Основы нефтегазового дела

Основы нефтегазового дела

2-е издание, исправленное

Шадрина А.В.
Крец В.Г.

Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”
2016

2

Основы нефтегазового дела/ А.В. Шадрина, В.Г. Крец - М.: Национальный Открытый Университет
“ИНТУИТ”, 2016

Курс является базовым для тех, кто уже связал или собирается связать свою профессиональную
деятельность с нефтегазовой отраслью.
В курсе приведены основные сведения об этапах поисково-разведочных 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.

(c) ООО “ИНТУИТ.РУ”, 2013-2016
(c) Шадрина А.В., Крец В.Г., 2013-2016

3

Введение

Дисциплина “Основы нефтегазопромыслового 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 курса, обучающийся узнает много интересного,
получит целостное представление о нефтяной и газовой промышленности, что
позволит ему быть готовым к изучению общетехнических и специальных дисциплин.

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 нефтегазопромысловом деле

необходимо просмотреть предлагаемые видеофильмы, анимации и презентации.

6. В качестве итогового контроля по дисциплине предусмотрен экзамен.

Экзаменационные вопросы приведены в конце учебного пособия.

4

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).

Рис. 1.1.  Использование и транспорт нефти

Свободный газ и добываемый попутно с нефтью, 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 м с некоторым увеличением к низу для улучшения
притока нефти к его забойной части.

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

5

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.

Вытеснение нефти из скважины сжатым воздухом или газом предложено в конце XVIII
в., но несовершенство компрессорной техники более чем на столетие задержало
развитие этого способа, гораздо менее трудоемкого по сравнению с тартальным.

Не сформировался к началу нашего века и фонтанный способ добычи. Из
многочисленных фонтанов бакинского района нефть разливалась в овраги, реки,
создавала целые озера, сгорала, безвозвратно терялась, загрязняла почву, водоносные
пласты, море.

В настоящее время основной способ добычи нефти – насосный при помощи установок
электроцентробежного насоса (УЭЦН) и штанговых скважинных насосов (ШСН).

В табл. 1.1 приведено распределение способов добычи нефти по России.

Таблица 1.1. Распределение числа скважин и добычи нефти в зависимости

от способа эксплуатации

Способ эксплуатации Число скважин, % Средний дебит,

т/сут

Добыча,

% от общей

нефти жидкости нефти жидкости

Фонтанный
8,8
31,1
51,9
19,5
9,3

Газлифтный
4,3
35,4
154,7
11,6
14,6

УЭЦН
27,4
28,5
118,4
52,8
63,0

ШСН
59,4
3,9
11,0
16,1
13,1

Прочие
0,1

Газовая промышленность получила свое развитие лишь в период Великой
Отечественной войны при открытии и вводе в разработку газовых месторождений в
районе г. Саратова и в западных областях Украины, сооружении газопровода Саратов –
Москва и Дашава – Киев – Брянск – Москва.

Одновременно с вводом в разработку и освоением новых газовых месторождений
создавалась сеть магистральных газопроводов и отводов от них для подачи газа
местным потребителям.

Развитие газовой промышленности позволило газифицировать много городов и
населенных пунктов, а также предприятий различных отраслей промышленности.

Некоторые показатели и сведения по нефтегазодобыче в мире,

6

России. Томской области.

300 млн т в год – безопасный рубеж добычи нефти для России;

10-11 млн т в год – добыча нефти по Томской области (последнее десятилетие);

9-11 т/сут. – добыча нефти (в среднем) из одной скважины по Томской области;

3,2 млрд. т нефти добывается в мире ежегодно;

3,9 млрд. т/год – ожидаемая добыча нефти в мире к 2005 г;

22 трлн м3 газа добывается в мире ежегодно;

139,57 млрд т нефти составляют доказанные запасы в недрах земли (на 1996 г.);

398 трлн м3 газа составляют мировые ресурсы с учетом вероятных и возможных
запасов (годовая добыча около 22000 млрд м3/год);

105 млрд т нефти добыто в мире;

63 и 32 % – разведанные запасы нефти и газа на Среднем Востоке (от мировых);

7 и 38 % – разведанные запасы нефти и газа в России (от мировых);

624 млн т в год – максимальная добыча нефти в СССР (1988 г.);

303,4 млн т в год – минимальная добыча нефти в России (1998 г.);

350 млн т в год – прогнозы добычи нефти в России (на 2010 г.);

58,07 млн т нефти добыто НК “ЮКОС” в 2001 г.;

29 млн т нефти переработано НК “ЮКОС” в 2001 г.;

250 млн т нефти добыто Стрежевским НГДУ за 35 лет (декабрь 2001 г.);

11,7 млн т нефти добыто в Томской области НК “ЮКОС” в 2001 г.;

14,6 млн т – в 2002 г;

25 тыс. лет назад первобытный человек применял сверление кремниевым буром
(бурение) при изготовлении инструментов;

в 221–263 гг. н.э. в Сычуане (Китай) из скважин глубиной около 240 м добывали газ,
который использовался для выпаривания соли;

в 1594 г. в пос. Балахны (Баку) сооружен колодец глубиной 35 м для добычи нефти;

в 1825 г. добыто 4126 т нефти из 120 колодцев в Баку;

7

в 1847 г. пробурена скважина на нефть на Биби-Эйбате (Азербайджан);

в 1896 г. В.К. Зеленицким создан проект морского бурения для добычи нефти со дна
Каспийского моря;

в 1901 г. в России добыто 11,987 млн т нефти;

в 1955 г. американские компании контролировали на Ближнем и Среднем Востоке 60%
добычи нефти;

9583 м – глубина рекордной скважины США (1974 г.);

5005 м – максимальная глубина скважины в Томской области.

8

Рис. 1.2.  Сооружение скважин в Китае: бронзовой колотушкой в скважину забивается
обсадная труба из бамбука

Таблица 1.2. Доказанные запасы нефти в мире на 1 января 2001 г.

Регион, страна
Доказанные
запасы

Добыча нефти в
2000 г

Кратность
запасов, лет

млрд
т

% от
мировых

млн т % от

мировых

9

Азия и Океания, всего

в том числе:

6,02
4,3
368,1 11,0
16,4

Китай
3,29
2,3
162,7 4,9
20,2

Индонезия
0,68
0,5
64,9
1,9
10,5

Индия
0,65
0,5
32,0
1,0
20,3

Северная и Латинская
Америка всего

в том числе:

20,53 14,6
859,8 25,6
23,9

Венесуэла
10,53 7,5
151,8 4,5
69,4

Мексика
3,87
2,8
152,5 4,6
25,4

США
2,98
2,1
291,2 8,7
10,2

Африка, всего

в том числе:

10,26 7,3
335,3 10,0
30,6

Ливия
4,04
2,9
70,4
2,1
57,4

Нигерия
3,08
2,2
99,5
3,0
31,0

Алжир
1,26
0,9
40,0
1,2
31,5

Ближний и Средний Восток,
всего

в том числе:

93,63 66,5
1078,4 32,2
86,8

Саудовская Аравия
35,51 25,2
403,2 12,0
88,1

Ирак
15,41 10,9
134,1 4,0
114,9

Кувейт
12,88 9,1
88,7
2,6
145,2

ОАЭ
12,63 9,0
92,5
2,8
136,5

Иран
12,15 8,6
178,4 5,3
68,1

Восточная Европа и СНГ,
всего

в том числе:

8,09
5,8
364,1 11,5
22,3

Россия
6,65
5,6
352,2 11,1
22,2

Казахстан
0,74
0,5
31,4
0,9
23,6

Румыния
0,2
0,1
6,1
0,2
32,8

Западная Европа, всего

в том числе:

2,35
1,7
321,5 9,6
7,3

Норвегия
1,29
0,9
160,8 4,8
8,0

Великобритания
0,69
0,5
126,8 3,8
5,4

10