Бойко B.C. Розробка та експлуатація нафтових родовищ

Подождите немного. Документ загружается.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

НАФТИ І ГАЗУ

B.C. Бойко

РОЗРОБКА ТА ЕКСПЛУАТАЦІЯ

НАФТОВИХ РОДОВИЩ

Видання 3-є доповнене

ЗАТВЕРДЖЕНО МІНІСТЕРСТВОМ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЯК ПІДРУЧНИК ДЛЯ СТУДЕНТІВ

СПЕЦІАЛЬНОСТІ "ВИДОБУВАННЯ НАФТИ І ГАЗУ"

Київ «Реал-Принт» 2004

Світлій пам 'яті

моїх батьків ~

матері Софії Василівни

і батька Степана Захаровича -

присвячую

УДК622 276 1/7

Бойко B.C. Розробка та експлуатація нафтових родовищ Підручник -

3-є доповнене видання - К «Реал-Принт», 2004- 695с

Подано комплексне уявлення про розробку та експлуатацію нафтових

родовищ і супутні технотопчні процеси Описано процеси розробки

нафтових родовищ, технолої ію і техніку підтримування пластового тиску та

підвищення нафтовилучення із пластів, способи і технології експлуатації

свердловин, їх дослідження і ремонт Розкрито основи теорії піднімання

багатофазних потоків у стовбурі свердловини Висвітлено питання збирання і

підготовки нафти, газу і води на промислах

Для студентів вищих навчальних закладів III-IV рівня акредитації, що на-

вчаються за спеціальністю 7 09 03 04 "Видобування нафти і газу"

Підручник може бути також використаний аспірантами, науковцями та

шженерно-технічними працівниками, а також студентами суміжних спеціальностей

і спеціалізацій

Іл 84 Табл 8 Біблюгр 15 назв.

Рецензенти

д-р техн наук, проф Яремійчук Р С (Івано-Франківський національний

технічний університет нафти і газу)

д-р техн наук Дорошенко В М (ВАТ "Укрнафта")

д-р техн наук Акульшин О О (ВАТ "Український нафтогазовий інститут")

Гриф надано Міністерством освіти і науки України (лист №

1/11-3945

від

15 09 2003р )

Рекомендовано Вченою Радою Івано-Франківського національного технічного

університету нафти і газу (протокол №

5/393

від 5 червня 2002р )

ISBN 966-7327-93-0 ©ВС Бойко, 2004

Глава

ВИРОБНИЧИЙ ПРОЦЕС РОЗРОБКИ ТА

ЕКСПЛУАТАЦІЇ НАФТОВИХ РОДОВИЩ

§1.1 Умови здійснення виробничого процесу

Процес розробки та експлуатації нафтових родовищ (інакше

процес видобування нафти) - це сукупність усіх діянь людей і засобів

виробництва, які потрібні для видобування нафти із надр на поверхню

Землі й одержання товарної продукції.

Цей процес реалізується в конкретних умовах кожного родовища

зокрема, які визначають той чи інший спосіб реалізації процесу. Умови

реалізації процесу проявляються через певні параметри чи їх систему.

З позицій технології, техніки і економіки процесу видобування нафти

ці параметри умовно можна поділити на три групи: гірничо-геологічні,

економіко-географічні та соціально-економічні.

Гірничо-геологічні параметри

Серед гірничо-геологічних параметрів основними

такі:

1) геометрія родовища (форма, площа і висота родовища, розчлено-

ваність на окремі поклади і продуктивні пласти, глибина залягання);

2) власпішки колекторів (ємнісні - пористість, нафтонасиченість;

фільграційні - проникність; літологічні - гранулометричний склад, пи-

тома покерчия, карбонатність; фізичні -

механічні,

теплофізичні та ін.);

3) фізико-хімічні властивості флюїдів;

4) енергетична характеристика родовища;

5) величина

густота запасів нафти.

Покладом називається природне локальне одиничне скупчення

нафти в одному або кількох сполучених між собою пластах-

колекторах, тобто в гірських породах, здатних вміщувати в собі та

віддавати в процесі розробки нафту.

Родовище - це сукупність одиничних покладів нафти, які належать

до одного або кількох природних пластів, приурочених до одного

стратиграфічного комплексу і розміщених на одній локальній площі.

Родовище може бути одно- або багатопластовим. У середньому на

одне родовище припадає біля трьох покладів. Товщина продуктивних

пластів змінюється від кількох метрів до десятків, а інколи і сотень

метрів. Розміри родовищ у середньому становлять: довжина -

5...

км,

ширина - 2...З км, висота (поверх нафтогазоносності) - 50...70 м.

Глибиною залягання родовища, в основному, визначаються

температура і тиск у покладах. Вони зумовлюють фазові співвідно-

шення нафти, газу і конденсату в пластових умовах. Розрізняють

однофазні

двофазні поклади. Серед них залежно від фазового стану за

стандартних умов і складу основних вуглеводнів у надрах виділяють

поклади (родовища):

- газові, які містять тільки газ;

- газоконденсатні, в газі яких міститься газоконденсат;

- нафтові з різним вмістом розчиненого газу (як правило, менше

200-250 м /т, а іноді для покладів перехідного стану і більше, коли

вуглеводні за своїми фізичними властивостями - в'язкістю й щетиною

- в пластових умовах близькі до критичного стану і займають

проміжне положення між рідиною та газом);

- газонафтові (чи нафтогазові) за різного співвідношення запасів

нафти (у нафтовій облямівці) і газу або газоконденсату (в газовій

шапці), причому в перших основна частина нафтова, а газова займає

менший об'єм,

других газова частина за об'ємом перевищує нафтову;

- нафтогазоконденсатні, які містять нафту, газ

газоконденсат.

Густина нафти в нафтових покладах перехідного стану становить

425-650, у нафтових - 625...900 та у нафтових важкої нафти і твердих

вуглеводнів - понад 875 кг/м .

У розміщенні покладів нафти і газу часто спостерігається певна

глибинна і площова закономірність. Земля, як планета, вміщує три

геосфери -

ядро,

мантію

земну кору. Товщина останньої становить на

суші 30-70 км і в межах океанів

5...

км. Поклади нафти і газу

пов'язані з верхнім, осадовим шаром земної

кори,

або із стратисферою,

тобто із стратифікованою частиною земної кори, поділеною на

стратиграфічні комплекси, пласти, шари тієї чи іншої величини.

Стратифікація, або шаруватість, є загальною властивістю нафто-

газоносних товщ, оскільки вона виникає не лише внаслідок

осадоутворення, але й з інших причин (нерівномірний ріст організмів у

коралових рифах, чергування більш або менш змінених зон у корі

вивітрювання

т.д.).

У 60-70-х роках геологами виявлено глибинну (вертикальну)

зональність розміщення покладів нафти і газу в товщі осадових порід.

Виділено чотири зони покладів за глибиною розміщення:

1 - переважно чистого газу, а також нафти, часто важкої

(до 1350...1500м,іноді-до 1900 м);

2 - в основному легкої нафти і іноді конденсатного газу

(до 4000...4500 м, іноді -

до

6000 м);

3 - переважно конденсатного газу і подекуди дуже легкої нафти

(до 5000...6000 м,

рідко

- глибше);

4 - сухого (метанового) газу

(мабуть,

до підошви осадової товщі).

Ця закономірність може порушуватися внаслідок складного

тектонічного зміщення порід, насування одних стратиграфічних

комплексів на інші, як у Карпатах. Виявлено також належність

нафтових родовищ до великих тектонічних розломів земної кори, з

віддаленням від яких розміри (величина запасів) родовищ

зменшуються.

На території України виділено три нафтогазоносні регіони:

Дніпровсько-Донецький, Карпатський і Причорноморсько-Кримський.

Видобування нафти пов'язано, в основному, з першими двома

регіонами.

Нафтові родовища

Карпатського

регіону,

точніше Передкарпаття,

характеризуються багатопластовістю, великою товщиною продук-

тивного розрізу (до 600 м), низькими колекторськими властивостями

(коефіцієнт пористості 7-15%, коефіцієнт проникності (0,1-20)-10

мкм ), надзвичайною літолопчною мінливістю порід по площі та

розрізу, високим газовмістом нафти (100-500 м /т), тектонічною і

літологічною еісранованістю покладів, відсутністю, як правило,

активних законтурних вод, близькими значинами початкового

пластового тиску і тиску насичення нафти газом.

У стратиграфічному розрізі виділяють два стратиграфічних багато-

пластових природних резервуари - олігоценовий і еоцен-палео-

ценовий. У першому із них міститься 70% розвіданих запасів нафти

усього регіону, а в нижньому еоцен-палеоценовому - 91,2% розвіданих

запасів природного газу. Родовища залягають на глибинах від денної

поверхні до 8000-11000 м. Нафти в основному парафінисті (вміст

парафіну сягає 15%), високосмолисті (2-30%), із значним вмістом

легких вуглеводнів і порівняно невеликою кількістю асфальтенів і

сірки (від

со і их

часток до 1,2%; густина пластової нафти 575-778 кг/м ,

динамічний коефіцієнт в'язкості пластової нафти 0,375-3,54 мПас).

Родовища Дніпровсько-Донецького регіону, який пов'язаний із

Дніпровсько-Донецькою западиною, відзначаються більшою різнома-

нітністю геологічних умов. Коефіцієнт пористості деяких покладів

сягає 20-23%о, коефіцієнт проникності -

мкм і більше. Часто текто-

нічними порушеннями поклади розбиті на блоки. Продуктивні

горизонти й окремі пласти мають відносно невеликі товщини (від

до

20...ЗО м), часто з газовими шапками і підошовними водами.

У багатьох покладах початковий пластовий тиск значно перевищує

тиск насичення нафти газом. Режим роботи покладів - від пружно-

замкненого до аьстивного водонапірного. З глибиною спостерігається

кількісна перевага газових і газоконденсатних родовищ над

газонафтовими.

Характерною особливістю нафтових родовищ України є належність

більшості із них до теригенних колекторів і мала

в'язкість

пластової

нафти (динамічний коефіцієнт

в'язкості

в основному до 5 мПас).

Карбонатні колектори і важкі високов'язкі нафти зустрічаються лише в

деяких родовищах. До низькопроникних колекторів належать 37%

поточних запасів нафти (практично усі родовища Передкарпаття).

Деяким родовищам характерна, тією чи іншою мірою, досить

виражена тріщинуватість колектора.

Розмір і багатопластовість родовищ разом з ємнісними власти-

востями колекторів визначають у цілому величину і густоту запасів

нафти, а в поєднанні з глибиною залягання зумовлюють вибір системи

розробки та способів видобування нафти.

Високою ефективністю характеризується видобування нафти з

багатопластових родовищ, які містять великі запаси нафти, що

зосереджені на відносно невеликих площах в окремих багатих

покладах, тобто характеризуються великою густотою запасів. За

величиною видобувних запасів (у млн.т.) родовища нафти умовно, в

останній час, поділяють на дуже дрібні (до 1,0), дрібні (1-5), невеликі

(5-Ю),

середні (10-30), великі (30-100), дуже великі (100-300) та

унікальні (понад 300). Великим, дуже великим і унікальним

родовищам належить провідна роль у світовому балансі запасів.

За промисловим значенням запаси нафти поділяються на групи:

балансові

(нормально економічні) запаси, які на момент підрахунку

можна, згідно з техніко-економічними розрахунками, економічно

ефективно видобути і використати за умови застосування сучасної

техніки і технології видобування та переробки вуглеводневої сиро-

вини, що забезпечують дотримання вимог раціонального використання

надр і охорони навколишнього природного середовища;

умовно балансові (обмежено економічні) запаси, ефективність

видобування і використання яких на момент оцінки не може бути

однозначно визначена, а також запаси, що відповідають вимогам до

балансових запасів, але з різних причин не можуть бути використані на

момент оцінки. Зокрема, використання цієї групи запасів можливе в

разі надання пільгових умов видобування або іншої підтримки

інвесторів з боку держави;

позабалансові (потенційно економічні) запаси, ефективність

видобування і використання яких на момент оцінки є економічно

недоцільними, але в майбутньому вони можуть стати об'єктом

промислового значення;

з невеликим

промисловим значенням

(можливо економічні) запаси,

для яких виконано тільки початкову геолого-економічну оцінку з

використанням припущених технологічних та економічних вхідних

даних.

За ступенем геологічної вивченості запаси нафти поділяються на дві

групи - розвідані запаси

попередньо розвідані.

Розвідані запаси - це обсяги нафти і газу, кількість, якість,

технологічні властивості, гірничо-геологічні та інші умови залягання

яких вивчено з повнотою, достатньою для складання проектів

розробки і облаштування родовищ. Серед них за зменшенням ступеня

розвіданості виділяють запаси категорії А, В і Сі. Розвідані запаси є

підставою для проектування будівництва видобувного підприємства і

проведення промислової розробки родовища (покладу). Розвідані

запаси визначаються за даними закінченої геологічної розвідки та

дослідно-промислової розробки.

Попередньо

розвідані запаси

- це група запасів нафти і газу, кількість,

якість,

технологічні властивості, гірничо-геологічні та інші умови заляган-

ня яких вивчено з повнотою, достатньою для техніко-економічного

обгрунтування промислового значення родовища. Попередньо розвідані

запаси є основою для обґрунтування доцільності подальшої розвідки.