Краткие сведения из геологии

Антонова Е.О., Крылов Г.В., Прохоров А.Д., Степанов О.А.

Основы нефтегазового дела

Рецензенты: кафедра бурения нефтяных и газовых скважин РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина; д-р техн. наук профессор Н.А. Малюшин

Антонова Е.О., Крылов Г.В., Прохоров А.Д., Степанов О.А.

А 72 Основы нефтегазового дела: Учеб. для вузов. — М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 307 с: ил. ISBN 5-8365-0151-3

Изложены основные сведения о месторождениях нефти и газа, способах их формирования, разведки. Описано оборудование для обустройства месторождений и добычи нефти и газа. Приведены основные данные по обустройству месторождений и методах подго­товки нефти и газа к дальнему транспорту. Рассмотрены составы оборудования и технология транспорта нефти и газа по магистраль­ным трубопроводам. Уделено внимание оборудованию и описаны технологии по обустройству хранилищ нефти, газа, нефтепродуктов с характеристиками газораспределительных систем и систем отпуска нефти и нефтепродуктов.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по на­правлению нефтегазовое дело. Может быть полезна студентам сред­них учебных заведений, аспирантам, эксплуатационному персоналу, специализирующимся в области добычи, транспорта и распределения нефти, газа, нефтепродуктов.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.. 5

Глава 1. 6

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ГЕОЛОГИИ.. 6

1.1. ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТИ.. 6

1.2. УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ НЕФТИ, ГАЗА И ВОДЫ В НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖАХ 8

1.3. СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТИ.. 10

1.4. СОСТАВ И СВОЙСТВА ПРИРОДНОГО ГАЗА.. 13

1.5. СВОЙСТВА ПЛАСТОВЫХ ВОД.. 16

1.6. ПОИСК И РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА.. 17

1.7. ЗАПАСЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.. 20

Глава 2. 22

Бурение Нефтяных и Газовых Скважин. 22

2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СКВАЖИН.. 22

2.2. ЭЛЕМЕНТЫ СКВАЖИН.. 23

2.3. ОБЩАЯ СХЕМА БУРЕНИЯ.. 24

2.4. КОНСТРУКЦИЯ СКВАЖИН.. 25

2.5. БУРОВЫЕ ДОЛОТА.. 27

2.5.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ.. 27

2.5.2. ДОЛОТА ДЛЯ СПЛОШНОГО БУРЕНИЯ.. 27

2.5.3. ДОЛОТА ДЛЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ.. 31

2.6. БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА.. 33

2.7. МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ВРАЩЕНИЯ ДОЛОТА.. 36

2.7.1. РОТОРЫ... 36

2.7.2. ТУРБОБУРЫ... 37

2.7.3. ЭЛЕКТРОБУРЫ... 38

2.8. ПРОМЫВКА И ПРОДУВКА СКВАЖИН.. 38

2.8.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ.. 38

2.8.2. ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ.. 40

2.8.3. ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ГЛИНИСТОГО РАСТВОРА.. 42

2.8.4. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ГЛИНИСТОГО РАСТВОРА.. 43

2.8.5. ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ НА НЕВОДНОЙ ОСНОВЕ.. 46

2.8.6. ПРОДУВКА СКВАЖИН ВОЗДУХОМ... 46

2.9. РЕЖИМ БУРЕНИЯ.. 47

2.10. РАЗОБЩЕНИЕ ПЛАСТОВ И ЗАКАНЧИВАНИЕ СКВАЖИНЫ... 49

2.10.1. ЭЛЕМЕНТЫ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ... 49

2.10.2. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ В СКВАЖИНЕ.. 50

2.10.3. ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ ОБСАДНЫХ КОЛОНН.. 51

2.10.4. ОБОРУДОВАНИЕ ЗАБОЯ СКВАЖИН И ПЕРФОРАЦИЯ.. 55

2.10.5. ВЫЗОВ ПРИТОКА НЕФТИ ИЛИ ГАЗА ИЗ ПЛАСТА.. 59

2.11. БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ.. 59

Глава 3. 61

ДОБЫЧА НЕФТИ И ГАЗА.. 61

3.1. ПЛАСТОВАЯ ЭНЕРГИЯ И СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В ЗАЛЕЖАХ.. 61

3.2. РЕЖИМЫ ДРЕНИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ.. 62

3.2.1. ВОДОНАПОРНЫЙ РЕЖИМ... 62

3.2.2. УПРУГИЙ (УПРУГОВОДОНАПОРНЫЙ) РЕЖИМ... 63

3.2.3. ГАЗОНАПОРНЫЙ РЕЖИМ... 63

3.2.4. ГАЗОВЫЙ РЕЖИМ... 64

3.2.5. ГРАВИТАЦИОННЫЙ РЕЖИМ... 65

3.3. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ.. 65

3.4. КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ.. 67

3.5. РАЗРАБОТКА ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.. 68

3.6. РАЗРАБОТКА ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.. 69

3.7. ИСКУССТВЕННЫЕ МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНЫЕ ПЛАСТЫ... 70

3.8. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ И ГАЗООТДАЧИ ПЛАСТОВ.. 73

3.9. СПОСОБЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН.. 75

3.9.1. ФОНТАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ.. 76

3.9.2. ГАЗЛИФТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ.. 80

3.9.3. НАСОСНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ.. 83

3.9.4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН БЕСШТАНГОВЫМИ ПОГРУЖНЫМИ НАСОСАМИ 88

3.9.5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОВЫХ И ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ СКВАЖИН.. 92

3.10. МЕТОДЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СКВАЖИН.. 95

3.10.1. КИСЛОТНЫЕ ОБРАБОТКИ СКВАЖИН.. 96

3.10.2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАЗРЫВ ПЛАСТА.. 98

3.10.3. ГИДРОПЕСКОСТРУЙНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ СКВАЖИН.. 100

3.10.4. ВИБРООБРАБОТКА ЗАБОЕВ СКВАЖИН.. 101

3.10.5. РАЗРЫВ ПЛАСТА ДАВЛЕНИЕМ ПОРОХОВЫХ ГАЗОВ.. 102

3.10.6. ТОРПЕДИРОВАНИЕ СКВАЖИН.. 102

3.10.7. ТЕПЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ СКВАЖИН.. 103

3.11. ПОДЗЕМНЫЙ РЕМОНТ СКВАЖИН.. 103

3.11.1. ТЕКУЩИЙ РЕМОНТ. 104

3.11.2. КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ СКВАЖИН.. 105

ГЛАВА 4. 107

ПРОМЫСЛОВЫЙ СБОР И ПОДГОТОВКА НЕФТИ И ГА3А К ТРАНСПОРТУ.. 107

4.1. СИСТЕМЫ СБОРА НЕФТИ.. 107

4.1.1. СТАРЫЕ НЕГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ НЕФТЕГАЮВОДОСБОРА.. 107

4.1.2. ВЫСОКОНАПОРНЫЕ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ СБОРА И ПОДГОТОВКИ НЕФТИ, ГАЗА И ВОДЫ [9, 38] 109

4.2. ПОДГОТОВКА НЕФТИ К ТРАНСПОРТУ.. 111

4.3. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОТДЕЛЕНИЯ ВОДЫ ОТ НЕФТИ.. 112

4.3.1. МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ НЕФТИ.. 114

4.3.2. ТЕРМИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ НЕФТИ.. 115

4.3.3. ХИМИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ НЕФТИ.. 115

4.3.4. ФИЛЬТРАЦИЯ.. 116

4.3.5. ТЕПЛОХИМИЧЕСКОЕ ДЕЭМУЛЬГИРОВАНИЕ.. 116

4.3.6. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ.. 117

4.4. СТАБИЛИЗАЦИЯ НЕФТИ.. 118

4.5. СИСТЕМЫ СБОРА И ПОДГОТОВКИ ГАЗА.. 121

4.6. ОЧИСТКА ГАЗА ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ.. 123

4.7. МЕТОДЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГИДРАТОВ.. 127

4.8. СОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОСУШКИ ГАЗА.. 129

4.8.1. ОСУШКА ГАЗА АБСОРБЕНТАМИ.. 129

4.8.2. ОСУШКА ГАЗА АДСОРБЕНТАМИ.. 131

4.8.3. ОСУШКА ГАЗА МОЛЕКУЛЯРНЫМИ СИТАМИ.. 132

4.9. ОСУШКА ГАЗА ОХЛАЖДЕНИЕМ... 133

4.10. ОДОРИЗАЦИЯ ГАЗА.. 135

4.11. ОЧИСТКА ПРИРОДНОГО ГАЗА ОТ СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА 138

Глава 5. 141

ОСНОВЫ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА НЕФТИ И ГАЗА.. 141

5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ.. 141

5.2. СОСТАВ СООРУЖЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.. 142

5.2.1. ЛИНЕЙНЫЕ СООРУЖЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.. 142

5.2.2. ПЕРЕКАЧИВАЮЩИЕ И ТЕПЛОВЫЕ СТАНЦИИ.. 143

5.2.3. КОНЕЧНЫЕ ПУНКТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.. 144

5.3. ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА И ИЗЫСКАНИЯ ТРАСС МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.. 145

5.3.1. ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ВЫГОДНОГО СПОСОБА ТРАНСПОРТА НЕФТЯНЫХ ГРУЗОВ 145

5.3.2. ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ВЫГОДНОГО СПОСОБА ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ.. 146

5.3.3. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.. 147

5.3.4. ИЗЫСКАНИЯ ТРАССЫ И ПЛОЩАДОК СТАНЦИЙ.. 148

5.3.5. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ, ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ.. 152

5.3.6. СБОР КЛИМАТОЛОГИЧЕСКИХ И ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ.. 152

5.3.7. ПРОЧИЕ ИЗЫСКАНИЯ ПО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЮ ПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ СТАНЦИЙ 153

ИЗЫСКАНИЯ ПО ВОДОСНАБЖЕНИЮ И КАНАЛИЗАЦИИ.. 153

5.3.8. ОТВОД ЗЕМЕЛЬ. 153

Глава 6. 155

ХРАНЕНИЕ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ.. 155

6.1. КЛАССИФИКАЦИЯ, ЗОНЫ И ОБЪЕКТЫ НЕФТЕБАЗ. 155

6.2. РАЗМЕЩЕНИЕ НЕФТЕБАЗ И ПРОВОДИМЫЕ НА НИХ ОПЕРАЦИИ.. 158

6.3. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ.. 159

6.4. СТАЛЬНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ... 161

6.5. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕЗЕРВУАРЫ... 167

6.6. ПОДЗЕМНЫЕ ХРАНИЛИЩА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ.. 170

ГЛАВА 7. 176

Общие сведения о транспорте газа. 176

7.1. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ.. 176

7.2. ВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ.. 177

7.3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ.. 178

7.4. ТРУБОПРОВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ.. 180

7.5. ТРУБОПРОВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ КОНДЕНСАТА И ШИРОКОЙ ФРАКЦИИ ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ.. 181

ГЛАВА 8. 182

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ ГАЗОВ.. 182

8.1. ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ 182

8.2. ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ.. 183

8.3. МЕТОДЫ ПОКРЫТИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТЕЙ ПОТРЕБЛЕНИЯ ГАЗА.. 184

8.4. ХРАНИЛИЩА ПРИРОДНОГО ГАЗА.. 186

8.4.1. ГАЗГОЛЬДЕРЫ... 186

8.4.2. НАКОПЛЕНИЕ ГАЗА В ПОСЛЕДНЕМ УЧАСТКЕ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА 189

8.4.3. ПОДЗЕМНЫЕ ХРАНИЛИЩА.. 189

Список литературы.. 193

ПРЕДИСЛОВИЕ

Нефть и газ в настоящее время во всем мире и в России — основные виды энергетических ресурсов, на долю которых приходится около 70 % всех видов используемых ресурсов. Важными и актуальными задачами являются вопросы, свя­занные со всей технологической цепочкой — от разведки месторождений до использования нефти и газа. Преоблада­ющее использование нефти и газа в мире предопределило приоритетность всех вопросов, связанных с разведкой, до­бычей, транспортом, переработкой и использованием их. Про­исходит постоянное совершенствование в первую очередь разведки месторождений, в эксплуатацию вовлекаются мес­торождения морского шельфа, идет освоение добычи нефти с больших глубин, прорабатываются технологии добычи не­фти в циркумполярной зоне Северного Ледовитого океана. Осваиваются месторождения с глубиной залегания 4 — 5 км, что требует создания новой техники и технологии бурения. Разрабатываются мероприятия по увеличению нефтеотдачи пластов для повышения коэффициента извлекаемости. В пос­ледние годы открыты газогидратные месторождения газа в зоне многолетнемерзлотных грунтов, где газ находится в виде газогидратов, создаются новые технологии добычи газа для этих месторождений и методы оценки запасов в них. Совершенствуются и развиваются способы доставки нефти и газа в районы их потребления, переработки. На сегодняш­ний день основным видом транспорта углеводородного сы­рья стал трубопроводный, хотя существенное значение для США и Японии имеет морской транспорт и нефти и газа [31]. Построены и эксплуатируются специальные суда для транспорта природного газа в жидком состоянии с темпера­турой — 80 °С, так как в этом случае 1 м³ сжиженного газа эквивалентен 600 м³ природного газа при нормальных усло­виях. Объемы танкеров для доставки нефти и газа составля­ют 300 — 500 тыс. т. В трубопроводном транспорте, являю­щемся основным средством доставки нефти и газа в России, также постоянно совершенствуется технологическое обору­дование — в первую очередь на компрессорных станциях газопроводов, где используются газотурбинные установки мощностью от 10 до 25 МВт [19, 37]. В последние годы отчетливо проявляется тенденция снижения объемов добы­чи и транспортировки нефти и нефтепродуктов. Магист­ральные нефтепроводы используются лишь наполовину их пропускной способности. Они находятся в эксплуатации уже свыше 20 лет, в связи с чем остро стоит проблема поддер­жания их надежности на проектном уровне во избежание аварий, что требует новых подходов к оценке технического состояния нефте- и газопроводов, для чего созданы и ис­пользуются внутритрубные диагностические снаряды, позво­ляющие осуществить оценку технического состояния линей­ной части и объемы и сроки ремонтов [24]. Значительно изменились и сами ремонты — их техника, технология и материалы. Это позволит сократить сроки проведения ре­монтов и повысить надежность проводимых ремонтов. Осу­ществляется совершенствование методов и способов хране­ния нефти, нефтепродуктов и газа. Сооружаются подземные хранилища газа для снижения неравномерности загрузки газопроводов, особенно у крупных промышленных центров. В свою очередь, меняющиеся условия эксплуатации, приме­нение новых технологий, материалов требуют постоянного повышения квалификации обслуживающего персонала для грамотной и безаварийной работы всех систем добычи, до­ставки и использования углеводородного сырья. Учебник знакомит с основными положениями нефтегазового произ­водства и современными техническими решениями, которые используются в настоящее время в этой отрасли.

Авторы выражают благодарность д-ру техн. наук про­фессору Н.А. Малюшину и д-ру техн. наук профессору O.K. Ангелопуло за ценные замечания и предложения, а также сотрудникам Тюменской государственной архитек­турно-строительной академии Е.А. Высотиной, А.В. Тарков­скому и М.В. Терехину за помощь, оказанную при подго­товке рукописи к печати.

Глава 1

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ГЕОЛОГИИ