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.

Почти с начала разнития нефтяной промышленности было признало, что проблема разработки нефтяных месторождений является самой сложной среди других в нефтяном деле. Это объясняется многими факторами. Во-первых, проектирование и контроль за разработкой и доразработкой нефтяных месторождений должны проводиться на основе согласования результатов многих научных дисциплин: геологии, геофизики, физики и физико-химии пласта, реологии, подземной гидродинамики, техники и технологии нефтедобычи, экономики. Некоторые из них в период возникновения нефтяной промышленности даже не существовали, а некоторые только начинали развиваться. Да и сейчас часть из этих научных дисциплин продолжает весьма существенно дополняться и совершенствоваться. Во-вторых, разработка нефтяных месторождений требует относительно (да и абсолютно) очень больших затрат и потому большой ответственности. В-третьих, разработка нефтяных месторождений связана с длительным процессом, протекающим в течение многих лет - чаще даже нескольких десятилетий. Поэтому не сразу удается распознать достижения или недостатки» заложенные в проекты разработки. Последнее иногда создавало благоприятную почву для развития конъюнктурных решений при проектировании разработки месторождений - видимость их простоты и дешевизны обнаруживалась не сразу и прельщала некоторых недостаточно компетентных в разработке людей.

Учитывая перечисленные факторы, становится совершенно очевидной необходимость обобщения опыта разработки нефтяных месторождений. К счастью, в последние годы на важность обобщения опыта разработки обратили серьезное внимание многие специалисты и были опубликованы соответствующие ценные монографии: кроме работ В.Е.Гавуры, на которые ссылается автор данной книги, укажу еще монографии К.С. Баймухаметова с соавторами.

Настоящая книга «Справочного руководства по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений» посвящен технологии эксплуатации скважин различными способами и обустройству промыслового хозяйства. Основное внимание при компоновке материалов уделялось методам расчета технологических процессов добычи нефти, выбору оборудования и режима его работы. По всем этим вопросам в нефтепромысловой литературе опубликован обширный материал, содержащий различные методики решения задач проектирования.

Атомы и молекулы. Все, что имеется вокруг нас, и живая, и неживая природа, состоит из веществ. Вещество необходимо отличать от тела или предмета. Например, стеклянная палочка и мензурка — два разных предмета, а вещество, из которого они изготовлены, одно и то же — стекло. В настоящее время человеку’ известно более трех миллионов веществ, и список их непрерывно пополняется. Одни вещества создаются самой природой, другие — искусственно. К ним можно отнести синтетический каучук, стекловолокно, капрон и т. д. Вещества различаются по присущим только им свойствам. В лабораторной практике наиболее часто определяют: плотность, температуру кипения и застывания, вязкость и т. д. Все вещества можно делить на части, но это деление не может продолжаться до бесконечности. Самая малая часть вещества — молекула, которая обладает всеми свойствами данного вещества. Все молекулы данного вещества независимо от агрегатного состояния одинаковы. Например, молекула воды и водяного пара одинаковы между собой. При химическом разложении воды можно получить водород и кислород, которые отличаются друг от друга. Они же по своим свойствам не похожи на молекулы воды. Отсюда следует, что молекулы состоят из более мелких частиц — атомов, химически неделимых частиц. Существует ограниченное число видов атомов. Атомы одного и того же вида одинаковы, но отличаются от атомов любого другого вида. В настоящее время известно 105 видов атомов или, что то же, 105 химических элементов. Атомы могут различным образом соединяться друг с другом при химических реакциях, образуя новые вещества. Как уже упоминалось, молекула воды состоит из водорода и кислорода. При этом в каждой молекуле воды в середине находится атом кислорода (О) и к нему с двух сторон присоединены два атома водорода (Н), (рис. 1). Молекула самого легкого элемента — водорода состоит из двух атомов водорода, молекула

Освоение скважины составляет особый технологический цикл, который за вершает ее строительство. Качество освоения и результаты последующей эксплуатации скважины зависят от того, насколько удастся восстановить фильтрационные характеристики продуктивных пластов коллекторов на стадии первичного и вторичного вскрытия пласта, вызова притока, применения различных методов интенсификации притока из пласта. Качество освоения, но существу, определяет темпы и характер разработки месторождений. Скважина, околоскважинная зона и межскважинная часть пласта - это взаимосвязанные взаимодействующие элементы единой технопрнродной системы. В процессе сооружения скважины наиболее существенные измене ния фильтрационных свойств пласта (ФСП) происходят в ее околоскважинной части. Известно, что даже в окончательный период фупкционирования скважины изменение ее фильтрационных свойств в призабойной или околоскважинной зоне оказывает влияние на ее продуктивность. Поэтому ухудшение ФСП на начальной стадии эксплуатации скважины оказывает влияние не только на ее производительность, но и на темпы разработки месторождения и конечный коэффициент нефтегазоизвлечепия. ФСП ухудшаются вследствие засорения пласта различными веществами во время первичного вскрытия, цементирования колонны, вторичного вскрытия перфорацией и при различных ремонтах скважины. Физико-химическое взаимодействие фильтрата с пластовым фильтратом и породой, усиленное влиянием высокой температуры, приводит к гидратации глин, выпадению солей, асфальтенов и смол, образованию застойных зон, а в зоне контакта фильтрата с пластовым флюидом и коллектором образовываются поверхности с высоким градиентом давления, который не всегда удается преодолеть за счет энергии пласта.

Том I посвящен общетеоретическим вопросам метаморфизма. В I части сведены все новейшие экспериментальные данные, освещающие условия метаморфизма, включая реакции в сухих системах при низких и высоких давлениях, системы с участием Н30 и С02, а также других летучих компонентов, окислительно-восстановительные равновесия и  некоторые данные о кинетике  реакций.

Во второй части детально рассмотрены главные факторы и физико-химические условия метаморфизма. На новой основе разработан ряд теоретических вопросов, в том числе о роли НЮ, С02 и других летучих при метаморфизме, о зависимости реакций субсолидуса от давлений, о роли ориентированных нагрузок и других аспектах проблемы термодинамического равновесия. Глава V, завершающая I часть, посвящена историческому обзору развития принципа фации, изложению основного содержания этого принципа. Приводится новая схема фаций, принятая авторами. Важнейшей особенностью ее является более четкое выделение фаций не только по температуре, но  и по давлению.

Приведены описания и технические характеристики породоразрушающих инструментов различного типа; инструментов для отбора керна в различных условиях; существующих топов гидравлических забойных двигателей и телеметрических систем; труб бурильных, обсадных и насосно-компрессорных и применяющихся смазок; опор-но-центрирующих инструментов для бурения различными способами как вертикальных, так и наклонно направленных и горизонтальных скважин; элементов оснастки обсадных колонн и «хвостовиков»; буровых рукавов; пакеров и якорей; инструмента для ликвидации аварий с трубами и другого типа; средств и материалов для изоляции зон поглощений буровых растворов. Для инженерно-технических работников, занятых строительством скважин на нефть и газ. Механические пакеры повышенной надежности типа ПРО-Ш-К-ЯМ2 со съемным клапаном предназначены для длительного разобщения пластов, изоляции эксплуатационной колонны от воздействия скважинной среды ниже и выше лежащих коллекторов и проведения различных технологических операций в нефтяных, газовых и нагнетательных скважинах при температуре рабочей среды до 100 °С. Отличительные особенности конструкции пакеров следующие: уплотнительный элемент пакера выдерживает перепад давления до 100 МПа; пакеры типа ПРО-Ш-К-ЯМ2 снабжены шпонкой и обеспечивает передачу крутящего момента на колонну труб или оборудования, установленных под пакером;заякоривающее устройство пакеров размещено под резиновыми паке-рующими элементами и предотвращает перемещение пакера вниз;для предотвращения перемещения пакера вверх при использовании в нагнетательных скважинах и недостаточном весе труб для его удержания предусмотрена установка над пакером удерживающего гидравлического якоря;для обеспечения возможности проведения различных технологических операций (например, для промывки и опрессовки скважины за одну операцию) пакеры снабжены съемным клапаном, который в процессе пакеровки изолирует подмакерную зону от надпакерной, а при спуско-подъемных операциях или промывке скважины обеспечивает сообщение подпакерной зоны с надпакерной;пакер типа ПРО-Ш-К-ЯМ2 может быть также использован с пакером типа ПРО-Ш для селективного опробования или опрессовки скважины в двухпакерном варианте; в этом случае между пакерами устанавливают перфорированную трубу, а пакер типа 11РО-Ш-К-ЯМ2 устанавливают под этой трубой; пакеры типа ГГРО-Ш-К-ЯМ2 устанавливаются в скважине путем вращения колонны труб вправо на 1/4 оборота с одновременным перемещением вниз.