Основы нефтегазового дела

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
 
В.Г. Крец, А.В. Шадрина 
 
 
 
 
 
 
 
ОСНОВЫ НЕФТЕГАЗОВОГО ДЕЛА 
 
 
Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром  
высшего профессионального образования для межвузовского использования  
в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлениям 
подготовки 130500 (21.03.01) «Нефтегазовое дело»  
и 130600 «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства» 
 
 
2-е издание, переработанное и дополненное 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство 
Томского политехнического университета 
2016 
 
 

УДК 622.32(075.8) 
ББК 33.361я73 
К80 
 
Крец В.Г.  
 
Основы нефтегазового дела : учебное пособие / В.Г. Крец, 
А.В. Шадрина ; Томский политехнический университет. – 2-е изд., 
перераб. и доп. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2016. – 200 с. 

ISBN 978-5-4387-0724-0 

В пособии приведены основные сведения об этапах поисковоразведочных работ, физико-химических свойствах нефти, типах нефтяных и 
газовых месторождений, бурении скважин, разработке и эксплуатации 
нефтяных месторождений, промысловому сбору и подготовке нефти, газа и 
воды, капитальному и подземному ремонту скважин, дальнему транспорту и 
хранению нефти и газа. 
Предназначено для студентов нефтяного профиля. 
 
 
 
УДК 622.32(075.8) 
ББК 33.361я73 
 
 
Рецензенты 

Руководитель производственно-технического департамента  
ООО «Толеро Петролеум» 
М.А. Князев 

Кандидат физико-математических наук, доцент 
заведующий кафедрой подземной гидромеханики 
Института нефти и газа Сибирского  федерального университета 
Б.Б. Квеско 

 
 
 
 
 
 
 

ISBN 978-5-4387-0724-0 
© ГОУ ВПО НИ ТПУ, 2011 
© Крец В.Г., Шадрина А.В., 2011 
© Оформление. Издательство Томского  
политехнического университета, 2016

К80 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие .............................................................................................................. 5 
Методические указания по изучению материала ................................................. 6 
Принятые сокращения ............................................................................................. 8 

1. ИСТОРИЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ. НЕКОТОРЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ 
И СВЕДЕНИЯ ...................................................................................................... 9 

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ, ПРИРОДНОГО 
ГАЗА И ПЛАСТОВОЙ ВОДЫ ......................................................................... 19 
2.1. Свойства нефти .......................................................................................... 19 
2.2. Свойства природного газа ........................................................................ 23 
2.3. Свойства пластовой воды ......................................................................... 26 

3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О НЕФТЯНЫХ,  ГАЗОВЫХ И 
ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ......................................... 29 
3.1. Понятие о месторождении ........................................................................ 29 
3.2. Методы поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений ....... 32 
3.3. Этапы поисково-разведочных работ ....................................................... 36 

4. БУРЕНИЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН ....................................... 42 
4.1. Общие понятия о бурении ........................................................................ 42 
4.2. Ударное бурение скважин ........................................................................ 48 
4.3. Буровые установки, оборудование и инструмент .................................. 49 
4.4. Цикл строительства скважины ................................................................. 64 
4.5. Промывка скважин .................................................................................... 67 
4.6. Осложнения, возникающие при бурении ............................................... 69 
4.7. Наклонно направленные скважины ......................................................... 72 
4.8. Бурение скважин на море ......................................................................... 73 
4.9. Электроимпульсный способ бурения (Важов В.М.) .............................. 76 

5. ПЛАСТОВАЯ ЭНЕРГИЯ, ТЕМПЕРАТУРА И ДАВЛЕНИЕ 
В СКВАЖИНЕ. РЕЖИМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗАЛЕЖЕЙ ........................ 79 
5.1. Пластовая энергия ..................................................................................... 79 
5.2. Температура и давление в горных породах и скважинах ..................... 79 
5.3. Условия притока жидкости и газа в скважины ...................................... 81 

6. ПОНЯТИЕ О РАЗРАБОТКЕ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ............... 84 
6.1. Сетка размещения скважин ...................................................................... 85 
6.2. Стадии разработки месторождений ......................................................... 85 
6.3. Размещение эксплуатационных  и нагнетательных скважин на 
месторождении .......................................................................................... 88 

7. ФОНТАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН ..................... 90 
7.1. Роль фонтанных труб ................................................................................ 91 
7.2. Оборудование фонтанных скважин......................................................... 91 

3

7.3. Оборудование для предупреждения открытых фонтанов ..................... 96 
7.4. Освоение и пуск в работу фонтанных скважин ..................................... 98 
7.5. Борьба с отложением парафина в подъемных трубах ........................... 98 

8. ГАЗЛИФТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН .................. 101 
8.1. Область применения газлифта ............................................................... 101 
8.2. Оборудование устья компрессорных скважин ..................................... 104 
8.3. Периодический газлифт .......................................................................... 106 

9. ШТАНГОВЫЕ СКВАЖИННЫЕ НАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ (УШСН) ... 107 

10. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН ПОГРУЖНЫМИ  
ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫМИ НАСОСАМИ ............................................ 115 

11. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБИННО-НАСОСНЫХ СКВАЖИН 
И ДИНАМОМЕТРИРОВАНИЕ СКВАЖИННЫХ НАСОСНЫХ 
УСТАНОВОК ................................................................................................... 122 

12. ПРОМЫСЛОВЫЙ СБОР И ПОДГОТОВКА НЕФТИ, ГАЗА И ВОДЫ ...... 132 

13. ПОНЯТИЕ ОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН ..................... 141 

14. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ПОДЗЕМНОМ И КАПИТАЛЬНОМ 
РЕМНОТЕ СКВАЖИН ................................................................................. 146 

15. МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ  НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПЛАСТА ..... 149 

16. ДАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТ НЕФТИ И ГАЗА ................................................ 152 

17. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН НА МОРСКИХ ТЕРРИТОРИЯХ ........... 156 

Заключение ........................................................................................................... 162 

Основные понятия и определения ...................................................................... 163 

Список литературы .............................................................................................. 171 

Приложение 1. Винтовой погружной насос ЭВН ............................................. 173 
Приложение 2. Одновинтовинтовой погружной насос  
для добычи  нефти ЭВНОП5-10-1200 с регулируемой 
частотой вращения .................................................................... 174 

Тестовые вопросы для самостоятельной работы студентов ............................ 175 

Ответы к тестовым вопросам .............................................................................. 194 

Экзаменационные вопросы ................................................................................. 198 
 
 

4

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Дисциплина «Основы нефтегазового дела» («История нефтегазовой отрасли и основы нефтегазового дела») является базовой для тех, кто уже связал или собирается связать свою профессиональную деятельность с нефтегазовой отраслью. 
В учебном пособии рассмотрены вопросы применения нефти и газа, их 
свойства. Приведены понятия о нефтяных и газовых месторождениях и способах их разработки. Подробно освещены вопросы техники и технологии бурения нефтяных и газовых скважин механическими способами. Из немеханических способов бурения впервые описан электроимпульсный способ бурения 
скважин, разработанный в Томском политехническом университете, характеризуемый малой энергоемкостью разрушения горных пород. Приведена информация по установкам для бурения и ремонта скважин, реализующим прогрессивную колтюбинговую технологию. Описаны фонтанный, газлифтный и 
насосные способы скважинной добычи нефти. Рассмотрены вопросы интенсификации добычи нефти, ремонта скважин, сбора и транспорта скважинной 
продукции и морской добычи углеводородов.  
Имеющиеся в учебном пособии иллюстрационные материалы (рисунки, 
фотографии, схемы) позволят лучше освоить предлагаемый учебный материал.  
Ознакомившись с содержанием учебного пособия, обучающийся узнает 
много интересного, получит целостное представление о нефтяной и газовой 
промышленности, что позволит ему быть готовым к изучению общетехнических и специальных дисциплин. 
Данное учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по 
направлению подготовки «Нефтегазовое дело» и иностранных студентов 
ближнего и дальнего зарубежья, подготовленных для занятий на русском 
языке в обычных группах.  
В состав учебно-методического комплекса входят: 
1. «Основы нефтегазового дела»: учебное пособие (5, 9, 11, 19). 
2. «Основы нефтегазового дела»: методические указания по выполнению практических работ (18). 
3. «Основы нефтегазового дела»: рабочая тетрадь (18). 
4. Виртуальная экскурсия по обьектам нефтегазодобычи. 
5. Видеофильмы: 
 
«Технология бурения». 
 
«Цементирование скважин». 
 
«Капитальный и текущий ремонт скважин». 
 
«Гидравлический разрыв скважин». 
6. Анимации и видеоклипы: 
 
«Фонтанная и газлифтная добыча нефти». 
 
«Добыча нефти установками штанговых скважинных насосов 
(УШСН)». 
 
«Добыча нефти установками электроцентробежных насосов (УЭЦН)». 

5

Видеоматериалы являются фондом кафедры транспорта и хранения Института природных ресурсов ТПУ. 

 
Профессор Чарли Файерхест (США), автор рисунка, и его друг и коллега 
профессор Ю.И. Дядькин (Россия) думали иначе.  
Большинство творцов нового присоединяются к ним. Поэтому прогресс 
в горной науке, производстве и жизни неистребим. Безусловно, что у продолжателей горного дела есть возможность сделать открытия и обрести радости жизни. В.Ж. Аренс (14) 
 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ МАТЕРИАЛА 

1. 
Студенту рекомендуется последовательное изучение учебного материала в соответствии с содержанием пособия. 
2. 
Изучение учебного материала рекомендуется начать с рассмотрения таких понятий, как «скважина», «куст скважин». Основные понятия и определения дисциплины приведены в конце учебного пособия. 
3. 
Для самоконтроля знаний в конце пособия по каждому разделу приведены тестовые вопросы, а также ответы к ним. 
4. 
В целях лучшего усвоения знаний необходимо выполнять практические 
работы, предусмотренные рабочей программой. Для практических занятий студент обеспечивается методическими указаниями по выполнению 
практических работ, а также рабочей тетрадью. 
5. 
Для лучшего представления отдельных процессов в нефтегазовом деле 
необходимо изучить предлагаемые видеофильмы, анимации и презентации, а также нефтегазовое оборудование по имеющимся стендам, макетам, натуральным образцам. 
6. 
В качестве итогового контроля по дисциплине предусмотрен экзамен 
(зачет) в электронном виде (19). 

6

Прогноз поэтапного развития добычи нефти на период до 2020 года (17) 

7

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 

НГДУ – нефтегазодобывающее управление 
УЭЦН – установка электроцентробежного насоса 
УШСН (ШНСУ) – установка штангового скважинного насоса 
НКТ – насосно-компрессорные трубы 
АФ – арматура фонтанная 
АН – арматура нагнетательная 
ОУГ – оборудование устья газлифтное 
СКД – станок-качалка дезаксиальный 
СК – станок-качалка 
ШСН – штанговый скважинный насос 
НШ – насосные штанги 
НСВ – насос скважинный вставной 
НСН – насос скважинный невставной 
ПЭЦН – погружной электроцентробежный насос 
ПЭД – погружной электродвигатель 
АГЗУ – автоматизированная групповая замерная установка 
ГПЗ – газоперерабатывающий завод 
ЦПС – центральный пункт сбора 
КСП – комплексный сборный пункт 
УКПН – установка комплексной подготовки нефти 
ДНС – дожимная насосная станция 
УПН – установка подготовки нефти 
УПВ – установка подготовки воды 
УПГ – установка подготовки газа 
УПШ – установка подготовки шлама 
ППД – поддержание пластового давления 
КНС – кустовая насосная станция 
БКНС – блочная кустовая насосная станция 
ПАВ – поверхностно-активные вещества 
УОВ – установка очистки воды 
ГХК – газохимический комплекс 
ГНС – головная насосная станция 
НПЗ – нефтеперерабатывающий завод 
ГКС – газокомпрессорная станция 
КС – компрессорная станция 
ГРС – газораспределительная станция 
ПХГ – подземное хранилище газа 
ОАО – открытое акционерное общество 
НИПИ – научно-исследовательский и проектный институт 
МНП – морские нефтегазовые промыслы 
СПЗ – скважины подводного закачивания 
ПНО – платформы на натяжных спорах 
УПСВ – установка предварительного сброса воды 
БРВ – блок распределения воды 
 

8

1. ИСТОРИЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ.  
НЕКОТОРЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И СВЕДЕНИЯ 

Среди важнейших видов промышленной продукции одно из главных мест занимают нефть, газ и продукты их переработки. 
Достаточно сказать, что из всех видов энергетических ресурсов (вода, уголь, горючие сланцы, атомная энергия и др.) около двух третей потребностей обеспечивается за счет углеводородов. Невозможно представить сегодня современный транспорт и все многообразие двигательной 
техники без горюче-смазочных материалов, основой которых служат 
нефть и газ. Эти богатства земных недр добываются и потребляются 
в огромных количествах (рис. 1.1, 1.2). 

Рис. 1.1. Использование и транспорт нефти  

Свободный газ и добываемый попутно с нефтью газ являются сырьем для химической промышленности. Путем химической переработки 
газов получают и такие продукты, на изготовление которых расходуется 
значительное количество пищевого сырья. 
До начала XVIII в. нефть в основном добывали из копанок, которые обсаживали плетнем. По мере накопления нефть вычерпывали 
и в кожаных мешках вывозили потребителям. 
Колодцы крепились деревянным срубом, окончательный диаметр 
обсаженного колодца составлял обычно от 0,6 до 0,9 метров с некоторым 
увеличением книзу для улучшения притока нефти к его забойной части. 

9

Рис. 1.2. Использование нефти 

Подъем нефти из колодца производился при помощи ручного ворота (позднее конного привода) и веревки, к которой привязывался бурдюк (ведро из кожи). 
К 70-м годам XIX в. основная часть нефти в России и в мире добывается из нефтяных скважин. Так, в 1878 г. в Баку их насчитывается 301, 
дебит которых во много раз превосходит дебит из колодцев. Нефть из 
скважин добывали желонкой – металлическим сосудом (труба) высотой 
до 6 м, в дно которого вмонтирован обратный клапан, открывающийся 
при погружении желонки в жидкость и закрывающийся при ее движении 
вверх. Подъем желонки (тартание) велся вручную, затем на конной тяге 
(начало 70-х годов XIX в.) и с помощью паровой машины (80-е годы). 
Первые глубинные насосы были применены в Баку в 1876 г., а первый глубинный штанговый насос – в Грозном в 1895 г. Однако тартальный способ длительное время оставался главным. Например, в 1913 г. 
в России 95 % нефти добыто желонированием. 

10

Вытеснение нефти из скважины сжатым воздухом или газом предложено в конце XVIII в., но несовершенство компрессорной техники 
более чем на столетие задержало развитие этого способа, гораздо менее 
трудоемкого по сравнению с тартальным. 
Не сформировался к началу нашего века и фонтанный способ добычи. Из многочисленных фонтанов Бакинского района нефть разливалась в овраги, реки, создавала целые озера, сгорала, безвозвратно терялась, загрязняла почву, водоносные пласты, море. 
В настоящее время основной способ добычи нефти – насосный, при 
помощи установок электроцентробежного насоса (УЭЦН) и штанговых 
скважинных насосов (ШСН). Разные исследователи приводят разные показатели по способам добычи нефти. Это, видимо, связано с периодом 
сбора информации, регионами охвата, недостоверностью источников.  
В табл. 1.1 приведено распределение способов добычи нефти по 
России. 
Таблица 1.1 
Распределение числа скважин и добычи нефти  
в зависимости от способа эксплуатации 

Способ 

эксплуатации 

Число 

скважин, % 

Средний дебит, 

т/сут 

Добыча, 

% от общей 

нефти 
жидкости 
нефти 
жидкости 

Фонтанный 
8,8 
31,1 
51,9 
19,5 
9,3 

Газлифтный 
4,3 
35,4 
154,7 
11,6 
14,6 

УЭЦН 
27,4 
28,5 
118,4 
52,8 
63,0 

ШСН 
59,4 
3,9 
11,0 
16,1 
13,1 

Прочие 
0,1 
– 
– 
– 
– 

По данным П.Л. Янгулова (2013 г.), погружными электроприводными насосами (ЭЦН) на нефтяных месторождениях в России добывается около 70 % нефти. По данным (13), насосным способом в России в 2012 году добывалось 93,1 % нефти. Штанговые глубинные 
насосы (ШГН) – наиболее распространенный способ механизированной 
добычи нефти, отмечают Дж. Н. МакКой и др. (2014 г.) (около 60 % добычи в Северной Америке и примерно 70 % во всем мире. 
Газовая промышленность получила свое развитие лишь в период 
Великой Отечественной войны при открытии и вводе в разработку газовых месторождений в районе г. Саратова и в западных областях 
Украины, сооружении газопроводов Саратов–Москва и Дашава–
Киев–Брянск–Москва. 

11

Одновременно с вводом в разработку и освоением новых газовых 
месторождений создавалась сеть магистральных газопроводов и отводов от них для подачи газа местным потребителям.  
Развитие газовой промышленности позволило газифицировать 
много городов и населенных пунктов, а также предприятий различных 
отраслей промышленности. 
Нефть и газ в современном мире фактически играют роль геополитического мегарегулятора, какую еще лет 20 или 30 назад играло ядерное оружие и концепция ядерного сдерживания.  

Некоторые показатели и сведения  
по нефтегазодобыче в мире, России, Томской области: 

 
300 млн т в год – безопасный рубеж добычи нефти для России; 
 
10–11 млн т в год – добыча нефти по Томской области (последнее десятилетие); 
 
9–11 т/сут – добыча нефти (в среднем) из одной скважины по 
Томской области; 
 
3,94–4,22 млрд т 
нефти 
добывается 
в 
мире 
ежегодно  
(2005–2014 гг.); 
 
3174 млрд м3 газа добывается в мире ежегодно (2012–2008 гг.); 
 
343,9 млрд м3 газа добыл «Газпром» в 2014 г.; 
 
200 млрд т нефти составляют доказанные запасы в недрах земли (11); 
 
398 трлн м3 газа составляют мировые ресурсы с учетом вероятных и возможных запасов; 
 
105 млрд т нефти добыто в мире; 
 
268 млн т нефти накопленная добыча нефти на территории 
Томской области (на начало 2008 г.)  
 
63 и 32 % – разведанные запасы нефти и газа на Среднем Востоке (от мировых); 
 
7 и 38 % – разведанные запасы нефти и газа в России (от мировых); 
 
624 млн т в год – максимальная добыча нефти в СССР (1988 г.); 
 
303,4 млн т в год – минимальная добыча нефти в России (1998 г.); 
 
530–535 млн т в год – прогнозы добычи нефти в России 
(на 2030 г.); 
 
58,07 млн т нефти добыто НК «ЮКОС» в 2001 г.; 
 
29 млн т нефти переработано НК «ЮКОС» в 2001 г.; 
 
250 млн т нефти добыто Стрежевским НГДУ за 35 лет (декабрь 
2001 г.); 

12