Основы нефтегазового дела

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
Л.В. Воробьева  
 
 
 
 
ОСНОВЫ НЕФТЕГАЗОВОГО ДЕЛА 

 
 
Рекомендовано в качестве учебного пособия 
Редакционно-издательским советом 
Томского политехнического университета 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство 
Томского политехнического университета 
2017 

УДК 622.24.001.6(075.8) 
ББК  33.131я73 
В75 
 
Воробьева Л.В. 
   В75 
 
Основы нефтегазового дела : учебное пособие / Л.В. Воробьева ; Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2017. – 202 с. 

ISBN 978-5-4387-0767-7 

В пособии рассмотрены основные вопросы по геологии, геофизике, разработке нефтяных и газовых месторождений, а также основы бурения, техники и технологии эксплуатации скважин, сбора и подготовки продукции. Представлена общая 
картина взаимодействия различных направлений нефтегазовой деятельности для качественной разработки нефтяного и газового месторождения.  
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 21.04.01 
«Нефтегазовое дело», а также специалистов нефтегазовых компаний, не имеющих 
специального образования. 
 
УДК 622.24.001.6(075.8) 
ББК 33.131я73 
 
 

 

 

Рецензенты 

Доктор технических наук, профессор 
генеральный директор ООО «Газпромнефть НТЦ» 
М.М. Хасанов 
 
Заместитель генерального директора, начальник управления  
перспективного планирования и проектной деятельности  
филиала «Газпромнефть – Муравленко» ОАО «Газпромнефть-ННГ» 
И.А. Петров 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-4387-0767-7 
© ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2017 
© Воробьева Л.В., 2017 
© Оформление. Издательство Томского 
политехнического университета, 2017 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................ 5 
1. МЕСТО НЕФТИ В НАШЕЙ ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ .................................. 6 
1.1. Разнообразие продуктов нефтепереработки ......................................................... 6 
1.2. Исторический очерк ................................................................................................ 8 
1.3. Цена на нефть ......................................................................................................... 11 
1.4. Географическое расположение районов нефти .................................................. 13 
1.5. Добыча сланцевой нефти ...................................................................................... 15 
Вопросы для самопроверки к главе 1 ......................................................................... 16 
2. ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ НЕФТИ И ГАЗА .............................................................. 17 
2.1. Общие сведения ..................................................................................................... 17 
2.2. Цикл горной породы .............................................................................................. 18 
2.3. Классификация, структура и текстура горной породы ...................................... 22 
2.4. Формирование месторождения ............................................................................ 27 
2.5. Фильтрационно-емкостные свойства породы..................................................... 33 
2.6. Свойства горной породы ....................................................................................... 38 
2.7. Свойства нефти и газа ........................................................................................... 44 
2.8. Свойства пластовой воды ..................................................................................... 47 
Упражнения к главе 2 ................................................................................................... 48 
Вопросы для самопроверки к главе 2 ......................................................................... 49 
3. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ГЕОЛОГО-ПРОМЫСЛОВЫЕ РАБОТЫ .. 51 
3.1. Сейсмические исследования ................................................................................. 53 
3.2. Общие сведения о геофизических исследованиях ............................................. 56 
3.3. Основные принципы ГДИС .................................................................................. 59 
Упражнения к главе 3 ................................................................................................... 64 
Вопросы для самопроверки к главе 3 ......................................................................... 66 
4. ВВЕДЕНИЕ В РАЗРАБОТКУ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ 
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ................................................................................................. 67 
4.1. Жизненный цикл месторождения нефти ............................................................. 68 
4.2. Способы разработки месторождений нефти ....................................................... 71 
4.2.1. Первичные способы (Primary Recovery) ........................................................ 72 
4.2.2. Вторичные способы (Secondary Recovery) .................................................... 79 
4.2.3. Третичные способы (Tertiary Recovery) ........................................................ 80 
4.3. Поддержание пластового давления ..................................................................... 81 
4.4. Заводнение пласта ................................................................................................. 82 
4.5. Моделирование пласта. Введение ........................................................................ 93 
Упражнение к главе 4 ................................................................................................... 98 
Вопросы для самопроверки к главе 4 ......................................................................... 99 
5. БУРЕНИЕ .................................................................................................................. 100 
5.1. Основные термины и определения в бурении .................................................. 103 
5.2. Технологический процесс бурения .................................................................... 106 
5.3. Оборудование для процесса бурения ................................................................ 109 
5.4. Циркуляционная система .................................................................................... 110 
5.5. Осложнения, возникающие в процессе бурения .............................................. 113 
5.6. Цементирование ................................................................................................... 115 
5.7. Методы вскрытия продуктивных горизонтов и освоения скважины ............. 115 
5.8. Процесс перфорации обсадной колонны .......................................................... 116 

Упражнение к главе 5 ................................................................................................. 117 
Вопросы для самопроверки к главе 5 ....................................................................... 118 
6. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА ............................. 119 
6.1. Добыча нефти. Способы эксплуатации скважин .............................................. 122 
6.2. Фонтанная эксплуатация скважин ..................................................................... 123 
6.3. Газлифтная эксплуатация скважин .................................................................... 127 
6.4. Насосная эксплуатация скважин ........................................................................ 129 
6.4.1. Эксплуатация скважин с помощью ШГН.................................................... 129 
6.4.2. Эксплуатация скважин с помощью винтовых насосов .............................. 130 
6.4.3. Эксплуатация скважин электроцентробежными насосами ....................... 131 
6.5. Бурение боковых стволов ................................................................................... 134 
6.5.1. Скважины-кандидаты для бурения боковых стволов ................................ 137 
6.6. Применение горизонтальных скважин для добычи нефти .............................. 137 
6.7. Эксплуатация газовых скважин ......................................................................... 139 
6.8. Одновременно-раздельная эксплуатация нескольких пластов ....................... 142 
6.9. Факторы, влияющие на дебит скважины .......................................................... 142 
Упражнения к главе 6 ................................................................................................. 143 
Вопросы для самопроверки к главе 6 ....................................................................... 144 
7. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЯХ ... 145 
7.1. Оценка эффективности ГТМ .............................................................................. 148 
7.2. Планирование и проведение ГТМ на месторождениях  нефти и газа ............ 149 
7.3. Виды загрязнения пласта .................................................................................... 153 
7.4. Выбор скважин-кандидатов для проведения ГТМ ........................................... 159 
7.5. Методы, повышающие проницаемость пласта и призабойной зоны ............. 163 
7.6. Операция гидравлического разрыва пласта (ГРП) ........................................... 168 
7.6.1. Подготовка к проведению ГРП .................................................................... 171 
7.6.2. Технология проведения операции ГРП ....................................................... 172 
7.7. Технология многостадийного ГРП .................................................................... 175 
7.7.1. Порядок действий при проведении операции по МГРП ............................ 177 
7.8. Кислотные обработки скважин .......................................................................... 177 
7.8.1. Реакции плавиковой кислоты в песчаниках ................................................ 178 
7.8.2. Химические реагенты .................................................................................... 179 
7.8.3. Селективная кислотная обработка ............................................................... 180 
Упражнение к главе 7 ................................................................................................. 182 
Вопросы для самопроверки к главе 7 ....................................................................... 183 
8. СИСТЕМА СБОРА И ПОДГОТОВКИ НЕФТИ И ГАЗА ................................ 184 
8.1. Сбор и подготовка нефти .................................................................................... 184 
8.2. Стабилизация нефти ............................................................................................ 186 
8.3. Очистка и подготовка газа .................................................................................. 186 
8.3.1. Образование гидратов и борьба с ними ....................................................... 189 
8.3.2. Методы предупреждения образования гидратов ........................................ 189 
8.4. Транспортировка природного газа и газоконденсата ...................................... 190 
Вопросы для самопроверки к главе 8 ....................................................................... 191 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................ 192 
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ........................................................................................ 193 
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ .............................................................................................. 195 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .......................................................................................... 201 

ВВЕДЕНИЕ 
Жизнь любого человека в современном мире неразрывно связана с нефтью  
и газом. Это не только бензин и тепло в наших домах, это также свет, транспорт, 
удобная и красивая одежда, предметы быта. Обыватель не задумывается, что многие 
привычные вещи являются производными нефти.  
Необходимо понимать, что развитие нефтяного дела в мире – очень сложный  
и захватывающий процесс. Специалисту, так или иначе имеющему дело с углеводородами, важно знать свойства нефти и как она образовалась, как достичь недр  
и как поднять нефть на поверхность, как ее собрать, подготовить и доставить потребителю.  
Прочитав это пособие, вы узнаете, что происходит в недрах, как нефть находят 
и добывают. Вы сможете стать полноправным участником многогранного и сложного процесса добычи нефти.  
Пособие предназначено для молодых специалистов нефтяной отрасли, специалистов непрофильных специальностей, сопровождающих процесс добычи, учеников 
старших классов, только выбирающих себе профессию, студентов технических специальностей, желающих работать в нефтяной сфере или пройти процесс переподготовки.  
 
 
 
 

1. МЕСТО НЕФТИ В НАШЕЙ ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ 

1.1. Разнообразие продуктов нефтепереработки 

В современном мире зависимость экономики государства от нефтяной  
промышленности достаточно велика. Сегодня, в условиях современного информационного общества, как никогда осознается степень влияния цены на нефть и нефтепродукты на экономическую и политическую ситуацию в мире. Нефть, а соответственно, и продукты переработки в настоящее время – основной вид энергетических 
ресурсов. Лидерами и передовиками технологий являются только те страны, которые имеют в собственном арсенале значительные запасы углеводородов, а также 
доступ к экономически выгодному экспорту нефти и ее производных.  
Колебание мировых цен на нефть, конъюнктура на нефтяном рынке приводят 
к серьезным изменениям в экономической и политической ситуации как нефтедобывающих стран, так и государств, промышленность которых базируется на импорте нефти. 
Нефть представляет собой специфический товар, отличающийся качественными характеристиками (плотностью, химическим и фракционным составом, наличием примесей). Огромное разнообразие продуктов можно получить при переработке 
углеводородов. На первом этапе из нефти выделяют растворенные углеводороды,  
в первую очередь CH4 – метан. После того как летучие фракции углеводородов отделены, нефть подвергается нагреву. Углеводороды, которые имеют малое количество атомов углерода в молекулярном составе, относительно небольшую температуру кипения, переходят в газообразное состояние в первую очередь. После того как 
общая температура углеводородной смеси увеличивается, углеводороды с более высокой температурой кипения также перегоняются. Из чего следует, что отдельные 
фракции углеводородов возможно собрать (см. рис. 1.1). 

Как известно, из углеводородов можно получить огромное количество произ
водных. Из нефти – продукты для топливно-энергетической отрасли: церезины, парафины, различные ароматические соединения, ацетилен, битумы, сажа, соли, высшие спирты и нефтяные кислоты и много другое. 

В качестве кремов и различных мазей используются масла, полученные  

из нефти. Более того, данные масла применяются для производства взрывчатых  
веществ, продуктов фармацевтики, а также средств для чистки в бытовых нуждах  
и не только. Сегодня известно, что мазут имеет теплоту сгорания в 1,5 раза выше  
в сравнении с теплотой сгорания угля, имеет меньший объём и при сгорании  
не формирует осадка. Применение мазута способствует значительному снижению 
затрат, а также побуждает к стремительному развитию различных направлений 
промышленности и перевозкам грузов по воде и железным дорогам для различных 
производств. Стоит отметить, что на сегодняшний день основное направление применения нефти в мире – энергетическое. Доля нефтересурсов в мировом энергобалансе – более 46 % (см. рис. 1.2). 

Современные тенденции развития привели к тому, что все шире продукты  

переработки углеводородов, в частности нефти, применяют в качестве исходного 
материала для химической промышленности. На сегодняшний день это около 8 %  
от всей добытой нефти. Только этанол, или этиловый спирт, как его чаще называют, 
используется в более 150 направлениях производства. Формальдегид, каучук, раз

личные виды пластмасс, синтетические волокна, аммиак и многие другие продукты 
используются в химической промышленности. Даже в сельском хозяйстве применяются различные стимуляторы роста, ядохимикаты, пленки для теплиц, протравители семян, мочевина, азотные удобрения и другие продукты, которые являются 
производными переработки нефти. Если рассматривать пищевую промышленность, 
такие производные, как метан, этиловый спирт и метиловый спирт – исходные материалы для всех консервирующих веществ, полиэтиленовых упаковок, концентратов, пищевых кислот и не только. 

 
Рис. 1.1. Первичная переработка нефти  

 
Рис. 1.2. Потребление энергоносителей разными регионами 

Для металлургии и машиностроения используются пластмассы, различные 

клеи и масла. Стоит отметить, что в качестве анодной массы при электровыплавке 
широко применяется нефтяной кокс. Для огнестойкой обкладки в печах используется прессованная сажа. Производными нефтесинтеза также являются вазелин, формалин, нашатырный спирт, аспирин, хлороформ и многое другое, что активно  
используется в парфюмерной и фармацевтической промышленности. Более того, 
даже в деревообрабатывающей, кожевенно-обувной, текстильной и строительной 
промышленности широко применяются продукты нефтепереработки.  

Нефть – ценнейшее природное ископаемое, открывшее перед человеком уди
вительные возможности «химического перевоплощения». Всего производных нефти 
насчитывается уже около 3 тысяч. Это лидер потребления среди энергоресурсов,  
и спрос на нефтепродукты, несмотря на все исследования по применению альтернативных источников, непрерывно увеличивается. Нефть составляет основу топливноэнергетического баланса всех экономически развитых стран. В ближайшем будущем она останется главным источником энергии народного хозяйства и сырьем 
нефтегазохимической промышленности (рис. 1.3). 

 
Рис. 1.3. Применение нефти в различных отраслях  

1.2. Исторический очерк 

Нефть известна человечеству с давних времен. Еще до нашей эры люди  
использовали нефть при строительстве, в военном деле, для отопления и освещения,  
а также в медицинских целях, как лекарство. Наиболее древние промыслы находились на берегах Евфрата, в Керчи, в китайской провинции Сычуань. Упоминание  
о нефти встречается во многих древних источниках (например, в Библии говорится 
о смоляных ключах в окрестностях Мёртвого моря, есть ссылки на то, что битумы 
применялись для пропитки корзины, в которой был найден Моисей и что Ноев ков

чег изнутри и снаружи был просмолен ими). Горящие источники нефти и газа были 
священными в одной из наиболее древних религий – зороастризме. Традиция зажигать вечный огонь в память павших жива по сей день.  
Сначала уголь, а затем и природные углеводороды (к которым относятся нефть 
и природных газ) сыграли важную роль в превращении сельскохозяйственного общества в индустриальное. Промышленное использование нефти началось с конца 
XVIII – начала XIX века, т. е. около 200 лет назад, что связано с изобретением парового двигателя (Уайт, 1784 г.), паровоза (Стефенсон, 1814 г.) и парохода (Фултон, 
1804 г.), потребовавших большого количества смазочного материала.  
Нефть собиралась из колодцев, с поверхности водоемов в небольших количествах, в техническом прогрессе применялась в качестве средства борьбы с трением, 
как смазка.  
Китобойные флот не мог обеспечивать для всех стран мира нужное количество 
китового жира, применявшегося тогда для освещения, и был необходим новый источник энергии. Толчком для развития нефтяной промышленности стало изобретение в 1853 г. львовскими аптекарями Иваном Лукасевичем и Яном Зеха безопасной 
керосиновой лампы. И сразу же она была применена для экстренной ночной операции в городской больнице Львова. Вскоре керосиновые лампы вошли в домашний  
и уличный обиход. Её свечение продлило световой 
день, дало возможность больше и эффективно работать. Нефть дала людям свет. 
Керосин, вырабатываемый из нефти, ярко горел, 
был достаточно безопасен, спрос на него быстро рос, 
и поиски нефти приобрели целенаправленный характер. Э. Дрейк первым в мире применил в 1859 г. технику бурения для нефтедобычи. Первая скважина дала сказочное по тем временам количество нефти. 
Причем по счастливому стечению обстоятельств он 
пробурил свою скважину именно в том месте, где 
нефтесодержащий пласт проходил неглубоко под 
землей.  
Компании появлялись, разорялись, объединялись, поглощали друг друга. Шла острая конкурентная борьба. Нефть дала возможность зарабатывать 
большие деньги.  
Появлялись и совершенствовались нефтеперегонные заводы. Кроме керосина 
вырабатывались масла для смазки механизмов, широко стал применяться мазут как 
горючее для двигателей.  
Изобретение инженером Даймлером легкого компактного бензинового двигателя, который установил на автомобиле инженер Бенц, на аэроплане братья Райт, 
привело к значительному росту потребности в бензине. Настоящий прорыв наступил с введением в автомобилестроение Фордом конвейера, автомобиль теперь  
не роскошь, а средство передвижения. Нельзя не сказать об изобретении в 1892 г. 
Р. Дизелем двигателя внутреннего сгорания, названного в его честь. Дизель был 
создан при финансовой поддержке нефтепромышленников Нобилей на их заводе  
в Санкт-Петербурге. Двигатели, работающие на солярке, широко распространены  
и в наши дни. Использование двигателей внутреннего сгорания на транспорте,  

Эдвин Дрейк 

в авиации, в корабельном деле дало человеку возможность быстро преодолевать 
любые расстояния, тем самым победить пространство.  
В середине XIX в. лидерами по добыче нефти считались Соединенные Штаты 
Америки (район штата Пенсильвания) и Россия, где добыча велась в основном  
в районе Баку (на сегодняшний момент столица Азербайджанской Республики).  
В 1850 г. в России было добыто около 100 тыс. т нефти, а всего в мире – 300 тыс. т. 
Начался бурный рост промышленного производства. Рокфеллером в США была 
создана первая вертикально-интегрированная нефтяная компания (ВИНК) «Стандарт Ойл». В России конкуренцию ей составляла компания братьев Нобелей. Жесткая конкурентная борьба требовала привлечения инженерных знаний. Активно стали 
развиваться 
нефтяные 
технологии. 
Большие 
потребности 
в 
металле 
способствовали развитию сталелитейного производства. Параллельно формировались и другие отрасли промышленности. Нефть стала двигателем прогресса.  
В 1900 г. в мире было добыто уже около 20 млн т нефти: в России –  
9,9 млн т; США – 8,3 млн т; Голландской Ост-Индии (Индонезии) – 0,43; Румынии  
и Австро-Венгрии – по 0,33; Японии – 0,11; Германии – 0,05. Нефть становится 
стратегическим сырьем, она позволяет армии быть быстроходной, маневренной: 
широко применяются автомобили, самолеты, танки, бронетранспортеры. Корабли, 
перешедшие на жидкое топливо (мазут), имеют большую дальность действия, легче 
кораблей с двигателями на угле. Итоги Первой мировой войны дали понять, что 
владение запасами нефти – это основа защиты государства, поэтому за их владение 
борятся политические и государственные органы.  
Накануне Первой мировой войны добыча нефти в США резко возросла. Если 
вспомнить Вторую мировую войну, то ее ход также показал, что владение нефтяными запасами определяет лидеров.  
В 1940-х годах изобретение синтетических материалов (таких как нейлон и полиэтилен), производимых из нефти, привело к развитию индустрии производства пластмасс, для которой нефть и газ стали сырьем. Сегодня невозможно представить 
наше существование без продуктов нефтехимии (синтетических тканей, посуды, 
предметов быта и т. д.). 
На начало 2016 г. объемы добычи нефти распределяются следующим образом:  
 3-е место – Россия – 10,853 млн баррелей в день. Объем добычи нефти  

в России в последние годы постоянно возрастал, обеспечивая в страну приток нефтедолларов. Однако 2014 г. с его падением цен на нефть и последующим обрушением рубля по отношению к большинству мировых валют показал, что экономика России слишком сильно зависит от уровня цен на нефть на мировом рынке. 

 2-е место вполне ожидаемо занимает Саудовская Аравия, добывающая 

11,624 млн баррелей в день.  

 1-е место – США – 13,973 млн баррелей в день. В обрушении цен на нефть  

в 2014 г. основную роль сыграло именно увеличение добычи нефти в США и создание в стране больших запасов нефтепродуктов, из-за чего она стала меньше зависеть 
от импорта «черного золота». Сайт bloomberg.com с удовлетворением отмечает, что 
теперь США не нуждается в больших закупках нефти у таких стран, как Россия, Нигерия и Венесуэла (рис. 1.4).