Технологические основы добычи и переработки топливно-энергетических ресурсов

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 

ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ 

ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ 

РЕСУРСОВ

Ю.Н. ЛИННИК
В.Ю. ЛИННИК
В.Б. ВОРОНЦОВ

Под общей редакцией доктора технических наук,  профессора 

Ю.Н. Линника

Рекомендовано к изданию Ученым советом федерального государственного 

бюджетного  образовательного учреждения высшего образования  «Государственный 

университет управления» в качестве учебника  для обучающихся по образовательным 
программам  направления подготовки 38.03.02 «Менеджмент»  (уровень бакалавриата)

Москва 
ИНФРА-М 

2020

УЧЕБНИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
УПРАВЛЕНИЯ

УДК 553(075.8)
ББК 26.34я73
 
Л59
А в т о р ы:
Линник Ю.Н., доктор технических наук, профессор, профессор Государственного университета управления (разд. III (гл. 11–16), разд. IV);
Линник В.Ю., доктор экономических наук, доцент, профессор Государственного университета управления (разд. II, разд. III (гл. 17), разд. V, тесты);
Воронцов В.Б., кандидат экономических наук, доцент, директор Института отраслевого менеджмента (декан) Государственного университета 
управления (разд. I)

Р е ц е н з е н т ы:
Захаров В.Н., член-корреспондент Российской академии наук, директор Института проблем комплексного освоения недр имени академика 
Н.В. Мельникова Российской академии наук;
Петров И.В., доктор экономических наук, профессор, декан факультета 
экономики и финансов топливно-энергетического комплекса Финансового университета при Правительстве Российской Федерации

ISBN 978-5-16-015474-9 (print)
ISBN 978-5-16-106116-9 (online)
© Линник Ю.Н., Линник В.Ю., 
Воронцов В.Б., 2020

Линник Ю.Н.
Л59  
Технологические основы добычи и переработки топливно-энергетических ресурсов : учебник / Ю.Н. Линник, В.Ю. Линник,  В.Б. Воронцов ; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. Ю.Н. Линника. — Москва : 
ИНФРА-М, 2020. — 457 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — 
DOI 10.12737/1035676.
ISBN 978-5-16-015474-9 (print)
ISBN 978-5-16-106116-9 (online)
В учебнике рассматривается весь комплекс основных вопросов, связанных с геологией, добычей и переработкой природного газа, нефти и угля.
В разделе I описаны: история добычи газа, нефти и угля; современное 
состояние и особенности развития ТЭК; вызовы, стоящие перед нефтегазовой отраслью. Раздел II посвящен поиску и разведке углеводородных 
залежей, гипотезам их происхождения, особенностям залегания и формирования. В разделе III описаны технологии бурения скважин, добычи, 
подготовки и транспортировки нефти и газа, способы увеличения нефтеотдачи и газоотдачи коллекторов. Раздел IV посвящен технологии и механизации разработки угольных месторождений. В разделе V рассмотрены 
вопросы переработки нефти, газа и угля. 
Тестовые вопросы для самостоятельной работы студентов и ответы 
к ним представлены по всем разделам учебника. 
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Для студентов и преподавателей вузов, аспирантов, а также специалистов топливно-энергетического профиля.

УДК 553(075.8) 
ББК 26.34я73

Предисловие

Учебник представляет собой, пожалуй, единственное издание, 
в котором затронут весь комплекс основных вопросов, связанных 
с геологией, добычей и переработкой основных видов топливноэнергетических ресурсов: природный газ, нефть и каменный уголь.
В первом разделе учебника описана история использования 
и промышленной добычи топливно-энергетических ресурсов, рассматриваются современное состояние и особенности развития топливно-энергетического комплекса России, раскрыты внутренние 
и внешние вызовы, стоящие перед нефтегазовой отраслью.
Второй раздел посвящен геологии и геофизике ископаемых 
углеводородных ресурсов, включая гипотезы их происхождения, 
особенности залегания и формирования углеводородных залежей, 
поиск и разведку нефтяных и газовых месторождений.
В третьем разделе последовательно изложены все аспекты, связанные с добычей, подготовкой и транспортировкой нефти и природного газа, включая нетрадиционные способы бурения скважин 
и прогрессивные методы и технологии увеличения нефтеотдачи 
и газоотдачи коллекторов.
Четвертый раздел посвящен технологии и комплексной механизации разработки угольных месторождений как подземным, так 
и открытым способами.
В пятом разделе рассмотрены все основные вопросы, связанные 
с переработкой нефти, газа и каменного угля, в том числе их состав 
и физико-химические свойства, продукты и технологии переработки.
В конце издания по всем разделам учебника приведены значительный объем тестовых вопросов для самостоятельной работы 
студентов и ответы к ним.
Учебник подготовлен на кафедре экономики и управления 
в топливно-энергетическом комплексе Государственного университета управления и адресован студентам и преподавателям 
вузов, аспирантам, а также специалистам топливно-энергетического профиля.
В результате освоения материала учебника студенты будут:
знать
 
• cовременное состояние и перспективы развития топливно-энергетического комплекса России;
 
• геологию и геофизику ископаемых углеводородных ресурсов;

 
• основные технологические процессы бурения скважин для добычи нефти и газа;
 
• технологические основы добычи и транспортировки углеводородных ресурсов;
 
• системы разработки угольных месторождений, технологию и механизацию очистных и подготовительных работ;
 
• инновационные технологии добычи, транспортировки, переработки и использования топливно-энергетических ресурсов;
 
• способы увеличения нефтеотдачи и газоотдачи пластов;
 
• технологические процессы переработки нефти, газа и угля;
уметь
 
• анализировать технико-экономические проблемы и показатели 
эффективности технологических процессов добычи, транспортировки, переработки и использования топливно-энергетических ресурсов;
 
• определять физико-механические свойства пород-коллекторов 
и рассчитывать характеристики разрушаемости угольных 
пластов;
 
• определять баланс энергии работающих нефтяных и газовых 
скважин;
 
• правильно выбирать системы расстановки скважин на месторождении;
 
• определять состав и физические свойства нефти, газа и угля;
владеть
 
• навыками для решения задач профильной деятельности компаний топливно-энергетического комплекса, обосновывая актуальность, теоретическую и практическую значимость предлагаемых решений;
 
• навыками принятия решений по эффективной отработке трудноизвлекаемых запасов нефти и газа;
 
• навыками по подготовке нефти и газа к переработке;
 
• навыками по проведению мероприятий по предотвращению скопления и взрыва метана в угольных шахтах.

Раздел I. 
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ 
И ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ 
ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО 
КОМПЛЕКСА РОССИИ

С развитием цивилизации потребление энергии увеличивается 
в геометрической прогрессии. Человечество все более активно использует новые виды энергетических ресурсов, в том числе и нетрадиционные (атомную, солнечную, геотермальную энергию, гидроэнергию приливов и отливов, энергию ветра и др.). Тем не менее 
на сегодняшний день и, скорее всего, в обозримом будущем основными энергоносителями по-прежнему будут оставаться ископаемые топлива класса каустобиолитов (от греч. kaustos — горючий, 
bios — жизнь и lithos — камень), к которым относятся горючие 
ископаемые органического происхождения — нефть, природный 
газ и уголь. Прежде чем перейти к рассмотрению вопросов, связанных с добычей и переработкой углеводородных ресурсов, к которым относятся нефть, природный газ и уголь, рассмотрим все топливно-энергетические ресурсы, используемые в промышленности 
и в быту.

Глава 1. 
СТРУКТУРА ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ 
РЕСУРСОВ И ИХ РОЛЬ В ЭКОНОМИКЕ РОССИИ

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И СТРУКТУРА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ 
ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) — сырьевые материалы и виды первичной энергии, которые используют 
энергопотреб ляющие установки. На рис. 1.1 и 1.2 приведены клас

сификация топливно-энергетических ресурсов и структура их распределения в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) России 
[49]. Каким же образом распределяются энергоресурсы в обществе? 
Из блок-схемы, приведенной на рис. 1.2, видно, что такие традиционные ресурсы, как уголь, торф, нефть и нефтепродукты, а также 
газ используются двумя способами: напрямую в сельском и коммунально-бытовом хозяйстве, в транспорте и промышленности 
и косвенно для выработки тепла и электроэнергии. Кроме этого, 
значительный объем таких энергоресурсов экспортируется за границу. На выработку тепловой и электрической энергии идут такие 
виды энергоресурсов, как ядерное топливо, гидроэнергия и другие 
виды нетрадиционных энергоресурсов. Выработанная электро- 
и тепловая энергия также экспортируется в зарубежные страны 
и используется практически во всех сферах народного хозяйства.

Топливно-энергетические ресурсы общества

По условиям 
воспроизводства

Возобновляемые
Несжи гаемые

Гидроэнергия
Энергия воды

Энергия 
солнца

Энергия 
солнца

Энергия ветра
Энергия ветра

Геотермальная 
энергия

Геотермальная 
энергия

Древесина
Ядерное 
горючее

Невозобновляемые

Сжигаемые

Природный 
газ
Нефть

Нефть
Природный 
газ

Уголь
Уголь

Торф
Торф

Горючие 
сланцы

Горючие 
сланцы

Ядерное 
топливо
Древесина

По условиям получения 
энергии

Рис. 1.1. Классификация топливно-энергетических ресурсов

Соотношение добычи разных видов топлива и выработанной 
из них энергии, (приход) с одной стороны, и объем использования 
их в народном хозяйстве,  (расход) с другой стороны, в пределах 
территории страны за определенное время (обычно за год) называется топливно-энергетическим балансом страны (ТЭБ).
Эффективность использования ТЭР оценивают коэффициентом их полезного использования (КПИ), который в общем 
случае равен частному от деления полезной энергии на общую 
энергию потребленных ТЭР.
Для определения ТЭБ все виды энергетического сырья переводятся 
в одну энергетическую единицу и затем суммируются. В России 
в качестве такой единицы принята тонна условного топлива 
(т у.т.), которая имеет теплоту сгорания 7000 ккал/кг. В мировой 
практике используется другой вид условного топлива — тонна 
нефтяного эквивалента (т н.э.), которая при сгорании выделяет 
42,7×103 МДж энергии, или имеет теплоту сгорания 10 300 ккал/кг 
(по некоторым данным — 9100 ккал/кг). Нетрудно подсчитать, что 
соотносятся эти величины следующим образом: 1 т н.э. = 1,47 т у.т.

Электроэнергия

Теплоэнергия

Уголь, торф

Нефть и нефтепродукты
Экспорт

Нетрадиционные 
энергоресурсы
Сельское хозяйство

Газ
Промышленность

Ядерное топливо
Транспорт

Гидроэнергия
Коммунально-бытовое 
хозяйство

Рис. 1.2. Структура взаимосвязи отраслей ТЭК

При переводе различных видов энергоресурсов в условное 
топливо используют следующие международные значения энергетических эквивалентов:

1 т нефти = 42,7 · 109 Дж = 1,47 т у.т.;
1 т угля = 26,5 · 109 Дж = 0,905 т у.т.;
1000 м 3 природного газа = 37,5 · 109 Дж = 1,28 т у.т.;
1 МВт·ч электроэнергии = 3,6 · 109 Дж = 0,123 т у.т.
Периодическая оценка топливно-энергетических ресурсов проводится на мировых энергетических конференциях (МИРЭК), 
первая из которых была учреждена в 1924 г. Согласно ее данным, 
мировые запасы ископаемых топливно-энергетических ресурсов 
составляют примерно 1016 тонн органического углеродного сырья. 
Расчеты показали, что этих запасов хватит на весь XXI в.
Однако разные виды топлива характеризуются разной доступностью и освоенностью, они не равнозначны для энергетики и распределены очень неравномерно по территории суши. Регио нальная 
структура топливно-энергетических ресурсов, по данным World 
Resources, отражена на рис. 1.3.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Мир

 Европа

СНГ
Ближний 
и Средний 
Восток
Южная Азия 
и Австралия

КНР

США 
и Канада
Латинская 
Америка

Африка

%

13
3
7

90

71

24

5

69

5

10

85

97

1
2
4
5

91

15

25

60

13

8

78

31

13

74

Рис. 1.3. Структура топливно-энергетического потенциала:

 — нефть; 
 — газ; 
 — уголь

Из рис. 1.3 видно, что из всех первичных видов энергоресурсов 
наибольшие мировые запасы приходятся на угольное топливо (74%) 
и примерно поровну распределились запасы нефти и газа (по 13%). 
Самым значительным объемом энергетического сырья обладают 
страны Евразии и Северной Америки, где сосредоточено около 87% 
общего потенциала. На материки Южного полушария приходится 
всего 13% первичных энергоресурсов.
По оценкам МИРЭК, основной объем твердого топлива размещен в развитых странах, а жидкого — в развивающихся. Запасы 
природного газа делятся между ними примерно поровну.
Доля нефти и газа в мировом топливном балансе на сегодня составляет около 80%, и, как ожидается, этот показатель в обозримом 
будущем существенно не изменится.
В последнюю четверть ХХ в. в Европе наметилась тенденция 
к снижению потребления традиционных видов топлива, прежде 
всего угля и нефти, и увеличению потребления газа и отчасти 
атомной энергии. Так, доля угля в выработке тепла и электроэнергии упала с 25 до 14%, а нефти с 60 до 42%. При этом доля газа 
выросла с 10 до 23%, а атомной энергии — с 1,5 до 15%. Согласно 
данным Энергетической стратегии России на период до 2030 года, 
прогнозируются дальнейший рост энергопотребления (в среднем 
на 1,7% в год) и связанное с ним увеличение доли природного газа 
в топливно-энергетическом балансе.

1.2. РОЛЬ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ 
В ЭКОНОМИКЕ РОССИИ

Структура топливно-энергетических ресурсов общества определяет структуру топливно-энергетического комплекса 
страны.
Топливно-энергетический комплекс России — это совокупность 
взаимосвязанных отраслей и предприятий, которые осуществляют 
добычу, производство, транспортировку, переработку, хранение 
и распределение всех видов топливно-энергетических ресурсов.
Особую роль в ТЭК играет нефтегазовый комплекс, который является основой индустриального общества, важным инструментом 
экономической политики государства.
В настоящее время только в нефтегазовом комплексе (НГК) 
России добычу нефти и газа осуществляют около 300 организаций, 
которые имеют лицензии на право пользования недрами.
ТЭК РФ составляет социально-экономическую базу страны 
и обладает всеми чертами большой экономической системы. Це

лостность ТЭК обуславливается взаимозаменяемостью топливноэнергетических ресурсов. Это означает, что сокращение объемов 
добычи одних видов топливно-энергетических ресурсов требует 
увеличения производства других.
В настоящее время на НГК приходится более 2/3 общего потребления первичных энергоресурсов и 4/5 их производства. НГК 
является главным источником налоговых (около 40%) и валютных 
(примерно половина) поступлений в бюджет государства. На долю 
НГК приходится 12% промышленного производства России, в котором занято около 3% населения страны.
Переход России на рыночные механизмы управления экономикой и изменение в связи с этим внутренней структуры государства потребовали радикальной перестройки структуры нефтегазового комплекса.
Нефтегазовый комплекс за годы реформ значительно упрочил 
свои позиции в экономике страны. Возникший и окрепший еще 
в доперестроечный период, он после распада СССР получил вполне 
самостоятельное значение. Более того, на фоне общего спада промышленного производства нефтегазовый комплекс в гораздо 
меньшей степени пострадал в тот период.
Результатом реформ также стало стремительное формирование 
новых монополистических структур — коммерческих группировок, 
тесно связанных с внешним рынком.
Рассмотрим основные этапы структурной перестройки НГК.
Первый этап приходится на 1987–1990 гг. В эти годы получили 
развитие хозрасчет и самофинансирование предприятий нефтегазового комплекса. Стала расширяться хозяйственная самостоятельность предприятий, что способствовало их непосредственному 
выходу на мировые рынки в качестве экспортеров энергоносителей. 
Несмотря на прогрессивность принятых властью решений, на этом 
этапе структурной перестройки не были устранены предкризисные 
явления. Стратегическим просчетом первого этапа реформы 
стало то, что не учитывалась высокая степень естественной демонополизации ТЭК страны. Дробление нефтяной промышленности 
на отдельные предприятия, фактически произошедшее после ослабления государственного регулирования, еще больше усилило 
предкризисные явления в отрасли.
На втором этапе (1991–1994 гг.) начались объединение предприятий в вертикально интегрированные структуры, их приватизация и акционирование. Создаются инфраструктуры фондового 
рынка, зарождаются финансово-промышленные группы и консорциумы для участия в международных проектах.