Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ГОРНЫЙ»
Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений
Отчет об учебной ознакомительной практике
Выполнил: студент гр. НГД-14-7 Садыков Р. Б.
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: ___________ ______ ________________
(должность преподавателя) (оценка) (подпись) (Ф.И.О.)
Выполнил: студент гр. НГД-14-7 Кройтор Д. Ю.
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: ___________ ______ ________________
(должность преподавателя) (оценка) (подпись) (Ф.И.О.)
Выполнил: студент гр. НГД-14-7 Сарыев Г. К.
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: ___________ ______ _______________
(должность преподавателя) (оценка) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2015
Содержание
Введение……………………………………………….………………………..........3
Основная часть
1.Краткая история развития нефтегазового дела………………………………5
2.Понятие скважины. Назначение скважин……………………………………8
3.Физика нефтяного и газового пласта……………………………………..…12
4.Разработка нефтяных и газовых месторождений…………………………..21
5.Эксплуатация нефтяных и газовых скважин……………………………….25
6.Методы повышения нефтеотдачи пластов………………………………….30
6.1 Химические методы увеличения нефтеотдачи…………………….32
6.2 Тепловые методы увеличения нефтеотдачи……………………….35
6.3 Физические методы увеличения нефтеотдачи…………………….39
6.4 Микробиологические методы увеличения нефтеотдачи………….45
Заключение………………………………………………………………………….46
Приложение…………………………………………………………………………47
Список литературы…………………………………………………………………55
Введение
Нефть и газ являются одними из основных видов топлива, потребляемого человечеством. Нефть добывают и используют сравнительно давно. Например, следы нефтяных промыслов, обнаруженные в Ираке, насчитывают более 4000 лет. В Москве нефть впервые увидели в XVI веке и назвали её «горящей водой». Буровые скважины придумали только ближе к средине XIX века и тогда же приступили к их использованию, как основного способа нефтедобычи. До 1823-го года никто не знал, что нефть можно очищать и извлекать из неё керосин. Однако начало интенсивной промышленной разработки нефтяных месторождений приходится на конец XIX - начало XX веков, тогда же и получила своё широкое распространение профессия нефтяник.
Конец XX столетия характеризовался резким увеличением спроса на нефть и газ, и их потребления. В настоящее время около 70% энергетической потребности в мире покрывается за счет нефти и газа. Однако, учитывая ограниченность мировых запасов нефти и газа, решение проблемы энергетики связывают с ее переводом на атомную и термоядерную основы. В то же время нефть и газ всё шире начинают использовать как сырье для нефтехимической промышленности, получения искусственных белков, фармацевтических препаратов, пластмасс и др.
Увеличение объемов добычи нефти все в большей степени обеспечивается за счет ввода в разработку месторождений, расположенных в отдаленных малозаселенных районах Севера, в зонах залегания многолетнемерзлых пород, в континентальных шельфах океанов и морей. При этом возрастает удельный вес добычи тяжелых высоковязких нефтей в общем объеме добычи нефти. Увеличивается ввод в разработку малопродуктивных месторождений. В последнее время возрос интерес к добыче битумов (по-латински «битум» - горная смола).
С другой стороны, существует тенденция снижения начальных дебитов пробуренных скважин, что меняет отношение к эксплуатации старых месторождений, поскольку общий объем добычи на старых месторождениях возрастает по отношению к добыче на новых. Поэтому усиливается значение механизированных способов добычи нефти, которые являются основными на старых месторождениях. В связи с этим существенное влияние на процесс добычи оказывает обводнение залежи и продукции скважин. Это связано с тем, что для поддержания заданных дебитов нефти необходимо откачивать большие объемы жидкости из скважин (нефти и воды), которые могут быть выше, чем дебиты скважин на новых месторождениях.
Перечисленные особенности определяют трудности освоения новых месторождений, повышение эффективности эксплуатации уже разрабатываемых, оценки целесообразности и эффективности новых технологических мероприятий и процессов. Основное затруднение заключается в ограниченности исходной и получаемой информации как в качественном, так и количественном отношениях.
Это объясняется малым числом экспериментов, проводящихся на промыслах, сложностью проведения исследовательских работ, необходимостью при этом принимать оперативные решения в различных ситуациях и т. д. Рост объемов добычи нефти сопровождается (и обеспечивается) значительным увеличением фонда скважин, которые бурятся в отдаленных районах со сложными климатическими условиями. Это делает невозможным систематическое обслуживание и исследование всех скважин бригадным способом.
С другой стороны, принятие любого решения инженером-нефтяником, касается ли оно изменения режима работы скважины, необходимости обработки призабойной зоны, оценки эффективности технологического мероприятия и т. п., основывается на имеющейся в его распоряжении информации. Очевидно, что при отсутствии или небольшом ее количестве надежность принимаемых решений и выводов будет неудовлетворительна. Поэтому возникает необходимость определения достаточного объема информации, на основании которого можно оперативно принимать соответствующие технологические решения, эффективно обеспечивая заданный уровень добычи нефти.
Основная часть
Краткая история развития нефтегазового дела
Доля нефти в общем потреблении энергоресурсов постоянно растет: если в 1900 году на долю нефти приходилось 3% мирового энергопотребления, то к 1914 году ее доля выросла до 5%, в 1939 году - до 17.5%, достигла 24% в 1950 году, 41.5% в 1972 году и примерно 65% - в 2000 году [11].
Примерно 3 тыс. лет до н. э. Жители Ближнего Востока начинают использовать нефть в качестве топлива, для изготовления оружия, для светильников и строительного материала (битум, асфальт). Нефть собирали с поверхности открытых водоемов.
7 век н. э. В Византии или Персии изобретено супероружие того времени - "греческий огонь", изготавливаемый на основе нефти.
Примерно 1500 год. В Польше впервые стали использовать нефть для освещения улиц. Нефть поступала из района Карпат.
1849 год. Канадский геолог Абрахам Геснер\Abraham Gesner впервые получил керосин. В 1857 году была изобретена керосиновая лампа. Это изобретение позволило сохранить мировое поголовье китов, поскольку керосин, заменивший китовый жир, стал более популярным и удобным источником энергии для освещения жилищ. До начала массового производства керосина галлон (около 4 литров) китового жира стоил около $1.77. После появления керосиновых ламп цена упала до $0.40 - керосин продавался по цене $0.07 за галлон. Мировой китобойный промысел оказался в глубоком кризисе.
1858 год. Нефть начали добывать в Северной Америке (Канада, провинция Онтарио).
1859 год. Начало нефтедобычи в США. Первая скважина (глубиной 21 метр) пробурена Эдвином Дрейком (Edwin Drake) в штате Пеннсильвания. Она позволяла добывать 15 баррелей нефти в день. Хотя есть сведения, что первая в мире нефтяная скважина была пробурена на Биби-Эйбате (вблизи Баку) в 1846 г. по предложению инженера горного ведомства Ф.А. Семенова.
1962 год. Появление новой единицы объема, которой измерялось количество нефти -"баррель"\ barrel\"бочка". Нефть тогда перевозили в бочках - железнодорожные цистерны и танкеры еще не были изобретены. Баррель нефти равен 42 галлонам (в одном галлоне примерно 4 литра). Этот объем нефтяной бочки равен официально признанному в Великобритании объему бочки для перевозки селедки (соответствующий указ в 1492 году подписал король Эдуард Четвертый). Для сравнения, "винный баррель" равен 31.5 галлонам, "пивной баррель" - 36 галлонам.
1870 год. Первый опыт создания нефтяной монополии. Джон Рокфеллер\J.D.Rockerfeller основал компанию Standard Oil, которая на момент создания контролировала 10% нефтедобычи в США. Через два года доля Standard Oil выросла до 25%, а еще через пять лет - до 90%. Впоследствии, политика Standard Oil привела к принятию в США первого в мире антимонопольного законодательства. В 1911 году Верховный Суд США\Supreme Court постановил разделить Standard Oil на 39 мелких компаний, чтобы положить конец монополизму в нефтяной сфере.
1877 год. Россия впервые в мире начинает использовать танкеры для доставки нефти из бакинских месторождений в Астрахань. Примерно в том же году (данные из различных источников расходятся) в США построена первая железнодорожная цистерна для перевозки нефти.
1901 – пик добычи нефти в дореволюционной России - 11,9 млн. т, что составило 50% общемировой добычи.
1904 год. Крупнейшими странами-производителями нефти стали США, Россия, современная Индонезия, Австро-Венгрия, Румыния и Индия.
1905 год. В Баку (Азербайджан, тогда Российская Империя) случился первый в мировой истории масштабный пожар не нефтяных приисках.
1908 год. Открыты первые нефтяные месторождения в Иране. Для их эксплуатации создана Англо-Персидская Нефтяная Компания\Anglo Persian Oil, позднее ставшая компанией British Petroleum.
1914 - 1918 годы. Первая Мировая война. Впервые война велась, в том числе, и для получения контроля за месторождениями нефти.
1918 год. Впервые в мире Советская Россия национализировала нефтяные компании.
1920 - начало восстановления разрушенной войной нефтяной промышленности в России после Первой Мировой войны.
1932 год. Месторождения нефти открыты в Бахрейне.
1938 год. Месторождения нефти открыты в Кувейте и Саудовской Аравии.
1939 - 1945 год. Вторая Мировая война. Контроль над месторождениями нефти в Румынии, Закавказье и на Ближнем Востоке был важнейшей частью стратегии противоборствовавших сторон.
1943 - 1946 – открыты первые нефтяные месторождения в Башкирии и Татарии (Ромашкинское).
1950-1960 – Башкирия и Татария становятся основными регионами добычи нефти в СССР ("Второе Баку").
1951 год. Впервые в истории США нефть стала главным источником энергии, оттеснив уголь на второе место.
1956 год. Суэцкий кризис. После вторжения англо-французских войск в Египет мировые цены на нефть за короткое время выросли вдвое.
1956 год. Месторождения нефти открыты в Алжире и Нигерии.
1959 год. Первая попытка создать международную организацию поставщиков нефти. В Каире (Египет) прошел Арабский Нефтяной Конгресс, участники которого заключили джентльменское соглашение о совместной нефтяной политике, которая должна была увеличить влияние арабских государств в мире.
1960 год. В Багдаде (Ирак) образована Организация Государств-Экспортеров Нефти (ОПЕК)\OPEC. Ее основателями стали Иран, Ирак, Кувейт, Саудовская Аравия и Венесуэла. Ныне в состав ОПЕК входят 11 стран.
1968 год. Открыты крупные нефтяные месторождения на территории Аляски.
1969 год. Первая крупная экологическая катастрофа, причиной которой стал разлив нефти. Причиной стала авария на нефтедобывающей платформе неподалеку от побережья Калифорнии.
1971 год. Первое международное соглашение о согласованном повышении цен на нефть. Ливия, Саудовская Аравия, Алжир и Ирак договорились поднять цены на нефть с $2.55 до $3.45 за баррель.
1973 год. Первое нефтяное эмбарго. В канун еврейского праздника Йом Кипур войска Сирии и Египта, поддержанные СССР, атаковали Израиль. Израиль обратился за помощью к США, которые ответили на эту просьбу согласием. В ответ арабские страны-экспортеры нефти постановили ежемесячно снижать добычу нефти на 5% и полностью запретить экспорт нефти в страны, которые поддержали Израиль - США, Нидерланды, Португалию, ЮАР и Родезию (ныне Зимбабве).
В результате, мировые цены не нефть выросли с $2.90 до $11.65. В США автомобильный бензин подорожал в 4 раза. США ввели жесткие меры, направленные на экономию нефти. В частности, все АЗС не работали в воскресенье, одна заправка машины ограничивалась 10 галлонами (около 40 литров). США начали строить нефтепровод с Аляски. Европейские государства и США начали масштабные научные изыскания, призванные найти альтернативные источники энергии. Начиная с 1978 года Министерство Энергетики США\Department of Energy ежегодно вкладывает в научные исследования, призванные найти способы экономичного использования нефти, более $12 млн.
1974 – стремительное развитие нефтедобычи в Западной Сибири позволило СССР занять 1 место в мире по объемам добычи.
В 1974 - 1975 годах страны Северной Америки и Западной Европы вошли в период тяжелого экономического кризиса. В свою очередь, СССР получил колоссальные доходы от продажи нефти (на его долю СССР приходилось 15% мировой добычи), что позволило не только стабилизировать ситуацию в экономике, но и начать масштабные программы военного строительства и поддержки дружественных режимов и движений в Африке, Азии и на Ближнем Востоке. Кризис показал, что нефть стала также важна для мировой экономики, как и доллар.
1988 год. Крупнейшая в истории авария на нефтяной платформе. Британская платформа в Северном Море Piper Alpha загорелась. В результате погибло 167 человек из 228, находящихся на ней.
1993 год. Впервые в истории США импортировали больше нефти, чем добыли ее.
1998 год. Крупномасштабный экономический кризис в Азии. Мировые цены на нефть резко снизились. Причиной этого стала необычно теплая зима в Европе и Северной Америке, увеличение производства нефти в Ираке, потребление нефти странами Азии и ряд других факторов. Если в1996 году средняя цена барреля нефти составляла $20.29, в 1997 году - $18.68, то в 1998 году она упала до $11. Падение цен на нефть привело к крупнейшему финансовому кризису в России. Чтобы остановить падение цен страны ОПЕК уменьшили производство нефти.
Подписан 50-летний мораторий на разработку месторождений нефти в районе Антарктиды.
Крупные слияния нефтяных компаний: British Petroleum приобрела Amoco, а Exxon -компанию Mobil.
2000 год. Россия заняла третье место в мире по объемам добытой нефти, пропустив на первую и вторую позицию Саудовскую Аравию и США. Россия добыла 9.1% мировой нефти, Саудовская Аравия - 12%, США - 10%. Для сравнения, по данным Международного Энергетического Агентства\International Energy Agency, в 1973 году на долю СССР приходилось 15% мировой добычи. Большинство импортируемой нефти США получали из Канады, Саудовской Аравии, Венесуэлы, Мексики и Нигерии.
2004 год. Цены на нефть достигли рекорда, превысив $40 за баррель. Главными факторами считаются проблемы США в Ираке и рост потребления нефтепродуктов в странах Азии, особенно в Китае, который впервые в истории стал импортировать нефть. В пятерку крупнейших мировых импортеров нефти в мире входят США, Япония, Южная Корея, Германия и Италия [8].
2005 – добыча нефти в России – 470 млн. т, или 12,1% общемировой добычи (2 место в мире после Саудовской Аравии).
Понятие скважины. Назначение скважин
Скважиной называют горную выработку круглого сечения, сооружаемую без доступа в нее людей, у которой длина во много раз больше диаметра.
Верхняя часть скважины называется устьем, дно — забоем, боковая поверхность - стенкой, а пространство, ограниченное стен-кой - стволом скважины. Длина скважины - это расстояние от устья до забоя по оси ствола, а глубина — проекция длины на вертикальную ось. Длина и глубина численно равны только для вертикальных сква-жин. Однако они не совпадают у наклонных и искривленных скважин [11].
Элементы конструкции скважин приведены на рис. 1. На-чальный участок 1 скважин называют направлением. Поскольку устье скважины лежит в зоне легкораэмываемых пород его необходимо ук-реплять. В связи с этим направление выполняют следующим образом. Сначала бурят шурф - колодец до глубины залегания устойчивых гор-ных пород (4...8 м). Затем в него устанавливают трубу необходимой длины и диаметра, а пространство между стенками шурфа и трубой заполняют бутовым камнем и заливают цементным раствором 2.
Рисунок 1 - Конструкция скважины:
1 - обсадные трубы; 2 – цементный раствор; 3 - пласт; 4 - перфорация в обсадной трубе и цементном камне; I — направление; II-кондуктор; III-промежуточная колонна; IV — эксплуатационная колонна.
Нижерасположенные участки скважины - цилиндрические. Сразу эа направлением бурится участок на глубину от 50 до 400 м диаметром до 900 мм. Этот участок скважины закрепляют обсадной трубой I (состоящей из свинченных стальных труб), которую назы-вают кондуктором II.
Затрубное пространство кондуктора цементируют. С помощью кондуктора изолируют неустойчивые, мягкие и трещиноватые поро-ды, осложняющие процесс бурения.
После установки кондуктора не всегда удается пробурить скважину до проектной глубины из-за прохождения новых осложня-ющих горизонтов или из-за необходимости перекрытия продуктивных пластов, которые не планируется эксплуатировать данной скважиной. В таких случаях устанавливают и цементируют еще одну колонну III, называемую промежуточной. Если продуктивный пласт, для разработки которого предназначена скважина, залегает очень глубоко, то количество промежуточных колонн может быть больше одной.
Последний участок IV скважины закрепляют эксплуатацион-ной колонной. Она предназначена для подъема нефти и газа от забоя к устью скважины или для нагнетания воды (газа) в продуктивный пласт с целью поддержания давления в нем. Во избежание перетоков нефти и газа в вышележащие горизонты, а воды в продуктивные пла-сты пространство между стенкой эксплуатационной колонны и стенкой скважины заполняют цементным раствором.
Для извлечения из пластов нефти и газа применяют различ-ные методы вскрытия и оборудования забоя скважины. В большинстве случаев в нижней части эксплуатационной колонны, находящейся в продуктивном пласте, простреливают (перфорируют) ряд отвер-стий 4 в стенке обсадных труб и цементной оболочке.
В устойчивых породах призабойную зону скважины обору-дуют различными фильтрами и не цементируют или обсадную колонну опускают только до кровли продуктивного пласта, а его раз-буривание и эксплуатацию производят без крепления ствола скважины.
Устье скважины в зависимости от ее назначения оборудуют арматурой (колонная головка, задвижки, крестовина и др.) [8].
При поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых мес-торождений бурят опорные, параметрические, структурные, поисковые разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, наблю-дательные и другие скважины.
Опорные скважины закладываются в районах, не исследован-ных бурением, и служат для изучения состава и возраста слагающих их пород.
Параметрические скважины закладываются в относительно изученных районах с целью уточнения их геологического строения и перспектив нефтегазоносности.
Структурные скважины бурятся для выявления перспектив-ных площадей и их подготовки к поисково-разведочному бурению.
Поисковые скважины бурят с целью открытия новых про-мышленных залежей нефти и газа.
Разведочные скважины бурятся на площадях с установлен-ной промышленной нефтегазоносностью для изучения размеров и строения залежи, получения необходимых исходных данных для под-счета запасов нефти и газа, а также проектирования ее разработки.
Эксплуатационные скважины закладываются в соответствии со схемой разработки залежи и служат для получения нефти и газа из земных недр.
Нагнетательные скважины используют при воздействии на эксплуатируемый пласт различных агентов (закачки воды, газа и т.д.).
Наблюдательные скважины бурят для контроля за разработ-кой залежей (изменением давления, положения водонефтяного и газонефтяного контактов и т.д.).
Кроме того при поиске, разведке и разработке нефтяных и га-зовых месторождений бурят картировочные, сейсморазведочные, специальные и другие скважины [6].
В зависимости от геологических условий нефтяного месторождения бурят различные типы скважин. Нефтяная скважина может быть:
вертикальная;
наклонно-направленная;
горизонтальная;
многоствольная или многозабойная
Вертикальная скважина – это скважина, у которой угол отклонения ствола от вертикали не превышает 5°.
Если угол отклонения от вертикали больше 5°, то это уже наклонно-направленная скважина.
Горизонтальной скважиной (или горизонтальным стволом скважины) называют скважину, у которой угол отклонения ствола от вертикали составляет 80-90°. Но здесь есть один нюанс. Так как «в природе нет прямых линий» и продуктивные нефтенасыщенные пласты залегают в недрах земли, как правило, с некоторым наклоном, а часто с довольно крутым наклоном, то на практике получается, что нет никакого смысла бурить горизонтальную скважину под углом приблизительно равным 90°. Логичнее пробурить ствол скважины вдоль пласта по наиболее оптимальной траектории. Поэтому в более широком смысле, под горизонтальной скважиной понимают скважину, имеющую протяженную фильтровую зону - ствол, пробуренный преимущественно вдоль напластования целевого пласта в определенном азимутальном направлении.
Скважины с двумя и более стволами называют многоствольными (многозабойными).
Многоствольные скважины, также как и многозабойные, имеют основной ствол и один или несколько дополнительных. Ключевым отличием является расположение точки разветвления стволов. Если точка находится выше продуктивного горизонта, на который пробурена скважина, то скважину называют многоствольной (МСС). Если же точка разветвления стволов находится в пределах продуктивного горизонта, то скважину называют многозабойной (МЗС).
По своему назначению скважины подразделяются на несколько видов, из которых основными являются:
Структурно-поисковые;
Разведочные;
Добывающие (нефть, газ, вода);
Нагнетательные (вода, газ, пар, воздух и т.д.);
Оценочные;
Контрольные (пьезометрические);
Опорные.
Назначение структурно-поисковых скважин — установление (уточнение) тектоники, стратиграфии, литологии разреза пород, оценка возможных продуктивных горизонтов.
Разведочные скважины служат для выявления продуктивных пластов, а также для оконтуривания разрабатываемых нефтяных и газовых месторождений.
Добывающие (эксплуатационные) скважины предназначены для добычи нефти и газа из земных недр. К этой категории относят также нагнетательные, оценочные, наблюдательные и пьезометрические скважины.
Нагнетательные скважины необходимы для закачки в пласт воды, газа или пара с целью поддержания пластового давления или обработки призабойной зоны. Эти меры направлены на удлинение периода фонтанного способа добычи нефти или повышение эффективности добычи.
Назначение оценочных скважин — определение начальной водонефтенасыщенности и остаточной нефтенасыщенности пласта и проведение иных исследований.
Контрольные и наблюдательные скважины служат для наблюдения за объектом разработки, исследования характера продвижения пластовых флюидов и изменения газонефтенасыщенности пласта.
Опорные скважины бурят для изучения геологического строения крупных регионов с целью установления общих закономерностей залегания горных пород и выявления возможностей образования в этих породах месторождений нефти и газа.
Добывающие и нагнетательные скважины составляют так называемый эксплуатационный фонд или эксплуатационные скважины.