«История нефтегазового дела»

«История нефтегазового дела»
Л. 3 Энергетические ресурсы человечества. Роль нефти и газа в жизни человека. Что
такое нефть и нефтепродукты. Нефть в древние века и средневековье. Мировая
нефтяная и газовая промышленность в 18-19 веках.
Роль нефти и газа в жизни человека.
Биологическая потребность человека – 300 г условного топлива в день.
Современные затраты на одного человека в развитых странах – 13 тонн у.т. и расход энергии
(в среднем в мире) удваивается каждые 10 лет.
Единица условного топлива - топливо с низшей удельной теплотой сгорания 29,3 МДж/кг.
1 кг каменного угля = 29,3 МДж или 7000 ккал.
Международное энергетическое агентство (IEA) приняло за единицу нефтяной эквивалент,
обычно обозначаемый аббревиатурой TOE=1 т нефти, дающей при сгорании 41,868 ГДж или 11,63
МВт·ч.
Применяется также — баррель нефтяного эквивалента (BOE): 1 TOE = 7,11, 7,33 или 7,4 BOE
Природный газ часто измеряют в британских тепловых единицах (БТЕ) или в британских тепловых
условный единицах (DTU) 1 млн. БТЕ = 28,263682 м³ = 1 BTU ≈ 1054,615 Дж
«Если страны лишаются энергетических ресурсов, их материальное благосостояние
падает»
П.Л. Капица
Различают возобновляемые (1) и невозобновляемые (2) природные источники энергии:
(1) – Солнце, ветер, геотермальная энергия, приливы и отливы, реки
(2) - уголь, нефть, газ и др. горючие ПИ.
Рассмотрим природные источники энергии.
Энергия Солнца. – лучевая форма энергии - рассеянный вид энергии. На 1 м2
поверхности З. выпадает ~ 160 Вт солнечной радиации. Для использования ее надо
собирать с большой поверхности. КПД фотоэлектрических преобразователей низок (около
25 %). Атмосфера Земли мешает отбору энергии, поглощая часть солнечных лучей. Еще
больше влияет смена дня и ночи.
Выход – космические солнечные батареи. Там на ед. поверхности поступает в 10 раз
больше Q. Передавать полученную энергию предлагается с помощью лазера или СВЧизлучателя. Но даже запуск на орбиту такой станции потребует энергии, которая окупится
через 30 лет при безаварийной работе станции.
Энергия ветра. – преобразованная лучевая энергия Солнца - в результате
неравномерного нагревания поверхности З. возникает движение воздуха относительно
поверхности.
Энергию ветра используют давно – ветряные мельницы.
Ветряные электрогенераторы появились в 90-х годах 19 в. В Дании. В современной
Дании доля ветряной энергии в общем энергетическом балансе страны составляет 50 %. В
США первая ветряная электростанция построена в 1980 г в Нью-Гемпшире.
Предполагается, что если использовать энергию ветра по максимуму, то это покроет
25 % мировых запросов на энергию. И станции строят в Австралии, Великобритании,
Канаде, Китае, Нидерландах, Швеции и др. Чем меньше страна, тем это выгоднее, так как
это местный источник энергии.
Мощность современных турбин неплохая – до 600 кВт (раньше – до 75КВт), КПД
около 50 %, себестоимость снизилась с 1990 года на 40 %.
В настоящее время на ветряных электростанциях вырабатывается около 0,5 % от
общего объема мирового производства электроэнергии.
В России ветровые ресурсы (6,2 трлн.КВт∙ч) сконцентрированы вдоль морских
побережий (Северный Ледовитый океан, Черное, Балтийское, Каспийское моря), так как
нужна скорость ветра не более 20 и не менее 0 м/с –. Планируется строительство
Калмыцкой, Тывинской, Магаданской, Приморской станций.
Геотермальная энергия. – появляется в глубинных слоях за счет радиоактивного
распада элементов и химических реакций (взаимодействия молекул и уплотнения
структуры вещества). Так как скорость отдачи тепла с поверхности ниже, то тепло
медленно накапливается – несколько градусов в 10 млн лет. Пока не установится
равновесие в разности температур:
50 км от поверхности – 700-8000С
500 км
- 1500-20000С
1000 км
- 1700-25000С
Мощность получающегося потока энергии при преобразовании ее в электрическую в
30 раз больше совокупной мощности всех электростанций мира (явно занижение, так как
некоторые единичные вулканы вырабатывают больше человечества).
Можно получать геотермальную энергию в двух видах:
1) Паротермальная энергия, запасаемая горячей подземной водой и паром (1003500С);
2) Петротермальная – тепло сухих горных пород.
В России паротермальные электростанции построены на Камчатке – Паужетская
(11000 кВт) и Паратунская (700 кВт). Есть в Японии, Новой Зеландии, Исландии, но одна
сложность – горячая вода залегает на глубинах до 2 км, что требует затрат на бурение и
обустройство.
Для добычи петротермальной энергии есть проект: нужно пробурить 2 наклонный
скважины на несколько км, чтобы достичь нужной температуры. Затем взрывом их
соединить, затем в одну закачивать холодную воду, а из другой получать горячую. Так как
скважины нужны сверхглубокие, то такие проекты выгодны пока только в районах с
термоаномалиями, где на каждые 100 м температура повышается на 30-400.
По геотермальным Водам электростанции есть во многих странах Японии, Новой
Зеландии, Исландии, китае, Мексике, США. В России подсчитаны утвержденные запасы
гидротерм: Сев.Кавказ (53,6 тыс. м3/сут), Камчатка (82,5 тыс. м3/сут), З.Сибирь (15,1 тыс.
м3/сут), Дальний восток (13 тыс. м3/сут), В.Сибирь (6,0 тыс. м3/сут).
Энергия приливов и отливов. – результат воздействия на земные моря и океаны
притяжения Луны и Солнца. Вода при этом в среднем поднимается на 1 м, но в некоторых
местах (сужения побережной линии) – атлантич побережье Канады – 18 м, пролив ЛаМанш – до 15 м, побережье Охотского моря – до 13 м.
На З. мало мест, где можно построить приливные электростанции, но они построены
в Баренцевом море – Кислогубская ПЭС (800 кВт), во Франции (240 кВт), планируется на
Кольском п-ове (до 40 тыс. кВт), Мезенском заливе Белого моря и Пенжинском –
Охотского моря.
Стоимость такой энергии выше, чем энергии ГЭС, так как станции сложнее и дороже
в строительстве.
Энергия рек. - энергия падающей воды, которая вращает турбины, преобразующие
механическую энергию в электрическую. Энергия возобновляемая, так как имеет
солнечное происхождение – вода совершает кругооборот за счет Солнца.
Ресурсы гидроэнергии России оценены в 1 млрд.т условного топлива в год – 10 %
мировой гидроэнергетики. Братская ГЭС на Ангаре (4,5 млн. кВт), Красноярская (6 млн.
кВт), Саяно-Шушенская (6,4 млн. кВт).
Недостаток – отрицательные экологические последствия в следствие затопления
территорий.
Атомная энергия. – образуется при распаде радиоактивных элементов. В ядерных
реакторах создают зоны концентрирования радиоактивных элементов – горячую зону, от
которой тепло отводит теплоноситель, например, водяной пар, который вращает турбины
и вырабатывает электроэнергию.
1 г ядерного топлива эквивалентны примерно 2,7 т условного топлива (угля).
В мире количество АЭС составляет порядка 70, на которых работает около 430
энергоблоков. Сейчас стараются не строить новые станции, а модернизировать
имеющиеся, добавляя энергоблоки и совершенствую конструкции и выводя из
эксплуатации старые.
Доля АЭС в энергобалансе стран следующая:
Франция – 75 %
Великобритания, Болгария, Словакия – по 50 %
Украина – 44 %
Ю. Корея – 43 %
Япония – 36 %
Канада – 35 %
Швейцария – 33 %
США – 20 %
Россия – 14 % и т.д.
Энергия угля. – 75 % мировых ресурсов угля находятся в недрах трех государств –
США (445 млрд. т), Китай (272 млрд. т), Россия (202 млрд.т). – все севернее 300
сев.широты.
Уголь широко применялся в энергетике до середины 20 в. С 50-х годов 20 в. доля
угля в энергетическом балансе почти всех стран мира стала сокращаться, уступая место
более дешевым и эффективным нефти и газу.
В топливно-энергетическом балансе России на долю угля приходится 12 %, при этом
добывается 227 млн. т. в год. В других странах: Китай – 1352, США – 913, Индия 310,
ЮАР – 220 млн. т. На сегодня израсходовано лишь 2 % мировых ресурсов угля.
Т.о. уголь – топливо будущего. Из него можно получать горючий газ и жидкое
топливо, но энергия из него дороже, чем из нефти и газа.
Энергия нефти и газа. – преимущества нефти и газа – высокая теплота сгорания и
относительная легкость использования.
Сравнение теплоты сгорания 1 кг горючих ископаемых, в МДж
нефть
Газ, 1 м3
антрацит
Бурый
дрова
уголь
46
36
34
9,3
10,5
Основное преимущество – в транспортировке: перевезти 1 кг нефти дешевле, чем 5 кг
бурого угля. И для перевозки нефти и газа используют трубопровод, что исключает затраты на
погрузку-разгрузку, простои, ликвидацию загрязнения экологии.
Ресурсы ограничены. Пик мировой добычи придется на 2020 г, затем наступит стабилизация
на несколько сот лет.
Что такое нефть и нефтепродукты для человечества.
Сейчас экономика любого государства зависит от нефти больше, чем от любого
другого продукта. 80-90 % нефти в мире перерабатывают в различного вида топлива и
смазочных материалов.
В России первые промышленные установки по перегонке нефти были собраны на
Кавказе братьями Дубиниными в 1821-23 гг. В Англии – 1848 г., США – 1860 г.
До середины XIX в. применение находил только осветительный керосин (1800
350 С). Бензин и тяжелый остаток сжигали как отходы.
С изобретением в XIX в. двигателя внутреннего сгорания легкие нефтепродукты
стали основным топливным сырьем для транспортных средств.
В 1876 г. Менделеевым была обоснована возможность получения из мазута
смазочных масел.
С 1910 г. с внедрением перегонных установок непрерывного действия началось
широкомасштабное развитие нефтегазовой отрасли.
Около 8 % добываемой нефти (в основном в виде бензина и газов нефтепереработки)
идет на химические цели:
полимерные материалы;
синтетический каучук – на покрышки 1 автомобиля – до 25 кг, а на самосвал
«БелАЗ» - 2 т;
сажа;
синтетические волокна,
ПАВы и моющие средства,
удобрения,
лекарства,
ядохимикаты
химические реактивы (серная кислота, растворители..).
Газ идет на производство метанола, формальдегида и далее – пластмассы, можно
производить из газа хлороформ, четыреххлористый углерод и др. хим. реагенты.
Из газа получают сырье для полимеризации пластмасс – этилен, пропилен,
многоатомные спирты. Из определенных видов газа получают сероводород (мембранные
технологии), серу, а затем серную кислоту.
На отходах переработки нефти и газа хорошо растут микроорганизмы и получается
белковая биомасса.
В каждой стране стараются применять то топливо, которого в избытке. Так, в
Бразилии 20 % автомобилей работают на спирте из сахарного тростника. На Филиппинах
дизеля работают на кокозине из мякоти кокосовых орехов, а во Вьетнаме – из скорлупы
кокосовых орехов.
В России растет применение газа как моторного топлива. В чем достоинства:
 газа много, значительно больше, чем нефти;
 выхлопы безвреднее;
 ОЧ выше (105), чем у бензина, что повышает ресурс двигателей;
В России ряд марок вертолетов летают на пропан-бутановой фракции, получаемой
из попутного газа. Предполагается перевод части авиации на сжиженный природный газ.
Таким образом можно сказать, что не смотря на расширение применения
нетрадиционных возобновляемых источников энергии, в обозримой перспективе нефть и
газ останутся основными энергоносителями во всех странах мира. А химическая
промышленность никогда без них не обойдется (заменить можно только биомассой).
Краткая историческая справка применения нефти в древние века и
средневековье.
Происхождение слова «нефть».
Мидийское «нафата» - вытекающий, просачивающийся. Мидия – государство (IX-VI
века до н.э.) между современными Азербайджаном и Ираном. Персы завоевали это
государство, слово переняли и изменили на «нефт».
В Средние века в Западной Европе использовали латинское слово «петролеум» каменное масло. В Китае называют «сыя», переводится тоже каменное масло.
На Руси до конца XVII века называли «густа вода горяща», потом «нефть».
Нефть и продукты ее выхода на земную поверхность – асфальты и битумы – давно
известны человечеству. Их использовали как топливо и осветительные средства.
Достоверно установлено, что уже более 6000 лет назад шумерам, населявшим до
вавилонян и ассирийцев территорию между Тигром и Евфратом, был известен вязкий
смолообразный нефтяной битум, образующийся из выступившей на поверхность нефти,
после того как из нее испарились наиболее летучие части. Они называли ее esir, что
означает светящаяся вода.
Шумеры использовали его как вяжущее и уплотняющее вещество. Там, где жили
шумеры, было мало природных строительных материалов - дерево и камня. Поэтому
шумеры возводили свои постройки из кирпича, который приготовляли из смеси песка,
глины или гравия и битума ( около 35% ). Этот кирпич обладал поразительной
прочностью.
Огромные сооружения городского типа, обнаруженные при раскопках вавилонских и
ассирийских поселений, удалось воздвигнуть только благодаря широкому применению
природных битумов. Битум применялся для постройки зданий, мостовых - прообраза
наших асфальтовых дорог, каналов, для укрепления берегов рек и искусственных
водоемов.
Применяли нефть и для лекарственных целей. Битумными мазями лечили чесотку и
нарывы, а длительными "ваннами" в нефтяных лужах пытались избавиться от болей в
суставах.
Гиппократ (IV-V век до н.э) советовал использовать нефть не только в мазях, но и при
болезнях желудка и желчного пузыря жевать пилюли из нефтяного битума.
В 1541 г испанские конкистадоры сообщали, что индейцы растираются нефтью
«укрепляет ноги и снимает усталость».
Стоит сказать о целебных свойствах нафталанской нефти (Азербайджан).
Жидкую нефть, как показывают археологические раскопки, уже тогда использовали как
горючее в светильниках. Философ Страбон (64-24 гг до н.э.) писал, что в Вавилонии
нефть жгут в светильниках вместо масла. Он же « жидкий асфальт, называемый нефтью,
отличается странными природными свойствами: если нефть поднести близко к огню, то
она загорается, если придвинуть к огню намазанный нефтью предмет, то последний
воспламенится. Потушить водой горящую нефть нельзя, так как она начинает гореть еще
сильнее…. но ее можно заглушить глиной, уксусом, квасцами и птичьим клеем…»
Так же в 18 веке до нашей эры знали нефть и в Китае. Для ее добычи там строились
специальные нефтяные колодцы. Китайцы употребляли нефть для освещения, как
лекарство и в военных целях. Китайские воины из "огненных повозок" бросали горшки с
горящей нефтью в ряды врагов.
Во время своих походов грекам и римлянам стали известны многие месторождения нефти
в Малой Азии. Римляне привозили нефть и битум к себе на родину и использовали их так
же, как и покоренные ими народы. У греков и римлян нефть, кроме того, применялась для
военных целей.
Уже давно были известны огненные стрелы, острия которых обматывались паклей,
пропитанной нефтью, а в 7 веке нашей эры византийцы создали так называемый
"греческий огонь". " Возьми чистую серу, нефть, винный камень, смолу, поваренную соль,
деревянное масло; хорошенько провари все вместе, пропитай этим составом паклю и
подожги. Такой огонь можно погасить только песком или винным уксусом" - так
написано в одном из многочисленных рецептов, которые греки хранили в глубочайшей
тайне.
Позднее арабы, познакомившиеся с достижениями соседних народов, тоже узнали о нефти
и внесли значительный вклад в развитие методов ее переработки. Около 950-го года арабы
построили первые установки для перегонки нефти. Они делали перегонные кубы из
обожженной глины или свинца.
2. Нефтепродукты.
Первый известный нефтепродукт – асфальт. Этот термин ввел Геродот (примерно 450 год
до н.э.) «асфалес» - прочный, крепкий – так обозначали горную смолу или битум
используемую для укрепления наконечников стрел и копий.
В древней Индии битумом заливали дно бассейнов.
Ной осмолил свой Ковчег снаружи и изнутри природной смолой – асфальтом.
Асфальт использовался в древнем Вавилоне при изготовлении одного из чудес света –
висячих садов Семирамиды – как гидроизоляцию.
Наиболее старые участки Великой китайской станы построены на природном битуме.
Шумеры, Вавилоняне, Ассирийцы, и даже индейцы майя и ацтеки строили асфальтовые
дороги.
Когда погибли великие цивилизации из-за варваров из Европы, асфальт как строительный
материал не использовался до 19 в. Только в 1832-35 годах первые дороги и тротуары
были построены во Франции.
Были споры – вредны ли асфальтовые дороги для лошадей. В Лондоне на
асфальтированной улице провели наблюдения: за 36 дней из 468000 лошадей упало 201 и
«падая лошади не стирают себе кожу на коленях». Асфальт победил.
В России первые асфальтированные дороги – 1839 г, Одесса - проложил Борно К.И.,
владелец первого асфальтового завода. В 1865-66 годы асфальтировали терассы Зимнего
дворца, дороги, площади и тротуары Петербурга. Далее1869-73 годы – Крондштадт, Рига,
Москва, Киев, Харьков, Тамбов…
Современные дороги – на основе битума окисленного при 239-3400С, процесс разработан
в 1896 г.
Осветительное масло – «фотоген» или «керосин». Первое название предложил
австрийский химик Рейхенбах К., который получил светлую фракцию перегонки дерева,
торфа и угля.
Первые промышленные установки по перегонке нефти были собраны в России:
в 1723 году по приказу Петра I бакинская нефть была подвергнута перегонке в главной
московской аптеке для изготовления лекарственных бальзамов.
в 1745 г предпринимателем Прядуновым на р. Ухте организован перегонный завод,
который перерабатывал до 2000 пудов нефти в год.
Затем на Кавказе братьями Дубиниными возле г. Моздок в 1821-23 гг.
Заводы назывались фотогенными.
США в 1846-47 годах Геснер А. основал завод по перегонке осветительного масла из угля.
Он предполагал, что этот продукт получается из воскообразного вещества в угле и назвал
его восковым маслом (от греческого «керос» - воск) «керосен оил». Осветительное масло
из нефти в США начали получать с 1860 г. и тоже назвали «керосен»
В Англии – 1848 г.
В этот же период Игнатием Лукасевичем была изобретена керосиновая лампа и спрос на
осветительную жидкость резко увеличился.
До середины XIX в. Применение находил только осветительный керосин (180-3500С).
Бензин и тяжелый остаток сжигали как отходы.
С изобретением в XIX в. двигателя внутреннего сгорания легкие нефтепродукты
стали основным топливным сырьем для транспортных средств. Один из них назвали
«бензин» (от арабского «любензави» - горючее вещество). Остаток от мерегонки бензина
и керосина назвали «мазутом» (от арабского «макзулят» - отброс).
В 1876 г. Менделеевым была обоснована возможность получения из мазута
смазочных масел.
С 1910 г. с внедрением перегонных установок непрерывного действия началось
широкомасштабное развитие нефтегазовой отрасли. Но все же на долю нефти
приходилось только 3 % потребляемой энергии.
В 17 веке возрастает спрос на нефть, появляются первые склады. В которых нефть хранилась в
земляных ямах-амбарах глубиной 4-5 метров устроенных в глинистых грунтах. Таким образом,
нефть хранилась до середины 19 века.
Значимым источником энергии нефть стала в девятнадцатом веке. Китобойная промышленность
не могла обеспечить для всех стран мира нужное количество китового жира, применявшегося
тогда для освещения, и был необходим новый источник энергии. Первая нефтяная скважина,
пробуренная в августе 1859 года Эдвином Дрейком (Edwin Drake) в Пенсильвании, ознаменовала
новую эру в истории человечества. Диапазон способов использования нефти возрастал по мере
обнаружения все новых запасов. Изобретение двигателя внутреннего сгорания привело к тому,
что бензиновая фракция нефти стала жизненно важна для работы транспорта. Затем расцвет
авиации потребовал нового горючего, которое также наилучшим образом смогло быть
выработано из нефти. В 1940-х годах изобретение синтетических материалов (таких как нейлон и
полиэтилен), производимых из нефти, привело к развитию индустрии производства пластмасс, для
которой нефть и газ стали сырьем.
3. Выходы горючего природного газа на поверхность земли и горящие факела были
известны давно. Они встречались в Китае, Персии, о. Ява, Бухаре, Азербайджана и Армении.
Известно, что в предгорьях Малого Кавказа за 6000 лет до н.э. горели «вечные огни».
За 200 лет до н.э в Китае были пробиты бамбуковые скважины для добычи газа, его использовали
для освещения, отопления и выварки соли.
Газ использовался для освещения, отопления, приготовлении пищи. Так как газ не умели подавать
на большие расстояния, то наличие единичных источников не влияло на жизнь общества. Но
можно было использовать местно, как, например, в Дагестане на Апшеронском полуострове – в
качестве маяка для моряков.
В 18 веке были открыты способы получения искусственного газа непосредственно у мест
потребления, что и положило началу широкого использования газа, английский ученый Мердок
впервые осветил газом свой дом. Начало появляться оборудование для систем газоснабжения.
В России первый завод по производству осветительного газа был построен в 1835 г в Петербурге.
И к 1914 году в Петербурге было газифицировано 3000 квартир.
К началу первой мировой войны практически все страны располагали широкой
газораспределительной сетью, хотя при этом газ являлся искусственным, получаемым из
каменного угля .Развитие технологий и методов получения искусственного газа позволило снизить
его себестоимость и положило началу получения газа как из твердых энергоносителей ,так и из
жидких нефтяных топлив. Появились первые установки по переработки в газ лигроина в США,
Англии, Франции, Италии, ФРГ.
Возможно, что и сегодня использовался бы искусственный газ, но открытие в СССР,США,
Канаде крупных месторождений позволило перейти на природный газ. Единственная не
перешедшая страна – Япония.
Таким образом, до конца 19 века газ не имел такой популярности как в наше время. В Советской
России природный газ стал широко применяться с 50-х годов прошлого века.