¿Cómo se extrae el petróleo en alta mar?
Hoy en día, todavía hay muchas áreas en el mundo que aún no se han explorado o que no se han explorado por completo. La exploración de petróleo y gas en estratos profundos y en partes de aguas profundas del océano acaba de comenzar. y se descubrirán yacimientos de petróleo y gas en los yacimientos de petróleo y gas ya explotados. La cantidad de petróleo crudo que se puede recuperar mediante la aplicación de tecnología de recuperación mejorada de petróleo en China también es muy grande. Todo esto indica que la ciencia y la tecnología del petróleo y el gas; La extracción tendrá mayor desarrollo.
El petróleo es un mineral fluido enterrado a gran profundidad. Inicialmente, la gente llamaba petróleo a los minerales líquidos oleosos producidos en la naturaleza, a los gases combustibles los llamaba gas natural y a los minerales oleosos combustibles sólidos los llamaba asfalto. Con el estudio en profundidad de estos minerales, la gente se dio cuenta de que son compuestos de hidrocarburos en términos de composición y causa y efecto entre sí en origen, por lo que colectivamente se les llama petróleo. En septiembre de 1983, el XI Congreso Mundial del Petróleo propuso que el petróleo es una mezcla compleja de compuestos de hidrocarburos sólidos, líquidos y gaseosos y pequeñas cantidades de impurezas que existen en la naturaleza. Por tanto, la extracción de petróleo también incluye la extracción de gas natural.
El papel del petróleo en la economía nacional El petróleo es una importante fuente de energía. En comparación con el carbón, tiene una alta densidad energética (el calor de combustión del petróleo del mismo peso es 50 veces mayor que el del carbón estándar). , transporte y almacenamiento convenientes y ausencia de contaminación a la atmósfera debido a la combustión. Pequeñas ventajas. El fueloil extraído del petróleo es el principal combustible para diversos hornos en el transporte, calderas de centrales eléctricas, industria metalúrgica y de materiales de construcción. El gas licuado de petróleo y el gas canalizado son combustibles de alta calidad para los residentes urbanos. Los aviones, tanques, barcos, cohetes y otras naves espaciales también consumen grandes cantidades de combustible derivado del petróleo. Por ello, muchos países han clasificado el petróleo como material estratégico.
Desde la década de 1970, el petróleo ha superado al carbón y ocupa el primer lugar en la estructura de consumo energético mundial. En 1979, eran 45. Se espera que esta situación no cambie significativamente a principios del siglo XXI. Los productos derivados del petróleo también se utilizan ampliamente como lubricantes para diversas maquinarias. El asfalto es un material importante para las carreteras y la construcción. Los productos petroquímicos se utilizan ampliamente en la agricultura, la industria ligera, la industria textil, la medicina y la salud y otros sectores, como las fibras sintéticas, los plásticos, el caucho sintético y otros productos, y se han convertido en necesidades en la vida de las personas.
En 1982, la producción mundial de petróleo fue de 2.644 millones de toneladas y la de gas natural de 1.5829 millones de metros cúbicos. Desde 1973, tres aumentos de los precios del petróleo y una disminución de los precios del petróleo en 1982 han provocado importantes fluctuaciones en la economía mundial (ver Industria mundial del petróleo).
Métodos de acumulación y desplazamiento de petróleo y gas: después de que el petróleo y el gas se generan en la corteza terrestre, existen en un estado disperso en las capas de petróleo y gas. Después de la migración, ingresan al yacimiento y se acumulan en forma geológica. trampas con buenas condiciones de conservación para formar petróleo y gas tibetano. En una estructura geológica, puede haber múltiples yacimientos de petróleo y gas combinados en campos de petróleo y gas.
Yacimientos Los yacimientos son formaciones rocosas que almacenan hidrocarburos y permiten el paso de los mismos. Los espacios en el embalse incluyen espacios porosos entre fragmentos de roca, fisuras en grietas de rocas, cavidades formadas por la erosión, etc. La porosidad generalmente está relacionada con la sedimentación, las fisuras están relacionadas principalmente con la deformación estructural y las cavidades a menudo están relacionadas con el karst antiguo. El tamaño, la distribución y la conectividad de los huecos afectan el flujo de hidrocarburos y determinan las características de la producción de petróleo y gas (ver Geología del desarrollo del petróleo).
Inundaciones de petróleo y gas Durante el proceso de producción de petróleo, el petróleo y el gas fluyen desde el yacimiento hasta el fondo del pozo, y desde el fondo del pozo hasta la boca del pozo. Principalmente los yacimientos de petróleo impulsados por agua, el cuerpo de agua circundante es abastecido por el flujo de agua superficial para formar una cabeza hidrostática; ② el impulso elástico del agua, la expansión elástica del cuerpo de agua cerrado circundante y el impulso del gas disuelto, la reducción de la presión; disuelto en el aceite para escapar Se expande cuando sale; ④ accionamiento de la capa de gas, con la existencia de una capa de gas, la presión del gas en la capa de gas disminuye y se expande; ⑤ accionamiento por gravedad, drenaje del petróleo por gravedad;
El agua se puede reinyectar o utilizar para prevenir la contaminación ambiental. Reducir las pérdidas ineficaces (ver recolección y transporte de petróleo y gas en yacimientos petrolíferos).
La relación entre diversas disciplinas y tecnologías de ingeniería en la extracción de petróleo se muestra en la figura.
Extracción de petróleo
Desarrollo de la tecnología de extracción de petróleo La extracción y aplicación a gran escala de petróleo y gas natural se ha producido en el último siglo. Estados Unidos y Rusia iniciaron sus modernas industrias de petróleo y gas en la década de 1850. Otros países van un poco más tarde. El desarrollo de la tecnología de extracción de petróleo está estrechamente relacionado con el desarrollo de las matemáticas, la mecánica, la geología, la física, la ingeniería mecánica, la electrónica y otras disciplinas. Se puede dividir a grandes rasgos en tres etapas:
El período que va desde finales del siglo XIX hasta la década de 1930 es la etapa inicial. Con la llegada del motor de combustión interna, surgió una necesidad urgente de petróleo. El principal signo tecnológico de esta etapa es el uso principal de la extracción de energía natural. En ese momento, la tasa promedio de recuperación de petróleo era solo del 15 al 20%, la profundidad de perforación no era grande y los únicos medios para observar el yacimiento de petróleo eran simples termómetros, manómetros, etc.
La segunda etapa es la etapa de desarrollo de la industria petrolera.
La segunda etapa, desde finales de los años 30 hasta finales de los 50, estuvo marcada por el establecimiento del sistema teórico de desarrollo de yacimientos petrolíferos. Los contenidos principales incluyen la formación de la mecánica de rocas como base teórica de la ingeniería de perforación; ② el establecimiento básico de la física de yacimientos y los sistemas de mecánica de filtración, y el uso generalizado de la tecnología minera de inyección de agua para complementar artificialmente la energía de los yacimientos. La Unión Soviética adoptó ampliamente la tecnología de inyección temprana de agua para mantener la presión de la formación, lo que aumentó el factor final de recuperación de petróleo del 15-20% en la década de 1930 a más del 30%. También desarrolló tecnología de registro con registro eléctrico como núcleo y perforación. Más de 4.500 metros Tecnología de perforación de pozos ultraprofundos. La tecnología de estabilización del petróleo basada en la teoría del equilibrio de las fases del petróleo y el gas se ha utilizado ampliamente en el proceso de recolección y transporte de yacimientos petrolíferos. Básicamente se ha establecido el sistema de ciencia aplicada y tecnología de ingeniería relacionado con el desarrollo y utilización de yacimientos de petróleo y gas.
La tercera etapa comenzó en la década de 1960, que estuvo marcada por la aplicación generalizada de las computadoras electrónicas y la ciencia y la tecnología modernas en el desarrollo de campos de petróleo y gas, y el rápido desarrollo de la tecnología de desarrollo. Se refleja principalmente en el establecimiento de una variedad de modelos de facies sedimentarias de yacimientos, lo que mejora la capacidad de predecir la heterogeneidad y continuidad de los cuerpos de arena de yacimientos, organizando así los pozos petroleros y el trabajo de desarrollo de manera más económica y efectiva ② Incorporando los conceptos de la física moderna Tecnología nuclear; se aplicó al registro de pozos, formando tecnología de registro radiactivo. Combinada con la tecnología de registro eléctrico original, se formó una serie de nuevas tecnologías de registro de producción, que se pueden utilizar para medir directamente la distribución de petróleo, gas y agua en el yacimiento. (iii) Tenemos una comprensión más profunda de los fenómenos superficiales dentro de los yacimientos de petróleo y gas que desempeñan un papel en el proceso de recuperación de petróleo y gas y las leyes de filtración multifásica en medios porosos. La explicación de estos fenómenos varía de cualitativa a cuantitativa según la física. y se probaron y desarrollaron modelos matemáticos (ver Simulación numérica de yacimientos) y nuevas tecnologías para mejorar la recuperación de petróleo además de la inyección de agua. La tecnología de perforación optimizada basada en la perforación por inyección de agua y la perforación equilibrada se ha desarrollado rápidamente. La velocidad de perforación mejora enormemente. Se pueden perforar varios tipos especiales de pozos, incluidos pozos en racimo, pozos direccionales e incluso pozos horizontales, con lodo de alta calidad para minimizar la contaminación del yacimiento durante el proceso de perforación. ⑤ La aplicación de tecnología de fracturación ácida a gran escala permite muchos; Los yacimientos de petróleo y gas que no tenían valor económico en el pasado, especialmente los yacimientos de gas compacto, pueden ponerse en desarrollo, mejorando en gran medida la utilización de los recursos naturales. Problemas como la producción de arena, la formación de cera y el alto contenido de agua en los pozos petroleros se han resuelto en gran medida (ver producción de petróleo compacto, prevención y eliminación de cera de pozos petroleros, prevención de arena y eliminación de cera de pozos petroleros, control de la relación agua-petróleo). ); (6) Inyectar vapor en el yacimiento de petróleo La aplicación de tecnología de recuperación térmica ha permitido el desarrollo de muchos yacimientos de petróleo pesado (7) La automatización y el monitoreo electrónico de la tecnología de separación de petróleo y gas y la tecnología de procesamiento de gas han reducido el petróleo y; pérdida de gas durante el proceso de transporte de petróleo y gas de la mina a un nivel muy bajo y puede proporcionar productos de petróleo y gas de mayor calidad. más bajos y ofrecer productos de mayor calidad.
Método de elevación de petróleo desde el fondo del pozo hasta la superficie utilizando el propio yacimiento de petróleo o energía artificial suplementaria. A finales de la década de 1850 aparecieron pozos petroleros especializados en la extracción de petróleo. Los primeros pozos de petróleo eran poco profundos y se utilizaban baldes para bombear agua. Posteriormente, a medida que aumentó la profundidad de los pozos petroleros, los métodos de producción de petróleo se volvieron gradualmente más complicados, que se dividieron en dos categorías: método de producción de petróleo por autoinyección y método de producción de petróleo por levantamiento artificial. Este último también incluye el método de producción de petróleo por levantamiento de gas y la unidad de bombeo. Método de producción de petróleo (también conocido como método de producción de petróleo de unidad de bombeo de pozos profundos) de dos tipos.
Método de producción de petróleo por autoinyección: cuando la presión del yacimiento es mayor que la presión de la columna de líquido en el pozo, el petróleo del yacimiento se transporta al exterior del pozo a través de la tubería de petróleo y el árbol de petróleo. La gran cantidad de gas natural asociado en el petróleo reduce la proporción de fluido en el pozo y reduce la presión de la columna de fluido, lo que hace que el pozo de petróleo sea más propenso a explotar. La presión de formación y la relación gas-petróleo (comúnmente conocida como relación petróleo-gas en los campos petroleros chinos) son los dos indicadores principales para medir la capacidad de explosión de los pozos petroleros.
El petróleo y el gas fluyen hacia arriba simultáneamente a lo largo de la tubería del pozo, y su energía se consume principalmente por la gravedad y la fricción. Bajo ciertas condiciones de presión del yacimiento y relación petróleo-gas, existe un rango de flujo óptimo que utiliza completamente la energía, es decir, el rango de producción diaria óptimo cuando el tamaño y la profundidad de la tubería de cada pozo permanecen sin cambios. Esto requiere seleccionar un tamaño de tubería razonable y ajustar el tamaño de la válvula de estrangulamiento de la cabeza del pozo (comúnmente llamada boquilla) para que coincida la productividad del pozo de explosión con la capacidad de suministro de petróleo del yacimiento, asegurando así que el pozo de explosión produzca dentro de la producción óptima. rango.
Para mantener la boca del pozo sellada y facilitar la reparación y el reemplazo de piezas dañadas, la boca del pozo autoventilador está equipada con un dispositivo especial de producción de petróleo, llamado árbol de Navidad (ver imagen en color). . La estructura del pozo de descarga se muestra en la figura. Los pozos de chorro son fáciles de gestionar, tienen una alta producción y un bajo costo, lo que los convierte en un método ideal de recuperación de petróleo. Muchos campos petroleros toman medidas para inyectar agua y gas por adelantado (ver inyección de agua para la producción de petróleo) para mantener la presión del yacimiento y extender el período de autoexplosión de los pozos petroleros.
Método de elevación artificial: añade energía artificialmente al fondo del pozo de petróleo para elevar el petróleo del yacimiento hasta la boca del pozo. A medida que aumenta la producción total de petróleo, la presión de la capa de petróleo disminuye; en los campos petroleros desarrollados mediante inyección de agua, la proporción de producción de agua de los pozos de petróleo aumenta gradualmente, lo que hace que la gravedad específica del líquido aumente. Ambas situaciones reducirán gradualmente la capacidad de explosión. los pozos petroleros. Para aumentar la producción, es necesario adoptar la producción de petróleo por levantamiento artificial (también conocida como producción mecánica de petróleo), que es el método principal de producción de yacimientos petrolíferos. Especialmente en las últimas etapas del desarrollo de yacimientos petrolíferos, existen dos métodos: unidad de bombeo. producción de petróleo y producción de petróleo mediante levantamiento de gas.
Método de producción de levantamiento de gas: inyecta gas desde el anillo de revestimiento o tubería en el pozo para reducir la proporción de fluido en el pozo, de modo que la presión de la columna de líquido en el pozo sea menor que la presión reducida del yacimiento. levantando así el fluido de la tubería o revestimiento. El anillo de la tubería se saca del pozo. Hay dos tipos de levantamiento de gas: levantamiento de gas continuo y levantamiento de gas intermitente. En la mayoría de los casos, se inyecta gas desde el espacio anular de la carcasa y se bombea aceite fuera de la tubería. La recuperación de petróleo mediante levantamiento de gas requiere una fuente relativamente abundante de gas natural para evitar explosiones; no se puede utilizar aire. La presión inicial y la presión operativa del levantamiento de gas varían mucho. Generalmente es necesario instalar una válvula de elevación de gas especial bajo tierra para reducir la presión de arranque, de modo que el compresor pueda funcionar a una presión más baja, mejorando así la eficiencia. Su estructura y principio de funcionamiento se muestran en la figura. Presione el nivel de líquido fuera de la tubería de aceite debajo de la válvula de elevación de gas y el gas ingresa a la tubería de aceite por el orificio A, lo que hace que el líquido y el gas en la tubería se mezclen y se rocíen al suelo. Cuando la presión dentro de la tubería cae a un cierto nivel, la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la tubería cerrará la válvula. El nivel del líquido fuera del tubo puede seguir bajando. Cuando el pozo de petróleo es profundo, se pueden instalar múltiples válvulas de elevación de gas para bajar el nivel del líquido en la zapata de la tubería, reduciendo así en gran medida la presión inicial.
Método de levantamiento de gas:
Después de separar el petróleo y el gas en el pozo de levantamiento de gas, el gas se concentra en la estación de compresión en el área minera, se comprime y se envía de regreso al boca de pozo. Para algunos pozos de baja producción, se puede utilizar el levantamiento de gas intermitente para ahorrar gas, y el levantamiento de gas por pistón a veces se usa en recirculación.
El levantamiento por gas tiene una alta productividad. El equipo de fondo de pozo es simple, no tiene partes móviles, tiene una larga vida útil y es fácil de manejar. Aunque la inversión inicial en estaciones compresoras y tuberías de superficie es mayor, los costos totales de inversión y gestión son más bajos en comparación con unidades de bombeo, bombas eléctricas sumergibles o bombas hidráulicas de pistón. El método de levantamiento de gas tiene un tiempo de aplicación corto, generalmente alrededor de 15-30; el consumo de energía por unidad de producción es alto y se requiere una gran cantidad de gas natural; solo es adecuado para pozos de alto rendimiento y pozos direccionales con fuentes de gas natural; Hay ciertas reservas en áreas con las condiciones anteriores. Cuando la presión del depósito cae a un cierto valor mínimo, no es adecuado para su uso.
Drenaje: un tipo de método de levantamiento artificial (ver método de levantamiento artificial). El método de colocar una bomba en un pozo de petróleo para bombear el líquido producido en el yacimiento a la superficie se denomina método de bombeo de petróleo para abreviar. Las bombas utilizadas en este método se dividen en categorías con varilla y sin varilla según el modo de transmisión de potencia.
La bomba de varilla es la bomba de agua de simple efecto monocilíndrica más utilizada (Figura 1). Su cilindrada depende del diámetro de la bomba y de la carrera y carreras de la misma. Las bombas de varilla se dividen en dos tipos: bombas de varilla y bombas de tubo.
Una unidad de bomba de varilla completa incluye una unidad de bombeo, una sarta de varillas y una bomba (Figura 2).
Método de bombeo de aceite de la unidad de bombeo de aceite
Una unidad de bombeo de aceite convierte principalmente el movimiento circular de la máquina eléctrica (generalmente un motor eléctrico) en un movimiento lineal alternativo, que es impulsado por La varilla de bombeo de aceite y la bomba de bombeo de aceite, hay dos tipos de unidades de bombeo: tipo con viga y tipo sin viga. El primero es el más común, y las unidades de bombeo de cadena utilizadas en algunas minas de mi país pertenecen al segundo (ver imagen). La varilla de bombeo es una varilla que conecta la unidad de bombeo y la unidad de bombeo. Tiene más de mil metros de largo debido a la vibración y la deformación elástica causada por cargas alternas, la carrera del punto de suspensión de la varilla de bombeo es diferente de la carrera. del émbolo de la unidad de bombeo. Gran diferencia. El diámetro, carrera y número de carreras de la bomba de petróleo debe diseñarse, calcularse y optimizarse en función de las características de producción de cada pozo. Instale un separador de gas, un ancla de gas en la entrada de la bomba de aceite, o aumente la profundidad de bombeo de aceite para minimizar el impacto del contenido de gas en el fluido en la cantidad de llenado de la bomba de aceite (es decir, eficiencia volumétrica).
Método de bombeo de aceite
La bomba de varilla es un sistema de peso propio A medida que aumenta la sección transversal de la varilla de la bomba de aceite, la carga también aumenta. Las varillas de bombeo hechas de varios materiales tienen diferentes profundidades de penetración. Hay un límite para aumentar la profundidad de la varilla de bombeo. Lo principal es cambiar el material, el proceso de tratamiento térmico y el nivel de la varilla de bombeo. De acuerdo con la elasticidad de la varilla de bombeo y las características del fluido de formación, al seleccionar el sistema de trabajo, se debe seleccionar una combinación favorable de carrera y número de carreras. La profundidad de trabajo de las bombas de varilla extranjera ha superado los 3000 m y la carga de la unidad de bombeo ha superado las 25 t. El desplazamiento de la bomba está relacionado con la profundidad del pozo. Algunos pozos poco profundos pueden alcanzar hasta 400 m3 por día y, en general, pueden alcanzar los 200 m3. en pozos profundos, sin embargo, la producción del pozo de bombeo se basa principalmente en la capacidad de producción del yacimiento. Las principales ventajas de la unidad de bombeo de varilla son su estructura simple, mantenimiento y administración convenientes. La eficiencia de la unidad de bombeo en pozos medianos y profundos es de aproximadamente 50, y es adecuada para pozos de producción media y baja. Actualmente, más del 85% de los pozos petroleros del mundo se producen mediante métodos de recuperación mecánica, la mayoría de los cuales utilizan bombas de varilla.
Las bombas sin vástago son adecuadas para pozos de profundidad media o pozos profundos y pozos inclinados con gran producción. En aplicaciones industriales existen bombas eléctricas sumergibles, bombas hidráulicas de pistón y bombas hidráulicas de chorro.
Una bomba electrosumergible es una bomba centrífuga multietapa conectada directamente a un motor eléctrico. Los cables de alimentación proporcionan energía a los motores de fondo de pozo que accionan bombas centrífugas que bombean fluidos desde el pozo a la superficie. Dado que el conjunto de bomba se utiliza dentro de una carcasa, la bomba tiene un diámetro limitado y, por lo tanto, tiene una forma alargada (Figura 3). Para evitar que los fluidos del fondo del pozo (especialmente agua) entren en la armadura y provoquen fallas en el motor, se requieren dispositivos de sellado especiales y se instalan dispositivos de protección en la conexión entre la bomba y el motor. El desplazamiento de la bomba está limitado por el tamaño del pozo y la elevación está determinada por el número de etapas de la bomba, las cuales dependen de la potencia del motor. Las bombas eléctricas sumergibles son adecuadas para pozos petroleros con producción de líquido media o alta, petróleo ligero o crudo acuoso y poco gas y arena. Generalmente, el desplazamiento diario es de entre 100 y 1000 m3, la elevación está dentro de los 2000 m, la eficiencia es alta y se puede utilizar en pozos inclinados. La construcción del fondo del pozo es relativamente simple, la gestión es conveniente, el período sin mantenimiento es largo y la eficiencia de la bomba es de alrededor de 60; sin embargo, no es adecuada para pozos con alto contenido de gas y pozos con fluidos corrosivos. debe ajustarse después de que el fondo del pozo esté en el fondo del pozo, y el costo de los componentes de la bomba es relativamente alto, y la operación y el mantenimiento hacia arriba y hacia abajo son más complicados.
Método de bombeo
Bomba de pistón hidráulico La bomba de superficie inyecta líquido para impulsar el motor hidráulico subterráneo para impulsar la bomba de fondo de pozo para bombear el líquido fuera del pozo. El principio de funcionamiento de la bomba de pistón hidráulico es similar al de la bomba de varilla, excepto que el movimiento alternativo se realiza mediante un motor hidráulico y una válvula de inversión (Figura 4). Hay dos tipos de bombas de pistón hidráulico: de simple efecto y de efecto simple. De doble efecto. La bomba de superficie utiliza una bomba de émbolo de alta presión. Hay dos procesos: proceso abierto. La estructura de una sola tubería utiliza petróleo crudo de baja viscosidad como fluido motriz, lo que no solo puede reducir la resistencia a la fricción de la tubería, sino también reducir la viscosidad del petróleo bombeado y puede mezclarse con el fluido producido extraído del suelo. . Proceso cerrado. Utilice aceite liviano o agua como fluido impulsor, agregue lubricantes e inhibidores de corrosión al agua, circule automáticamente sin mezclar con el fluido de salida y solo agregue una pequeña cantidad durante la operación. Las bombas de pistón hidráulico pueden funcionar en un solo pozo o construir un grupo de bombas para gestión centralizada. Tienen una amplia gama de desplazamientos, que van desde decenas de metros cúbicos hasta miles de metros cúbicos por día. Son adecuadas para pozos profundos y de gran elevación. pozos, pozos de petróleo pesado y pozos inclinados. La ventaja es que el desplazamiento se puede ajustar arbitrariamente, la tubería de aceite no se levanta al levantar la bomba y la operación y gestión son convenientes. La eficiencia de la bomba puede alcanzar más de 85. La desventaja es que es necesario construir tuberías de alta presión en el suelo y procesar el fluido de potencia, lo que aumenta el costo de construcción y gestión del pozo.
Métodos de bombeo
Bomba Hidrojet Bomba con boquilla y difusor (Figura 5). La bomba de chorro hidráulica no tiene partes móviles, tiene una estructura simple, de bajo costo y es fácil de manejar. Sin embargo, la eficiencia es baja, no superior a 30-35, lo que resulta en una diferencia de presión de producción demasiado pequeña y solo es adecuada. para pozos de alta presión y alto rendimiento. Generalmente, solo se usa en la primera fase de la bomba de pistón hidráulico, es decir, cuando la presión del pozo de petróleo es alta y el desplazamiento es grande, cuando la presión disminuye y el desplazamiento disminuye, se usa la bomba de pistón hidráulico.