Система сбора и подготовки скважинной продукции. Часть 1. Обеспечение сбора, подготовки, транспорта и хранения углеводородов на месторождениях нефти и газа

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

Н. В. Чухарева, Н. Г. Квеско

СИСТЕМА СБОРА И ПОДГОТОВКИ 
СКВАЖИННОЙ ПРОДУКЦИИ

Учебное пособие

В двух частях

ЧАСТЬ 1 

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СБОРА, ПОДГОТОВКИ, 
ТРАНСПОРТА И ХРАНЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ 
НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ НЕФТИ И ГАЗА

Красноярск
СФУ
2021

УДК 622.276(07)
ББК 33.131я73
Ч-960

Р е ц е н з е н т ы: 
Ю. А. Краус, кандидат технических наук, доцент кафедры «Нефтегазовое дело, стандартизация и метрология» Омского государственного технического университета;
Я. В. Денисова, кандидат биологических наук, заведующий кафедрой «Геология и нефтегазовое дело» Сахалинского государственного университета

Чухарева, Н. В.
Ч-960 Система сбора и подготовки скважинной продукции : учеб. пособие : в 2 ч. Ч. 1. 
Обеспечение сбора, подготовки, транспорта и хранения углеводородов на месторождениях нефти и газа / Н. В. Чухарева, Н. Г. Квеско. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 
2021. – 188 c.
ISBN 978-5-7638-4523-5 (Ч. 1)
ISBN 978-5-7638-4522-8

Рассмотрены общие представления об объектах системы сбора и подготовки, промыслового транспорта и хранения углеводородного сырья. Приведены компоновки технологических комплексов, применяемые в настоящее время на месторождениях нефти, газа и газового конденсата на суше и на море. 
Выделены основные свойства нефти и газа, определяющие условия подготовки углеводородного сырья, 
дальнейшей его транспортировки и хранения. Даны представления о промысловом трубопроводном 
транспорте готовой продукции.
Предназначено для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое 
дело».
Электронный вариант издания см.: 
УДК 622.276(07)
http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 33.131я73

ISBN 978-5-7638-4523-5 (Ч. 1) 
© Сибирский федеральный 
ISBN 978-5-7638-4522-8 
университет, 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение .......................................................................................................................................5

1. Характеристика нефтегазовой отрасли Российской Федерации ..................................7
1.1. Развитие отрасли ...............................................................................................................7
1.2. Объемы запасов и добычи углеводородов  .....................................................................9
1.3. Общая характеристика ведущих нефтегазовых компаний РФ ...................................12
1.4. Прогноз добычи углеводородов на территории России  .............................................16
1.5. Текущие проекты российских нефтегазовых компаний на территориях 
зарубежных стран ...........................................................................................................17

2. Общее представление об объектах системы сбора и подготовки, 
промыслового транспорта и хранения ................................................................................21
2.1. Продукция скважин.........................................................................................................21
2.2. Характеристика технологических единиц систем сбора и подготовки, 
промыслового транспорта и хранения  .........................................................................22

3. Компоновка технологических комплексов на месторождениях 
нефти на суше ...........................................................................................................................34
3.1. Виды нефтегазосбора .....................................................................................................34
3.2. Основные требования при проектировании объектов сбора и подготовки 
на месторождениях нефти .............................................................................................39
3.3. Общий вид укрупненных частей систем сбора и подготовки, транспорта 
и хранения .......................................................................................................................42
3.4. Назначение и функции основных блоков системы сбора и подготовки 
продукции скважин ........................................................................................................47
3.5. Варианты комплектации технологических блоков ......................................................53

4. Компоновка технологических комплексов на месторождениях газа 
и газового конденсата ..............................................................................................................74
4.1. Виды газосбора................................................................................................................74
4.2. Основные требования при проектировании объектов сбора и подготовки газа 
и газового конденсата .....................................................................................................77
4.3. Укрупненные части систем сбора и подготовки, транспорта и хранения газа 
и газового конденсата .....................................................................................................86

5. Технологические комплексы морских месторождений углеводородов  ....................94

6. Основные свойства нефти и газа, определяющие условия подготовки, 
транспорта и хранения .........................................................................................................104
6.1. Химический и элементный составы нефти ................................................................104
6.2. Фракционный состав нефти .........................................................................................105
6.3. Компонентный состав нефти .......................................................................................107
6.4. Физические свойства нефти .........................................................................................114
6.5. Основные параметры природного и нефтяного газа .................................................127

7. Транспорт продукции скважин .......................................................................................136
7.1. Промысловые трубопроводы .......................................................................................136
7.2. Классы промысловых стальных трубопроводов ........................................................138
7.3. Категории стальных промысловых трубопроводов ...................................................141
7.4. Группы и категории технологических стальных трубопроводов .............................150

Оглавление

7.5. Классификация морских трубопроводов ....................................................................153
7.6. Способы сооружения и территориальное расположение промысловых 
трубопроводов  ..............................................................................................................159
7.7. Промысловые стальные трубы ....................................................................................166
7.8. Промысловые неметаллические трубы .......................................................................170

Библиографический список .................................................................................................173

Приложения ............................................................................................................................181
Приложение 1 .......................................................................................................................181
Приложение 2 .......................................................................................................................183
Приложение 3 .......................................................................................................................184
Приложение 4 .......................................................................................................................186
Приложение 5 .......................................................................................................................187

ВВЕДЕНИЕ

Для нефтегазового сектора (НГС) ресурсной базы не только Российской Федерации, 
но и мирового сообщества характерно ухудшение характеристик качества добываемого 
углеводородного сырья (УВС) вследствие ежегодного увеличения количества месторождений, разрабатываемых достаточно длительное время. На сегодняшний день в НГС наблюдаются быстропротекающие процессы вовлечения малодебитной, ранее нерентабельной 
ресурсной базы. Увеличивается объем обводненного УВС. Все чаще появляется информация о сланцевой нефти и газе, битуминозной нефти, связанных углеводородах. 
За последнее десятилетие в технологиях добычи и подготовки УВС наблюдается изменение в сторону разработок на тему «Трудноизвлекаемые запасы» (доля российских транснациональных компаний, участвующих в извлечении, сборе и подготовке УВС, составляет 
более 90 % [1]). Ежегодные встречи ведущих мировых ученых, в том числе молодых специалистов в области геологии и нефтегазового дела, способствуют развитию новых направлений исследований, созданию уникальных технических проектов и команд профессионалов. 
Примером таких встреч являются Всероссийская научно-техническая конференция «Трудноизвлекаемые запасы нефти и газа. Проблемы, исследования и инновации», проводимая 
на базе Уфимского государственного технологического университета, Международная конференция имени Н. Н. Лисовского «Трудноизвлекаемые запасы – настоящее и будущее», 
проводимая на базе Санкт-Петербургского государственного университета, международные экономические и нефтегазовые форумы и т. д. 
Все это способствует развитию новых проектных площадок, например Центра по разработке трудноизвлекаемых запасов нефти (по данным [2] ресурсный потенциал трудноизвлекаемого УВС ачимовской толщи Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна 
находится в пределах 66 млрд т нефтяного эквивалента), который в ближайшее время планируют открыть специалисты компании ПАО «Газпром нефть» с целью создания полигона 
для испытания новых инновационных технологий и модернизации существующих. 
Другим примером является территория ХМАО Пальяновской площади Красноленинского месторождения, где специалисты ПАО «Газпром нефть» совместно со специалистами Московского физико-технического института в 2018–2019 гг. успешно провели ряд испытаний новых российских технологий по разработке трудноизвлекаемых запасов нефти 
в сочетании с программным пакетом «РОСТ МГРП». При этом согласно данным [3] применялись растворы на углеводородной основе, которые мало зависят от перепадов термобарических условий; проводилась обработка горизонтальных скважин при помощи цементирования по принципу вращения; была достигнута герметичность цементного ствола за счет 
эластичных цементных составов; применялась технология многостадийного гидроразрыва 
пласта (ГPП) при условии высокоскоростной закачки больших объемов жидкой среды; использовались композитные пробки на кабеле для разобщения стадий ГPП и перфорации. 
Полученные результаты позволили наметить их дальнейшее применение при освоении нетрадиционных запасов нефти баженовской свиты.
К еще одному примеру повышения эффективности извлечения УВС можно отнести 
разработки специалистов института «ТатНИПИнефти» ПАО «Татнефть». Это комбинация 
технологий применения термогелевых композиций для блокирования водопроявляющих 
интервалов в добывающих скважинах; создание термогидродинамической связи в заглинизированных коллекторах; применение углеводородного растворителя; закачка кислот, 
объемы которых напрямую зависят от объемов глинистой и карбонатной составляющей 
породы, из которой состоит коллектор, что позволило бы снизить отрицательное воздей

Введение

ствие на фильтр скважин и их переизбыточное количество в составе транспортируемой 
среды при движении в системах сбора до установок подготовки (по данным министерства 
торговли и промышленности Республики Татарстан предварительные испытания за период 
2017–2019 гг. показали эффективность около 2 млрд руб. [4]). 
Следует отметить, что сырьевая база углеводородов все более приобретает комплексный характер. На месторождениях добывают разные виды УВС, это способствует подготовке разных товарных продуктов. Исходная характеристика залежей меняется, позволяя 
получать наряду с углеводородами и неуглеводородные ценные компоненты, например 
инертные газы, стоимость которых значительно превышает природный газ.
Изменяется спрос на качество сырья. Это в значительной степени влияет на нормативноправовую базу, определяет возрастание требований к качеству конечной продукции на основе 
УВС и требует более высокого уровня глубины переработки (по данным программы «Энергетическая стратегия развития РФ» [5, 6], утв. Указом Президента РФ от 13.05.2019 г. № 216 [7]).
С другой стороны, характерно, что не уменьшается спрос на первичное сырье и первичные продукты, получаемые на основе российской нефти и газа, извлекаемых на месторождениях углеводородов. 
Вместе с тем наблюдается снижение уровня экспорта углеводородов на традиционные 
рынки Европы и страны СНГ при одновременном многократном увеличении спроса стран 
Азиатско-Тихоокеанского региона и изменении вида товарной продукции (например, расширение рынка сжиженных газов).
Рост себестоимости технологий добычи, ухудшение физико-химических характеристик продукции скважин за счет увеличения содержания в ней серы, а также санкционная 
политика, которая распространяется на российские нефтегазовые компании и отражается 
на ограничениях поставок технологий и оборудования (например, для шельфовых и арктических проектов, проектов сланцевых месторождений), формируют необходимость внедрения новых универсальных технологических решений и нового объема инвестиций. 
Базовые доходы от нефтегазовой деятельности российских компаний постоянно корректируются с учетом сделок ОПЕК. А весь спектр актуальных вопросов нефтегазовой 
отрасли России предусматривает разнообразные форматы коммуникаций между участниками программ в области геологоразведочных работ, добычи, подготовки, транспорта 
и хранения углеводородов, а также их глубокой переработки и соответствующей дальнейшей логистики с учетом изменения рынка потребления и диверсификации производства. 
Образуется синергия, демонстрирующая развитие отношений между разными профессионалами не только в области нефтегазового дела, но и в машиностроении, энергетике, 
IT-технологиях и экологии.
Все указанное выше невозможно без инновационных комбинированных технологий, 
разработка и реализация которых способствует привлечению специалистов междисциплинарного уровня. Эти специалисты должны решать не только задачи по добыче углеводородов и их подготовке до товарных качественных характеристик в соответствии с требованиями ГОСТов и ОСТов, но и участвовать в совершенствовании и внедрении технологий 
по увеличению производительности и эксплуатационного ресурса трубопроводов и технологического оборудования, эксплуатируемых при разных термобарических и климатических условиях в районах с различной инфраструктурой и другими исходными параметрами.
Авторы надеются, что данное учебное пособие позволит расширить область познания 
студентов в области нефтегазового дела и сформировать ряд мотиваций, направленных на будущую профессиональную деятельность выпускников, в т. ч. с учетом требований профессиональных стандартов и нормативно-технической документации нефтегазовых предприятий 
добычи, подготовки, транспорта и хранения продукции из углеводородного сырья.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Из отчета по обзору нефтесервисного рынка России [8] следует, что анализ опыта государственной поддержки нефтесервисного рынка в Китае, Норвегии и США показал отсутствие универсального набора инструментов. При этом необходимо отметить высокий уровень государственной поддержки по трем основным направлениям: инвестиции в НИОКР; 
инвестиции в обучение квалифицированного персонала; поддержка деятельности компаний на внешних рынках.

1.1. РАЗВИТИЕ ОТРАСЛИ

Развитие нефтегазовой отрасли РФ находится в тесной взаимосвязи с концепциями 
инвестирования нефтегазовых компаний (НГК), которые напрямую связаны с освоением 
углеводородных ресурсов и модернизацией технологий добычи, сбора, подготовки, транспорта и хранения нефти, газа и сопряженного с углеводородной энергетикой производства. 
Эффективность развития достигается за счет эффективности функционирования цепочки «поиск и разведка углеводородов – освоение и эксплуатация месторождений – транспортировка товарного продукта – переработка и сбыт». При этом совместные усилия всех 
участников нефтегазового бизнеса (образовательные учреждения, нефтегазовые предприятия, научно-исследовательские центры, государственные ведомства) направлены на объемы и качество добываемой продукции.
В соответствии с данными Л. Л. Яковлевой [9] размеры промышленных запасов углеводородов (УВ), которые составляют активы добывающих компаний, не могут быть точно определены заранее вследствие их зависимости от технологических возможностей и экономической конъюнктуры отрасли (в недрах земли неизвлеченных УВ может оставаться до 60 %). 
Поэтому, говоря об инновациях, компании стремятся не только открывать новые месторождения, но и разрабатывать уникальные технологии для формирования комплексных программ, 
направленных на повышение продуктивности пластов. Другими словами, основная проблема 
будущего всех добывающих нефтегазовых компаний связана не столько с наличием запасов, 
сколько с возможностью их мобилизации. При этом влияние колебаний спроса и предложения на мировом рынке могут существенно затормозить или ускорить эти процессы. 
Рассмотрим «Стратегию развития минерально-сырьевой базы Российской Федерации 
до 2035 года», утвержденную 22.12.2018 г. распоряжением Правительства РФ № 2914-р [10]. 
Исходя из этого документа, Россия входит в число мировых лидеров по запасам и добыче 
стратегических видов сырья, к которым относят и запасы УВ. 
В соответствии с [10] все ископаемые разделены на 3 группы. Для 1-й группы это наряду с другими полезными ископаемыми и запасы природного газа, которые будут удовлетворять потребности РФ независимо от скачков экономического развития на длительную 
перспективу. Ко 2-й группе относится нефть разрабатываемых месторождений, уровни 
добычи которой не могут обеспечить потребность до 2035 г. В 3-ю группу углеводороды 
не включены, так как не относятся к месторождениям дефицитных полезных ископаемых, 
таких как редкоземельные металлы и т. д.

1. Характеристика нефтегазовой отрасли Российской Федерации

Основные тенденции развития углеводородной составляющей РФ определяются интенсивным изменением доли экспорта нефти и природного газа, снижением запасов разрабатываемых месторождений и недоизученностью ресурсной базы, ростом квалифицированных 
кадров и изменением диспропорции между географическим положением месторождений 
и объектами переработки и потребления. 
За последнее десятилетие отмечено увеличение потребности в природном газе. Нефтегазовыми компаниями (НГК) ведется активная добыча углеводородов из сланцевых отложений. Россия осваивает ресурсы Арктической зоны за счет разработки газогидратных месторождений и применения новых технологий для поиска, разведки, добычи и переработки 
УВ. Новые отрасли промышленности начинают использовать получаемую продукцию в качестве ресурсной базы, что указывает на новые рынки сбыта. Корректируется нормативно-правовое обеспечение, в т. ч. в области недропользования, повышается инвестиционная 
привлекательность геолого-разведочных работ, появляются новые крупные поставщики 
минеральных ресурсов и т. д.
Реализация указанных перспектив невозможна без решения определенных задач 
(рис. 1.1), в соответствии с которыми определяются инновации нефтегазовой отрасли России на ближайшую перспективу.

Рис. 1.1. Основные задачи по развитию нефтегазовой отрасли 
(на основе «Стратегии развития минерально-сырьевой базы РФ до 2035 года»)

Развитие высоколиквидной минерально-сырьевой базы для действующих 
и формирующихся минерально-сырьевых центров

Проведение исследований для формирования и наращивания 
«поискового задела» УВ

Вовлечение в эксплуатацию 
трудноизвлекаемых запасов

Глубокая цифровизация 
нефтегазовой отрасли
Качественное улучшение информационного 
обеспечения недропользования

Внедрение новых передовых 
технологий
Импортозамещение 
оборудования и услуг

Повышение кадровой обеспеченности отрасли за счет объединения усилий 
образовательных организаций высшего образования, отраслевых 
государственных бюджетных учреждений и нефтегазового комплекса

Снижение негативного влияния освоения 
недр на окружающую среду

Приток внебюджетных инвестиций в геологоразведочные работы

Выявление месторождений нетрадиционных геолого-промышленных типов 
в перспективных регионах РФ

1.2. Объемы запасов и добычи углеводородов  
9

Особое внимание следует уделить процессам индустриальной цифровой трансформации, на которые в последнее время обращено внимание всех ведущих мировых лидеров 
нефтегазовой отрасли. 
Переход от частичной автоматизации отдельных стадий к автоматизированному цифровому производству «от старта до финиша» под управлением интеллектуальных систем 
в режиме online, включая технологии работы с большим массивом данных «big data». Это 
часть стратегии развития всех крупнейших нефтегазовых корпораций.

1.2. ОБЪЕМЫ ЗАПАСОВ И ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ 

Для оценки текущих объемов источников УВ обратимся к данным Аналитического 
центра при Правительстве РФ, согласно которым мировые разведанные запасы нефти достигли отметки более 245 млрд т. При этом первое место принадлежит Венесуэле (это около 
20 % от общемировых запасов). Далее следует Саудовская Аравия (это около 17 %) и Иран 
(приближенно 12 %). В число 10 крупнейших стран по запасам УВ в мире также входят 
Канада, Ирак, ОАЭ, Кувейт, Ливия и Нигерия. Россия в этом списке на 8-м месте (на долю 
РФ приходится около 6 %, что по данным Минприроды России на 1.01.2019 г. представлено 
категориями нефти А+В1+С1 в объемах 18,6 млрд т, которые сосредоточены в 11 уникальных и 182 крупных многопластовых месторождениях, расположенных преимущественно 
на территориях ХМАО-Югры и ЯНАО (рис. 1.2). 
Мировые лидеры по добыче нефти: США (около 19 % от общемировой добычи); Саудовская Аравия (около 15 %); Россия (до 12 %). При этом основная доля извлекаемых запасов 
нефти РФ заключена в границах Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции, включающей территории Уральского ФО (ХМАО-Югра, ЯНАО, Тюменская область), а также югозапад Сибирского ФО (Томская, Омская, Новосибирская области и Красноярский край). 

Рис. 1.2. Крупные месторождения нефти и газового конденсата РФ [11]

1. Характеристика нефтегазовой отрасли Российской Федерации

Следует отметить, что в северной части провинции Ямало-Ненецкого автономного округа 
(ЯНАО) сосредоточено более половины (60 %) российских запасов газового конденсата.
В 2019 г. НГК РФ разрабатывали более 2000 нефтяных месторождения, попутная добыча конденсата велась на 270 объектах.
К уникальным по объемам запасов относят Приобское и Приразломное нефтяные месторождения, нефтегазоконденсатные месторождения Самотлорское и Красноленинское, 
которые обеспечивают более 30 % добычи нефти в ХМАО-Югре и 14 % добычи нефти 
в стране в целом. Существенный вклад вносят и новые месторождения: Малобалыкское 
и Новопортовское, месторождение им. В. Филановского (шельф Каспийского моря). Среди 
шельфовых зон продуктивными считают шельфы Охотского и Каспийского морей, обеспечивающие в сумме более 4 % добычи нефти в стране.
Крупнейшие месторождения нефти на территории России с запасами более 150 млн т:

  Приобское (1166 млн т);

  Самотлорское (858 млн т);

  Красноленинское (568 млн т);

  Русское (370 млн т);

  Ванкорское (302 млн т);

  Федоровское (250 млн т);

  Восточно-Мессояхское (226 млн т);

  Ромашкинское (194 млн т);

  Оренбургское (189 млн т);

  Приразломное (189 млн т);

  Новопортовское (189 млн т);

  Усинское (181 млн т);

  Юрубчено-Тохомское (178 млн т);

  Салымское (158 млн т);

  Ван-Еганское (155 млн т).
Крупнейшие месторождения нефти на территории России с добычей более 5 млн т:

  Приобское (37,1 млн т);

  Самотлорское (18,3 млн т);

  Ванкорское (16,0 млн т);

  Ромашкинское (15,5 млн т);

  Приразломное (9,6 млн т);

  Федоровское (9,1 млн т);

  Малобалыкское (8,9 млн т);

  Верхнеченкское (8,2 млн т)

  Красноленинское (7,0 млн т);

  Новопортовское (6,4 млн т);

  Имени В. Филановского (6,1 млн т);

  Арланское (6,0 млн т);

  Талаканское (5,7 млн т);

  Ярактинское (5,6 млн т).
Доказанные запасы природного газа в мире в соответствии с приведенной информацией в «Ежегодном статистическом обзоре мировой энергетики – 2020», опубликованной 
компанией «British Petroleum», оцениваются в 196,8 трлн м3.
Иран владеет около 32 трлн м3 или 16,1 % от общемировых запасов. На территории 
Катара расположено около 25 трлн м3 или 12,4 % от общемировых запасов. Туркменистан 
обладает запасами около 20 трлн м3. На территории США сосредоточено около 13 трлн м3