Физические основы добычи нефти и газа. Физические основы добычи нефти


Основы нефтедобычи

________________________________________________________________________________

Введение

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.

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 некоторым 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).

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.

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).

В табл. 1 приведено распределение способов добычи нефти по России.

Таблица 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

-

-

-

-

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 газопровода Саратов - Москва и Дашава - Киев - Брянск - Москва.

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.

studfiles.net

Физические основы добычи нефти

3. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДОБЫЧИ НЕФТИ

§1. ЗАКОН ФИЛЬТРАЦИИ ДАРСИ

Первая математическая модель фильтрации жидкости через естественные пористые грунты была предложена французским инженером Дарси в 1856 г., который в результате экспериментов (рис. 3.1) установил, что для не слишком высоких скоростей фильтрации объемный расход  капельной жидкости в единицу времени, приходящийся на единицу площади  поперечного сечения потока, при плоскопараллельном течении прямо пропорционален потере напора  и обратно пропорционален длине фильтра . Здесь  и ,  и  – первоначальные и конечные значения напора и длины фильтра

,                                                         (3.1)

где  – коэффициент пропорциональности (коэффициент фильтрации). Знаком минус учитывается направление течения в сторону меньших значений давлений.

Соотношение (3.1) получило название закона фильтрации Дарси.

Схема проведения опытов Дарси

Рис. 3.1

Если левую и правую части формулы (3.1) разделить на , то получим новое выражение закона Дарси для скорости фильтрации жидкости через пористую среду

.                                                       (3.2)

Скорость фильтрации , среднестатистическая скорость  движения частиц жидкости по поровым каналам и пористость  связаны зависимостью:

.

Коэффициент фильтрации , учитывающий свойства гидродинамической системы «пористая среда – фильтрующаяся жидкость», естественно, зависит как от параметров, характеризующих среду, так и от свойств жидкости. С учетом коэффициента проницаемости  уравнение (3.2) примет вид

.                                                           (3.3)

Исследования показали, что линейный закон Дарси справедлив для не слишком высоких скоростей фильтрации. Специальные исследования многих экспериментаторов позволили предложить, по аналогии с трубной гидравликой, числа Рейнольдса для характеристики потока: если число Рейнольдса () меньше критического (), поток ламинарный, удовлетворяющий линейному закону; если , фильтрация не подчиняется линейному закону. Различные авторы по-разному определяли число Рейнольдса, в соответствии с чем получали неодинаковые критические его значения. В.Н. Щелкачевым была предложена следующая формула определения числа Рейнольдса

.                                                        (3.4)

Критические значения чисел Рейнольдса по В.Н. Щелкачеву лежат в интервале:

.

Зная значения пористости , проницаемости  пласта и кинематической вязкости  жидкости, можно вычислить критическую скорость  фильтрации. В естественных условиях превышение критической скорости фильтрации можно наблюдать только в небольшой зоне пласта вблизи забоев скважин.

В общем случае величина и направление скорости фильтрации жидкости являются функциями точки, и тогда удобно воспользоваться векторной формой записи закона Дарси

.                                                        (3.5)

Правда, при этом необходимо учитывать, что пористая среда не является непрерывной средой, сколь угодно малые элементы которой отражают свойства среды в целом. Очевидно, твердые и жидкие фазы пористой среды не отражают свойства друг друга. Однако если каждой точке приписать свойства некоторой ее окрестности, достаточно большой по сравнению с размерами пор и достаточно малой по сравнению

vunivere.ru

Физические основы добычи нефти и газа

Физические основы добычи нефти и газа

• Пластовая энергия, режимы нефтяных и газовых залежей, приток жидкости и газа в скважину.

• Вызов притока флюидов из пласта.

Залежь углеводородов обладает определенным запасом пластовой энергии, образовавшейся в процессе ее формирования: энергия напора пластовых вод (краевых и подошвенных), энергия сжатых газов газовой шапки, энергия растворенного в нефти газа, энергия сжатия (упругих сил) горных пород и пластовой жидкости и энергия напора , обусловленного силой тяжести самой нефти.

До вскрытия залежи скважинами жидкости и газ находятся в ней в статическом состоянии и располагаются по вертикали соответственно своим плотностям (снизу – вода, над ней – нефть, сверху – газ).

Движение жидкости и газа в пласте происходит вследствие разности (перепада) пластового давления Рпл и давления на забое скважины Рзаб .

ΔР= Р пл.

– Р заб.

(11.1) Разницу между пластовым и забойным давлением ΔР называют депрессией.

В зависимости от вида энергии, обуславливающего движение жидкости и газа к эксплуатационным скважинам, различают режимы напорные или вытеснения и режимы истощения пластовой энергии (рис.

11.1).

Рис.1 Типы режимов нефтяного пласта: а) жестководонапорный;

б) газонапорный;

в) растворенного газа;

г) гравитационный При водонапорном режиме поступающая в нефтяной пласт вода полностью замещает отбираемые нефть и газ, контур нефтеносности непрерывно перемещается к центру и сокращается.

Пластовое давление падает медленно, а дебит скважины длительное время остается постоянным (рис.2).

Рис.2.

График кривых разработки залежей с водонапорным режимом: 1 – пластовое давление;

2 – добыча нефти;

3 – газовый фактор;

4 – добыча воды Суммарный отбор, % Наличие в пластах участков повышенной проницаемости приводит к непредсказуемому движению жидкости по пласту, приводит к образованию «языков обводненности»(рис.

3.).

Интенсивный отбор нефти из скважин способствует прорыву воды к забоям скважин снизу (рис.4).

Рис.

11.3 Схема образования «языков обводнения»: 1 – внешний контур нефтеносности;

2 – внутренний контур нефтеносности;

3 – линия обводнения залежи;

4 – скважины Рис.11.4 Схема образования «конуса обводнения» После полного истощения пластовой энергии единственной силой, заставляющей двигаться нефть по пласту, служит сила тяжести самой нефти.

Для газоносных пластов основными источниками энергии являются напор краевых вод, упругие силы воды и породы, давление расширяющегося газа, т.е.

режимы вытеснения.

Движение жидкости и газа на конкретном участке пористой среды происходит под действием перепада давления приходящегося на единицу длины пути движения жидкости или газа (градиента давления) и направлено в сторону падения давления, т.е в сторону скважины.

Фильтрация – движение жидкости или газа через пористую среду, сопровождающееся отложением или выпадением в пористой среде взвешенных в них твердых частиц.

Жидкости и газы в большинстве случаев имеют радиальное направление и движутся через ряд концентрически расположенных цилиндрических поверхностей, площадь которых по мере приближения к скважинам непрерывно уменьшается.

Рост скорости фильтрации обусловлен сокращением площади, через которую двигаются пластовые флюиды, достигающей минимума у стенки скважины.

С возрастанием скорости увеличиваются силы сопротивления движению.

Рис.11.5.

Схема плоскорадиального фильтрационного потока.

Производительность добывающих скважин характеризуется их дебитом, т.е.

количеством поступающих жидкости и газа в единицу времени.

По закону Дарси: Записав уравнение 11.3 относительно Q, п олучим (11.2) (11.3) (11.5) Рис.11.6.

Распределение давления в пласте вокруг добывающей скважины Дебит скважин пропорционален перепаду давления и обратно пропорционален вязкости нефти.

Если вместо жидкости к скважине притекает газ: Формула для расчета дебита скважины справедлива только для гидродинамически совершенных скважин.

Гидродинамически совершенной называют скважину, имеющую форму цилиндра с постоянным радиусом и высотой в которую однофазная и не сжимаемая жидкость поступает к открытому забою (препятствия на стенках скважины отсутствуют).

Приток жидкости в реальную скважину отличается от притока жидкости в гидродинамически совершенную скважину тем, что в призабойной зоне и н

ppt-online.org

Физические основы добычи нефти и газа

Физические основы добычи нефти и газа

• Пластовая энергия, режимы нефтяных и газовых залежей, приток жидкости и газа в скважину.

• Вызов притока флюидов из пласта.

Залежь углеводородов обладает определенным запасом пластовой энергии, образовавшейся в процессе ее формирования: энергия напора пластовых вод (краевых и подошвенных), энергия сжатых газов газовой шапки, энергия растворенного в нефти газа, энергия сжатия (упругих сил) горных пород и пластовой жидкости и энергия напора , обусловленного силой тяжести самой нефти.

До вскрытия залежи скважинами жидкости и газ находятся в ней в статическом состоянии и располагаются по вертикали соответственно своим плотностям (снизу – вода, над ней – нефть, сверху – газ).

Движение жидкости и газа в пласте происходит вследствие разности (перепада) пластового давления Рпл и давления на забое скважины Рзаб .

ΔР= Р пл.

– Р заб.

(11.1) Разницу между пластовым и забойным давлением ΔР называют депрессией.

В зависимости от вида энергии, обуславливающего движение жидкости и газа к эксплуатационным скважинам, различают режимы напорные или вытеснения и режимы истощения пластовой энергии (рис.

11.1).

Рис.1 Типы режимов нефтяного пласта: а) жестководонапорный;

б) газонапорный;

в) растворенного газа;

г) гравитационный При водонапорном режиме поступающая в нефтяной пласт вода полностью замещает отбираемые нефть и газ, контур нефтеносности непрерывно перемещается к центру и сокращается.

Пластовое давление падает медленно, а дебит скважины длительное время остается постоянным (рис.2).

Рис.2.

График кривых разработки залежей с водонапорным режимом: 1 – пластовое давление;

2 – добыча нефти;

3 – газовый фактор;

4 – добыча воды Суммарный отбор, % Наличие в пластах участков повышенной проницаемости приводит к непредсказуемому движению жидкости по пласту, приводит к образованию «языков обводненности»(рис.

3.).

Интенсивный отбор нефти из скважин способствует прорыву воды к забоям скважин снизу (рис.4).

Рис.

11.3 Схема образования «языков обводнения»: 1 – внешний контур нефтеносности;

2 – внутренний контур нефтеносности;

3 – линия обводнения залежи;

4 – скважины Рис.11.4 Схема образования «конуса обводнения» После полного истощения пластовой энергии единственной силой, заставляющей двигаться нефть по пласту, служит сила тяжести самой нефти.

Для газоносных пластов основными источниками энергии являются напор краевых вод, упругие силы воды и породы, давление расширяющегося газа, т.е.

режимы вытеснения.

Движение жидкости и газа на конкретном участке пористой среды происходит под действием перепада давления приходящегося на единицу длины пути движения жидкости или газа (градиента давления) и направлено в сторону падения давления, т.е в сторону скважины.

Фильтрация – движение жидкости или газа через пористую среду, сопровождающееся отложением или выпадением в пористой среде взвешенных в них твердых частиц.

Жидкости и газы в большинстве случаев имеют радиальное направление и движутся через ряд концентрически расположенных цилиндрических поверхностей, площадь которых по мере приближения к скважинам непрерывно уменьшается.

Рост скорости фильтрации обусловлен сокращением площади, через которую двигаются пластовые флюиды, достигающей минимума у стенки скважины.

С возрастанием скорости увеличиваются силы сопротивления движению.

Рис.11.5.

Схема плоскорадиального фильтрационного потока.

Производительность добывающих скважин характеризуется их дебитом, т.е.

количеством поступающих жидкости и газа в единицу времени.

По закону Дарси: Записав уравнение 11.3 относительно Q, п олучим (11.2) (11.3) (11.5) Рис.11.6.

Распределение давления в пласте вокруг добывающей скважины Дебит скважин пропорционален перепаду давления и обратно пропорционален вязкости нефти.

Если вместо жидкости к скважине притекает газ: Формула для расчета дебита скважины справедлива только для гидродинамически совершенных скважин.

Гидродинамически совершенной называют скважину, имеющую форму цилиндра с постоянным радиусом и высотой в которую однофазная и не сжимаемая жидкость поступает к открытому забою (препятствия на стенках скважины отсутствуют).

Приток жидкости в реальную скважину отличается от притока жидкости в гидродинамически совершенную скважину тем, что в призабойной зоне и на забое скважины возникают дополнительные ф

en.ppt-online.org

Сайфуллин И.Ш.. Физические основы добычи нефти

  • СССР. Естественные науки —         Математика          Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. Эйлер, Д. Бернулли и другие западноевропейские учёные. По замыслу Петра I академики иностранцы… …   Большая советская энциклопедия

  • Украинская Советская Социалистическая Республика —         УССР (Украïнська Радянська Социалicтична Республika), Украина (Украïна).          I. Общие сведения          УССР образована 25 декабря 1917. С созданием Союза ССР 30 декабря 1922 вошла в его состав как союзная республика. Расположена на… …   Большая советская энциклопедия

  • Нефть —         Нефть (через тур. neft, от перс. нефт) горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, распространённая в осадочной оболочке Земли, являющаяся важнейшим полезным ископаемым. Образуется вместе с газообразными углеводородами (см.… …   Большая советская энциклопедия

  • Российская Советская Федеративная Социалистическая Республика —         РСФСР.          I. Общие сведения РСФСР образована 25 октября (7 ноября) 1917. Граничит на С. З. с Норвегией и Финляндией, на З. с Польшей, на Ю. В. с Китаем, МНР и КНДР, а также с союзными республиками, входящими в состав СССР: на З. с… …   Большая советская энциклопедия

  • НДПИ — (severance tax) НДПИ это налог на добытые полезные ископаемые, изымаемый с пользователей недр Информация о НДПИ , расчет и порядок уплаты налога в соответствии с налоговой ставкой на определенный вид полезного ископаемого Содержание >>>>>>>> …   Энциклопедия инвестора

  • Горное дело —         (a. mining, mining engineering; н. Bergbau; ф. industrie miniere, genie minier; и. ingenieria minera) область деятельности человека по освоению недр Земли. Включает все виды техногенного воздействия на земную кору, гл. обр. извлечение п.… …   Геологическая энциклопедия

  • Цена на нефть — Нефтяные вышки в Лос Анджелесе (1896) Цена на нефть, $ за баррель, 1997 2008 (NYMEX Light Sweet Crude Oil Futures Prices) Цена на нефть, $ за баррель, 1998 ноябрь 2008 …   Википедия

  • Китайская Национальная Нефтегазовая корпорация — (CNPC) Китайская Национальная Нефтегазовая корпорация это одна из крупнейших нефтегазовых компаний мира Китайская Национальная Нефтегазовая корпорация занимается добычей нефти и газа, нефтехимическим производством, продажей нефтепродуктов,… …   Энциклопедия инвестора

  • Природный газ — (Natural gas) Природный газ это один из самых распространенных энергоносителей Определение и применение газа, физические и химические свойства природного газа Содержание >>>>>>>>>>>>>>> …   Энциклопедия инвестора

  • Азербайджанская Советская Социалистическая Республика — (Азербайджан Совет Сосиалист Республикасы)         Азербайджан.          I. Общие сведения          Азербайджанская ССР образована 28 апреля 1920. С 12 марта 1922 по 5 декабря 1936 входила в состав Закавказской федерации (См. Закавказская… …   Большая советская энциклопедия

  • Нефть — У этого термина существуют и другие значения, см. Нефть (значения). Нефть ? Основной состав Сn …   Википедия

  • dic.academic.ru