Нефть, просачивающаяся из недр земли на поверхность, известна с глу­бокой древности. Ее издавна применяли при лечении накожных заболеваний, для смазки, освещения и приготовления зажигательных смесей («греческий огонь»).

Геродот, Гиппократ и Аристотель упоминают о нефти еще до начала на­шей эры. Арабский историк Истархис отмечал, что в VIII в. нашей эры в районе Баку для отопления использовали землю, пропитанную нефтью. Однако широкое развитие нефтяной промышленности началось гораздо поз­же — лишь с шестидесятых годов прошлого столетия (12, 14, 100—104].

Нефть представляет собой маслянистую густую жидкость, состоящую в основном из углеводородов, большей частью коричневатого или черного цве­та, хотя встречаются и более светлые виды нефти, вплоть до белой (сурухан-

Ская белая нефть).

Академик И. М. Губкин [14] отмечает, что светлая нефть легче темной, и приводит следующие примерные удельные веса нефти различного цвета:

Белая 0,763

Желтая 0,777—0,798

Интенсивно-желтая 0,792—0,820

Вишнево-красная 0,80^—0,840

Коричневая…………………… 0,798— 0,967

Темно-коричневая или черная окраска нефти обусловлена содержанием в ней большого количества смолистых, углистых и асфальтобразующих ве­ществ.

Происхождение нефти является до настоящего времени спорным. Наиболь­шим признанием пользуется теория органического происхождения, соглас­но которой нефть подобно другим каустобиолитам образовалась из отмерших остатков растений и животных. При этом, по мнению академика И. М. Губ­кина, родина нефти не в пресноводных бассейнах,’ не в болотах, а в области древних мелководных морей, их заливах и прочих частях. И. М. Губкин отмечает большую роль биохимических процессов и давления (500—1000 атм) в пластах, которые потом превратились в нефтеносные горизонты [14].

В противоположность этому Д. И. Менделеев [104] обосновывал обра­зование нефти не из органических веществ, а путем взаимодействия карбида железа с водяным паром. Образование углеводородов в результате этого про­цесса иллюстрируется следующим уравнением

2РеС + ЗН20 = Ре203’+ С.2Н6.

Несмотря на то что в лабораторных условиях при взаимодействии кар­бидов с водяным паром были получены соединения, близкие по своему соста­ву к углеводородам нефти, теория неорганического происхождения нефти, равно как и теории, сочетающие неорганическое и органическое происхож­дение нефти, являются в настоящее время менее признанными, чем теория органического происхождения.

Название «нефть» происходит, по-видимому, от индийского слова «нафата» [62]. В прошлом столетии нефть называли «горное масло», «земляной деготь», «ископаемая жидкая смола» [105], «нефтяное масло», «каменное масло» [14].

В 1723 г., когда Бакинское ханство было присоединено к России, нефтя­ными источниками заинтересовался Петр I. Оп распорядился «прислать бе­лой нефти тысячу пудов, или сколько возможно и поискать мастера».

Для добывания нефти первоначально рыли колодцы. Первая нефтяная скважина была пробурена в Баку па Биби-Эйбате в 1848 г. инженером гор­ного ведомства Семеновым [106]. Однако развиваться бурение на нефть в районе Баку стало лишь 20 лет спустя.

В 1859 г. полковник Дрейк пробурил нефтяную скважину в Пенсильва­нии (США), применив метод, используемый при бурении артезианских сква­жин 1104].

В 1861 г. одна из буровых скважин дала фонтан нефти с суточным деби­том около 300 т.

В 1865 г. мировая добыча нефти составила около 300 тыс. т, в 1875 г. — 1,5 млн. т, в 1885 г. — 4,5 млн. т, в 1895 г. — 14 млн. т.

В 1900 г. мировая добыча нефти составила около 20 млн. т (25 млн. т. у. т.). При этом доля нефти в мировом топливном балансе не превышала 3% [1].

За две трети текущего столетия добыча нефти возросла примерно в 70 раз, а доля нефти в мировом топливном балансе достигла 37% [1].

Рост добычи нефти и увеличение ее доли в мировом топливном балансе показаны в табл. 76.

Увеличение добычи нефти неоднократно вызывало опасение о быстром истощении ее запасов и высказывания о необходимости сдерживать добычу нефти.

Д. И. Менделеев еще в 1886 г., отвечая нефтепромышленнику Л. Э. Но­белю, ратовавшему за сохранение залежей нефти, писал, что эта мысль ему чужда и что «пускай как можно больше выводят, и как можно скорей, на свет божий то, что в недрах земли находится, на продажу и на выгоду Рос­сии». Призывая к увеличению добычи нефти, Менделеев вместе с тем много­кратно энергично подчеркивал настоятельную необходимость борьбы с «пло­хой утилизацией» жидкого топлива и тем более недопустимость сжигания

Без использования «отходов», получаемых при переработке нефти, «как прак­тиковалось и теперь практикуется в Баку» [107].

Возвращаясь к этому вопросу, Д. И. Менделеев отмечал: «Беречь в зем­ле на будущие века бакинскую нефть, как советовали, не расчетливо» [108].

В 1925 г. были опубликованы подсчеты JI. К. Рамзипа, согласно которым мировые запасы нефти должны были быть полностью исчерпаны в течение 22 лет, т. е. к 1947 году [109].

Лауреат Нобелевской премии Д. Томсон писал: «Когда я был еще ребен­ком, в популярных научных работах с ужасом говорили о том дне, когда бу­дут исчерпаны все запасы угля и нефти (тогда этот день почему-то казался ближе, чем сейчас)» [110].

Многочисленные прогнозы о скором истощении запасов нефти не оправ­дались. Несмотря на быстрый рост добычи нефти, ресурсы? кидкого топлива не уменьшаются, а возрастают с каждым днем благодаря разведке новых неф­тяных месторождений.

Помимо того, большие ресурсы битумов, близких по составу к нефти, содержатся в битуминозных песках и сланцах. По-видимому, ресурсы угле­водородного топлива в битуминозных песках примерно вдвое превышают запасы всех месторождений сырой нефти.

Около ста лет тому назад, в 1865 г., в России добывалось около 10 000 т нефти — примерно в двадцать раз меньше, чем в США. В 1893 г. в России было добыто уже столько же нефти, сколько ее добывалось в CILIA [100].

Поразительным назвал В. И. Ленин рост добычи нефти па Кавказе в книге «Развитие капитализма в России», опубликованной в 1899 г. [1111.

В конце прошлого столетия Россия заняла первое место в мире по добыче нефти. Однако в дальнейшем нефтепромышленники в погоне за высокими це­нами на нефтепродукты стали сдерживать добычу нефти в стране.

Максимальное количество пефти в дореволюционной России было добыто в 1901 г. — 11,5 млн. тп. В 1913 г. добыча нефти снизилась до 9,2 млн. in.

Об искусственной задержке производительности скважин и заводов писал в 1913 г. В. И. Ленин в статье «О нефтяном голоде» [112].

Нефть добывали в то время почти исключительно па Кавказе, в районе Баку и в Грозном. К 1917 г. 70 % вложений в нефтяную промышленность принадлежали английскому, французскому и американскому капиталу [113].

В годы гражданской войны и интервенции добыча иофти снизилась еще больше и в 1921 г. составила лишь 3,8 млн. т.

20 июня 1918 г. нефтяная промышленность была национализирована. В 1928 г. добыча нефти достигла 11,6 млн. т и превысила максимальный уро­вень добычи жидкого топлива в стране в 1901 г. (см. табл. 76).

Д. И. Менделеев еще в прошлом столетни неоднократно указывал, что «кроме Кавказа, нашли нефть в Самарской губернии, на Печоре, в Коканс и в Сибири» [104, стр. 70].

«Открыли нефть п па Печоре, и в Самарской губернии, н в Сибири западной н восточной, и в нескольких местностях новых азиатских владешш, п во многих окре­стностях Кавказа,— пусть же одни моста истощатся, найдутся другие; если эксплуа­тация бакинской местности усилится, будут и люди, и средства, и охота для работы

О других местностях» [104, стр. 221].

Однако добыча нефти еще долгие годы продолжала осуществляться в основном только на Кавказе.

В 1929 г. нефть была обнаружена в Верхне-Чусовских Городках, а в 1932 г. было открыто крупное Ишимбаевское месторождение нефти в Башкирской АССР [113].

В 1939 г. XVIII съезд КПСС утвердил третий пятилетий план развитии народного хозяйства СССР, в котором предусматривалось создать в районе между Волгой и Ура­лом новую нефтяную базу — «Второе Баку». Программу нефтедобычи и нефтеперера­ботки обеспечить быстрым развитием геологоразведочных работ и внедрением высокой техники во всех отраслях нефтяной промышленности.

В 1940 г. добыча нефти в СССР превысила 31 млн. т. Из этого количества 6%, т. е. около 2 млн. т, было добыто в Поволжье и на Урале, а в 1960 г. доля нефти, добываемой во «Втором Баку», достигла70% и составила около 90 млн. т. В 1966 г. в этом районе было добыто около 185 млн. т нефти.

Крупнейшие месторождения нефти разведаны в Тюменской области. Центральный Комитет КПСС и Совет Министров СССР 1 признали важнейшей народнохозяйственной задачей создание в ближайшие годы в Западной Си­бири новой крупной нефтедобывающей базы страны и обеспечение добычи нефти в этом районе в 1975 г. в количестве 100—120 млн. т ив 1980 г. 230— 260 млн. т.

Свыше 3U % нефтеносных площадей мира сосредоточено в СССР.

В программе, принятой XXII съездом КПСС в 1961 г., сказано: «Будет последовательно проводиться линия на преимущественное развитие добычи нефти и газа с возрастающим их использованием как сырья для химических производств».

В 1930 г. себестоимость нефти была выше себестоимости угля. Однако в дальнейшем, вследствие открытия уникальпых месторождений нефти в Баш­кирской и Татарской АССР и применения прогрессивных методов добычи жидкого топлива, себестоимость нефти стала ниже себестоимости угля [114].

В связи с этим осуществляемое в стране опережающее развитие нефтяной промышленности даст большой народнохозяйственный эффект.

В 1945 г. доля нефти в топливном балансе страны составляла 15%, в 1960 г. она возросла вдвое и превысила 30%, в 1965 г. составила около36%, а в 1967 г. — 38%.

В 1969 г. добыча нефти в СССР составила 328 млн. т (примерно в 3’5 раз больше, чем в 1913 г., в 10 раз больше, чем в 1940 г., ив 2 раза больше, чем в 1960 г.).

Средний прирост добычи нефти за 1966—1970 гг. составил около 22 млн. т. в год.

Нефть залегает в земной коре, заполняя пустоты горных пород, пропитывая эти по­роды, как вода губку. Главнейшими нефтяными и подземными хранилищами являются пески, рыхлые песчаники, ноздреватые и пористые извествяки и доломиты. Чтобы нефть сохранилась в этих породах, необходимо, чтобы они были перекрыты непровицаемым для нефти глиняным покровом [14].

Схема нефтяного месторождения показана на рис. 18. Черным цветом отмечены слои песка или другие пористые породы, насыщенные нефтью. Поровое пространство залежи над нефтью заполнено сопутствующими иефти углеводородными газами, образующими «газовую шапку» месторождения. Нише нефти расположен слой пористой породы, пропи­танный водой («подошвенная вода»). Выход нефти из месторождения вверх перекрыт ку-

Оіесб нефти ~ — и газе

■ Г/73

Ж

Рио. 10. Схема газлифта

Полом глины или другой непроницаемой для нефти породы, а выход вниз—подошвенной водой.

Нефтяные месторождепия залегают на различной глубипе. Первоначально эксплуа­тировались месторождения с глубиной залегания нефти лишь в несколько десятков мет­ров, а разведанные и эксплуатируемые в последние годы мощные месторождения нефти расположены на глубине нескольких километров.

С увеличением глубины залегания нефти повышается давление в нефтяной залежи и возрастает количество углеводородных газов, растворенных в нефти.

Для разведки нефтяных месторождений применяют ряд геофизических и геохими­ческих методов, излагаемых в специальной литературе, и широко осуществляют разве­дочное бурение. Здесь отметим лишь, что затраты, связанные с разведкой нефтяных место­рождений, составляют заметную часть капиталовложений, привлекаемых для развития: нефтяной промышленности.

Нефтяные скважины первоначально выдалбливали малоэффективным ударным мето­дом, посредством тяжелого долота. Затем стали применять роторное (вращательное) бу­рение, при котором долото, находящееся в забое, вращается посредством двигателя, уста­новленного на поверхности. Двигатель приводит во вращение долото при помощи проме­жуточных механизмов и колонны бурильных труб.

Роторное бурение является более прогрессивным по сравнению с ударным, однако также характеризуется существенными минусами, обусловленными необходимостью вращать длинную колонну бурильных труб, посредством которой осуществляется привод долота на забое скважины от двигателя, установленного на поверхности.

В 1924 г. инженер М. А. Капелюшников, впоследствии член-корреспондент Акаде­мии наук СССР, совместно с инженерами С. М. Болохом и Н. А. Корнеевым предложил осуществлять бурение скважин посредством турбины, укрепляемой на нижием конце бу­рильных труб и вращающей долото.

При этом методе колонна бурильных труб неподвижна и вращается лишь вал тур­бины с долотом. Вращение вала турбины осуществляется посредством напора воды или глинистого раствора — промывочный жидкости, охлаждающей долото и выносящей на поверхность выбуренную породу.

В дальнейшем инженеры М. Т. Гусман, Р. А. Иоанесян, Э. И. Тагиев, II. П. Шу­милов разработали и внедрили прогрессивные многоступенчатые турбобуры, получившие широкое применение в нефтяной промышленности.

Лицензии на право производства турбобуров, разработанных в СССР, были закуп­лены машиностроительными заводами США.

Вслед за турбобурами бурение стали осуществлять также посредством электробуров с двигателями, установленными у забоя скважины, в нижней части бурильной колонны

Труб.

Применение новых прогрессивных методов позволило в несколько раз ускорить бу­рение скважин, снизить стоимость бурения и благодаря этому уменьшить себестоимость нефти.

Большую роль в снижении стоимости жидкого топлива сыграли новые методы добы­чи нефти, внедренные в огромном масштабе на крупных месторождениях.

Наиболее дешевым способом добычи нефти является фонтанный, при котором нефть подается на поверхность за счет давления в пласте и поступает в герметизированную систему сбора.

Однако по мере отбора нефти и нефтепромыслового газа давление в пласте снижается настолько, что нефть перестает подыматься на поверхность. Чтобы продолжать добычу, приходится осуществлять более сложную механизированную эксплуатацию с примене­нием компрессоров или глубинных насосов.

Схема компрессорного метода добычи нефти посредством нагнетания сжатого нефте­промыслового газа («газлифт») показана на рис. 19.

При подаче по внешней трубе газа или сжатого воздуха но подъемной трубе на по­верхность поступает нефть с воздухом.

Компрессорная добыча нефти широко применялась в СССР до 1950 г. Однако вслед­ствие большого расхода энергии, обусловленного низким к. п.д. газлифта, компрессор­ный способ теперь мало применяется. Возможно, что эффективность метода удастся значительно повысить путем создания новых устройств, позволяющих осуществлять подъем нефти при нагнетании меньшего объема воздуха или газа.

При необходимости механизированной эксплуатации нефтяных место рождений в настоящее время обычно устанавливают в скважинах поршневые насосы, видоизме­ненные для работы на больших глубинах [106].

Насосная эксплуатация, связанная с установкой дополнительного оборудования, расходом электроэнергии и большой затратой труда на обслуживание установок, обхо­дится значительно дороже фонтанной добычи нефти.

К тому <е и при применеиии насосов не удается длительное время поддерживать производительность скважин на достаточно высоком уровне. По мере увеличения бора нефти и газа и понижения давления в пласте уменьшается приток нефти к устью скважин, понижается уровень нефти в скважинах и снижается их производительность.

Чтобы извлечь из месторождения большую часть содержащейся в нем нефти, при­ходится бурить много скважин на небольшом расстоянии друг от друга.

Сооружение скважины глубиной в несколько километров обходится примерно в 100 ООО ;>о. п более.

Необходимость бурения и обустройства большого числа скважин и сложность их эксплуатации при насосной добыче нефти сильно удорожают стоимость топлива. К тому же при насосной эксплуатации скважин после «истощения» залежи в пласте остается от 30 до 80% первоначальных запасов нефти. Это резко уменьшает ресурсы жидкого топлива и приводит к удорожанию нефти, так как капиталовложения на разведку нефтяных место­рождений, бурение скважин и обустройство промыслов используются не в полной мере.

Коренное изменение методов добычи нефти, позволившее увеличить ее отбор из плас­тов и вместе с тем резко уменьшить число скважин, было осуществлено путем внепшего воздействия на пласт с целью поддержания давления, требуемого для фонтанной добычи.

V

Рис. 20. Схема «штуриого завод­нения: 1 — эксплуатационные екпажпиы; 2 — нагнетательные склажнны; 3 — лнутренпий контур нефтенос­ Ности; 4 — ннешннй контур нефтеносности

У

Поддержание давления п пластах осуществляют путем пагиоташш воздуха, газа или воды. Особенно широкое распространенно получило поддержание пластового да­вления путем нагнетания воды в законтурную часть месторождения.

Для этого по внешнему контуру месторождения бурят эксплуатационные сква­жины (рис. 20 и 21). За нефтяным контуром бурят ряд скважин 2, но которым и пласт игнетагат воду.

Процесс законтурного заводнения успешно осуществлялся начиная с 1948 г. на мощном Туймазинском месторождении п Башкирской АССР, затем был широко внедреп на других месторождениях. В процессе законтурного заводнения нагнетают 1,7 — 2,0 т воды на 1 т добываемой нефти.

В 1965 г. около двух третей нефти, добываемой в стране, получено хмулътате искусственного поддержания давления в пластах.

Применение прогрессивных методов разведки, бурения скважнп и экс­плуатации нефтяных месторождений позволило повысить производитель­ность труда в несколько раз и снизить себестоимость жидкого топлива. Так, на одного рабочего в нефтедобывающей промышленности приходилось в 1955 г.— 1100 т, а в 1965 г. 3100 т нефти, или 4000 т условного топ­лива. Себестоимость добычи нефти составляла в 1928 г. 107% по отпошешпо к себестоимости добычи угля, и 1958 г.— 23,2%, в 1960 г.— 20,5% п 1965 г. — 16,9% [115, 116].