Основе технологије и технолошки комплекси (који су укључени у струку)

Transcription

1 Tehnički fakultet Mihajlo Pupin u Zrenjaninu Industrijsko inženjerstvo u eksploataciji nafte i gasa Основе технологије и технолошки комплекси (који су укључени у струку) 1. УВОД Predavanja: Doc. dr. sc. Radoslav D. Mićić rmicic@beotel.rs

2 (pl RGNF NAČIN FORMIRANJA OCENE Struktura ocene : Prisutnost : 5 poena ( svaki čas 0,4 boda, ukupno ( bonus ), min. 4 boda ) Kolokvijumi : 5 x 5 = 25 poena ( preko 50% na svakom kolokvijumu, prolaz ) Završni test 40 poena ( više od 50% prolaz ) Usmeni 30 poena ( sa 60 predhodnih poena oslobađanje, min. 50% za prolaz ) ZA PROLAZ 60 poena Učinak : Seminarski rad, smanjuje prag prolaznosti na 50 poena, ili diže ocenu

3 ОД ЧЕГА СЕ САСТОЈИ КУРС УВОД 4 Из историје нафте и природног гаса 4 Светске резерве нафте и гаса 5 Природне битумије 13 Класификација каустобиолита и битумија 14 Петробитумије 15 Теоријски увод везан феномене гасних и течних угљоводоника16 Наука која се бави проучавањем физичких промена 16 Основи технологије-природни закони 20 Основни појмови механике 23 Њутнови закони 23 Димензије и мерне јединице 24 Димензије 24 Мерне јединице 25 Интернационални систем (SI) 25 Основне и изведене јединице 25

4 ОД ЧЕГА СЕ САСТОЈИ КУРС 4 МЕХАНИКА ФЛУИДА Појам и природа флуида Класификација флуида на њутновске и нењутновске флуиде Хидродинамика флуида. Закон континуитета Режими струјања флуида Еквивалентни пречник међуцевног простора Струјање кроз цевне водове Бернулијева теорема Примена Бернулијеве теореме на струјање идеалних и реалних флуида Примена Бернулијеве теореме на гасове Примјена Бернулијеве једначине на мерење брзине струјања Директна мерења Динамичка мерења Gasovite petrobitumije-gasovi Sastav i fizička svojstva gasa 61

5 ОД ЧЕГА СЕ САСТОЈИ КУРС Prednosti i nedostaci naftnih gasova Iz istorije prirodnog naftnog gasa Poreklo, geneza i tipovi ležišta PNG Klasifikacija ležišta prirodnog naftnog gasa Terminologija Sastav i fizičko hemijska svojstva prirodnih gasova Fizičko-hemijske karakteristike ugљovodoničnih gasova Rastvorљivost gasa u nafti i vodi Pritisak zasićeњe naftnog gasa Hemijski sastav PNG iz gasno-kondenzatnih ležišta Hemijski sastav kaptažnih naftnih gasova Poreklo i osobine neugљovodonika u PNG Fizičke osobine prirodnih naftnih gasova

6 ОД ЧЕГА СЕ САСТОЈИ КУРС Kretaњe rezervi PNG u svetu Tokovi proizvodњe PNG u svetu Tečne petrobitumije-nafta Sastav i fizičko hemijske karakteristike nafte Hemijski sastav nafte Fizičko-hemijske karakteristike nafte Toplotne karakteristike Dielektrična svojstva nafte Optička svojstva Razlike u osobinama nafte u okviru naftnog sloja Klasifikacija i karakterizacija nafte Sastav i fizičko hemijske karakteristike slojne vode Fizičko-hemijske karakteristike slojne vode Bušeњe Osnovne postavke i delovi postrojeњa za bušeњe

7 LITERATURA 1. Презентације са предавања (након завршене наставне јединице добијају се презентације) 2. Скрипта предмета (у припреми) DOPUNSKA ЛИТЕРАТУРА:

8 ИСТОРИЈА Људи су се упознали са нафтом пре више од 4000 година. У освит цивилизације, нафта није играла велику улогу у свакодневном животу и технологији. На основу историјских података, може се закључити да су нафту користили Грци, Египћани и Асирци, и то углавном за медицинске сврхе у грађевинарству (асфалт), у производњи мастила, и за војну намену ("Грчка ватра"), као и за расвету и подмазивање точкова на колима Као јефтин извор за добијање горива и нафтних деривата, нафта се користи, тек, у последњих сто година. У овом тренутку, развој технологије и индустрије не може се замислити без употребе нафте и производа који се добијају њеном прерадом.

9 ПРИМЕНА Од нафте се производи гориво за моторе са унутрашњим сагоревањем, гориво за гасне турбине и котлове, уља за подмазивање, битумен за коловозе, чађ за гумарску индустрију, кокс за електроде, као и многи други индустријски производи и роба широке потрошње. Природни гас, гасни кондензат (Associated petroleum gas (APG)), рафинеријски гас, ароматски угљоводоници, течни и чврсти парафини користе се као сировина у петро-хемијској индустрију. Од релативно јефтиних сировина, као што су нафта и гас, производи се сировина за полимере, синтетичка влакна, гуме, детерџенти, алкохоли, алдехиди, и многи други вредни материјали.

10 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Светске резерве нафте и гаса су један од најдрагоценијих извора енергије којима данашње човечанство располаже. Оне су смештене у различитим лежиштима на целој Земљи, но њихова расподела није равномерна. Израз резерве нафте односе се на количину нафте у лежишту (енгл. " Original Oil In Place") које се могу у датом тренутку придобити уз позитивну економску рачуницу. У складу са тиме, нафта се не сматра резервом ако је није могуће економски придобити, тј. Ако су трошкови придобијања већи од износа који је могуће зарадити са добијеним количинама. Посматрајући према земљама које су највећи произвођачи нафте у свету може их се издвојити 8 које данас располажу са највећим доказаним резервама нафте.

11 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ

12 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Саудијска Арабија најпознатији је светски произвођач нафте са приближно четвртином светских резерви те једним од најнижих трошкова производње по барелу. Производи више од 4 гигабарела или 4x10 9 барела (око 600 милиона тона) сваке године (око 17 тона сваке секунде) и још дуго времена представљаће највећег светског извозника нафте. У подземљу се налази још 262 гигабарела доказаних резерви нафте, што би требало достајати за око 65 година производње. Саудијска Арабија има око 80 нафтних и гасних поља, али више од половине резерви садржано је на 8 џиновских поља. Највеће такво поље је Гхавар, које даје више од четвртине производње целе земље. Производња из постојећих сваке године смањује за 5-12 посто, што упућује на потребу откривања нових резерви и побољшања производних капацитета.

13 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Канада је један од највећих произвођача "црног злата", чија је конвенционална производња нафте имала максимум давне Но, производња нафте из специфичних пешчара још расте, и очекује се пораст најмање до године. Према доказаним нафтним резервама, које су процењене на 179,2 гигабарела (милијарди барела) у јануару 2007., налази се на другом месту у свету, одмах после Саудијске Арабије. Више од 95% тих резерви налази се у нафтним Пешчаници откривеним у покрајини Алберти. Веће количине нафте откривене су и производе се још у покрајини Saskatchewan те у приобаљу (engl. offshore ) Newfoundlanda. Укупна производња нафте у Канади износила је 1,2 гигабарела (забележено у 2006.) што осигурава још око 150 година искоришћавања таквих количина. Више од 99% извезене нафте из Канада одлази у САД, и тиме та земља постаје највећи снабдевач Америке тим енергентом.

14 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Иран је друга земља по реду с обзиром на потврђене конвенционалне резерве сирове нафте од 133 гигабарела (око 10% светских резерви). Ако се ту укључе и неконвенционалне резерве, попут битумена, тада и Канада те Венезуела прелазе Иран. Просечна производња износи око 1,5 гигабарела на годину и таквом би се могла одржати следећих 88 година. То представља знатно смањење производње која је одржавана у време док је Ираном владао шах. Такође, САД одржава ембарго на увоз нафте из Ирана, штитећи се тиме од промена на тржишту које може узроковати државна регулација Иранске производње. С друге стране мањак те нафте на светском тржишту свакако узрокује повећање њене цене. САД одржава и политички притисак на ирански нуклеарни програм, што будућност Ирана као светског снабдевача нафте чини врло несигурном.

15 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Ирак је земља са трећим по реду конвенционалним резервама нафте, које су процењене на 112 гигабарела. Упркос изузетним резервама и ниским трошковима производња је врло мала, захваљујући проблемима насталим због савезничке инвазије те земље проведене године. У ствари производња је ограничена у најбољем случају на 0,5 гигабарела на годину. Будући да је политичка нестабилност земље изузетна, у блиској будућности се не очекују знатније промене те количине.

16 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Уједињени Арапски Емирати и Кувајт четврто су светско подручје највећих конвенционалних резерви нафте са 98 (УАЕ) те 97 (Кувајт) гигабарела. Заједничка производња износи око 1,8 гигабарела на годину. Тим темпом производња се може одржати следећих 100 година. Подручје Абу Дабија садржава око 94 посто резерви у УАЕ. С друге стране у Кувајту је већина резерви смештена у пољу Бургана (друго највеће поље на свету, након саудијског поља Ghawar). Кувајт тежи постићи производњу од 4 милиона барела на дан до године, но поље Бурган откривено је још и сврстава се у врло "зрела" поља што ће свакако бити отежавајућа околност у том циљу. Такође, према неким подацима који су незванично доступни из кувајтске нафтне компаније, доказане и недоказане резерве у ствари представљају само половину приказаних те износе 48 гигабарела, што је довољно за још 60 година производње садашњих количина.

17 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Венецуела располаже са 77,2 гигабарела доказаних нафтних резерви, што су највеће резерве неке земљу на Западној полулопти. Према садашњим производним количинама, те резерве ће достајати за још 80 година. Но, Венецуела такође располаже са неконвенционалним резервама налик лежиштима битумена описаним у Канади. У таквим лежиштима доказане су количине од чак 1200 билиона барела што би одговарало укупним светским конвенционалним резервама. Око 267 билиона барела може бити исплативо произведено уз садашње цене и технологију којом располажемо. Такве резерве садржане су у литостратиграфској формацији која садржава катранске пешчанике Ориноко (енгл. "Orinoco tar sands ) који су чак мање вискозни од канадских битуменских пешчара Athabasca. Тиме су доступнији конвенционалним методама производње, но такође се налазе на већим дубинама па се не могу досегнути површинским коповима попут великих количина битумена у Канади.

18 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Сједињење Америчке Државе максимум производње достигле су године. Од године увоз је двоструко већи од домаће производње. Доказане резерве износе нешто више од 21 гигабарела на крају године, што је пад од 46% у односу према години када је "књижено" 39 гигабарела захваљујући истраживању Северне падине Аљаске (енгл. "Alaska North Slope") те открићу неколико нових нафтних поља. Сматра се како су најважније резерве нафте у САД-у откривене, те како производња на бројним пољима иде према крају процена преосталих количина све је тачнија. У складу са тиме производња нафте износила је 4 гигабарела на годину, но смањила се на 1,6 гигабарела почетком С друге стране потребе САД-а износе 7,3 гигабарела на годину. Разлика се покрива увозом понајприје из Канаде те других великих произвођача.

19 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Мексико обухвата количину од око 14 гигабарела резерви нафте. Наравно, процене се разликују од заинтересоване стране, тако да је мексичка влада у јануару објавила податак од чак 100 гигабарела, док је у познатом часопису Oil and gas jounal тај податак смањен на само 12,9 гигабарела. Разлике проистичу из геолошких података, но и политичких разлога. Уставом је као искључиви произвођач нафте изабрана национална компанија Pemex, из чијих се прихода финансира државни буџет (са 60% пореза на приход из нафте). Као резултат тако великих давања из прихода, компанија Pemex нема довољно капитала за истраживање и разраду нових залиха, а нема ни уставно право склапати уговоре са страним компанијама.

20 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Од године највећи део мексичке производње долази из дивовског поља Цантарелл, које је уједно друго највеће светско поље по производњи. Нажалост, примењене су неке технике краткотрајног повећања производње (попут утискивања флуида који се не меша са нафтом као што је азота), но на штету дуготрајног повећања укупног исцрпка. Као резултат утискивања азота, производња је повећана са 1,1 милиона барела на дан у години на 2,1 милион брела на дан у години. Али, у производња је пала за 25% са 2,0 (у јануару) на 1,5 милиона барела по дану (у децембру), а пад производње се десио и у 2007.

21 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ Година Саудијска арабија Иран Ирак Кувајт Abu Dhabi Венецуела Дубаји ,35 58,00 31,00 65,40 28,00 17,87 1, ,00 57,50 30,00 65,90 29,00 17,95 1, ,60 57,00 29,70 64,48 30,60 20,30 1, ,40 55,31 41,00** 64,23 30,51 21,50 1, ,00 51,00 43,00 63,90 30,40 24,85 1, ,00 48,50 44,50 90,00** 30,50 25,85 1, ,80 47,88 44,11 89,77 31,00 25,59 1, ,57 48,80 47,10 91,92 31,00 25,00 1, ,98 92,85** 100,00** 91,92 92,21** 56,30** 4,00** ,97 92,85 100,00 91,92 92,20 58,08 4, ,00** 93,00 100,00 95,00 92,20 59,00 4, ,00 93,00 100,00 94,00 92,20 59,00 4, ,00 93,00 100,00 94,00 92,20 62,70 4, ,00 132,00 115,00 99,00 92,20 78,00 4, ,30 136,30 115,00 101,50? 80,00?

22 СВЕТСКЕ РЕЗЕРВЕ НАФТЕ

23 СВЕТСКИ ПОТРОШАЧИ НАФТЕ Првих 15 потрошача нафте према (такође према стању у јуну 2008.) су: САД (19,70 милиона барела дневно), Јапан (5,40), Кина (4,90), Немачка (2,71), Бразил (2, 38), Русија (2,20), Канада (2,00), Индија (2,00), Француска (1,96), Мексико (1,93), Италија (1,87), В. Британија (1,70), Шпанија (1,50), С. Арабија (1,36) те Индонезија ( барела нафта на дан). 1 barrel [US, petroleum] = liter

24 ПРИРОДНЕ БИТУМИЈЕ Све стене које изграђују земљину кору деле се на основу начина постанка у три групе: Магматске Седиментне Метаморфне Седиментне стене у чији оквир спадају и природне битумије, деле се на основу настанка на стене које су настале на сувом-континенталне и стене које су настале под водом-подводне стене (речни, језерски и морски седименти).

25 ОБРАЗОВАЊЕ ПОДВОДНИХ СЕДИМЕНАТА Образовање подводних седимената може настати на три начина, те разликујемо три основне врсте таквих стена: Кластичне (механогени седименти) Хемијске (хемогени седименти) Органске (органогени седименти) Стене органског порекла или биолити постале су од нагомиланих остатака животиња и биљака, те се деле на групу зоогених и биогених стена.

26 КАРАКТЕРИСТИКА СТЕНА ОРГАНСКОГ ПОРЕКЛА Неке стене оорганског порекла, као на пример: коралски, бриозојски и други кречњаци, дијатомејска земља идр. Нису запаљиви. Насупрот њима, у земљиној кори постоје и органогене стене које су у својој су по својој структури формиране од угљеника и његових једињења. Такве стене су запаљиве и могу да сагоревају па представљају фосилна горива. Према особини да ли могу да горе или не, Х.Потоније (H.Potonié), је поделио стене органског порекла на каустобиолите,.тј.органогене стене које горе и акаустобиолите, стене које не горе.

27 КЛАУСТОБИОЛТ Реч каустобиолит је састављена из грчких речи каусто-горући, биос-живот и литоскамен. H.Potonié је такође предложио поделу каустобиолита на три основна реда: Сапропелити Хумолити Липтобиолити

28 H.Potonié подела: Према H.Potonié У ред сапропела спадају, природни горући гасови, нафта и природни продукти њеног преображаја као асфалт и озокерит. У ред хумулита спадају угљеви, што значи да овај ред обухвата многобројне органске мате H.Potoniéрије биљног порекла у свим степенима њеног преображаја од биљног органског остатка до чистог угљеника или графита. Липтобиолити представљају продукте преображаја неких специфичних органских материа, претежно биљног порекла, као што су смоле, воскови, балзам, стерини, полен и сл. У ову групу каустобиолита спадају минерали из групе јантара и смола.

29 НЕДОСТАЦИ ПОДЕЛЕ Главни недостатак ове поделе је што она у основи није генетска, с обзиром да се угљеви образују из хумуса и из сапропела. С друге стране угљоводоници и смоласте материје које граде нафту, такође се образују из сапропелног и из хумусног материјала.

30 ОСТАЛЕ ПОДЕЛЕ Полазећи од овако постављених схватања о постанку каустобиолита И.М.Губкин их дели у две основне групе: Угљеве Битумије Под појмом битумија, H.Hefer подразумева природне горуће гасове, нафту и такве чврсте битумије, које су генетски везане за нафту. Угљеви, према материјалу од кога су настали могу бити: хумусни или хумулити, сапропелити и липтобиолити.

31 САСТАВ БИТУМИЈА И УГЉЕВА У састав битумија и угљева улазе исти хемијски елементи који се налазе и у живој материји: угљеник, водоник, кисеоник, азот и сумпор. Но и поред тога, битумије се разликују од угљева по многим особинама, па и по количинском односу биогених елемената који улазе у њихов састав, а нарочито по односу угљеника према водонику.

32 РАЗЛИКЕ ИЗМЕЂУ БИТУМИЈА И УГЉЕВА У битумијама је тај однос креће у уским границама и то од 6 до 8, док у хумусним угљевима тај однос варира од За групу сапропелита и липтобиолита тај однос износи од 7-10, те ови угљеви чине тиме, прелаз између хумусних угљева и битумија. Група битумија се разликује од угљева и по начину појављивања у земљиној кори, као и по начину формирања својих лежишта, што је у ствари последица суштинских разлика. Битумије се по органској теорији стварају поступком битумизације, који се састоји у разлагању органске материје, нарочито масноћа, без присуства кисеоника, под специфичним условима и њеном преображају у нафту и остале битумије.

33 ПОДЕЛА КЛАУСТОБИОЛИТА И БИТУМИЈА У суштини за сада коначна и права генетска класификација каустобиолита не постоји, услед још недовољног познавања генезе свих каустобиолита. Из овог разлога често се употребљава класификација, заснована на физичким особинама каустобиолита. По тој класификацији сви познати каустобиолити деле се на: 1. Гасовите (горући гасови-нафтни, угљени и остали) 2. Течне (нафта) 3. Чврсте (угљев, асфалти, озокерити )

34 ПОДЕЛА На IV светском петролејском конгресуодржаном у Риму 1955 године била је предложена следећа класификација каустобиолита или битумија:

35 I Петробитумије (растворљиве) Природни нафтни гас Сирова нафта Природни асфалт Озокерит Асфалтит

36 II Kеробитумије (нерастворљиве) Органске материје из нафтних матичних стена Кероген Фосилне микроалге III Угљевите материје-карбобитумије (нерастворљиво) Тресет Лигнитн Угаљ Антрацит

37 Петробитумије Представљају смешу угљоводоника и материја, које по правилу имају угљоводонични карактер и садрже извесне количине сумпора, кисеоника и азота. Петробитумије се срећу у природи у три агрегатна стања: чврсте, течне и гасовите. Чврсте и течне битумије су растворљиве у угљендисулфиду и хлороформу.

38 ПРИРОДНИ НАФТНИ ГАС Природни нафтни гас, као представник гасовитих петробитумија, састављен је од угљоводоника, који се кондензују при температури од 20 о С и атмосферском притиску (метан, етан, пропан, бутан ). Поред ових угљоводоника у гасу могу се налазити у мањим количинама и тежи угљоводоници (пентан, хексан ), као и азот, угљендиоксид, сумпорводоник, племенити гасови и можда водоник. У природним подземним условима нафтни гасови могу бити и у течном стању.

39 ЧВРСТЕ И ТЕЧНЕ ПЕТРОБИТУМИЈЕ Сирова нафта је течна петробитумија. Предлаже се да се нафтом сматра она петробитумија која се налази у течном стању на температури од < 20 о С. Природни (неутрални) асфалт је чврста петробитумија, која се налази у житком и чврстом стању на температури >20 о С. У Француском нафтном институту (L'Institut Français du Pėtrole) узимају се да се сировом нафтом може сматрати она петробитумија, која садржи >50% уљних компоненти, а асфалтом < 50%.

40 ЧВРСТЕ ПЕТРОБИТУМИЈЕ Озокерит је такође чврста петробитумија. Боја озокерита варира од жуте до тамномрке (браон) и има тачку топљења између о С. Озокерит се састоји углавном од угљоводоника са микрокристалном структуром, у којима се налазе мале количине течних компонената. Асфалтит је црна и тамномрка (браон) петробитумија, са тачком топљења преко 110 о С. Асфалтит се доста добро раствара у угљендисулфиду и хлороформу, а само делимично у тетрахлоругљенику.