Учебное пособие по одноименному курсу для студентов специальности 1-51 02 02 «Разработка нефтяных и газовых месторождений»

Введение


Разработкой нефтяных и газовых месторождений называют осуществление научно обоснованного процесса извлечения из недр нефти и газа. Процесс разработки состоит из разбуривания месторождения и выработки запасов нефти и газа.
Курс «Разработка нефтяных и газовых месторождений» - область прикладной науки, как учебная дисциплина относится к инженерным. В ней дается не только качественное описание месторождения, но и количественные характеристики процесса извлечения нефти и газа из пласта. Она состоит из разделов о системах и технологиях разработки, планирования и проектирования разработки, реализации проектных решений, контроля, анализа и регулирования разработки нефтяных месторождений.
Целью курса является усвоение принципов и методических основ проектирования разработки нефтяных месторождений и последующих анализа, контроля и регулирования процессов разработки.
Важнейшей задачей является выработка навыков в решении практических задач по разработке нефтяных и газовых месторождений.
В рамках программы дисциплины рассматриваются вопросы разработки и добычи нефти на современном этапе развития нефтедобывающей отрасли, а также перспективные направления развития процессов разработки нефти и газа.
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
- источники пластовой энергии нефтегазового пласта;
- основы проектирования разработки нефтяных и газовых месторождений;
- определение показателей разработки нефтегазовых месторождений;
уметь:
- распознавать характеристики энергетики нефтегазовых залежей;
- составлять план разработки нефтегазового месторождения;
- определять и анализировать основные показатели разработки.
Теоретической основой разработки нефтяных и газовых месторождений являются фундаментальные положения физики нефтяного пласта и подземной гидромеханики.
Разработку нефтяных и газовых месторождений трудно себе представить без геологии и геофизики, без изучения геологического строения месторождения. Она опирается также на важные положения физики и химии, математической физики и технологии эксплуатации скважин.
Проектирование и осуществление разработки нефтяных месторождений подчинены единой цели и требуют единой методики, которая позволяет связать все знания о нефтяной залежи и о процессах- происходящих внутри нее при извлечении жидкости и газа.
Одним из главных достижений в теории разработки нефтяных и газовых месторождений было установление основных сил движущих нефть и газ к забоям скважин, т. е. основание учения о режимах нефтяных и газовых месторождений. В создание этого учения большой вклад внесен И. М. Губкиным, Л. С. Лейбензоном, И. Н. Стрижовым, А. П. Крыловым, С. А. Христиановичем, Ф. А. Требиным, Б. Б. Лапуком, И. А. Чарным, В. Н. Щелкачевым, Маскетом, Виковым, Ботсетом, Левереттом.
В середине 30-х гг. теория режимов нефтяных месторождений получила существенное развитие. Были заложены основы современной теории упругого режима нефтяных пластов и режима растворенного газа. Следует отметить, что еще в начале 20-х гг. этого века Л. С. Лейбензоном получено дифференциальное уравнение фильтрации газа и положено начало теории разработки газовых месторождений.
В 20-х и в начале 30-х гг. этого века прогнозирование разработки нефтяных месторождений производилось в основном путем построения фактических зависимостей показателей разработки от времени, полученных в начальный период разработки, статистической обработки этих показателей и их экстраполяции на будущее.
Математические методы теории фильтрации, уже значительно развитые к этому времени Тергаци, Н. Е. Жуковским, Н. Н. Павловским, еще не нашли применения в нефтяном деле. Развитию и использованию в разработке нефтяных месторождений методов этой теории существенным образом способствовали известные работы американского ученого Маскета.
Несмотря на значительный прогресс в области теории фильтрации нефти и газа и в ее применении для расчетов добычи нефти, достигнутый в конце 30-х и в начале 40-х гг., разработка нефтяных месторождений как самостоятельная инженерная дисциплина еще не оформилась.
Решающую роль в создании разработки нефтяных месторождений как самостоятельной области науки и учебной дисциплины сыграла основополагающая работа А. П. Крылова, М. М. Глоговского, М. Ф. Мирчинка, Н. М. Николаевского и И. А. Чарного «Научные основы разработки нефтяных месторождений», вышедшая в свет в 1948 г. в Гостоптехиздате.
В этой работе была дана первая формулировка основного принципа разработки, заложен фундамент проектирования разработки нефтяных месторождений, решен ряд важных задач подземной гидромеханики, а наука о разработке нефтяных месторождений представлена как комплексная область знаний, использующая достижения нефтяной геологии и геофизики, подземной гидродинамики, эксплуатации скважин и прикладной экономики.
Выход в свет указанной работы существенным образом способствовал развитию методов разработки нефтяных месторождений с воздействием на пласты путем заводнения. Конец 40-х и 50-е гг. ознаменовались резким ростом числа исследований в области разработки нефтяных месторождений, развитием новых направлений в этой области. Было значительно продвинуто вперед решение проблемы разработки нефтяных месторождений при смешанных режимах — водонапорном и растворенного газа. Начали интенсивно развиваться методы определения параметров пластов с использованием гидродинамических исследований скважин. Были созданы методические основы расчета разработки нефтяных месторождений с применением вероятностно-статистических моделей. Развивались также методы непосредственного учета неоднородности при фильтрации в нефтяных пластах.
В 50-е гг. возникли и стали развиваться новые модели нефтяных пластов (трещиноватых и трещиновато-пористых), а также методы анализа и регулирования разработки нефтяных месторождений. Существенное развитие получили и сами системы их разработки.
В конце 50-х и в начале 60-х гг. начали исследовать глубокозалегающие нефтяные месторождения, разрабатываемые в условиях сильной, в ряде случаев неупругой деформации горных пород.
Развитие проектирования, анализа и регулирования разработки нефтяных месторождений требовало использования сложных математических методов и вычислительных средств.
Были проведены фундаментальные исследования и даны инженерные решения, послужившие основой развития тепловых методов разработки нефтяных месторождений, связанных с закачкой в пласт теплоносителей и внутрипластовым горением. В эти же годы во всем мире огромное внимание было уделено развитию физико-химических методов извлечения нефти из недр, таких, как вытеснение нефти углеводородными растворителями, двуокисью углерода, полимерными и мицеллярно-полимерными растворами.
Разработка нефтяных и газовых месторождений - интенсивно развивающаяся область науки. Дальнейшее ее развитие будет связано с применением новых технологий извлечения нефти из недр, новых методов распознавания характера протекания внутрипластовых процессов, управлением разработкой месторождений, использованием совершенных методов планирования разведки и разработки месторождений с учетом данных смежных отраслей народного хозяйства, применением автоматизированных систем управления процессами извлечения полезных ископаемых из недр, развитием методов детального учета строения пластов.
Идею о том, что в Белоруссии могут быть залежи полезных ископаемых, в том числе и нефти, обосновал в 1933 г. горный инженер, геолог Александр Розин. Весомый вклад в дело разведки углеводородов в Речицком уезде внес ученый-геолог Михаил Громыко. Ученый-гидролог, академик АН БССР Герасим Богомолов предположил наличие в южной части республики куполообразных структур, что давало основание исследовать эти районы на нефть.
В августе и октябре 1964 в Белоруссии получены первые промышленные притоки нефти. Бригадами мастеров Валентина Зайцева и Владимира Галки пробурены две скважины Р-8 и Р-6. Их суточные дебиты составили соответственно 126 и 600 т. Открытое месторождение получило название Речицкое.
В апреле 1965 г. введен в эксплуатацию Речицкий укрупненный нефтепромысел (позднее нефтегазодобывающее управление «Речицанефть»), где была подготовлена первая «кондиционная» промышленная белорусская нефть. В пуске участвовали первый секретарь ЦК КПБ Петр Машеров, руководители нефтяной отрасли СССР. Открыто Осташковичское месторождение, одно из крупнейших на территории Припятского прогиба.
25 февраля 1966 года министр нефтяной промышленности СССР Валентин Шашин подписал приказ о создании государственного нефтегазодобывающего объединения «Белоруснефть». В 1969 году получен первый миллион тонн нефти и 2 млн куб. м попутного газа.
К началу 1973 года в Припятской нефтеносной области открыты еще три нефтяные месторождения – Тишковское, Вишанское и Давыдовское.
По поручению Миннефтепрома СССР производственное объединение «Белоруснефть» приступило к обустройству и разработке месторождений Калининградской области РСФСР. Специалисты объединения работали в регионе с 1973 по 1977 гг. В 1975 году зафиксирована максимальная добыча за все годы эксплуатации белорусских месторождений. Она составила почти 8 млн. т. нефти. В конце 1978 года бригадами мастеров Евгения Дороша и Николая Мацигуда забурены первые «белорусские скважины» в Западной Сибири. До середины 1995-го белорусские нефтяники участвовали в освоении российских месторождений. За эти годы пройдено бурением более 13,5 тыс. м горных пород, подготовлен фонд скважин, способный ежегодно давать не менее 20 млн. т. нефти.
На отметке около 2 млн. т. удалось стабилизировать падение темпов добычи нефти, которое началось в 1976 г. Это было вызвано неоправданными отборами углеводородов по предполагаемым запасам.
1 февраля 1991 года в составе объединения «Белоруснефть» на базе трех подразделений Украинского отраслевого института «УкрГИПРОНИИнефть» (Гомельского комплексного отдела, отдела по проектированию строительства скважин по БССР и Гомельской изыскательской экспедиции) создано подразделение «Белоруснефти» – Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности «БелНИПИнефть». Его задача – обеспечение научно-технической продукцией и инжинирингом нефтедобывающей промышленности Беларуси. В декабре 1997 года в Речице введена в эксплуатацию первая автозаправочная станция объединения «Белоруснефть».
С 1966 г. объединением «Белоруснефть» пробурено 5 млн м горных пород. С учетом проходки в Калининградской области и Западной Сибири пройдено бурением более 18,5 млн м.
В 2005 году в состав объединения «Белоруснефть» в качестве дочерних вошли областные предприятия нефтепродуктообеспечения. Создана фирменная сбытовая структура, в состав которой включены 375 АЗС и АГЗС, 44 нефтебазы, специализированный автомобильный парк.
По итогам визита Правительственной делегации в Венесуэлу подписан Меморандум о сотрудничестве. Среди основных соглашений – совместная работа в нефтяной сфере.
С вводом в эксплуатацию работающей на попутном нефтяном газе ТЭЦ (автономного источника производства электрической и тепловой энергии), сформирована собственная система энергоснабжения. В объединении начат выпуск нового вида продукции – электроэнергии.
14 сентября 2006 г. издан Указ Президента Республики Беларусь «О создании Государственного производственного объединения «Белоруснефть». В его состав вошли предприятие «Белоруснефть» (нефтегазодобывающий блок), республиканские дочерние предприятия по нефтепродуктообеспечению, агропромышленное предприятие «Белоруснефть-Особино».
В декабре в Венесуэле при участии белорусских специалистов начались работы по оценке запасов нефти блока Хунин -1 в бассейне реки Ориноко.
В апреле 2007 года в Москве подписан договор о бурении боковых стволов на нефтяных месторождениях Ямало-Ненецкого автономного округа. Это событие стало началом нового этапа сотрудничества между белорусскими и российскими нефтяниками, которое было прервано в середине 1993 г.
В июле в г. Губкинский ЯНАО создан филиал РУП «Производственное объединение «Белоруснефть» в Российской Федерации. Основными направлениями его деятельности стали капитальный и текущий ремонт скважин, бурение, тампонажные и вышкомонтажные работы.
В ноябре зарегистрировано совместное белорусско-венесуэльское предприятие по сейсморазведочным работам АО «Сисмика БелоВенесолана».
В декабре подписан контракт о создании совместного белорусско-венесуэльского предприятия по добыче нефти «Петролера БелоВенесолана». В актив СП включены два месторождения. На месторождении Гуара Эсте была получена первая нефть совместного предприятия.
В июне 2010 года объединение «Белоруснефть» зарегистрировало дочернее предприятие в Украине (в 2012 г. вошло в состав ООО «БНК-Украина»), а в октябре – в Польше (в 2011 г. реорганизовано, в совет учредителей вошло ЗАО «Белорусская нефтяная компания»). Основная задача этих структур – мелкооптовая и розничная торговля нефтепродуктами и сжиженным газом белорусского производства.
С 1 июня белорусский нефтяной сервис в России представляет общество с ограниченной ответственностью «Белоруснефть-Сибирь». Новая структура стала правопреемником филиала РУП «Производственное объединение «Белоруснефть» в Российской Федерации. Заказчиками предприятия выступают ООО «Роснефть-Пурнефтегаз», ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз», ООО «Новатэк-Таркосаленефтегаз».
В августе зарегистрировано белорусско-венесуэльское совместное предприятие по бурению и ремонту скважин – АО «Сервисиос Петролерос БелоВенесолана».
В сентябре на площадке Речицкого месторождения смонтирована автоматизированная буровая установка грузоподъемностью 1 500 л. с. совместного производства итальянской компании Drillmec S.p.A. и белорусского предприятия «Сейсмотехника». С помощью нового агрегата можно будет бурить скважины глубиной до 5 км.
В октябре подписано Соглашение о стратегическом партнерстве между предприятием «Белоруснефть» и акционерным обществом «Зарубежнефть». Его цель – совместная инновационная деятельность в области освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов и увеличения нефтеотдачи.
В июне 2012 года в Речицком регионе на Тишковском месторождении геологи «Белоруснефти» на глубине 3 тыс. 595 м открыли задонскую залежь легкой нефти с геологическими запасами 166 тыс. усл. ед. и с высоким потенциалом дальнейшей ее доразведки.
Специалистами «Белоруснефти» впервые в России на месторождениях «Волгограднефтегаза» (ОАО «ЛУКОЙЛ») проведены операции по гидравлическому разрыву пласта. Для работ использовался собственный комплекс оборудования белорусского производства.
В октябре 2012 года добыта 125-миллионная тонна нефти с начала эксплуатации месторождений Беларуси.
В Беларуси единственным нефтегазоносным регионом является Припятский прогиб, который к настоящему времени, в целом хорошо изучен геологическими и геофизическими методами. Здесь в девонских и верхнепротерозойских отложениях открыты 77 месторождений нефти, включающих 185 залежей. Потенциальные ресурсы нефти разведаны на 47,7 %. Объем текущих разведанных запасов составляет 44,5%.
Большая часть доказанных запасов нефти в белорусском регионе относится к трудноизвлекаемым. Основной объем углеводородов получен из наиболее крупных месторождений: Речицкого, Осташковичского, Вишанского, Тишковского, Южно-Осташковичского. В большинстве залежей гидродинамическая связь с законтурной зоной очень затруднена или отсутствует вовсе, что существенно осложняет разработку запасов нефти. Коллекторы месторождений неоднородны как по разрезу, так и по площади, и это не способствует увеличению нефтеотдачи
Вышеописанное позволяет обозначить круг современных проблем разработки нефтяных месторождений.

1. 
   Необходимость дальнейшего повышения степени извлечения нефти на основе геологического, гидродинамического и геофизического изучения пласта и построение постоянной компьютерной модели для каждого крупного месторождения. Повышение нефтеотдачи пласта обеспечивается стимулированием притока к скважинам, увеличением площадей дренирования за счет горизонтальной проводки стволов скважин и крупномасштабного гидроразрыва, использованием физико-химических методов воздействия на продуктивную толщу.
   
2. 
   Геофизическое обоснование методов увеличения нефтеотдачи и отбора нефти в сложных условиях требует интенсивной разработки нового физико-математического моделирования природных и техногенных процессов в продуктивной толще и вмещающем массиве.
   
3. 
   Обеспечение дальнейшего развития комплексного много дисциплинарного подхода к разработке месторождений углеводородов.
   
4. 
   Возрождение контроля за разработкой месторождений, осуществление исследований конкретных скважин.
   
5. 
   Создание необходимых условий для исследований закономерностей фазовых переходов жидких и газообразных углеводородов при термобарических условиях, характерных для разработки вновь открываемых месторождений.
   
6. 
   Постановка исследований по более активному использованию физических полей для повышения степени извлечения углеводородов из недр.
   
7. 
   Проведение теоретических и экспериментальных исследований в области механики нефтегазоносных пластов применительно к актуальным проблемам геологии, геофизики, бурения и разработки месторождений.
   
8. 
   Решение природоохранных проблем разработки месторождений осуществлять на основе мониторинга экологической обстановки с помощью дистанционных методов (подземно-наземно-аэрокосмический мониторинг объектов нефтяной и газовой промышленности).
   
9. 
   Геолого-геофизические наблюдения за месторождением завершать созданием адекватной компьютерной модели.
   
10. 
    Ориентироваться на вскрытие пластов скважинами с наибольшей эффективной поверхностью вскрытия, т.е. наклонными и горизонтальными скважинами в зависимости от геометрии толщин.
    
11. 
    Создавать новые технологии первичного и вторичного вскрытия пласта.
    
12. 
    На месторождениях с низкопроницаемыми коллекторами изучать результативность применения крупномасштабных гидроразрывов пласта с использованием высокого давления, специальных жидкостей разрыва и нагнетания в пласт агентов по закреплению трещин.
    
13. 
    Совершенствовать и внедрять вибротехнологию отбора остаточной нефти из заводненных пластов и исследовать результаты ее внедрения.
    
14. 
    Развивать теоретические и экспериментальные исследования в области фильтрации многофазных систем.