расходуемого для выполнения этих задач».
     Итак, технология - это многоплановое понятие, характеризующее основу деятельности человека в любой области: это искусство обработки материалов (окружающей среды) для нужд человека и общества, это способы получения необходимых человеку и обществу товаров и услуг (способы достижения целей [Станислав Лем, 1968]), это величайшая база информации, описывающая опыт человечества по преобразованию природы для своих нужд.

9

     Мировая техногенная цивилизация развивает большое количество технологий, от простых до сложных, объединяющих сотни простых технологий, или макротехнологий. Россия - участник этого процесса, к сожалению, из-за несовершенной системы управления наукой в последние годы, из-за отсутствия реальных экономических механизмов стимулирования многие открытия и изобретения россиян стали основой зарубежных технологий и изделий.
     Тем не менее, эксперты отмечают высочайший потенциал российской науки, отдавая ей приоритет примерно в пятой части топ-технологий мировой цивилизации [2]. К ним относятся следующие направления: биотехнологии, информационные технологии, технологии материалов, космические и энергетические технологии, и наконец, нанотехнологии, способные существенно поднять качество обрабатываемых материалов и изделий из них.
     В системе деятельности человечества технологии занимают своё место и это можно представить в виде схемы, рис. 1.2.


Рис. 1.2. Системноепредставлениеместа технологийвдеятелъности

     Наибольшее число людей занято в материально-преобразующей сфере, здесь добываются природные ресурсы, здесь перерабатываются материалы и изготавливаются товары, здесь всё, что сделано и построено поддерживается в работоспособном состоянии, т.е. оказывается услуга.
     Наиболее способные, творческие люди заняты теоретической деятельностью: это область науки, здесь появляются новые знания, новые технологии; это область искусства, здесь реальность превращается в картины, спектакли, книги; это область религии, здесь продолжается «сражение» за умы и «души» людей.


10

     Как правило, самые ответственные люди заняты в социально-формирующей сфере, в школах, колледжах, вузах, здесь формируется будущее, здесь готовятся кадры для общества (государства). Эта сфера у нас вызывает определённую тревогу за будущее, поскольку множество экспертов от науки, от производства отмечают падение качества подготовки молодёжи, начиная со школы и кончая вузами.
     Для производства товаров и оказания услуг люди объединяются в предприятия (социально-экономические системы). И снова вся деятельность насыщена технологиями, которые можно разделить на материальные - область деятельности работников физического труда, и нематериальные - здесь труд умственный. Продукция умственного труда в основном в создании моделей: чертежи, записки, расписания, планы, расчёты и пр., здесь свои технологии. Отметим, что у руководителей предприятий, отделов, участков несколько другая продукция - это РЕШЕНИЯ, которые необходимы для того, чтобы предприятия добивались своих целей, чтобы на всех рабочих местах всё шло наилучшим образом, чтобы человек, как говорил Н. Травкин⁵, стал лучше, профессиональнее и успешнее. А принятие решения - это технологический процесс, подробнее в главе 8.

    Контрольные вопросы

     1. Дайте определение понятию «техника».
     2. Раскройте понятие «технология».
     3. В чём отличие материальных и нематериальных технологий?
     4. Какую продукцию производят специалисты аппарата управления?
     5. Какую продукцию производят руководители?

    2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЙ

                                       ... нет ничего практичнее хорошей теории.
Роберт Кирхгоф, немецкий физик

     На планете Земля ежечасно, ежесуточно производятся миллиарды технологических действий, причём совершенно разных, начиная от бытовых и заканчивая производственными. Возникает вопрос: есть ли смысл в существовании и разработке теории технологий? Существует аксиома, нет ничего более важного для практики, чем хорошая теория, например, как отмечено в эпиграфе. И действительно, при наличии такой теории, принципы, закономерности, модели, аксиомы из одного вида деятельности можно использовать в других сферах, и это практично и эффективно.


⁵ Успешный предприниматель 90-х годов, руководитель строительной организации, инициатор «бригадного подряда», бывший депутат Государственной Думы.

11

    2.1. Разработка общей теории технологий

     Создание не существующего в природе продукта, товара, строительство объектов, оказание разного рода услуг - основы человеческой культуры. База накопленных в этой сфере данных огромна, и она постоянно пополняется, при этом любые действия человека при воздействии на природу, на материалы при их обработке, как правило, имеют свою теорию, например, процесс резания имеет множество теорий: резания металлов, древесины, грунтов. Практически любое отдельное технологическое действие имеет свою теорию: штампование, уплотнение, сварка, выпечка, выступление и т.д. и т.п.
     В последние годы известны попытки создания общей теории технологий. Например, в работах СПбГАСУ, СПбГТУ [3, 4, 5] сделана попытка классифицировать технологии по изменению свойств обрабатываемых материалов. Предложено ЧЕТЫРЕ класса технологий:
     •  процессы, приводящие к уменьшению массы материала в заданном объеме пространства (демонтаж (разборка), резание, черпание и пр.);
     •  процессы, приводящие к нарастанию массы материала, изделия (монтаж (сборка), отсыпка, отливка и пр.);
     •  процессы, связанные с изменением формы или свойства материала (штампование, уплотнение, рыхление, дробление и пр.);
     •  процессы, не связанные с существенным изменением материала (транспортные процессы).
     Действительно, многие технологические приёмы и изобретения применяются в разных видах деятельности, например, изобретение оптоволокна открыло дорогу множеству технологий в связи, в технической и медицинской диагностике, в шпионаже и пр.
     Будет ли эта классификация использоваться, распространяться и развиваться покажет время. Есть и другие мнения.
     Как утверждает Кричевский С. В.⁶ [6], теории технологий не существует. Анализ им этого вопроса показал, что:
     1. Проблема анализа и «инвентаризации» технологий является чрезвычайно сложной, объёмной, трудоемкой.
     2. Общее количество технологий неизвестно (до нескольких десятков миллионов - оценка автора) и очень быстро увеличивается.
     3. Единой системы классификаций и баз данных по технологиям нет⁷.
     4. Есть отраслевые системы баз данных, стандартов по технологиям, где-то, полные и совершенные, где-то неполные и противоречивые.
     5. Есть перечни, справочники наилучших доступных технологий по отраслям.

⁶ Сергей Владимирович Кричевский (род. 9 июля 1955 г.) - российский космонавт-испытатель (в космосе не был). Доктор философских наук, профессор. Военный лётчик 1-го класса, подполковник (1986, с 1998 г. в запасе).

⁷ Одна из попыток классификации технологий приведена выше.

12