Основы разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ  
И ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ 
МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Учебное пособие

Красноярск 
СФУ 
2019

УДК 622.323(07)
ББК 33.361я73
О-753

Авторы:
Е. В. Безверхая, Е. Л. Морозова, Т. Н. Виниченко
М. Т. Нухаев, А. А. Азеев

Р е ц е н з е н т ы: 
Р. Р. Нигматуллин, заместитель начальника управления, начальник 
отдела сопровождения бурения скважин ООО «РН-Ванкор»;
А. А. Воронков, начальник управления по разработке месторождений ОАО «Томскгазпром»;
В. Н. Арбузов, кандидат физико-математических наук, доцент отделения нефтегазового дела инженерной школы природных ресурсов 
НИИ Томского политехнического университета

О-753 
 
Основы разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений : учеб. пособие / Е. В. Безверхая, Е. Л. Морозова, 
Т. Н. Виниченко [и др.]. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2019. – 
190 c.
ISBN 978-5-7638-4238-8

Рассмотрены вопросы происхождения нефти и газа, состава пластовых 
флюидов, источников пластовой энергии. Изложены основные положения по 
разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Приведены 
технологии бурения нефтяных и газовых скважин, а также способы их эксплуатации.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 21.05.02 
«Прикладная геология», специализация 21.05.02.03 «Геология нефти и газа».

Электронный вариант издания см.: 
УДК 622.323(07)

http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 33.361я73

ISBN 978-5-7638-4238-8 
© Сибирский федеральный
университет, 2019

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АГЗУ 
– автоматизированная групповая замерная установка
ВИНК 
– вертикально-интегрированная нефтяная компания
ВНК 
– водонефтяной контакт
ВНФ 
– водонефтяной фактор
ВНЭ 
– водонефтяная эмульсия
Г 
– газовый
ГВК 
– газоводяной контакт
ГДК 
– гидродинамический каротаж
ГКН 
– газоконденсатнонефтяной
ГН 
– газонефтяной
ГНК 
– газонефтяной контакт
ГПЗ 
– газоперерабатывающий завод
ГПП 
– гидропескоструйная перфорация
ГРП 
– гидравлический разрыв пласта
ДНС 
– дожимная насосная станция
КВД 
– кривая восстановления давления
КИН 
– коэффициент извлечения нефти
КПД 
– коэффициент полезного действия
КСП 
– комплексные сборные пункты
КНС 
– кустовая насосная станция
Н 
– нефтяной
НГ 
– нефтегазовый
НГК 
– нефтегазоконденсатный
НГКМ 
– нефтегазоконденсатное месторождение
НГП 
– нефтегазоносная провинция
НИЗ 
– начальные извлекаемые запасы
НКТ 
– насосно-компрессорная труба
НСВ 
– насос скважинный вставной
НСН 
– насос скважинный невставной
НШ 
– насосная штанга
ОУ 
– оборудование устьевое
ПАА 
– полиакриламиды
ПАВ 
– поверхностно-активные вещества

Принятые сокращения

ПЗП 
– призабойная зона пласта
ППД 
– поддержание пластового давления
ПЭД 
– погружной электродвигатель
ПЭЦН 
– погружной электроцентробежный насос
СК 
– станок-качалка
ТНК 
– Тюменская нефтяная компания
УВ 
– углеводороды
УКПН 
– установка по комплексной подготовке нефти
УПВ 
– установки по подготовке воды
УШСН 
– установка штангового скважинного насоса
УЭВНТ 
– установка погружного электровинтового насоса
УЭЦН 
– установка электроцентробежного насоса
ЦПС 
– центральный пункт сбора
ШСН 
– штанговый скважинный насос
ШСНУ 
– штанговая скважинная насосная установка
ЭЦН 
– центробежный электронасос

ВВЕДЕНИЕ

Разработка нефтяных и газовых месторождений – извлечение из 
недр содержащихся в них углеводородов и сопутствующих им полезных ископаемых. Этот процесс включает разбуривание месторождений 
и выработку запасов нефти и газа. Наука о разработке нефтяных месторождений относится к горным наукам.
Первая скважина на территории нашей страны была пробурена ударным способом в 1864 г. в долине р. Кудако на Кубани русским 
предпринимателем А. Н. Новосильцевым. В 1871 г. пробурили механическим способом скважину в Бакинском районе. С 70–80-х гг. XIX в. 
и особенно с начала XX в. стало быстро развиваться механическое бурение скважин и произошло ин тенсивное увеличение добычи нефти 
в России. Однако несмотря на бурный рост числа разведочных и добывающих нефть скважин и объема добычи нефти, освоение недр 
в начале XX в. происходило путем нерегулируемой разработки месторождений на естественных режимах. В те годы еще не существовало 
научных основ добычи нефти, хотя над различными ее проблемами – от 
происхождения, геологии и разведки до транспорта, переработки и использования нефти – работали многие крупнейшие ученые и инженеры 
России, в том числе Д. И. Менделеев, А. М. Бутлеров, И. М. Губкин, 
В. Г. Шухов.
Даже в начале 20-х гг. XX в. еще не было известно или не использовалось большинство фундаментальных представлений о физике и механике нефтяных пластов и процессах извлечения из них нефти и газа. 
При этом основной закон фильтрации был открыт французским инженером Анри Дарси еще в 1856 г. при изучении движения воды в фильтрах водоочистных сооружений.
Одним из главных достижений в теории разработки нефтяных 
и газовых месторождений было установление сил, движущих нефть 
и газ к забоям скважин, т. е. основание учения о режимах нефтяных и газовых месторождений. В создание этого учения большой вклад внесли 
И. М. Губкин, И. Н. Стрижов, А. П. Крылов и др. В середине 30-х гг. 
теория режимов нефтяных месторождений получила существенное развитие. Были заложены основы современной теории упругого режима 

Введение

нефтяных пластов и режима растворенного газа. Следует отметить, что 
еще в начале 20-х гг. XX в. Л. С. Лейбензоном получено дифференциальное уравнение фильтрации газа и положено начало теории разработки газовых месторождений.
Разработка нефтяных 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. Разработка нефтяных месторождений невозможна без существенного вмешательства человека 
в природу, это требует безусловного соблюдения установленных норм 
по охране недр и окружающей среды.

1. ИСТОРИЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ

Из всех видов энергетических ресурсов (вода, уголь, горючие 
сланцы, атомная энергия и др.) около двух третей потребностей обеспечивается за счет углеводородов (УВ). Невозможно представить 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.
Свободный газ и добываемый попутно с нефтью 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 м с увеличением книзу для улучшения притока 
нефти к его забойной части. Подъем нефти из колодца производился 
при помощи ручного ворота (позднее конного привода) и веревки, к которой привязывался бурдюк (ведро из кожи) [15].
К 70-м гг. XIX в. основная часть нефти в России и в мире добывалась из нефтяных скважин. Так, в 1878 г. в Баку их насчитывалось 301, 
дебит которых во много раз превосходил 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 гг. XIX в.) и с помощью паровой машины (80-е гг.).
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 было добыто желонированием [14].
Вытеснение нефти из скважины сжатым воздухом или газом предложено в конце XVIII в., но несовершенство компрессорной техники бо

Основы разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений

лее чем на столетие задержало развитие этого способа, гораздо менее 
трудоемкого по сравнению с тартальным.
Не сформировался к началу ХХ в. 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) [14].
Газовая промышленность получила свое развитие лишь в период 
Великой Отечественной войны при открытии и вводе в разработку газовых месторождений в районе Саратова и в западных областях Украины, сооружении газопроводов Саратов – Москва и Дашава – Киев – 
Брянск – Москва.

Рис. 1.1. Сооружение скважин в Китае: бронзовой колотушкой 
в скважину забивалась обсадная труба из бамбука

1. История нефтегазодобычи

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.
На рис. 1.1 показано сооружение скважин в Китае. Таким образом 
крепились стенки скважин первыми обсадными трубами.
В табл. 1.1 приведены мировые запасы нефти и газа.

Таблица 1.1

Доказанные запасы нефти и газа в мире

Регион, страна

Доказанные запасы
Добыча в 2000 г.

нефть – млрд т, 
газ – м3
% от мировых
нефть – млрд т, 
газ – м3
% от мировых

Нефть

Азия и Океания, всего
В том числе:
Китай
Индонезия
Индия

6,02

3,29
0,68
0,65

4,3

2,3
0,5
0,5

368,1

162,7
64,9
32,0

11,0

4,9
1,9
1,0

Северная и Латинская Америка, 
всего
В том числе:
Венесуэла
Мексика
США

20,53

10,53
3,87
2,98

14,6

7,5
2,8
2,1

859,8

151,8
152,5
291,2

25,6

4,5
4,6
8,7

Африка, всего
В том числе:
Ливия
Нигерия
Алжир

10,26

4,04
3,08
1,26

7,3

2,9
2,2
0,9

335,3

70,4
99,5
40,0

10,0

2,1
3,0
1,2

Ближний и Средний Восток, всего
В том числе:
Саудовская Аравия
Ирак
Кувейт
Абу-Даби
Иран

93,63

35,51
15,41
12,88
12,63
12,15

66,5

25,2
10,9
9,1
9,0
8,6

1 078,4

403,2
134,1
88,7
92,5
178,4

32,2

12,0
4,0
2,6
2,8
5,3

Основы разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений

Продолжение табл. 1.1

Регион, страна
Доказанные запасы
Добыча в 2000 г.

нефть – млрд т, 
газ – м3
% от мировых
нефть – млрд т, 
газ – м3
% от мировых

Восточная Европа и СНГ, всего
В том числе:
Россия
Казахстан
Румыния

8,09

6,65
0,74
0,2

5,8

5,6
0,5
0,1

364,1

352,2
31,4
6,1

11,5

11,1
0,9
0,2

Западная Европа, всего
В том числе:
Норвегия
Великобритания
Дания

2,35

1,29
0,69
0,15

1,7

0,9
0,5
0,1

321,5

160,8
126,8
17,9

9,6

4,8
3,8
0,5

Всего в мире
140,88
100,0
3 360,8
100,0

Газ

Азия и Океания, всего
В том числе:
Малайзия
Индонезия
Китай

10,34

2,31
2,05
1,37

6,7

1,5
1,3
0,9

259,0

41,2
68,5
27,0

10,6

1,7
2,8
1,1

Северная и Латинская Америка, 
всего
В том числе:
США
Венесуэла
Канада

19,71

4,74
4,16
1,73

12,7

3,1
2,7
1,1

844,2

530,1
32,7
178,8

34,5

21,7
1,3
7,3

Африка, всего
В том числе:
Алжир
Нигерия
Ливия

11,16

4,52
3,51
1,31

7,2

2,9
2,3
0,9

121,3

85,3
8,1
7,6

5,0

3,5
0,3
0,3

Ближний и Средний Восток, всего
В том числе:
Иран
Катар
Саудовская Аравия

52,52

23,0
11,15
6,04

33,9

14,9
7,2
3,9

205,1

57,1
25,6
52,4

8,4

2,3
1,1
2,1

Восточная Европа и СНГ, всего
В том числе:
Россия
Туркменистан
Узбекистан

56,7

48,14
2,86
1,88

36,6

31,1
1,9
1,2

740,0

595,0
34,0
50,5

30,3

24,3
1,4
2,1