МДК 01. Технология бурения нефтяных и газовых скважин Раздел 1. Основы технологии буровых работ – 108 часов Тема 2. Физико-механические свойства горных пород Лекция 8. Образование нефти и нефтяной залежи, поиск, разведка и разработка месторождений Литература: Вадецкий Ю. В. Бурение нефтяных и газовых скважин ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ЛОМАЧЕВСКАЯ ЕЛЕНА ДМИТРИЕВНА
Нефть и природный газ — ценные полезные ископаемые. В природных условиях нефть состоит из смеси метановых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Кроме жидких в нее входят также газообразные и твердые углеводороды. При извлечении на поверхность из нефти выделяются растворенные газы и частично твердые углеводороды — парафины. Количество нефтяного газа в кубических метрах, растворенного в 1 т нефти в пластовых условиях, называется газовым фактором. Величина его зависит от конкретных природных условий и может меняться от нескольких десятков до нескольких сотен кубических метров на тонну. Природный углеводородный газ встречается в виде свободного газа или растворенного в нефти. В последнем случае его называют попутным газом или нефтяным. Свободный газ состоит главным образом из метана (85— 99, 5 %), этана, пропана, бутана. В газовых залежах могут находиться газоконденсаты — смесь газообразных и легкокипящих жидких углеводородов. Понятие о залежах и месторождениях называются пористые и трещиноватые горные породы, проницаемые для жидкостей и газа и способные их вмещать. Коллектор, содержащий воду, нефть и газ, кровлей и подошвой которого являются пласты из плохо проницаемых пород, называют природным резервуаром. Флюид — это общее название для полезного ископаемого, насыщающего осадочные горные породы и представленные нефтью, газом, конденсатом, водой и их смесью. Нефтегазовый пласт – это сложная динамическая система, содержащая коллектор насыщенный нефтью и газом, экранированный от окружающей среды и характеризующийся сильной неоднородностью свойств. Самая главная задача разработки – физическое обоснование управления процессами, протекающими в пласте. Любой процесс разработки – это процесс разрушения природной системы.
Часто встречаются резервуары, представляющие собой пласт, заключенный между плохо проницаемыми породами. Например, пласт песка или песчаника между пластами глины или гипса (рис. 8. 1, а). Если мощную толщу проницаемых пород, состоящую из нескольких пластов, которые не разделены плохо проницаемыми породами, покрывают и подстилают плохо проницаемые породы, то такой природный резервуар называется массивным. При мером может служить толща трещиноватых известняков, огра ниченная в кровле и подошве глинистыми пластами (рис. 8. 1, б). В природе встречаются литологически ограниченные резервуары, в которых проницаемая порода окружена со всех сторон плохо проницаемой породой (рис. 8. 1, в). Рис. 8. 1. Типы природных резервуаров: 1 – песчаник, 2 – гипс, 3 известняк
Ловушкой называется часть природного резервуара, в ко тором со временем устанавливается равновесное состояние воды, нефти и газа. Газ (вследствие наименьшей плотности) скаплива ется в верхней части ловушки, ниже располагается нефть, более тяжелая вода размещается в нижней части ловушки. Известны самые разнообразные виды ловушек. Наиболее распространены сводовые и экранированные (рис. 8. 2). При благоприятных геологических условиях в ловушке любой формы может скопиться достаточное количество нефти и газа. Та кая ловушка называется залежью. Форма и размер залежи за висят от формы и размера ловушки. Скопление свободного газа над нефтью в залежи называется газовой шапкой. Рис. 8. 2. Типы природных ловушек. ловушка с плохо проницаемой кровлей в сводовой части горной складки – а; литологически экранированные – б; тектонически экранированные – в; стратиграфически экранированные ловушки – г.
Геологический разрез скважины Для более полного представления о геологическом строении района разрабатывается геологический разрез — графическое изображение на вертикальной плоскости в определенном масштабе условий залегания горных пород, изменения их мощности, характера нарушений и т. д. По геологическому разрезу можно судить о мощности и последовательности залегания и образования горных пород. Разрез строится, как правило, по сечениям вкрест простирания слоев, т. е. в направлении, перпендикулярном к линии простирания. Разрез изображают графически, используя условные знаки для показа литологического состава пород. Кроме того, в нем на соответствующих глубинах должны быть указаны признаки нефти, газа или воды, обвалы, места поглощения промывочной жидкости и другие геологические данные. Из технических данных показывают: глубину спуска обсадных колонн, их диаметр, высоту подъема цементного раствора и т. д. Составленный разрез разбивают на свиты, горизонты и пласты в следующем порядке: • выделяют свиты по стратиграфическому признаку, пользуясь данными микрофауны, микрофлоры и комплексных наблюдений; • внутри стратиграфических свит по литологическому признаку выделяют пачки пород: песчаные, глинистые, карбонатные и др. ; • внутри литологических пачек выделяют горизонты: газоносные, нефтеносные и водоносные; • внутри горизонта выделяют пласты: газоносные, нефтеносные, водоносные, маркирующие и др. При маркировке основные пласты обозначают римскими цифрами, а второстепенные — буквами. Методически проведенная маркировка пластов облегчает общую оценку разреза скважины и корреляцию (сопоставление) его с разрезами других скважин.
Геологическая колонка скважины № 6, пробуренной на воду В колонке обычно указывают инженерно геологические свойства горных пород. Составление колонки основано на изучении возрастных соотношений стратифицированных толщ на различных участках района, представленного геологической картой. Все породы в колонке изображаются залегающими горизонтально независимо от их действительного залегания в земной коре.
Возраст горных пород зависит от последовательности образования напластований в земной коре. На основании данных об органических остатках, составе, строении и расположении пластов относительно друга в вертикальном и горизонтальном направлениях разработана стратиграфическая шкала, отражающая главнейшие историко геологические закономерно сти в развитии земной коры. Геохронологическая таблица содержит расположенные в определенной последовательности условные периоды, на которые делится история развития Земли. Сокращенная схема геохронологической шкалы, доведенная только до периодов (систем), приведена в таблице. В ней показано оцененное приближенно абсолютное время в миллионах лет, потребовавшееся для образования той или иной системы отложений.
Способы разведки нефтяных и газовых месторождений Поисково разведочные работы осуществляются с целью открытия нефтяного или газового месторождения, определения его запасов и составления проекта разработки. В поисково разведочные работы входят полевые геологические, геофизические и геохимические работы с последующим бурением скважин, позволяющим проводить разведку месторождения. Поисковые работы состоят из нескольких исследовательских этапов: На первом этапе, называемом общей геологической съемкой, составляется геологическая карта местности, на которой условными обозначениями изображают распространение пород различного возраста. Для более полного представления об изучаемой площади геологическая карта дополняется сводным стратиграфическим разрезом отложений и геологическими профилями. Сводный стратиграфический разрез, вычерчиваемый в виде колонки, представляет собой подробную характеристику пород, слагающих изучаемый район. На втором этапе поисковых работ применяют геофизические и геохимические методы, позволяющие детально изучить строение недр и выделить площади, перспективные для глубокого бурения с целью поисков залежей нефти и газа. После комплекса геофизических и геохимических исследований приступают к третьему этапу поисковых работ — глубокому бурению поисковых скважин. Результат работ на третьем этапе в значительной мере зависит от качества работ, проведенных на втором этапе. Если скважина дает нефть или газ, то поисковые работы заканчиваются и начинается детальная разведка открытого нефтяного или газового месторождения. На площади одновременно бурят так называемые оконтуривающие, оценочные и контрольно исследовательские глубокие скважины для установления размера (или контура) залежи и контроля за ходом разведки месторождения. После бурения необходимого числа глубоких скважин для разведки месторождения период поисково разведочных работ заканчивается и начинается период бурения эксплуатационных скважин внутри контура, через которые будет добываться нефть или газ. Таким образом, успех поисково разведочных работ в значительной степени зависит от геофизических и геохимических ме тодовпоисков нефти и газа. В настоящее время эти методы достигли высокого уровня развития и часто исключают необходи мость бурения структурных скважин. Существуют различные геофизические методы разведки, из которых наиболее распространены сейсморазведка и электроразведка (С ЭТИМИ ВИДАМИ ознакомиться САМОСТОЯТЕЛЬНО!).
Поиски и разведка — это совокупность работ по открытию месторождений полезных ископаемых и оценке пригодности их для промышленной разработки. Итог работ: определение формы и объема промышленной части месторождения. В зависимости от размеров изученной части месторождения подсчитываются те или иные запасы полезного ископаемого; установление качественной характеристики полезного ископаемого в тесной связи с техническими требованиями к сырью; выявление природных факторов, определяющих условия эксплуатации (состав и взаимоотношение пород, вмещающих месторождение, углы падения пород, обводненность месторождения, твердость и трещиноватость пород и др. ). Под разработкой нефтяной залежи подразумевается управление процессом движения жидкости или газа в пласте к забоям эксплуатационных скважин. Рациональной системой разработки нефтяного месторождения считается такая, при которой оно разбуривается минимально допустимым числом скважин, обеспечивающим высокие темпы отбора нефти из пласта, высокую конечную нефтеотдачу, минимальные капитальные вложения на каждую тонну извлекаемых запасов и минимальную себестоимость нефти. Мощность продуктивной толщи нефтяных месторождений может изменяться от нескольких десятков до сотен и тысяч метров. Многопластовые месторождения разрабатываются по системе снизу— вверх, когда пласты вводятся в эксплуатацию последовательно, начиная с нижнего горизонта до верхнего. Горизонт, с которого начинается разработка, называется опорным, или базисным. Такая система позволяет во время бурения на базисный горизонт путем отбора грунтов и применения геофизических методов изучить все вышележащие нефтеносные пласты и одновременно осуществлять подготовку их к разработке. Она способствует сокращению числа разведочных скважин на месторождении и уменьшению процента неудачных эксплуатационных скважин, так как скважины, в которых нефть не была получена на базисном горизонте, могут быть возвращены на вышележащие пласты. Все это сокращает объем капитальных затрат на бурение эксплуатационных и особенно разведочных скважин. Вышележащие пласты вводятся в эксплуатацию после полного истощения опорного горизонта. Для сокращения такого разрыва и, соответственно, обеспечения максимальной добычи нефти в короткий срок проводятся работы по осуществлению эксплуатации нескольких горизонтов одновременно. Большую роль в повышении эффективности разработки нефтяных месторождений сыграло широкое применение искусственного воздействия на пласты с целью поддержания или восстановления пластовой энергии. Для этого закачивают газ (воздух) в повышенные части пласта при газонапорном и газовом режимах залежи или воду в законтурные зоны при водонапорном режиме. Способы эксплуатации нефтяных скважин Процесс подъема нефти или газа от забоя скважины на дневную поверхность может происходить как за счет природной энергии жидкости и газа, поступающих к забою, так и за счет энергии, вводимой в скважину с дневной поверхности. Если нефть и газ на дневную поверхность подаются за счет природной энергии или заводнения, такая эксплуатация называется фонтанной. Если же скважина совсем не фонтанирует или дебит ее недостаточный, применяют механическую откачку нефти из скважины. Это осуществляется компрессорным или насосным способом эксплуатации. При компрессорной эксплуатации в скважину нагнетают сжатый газ или воздух, который поступает к башмаку спущенных в скважину подъемных труб, смешивается с нефтью и выносит эту смесь на поверхность. Насосная эксплуатация применяется обычно в скважинах с небольшим дебитом.
Скачать презентацию МДК 01 Технология бурения нефтяных и газовых скважин
Lektsia_8_Obrazovanie_nefti_i_neftyanoy_zalezhi.pptx