Нефтегазовое дело. Полный курс. В двух томах. Том 1

Â. Â. ÒÅÒÅËÜÌÈÍ 
ÍÅÔÒÅÃÀÇÎÂÎÅ ÄÅËÎ. 
ÏÎËÍÛÉ ÊÓÐÑ 
Ó÷åáíèê 
 äâóõ òîìàõ 
2-å èçäàíèå
Òîì I 
Ìîñêâà 
Âîëîãäà 
«Èíôðà-Èíæåíåðèÿ» 
2021
1 

УДК 622.323/.324 
ББК 33.36 
Т37 
Рецензенты: 
профессор Ижевского государственного технического университета имени 
М. Калашникова, доктор технических наук Кузнецов Николай Павлович; 
профессор Московского государственного открытого университета имени 
В. Черномырдина, доктор технических наук Захаров Юрий Никитович; 
профессор Российского государственного геологоразведочного университета  
имени С. Орджоникидзе, доктор технических наук Михайлов Юрий Васильевич 
Т37 
 
Тетельмин, В. В.  
Нефтегазовое дело. Полный курс : учебник. В двух томах. Том 1 / В. В. Тетельмин. – 2-е изд. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. – 416 с.: ил., 
табл.  
ISBN 978-5-9729-0552-2 
ISBN 978-5-9729-0556-0 (Т. 1) 
Приведено систематическое описание процессов и агрегатов, используемых в 
нефтегазовой отрасли. Освещены вопросы общей и нефтепромысловой геологии, последовательно изложены основные стадии производства буровых работ, испытания и 
обустройства нефтяных и газовых скважин. Рассмотрены физика нефтяного пласта, 
порядок исследования скважин, реологические и технологические аспекты разработки месторождений. Показаны способы эксплуатации добывающих скважин, системы 
промыслового сбора и подготовки углеводородов к транспортировке, объекты нефте- 
и газохранилищ, основы технологических расчетов и особенности эксплуатации основных сооружений и оборудования магистральных нефте- и газопроводов. Дано 
описание способов переработки нефти и газа.  
Для студентов и преподавателей нефтегазовых и геологических факультетов, 
специалистов-технологов и инженеров – разработчиков оборудования.  
УДК 622.323/.324 
ББК 33.36 
ISBN 978-5-9729-0552-2 
” Тетельмин В. В., 2021 
ISBN 978-5-9729-0556-0 (Т. 1) 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
2 

ÎÃËÀÂËÅÍÈÅ 
ÂÂÅÄÅÍÈÅ ............................................................................................................... 9 
ÃËÀÂÀ 1. Ïðîøëîå è áóäóùåå ìèðîâîé äîáû÷è
óãëåâîäîðîäîâ ............................................................................... 13 
1.1. Объёмы добычи и потребления углеводородных ресурсов ..................... 13 
1.2. Транснациональные нефтегазодобывающие компании  
..........................  20 
1.3. Первые нефтяники России ..........................................................................  25 
1.4. История первого барреля нефти .................................................................  28 
1.5. Нефтяные топлива и масла 
..........................................................................  30 
1.6. Биотопливо 
....................................................................................................  33 
1.7. Энергетика будущего 
...................................................................................  37 
ÃËÀÂÀ 2. Ýëåìåíòû îáùåé è íåôòåïðîìûñëîâîé ãåîëîãèè 
........ 
43 
2.1. Геосферы Земли 
.............................................................................................  43 
2.1.1. Планета Земля  ...............................................................................  43 
2.1.2. Атмосфера Земли ...........................................................................  45 
2.1.3. Гидросфера Земли 
..........................................................................  46 
2.1.4. Земная кора – литосфера  ..............................................................  47 
2.2. Геохронологическая шкала – геологическое время ..................................  51 
2.3. Физико-механические свойства осадочных пород ....................................  52 
2.3.1. Разновидности осадочных пород .................................................  52 
2.3.2. Плотность, упругость и прочность горных пород 
......................  54 
2.3.3. Классификация горных пород по твёрдости 
и абразивности ...............................................................................  59 
2.3.4. Пористость и проницаемость осадочных пород 
.........................  62 
2.3.5. Теплофизические свойства и тепловой режим горных пород ..... 
 68 
2.3.6. Горное и пластовое давление 
........................................................  70 
2.3.7. Горючие и метаморфические сланцы ..........................................  72 
2.4. Геодинамика земной коры ...........................................................................  75 
2.4.1. Тектоника литосферных плит 
.......................................................  75 
2.4.2. Лунно-солнечные приливы ...........................................................  81 
2.4.3. Геодинамика и добыча углеводородов ........................................  83 
3 

Òåòåëüìèí Â. Â.   ÍÅÔÒÅÃÀÇÎÂÎÅ ÄÅËÎ. ÏÎËÍÛÉ ÊÓÐÑ 
2.4.4. Тектоника земной коры и нефтегазоносность недр ...................  89 
 2.5. Складкообразование и типы складок ..........................................................  92 
 2.6. Формирование залежей углеводородов ......................................................  94 
 2.7. Аномальное пластовое давление в осадочной толще бассейна ...............  99 
2.8. Физика нефтяного пласта ...........................................................................  101 
2.8.1. Структурные модели продуктивного пласта ............................  101 
2.8.2. Геолого-промысловая характеристика продуктивного  
пласта ............................................................................................  104 
2.8.3. Условия залегания флюидов в продуктивных пластах 
............  108 
2.8.4. Упругий запас флюидов в продуктивном пласте .....................  113 
2.8.5. Капиллярно-реологические эффекты в пористом пласте 
........  117 
2.9. Поиск и разведка месторождений углеводородов  
................................  120 
ÃËÀÂÀ 3. Îáðàçîâàíèå óãëåâîäîðîäîâ, 
èõ ñîñòàâ è ñâîéñòâà ................................................................  126 
3.1. Углерод и формы его нахождения на Земле ........................................... 126 
3.2. Основные циклы углерода на Земле .......................................................  129 
3.2.1. Общий глобальный цикл углерода  
............................................  129 
3.2.2. Круговорот вещества и энергии в биосфере .............................  131 
3.2.3. Фотосинтез как основной процесс образования органического 
вещества ........................................................................................  133 
3.2.4. Органическое вещество в осадочных образованиях ................  137 
3.3. Концепция образования углеводородов .................................................  139 
3.4. Эволюция органического вещества в осадочных породах ...................  142 
3.4.1. Исходный материал органического вещества 
осадочных пород ..........................................................................  142 
3.4.2. Накопление и преобразование органического вещества 
в диагенезе ....................................................................................  145 
3.4.3. Трансформация органического вещества в катагенезе 
............  147 
3.4.4. Миграция нефти и газа в горных породах 
.................................  149 
3.5. Состав нефти  
.............................................................................................  151 
3.5.1. Групповой состав нефти 
............................................................... 151 
3.5.2. Фракционный состав нефти ......................................................... 156 
3.5.3. Неуглеводородные составляющие нефти 
................................... 157 
3.5.4. Нефть как коллоидно-дисперсная система ................................ 159 
4 

ÎÃËÀÂËÅÍÈÅ
3.6. Водонефтяные дисперсные системы 
........................................................ 162 
3.7. Газонефтяные дисперсные системы 
......................................................... 164 
3.8. Физические свойства нефти  ..................................................................... 167 
3.8.1. Плотность и молекулярная масса нефти .................................... 167 
3.8.2. Характерные температуры нефти и нефтепродуктов ............... 169 
3.8.3. Вязкость и поверхностное натяжение нефти ............................. 172 
3.8.4. Теплофизические свойства нефти ............................................... 174 
3.9. Состав и свойства углеводородных газов 
................................................ 175 
3.9.1. Состав природных и попутных газов  
......................................... 175 
3.9.2. Плотность и вязкость газов 
.......................................................... 177 
3.9.3. Критические и приведённые параметры газов .......................... 179 
3.9.4. Газовые гидраты в осадочных бассейнах ................................... 181 
3.9.5. Тепловые свойства углеводородных газов  
................................ 183 
ÃËÀÂÀ 4. Ðåîëîãèÿ íåôòè, áóðîâûõ 
è òàìïîíàæíûõ ðàñòâîðîâ ...................................................... 188 
4.1. Основные реологические модели текучих сред  
..................................... 188 
4.1.1. Реологические модели Гука, Ньютона и Сен-Венана ............... 188 
4.1.2. Степенное уравнение Оствальда де-Виля .................................. 191 
4.1.3. Реологические модели Максвелла и Фойгта-Кельвина. 
Релаксация напряжений  .............................................................. 194 
4.1.4. Реологическая модель Бингама. Тиксотропия 
........................... 197 
4.2. Техника реометрии текучих сред  ............................................................ 199 
4.2.1. Классификация методов реометрии 
............................................ 199 
4.2.2. Причины неинвариантности реологических 
параметров жидкостей 
.................................................................. 208 
4.3. Реологические свойства нефти и нефтепродуктов  ................................ 210 
4.3.1. Нефть как вязкопластичная жидкость ........................................ 210 
4.3.2. Реологические свойства нефти .................................................... 213 
4.3.3. Реологические свойства нефтепродуктов .................................. 217 
4.3.4. Способы улучшения реологических свойств нефти ................. 220 
4.4. Реологические свойства буровых и тампонажных растворов 
............... 223 
4.4.1. Вязкость суспензий 
....................................................................... 223 
4.4.2. Реологические свойства буровых растворов 
.............................. 225 
4.4.3. Реологические свойства тампонажных растворов .................... 227 
5 

 
Òåòåëüìèí Â. Â.   ÍÅÔÒÅÃÀÇÎÂÎÅ ÄÅËÎ. ÏÎËÍÛÉ ÊÓÐÑ 
 
 
4.5. Особенности течения вязкопластичных жидкостей в трещинах .......... 230 
4.5.1. Кинетика поступательного течения вязкопластичной жидкости  
в трещине ....................................................................................... 230 
4.5.2. Плоскорадиальное течение вязкопластичной жидкости  
в трещине ....................................................................................... 236 
4.5.3. Дальность проникновения коллоидно-дисперсных систем  
при нагнетании их в трещину 
...................................................... 241 
4.5.4. Силовое воздействие радиального потока вязкопластичной  
жидкости в трещине на пласт  ..................................................... 244 
 
ÃËÀÂÀ 5. Ïîðîäîðàçðóøàþùèå èíñòðóìåíòû è ìåõàíèçì  
ðàçðóøåíèÿ ãîðíûõ ïîðîä áóðåíèåì  ............................... 248 
5.1. Буровые скважины и их классификация 
.................................................. 248 
5.2. Классификация породоразрушающих инструментов ............................ 250 
5.3. Конструктивные особенности долот 
........................................................ 253 
5.3.1. Шарошечные долота 
..................................................................... 253 
5.3.2. Лопастные долота ......................................................................... 261 
5.3.3. Алмазные долота 
........................................................................... 263 
5.3.4. Бурильные головки ....................................................................... 267 
5.3.5. Долота для специальных целей ................................................... 269 
5.4. Напряжённое состояние и устойчивость горных пород  
в прискважинной зоне  ............................................................................. 270 
5.5. Развитие трещин с позиций механики хрупкого разрушения 
............... 273 
5.6. Особенности разрушения горных пород бурением 
................................ 277 
5.6.1. Механизм образования трещин в горных породах  
при вдавливании инденторов ...................................................... 277 
5.6.2. Механизм разрушения горных пород при вдавливании элемента 
вооружения долота ....................................................................... 282 
5.6.3. Механизм разрушения горных пород при ударном воздействии 
элемента вооружения долота 
....................................................... 284 
5.7. Гидравлический разрыв горных пород  ................................................... 286 
5.8. Воздействие высокоскоростной струи промывочной жидкости  
на горную породу  ..................................................................................... 290 
5.9. Технико-экономические показатели работы долот.  
Выбор рациональных типов долот 
.......................................................... 293 
 
6 
 

ÎÃËÀÂËÅÍÈÅ
ÃËÀÂÀ 6. Áóðîâûå ïðîìûâî÷íûå æèäêîñòè 
è òåõíîëîãèÿ ïðîìûâêè ñêâàæèí ......................................... 296 
6.1. Функции буровых промывочных жидкостей .......................................... 296 
6.2. Растворы на глинистой основе  ................................................................ 297 
6.2.1. Водные дисперсии глин ............................................................... 297 
6.2.2. Свойства буровых растворов на основе глин ............................ 299 
6.2.3. Глинистые растворы с добавками ............................................... 301 
6.3. Буровые растворы на нефтяной основе ................................................... 303 
6.4. Утяжеление буровых растворов ............................................................... 304 
6.5. Бурение с очисткой забоя водой 
............................................................... 304 
6.6. Бурение с очисткой забоя воздухом 
......................................................... 305 
6.7. Оборудование для приготовления и очистки буровых растворов  
....... 306 
6.8. Гидравлические расчёты при промывке скважин .................................. 308 
6.9. Предупреждение и борьба с поглощениями бурового раствора 
........... 310 
6.10. Критерии назначения плотности бурового раствора ........................... 311 
6.11. Выбор типа бурового раствора ............................................................... 312 
ÃËÀÂÀ 7. Âðàùàòåëüíîå áóðåíèå íà íåôòü è ãàç ............................ 314 
7.1. Технологическая схема бурения вращательным способом ................... 314 
7.2. Установки вращательного бурения 
.......................................................... 317 
7.3. Буровые вышки и спускоподъёмное оборудование ............................... 321 
7.4. Оборудование и инструмент для бурения скважин 
................................ 326 
7.5. Полный цикл строительства скважин ...................................................... 330 
7.6. Подготовительные работы к бурению скважин 
...................................... 332 
7.7. Бурильная колонна 
..................................................................................... 335 
7.7.1. Конструкция элементов бурильной колонны ............................ 335 
7.7.2. Условия работы колонны бурильных труб ................................ 341 
7.7.3. Комплектование и эксплуатация бурильной колонны.............. 345 
7.8. Режимы бурения скважин ......................................................................... 346 
7.8.1. Влияние параметров режима бурения 
на показатели бурения 
.................................................................. 346 
7.8.2. Особенности режима бурения роторным способом 
.................. 350 
7.8.3. Особенности режима бурения турбинным способом ............... 351 
7.8.4. Особенности режима бурения винтовыми забойными 
двигателями ................................................................................... 354 
7 

 
Òåòåëüìèí Â. Â.   ÍÅÔÒÅÃÀÇÎÂÎÅ ÄÅËÎ. ÏÎËÍÛÉ ÊÓÐÑ 
 
 
7.8.5. Особенности режима бурения электробурами .......................... 356 
7.8.6. Контроль параметров режима бурения  
и каротажные работы 
.................................................................... 357 
7.9. Нарушения целостности стенок скважин ................................................ 361 
7.10. Бурение наклонных скважин .................................................................. 363 
7.10.1. Самопроизвольное искривление скважин  
и его предупреждение ................................................................ 363 
7.10.2. Бурение наклонно-направленных скважин .............................. 366 
7.10. 3. Кустовое и многозабойное бурение скважин ......................... 370 
7.11. Крепление скважин .................................................................................. 371 
7.11.1. Конструкция скважин  
................................................................ 371 
7.11.2. Обсадные колонны 
...................................................................... 374 
7.11.3. Цементирование скважин  ......................................................... 377 
7.12. Заканчивание и освоение скважин ......................................................... 380 
7.12.1. Опробование и испытание пластов ........................................... 380 
7.12.2. Вскрытие продуктивных горизонтов и заканчивание  
скважин ......................................................................................... 382 
7.12.3. Освоение скважин после цементирования эксплуатационной 
колонны 
........................................................................................ 385 
7.13. Газовые и нефтяные проявления ............................................................ 386 
 
ÃËÀÂÀ 8. Áóðåíèå ñêâàæèí íà øåëüôå 
................................................. 390 
8.1. Особенности разработки морских месторождений нефти и газа.......... 390 
8.2. Инженерное обеспечение буровых работ на море ................................. 393 
8.3. Искусственные острова ............................................................................. 396 
8.4. Самоподъёмные плавучие буровые установки ....................................... 397 
8.5. Полупогружные плавучие буровые установки ....................................... 398 
8.6. Морские стационарные платформы ......................................................... 400 
8.7. Особенности бурения скважин с буровых судов 
.................................... 403 
8.8. Конструкции морских скважин ................................................................ 405 
8.9. Бурение на Арктическом шельфе 
............................................................. 408 
 
8 
 

Ó íåôòè âñåãäà åñòü æåëàíèå ïîäíÿòüñÿ  
èç çåìíûõ ãëóáèí íà ïîâåðõíîñòü.  
×åëîâåê åé â ýòîì ïîìîãàåò. 
 
   Îïðåäåëåíèå íåôòåãàçîâîãî äåëà 
 
 
 
 
ÂÂÅÄÅÍÈÅ 
 
 
При написании настоящей книги автор придерживался нескольких учебных программ, по которым обучаются студенты специальностей бакалавриата 
направления «Нефтегазовое дело». В книге рассмотрены технические, технологические и экологические основы геологии, геохимии, разведки, добычи, переработки, транспортировки, хранения и распределения нефти, газа и нефтепродуктов. 
Вот уже полтора столетия нефть обеспечивает цивилизации быстрое развитие. Промышленная добыча природного газа началась сравнительно недавно, 
однако и газ успел занять главенствующее положение в экономике многих 
стран. По-настоящему широко нефть была востребована, как только началась 
промышленная революция и обусловленный ею технический прогресс. На первом этапе появились новые машины, которые потребовали большое количество 
смазочных масел. Это паровая машина И. Ползунова (1763 г.), паровой двигатель Д. Уатта (1784 г.), пароход Р. Фултона (1807 г.), паровоз Д. Стефенсо- 
на (1814 г.). 
Во второй половине ХIХ века начался «керосиновый период». Последовавший далее нефтяной бум и развитие нефтяного дела были обусловлены величайшими изобретениями: двигатель внутреннего сгорания Н. Отто (1876 г.), 
автомобиль Г. Даймлера (1883 г.) и К. Бенца (1886 г.), дизельный двигатель 
Р. Дизеля (1897 г.). В 1901 году появился первый трактор, в 1903 году – самолёт 
и теплоход. Появление моторов стало революцией на транспорте, в энергетике, 
в военном деле и потребовало огромного количества продуктов переработки 
нефти.  
Сегодня 90 % добываемой нефти сгорает в топках электростанций, в городских котельных, в пламени мартеновских печей, в форсунках химических аппаратов, в двигателях автомобилей, самолётов, гражданских и боевых судов – 
всюду, где необходима энергия, свет и тепло. Можно сказать, что именно нефть, 
стирая границы, положила начало процессу глобализации: вначале нефть объединила людей в их стремлении жить без лучины при более ярком свете керосиновой лампы, затем она стала незаменимой при получении моторного топлива  
и синтезе тысяч новых продуктов и материалов. 
9 
 

 
Òåòåëüìèí Â. Â.   ÍÅÔÒÅÃÀÇÎÂÎÅ ÄÅËÎ. ÏÎËÍÛÉ ÊÓÐÑ 
 
 
История происхождения нефти неразрывно связана с историей Земли и 
представляет собой картину того, как развивался органический мир в целом. 
Углеводороды и сейчас образуются в земных недрах и в донных отложениях 
Мирового океана. Процесс этот непрерывный, но очень медленный, а человек 
извлекает нефть из недр в миллион раз интенсивнее темпов её образования. 
При этом объём остающейся в недрах нефти на отработанных месторождениях, 
по крайней мере, равен объёму извлечённой нефти. Нельзя рассматривать миллиарды тонн оставшейся в недрах нефти безвозвратно утерянными: следует  
совершенствовать технологию добычи той нефти, которая в настоящее время 
является недоступной.  
В ХХI веке в мире ежегодно добывается более 4 млрд т нефти и более 
3 трлн м3 газа. В России добыча нефти с газовым конденсатом составляет более 
500 млн т, газа – более 650 млрд м3. Приведённые цифры свидетельствуют о 
необходимости совершенствования технологических процессов добычи углеводородов. В этой важной области человеческой деятельности используются 
многие прогрессивные решения: бурятся горизонтально-разветвлённые скважины; используются вторичные и третичные методы повышения нефтеотдачи 
пластов; эксплуатируются морские месторождения с применением подводного 
оборудования и подводных трубопроводов; увеличивается добыча тяжёлой  
и сверхтяжёлой нефти. 
В основу перечисленных технологий положены знания реологических 
особенностей поведения нефти. В общем объёме добываемой нефти доля высоковязких и высокозастывающих разновидностей нефти год от года будет возрастать. Реология объясняет многие факты и явления в технической и технологической деятельности человека. Для нефтяников реология – это самостоятельный раздел в гидромеханическом цикле дисциплин. Поэтому в книге даётся 
описание физических основ течения неньютоновских жидкостей в тех средах  
и тех условиях, в которых находится нефть, нефтепродукты, буровые и тампонажные растворы. 
Процессы, отражающие движение и трансформацию состояний углерода 
осуществляются по следующей замкнутой цепочке: СО2 ĺ фотосинтез ĺ углеводы и органическое вещество (ОВ) в биосфере ĺ ОВ в осадочных породах ĺ 
микронефть ĺ залежь углеводородов (УВ) ĺ добыча и переработка УВ ĺ 
сжигание УВ.  Для сегодняшнего человека-потребителя главными в этом цикле 
являются последние три звена, которые в совокупности и составляют основу 
нефтегазового дела. В книге даётся цельное представление о процессах, сопутствующих рождению углеводородов, их добыче, транспортировке и использованию.  
Строительство скважины является сложным многофакторным процессом. С одной стороны, процесс бурения в значительной степени консервативен 
и состоит из последовательности обязательных операций, с другой стороны, 
10