Фазовые превращения систем природных углеводородов определяют массообменные процессы, протекающие при разработке и эксплуатации месторождений природных газов и нефтей. Знание закономерностей фазовых превращений, умение их прогно зировать и анализировать необходимо для квалифицированного подсчёта извлекаемых запасов, проектирования разработки залежей, промысловой обработки, заводской переработки и транспортировки добываемого сырья, развития методов повышения конденсато- и нефтеотдачи пластов. Методы прогнозирования и анализа фазовых превращений природных газов и нефтей базируются на комплексном использовании результатов промысловых измерений, лабораторных исследований и математического описания соответствующих процессов. Читатель получит полноценное представление о теоретических основах современных методов исследования фазовых превращений природных газов и нефтей. Научной основой изучения фазовых превращений флюидов является применение термодинамического метода. Термодинамический метод состоит в изучении свойств системы взаимодействующих тел на основе анализа первращений энергии в этой системе. Данный метод, в отличие от статистического, не связан с конкретными представлениями о внутреннем строении тел и характере движения образующих их частиц.

Авторами настоящего учебника являются выдающиеся ученые и педагоги, профессора Московского нефтяного института им. И. М. Губкина, ныне Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина, Владимир Николаевич Щелкачев и Бернард Борисович Лaпyк, благодаря научным трудам и учебникам которых многие поколения российских и зарубежных специалистов познавали фундаментальные основы нефтегазовой подземной гидромеханики и разработки нефтяных и газовых месторождений. Написанный ими в 1949 г. учебник подземной гидравлики послужил первым учебным пособием такого рода в мире, на основе которого было начато широкое развитие преподавания курсов подземной гидромеханики в вузах. Переведенный на китайский, румынский и венгерский языки, он и поныне является настольной книгой инженеров-нефтяников. Напомним, что учебник вышел под общей редакцией и с предисловием их учителя, академика Л. С. Лейбензоном. Рецензентами книги были профессор И. А. Чарный и профессор Г. Б. Пыхачев. Прошло более 50 лет со времени издания учебника, но он сохраняет свое основополагающее значение. Вместе с тем, книга стала библиографической редкостью. Сегодня ее трудно найти даже в вузовских библиотеках. Современные поколения студентов и аспирантов, специалистов нефтяной и газовой промышленности не имеют возможности прикоснуться к страницам учебника, продолжающего иметь огромное значение для изучения основ нефтегазовой науки. Переиздание книги осуществлено научно-издательским центром «Регулярная и хаотическая динамика». При этом было принято решение не вносить никаких изменений в текст, оставив его в первозданном виде. Единственное добавление к публикуемому второму изданию книги — список литературы. В.Н. Щелкачев поместил в изданную в 1995 году монографию (В.Н. Щелкачев. Основы и приложения теории неустановившейся фильтрации, ч. I и ч. II, 1995 г.). Список литературы, насчитывающий более тысячи наименований. Этот список помещен в данное издание, что позволяет читателю с исчерпывающей полнотой охватить практически всю обширную область нефтегазовой гидромеханики и ее приложений и их развитие со времени первого издания учебника до настоящего времени. Редакционный совет «Современные нефтегазовые технологии» планирует издание и переиздание важнейших книг как отечественных, так и зарубежных авторов в области нефтегазовой науки и технологий. Публикуемая книга является первой из этой серии. Считаю своим приятным долгом представить читателям второе издание замечательного учебника, авторами которого являются мои ближайшие учителя.

За всю историю развития нефтяной промышленности до 1 января 1950 г. во всем мире было добыто около 9 млрд. тонн нефти. Подсчитано, что мировые запасы нефти, возможные к извлечению на известных нефтяных месторождениях, составляют в настоящее время около 1,3 количества уже добытой нефти. За последнее десятилетие общие запасы нефти в мире возросли за счет открытия новых нефтеносных областей, однако рост потребления нефтепродуктов растет еще быстрее и поэтому вопрос о полноте извлечения нефти из недр стал основной задачей нефтяной технологии.

После издания книги «Основы физики нефтяного пласта»  прошло 20 лет. За это время были выполнены многочисленные теоретические и экспериментальные исследования, посвященные изучению осадочных пород, содержащих нефть, газ и воду. Особенно большое развитие получили исследования свойств карбонатных пород в связи с тем, что за эти годы значительно увеличилось число разрабатываемых залежей нефти и газа, приуроченных к карбонатным коллекторам. Продолжалось дальнейшее изучение терригенных коллекторов, в результате которого наиболее детальное освещение получили структура поровых каналов, водонефтенасыщенность, нефтеотдача, а также связь этих параметров с другими физическими характери стиками гранулярных пород. Значительно продвинулись впереди исследования свойств терригенных и карбонатных пород геофизическими методами. Получены дополнительные данные о движении смешивающихся и несмешивающихся жидкостей в капиллярах, в реальных пористых средах и в моделях трещиноватых коллекторов. Существенно расширились представления о нефтях и о многофазных углеводородных системах в связи с разработкой газоконденсатных месторождений, а также с закачкой сжиженных газов и газов высокого давления в нефтяные залежи. Появились новые, более совершенные методы отбора проб и исследований пластовых .жидкостей. Накоплен богатый материал о химическом составе и физических свойствах глубинных вод нефтяных и газовых месторождений, имеющий большое научное и практическое значение. Особый интерес представляют результаты исследований в области естественного и искусственного тепловых режимов горных пород, чрезвычайно важные для выбора наиболее рациональной системы разработки нефтяных залежей и для изыскания способов увеличения нефтеотдачи. В отличие от исследований прошлых лет изучение поверхностно-молекулярных явлений в нефтяных залежах стало неотъемлемой частью решения гидродинамических задач по вытеснению нефти и газа из коллекторов различными агентами. Таким образом, за истекший период многие разделы физики осадочных пород получили дальнейшее развитие и более глубокое освещение. В последние годы в СССР и за рубежом вышло в свет несколько книг [7, 45, 202, 251], прямо или косвенно относящихся к физике нефтяного и газового пласта и к физике осадочных пород. Но они не охватывают некоторых важных разделов, получивших в последнее время широкое освещение. Это, конечно, не означает, что предлагаемая вниманию читателя книга претендует на исчерпывающую полноту освещения всех вопросов, относящихся к физике осадочных пород земной коры и содержащихся в них жидкостей и газов. Основное внимание здесь обращено на изложение вопросов, которые могут иметь определяющее значение в решении задач рационального использования полезных ископаемых.

Физика пласта — наука, изучающая физические свойства пород нефтяных и газовых коллекторов; свойства пластовых жидкостей, газов и газоконденсатных смесей; методы их анализа, а также физические основы увеличения нефте- и газоотдачи пластов. В последние годы в Советском Союзе ни одно месторождение не начинают разрабатывать без детального изучения физических свойств пород пласта, пластовых жидкостей и газов — без этого нельзя осуществить научно обоснованную разработку месторождений нефти и газа. Эксплуатация нефтяных, газовых и газоконденсатных залежей связана с фильтрацией огромных масс жидкостей и газов в пористой среде к забоям скважин. От свойств пористых сред, пластовых жидкостей и газов зависят закономерности фильтрации нефти, газа и воды, дебиты скважин, продуктивность коллектора. По мере эксплуатации залежей условия залегания нефти, воды и газа в пласте изменяются. Это сопровождается значительными изменениями свойств пород, пластовых жидкостей, газов и газоконденсатных смесей. Поэтому эти свойства рассматриваются в динамике — в зависимости от изменения пластового давления, температуры и других условий в залежах. Важное место в курсе отводится физике и физико-химии вытеснения нефти и газа из пористых сред вытесняющими агентами. Эти материалы служат теоретической основой современных методов увеличения нефте- и газоотдачи пластов. В новом издании книги значительно расширены разделы, посвященные физике газов, газоконденсатных смесей и газовых коллекторов. Техника лабораторного анализа и аппаратура, используемая для определения свойств пород, пластовых жидкостей и газов, описаны схематично и лишь в объеме, какой, по мнению автора,необходим для пояснения основных положений теории анализа. Подробно техника лабораторных работ излагается в специальных практикумах.

Изложена гидродинамическая теория одно- и многофазной фильтрации жидкостей и газов в однородных и неоднородных пористых и трещиноватых средах. Рассмотрены задачи стационарной и нестационарной фильтрации и способы расчета интерференции скважин. Описаны гидродинамические методы повышения нефтегнзоотдачи. Неизотермическая фильтрация при тепловых методах воздействия на пласт и в естественных термобарических условиях. Для студентов нефтяных вузов и факультетов, обучающихся по специальности «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений». Основоположниками отечественной школы теории фильтрации являются профессор Н.Е. Жуковский, академики Н.Н. Павловский, Л. С. Лейбензон. Исследования этих выдающихся ученых, их многочисленных учеников и последователей стали фундаментальной основой развития теории фильтрации в нашей стране. Н. Е. Жуковский (1847-1921 гг.) в 1889 г. опубликовал первую работу по теории фильтрации «Теоретическое исследование о движении подпочвенных вод». Им впервые выведены общие дифференциальные уравнения теории фильтрации, показано, что напор как функция координат удовлетворяет уравнению Лапласа, указано на математическую аналогию теплопроводности и фильтрации. Им исследованы также вопросы капиллярного поднятия воды в пористой среде, решен ряд задач о притоке воды к скважинам. Н.Н. Павловскому (1884-1937 гг.) принадлежит определяющая роль в развитии теории фильтрации в гидротехническом направлении. В опубликованной монографии «Теория движения грунтовых вод под гидротехническими сооружениями и ее основные приложения» изложена разработанная им строгая математическая теория движения грунтовых вод под гидротехническими сооружениями. Им впервые многие задачи фильтрации воды были сформулированы как краевые задачи математической физики. Н.Н. Павловский впервые обосновал и прдложил применение метода электрогидродинамической аналогии (ЭГДА) для решения фильтрационных задач, что в последующем нашло широкое применение для решения задач фильтрации воды, нефти и газа в неоднородных коллекторах. Н. Н. Павловский впервые предложил использовать параметр Рейнольдса в качестве критерия существования закона Дерси, что имеет важное значение для исследования законов сопротивления при фильтрации. Фундаментальные результаты в развитии теории движения грунтовых вод получены академиком П. Я. Полубариновой-Кочиной. Л.С. Лейбензон (1879-1951 гг.)-основатель советской школы ученых и специалистов, занимающихся развитием теории фильтрации применительно к проблемам разработки нефтяных и газовых месторождений.

Настоящее учебное пособие составлено в соответствии С программой курса «Эксплуатация нефтяных скважин» для учащихся нефтяных техникумов. В нем отражены последние достижения в области развития и усовершенствования техники добычи нефти. Учебное пособие в первом разделе содержит расчетные и справочные материалы (формулы, номограммы, диаграммы, таблицы и др.), необходимые для решения задач по добыче нефти. В пособии приведены также некоторые материалы, формально не входящие в программу курса Эксплуатации нефтяных скважин (расчет насосных штанг, расчет уравновешивания станков-качалок, сбор и транспорт нефти и газа на промыслах и др.), но тесно связанные с вопросами добычи нефти и встречающиеся в комплексных задачах при курсовом и особенно при дипломном проектировании. Во втором разделе учебного пособия в качестве примеров приведено решение ряда типовых и более сложных задач. В книге применена общеупотребительная метрическая система единиц измерения. Для перевода внесистемных единиц измерения в международную систему СИ дана таблица в приложении.

Разработкой нефтяных месторождений называют осуществление научно обоснованного процесса извлечения из недр содержащихся в них углеводородов и сопутствующих им полезным ископаемых. Этот процесс включает разбуривапие месторождений и выработку запасов нефти и газа. Паука о разработке нефтяных месторождений относится к горным наукам. Горное дело — древнейший род занятий человека. Находить полезные ископаемые и пользоваться ими человек начал в каменном и бронзовом веках. Сами названия этих эпох в развитии человечества связаны с добычей и изготовлением орудий из камня и бронзы, т. е. с горным делом. В более позднее время (в конце XIX в.) для добычи нефти стали сооружать скважины. Первая скважина на территории нашей страны была пробурена ударным способом в 1864 г. в долине р. Кудако на Кубани русским предпринимателем А.П.Новосильцевым. В 1871 г. пробурили механическим способом скважину в Бакинском районе. С 70—80-х гг. XIX и особенно с начала XX в. быстро развивается механическое бурение скважин и происходит интенсивное увеличение добычи нефти в России. Однако, несмотря на бурный рост числа разведочных и добывающих нефть скважин и объема добычи нефти, выработка недр в начале XX в. осуществлялась путем нерегулируемой разработки месторождений на естественных режимах. В те годы еще не существовало научных основ добычи нефти, хотя над различными проблемами нефти, начиная с ее происхождения, геологии и разведки до транспорта, переработки и использования, 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. не были известны или не использовались подавляющее 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.

Для студентов и специалистов, планирующих связать свою профессиональную деятельность с разработкой шельфа, учебное пособие, которое может использоваться как введение в освоение и разработку шельфовых месторождений, имеет особое значение. Учебное пособие по этому предмету должно также быть достаточно общим, чтобы обеспечить читателя необходимыми сведениями для понимания всего комплекса вопросов, связанных с освоением и разработкой шельфовых месторождений Арктики. Поэтому это учебное пособие так долгожданно. Мы приветствуем инициативу научных сотрудников Университетского колледжа Ставангера и Российской-) государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина, которые в тесном сотрудничестве со специалистами Норвежского университета науки и техники Трондхейма и Санкт-Петербургского государственного технического университета при активном участии специалистов российских и норвежских нефтегазовых компаний подготовили это учебное пособие. Учебное пособие будет безусловно полезно специалистам в других отраслях промышленности, участвующим в проектах по освоению шельфовых месторождений Арктики на этапах исследования, проектирования, освоения, разработки и эксплуатации месторождений. Инициатива чрезвычайно своевременна, поскольку сотрудничество российских и зарубежных компаний в области исследования и разработки шельфовых месторождений, и в том числе Арктического шельфа России, становится все более активным. В силу всего вышеперечисленного мы рекомендуем данную книгу как источник полезной информации для читателей и надеемся, что она получит достойную оценку и распространение как среди студентов, так и среди широкого круга специалистов.

Социалистическое развитие народного хозяйства СССР и перспективы дальнейшего роста нефтяной промышленности поставили перед научными и промышленными кадрами нефтяников задачу создания научных основ разработки нефтяных месторождений. Огромный опыт, накопленный предприятиями и обобщенный министерствами нефтяной промышленности, обеспечил успешное разрешение этой задачи. Публикуемый труд является завершением определенного этапа развития советской научной мысли в области разработки нефтяных месторождений. Он подводит итог большим теоретическим исследованиям, проведенным по заданию промышленности в Московском ордена Трудового Красного Знамени нефтяном институте имени акад. И. М. Губкина в 1940—1947 гг. Непосредственная связь теории и практики, возможная лишь в условиях социалистического хозяйства, позволила всесторонне решать научные и прикладные задачи разработки нефтяных месторождений, проверяя и уточняя теоретические и методические положения в промысловой практике. Своеобразие публикуемого труда заключается в комплексном применении трех научных дисциплин — промысловой геологии, подземной гидродинамики и отраслевой экономики — к разработке такой единой целостной проблемы, как проблема рациональной эксплоатации нефтяного месторождения. В результате создается стройная теория разработки, основные контуры которой четко намечены в труде. Эта теория, неразрывно связанная с закономерностями социалистического развития народного хозяйства, переводит решение прикладных задач разработки нефтяных месторождений на научные основы и, что не менее важно, дает критерий выбора рациональных систем разработки, основанный на принципе наибольшей народнохозяйственной эффективности. Авторы стремились создать комплексную методику установления систем разработки, позволяющую учитывать и вводить в расчет различные геолого-технические и экономические параметры месторождений. Большую роль в этом отношении сыграли успехи советских исследователей в области подземной гидродинамики, явившейся связующим звеном между промысловой геологией и отраслевой экономикой. Комплексные методы проектирования были проверены при установлении систем разработки ряда важнейших нефтяных месторождений СССР. Эти системы были приняты промышленностью и ныне осуществляются на нефтяных промыслах Союза.