Учебное пособие по дисциплине «Нефтегазовые технологии» для студентов, обучающихся по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии в нефтяной и газовой промышленности»

В сейсмической разведке используются два метода – отражения и преломления волн.

Сейсмометрия дает возможность зондировать всю толщину осадочных пород до кристаллического фундамента, определять его глубину и рельеф, а в осадочной толще выявить различные тектонические нарушения, структурные образования, благоприятные для скопления нефти и газа. Особенно эффективен при исследовании неизученных площадей в комплексе с аэромагнитной съемкой, гравиметрией и электроразведкой.

Одним из главных показателей газонефтеносности района является наличие на поверхности земли горючего газа. Если на глубине есть углеводородная залежь, то от нее, проникая через все слои земной коры, поднимается поток углеводородных газов, которые в силу большей плотности, чем воздух, скапливаются в подпочвенных слоях. Повышенное содержание газа от 0.001 до 0.01 грамма в литре воздуха, можно уловить в пробах, взятых на глубине 2 - 3 метра специальными приборами (газовая съемка по «запаху»). Лазерные газоанализаторы позволяют определять наличие нефтяных и газовых залежей по содержанию метана непосредственно на поверхности земли. Квантовые генераторы - лазеры способны определить одну молекулу метана среди 30 миллионов других. Приборы эти можно устанавливать на самолетах и вертолетах и поиск залежей вести с воздуха.

Люминесцентно - битуминологическая съемка исследует ареал рассеяния битумов. Над залежами нефти и газа содержание битумов в породе повышается. Пробы пород, отобранные на небольших глубинах, изучаются в ультрафиолетовом диапазоне света. По люминесцентной характеристике определяют тип битума и его возможную связь с залежью.

В недрах земли существуют анаэробные бактерии, которые питаются углеводородами нефти и газа. На этих свойствах основан бактериологический способ разведки, который похож на метод газовой съемки. И там, где обнаруживают их аномально большое количество, вероятно наличие в недрах залежи нефти.

Методы газовой, люминесцентно- битуминологической, бактериологической и радиоактивной разведки фиксируют не структурные ловушки, а сами залежи. Поэтому их можно назвать прямым способом поисков нефти.

В настоящее время широко внедряется и совершенствуется дистанционная разведка с использованием съемки исследуемой территории из космоса, с помощью искусственных спутников земли.

После проведения комплекса геологических работ и выявления структуры в своде поднятия закладывается глубокая нефтепоисковая скважина, задачей которой является установление наличия нефти по глубокозалегающим слоям пород (рис.2.10).

Бурение скважин является основным средством познания строения недр.

Нефть и газ, залегающие в недрах земли на больших глубинах, могут быть разведаны и подняты поверхность только из построенных скважин.

Скважины сооружают на суше, на море и на прибрежных морских шельфах. Скважины глубиной свыше 6 тысяч метров относятся к категории сверхглубоких, имеют очень большую стоимость и для их бурения необходимы специальное оборудование, материалы и технологии. Бурение таких скважин может решить очень важные задачи, приравненные к геологическим открытиям, имеющим характер принципиальной новизны.

В Татарстане глубинные исследования ориентируются на породы кристаллического фундамента. Две скважины пробуренные на глубину соответственно 5099 и 5881 метров позволили получить уникальные научные данные о строении древнейших пород земной коры, которые изменили установившиеся в геологии представления об однородности кристаллического массива по вещественному составу, отсутствии пористых и проницаемых пород. В толще кристаллического фундамента выявлены тектонические образования, перетертые породы, многочисленные разломы, и т.п. Разрушенность, интенсивная трещиноватость пород и частота проницаемых зон возрастают с глубиной.

.

Исходя из потребностей поиска, разведки и разработки залежей углеводородов, в нефтяной промышленности по назначению скважины подразделяют на следующие категории:

Поисковые и разведочные скважины могут быть переведены в фонд добывающих скважин, или ликвидированы, как выполнившие свое назначение.

К категории эксплуатационных относят также скважины оценочные, наблюдательные, пьезометрические, специальные, которые используют для контроля изменений параметров залежи в процессе эксплуатации, отработки новых технологий (опорно-технологические) и пр .

По расположению оси скважины бывают вертикальные, наклонно-направленные и горизонтальные.

По размещению устья скважин на поверхности земли - одиночные и расположены кустами.

Классифицируют скважины также по глубине, количеству обсадных колонн, методам вскрытия продуктивных пластов и другим признакам.

В поисковых и разведочных скважинах выполняется комплекс промыслово-геофизических исследований разреза скважин методами электрометрии, радиометрии, акустики, ядерно-магнитного резонанса, термометрии, кавернометрии и др. В результате этих исследований устанавливается глубина залегания пластов, их толщина, коллекторские свойства пород, насыщенность нефтью, водой и газом и их свойства. Проводят также опробование разведочных скважин на приток нефти и газа.

Определенный комплекс геофизических исследований проводится в скважинах любого назначения.

При поисковых работах важно изучать состав и минерализацию подземных вод. Если при опробовании пласта получена вода с очень низкой минерализацией с большим количеством сульфатов, то наличие нефти в залежи маловероятно. Высокая минерализация подземных вод и незначительное количество сульфатов, преобладание в растворенных в ней газах метана и его производных (этан, пропан, бутан) свидетельствует о благоприятной обстановке для образования и накопления углеводородов.

Геотермические исследования проводятся с целью изучения теплового поля, что позволяет выявить структурный план, режим и динамику подземных вод. На их основе можно выявить поднятия и прогибы, определить пути миграции углеводородов с подземными водами.

Полную информацию о параметрах перспективных (потенциально продуктивных) объектов можно получить в процессе бурения с помощью испытателей пластов. Испытатели спускают в скважину на колонне бурильных труб (трубные), на кабеле в открытый ствол или внутрь бурильной колонны. Принцип работы испытателей различных конструкций основан на вызове притока жидкости и газа из пласта под действием значительного резкого (залпового) перепада давлений в системе пласт – бурильная колонна. Наиболее широкое применение получили трубные испытатели. При использовании трубного испытателя с помощью пакера изолируют интервал, подлежащий испытанию от остальной части ствола. Затем снижают давление для получения необходимой депрессии в пространстве ниже пакера.

Величину депрессии регулируют за счет высоты столба жидкости в колонне бурильных труб или ее плотности. Глубинные манометры, установленные в испытателе пластов, регистрируют все происходящие в скважине изменения давления. Отбираются пробы пластовых флюидов поступающих в бурильную колонну пробоотборниками или непосредственно из колонны. В результате расшифровки полученных диаграмм определяют величины пластового давления, проницаемости, продуктивности пласта и другие параметры. Установленный в комплекте испытателя термометр регистрирует температуру.

Рис.2.11 Схема испытания пластов 1 – колонна бурильных труб; 2 – испытатель пластов; 3 – пакер; 4 – хвостовик-фильтр; 5 – приспособление для опоры на стенки скважины.

На всех стадиях геолого-разведочного процесса в настоящее время широко используется математические методы, ЭВМ и программирования. Эффективность поисков и разведки углеводородов во многом определяется степенью их применения. В комплекс математического и компьютерного обеспечения поисково-разведочных работ входят построение карт, моделирование, обработка экспериментальных исследований, банки геолого-геофизических данных, подсчет ресурсов и запасов и др. Эти методы не подменяют работу геолога в ее традиционном понимании, а дополняют.

Одним из важных методов исследований при проведении поисков и разведки углеводородов является геолого-математическое моделирование, что позволяет выполнить разведку объекта несколько раз, выбрать оптимальный вариант разведки и применить его на практике.

Критерием оценки геологической эффективности поисков и разведки углеводородов является открытие максимальных запасов при наименьших затратах. Основные показатели эффективности - прирост извлекаемых запасов нефти на 1метр проходки и одну скважину и коэффициент удачи (отношение числа продуктивных скважин к числу пробуренных).

Поиск и разведка найденного в недрах месторождения углеводородов заканчивается подсчетом их запасов, т.е. оценивается количество нефти и газа, возможности и сроки их извлечения. Но изучение геологического строения пластов продолжается и в процессе разработки месторождения. От величины запасов зависит выбор рациональной системы разработки, планирование обустройства, коммуникаций, инфраструктуры и переработки добываемого сырья.

В отечественной практике наиболее популярен объемный способ подсчета разведанных запасов нефти. Для определения геологических запасов этим способом необходимо знать количество нефтеносных пластов, их общую толщину и площадь распространения, объем пустот в породах пласта и степень их насыщенности, плотность нефти и ряд других параметров, характеризующих данное месторождение.

Количество горизонтов устанавливают по данным геофизических исследований в разрезе пробуренной скважины, изучению керна и шлама. Пористость и степень насыщения определяют в лабораторных условиях по анализу керна, свойства жидкостей - по отобранным из скважины пробам.

Произведение площади нефтеносности F и толщины коллектора h определяет объем пород залежи, умножение объема пород на средний коэффициент пористости m образует объем пустот, а умножение на коэффициент нефтегазонасыщенности k_н дает информацию об объеме углеводородов в пустотах пород залежи в пластовых условиях. Ввод в формулу подсчета плотности нефти p и ее объемного коэффициента n позволяет от объема перейти к массе нефти на поверхности Q_гл.

При подсчете запасов свободного газа вводятся поправки на температуру, давление и отклонение свойств реального газа от идеального.

Рассчитанные таким образом запасы нефти и газа называют балансовыми (геологическими), а их умножением на коэффициент извлечения нефти или коэффициент газоотдачи к рассчитывают извлекаемые запасы нефти или газа Q_изв.

Q_изв= Q_глк (2.2)
Всю нефть из пласта извлечь не удается. Значительная часть (на практике при современных технологиях больше половины) остается в недрах, она прилипает к породам коллектора, застревает в мелких порах и т.п.


ПРИЛОЖЕНИЕ к главе 2.

Табл. 1

Геохронологическая шкала

Контрольные вопросы

2.Горные породы. Происхождение и свойства.

3. Осадочные породы, происхождение, характерные особенности.

4. Породы коллекторы, основные свойства и единицы измерения.

5. Природные резервуары и ловушки. Закономерности скопления

углеводородов.

6. Залежи углеводородов и их параметры.

7. Давление и температура в недрах Земли.

8. Нефть, газ и вода в пластовых условиях.

9. Процесс поисков и разведки нефти и газа.

10. Геофизические методы поисков углеводородов.

11. Сейсморазведка.

12. Прямые методы поисков углеводородов.

13. Исследования в процессе бурения скважин.

14. Применение математических методов, ЭВМ и программирования в

процессе геолого-поисковых работ.

15. Критерии оценки поисковых и разведочных работ,

оценка количества разведанных углеводородов.

Рис. 3.1. Схема скважины

Начало скважины называют устье 1, ее дно в массиве горных пород – забой 3, цилиндрическая поверхность, называемая стенкой, образует ствол 2. Процесс создания ствола скважины в горных породах земной коры называют процессом бурения.

В законченном виде стенки скважины закреплены стальными трубами 5 и цементом 6, а продуктивный пласт имеет гидравлическое сообщение 7 со скважиной. Устье оборудуют специальной арматурой, установленной на фланце 4. на которую подвешивают скважинное оборудование.

Расстояние от устья до забоя по вертикали – глубина скважины, а по оси ствола – ее длина (рис.3.2).

Скважину углубляют путем разрушения горных пород и извлечением обломков разрушенной породы на поверхность.

При бурении скважин на нефть и газ во всем мире промышленное применение получил механический метод разрушения породы с частичной реализацией гидравлического.

Породы разрушают специальным разрушающим инструментом по всей площади забоя, или по его периферийной части, оставляя в центре скважины колонку пород (керн), которую поднимают на поверхность для изучения пород пройденного интервала (рис. 3.2) .

Инструмент для разрушения породы по всей площади принято называть долото, для отбора керна – бурильная головка и коронка.

Рис. 3.2. Схемы скважин: а,б – вертикальные; в – наклонные; а, в – бурение без отбора керна; б – бурение с отбором керна; 1 – устье; 2 – стенка (ствол); 3 – ось; 4 – забой; 5 – керн.