Разработка нефтяных месторождений

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Посвящается 85- летию РГУ нефти и газа и.иени И. М Губкина

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

А.О. Palii

DEVELOPMENT OF

OILFIELDS

А Textbook

ИЗДАТЕЛЬСКИЙ

ЦЕНТР

РГУ нефти и газа ииени И.М. Г}·бкина

2015

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

А.О. Палий

РАЗРАБОТКА

НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Учебник

Допущено Учебно-.нетодическшt объединение.н вузов Российской Федерации

по нефтегазово.му образованию в качестве учебника

для студентов образовате.1ьных органюаций высшего образования. обучающихся

по направлению подготовки бакалавриата «Нефтегазовое де.10»

по представленuю Ученого совета РГУ нефти u газа и.мени ИМГубкина

ИЗдАТЕЛЬСКИЙ

ЦЕНТР РГУ нефти и 1·аза имени И.М Губкина

2015

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

УДК 622.323 ББК 33.361

П14

Рецензенты:

д.т.н., профессор, зав. каф. разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений Альметьевского государственного нефтяного института И.А. Гуськова;

к.т.н., зам. генерального директора по науке и инновационной деятельности ОАО ~РИТЕК» В.И. Дарuщев;

д.т.н., профессор кафедры Нефтегазовой инженерии АО ~КБТУ»

С.З. Кабдулов

Па.лий А.О.

П14 Разработка нефтяных месторождений: Учебник. - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. - 2015. - 319 с.:

ил.

ISBN 978-5-91961-118-9

Изложены современные основы разработки нефтяных месторожде­ ний. Освещен комплекс вопросов, связаиных с источниками пластовой энергии, режимами дренироваиия залежей нефти. Рассмотрены исполь­

зуемые в практике модели продуктивных пластов и модели процесса вы­

теснения нефти рабочими агентами: водой, газом, композиционными со­ ставами. Охарактеризованы существующие системы разработки нефтя­

ных месторождений, дана их классификация, рассмотрены особенности и

условия их применения. Изложены методики прогнозирования добывных возможностей нефтяных залежей без и с воздействием на лродуктивные пласты. Освещены теоретические аслекты различных механизмов нефте­ извлечения, приведсны современные представления и особенности их применения, освещен отечественный и зарубежный опыт практики разра­ ботки нефтяных ~1есторождений как с терригенными, так и сложнопо­ строенными коллекторами при различных геолого-физических условиях.

Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучаю­ щихся по направлению подготовки магистров и бакалавров по специаль­ ности 131000 ~нефтегазовое дело» в соответствии с ГОСТом 3-ro поко­

ления, а также для самостоятельной работы студентов, выполнения кур­

совых и дипломных работ. Полезно для инженерно-технических работ­ ников нефтяных комланий и проектных институтов.

Состоит из двух разделов: в лервам разделе рассмотрены совренеи­

ные представления о процессе разработки нефтяных и газанефтяных за­

лежей при заводнении и даны методологические принципы для вылолне­

ния технологических расчетов; второй раздел посвящен проблеме увели­

чения нефтеотдачи пластов, где рассмотрены вопросы механизма и усло­

вия применекия различных методов и методология их расчета.

Данное издание является собственностью РГУ нефти и газа

имени И. М. Губкина и его релродуцирование (воспроизведение)

любыми способами без согласия университета залрещается.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ПРЕДИСЛОВИЕ

К началу 2012 г. в мире, по оценке автора, насчитывалось более 45 тыс. нефтяных и газонефтяных месторождений, а в России около 3 тыс. Большинство месторождений находятся на третьей стадии разработки (падающая добыча), а в ряде случаев и на завершающей. Открытие новых крупных месторождений, таких как Гавар (Саудовская Аравия, запасы нефти более 10,2 млрд т), Бурган Ахмади-Магва (Кувейт, 9,1 млрд т), Самотлор (Россия, 6,7 млрд т), Хасси-Мессауд (Алжир, 2,5 млрд т) и др. в последнее время практически не отмечено, за исключением, пожалуй, месторождения Боливар Коастал с запасами 8,3 млрд т в Венесуэле. При этом около 80 % всей добываемой в мире нефти обеспечивают около 50 месторожде- ний-гигантов.

Новые открываемые месторождения, как правило, характеризуются трудноизвлекаемыми запасами (повышенная и высокая вязкость нефти, низкая проницаемость по- род-коллекторов, наличие подгазовых и водонефтяных зон). В этой связи за последние 15 20 лет существенно снизились проектные уровни нефтеотдачи, которые по сравнению с 1980 1990 гг. вместо 0,5 0,6 составляют 0,35 0,40, редко выше.

Усложнились климатические условия и технологиче- ские процессы в регионах современной нефтедобычи: низкие температуры северных районов (Россия, США, Канада), добыча с эстакад, платформ, подводная разработка месторождений, а в ближайшей перспективе освоение арктического шельфа, что требует от сециалистов-нефтя- ников разносторонних знаний как по своей специальности, так и в смежных областях.

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Значительная часть нефтяной промышленности России в настоящее время принадлежит частным акционерным обществам. Организован и ряд крупных вертикально интегрированных компаний: ОАО «Лукойл», ОАО «Татнефть», ОАО «Сургутнефтегаз» и др. Государственной является только НК «Роснефть». Такая структуризация нефтяной промышленности страны привела к необходимости создания компаниями собственных научно-технологи- ческих центров, что обусловило закрытость новых технологических решений, сокращение масштабов разведки новых запасов.

Известно, что топливно-сырьевая база бывшего СССР

была сформирована еще к 1991 г. Это обстоятельство можно рассматривать как своеобразный тормоз развития современной отечественной нефтяной промышленности, который не стимулировал компании для проведения масштабных разведочных работ. В результате для уже открытых и перспективных месторождений до сих пор главной является и в обозримом будущем остается разработка с применением метода заводнения, хотя в ряде случаев рациональным, хотя и затратным, может быть индивидуальный подход к организации системы воздействия на пласты.

Несмотря на выработанные за многие годы технологические принципы рациональной разработки нефтяных месторождений, по экономическим соображениям закрываются скважины с обводненностью около 80 % вместо 95 98 %.

Существенно сократился объем опытно-промышленных работ по испытанию новых технологий нефтеизвлечения, и это притом что мировые остаточные извлекаемые запасы ньютоновских нефтей, по оценкам Департамента энергетики США, составляют всего 160 170 млрд т, а запасы тяжелых высоковязких нефтей и битумов в мире, по нашим оценкам, равны около 1 трлн т. Указанная цифра согласуется с оценкой Департамента энергетики США 1050 млрд м3. Таким образом проблема разработки залежей тяжелых нефтей уже стоит на повестке дня развития нефтяной промышленности как мира, так и России.

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В настоящее время уже имеется несколько промышленных технологий получения нефти средней плотности из тяжелой (Канада, Венесуэла, Россия). Это можно рассматривать в качестве хорошей перспективы для нача- ла разработки залежей тяжелых и высоковязких нефтей.

Прогнозирование добычных возможностей нефтяных месторождений в настоящее время осуществляется с помощью компьютерных комплексов, которые включают построение адресной и математической геологической моделей объекта разработки, а также решение системы нелинейных дифференциальных уравнений многокомпонентной фильтрации (изотермическая, неизотермическая) как для нелетучей нефти, так и композитной системы. Такой инструмент является крупным достижением нефтяной науки, которое позволяет рассмотреть большое число вариантов проектных решений. В то же время необходимо иметь в виду влияние усреднений и укрупнений отдельных элементов строения продуктивных пластов при построении модели залежи и понимать их влияние на показатели прогноза, так как специалист-нефтяник в настоящее время выступает в основном в роли только пользователя программного продукта (ECLIPCE, ROXAR, LAND MARK, LAURA и др.). Поэтому цель настоящей работы состоит в освещении физических процессов, происходящих в пласте при извлечении нефти, для понимания методологии технологических расчетов и объективной оценки прогнозных показателей разработки нефтяной залежи с учетом новых достижений нефтяной науки.

Настоящий труд является результатом многолетней работы автора как специалиста в области разработки нефтяных месторождений во ВНИИнефти, на Мангышлаке, в Алжирской государственной компании «Сонатрак», в качестве преподавателя в Институте в г. Бумердесе (Алжир), в ЦКР по разработке нефтяных месторождений РФ, но в основном на кафедре разработки и эксплуатации нефтяных месторождений РГУ нефти и газа (ранее МНИ, МИНХиГП, Государственная академия нефти и газа) име-

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ни И.М. Губкина. Для усвоения изложенных в работе материалов читателю рекомендуется не запоминание тех или иных положений или формул, а их понимание.

Этот труд автор с глубокой благодарностью посвящает своей нефтяной династии уже в четвертом поколении и ее родоначальнику своему деду Автоному Андреевичу Палию (1873 1954 гг.), воспитавшему двух Почетных нефтяников и Заслуженных работников нефтяной и газовой промышленности РСФСР Поликарпа Автономовича и Петра Автономовича, которые, в свою очередь, дали путевку в большую жизнь нескольким кандидатам техниче- ских наук, крупным руководителям нефтяного производства, инженерам и преподавателям ведущих нефтяных вузов России.

8

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ВВЕДЕНИЕ В КУРС «РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»

Нефть (нафта, нафата) и газ являются полезными ископаемыми, которые аккумулированы в Земле на различ- ных глубинах. Разработка месторождений это совокупность научно обоснованных организационно-технических мероприятий по добыче полезных ископаемых из недр Земли.

В нефти открыто 425 индивидуальных углеводородов и ряд гетерогенных элементов (S, P, O2, N2, Fe, Al, V, Ti, Sr, Mn, Cr и др. всего 45). Образование этого полезного ископаемого происходило в течение различных геологиче- ских периодов, продолжительность которых составляет многие миллионы лет.

Известно несколько теорий происхождения нефти: неорганическая, предложенная французским химиком Бартло (сторонником этой теории был известный русский химик Д.И. Менделеев, предложивший карбидную теорию происхождения нефти: углеводороды результат взаимодействия карбидов металлов с водой); вулканическая; космическая; химическая (углеводороды результат совокупности химических взаимодействий различных веществ) и, наконец, органическая.

Впервые гипотеза об органическом происхождении нефти была высказана М.В. Ломоносовым. Однако нередко автором органической теории упоминается немецкий химик-органик К. Энглер. Из указанных теорий экспериментальное подтверждение имеют только теории неоргани- ческого и органического происхождения. Причем более обоснованной является последняя. Она получила экспериментальное подтверждение работами советского химикаорганика академика Н.Д. Зелинского и японского химика Кабояши. Первый получил углеводороды в результате пе-

9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

регонки сапропеля о. Балхаш, а второй рыбьего жира. И.М. Губкин был сторонником органической теории происхождения нефти.

Разработка нефтяных месторождений это сложная и многогранная проблема. Ее решение основывается на достижениях комплекса как фундаментальных, так и специальных дисциплин, в том числе математики, физики, химии, геологии, геофизики, подземной гидрогазодинамики, физики пласта, бурения скважин, скважинной добычи нефти, сбора и подготовки нефти и газа на промыслах, охраны недр, экономики.

Начало добычи нефти в мире с помощью скважин связывают с именем Э. Дрейка американского предпринимателя, бывшего железнодорожного кондуктора, представленного в рекомендательном письме для приобретения в аренду участка нефтеносной площади как полковника. После получения нефти из пробуренной скважины глубиной 21 м (было произведено углубление колодца, из которого добывали рассол) в США началась нефтяная лихорадка.

С этого момента Э. Дрейк стал никому не нужным и жил в бедности. Только за 3 года до своей кончины он получил персональную пенсию от губернатора шт. Пенсильвания. Пенсия была назначена с примерно следующей резолюцией губернатора: «Э. Дрейку человеку, давшему миру цивилизацию».

В России в разных регионах первые скважины были пробурены в следующие годы:

1856 г. на Кубани в долине р. Кудако;

1846 ã. â Áàêó;

1893 г. в Грозном; 1910 1911 г. в Эмбенском и Майкопском районах.

С помощью колодцев нефть в России добывали еще с 12 в. (Челекен). В Румынии добычу нефти с помощью скважин вели уже в 1856 г. В мире принято считать, что началом рождения нефтяной промышленности является факт получения нефти из пробуренной скважины.

Рождение нефтяной промышленности в России связывают с 1873 г. началом механического бурения на Кубани, что позволило за 10 лет увеличить добычу нефти в 30 раз: в 1872 г. 27, в 1882 г. 827 тыс. т. Основным

10