Теоретические основы разработки нефтяных и газовых месторождений

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное 
учреждение высшего образования 
«Кубанский государственный технологический университет» 

 
 
 
А. А. Ладенко, О. В. Савенок 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  
РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ  
И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2020 
1 
 

УДК 622.27 
ББК 33.36 
 
Л15 
 
 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы : 
 
Е. В. Богатырева, кандидат техн. наук, доцент кафедры  
освоения морских нефтегазовых месторождений  
ФГАО ВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина»; 
Т. А. Гунькина, кандидат техн. наук, доцент, и. о. зав. кафедрой  
разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений  
ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ладенко, А. А. 
Л15 
 
Теоретические основы разработки нефтяных и газовых месторождений: учебное пособие / А. А. Ладенко, О. В. Савенок. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 244 с. : ил., табл.  
 
 
ISBN 978-5-9729-0445-7 
 
Рассмотрены режимы извлечения углеводородов на поверхность, существующие методики увеличения нефтеотдачи при различных режимах работы залежи. Даны примеры проведения инженерных расчетов, необходимых 
для проектирования разработки месторождений. 
Для студентов нефтегазовых вузов и факультетов, а также для специалистов нефтегазовой отрасли, занимающихся испытаниями и исследованиями 
скважин и пластов. 
 
 
УДК 622.27 
 
ББК 33.36 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0445-7 
” Ладенко А. А., Савенок О. В., 2020 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
2 
 

 
 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ....................................................................................................................... 5 
Термины и определения ............................................................................................. 8 
Основные сокращения .............................................................................................. 11 
Глава 1. Системы и технология разработки нефтяных и газовых  
месторождений ........................................................................................................... 13 
1.1. Обьект и система разработки 
.................................................................... 17 
1.2. Режимы работы залежи ............................................................................. 23 
1.3. Режимы работы газовых залежей ............................................................. 29 
1.4. Технология и показатели разработки 
....................................................... 30 
1.5. Основные периоды разработки газовых и газоконденсатных 
месторождений .................................................................................................. 38 
1.6. Рациональная система разработки ........................................................... 40 
Глава 2. Классификация и характеристика систем разработки  
месторождений .......................................................................................................... 43 
2.1. Параметры, характеризующие систему разработки нефтяных  
месторождений .................................................................................................. 43 
2.2. Системы разработки при отсутствии воздействия на пласты ............... 44 
2.3. Системы разработки с воздействием на пласты ..................................... 46 
2.4. Системы размещения скважин по площади газоносности  
месторождений природных газов 
.................................................................... 56 
Глава 3. Моделирование процессов разработки ................................................... .60 
3.1. Модели пласта и процессов вытеснения нефти 
...................................... 62 
3.2. Модели пластов и процессов разработки ................................................ 67 
3.3. Уравнение неразрывности 
......................................................................... 67 
3.4. Уравнение энергии 
..................................................................................... 68 
Глава 4. Разработка нефтяных месторождений при естественных режимах ........... 74 
4.1. Прояление упругого режима 
..................................................................... 74 
4.2. Дифферециальное уравнение упругого режима ..................................... 79 
4.3. Разработка месторождений при режимах растворенного газа 
и газонапорном .................................................................................................. 81 
Глава 5. Разработка нефтяных месторождений с применением заводнения ...... 93 
5.1. Основные показатели разработки 
............................................................. 93 
5.2. Расчет показателей разработки слоистого пласта на основе модели 
поршневого вытеснения нефти водой 
............................................................. 99 
5.3. Расчет показателей разработки однородного пласта на основе  
модели непоршневого вытеснения нефти водой ......................................... 106 
5.4. Расчет пластового давления и дебитов скважин .................................. 116 
5.5. Опыт и проблемы разработки месторождений с применением  
заводнения 
........................................................................................................ 121 
5.6. Разработка трещиновато-пористых пластов при вытеснении нефти  
водой ................................................................................................................. 125 
3 
 

Глава 6. Физико-химические методы разработки нефтяных месторождений ........... 144 
6.1. Вытеснение нефти из пластов растворителями и газом при высоком 
давлении ........................................................................................................... 144 
6.2. Разработка месторождений с использованием закачки в пласт  
двуокиси углерода 
........................................................................................... 146 
6.3. Вытеснение нефти из пластов водными растворами  
поверхностно-активными веществами ......................................................... 148 
6.4. Полимерное и мицеллярно-полимерное заводнение нефтяных  
пластов 
.............................................................................................................. 149 
6.5. Проблемы применения физико-химических методов разработки  
нефтяных месторождений .............................................................................. 155 
Глава 7. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений 
.................... 158 
7.1. Вытеснение нефти из пластов горячей водой и паром ........................ 158 
7.2. Разработка месторождений путем закачки теплоносителей в пласт  
методом тепловых оторочек .......................................................................... 161 
7.3. Сухое и влажное внутрипластовое горение .......................................... 165 
7.4. Проблемы разработки месторождений тепловыми методами ............ 169 
Глава 8. Другие разновидности методов увеличения нефтеотдачи пластов .......... 172 
8.1. Микробиологическое воздействие на пласт 
.......................................... 172 
8.2. Вибросейсмическое воздействие на пласт ............................................ 173 
8.3. Потенциальные возможности методов увеличения нефтеотдачи  
пластов 
.............................................................................................................. 175 
Глава 9. Проектирование и регулирование разработки нефтяных  
и газонефтяных месторождений ............................................................................ 182 
9.1. Порядок составления и утверждения проектных документов  
на ввод в разработку нефтяных и газонефтяных месторождений ............. 182 
9.2. Общие требования к составлению проектных документов  
на разработку нефтяных и газонефтяных месторождений 
......................... 186 
9.3. Постоянно действующие геолого-технологические модели  
нефтяных и газонефтяных месторождений 
.................................................. 188 
9.4. Измерение, регистрация и анализ показателей разработки  
месторождения ................................................................................................ 192 
9.5. Регулирование разработки нефтяных месторождений ........................ 194 
Глава 10. Разработка месторождений при осложненных условиях  
разработки ................................................................................................................ 198 
10.1. Разработка глубокозалегающих пластов с аномально высоким  
пластовым давлением и месторождений неньютоновских нефтей ........... 203 
10.2. Разработка месторождений с природными осложнениями ............... 210 
10.3. Разработка месторождений с высоковязкими нефтями 
..................... 214 
Глава 11. Охрана окружающей среды и недр при разработке нефтяных  
и газовых месторождений ...................................................................................... 228 
11.1. Задачи охраны недр................................................................................ 228 
11.2. Охрана окружающей среды при разработке нефтяных и газовых  
месторождений ................................................................................................ 231 
11.3. Охрана недр при разработке нефтяных и газовых месторождений 
........ 234 
Библиографический список 
.................................................................................... 240
4 
 

 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений включает 
в себя научно обоснованный производственный процесс извлечения из недр, 
содержащихся в них углеводородов и сопутствующих им полезных ископаемых; процесс проектирования систем разработки нефтяных и газовых залежей, взаимное расположение забоев добывающих, нагнетательных, резервных 
и других скважин, разбуривание месторождения в соответствии с утверждённой технологической документацией, выработку запасов нефти и газа [1].  
В пособии рассмотрены вопросы эксплуатации нефтяных и газовых скважин. 
Термин «научно обоснованный» означает, что процесс извлечения углеводородов ведется не стихийно, а на основе использования объективных законов 
природы, которые познаются студентами при изучении естественнонаучных, 
общеинженерных, гуманитарных, социально-экономических и специальных 
дисциплин. 
Целью изучения дисциплины «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» является усвоение студентами основных терминов и понятий, применяемых при проектировании, анализе и регулировании разработки 
нефтяных и газовых месторождений, а также методов и методик расчета и прогнозирования параметров и показателей процесса разработки. 
Современное развитие нефтедобывающей промышленности России характеризуется ухудшением структуры запасов нефти. Все больший объем стали занимать трудноизвлекаемые запасы, эффективность выработки которых может быть 
достигнута лишь при условии применения новых технологий повышения нефтеотдачи пластов. Роль последних в сложившейся ситуации значительно возрастает, 
так как увеличение нефтеотдачи на разрабатываемых месторождениях России 
всего лишь на один процент равносильно открытию нескольких крупных месторождений, которые могут обеспечить 2,5-3-летнюю добычу нефти по стране [33]. 
Учитывая то обстоятельство, что крупные месторождения России вошли  
в позднюю стадию разработки с крутопадающей добычей, главным условием стабилизации добычи нефти и дальнейшего развития нефтяной промышленности 
России становится разработка и внедрение новых высокоэффективных технологических решений увеличения извлечения нефти из низкопродуктивных и трудноизвлекаемых запасов. В этих условиях разработка нефтяных и газовых месторождений как самостоятельная учебная дисциплина и область знаний приобретает 
решающее значение в подготовке высококвалифицированных специалистов для 
нефтедобывающей промышленности России. 
Определяющую роль в создании разработки нефтяных месторождений  
как самостоятельной науки сыграла основополагающая работа А. П. Крылова,  
Ч. М. Глоговского, М. Ф. Мирчинка, Н. М. Николаевского и Л. А. Чарного «Научные основы разработки нефтяных месторождений», вышедшая в свет в 1948 г.  
5 
 

В этой работе была дана первая формулировка основного принципа разработки, 
заложен фундамент проектирования разработки нефтяных месторождений, решен 
ряд важных задач подземной гидромеханики, а наука о разработке нефтяных месторождений представлена как комплексная область знаний, использующая достижения нефтяной геологии и геофизики, подземной гидродинамики, эксплуатации скважин и прикладной экономики [1, 14-16]. 
Конец 40-х и 50-е годы прошлого века ознаменовались резким ростом числа исследований по разработке нефтяных месторождений, развитием новых 
направлений в этой области. Было значительно продвинуто вперед решение 
проблемы разработки нефтяных месторождений при смешанных режимах -  
водонапорном и растворенного газа. Начали интенсивно развиваться методы 
определения параметров пластов с использованием гидродинамических исследований скважин. Были созданы методические основы расчета разработки 
нефтяных месторождений с применением вероятностно-статистических моделей. Развивались также методы непосредственного учета неоднородности при 
фильтрации в нефтяных пластах [1].  
В конце 50-х и начале 60-х гг. заводнение стало основным методом воздействия на нефтяные пласты. Однако в эти же годы стало ясно, что таким способом нельзя полностью решить проблему максимального извлечения нефти  
из недр, особенно при разработке высоковязкой и высокопарафинистой нефти. 
Были проведены фундаментальные исследования и даны инженерные решения, 
послужившие основой развития тепловых методов разработки нефтяных месторождений, связанных с закачкой в пласт теплоносителей и внутрипластовым 
горением. В эти же годы во всем мире огромное внимание было уделено развитию физико-химических методов извлечения нефти из недр, таких как вытеснение нефти углеводородными растворителями, двуокисью углерода, полимерными и мицеллярно-полимерными растворами [1, 33].  
Разработка нефтяных и газовых месторождений - интенсивно развивающаяся область науки. Дальнейшее ее развитие будет связано с применением новых 
технологий извлечения нефти из недр, новых методов распознавания характера 
протекания внутрипластовых процессов, использованием совершенных методов 
планирования, разведки и разработки месторождений, применением автоматизированных систем управления процессами извлечения полезных ископаемых  
из недр, развитием методов детального учета строения пластов и протекающих  
в них процессов на основе детерминированных моделей, реализуемых на мощных компьютерах. 
Наиболее полное извлечение нефти, газа и конденсата из месторождений - 
главное направление рационального использования недр [15, 33]. 
В курсе разработки нефтяных и газовых месторождений комплексно используют многие важные положения геологии, геофизики, физики пласта, подземной гидродинамики, механики горных пород, технологии эксплуатации 
скважин и систем добычи нефти, экономики и планирования.  
Вместе с тем разработка нефтяных месторождений - это самостоятельная 
комплексная область науки и инженерная дисциплина, имеющая свои специальные разделы, связанные с учением о системах и технологиях разработки ме6 
 

сторождений, планированием и реализацией основных принципов разработки, 
проектированием и регулированием разработки месторождений. 
В данном учебном пособии изложены принципы выбора объектов и систем 
разработки месторождений, расчета показателей разработки при различных режимах работы залежей, математическое моделирование основных процессов 
разработки, современные методы проектирования, контроля и регулирования 
разработки нефтяных и газовых месторождений. 
Пособие предусматривает освоение учебного материала курса «Разработка 
нефтяных и газовых месторождений» студентами, геологами и разработчиками, 
специализирующимися в области разработки нефтяных и газовых месторождений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 

 
 
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
 
Авторский надзор ведут авторы проектных документов по разработке 
нефтяных месторождений. 
Газовая шапка - верхняя часть нефтяной залежи, занятая свободным (не 
растворенным в нефти) газом. 
Газ, растворенный в нефти (попутный нефтяной газ) - газ, находящийся 
в нефти нефтяных, газонефтяных и нефтегазовых залежей в растворенном состоянии и выделяющийся из нее при снижении давления ниже давления насыщения. 
Геологическая модель (цифровая) - хранящийся в электронном виде 
аналог месторождения (объекта), представляющий продуктивные пласты и вмещающую их геологическую среду в виде цифрового массива. 
Геофизические исследования скважин - исследования естественных или 
искусственно созданных физических полей в скважинах с целью изучения состава и свойств горных пород и флюидов, изучения состояния элементов конструкции скважин. 
ДКС - дожимные компрессорные станции. 
Залежью называется естественное локальное единичное скопление неф- 
ти в одном или нескольких сообщающихся между собой пластах-коллекторах,  
т.е. в горных породах, способных вмещать в себе и отдавать при разработке нефть. 
Заводнение пластов - введение в нефтяной пласт воды через специальные 
нагнетательные скважины для поддержания пластового давления, повышения 
нефтеотдачи и темпов отбора нефти. 
Залежь (углеводородов) - естественное скопление нефти, газа, в ловушке, 
образованной породой-коллектором под покрышкой из непроницаемых пород.  
Запасы геологические - общее количество сырья, которое заключено,  
по первоначальной оценке, в природных резервуарах. 
Запасы извлекаемые (нефти, газа, конденсата) - часть геологических запасов, которая извлекается из недр при применении эффективных в данных геологофизических условиях технологий и технических средств, при заданных экономических условиях и соблюдении требований охраны недр и окружающей среды. 
Интенсификация добычи нефти - комплекс методов (технологий, способов) повышения дебитов скважин путем увеличения фильтрационных свойств 
коллектора в призабойной зоне пласта и повышения депрессии (репрессии)  
на пласт. 
Коллектором нефти называется горная порода, имеющая сообщающиеся 
между собой пустоты в виде пор, трещин, каверн и др., насыщенные нефтью, 
газом или водой и способные отдавать их при разработке нефтяной залежи. 
Под неоднородностью коллекторских свойств продуктивных пластов 
понимается неодинаковость количественных значений этих свойств в различ8 
 

ных точках пласта - как по площади (зональная неоднородность), так и по разрезу (послойная неоднородность). 
Коэффициент извлечения нефти (КИН) представляет собой отношение 
накопленной (суммарной) добычи нефти к её начальным балансовым запасам. 
Месторождение газонефтяное - месторождение, характеризующееся преобладанием запасов нефти над запасами свободного газа, заключенного в газовой шапке. 
Месторождение нефтегазовое - месторождение, характеризующееся преобладанием запасов газа над запасами нефти, заключенными в нефтяной оторочке. 
Месторождение нефтяное - месторождение, состоящее из одной или нескольких нефтяных залежей. 
Методы воздействия на призабойную зону пласта - комплекс осуществляемых в скважинах работ по изменению фильтрационных характеристик 
вскрытых пластов или физико-химических свойств насыщающих их жидкостей 
в непосредственной близости от скважины с целью повышения, восстановления 
и/или изменения продуктивности (приемистости) пластов (их частей), улучшения охвата пластов воздействием. 
Методы увеличения нефтеотдачи - способы (технологии) воздействия на 
продуктивные пласты с целью снижения остаточной нефтенасыщенности 
(остаточной газонасыщенности) путем изменения физико-химических свойств 
пород и флюидов, доотмыва нефти, динамики и направления фильтрационных 
потоков, нагнетаемых флюидов и создания дополнительных каналов фильтрации. 
Мониторинг разработки месторождения - реализация комплекса организационных и геолого-технологических мероприятий по контролю за разработкой месторождения с целью получения максимально возможной и объективной информации для оперативного управлении процессом рациональной 
добычи нефти и (или) газа из эксплуатационных объектов. 
Мониторинг окружающей среды (экологический) - вид деятельности по 
выявлению, анализу и учету прямых, косвенных и иных последствий воздействия на окружающую среду планируемой хозяйственной и иной деятельности 
в целях принятия решений ее осуществлении. 
Объект разработки - одна или несколько залежей или часть залежи, разрабатываемых единой сеткой эксплуатационных и нагнетательных скважин  
в соответствии с проектным документом на разработку. 
Обустройство месторождения - сооружение на территории месторождения комплекса наземных сооружений, позволяющего вести безаварийную разработку месторождения в соответствии с утвержденным проектным документом. 
Опытно-промышленные работы - проводимые на локальных участках  
в рамках рекомендуемого варианта разработки месторождения экспериментальные работы по испытанию новых технических средств и технологий 
нефтеизвлечения. 
9 
 

Параметр плотности сетки скважин 
с
S  - площадь объекта разработки, 
приходящаяся на одну скважину. 
Природный режим нефтяной залежи - сочетание природных видов энергии, обеспечивающих перемещение нефти в пластах к забоям скважин. 
Рациональной системой разработки называется такая система, которая 
обеспечивает максимальные значения уровней добычи нефти и коэффициен- 
та нефтеизвлечения при минимальных (оптимальных) материальных, трудовых 
и финансовых затратах. 
Регулирование разработки - система целенаправленных изменений технологии разработки продуктивных пластов в рамках принятых решений проектного документа; 
Режимом работы залежи называется проявление преобладающего вида 
пластовой энергии в процессе разработки. 
Под режимом газовой залежи или режимом работы пласта понимают 
проявления доминирующей формы пластовой энергии, вызывающей движение 
газа в пласте и обусловливающей приток газа к скважинам в процессе разработки залежи. 
По В. Н. Щелкачеву (1959 г.) режимом разработки или режимом нефтегазоводоносного пласта называют проявление доминирующей формы пластовой энергии, под действием которой нефть движется к забоям добывающих скважин. 
Системой разработки называется комплекс мероприятий, направленных 
на извлечение нефти из недр на поверхность.  
Система разработки месторождения: обоснованный в проектном документе комплекс технико-технологических мероприятий, направленных на достижение максимально возможного экономически целесообразного коэффициента нефтеизвлечения. 
Технологические показатели разработки месторождения: технологические показатели рекомендуемого варианта разработки, рассчитанные с применением моделирования в динамике за проектный период. 
Технологией разработки нефтяных месторождений называется совокупность способов, применяемых для извлечения нефти из недр. 
Удельный извлекаемый запас нефти или параметр А. П. Крылова 
кр
N
- 
отношение извлекаемых запасов нефти по объекту к общему числу скважин.  
Фонд скважин - общее число нагнетательных и добывающих скважин, 
предназначенных для осуществления процесса разработки месторождения. 
Характеристиками вытеснения нефти называются построенные по фактическим данным графические зависимости накопленной добычи нефти от накопленных или текущих значений добычи жидкости или воды.  
Эксплуатационный объект - продуктивный пласт или группа пластов, 
разрабатываемых единой сеткой скважин. 
Эксплуатация добывающих скважин - использование их в технологических процессах подъема из пласта на поверхность продукции пласта (нефти, 
конденсата, газа, воды). 
 
10