Как делают бензин и масло: дело – труба

Чтобы найти залежи «черного золота», сначала проводят сейсморазведку. Искусственно вызванные сейсмические волны уходят на несколько километров вглубь Земли, часть отражается, наталкиваясь на слои породы, часть преломляется и идет дальше.

По поведению волн делают выводы о структуре недр. На разработанном ЛУКОЙЛом Уньвинском месторождении (под Пермью) для возбуждения волн используют взрывы. Территория в 223 км² поделена на квадраты 250×250 м. По продольным линиям бурят скважины для закладки зарядов, поперек прокладывают кабели с сейсмоприемниками, собирающими информацию, которая приходит из-под земли. Мощность каждого заряда, заложенного на глубину несколько метров, – около 400 г.

Современные технологии позволяют вести работы без вреда для растений: компактные буровые установки буксируют снегоходами.

В районе разведки проложено 750 таких «кос» с датчиками, длина каждой 300 м. Данные поступают в центр обработки, в итоге формируют трехмерную модель структуры почвы.

Глубина залегания нефтенесущего пласта меньше, чем длина скважины. Если первый параметр составляет 1700–1900 м, то второй достигает 2500 м. Финальный отрезок, забой, идет горизонтально, вдоль слоя, богатого полезными ископаемыми. Толщина слоя всего несколько метров, и ствол шахты нужно вывести точно в него, пробурив перед этим более 2000 м! Угол наклона набирают постепенно: примерно с 14º на отметке 800 м до 60–70º к 2200 м. Его задают настройками на долоте бура. Сами трубы в стволе также скрепляют под углом. Длина каждой 9–11 м. После спуска в шахту ее прикручивают к предыдущей секции и цементируют по всей длине. Состав раствора зависит от характера породы, в которой останется труба.

Никаких подземных озер с «черным золотом», разумеется, нет. Нефть находится в пористой породе, откуда ее вымывают водой под давлением. В добывающих скважинах трудятся мощные электроцентробежные насосы. Штанговые насосы («качалки»), с меньшей производительностью, используют для выкачивания остаточных запасов нефти из слоя. Из-за наклона шахт десяток скважин, занимающих площадь в пару сотен квадратных метров, качает нефть с территории во много раз большей. Такое объединение называют кустом.

Нефтяные скважины прокладывают турбобуром. С винтовым, используемым для бытовых скважин, у него мало общего.

Установленные на поверхности насосы под давлением подают в агрегат буровой раствор (его состав зависит от типа породы), который, попадая на лопатки, вращает турбину. На ее валу установлено долото (на маленьком фото), прогрызающее породу.

Для большей мощности в бур встраивают многоступенчатые турбины, чтобы увеличить крутящий момент. Перемолотая порода подается наверх вместе с отработавшим буровым раствором.

На Уньвинском месторождении, далеко не самом крупном, 60 кустов. У каждого – групповая автоматическая замерная установка, которая контролирует поочередно добычу каждой скважины. А дальше нефтесодержащая жидкость уже единым потоком идет на станцию очистки.

Нефть оставляет на стенках труб асфальтопарафиновые отложения. Для их ликвидации в скважинах используют лебедку Сулейманова. Ее устройство просто: трос опускает на заданную глубину скребок, после чего вытягивает его обратно. Такую механическую обработку повторяют до шести раз в сутки.

Поднятая на поверхность нефть первым делом проходит очистку. С помощью двух стоящих друг за другом сепараторов из жидкости выделяют газ, который поступает для дальнейшей обработки на компрессорную станцию. Смесь воды и нефти насосы нагревают в теплообменниках. Без этой процедуры не обойтись, так как добавленный для лучшего расслоения деэмульгатор бессилен при низкой температуре. В отстойниках, каждый объемом 200 м³, жидкость окончательно разделяется: воду используют повторно, а нефть через резервуары-хранилища по трубопроводу отправляют на перерабатывающий завод.

Первой поступающее на НПЗ сырье принимает электрообессоливающая установка. Здесь в нефть снова добавляют пресную воду, на сей раз – для растворения солей, вызывающих коррозию оборудования. Начальную грубую очистку будущее топливо прошло еще при добыче, параллельно с обезвоживанием. Электродегидраторы под высоким напряжением отделяют соленую воду от нефти. Для более эффективного расслоения применяют деэмульгаторы.

Атмосферно-вакуумная трубчатка (язык сломаешь!) отвечает за разделение нефти на фракции с разными температурами кипения. Используемый метод – многократное испарение и конденсация. Компоненты выделяются путем перегонки в атмосферных и вакуумных колоннах, а нагревают сырье в трубчатых печах. Мощность печей составляет 120 МВт (примерно половина загрузки средней по размерам гидроэлектростанции), а за циркуляцию жидкости отвечают 86 насосов.

Попутные нефтяные газы – побочный продукт добычи жидкого топлива. Отдельный блок установок окончательно осушает их и сжимает в компрессорах. В них же газ смешивают с маслом, необходимым для снижения температуры и уплотнения зазоров. Вполне закономерно, что потом летучее топливо вновь ждет очистка в сепараторе. Смазка уходит на очередной круг, а газы, охлажденные до 20–30 ºС, отправляются на завод по изготовлению пропан-бутана.

Среднестатистическая городская АЗС имеет емкости на 20 т топлива каждого вида. Ежедневные суммарные продажи – около 25 т. В период паводков топливо стараются закачать под крышку, чтобы обезопасить подземные резервуары от разрушения из-за давления воды и почвы. В двойных стенках прослойка из азота – для лучшей пожаробезопасности. Негерметичность емкости выявляют по изменению давления газа. Контролирующая электроника зафиксирует также наличие воды или изменение уровня топлива. Если топливораздаточная колонка расположена близко к хранилищу, то всасывающий насос установлен непосредственно в ней. В противном случае применяют напорный агрегат.

Отбор компонентов происходит в ректификационных колоннах. Внизу емкость с сырьем, по всей высоте – тарелки для сбора жидкости. Нагретая печью нефть начинает кипеть и испаряться. Поднимаясь, пар остывает и конденсируется на тарелках. У каждой фракции своя температурная граница, что и позволяет четко отделить их друг от друга. На практике весь процесс разделения происходит не в одной, а в нескольких колоннах.

Компоненты, выделяемые из сырой нефти (слева направо, начиная со второго, первый как раз сырая нефть): гудрон, тяжелый вакуумный газойль, легкий вакуумный газойль, тяжелое дизельное топливо, фракция 300–350º, летнее дизельное топливо, зимнее дизельное топливо, стабильный бензин и три его фракции, отличающиеся друг от друга пределом выкипания.

Дальнейший путь у каждого компонента свой: каталитический риформинг, депарафинизация, крекинг, коксование, изомеризация – процессы, нужные для полной очистки и повышения качества фракций. Затем пути моторного масла и топлива расходятся. Естественно, основная часть сырья идет на производство моторного топлива. Кстати, бензин состоит из восьми – десяти различных веществ, дизель – из трех.

Контроль топлива на заводе не отменяет аналогичной процедуры на АЗС. Пробы берут непосредственно при сливе топлива и позднее из резервуара. Лаборатория подтверждает качество и для контролирующих органов, и для самого оператора заправки. Замер уровня и объема происходит в автоматическом режиме. Есть и проверенный годами метод – с помощью линейки. Горючее практически прозрачное, поэтому планку покрывают химическим составом, который, реагируя с бензином или дизтопливом, приобретает красный цвет.

Канистры для масла изготавливают на месте. Так проще защитить продукт от подделок. Для этих же целей применяют двухкомпонентную крышку, вплавленную в пластик этикетку и индивидуальный номер на каждой таре, по которому определяют дату производства и бригаду. Канистры различаются цветом, который зависит от вязкости масла. При этом бракованный пластик, уходящий на вторичную переработку, сортировать не приходится: его пускают на средний слой, где оттенок не важен. Базовое масло – основа – рождается из российской нефти, а вот присадки к нему в основном импортные. Между сменами типа масла в трубопроводе проводят механическую очистку, чтобы выгнать остатки смазки из системы.

Смешивание компонентов для приготовления топлива доверено точной автоматике. Несмотря на отлаженный процесс и контролируемое качество каждой составляющей, финальные пробы берут регулярно. Готовое топливо поступает в товарные резервуары. Оттуда его забирают железнодорожные и автоцистерны, а часть перекачивают по трубам на многие сотни километров.

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

- Первые следы нефтяных промыслов относят к шестому тысячелетию до н. э. Тогда нефть использовали в строительстве как связующий и изолирующий раствор.

- В 1846 году на меcторождении Биби-Эйбат (вблизи Баку) пробурили первую в мире нефтяную скважину. Добыча началась двумя годами позже.

- Температура воздуха в скважине поднимается в среднем на 3 ºС каждые 100 м. e На звание самой глубокой скважины претендуют три объекта, уходящие в глубину более чем на 12 км. Первой появилась Кольская сверхглубокая (12 262 м). В 2008 году ее переплюнула шахта в Катаре – 12 289 м. А с 2011-го первенствует скважина проекта «Сахалин-1» – 12 345 м.

- Подводные нефтехранилища, применяемые при добыче в море, не имеют дна. По сути, это колокола. Нефть удерживается в них благодаря меньшей, чем у воды, плотности.

- НПЗ производят не только различные сорта топлива и масел. Например, серу, получаемую в процессе очистки нефти, отгружают химическим предприятиям в гранулах или в виде серной кислоты.

- Первые стальные резервуары (цилиндрическая форма, диаметр более 3 м) для хранения нефти и других жидкостей сконструировал в конце XIX века известный русский инженер В.Г. Шухов. Основные принципы их построения используются по сей день.

- Первый российский нефтепровод Балаханы – Черный Город (Баку) построили в 1878 году. Он сделал ненужными перевозчиков нефти, которые ранее транспортировали ценный груз в бочках. Для защиты сооружения вдоль него установили караульные будки.