Основы нефтегазопромыслового дела (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РТ
ГАОУ СПО «ЛЕНИНОГОРСКИЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИКУМ»

Основы нефтегазопромыслового дела

программа, методические указания и контрольные задания

для студентов-заочников

для специальности

130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

Лениногорск, 2010

ОДОБРЕНА Составлена в соответствии

на заседании комиссии с государственными

нефтепромысловых требованиями к минимуму

дисциплин содержания и уровню

протокол №_____________ подготовки выпускников

председатель комиссии специальности 130503

______ «Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых месторождений»

Зам. директора по УР

_______

Автор: – преподаватель ГАОУ СПО «ЛНТ»

Рецензенты: - преподаватель ГАОУ СПО «ЛНТ»

– зам. начальника управления по капитальному

строительству НГДУ «ЛН»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программой, методическими указаниями и домашней контрольной работой предмета “Основы нефтегазопромыслового дела” предусматривается изучение техники и технологии бурения нефтяных и газовых скважин; техники и технологии добычи нефти и газа; внутрипромыслового сбора нефти и газа; установок подготовки нефти; транстпорта нефти и газа.

При изучении программного материала следует обязательно составлять конспект, записывая кратко ответы на поставленные вопросы в конце каждой темы, делать соответствующие зарисовки, схемы, эскизы. Следует обратить внимание студентов на современные достижения в области бурения скважин, в добыче, подготовке и транстпорте нефти и газа, увязывая изучение предмета с перспективами развития нефтяной и газовой промышленности.

Для более полного изучения предмета рекомендуется посетить буровую установку, цеха УБР и НГДУ.

В результате изучения предмета учащиеся должны знать: механические свойства горных пород, нефтегазоносные залежи, технологию процесса вращательного бурения, буровые установки и методы их сооружения, фонтанную эксплуатацию нефтяных и газовых скважин, эксплуатацию скважин бесштанговыми насосами, методы и оборудование для поддержки пластового давления, схемы внутрипромыслового сбора нефти и газа, способы и оборудование установок по обезвоживанию и обессоливанию нефти, подготовку нефти, магистральные нефте – и газопроводы, компрессорные станции.

Учебным планом предусматривается выполнение одной домашней контрольной работы. Задание на контрольную работу содержит 4 вопроса и 3 задачи в 10 вариантах. Вариант контрольной работы выбирается по двум последним цифрам шифра студента.

Контрольные вопросы выбираются из перечня вопросов по номерам из таблицы 1 «Номера вопросов для контрольной работы». Исходные данные для решения задач берутся из таблиц, приведённых в методических указаниях, соответственно по номерам варианта.

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради или на листах формата А4. Вопросы нужно переписывать, ответы на них должны быть полными, чёткими и конкретными, не должны представлять собой переписывание из учебников образцов, обязательно должны содержать схемы, графики. При решении задач записывают условие задачи, исходные данные с полным их наименованием, обозначением, размерностями величин, приводят расчётную схему.

Единицы измерения величин в расчётах принимают в соответствии с действующими стандартами и Международной системы единиц (СИ).

В ответах на вопросы и в решениях задач необходимо делать ссылки на источники (литературу), список которых приводят в конце работы. Контрольная работа высылается не позднее, чем за два месяца до начала экзаменационной сессии (по графику, выданному учебной частью); получив прорецензированную контрольную работу, студент должен исправить все ошибки после рецензии преподавателя и повторно сдать работу для проверки. Работа, выполненная неаккуратно или не по своему варианту, не рецензируется.

Зачтённые контрольные работы возвращаются студенту и предоставляются им на зачёт.

Без контрольной работы студент до зачёта не допускается.

По итогам предмета, контроль знаний осуществляется дифференцированным зачетом.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Код темы	Наименование разделов и тем	Максимальная учебная нагрузка на студента	Количество аудиторных часов при очной форме обучения	Самостоятельная работа студента
01	Введение. Содержание дисциплины. Значение нефтяной и газовой промышленности.	2	2	-
02	Раздел 1. Основы геологии нефтяных и газовых месторождений. 1.1. Общие сведения о строении и составе земной коры	2	2	-
03	1.2. Условия залегания нефти и газа в земной коре	2	2	-
04	Раздел 2. Бурение нефтяных и газовых скважин. 2.1. Понятие о буровой скважине. Классификация скважин по назначению.	4	2	2
05	2.2. Способы бурения скважин.	2	2	-
06	Раздел 3. Добыча нефти и газа. 3.1. Физические основы добычи нефти и газа	2	2	-
07	3.2. Разработка нефтяных и газовых месторождений	4	2	2
08	3.3. Способы эксплуатации нефтяных и газовых месторождений	8	6	2
09	3.4. Методы увеличения производительности скважин	2	2	-
10	3.5. Подземный ремонт скважин	4	2	2
11	3.6. Промысловый сбор и подготовка нефти и газа	6	4	2
12	Раздел 4. Транспорт и хранение нефти, нефтепродуктов и газа 4.1. Транспорт нефти, нефтепродуктов и природного газа	6	4	2
	Итого по предмету:	44	32	12

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Содержание предмета и его связь с другими дисциплинами. Значение нефтяной и газовой промышленности в развитии топливно-энергетического комплекса России. Нефть, ее элементарный состав. Природный углеводородный газ. Происхождение нефти и газа. Нефть как источник загрязнения окружающей среды. Роль нефти и газа в жизни общества.

Литература: 12, стр. 5 – 49

Методические указания

Программа, осуществляемая в нашей стране, предусматривает в качестве одной из важнейших задач на ближайший период – обеспечение страны топливно – энергетическими ресурсами, представляющими жизненно – важную основу для развития всего народного хозяйства и удовлетворение личных потребностей людей.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) является одной из основ экономики России. Сотни тысяч его специалистов трудятся во всех уголках нашей Родины, обеспечивая ее нефтью и газом. Кроме того, тысячи молодых специалистов, закончив ССУЗы и ВУЗы, ежегодно вливаются в ТЭК. Свой путь к будущей специальности они начинали с изучения основ нефтегазового дела.

Рассматривая роль и значение нефти и газа необходимо выделить следующие моменты:

-  Нефть, как сырьё для получения горюче – смазочных материалов, один из основных источников энергии;

-  Нефть, как сырьё для нефтехимической промышленности;

-  Нефть, как продукт экспорта и импорта, её роль в экономике стран СЭВ;

-  Газ, как высококаллорийное топливо и сырьё для получения разнообразных продуктов.

При этом необходимо перечислить продукты, получаемые из нефти и газа и применяемые в электротехнической и радиотехнической промышленности, место нефти и газа в топливно – энергетическом балансе страны.

Преимущества нефти и газа перед другими источниками энергии заключаются в относительно высокой теплоте сгорания и в простоте использования с технологической точки зрения.

Так, при полном сгорании 1 кг нефти выделяется 46 МДж тепла, 1 м3 природного газа 36 МДж, 1 кг антрацита 34 МДж, 1 кг бурого угля - 9,3 МДж, 1 кг дров - 10,5 МДж. Если массу нефти принять за единицу, то для получения эквивалентного количества тепла масса антрацита должна составить 1,4; бурого угля - 5,0; дров - 4,4. Аналогичным достоинством обладает газ. Это дает огромные преимущества при транспортировке.

Теперь сравним различные энергоносители с точки зрения технологичности. Нефть и газ транспортируются, в основном, по трубопроводам, работающим в любое время года и суток. Чтобы перекачать нефть (газ), а затем подать ее (его) в топку, достаточно включить насос (компрессор), а порой просто открыть задвижку (кран). Транспортировка же твердого топлива требует обязательного проведения погрузочно-разгрузочных работ. Движение транспортных средств с углем, как правило, связано с простоями (при погрузке-разгрузке, заносах и т. д.). Загрузка твердых топлив в топку очень часто связана с большими затратами ручного труда.

Применение газа вместо угля дает большую экономию времени и средств, улучшает условия труда, а также санитарное состояние городов, жилых домов и предприятий. Поэтому в настоящее время почти все тепловые станции Урала и Европейской части России переведены на газ. Проводится большая работа по газификации малых городов и сел.

Пик добычи нефти (4,06 млрд. т/год) ожидается в 2020 г., после чего ожидается период ее стабилизации. Ресурсы газа значительно более велики. Их хватит на несколько сот лет.

Таким образом, нефть и газ в ближайшей перспективе останутся основными источниками энергии для человечества.

В настоящее время из нефти производят не только топлива (бензин, керосин, дизтопливо), но также масла и смазки, столь необходимые любому механизму.

Синтетический каучук, вырабатываемый из нефти, является основой для изготовления всевозможных резиновых изделий. Основной потребитель каучука - автомобильная промышленность: на покрышки одного «Москвича» его требуется 24 кг, а на шины самосвала «БелАЗ» - 2 т.

Пластмассы - еще один широко применяемый продукт переработки нефти. Они используются при изготовлении автомобилей, в самолето - и ракетостроении, в машиностроении и в быту. В самолетах гражданской авиации из пластмассы изготовлено около 60 тысяч различных деталей. На каждую автомашину «Форд» расходуется более 100 кг пластмасс.

Трудно представить себе жизнь без разнообразных предметов одежды из синтетических волокон, основой для производства которых служит нефть. Синтетические ткани широко используются как электроизоляционный и облицовочный материал в автомобилях, железнодорожных вагонах, морских и речных судах.

Из нефти получают также самые различные моющие вещества, спирты, гербициды, взрывчатые вещества, медицинские препараты, серную кислоту и многое другое.

Углеводородные газы также являются сырьем для производства широкой гаммы продуктов. Из метана, например, сначала получают метанол и далее - формальдегид, используемый для производства пластмасс, обработки семян, дезинфекции. Из метана же получают хлороформ, используемый в медицине, и четыреххлористый углерод, применяемый для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве.

Современная нефтехимия начинается с этилена. Самый известный продукт его переработки - полиэтилен, впервые полученный в 1933 г. Кроме того, из этилена вырабатывают уксусную кислоту, этиленгликоль (спирт, применяемый, в частности, для осушки газов), поливинилхлорид (полимер, используемый для изготовления изоляционных материалов) и др. Раньше этилен получали при переработке нефти. Так, из 1 тонны легкого бензина выход этилена составлял около 300 кг, а из 1 тонны вакуумного газойля - 180 кг. Значительно большее количество этилена получают из углеводородных газов. Из 1 тонны этана выход этилена составляет до 800 кг, а из 1 тонны пропана - 420 кг. В настоящее время в США, Канаде и ряде других стран действует значительное количество мобильных установок, перерабатывающих углеводородные газы непосредственно на промысле.

Из этана получают этиловый (винный) спирт, являющийся исходным сырьем для получения многих других продуктов. Сероводород — сырье для извлечения серы, из которой затем вырабатывают серную кислоту.

Еще одно направление переработки нефти и газа - это получение на их основе белковой биомассы. Делают это специально подобранные микроорганизмы. Получаемые белки безвредны для животных, а также для человека, употребляющего мясо этих животных. В нашей стране имеется ряд заводов, производящих синтетический белок из нефти в промышленных масштабах.

Достижение высоких темпов развития нефтяной и газовой промышленности неразрывно связано с совершенствованием техники и технологии промыслового обустройства. Нефтяниками нашей страны за последние годы проделана огромная творческая работа по совершенствованию технологии и техники объектов сбора, подготовки и транспортирования нефти и газа, поэтому необходимо ознакомиться с коренным переворужением нефтяной и газовой промышленности на основе блочно – комплектного автоматизированного оборудования заводскоо изготовления.

Раздел 1. Основы геологии нефтяных и газовых месторождений

Студент должен:

знать:

ü  основные понятия о строении Земли;

ü  горные породы и их происхождение;

ü  происхождение нефти и газа;

ü  методы поисково-разведочных работ;

уметь:

ü  определять породы коллектора по признакам;

ü  давать определение понятия залежи, месторождения;

Тема 1.1. Общие сведения о строении и составе земной коры

Строение и состав земной коры. Типы горных пород. Способы образования горных пород. Типы осадочных горных пород. Основные формы залегания осадочных горных пород. Общие понятия о давлении и температуре в недрах земной коры. Начальное пластовое давление. Давление насыщения.

Литература: 12, стр. 50 – 52, 52 – 55

Методические указания

Историей развития земли, её строением; особенно земной коры, занимается наука геология. Рассматривая вопрос о строении Земли необходимо чётко представлять, что представляет из себя ядро, мантия и земная кора. Какова толщина твёрдой оболочки на материках и под океанами.

Земная кора состоит из горных пород – природных агрегатов минералов более менее постоянного минералогического и химического состава, образующих самостоятельные геологические тела. По способу образования горные породы делятся на четыре типа: осадочные, магматические, метаморфические и метасоматические.

Магматические породы образовались в результате застывания магмы и имеют, в основном, кристаллическое строение. Животных и растительных остатков в них не содержится. Типичные представители магматических пород - базальты и граниты.

Осадочные породы образовались в результате осаждения органических и неорганических веществ на дне водных бассейнов и поверхности материков. В свою очередь они делятся на обломочные породы, а также породы химического, органического и смешанного происхождения.

Обломочные породы образовались в результате отложения мелких кусочков разрушенных пород. К ним относятся валуны, галечники, гравий, пески, песчаники, глины и др.

Породы химического происхождения образовались вследствие выпадения солей из водных растворов или в результате химических реакций в земной коре. Такими породами являются гипс, каменная соль, бурые железняки, кремнистые туфы и др.

Породы органического происхождения являются окаменелыми останками животных и растительных организмов. К ним относятся известняки, мел и др.

Породы смешанного происхождения сложены из материалов обломочного, химического и органического происхождения. Представители данных пород - мергели, глинистые и песчаные известняки.

Метаморфические породы образовались из магматических и осадочных пород под воздействием высоких температур и давлений в толще земной коры. К ним относятся сланцы, мрамор, яшмы и др.

Поскольку основные известные месторождения нефти и газа сосредоточены в осадочных породах, им необходимо уделить дополнительное внимание. Осадочные породы встречаются в пониженных местах континентов и в морских бассейнах. В них часто сохраняются останки животных и растительных организмов, населявших Землю в различные времена в виде отпечатков и окаменелостей. Поскольку определенные виды организмов существовали только в течение определенных промежутков времени, то и возраст пород стало возможным увязать с наличием в них тех или иных останков. На этом основано применяемое в геологии исчисление возраста горных пород.

В соответствии с этим исчислением все время формирования земной коры (4…4,5 млрд. лет) делится на эры, которые подразделяются на периоды, периоды - на эпохи, эпохи - на века. Толща горных пород, образовавшаяся в течение эры, называется группой, в течение периода - системой, в течение эпохи - отделом, в течение века - ярусом. Каждый отрезок геологического времени характеризуется определенными видами организмов, не живших на Земле ни до, ни после этого времени.

Под влиянием процессов внутри Земли могут происходить колебательные, складчатые и разрывные движения земной коры, в результате чего нарушается горизонтальное положение пластов осадочных пород. Отдельные участки земной коры поднимаются и опускаются относительно друг от друга, в результате чего образуются прогибы, вздутия и т. д.

Все процессы, протекающие в земной коре, учитываются при проводке скважин и имеют немаловажное значение при бурении.

Вопросы для самоконтрроля:

1.  Строение литосферы Земли.

2.  Из каких горных пород состоит земная кора?

3.  Основные формы залегания осадочных горных пород.

4.  Что называют пластовым давлением?

5.  От чего зависит пластовая температура?

Тема 1.2. Условия залегания нефти и газа в земной коре

Понятие о породах – коллекторах. Коллекторные свойства горных пород.

Породы – покрышки. Понятие о природных резервуарах и ловушках, их типы. Условия залегания нефти, газа и воды в ловушках. Понятия о залежах и месторождениях нефти и газа.

Литература: 12, стр. 55 – 77

Методические указания

В нефтяных и газовых месторождениях нефть и газ так же, как и пластовые воды занимают пустоты (поры), а также трещины и каверны в горных породах. Такие породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке мест их скоплений называют коллекторами. Коллекторами нефти и газа являются пески, песчаники, алевролиты, алевриты и др.

Встречаются следующие типы коллекторов:

1) поровые, состоящие из зернистых материалов (пески, песчаники и др.), пустотами в которых являются межзерновые поры;

2) кавернозные, пустоты в которых образованы полостями- кавернами различного происхождения (например, образованными в результате растворения солей проникающими в породу поверхностными водами);

3) трещиноватые, образованные из непроницаемых опор, но вмещающие в себя жидкости или газ за счет многочисленных микро - и макротрещин (трещиноватые известняки и др.);

4)смешанные (кавернозно-трещиноватые, трещиновато-поровые, кавернозно-поровые или кавернозно-трещиновато-поровые).

Наилучшими коллекторскими свойствами обладают поровые коллекторы. Неплохими способностями вмещать в себя и отдавать жидкости и газы, а также пропускать их через себя могут обладать и другие типы коллекторов. Так, на некоторых месторождениях Саудовской Аравии взаимосвязанные системы трещин создают каналы длиной до 30 км. К трещиноватым коллекторам за рубежом приурочено более 50 % открытых запасов нефти, а в России - 12 %.

Покрышки - это практически непроницаемые горные породы. Обычно ими бывают породы химического или смешанного происхождения, не нарушенные трещинами. Чаще всего роль покрышек выполняют глины: смачиваясь водой, они разбухают и закрывают все поры и трещины в породе. Кроме того, покрышками могут быть каменная соль и известняки.

Изучая вопросы предыдущей темы, такие как: складкообразные и типы складок, а также свойства горных пород, необходимо особо выделить признаки пород – коллекторов, такие как пористость и проницаемость, так как они обеспечивают скопление нефти и газа в земной коре. Далее необходимо выяснить условия, необходимые для образования нефтяной залежи, а также разновидности типов нефтяных залежей.

Каким бы ни был механизм образования углеводородов для формирования крупных скоплений нефти и газа необходимо выполнение ряда условий: наличие проницаемых горных пород (коллекторов), непроницаемых горных пород, ограничивающих перемещение нефти и газа по вертикали (покрышек), а также пласта особой формы, попав в который нефть и газ оказываются как бы в тупике (ловушки).

Миграция нефти и газа - основное условие формирования их скоплений. Миграция происходит в коллекторах вместе с пластовой водой, которая обычно насыщает поровое пространство. При этом нефть и газ либо растворены в воде, либо находятся в свободном состоянии. Миграция происходит из области высоких давлений в область относительно низких вдоль непроницаемых пород - покрышек. Попав в ловушку нефть, газ и вода под действием сил гравитации расслаиваются: газ, как самый легкий, уходит вверх, вода, как самая тяжелая, - вниз, нефть занимает промежуточное положение.

Наиболее распространены антиклинальные ловушки. Если в антиклинальной складке пласт-коллектор перекрыт водогазонефтенепроницаемой толщей (покрышкой), то в нем возможно формирование нефтегазовой залежи. Тектонические движения часто приводят к разрыву сплошности слоев и вертикальному перемещению мест обрыва относительно друг друга. В результате пласт-коллектор в месте тектонического нарушения может соприкасаться с непроницаемой горной породой, что приводит к образованию тектонически экранированной ловушки. Если по какой-то поверхности коллекторы перекроются более молодыми непроницаемыми отложениями, то образуется стратиграфически экранированная ловушка. В природе встречаются случаи, когда линзы проницаемых пород, например, песчаников, окружены непроницаемыми - глинами. В этом случае образуется литологически экранированная ловушка.

Естественное скопление нефти и газа в каком – нибудь участке земной коры в бльших количествах упрощённо можно назвать месторождением нефти и газа. В зависимости от условий формирования месторождения можно разделить на два вида. Поэтому в данном вопросе необходимо рассмотреть что такое нефтегазоносный район, область, провинция, а также в каких областях, какие классы месторождений. Всякая нефтяная или газовая залежь обладает потенциальной энергией, которая в процессе её разработки переходит в кинематическую и расходуется на вытеснение нефти или газа из пласта. Так как нефть и газ находятся в движении необходимо знать, как действуют упругие силы нефти, воды и породы: газа, сжатого в газовых шапках; газа, растворённого в нефти; силы тяжести нефти; пластовое давление и температура.

Вопросы для самоконтроля:

1.  В каких породах залегает нефть?

2.  Какие породы называют породами – коллекторами?

3.  Перечислите и охарактеризуйте основные коллекторные свойства пород – коллекторов.

4.  Понятие о природных резервуарах и ловущках, их типы.

5.  Что называют залежью и месторождением?

Раздел 2. Бурение нефтяных газовых скважин

Студент должен:

знать:

ü  понятия о скважине;

ü  классификацию скважин по назначению;

ü  способы бурения скважин;

ü  оборудование и инструменты, применяемые при бурении скважин;

уметь:

ü  различать способы бурения;

ü  определять вид и тип породоразрушающего инструмента;

ü  графически изображать конструкцию скважины;

Тема 2.1. Понятие о буровой скважине. Классификация скважин по назначению.

Понятие о скважине. Скважины вертикальные, наклонные, наклонно-направленные. Понятие об устье, забое, стволе скважины, глубине и длине ствола, отходе ствола (зенитном, азимуталов). Скважины опорные, параметрические, структурные, поисковые, разведочные, эксплуатационные.

Литература: 12, стр. 78 – 81, 81 – 84

Методические указания

Рассмотрение данной темы целесообразно начать с изучения понятия о скважине и её назначение (забой, устье, диаметр, глубина). Рассматривая классификацию скважин по назначению, отметить назначение и пределы изменения глубин и диаметров каждой категории скважин.

Бурение - это процесс сооружения скважины путем разрушения горных пород. 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 стенкой - 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 скважин. Однако они не совпадают у наклонных и искривленных скважин.