Основы нефтегазового дела

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

 
 
 
 
 
 
 
В.Г. Крец, А.В. Шадрина 
 
 
 
 
 
 
 
ОСНОВЫ НЕФТЕГАЗОВОГО ДЕЛА 
 
 
Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром  
высшего профессионального образования для межвузовского использования  
в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлениям 
подготовки 130500 (21.03.01) «Нефтегазовое дело»  
и 130600 «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства» 
 
 
2-е издание, переработанное и дополненное 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство 
Томского политехнического университета 
2016 
 
 

УДК 622.32(075.8) 
ББК 33.361я73 
К80 
 
Крец В.Г.  
 
Основы нефтегазового дела : учебное пособие / В.Г. Крец, 
А.В. Шадрина ; Томский политехнический университет. – 2-е изд., 
перераб. и доп. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2016. – 200 с. 

ISBN 978-5-4387-0724-0 

В пособии приведены основные сведения об этапах поисковоразведочных работ, физико-химических свойствах нефти, типах нефтяных и 
газовых месторождений, бурении скважин, разработке и эксплуатации 
нефтяных месторождений, промысловому сбору и подготовке нефти, газа и 
воды, капитальному и подземному ремонту скважин, дальнему транспорту и 
хранению нефти и газа. 
Предназначено для студентов нефтяного профиля. 
 
 
 
УДК 622.32(075.8) 
ББК 33.361я73 
 
 
Рецензенты 

Руководитель производственно-технического департамента  
ООО «Толеро Петролеум» 
М.А. Князев 

Кандидат физико-математических наук, доцент 
заведующий кафедрой подземной гидромеханики 
Института нефти и газа Сибирского  федерального университета 
Б.Б. Квеско 

 
 
 
 
 
 
 

ISBN 978-5-4387-0724-0 
© ГОУ ВПО НИ ТПУ, 2011 
© Крец В.Г., Шадрина А.В., 2011 
© Оформление. Издательство Томского  
политехнического университета, 2016

К80 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие .............................................................................................................. 5 
Методические указания по изучению материала ................................................. 6 
Принятые сокращения ............................................................................................. 8 

1. ИСТОРИЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ. НЕКОТОРЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ 
И СВЕДЕНИЯ ...................................................................................................... 9 

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ, ПРИРОДНОГО 
ГАЗА И ПЛАСТОВОЙ ВОДЫ ......................................................................... 19 
2.1. Свойства нефти .......................................................................................... 19 
2.2. Свойства природного газа ........................................................................ 23 
2.3. Свойства пластовой воды ......................................................................... 26 

3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О НЕФТЯНЫХ,  ГАЗОВЫХ И 
ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ......................................... 29 
3.1. Понятие о месторождении ........................................................................ 29 
3.2. Методы поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений ....... 32 
3.3. Этапы поисково-разведочных работ ....................................................... 36 

4. БУРЕНИЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН ....................................... 42 
4.1. Общие понятия о бурении ........................................................................ 42 
4.2. Ударное бурение скважин ........................................................................ 48 
4.3. Буровые установки, оборудование и инструмент .................................. 49 
4.4. Цикл строительства скважины ................................................................. 64 
4.5. Промывка скважин .................................................................................... 67 
4.6. Осложнения, возникающие при бурении ............................................... 69 
4.7. Наклонно направленные скважины ......................................................... 72 
4.8. Бурение скважин на море ......................................................................... 73 
4.9. Электроимпульсный способ бурения (Важов В.М.) .............................. 76 

5. ПЛАСТОВАЯ ЭНЕРГИЯ, ТЕМПЕРАТУРА И ДАВЛЕНИЕ 
В СКВАЖИНЕ. РЕЖИМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗАЛЕЖЕЙ ........................ 79 
5.1. Пластовая энергия ..................................................................................... 79 
5.2. Температура и давление в горных породах и скважинах ..................... 79 
5.3. Условия притока жидкости и газа в скважины ...................................... 81 

6. ПОНЯТИЕ О РАЗРАБОТКЕ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ............... 84 
6.1. Сетка размещения скважин ...................................................................... 85 
6.2. Стадии разработки месторождений ......................................................... 85 
6.3. Размещение эксплуатационных  и нагнетательных скважин на 
месторождении .......................................................................................... 88 

7. ФОНТАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН ..................... 90 
7.1. Роль фонтанных труб ................................................................................ 91 
7.2. Оборудование фонтанных скважин......................................................... 91 

3

7.3. Оборудование для предупреждения открытых фонтанов ..................... 96 
7.4. Освоение и пуск в работу фонтанных скважин ..................................... 98 
7.5. Борьба с отложением парафина в подъемных трубах ........................... 98 

8. ГАЗЛИФТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН .................. 101 
8.1. Область применения газлифта ............................................................... 101 
8.2. Оборудование устья компрессорных скважин ..................................... 104 
8.3. Периодический газлифт .......................................................................... 106 

9. ШТАНГОВЫЕ СКВАЖИННЫЕ НАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ (УШСН) ... 107 

10. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН ПОГРУЖНЫМИ  
ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫМИ НАСОСАМИ ............................................ 115 

11. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБИННО-НАСОСНЫХ СКВАЖИН 
И ДИНАМОМЕТРИРОВАНИЕ СКВАЖИННЫХ НАСОСНЫХ 
УСТАНОВОК ................................................................................................... 122 

12. ПРОМЫСЛОВЫЙ СБОР И ПОДГОТОВКА НЕФТИ, ГАЗА И ВОДЫ ...... 132 

13. ПОНЯТИЕ ОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН ..................... 141 

14. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ПОДЗЕМНОМ И КАПИТАЛЬНОМ 
РЕМНОТЕ СКВАЖИН ................................................................................. 146 

15. МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ  НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПЛАСТА ..... 149 

16. ДАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТ НЕФТИ И ГАЗА ................................................ 152 

17. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН НА МОРСКИХ ТЕРРИТОРИЯХ ........... 156 

Заключение ........................................................................................................... 162 

Основные понятия и определения ...................................................................... 163 

Список литературы .............................................................................................. 171 

Приложение 1. Винтовой погружной насос ЭВН ............................................. 173 
Приложение 2. Одновинтовинтовой погружной насос  
для добычи  нефти ЭВНОП5-10-1200 с регулируемой 
частотой вращения .................................................................... 174 

Тестовые вопросы для самостоятельной работы студентов ............................ 175 

Ответы к тестовым вопросам .............................................................................. 194 

Экзаменационные вопросы ................................................................................. 198 
 
 

4

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Дисциплина «Основы нефтегазового дела» («История нефтегазовой отрасли и основы нефтегазового дела») является базовой для тех, кто уже связал или собирается связать свою профессиональную деятельность с нефтегазовой отраслью. 
В учебном пособии рассмотрены вопросы применения нефти и газа, их 
свойства. Приведены понятия о нефтяных и газовых месторождениях и способах их разработки. Подробно освещены вопросы техники и технологии бурения нефтяных и газовых скважин механическими способами. Из немеханических способов бурения впервые описан электроимпульсный способ бурения 
скважин, разработанный в Томском политехническом университете, характеризуемый малой энергоемкостью разрушения горных пород. Приведена информация по установкам для бурения и ремонта скважин, реализующим прогрессивную колтюбинговую технологию. Описаны фонтанный, газлифтный и 
насосные способы скважинной добычи нефти. Рассмотрены вопросы интенсификации добычи нефти, ремонта скважин, сбора и транспорта скважинной 
продукции и морской добычи углеводородов.  
Имеющиеся в учебном пособии иллюстрационные материалы (рисунки, 
фотографии, схемы) позволят лучше освоить предлагаемый учебный материал.  
Ознакомившись с содержанием учебного пособия, обучающийся узнает 
много интересного, получит целостное представление о нефтяной и газовой 
промышленности, что позволит ему быть готовым к изучению общетехнических и специальных дисциплин. 
Данное учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по 
направлению подготовки «Нефтегазовое дело» и иностранных студентов 
ближнего и дальнего зарубежья, подготовленных для занятий на русском 
языке в обычных группах.  
В состав учебно-методического комплекса входят: 
1. «Основы нефтегазового дела»: учебное пособие (5, 9, 11, 19). 
2. «Основы нефтегазового дела»: методические указания по выполнению практических работ (18). 
3. «Основы нефтегазового дела»: рабочая тетрадь (18). 
4. Виртуальная экскурсия по обьектам нефтегазодобычи. 
5. Видеофильмы: 
 
«Технология бурения». 
 
«Цементирование скважин». 
 
«Капитальный и текущий ремонт скважин». 
 
«Гидравлический разрыв скважин». 
6. Анимации и видеоклипы: 
 
«Фонтанная и газлифтная добыча нефти». 
 
«Добыча нефти установками штанговых скважинных насосов 
(УШСН)». 
 
«Добыча нефти установками электроцентробежных насосов (УЭЦН)». 

5

Видеоматериалы являются фондом кафедры транспорта и хранения Института природных ресурсов ТПУ. 

 
Профессор Чарли Файерхест (США), автор рисунка, и его друг и коллега 
профессор Ю.И. Дядькин (Россия) думали иначе.  
Большинство творцов нового присоединяются к ним. Поэтому прогресс 
в горной науке, производстве и жизни неистребим. Безусловно, что у продолжателей горного дела есть возможность сделать открытия и обрести радости жизни. В.Ж. Аренс (14) 
 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ МАТЕРИАЛА 

1. 
Студенту рекомендуется последовательное изучение учебного материала в соответствии с содержанием пособия. 
2. 
Изучение учебного материала рекомендуется начать с рассмотрения таких понятий, как «скважина», «куст скважин». Основные понятия и определения дисциплины приведены в конце учебного пособия. 
3. 
Для самоконтроля знаний в конце пособия по каждому разделу приведены тестовые вопросы, а также ответы к ним. 
4. 
В целях лучшего усвоения знаний необходимо выполнять практические 
работы, предусмотренные рабочей программой. Для практических занятий студент обеспечивается методическими указаниями по выполнению 
практических работ, а также рабочей тетрадью. 
5. 
Для лучшего представления отдельных процессов в нефтегазовом деле 
необходимо изучить предлагаемые видеофильмы, анимации и презентации, а также нефтегазовое оборудование по имеющимся стендам, макетам, натуральным образцам. 
6. 
В качестве итогового контроля по дисциплине предусмотрен экзамен 
(зачет) в электронном виде (19). 

6

Прогноз поэтапного развития добычи нефти на период до 2020 года (17) 

7

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 

НГДУ – нефтегазодобывающее управление 
УЭЦН – установка электроцентробежного насоса 
УШСН (ШНСУ) – установка штангового скважинного насоса 
НКТ – насосно-компрессорные трубы 
АФ – арматура фонтанная 
АН – арматура нагнетательная 
ОУГ – оборудование устья газлифтное 
СКД – станок-качалка дезаксиальный 
СК – станок-качалка 
ШСН – штанговый скважинный насос 
НШ – насосные штанги 
НСВ – насос скважинный вставной 
НСН – насос скважинный невставной 
ПЭЦН – погружной электроцентробежный насос 
ПЭД – погружной электродвигатель 
АГЗУ – автоматизированная групповая замерная установка 
ГПЗ – газоперерабатывающий завод 
ЦПС – центральный пункт сбора 
КСП – комплексный сборный пункт 
УКПН – установка комплексной подготовки нефти 
ДНС – дожимная насосная станция 
УПН – установка подготовки нефти 
УПВ – установка подготовки воды 
УПГ – установка подготовки газа 
УПШ – установка подготовки шлама 
ППД – поддержание пластового давления 
КНС – кустовая насосная станция 
БКНС – блочная кустовая насосная станция 
ПАВ – поверхностно-активные вещества 
УОВ – установка очистки воды 
ГХК – газохимический комплекс 
ГНС – головная насосная станция 
НПЗ – нефтеперерабатывающий завод 
ГКС – газокомпрессорная станция 
КС – компрессорная станция 
ГРС – газораспределительная станция 
ПХГ – подземное хранилище газа 
ОАО – открытое акционерное общество 
НИПИ – научно-исследовательский и проектный институт 
МНП – морские нефтегазовые промыслы 
СПЗ – скважины подводного закачивания 
ПНО – платформы на натяжных спорах 
УПСВ – установка предварительного сброса воды 
БРВ – блок распределения воды 
 

8

1. ИСТОРИЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ.  
НЕКОТОРЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И СВЕДЕНИЯ 

Среди важнейших видов промышленной продукции одно из главных мест занимают нефть, газ и продукты их переработки. 
Достаточно сказать, что из всех видов энергетических ресурсов (вода, уголь, горючие сланцы, атомная энергия и др.) около двух третей потребностей обеспечивается за счет углеводородов. Невозможно представить сегодня современный транспорт и все многообразие двигательной 
техники без горюче-смазочных материалов, основой которых служат 
нефть и газ. Эти богатства земных недр добываются и потребляются 
в огромных количествах (рис. 1.1, 1.2). 

Рис. 1.1. Использование и транспорт нефти  

Свободный газ и добываемый попутно с нефтью газ являются сырьем для химической промышленности. Путем химической переработки 
газов получают и такие продукты, на изготовление которых расходуется 
значительное количество пищевого сырья. 
До начала XVIII в. нефть в основном добывали из копанок, которые обсаживали плетнем. По мере накопления нефть вычерпывали 
и в кожаных мешках вывозили потребителям. 
Колодцы крепились деревянным срубом, окончательный диаметр 
обсаженного колодца составлял обычно от 0,6 до 0,9 метров с некоторым 
увеличением книзу для улучшения притока нефти к его забойной части. 

9

Рис. 1.2. Использование нефти 

Подъем нефти из колодца производился при помощи ручного ворота (позднее конного привода) и веревки, к которой привязывался бурдюк (ведро из кожи). 
К 70-м годам XIX в. основная часть нефти в России и в мире добывается из нефтяных скважин. Так, в 1878 г. в Баку их насчитывается 301, 
дебит которых во много раз превосходит дебит из колодцев. Нефть из 
скважин добывали желонкой – металлическим сосудом (труба) высотой 
до 6 м, в дно которого вмонтирован обратный клапан, открывающийся 
при погружении желонки в жидкость и закрывающийся при ее движении 
вверх. Подъем желонки (тартание) велся вручную, затем на конной тяге 
(начало 70-х годов XIX в.) и с помощью паровой машины (80-е годы). 
Первые глубинные насосы были применены в Баку в 1876 г., а первый глубинный штанговый насос – в Грозном в 1895 г. Однако тартальный способ длительное время оставался главным. Например, в 1913 г. 
в России 95 % нефти добыто желонированием. 

10