Нефть – многокомпонентная жидкость. В ней могут содержаться не только углеводороды, но и соединения серы (сероводород, меркаптаны), различные металлы и пр. В процессе добычи из недр вместе с ценным сырьем извлекается вода и механические примеси. Прежде чем направить нефть потребителям, ее необходимо подготовить. От качества подготовки зависит не только надежность поставок энергоносителей, но и работоспособность оборудования НПЗ.
Нефть: сложнее и глубже
Качество запасов снижается – не только в России, а в целом в мире. Сокращается средняя величина месторождений, усложняются геологические условия. Растет обводненность – на некоторых крупных месторождениях, эксплуатирующихся в течение десятилетий этот показатель может превышать 90% (то есть на каждую тонну нефти будет приходиться девять тонн пластовых вод). Приходится работать даже с залежами толщиной всего в несколько метров.
Но усложнение условий – это нормально.
Нефтяная промышленность возникла более 150 лет назад. Хотя история использования черного золота насчитывает несколько тысяч лет. Его применяли в качестве лечебного средства, им пропитывали одежду (чтобы придать водонепроницаемость), а также – для бальзамирования и в качестве компонента зажигательной смеси.
Первоначально достаточно было найти место выхода нефти (жидкого битума) на поверхность или выкопать колодец, чтобы получить требуемое сырье. В какой-то момент колодцы достигали умопомрачительных для своего времени 50 метров в глубину. Но тут во второй половине XIX века человечеству потребовалось энергоемкое и удобное в использовании топливо. Сначала – для освещения, а потом – для того, чтобы приводить в движение суда, поезда и автомобили.
Начало применяться бурение глубоких скважин. Практически сразу возникли прогнозы, обещавшие скорое исчерпание доступных запасов. Но открывались новые месторождения. А техника и технологии не прекращали развиваться. И нефть, которая еще недавно казалась недоступной, начала вовлекаться в производство.
В начале – труба
Первоначально сырье не требовало какой-то особой подготовки для доставки потребителю. Достаточно было налить нефть в бочку, погрузить ее на повозку, а извозчик знает куда ехать. Как правило – до железнодорожной станции. Но довольно быстро гужевой транспорт перестал соответствовать потребностям молодой отрасли.
Уже в 1863-1865 годах начали активно строиться деревянные трубопроводы. Как отмечает аналитик и историк отрасли Дэниэл Ергин, к 1866 году «трубопроводы соединили большинство скважин в Нефтяном районе [США], отводя нефть в более крупный трубопровод, ведущий к железной дороге».
По сути, в 2026 году исполнилось 160 лет с момента, как трубопроводный транспорт в полной мере стал системным элементом мировой нефтяной отрасли.
В Российской Империи первый нефтепровод Балаханы – Черный город был построен в 1878 году. Его протяженность выглядит скромной по нынешним временам – около 10 км.
Тогда же, в 1860-1870-х годах, складывается актуальная по сей день для мирового рынка триада основных средств доставки нефти: железная дорога, нефтепроводы и морские танкеры. Конечно, существуют автоцистерны, баржи и танкеры, которые перемещаются по рекам, но они обеспечивают перевозку относительно малого объема сырья.
В действительности практически в 100% случаев в начале пути нефти находится труба. И требования к качеству подаваемого в нее сырья значительно выросли за полтора столетия существования мировой нефтяной промышленности.
В нашей стране действуют стандарты, которым подаваемое в трубу сырье должно строго соответствовать. Доведение до этих стандартов производится на промысле, а при транспортировке качество контролируется.
Нефть и товарная нефть
Будет не совсем верно сказать, что из скважины выходит нефть. В действительности – это смесь из нефти, пластовых вод, органических и неорганических газов, механических примесей и минеральных солей (могут присутствовать ванадий, никель, бром, галлий, стронций, йод и т.д.). Эту смесь нельзя подавать для транспортировки. Не имеет значения: отправляется она на нефтеперерабатывающий завод или в ближайший порт, чтобы уйти на мировой рынок.
Сначала извлеченная из недр смесь проходит замерные установки, а следом отправляется на дожимную насосную станцию. Здесь происходит первичное очищение от механических примесей, а также отделение части воды и газов. Далее – следующая ступень сепарации, на которой отводится большая часть воды, а также еще часть газов.
Потом нефть, все еще содержащая воду и некоторое количество примесей, направляется на электродегидраторы (термоотстойники) установки подготовки нефти. Здесь, нагретая до 40-60 градусов по Цельсию, она доводится до тех параметров, которые позволяют отправлять ее на транспортировку. Такая нефть называется товарной. И в ней все еще может содержаться 1,5-2% легких углеводородов (метана, этана, пропана и бутана).
Кстати, вода, отделенная от нефти перед транспортировкой, дополнительно очищается и, как правило, закачивается в пласт (для поддержания давления). Сами по себе пластовые воды на данный момент начинают рассматриваться в качестве потенциального источника полезного сырья (как правило, металлов).
Три группы под контролем
Поступающая из скважины смесь может сильно отличаться в зависимости от месторождения и стадии, на которой находится его эксплуатация, поэтому реальные системы подготовки заметно сложнее описанной выше схемы. Подготовка – процедура энергозатратная, требующая значительного количества специализированного оборудования и расходных материалов (например, деэмульгаторов).
По степи подготовки на промысле товарная нефть разделяется на три группы.
Может возникнуть вопрос: не проще ли поступиться соблюдением этих параметров, не проще ли оставить в нефти побольше воды, солей и т.п., но сократить энергозатраты и сэкономить на оборудовании и специализированной «химии», обеспечивающих очистку?
В таком случае мы, сэкономив энергию на промысле, столкнемся с избыточными тратами при транспортировке, так как вместе с углеводородным сырьем прокачивать придется и «безбилетников» – воду, а также различные примеси. А средняя дистанция прокачки в России составляет порядка 1400 км. Копеечная экономия обернется колоссальной потерей энергоэффективности. И это не единственная проблема.
Вода и нефть образуют эмульсию, вязкость которой будет выше, чем у чистой нефти. А чем более вязким является сырье, тем сложнее и энергозатратнее его прокачивать. По ряду оценок, каждый 1 процентный пункт воды в смеси увеличивает транспортные расходы на 3-5% (на этот показатель во многом влияют физико-химические свойства транспортируемой нефти).
Если воды слишком много, в нефтепроводе могут образоваться ледяные пробки. Кстати, если в нефти осталось избыточное количество газов, то в «трубе» появятся газовые пробки, чтобы этого не происходило, черное золото стабилизируется (то есть из него перед подачей в систему удаляется лишний метан, пропан и т.д.).
Позволив себе вольности в отношении стандартов, мы рискуем столкнуться с выходом из строя оборудования – как у транспортной компании, так и на нефтеперерабатывающем заводе.
В качестве примера можно привести следующую ситуацию. Сероводород реагирует с железом, образуя сульфидную пленку (FeS). Сама по себе пленка может рассматриваться в качестве защитного покрытия, так как она не допустит дальнейшей коррозии. Но если в смеси окажется соляная кислота (HCl), она прореагирует с сульфидной пленкой. В результате образуется хлорид железа и сероводород. Возникает так называемая сопряженная коррозия.
Трубопроводный транспорт для России является основным. Его значимость во многом определяется существенной удаленностью основных месторождений нефти от внутренних потребителей (российскому рынку необходимо примерно 4 млн баррелей в сутки), а также – высокой долей черного золота (и нефтепродуктов) в экспортном балансе.
Кроме того, трубопроводы – это самый дешевый вид транспорта для таких грузов, как нефть и нефтепродукты. Это касается и строительства, и эксплуатации (особенно, если сравнивать с поставками по железной дороге). Использование «трубы» минимизирует возможные потери сырья, что также косвенно связано со строгим контролем его качества при приеме и прокачке.
По трубам поставляется 90% добываемой в России нефти. Общая протяженность нефтепроводов в нашей стране превышает 51 тыс. км (также функционируют еще порядка 20 тыс. км нефтепродуктопроводов, но они не относятся к теме подготовки нефти).
Действующие стандарты и система многоступенчатой проверки поставок гарантирует качество нефти. Сложности могут возникнуть только если поставщики подают некондиционное сырье и при этом изменяют документацию, чтобы оно выглядело соответствующим всем требованиям. К сожалению, такие случаи бывали. И приводили к международным скандалам.
От поставок по «трубе» зависят все основные российские НПЗ. А от соблюдения стандартов при подаче и транспортировке нефти – работоспособность этой инфраструктуры, что напрямую влияет на энергобезопасность страны и наполнение государственного бюджета.