Міністерство освіти і науки України Національний технічний університет «Дніпровська політехніка» Природничих наук та технологій (факультет) Кафедра нафтогазової інженерії та буріння (повна назва) ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА кваліфікаційної роботи ступеню ____бакалавра_____ (бакалавра, магістра) студента Баталіна Данила Сергійовича__________________________________ (ПІБ) академічної групи 184-20-1 ФПНТ_____________________________________ (шифр) спеціальності 184 «Гірництво»________________________________________ (код і назва спеціальності) спеціалізації _______________________________________________________ за освітньо-професійною програмою «Буріння свердловин»______________ (офіційна назва) на тему Про єктування процесів буріння свердловин та видобування корис- них копалин (нафта, природний газ, конденсат, супутні компоненти) в скла- дних геологічних умовах____________________________________________ (назва за наказом ректора) Керівники Прізвище, Оцінка за шкалою Підпис ініціали рейтинговою інституційною Кваліфікаційної Ігнатов А.О. роботи розділів: Технологічний Ігнатов А.О. Охорона праці та навколишнього се- редовища Рецензент Нормоконтролер Дніпро 2024 2 ЗАТВЕРДЖЕНО: завідувач кафедри нафтогазової інженерії та буріння (повна назва) ________________ Коровяка Є.А. (підпис) (прізвище, ініціали) «_15_»___квітня__2024 року ЗАВДАННЯ на кваліфікаційну роботу ступеня ______бакалавра_______ (бакалавра, магістра) студенту _Баталіну Данилу Сергійовичу_ академічної групи _184-20-1 ФПНТ (прізвище та ініціали) (шифр) спеціальності 184 «Гірництво»_______________________________________ спеціалізації ________________________________________________________ за освітньо-професійною програмою «Буріння свердловин»_______________ на тему Проєктування процесів буріння свердловин та видобування корисних копалин (нафта, природний газ, конденсат, супутні компоненти) в складних ге- ологічних умовах_____________________________________________________ затверджену наказом ректора НТУ «Дніпровська політехніка» від 15.04.2024 р. № 333-с. Розділ Зміст Термін виконання Технологічний Деякі основні геологічні, петрологічні, гідрогеоло- гічні та структурні характеристики місця бурін- ня і розробка технологій буріння розвідувальних і експлуатаційних свердловин (на прикладах типо- вих умов нафтогазоконденсатного родовища) з урахуванням петрологічних і механічних власти- востей непродуктивних пластів і порід- колекторів. Літологічні та механічні властивості гірських порід. Розробка базових технологій для збільшення видобутку нафти і газу і забезпечення технологічності свердловини. 02.06.24 р. Охорона праці та на- вколишнього середови- ща Аналіз потенційних небезпек запроектованого об'єкта і можливостей негативного впливу його на навколишнє природне середовище. 08.06.24 р. Завдання видано __________________ ______Ігнатов А.О._____ (підпис керівника) (прізвище, ініціали) Дата видачі ___15.04.2024 р.__ Дата подання до екзаменаційної комісії __14.06.2024 р.______________ Прийнято до виконання ____________ ______Баталін Д.С.______ (підпис студента) (прізвище, ініціали) 3 РЕФЕРАТ Пояснювальна записка: 72 с., 10 рис., 8 табл., 2 додатки, 36 джерел. НАФТОГАЗОВА СВЕРДЛОВИНА, ПОКЛАД, ШАРОШКОВЕ ДОЛОТО, НАПРАВЛЕНЕ БУРІННЯ, ПАРАМЕТР РЕЖИМУ, ТИСК, ПРОМИВАЛЬНА РІДИНА, ТЕХНОЛОГІЯ СПОРУДЖЕННЯ. Сфера застосування – прогресивні технології буріння та експлуатації све- рдловин. Об'єкт розроблення – технологія спорудження та експлуатації свердловин (для умов нафтогазоконденсатного родовища) із застосуванням прогресивних прийомів та методів ведення відповідного класу робіт. Мета: проєктування раціональних процесів буріння свердловин та систе- ми видобування вуглеводнів на нафтогазовому родовищі (газ природний роз- чинений у нафті, нафта та супутні компоненти). Новизна одержаних результатів: розглянуто геологічні особливості ро- довища, на якому здійснюється видобування нафти і газу, з метою визначення його промислової цінності, уточнення гірничо-геологічних та технологічних параметрів, необхідних для підрахунку запасів нафти, газу і супутніх компоне- нтів, а також обґрунтування вибору раціонального методу (технології) промис- лового розроблення родовища вуглеводнів. Практичні результати: визначено умови, за яких буде вестися експлуа- тація родовища; встановлено технологічні показники експлуатації покладу для різних варіантів системи розроблення; запропоновано технологічний режим спорудження свердловин та темп розбурювання родовища, методи впливу на продуктивні пласти з метою максимального вилучення вуглеводнів; обґрунто- вано число, співвідношення, розташування і порядок введення в експлуатацію різних типів свердловин, а також режим їх роботи. Практична значимість: запропоновано комплекс робіт зі спорудження свердловин та вилучення флюїдів з пласта-колектора який може бути впрова- джений на основних об'єктах ведення видобутку вуглеводнів як в Україні, так і за кордоном. 4 ЗМІСТ ВСТУП............................................................................................ 5 Розділ 1 Огляд характеру та змісту геологічних і технічних умов на проведення бурових та інших супутніх робіт….......………...... 7 1.1 Загальна інформація про район проведення проектних буро- вих та інших супутніх робіт…...………………………………... 7 1.2 Характерні геологічні та гідрогеологічні особливості робочої зони.................................................................................................. 10 1.3 Гірничо-технічні умови для передбачуваного будівництва свердловини……………………………………………………… 14 1.4 Системи роботи свердловин на нафтогазоконденсатному ро- довищі, яке прийнято до розробки….………………………….. 16 Розділ 2 Розробка окремих питань технології будівництва свердло- вин.................................................................................................... 21 2.1 Вибір та обґрунтування раціональної конструкції свердлови- ни і способу буріння………...…………………...............…........ 21 2.2 Вибір досконалого породоруйнівного інструменту і вибір режимів буріння…........………..................................................... 44 2.3 Вибір конструкції бурильної колони...................……................ 48 2.4 Ускладнення та аварії при бурінні свердловин, вибір бурово- го обладнання …………………………………………………… 53 Розділ 3 Охорона праці при виконанні бурових робіт.............................. 58 Розділ 4 Охорона навколишнього середовища при виконанні бурових робіт................................................................................................. 64 ВИСНОВКИ.................................................................................... 67 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ.................................................................. 68 ДОДАТОК А Відомість матеріалів кваліфікаційної роботи..... 71 ДОДАТОК Б Відзив на кваліфікаційну роботу.......................... 72 5 ВСТУП Нафтогазові глибокі свердловини, як специфічні гірські виробки, висту- пають капітальними спорудами, причому їх відрізняє висока вартість; саме такі виробки покликані бути надійним об’єктом виконання робіт з видобутку вугле- воднів протягом певного значного часу із відсутністю аварій та ускладнень. Можна переконливо стверджувати, що, в більшості відомих випадків, саме све- рдловини, різного просторового положення та спрямування, виступають єди- ним з’єднуючим транспортним каналом сполучення між продуктивними плас- тами (вуглеводневими) та поверхневим видобувним устаткуванням. Бурові све- рдловини повинні відрізнятися, серед іншого, граничною герметичністю, висо- кою міцністю, стійкою надійністю і великою довговічністю. Відповідно до вже зазначеного стосовно просторового положення та спрямування свердловин, можна сказати, що певними варіаціями вибійних компонувань (так званих компоновок низу бурильної колони, скорочено КНБК) можна ефективно управляти величинами і напрямком вигину бурильної коло- ни, а отже таким чином із високою мірою впливати на кут відхилення вибою споруджуваної свердловини так як це технологічно необхідно в певному випад- ку геологічних умов. Однак тут на потрібно зазначити і основні недоліки похи- ло-направленого буріння, до яких можна віднести відсутність відповідного умовам спорудження свердловин породоруйнівного інструменту. Останній по- винен задовольняти загальним вимогам щодо створення потрібної траси сверд- ловини. До означених нами умов можна віднести нестійкість гірських порід, наявність пластів, насичених різними флюїдами (водою, нафтою, газом та їх сумішами) під різним тиском, процес циркуляції промивних рідин, рух бурово- го інструменту та обладнання. За таких обставин для запобігання прояву гірни- чо-геологічних умов або їх повного вирівнювання необхідно застосовувати складні та трудомісткі технології і методи. Необхідно підкреслити, що можливість ефективної розробки нафтових, газових і газоконденсатних родовищ базується на необхідності отримання чіт- кої інформації про геометричні розміри (площу і потужність) продуктивних 6 пластів, температурно-напірні умови їх залягання, колекторські властивості та нафтогазонасиченість продуктивних пластів. Процес вилучення вуглеводнів з покладів неминуче супроводжується всіма поверхневими (об'ємними) фізико-хімічними явищами, які є цілком при- родними для нафтогазонасичених пластів. Під час руху пластових флюїдів че- рез звуження пор у породах-колекторах виникають різноманітні поверхневі явища, які активно протікають у надрах цих порід, біля стінок так званих тран- спортних каналів. Ці явища зумовлені взаємодією молекул рідини і твердого тіла. Основним методом промислового видобутку нафти довгий час був видо- буток нафти з надр за допомогою бурових свердловин. Свердловини – це спе- цифічні циліндричні свердловини з круглим поперечним перерізом, відносно невеликого діаметру і значної довжини, що знаходяться глибоко в продуктив- них пластах. Відповідно до специфіки сучасної технології видобутку нафти, вона передбачає такі логічні етапи: міграція нафти з пласта в привибійний про- стір свердловини (процес розробки родовища), викликана різницею тисків в пласті і на гирлі свердловини (процес капітального ремонту свердловини); ви- добуток нафти і супутніх корисних газу і води на поверхню з подальшим відді- ленням газу і води від нафти. Нерідко для забезпечення стабільного руху нафти через пласт до моменту обсадження видобувної свердловини застосовують штучні методи: нагнітання води в поклад, причому для невеликих покладів використовується так зване ко- нтурне заводнення, а для інших – нагнітальне заводнення (при нагнітальному заводненні вода подається в поклад з метою забезпечення просування нафти). Нагнітальні свердловини розміщують над кількома рядами видобувних сверд- ловин на родовищі з метою впливу на пласт; інтенсифікувати означений процес можна зміною співвідношення нагнітальних і видобувних свердловин. Штучне обводнення може підвищити вилучення пласта, але лише до пев- ної межі, після якої необхідно покладатися на інші методи, такі як тепловий вплив на затрубний простір спеціальними нагрівачами, нагнітання в пласт газу або води, створення рухомого горіння в пласті. 67 ВИСНОВКИ 1. Підготовка проєкту будівництва пошуково-експлуатаційних свердло- вин з метою розвідки та розробки нафтових і конденсатних покладів частиною планів модернізації та розвитку держави і території, а також розвитку паливно- енергетичного комплексу України, що дозволить забезпечити паливом промис- ловість і населення, а також вирішить соціальні проблеми Чернігівської області. 2. Технічні та технологічні рішення, розроблені в технічному проєкті на будівництво свердловин, базуються на геологічному розрізі та гідрогеологічних умовах, фізико-механічних параметрах породи, технічних вимогах до буріння та на основі даних про умови руху нафти, газу та води в пластах. 3. При розробці проєкту було розроблено схему компоновки бурильної колони, метод буріння, вибрано породоруйнівний інструмент та здійснено ви- бір бурового розчину. 4. Задля уникнення ускладнень при бурінні, вирішено ряд таких питань: здійснено вибір конструкції стовбура свердловини та вибір відповідної обсад- ної труби; це надійно запобігає гідравлічному розриву пласта та створює надій- ний маршрут для транспортування відповідної вуглеводневої сировини. 5. Встановлено технології проведення підготовчих та бурових робіт в умовах різноманітних свердловинних явищ, що забезпечують захист від виник- нення ускладнень та аварій. 6. Запропоновано бурові розчини такої щільності, щоб забезпечити необ- хідний протитиск в нафтогазоносні горизонти для запобігання переходу до ви- киду газу та нафти (в зонах аномального пластового тиску). 7. Дослідження стосується проектування досконалої системи розробки запасів вуглеводнів. 8. Встановлено природоохоронні заходи щодо запобігання негативному впливу бурових робіт на геологічне середовище, встановлено заходи з охорони праці на об’єктах нафтогазової промисловості. 68 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 1. Мала гірнича енциклопедія: в 3-х т. / За ред. В.С. Білецького. – До- нецьк: Донбас. – Т. 1. – 2004. – 640 с., Т. 2. – 2007. – 652 с., Т. 3. 2013. – 644 с. 2. Михайлов В.А. Горючі корисні копалини України / В.А. Михайлов, М.В. Курило, В.Г. Омельченко та ін. – К.: «КНУ», 2009. – 376 с. 3. Маєвський Б.Й. Нафтогазоносні провінції світу / Б.Й. Маєвський, М.І. Євдощук, М.І. Лозинський. – К.: Наукова думка, 2002. – 403 с. 4. Маринич О.М., Шищенко П.Г. Фізична географія України. – К.: Знання, 2006. – 511 с. 5. Гудзевич А.В. Регіональна фізична географія / А.В. Гудзевич. – Вінниця: Віндрук, 2005. – 464 с. 6. Геологія та корисні копалини України: Атлас. – К.: НАН України; Міністерство екології та природних ресурсів України, 2001. – 231 с. 7. Костюченко М.М. Гідрогеологія та інженерна геологія / М.М. Кос- тюченко, В.С. Шабатин. – К.: Київ. університет, 2005. – 159 с. 8. Інженерні вишукування для водогосподарського та природоохо- ронного будівництва / За ред. А.М. Рокочинського. – Рівне: НУВГП, 2010. – 173 с. 9. Височанський І.В. Геологічні фактори формування несклепінних пасток в особливих зонах нафтогазонакопичення Дніпровсько-Донецького ав- лакогена // Вісник Харківського національного університету (Серія «геологія – географія – екологія»), 2013, № 1084 (39). – С. 45 - 65. 10. Євдощук М.І. Стан та перспективи формування ресурсної бази наф- тогазовидубутку в Україні // Науково-популярний журнал «Колега» (УНГА). – 2011. – № 1. – С. 14 – 18. 11. Історія та перспективи нафтогазовидобування / Білецький В.С., Гайко Г.І., Орловський В.М. – Львів: Вид-во «Новий Світ - 2000», 2019. – 302 с. 12. Довідник з нафтогазової справи / За ред. В.С, Бойка, Р.М. Кондрата, Р.С. Яремійчука. – К.: Львів, 1996. – 620 с. 69 13. Мислюк М.А.; Рибчич І.Й.; Яремійчук Р.С. Буріння свердловин: Довідник: у 5 т. Т. 1: Загальні відомості. Бурові установки. Обладнання та ін- струмент. – К.: Інтерпрес ЛТД, 2002. – 367 с. 14. Коцкулич Я.С. Буріння нафтових та газових свердловин / Я.С. Коц- кулич, Я.М. Кочкодан. – Коломия: Вік, 1999. – 504 с. 15. Azar, J.J., & Robello, S.G. (2007). Drilling Engineering. PennWell Books. 16. Коцкулич Я.С. Закінчування свердловин / Я.С. Коцкулич, О.В. Ти- щенко. – К.: Інтерпрес ЛТД, 2004. – 366 с. 17. Бойко В.С. Розробка та експлуатація нафтових родовищ. – К.: Реал- Принт, 2004. – 695 с. 18. Основи нафтогазової інженерії / Білецький В.С., Орловський В.М., Вітрик В.Г.; НТУ «ХПІ», ХНУМГ ім. О.М. Бекетова. – Полтава: ТОВ “АСМІ”, 2018. – 415 с. 19. Технологія і техніка буріння / В. Войтенко, В. Вітрик. – К.: Центр Європи, 2012. – 708 с. 20. Walter Henry Jeffery (2015). Deep Well Drilling: The Principles and Practices of Deep Well Drilling. Palala Press. 21. William C. Lyons (2010). Drilling Equipment and Operations. Published by Elsevier Inc. 22. Мислюк М.А. Буріння свердловин. Довідник: у 5 т. Т. 3: Вертика- льне та скероване буріння / М.А. Мислюк, І.Й. Рибчич, Р.С. Яремійчук. – К.: Ін- терпрес ЛТД, 2004. – 294 с. 23. Прогресивні технології спорудження свердловин / Є.А. Коровяка, А.О. Ігнатов; М-во освіти і науки України, Нац. техн. ун-т «Дніпровська політе- хніка». Дніпро: 2020. – 164 с. 24. Білецький В. С. Основи нафтогазової справи / В. С. Білецький, В. М. Орловський, В. І. Дмитренко, А. М. Похилко. – Полтава : ПолтНТУ, Київ: ФОП Халіков Р.Х., 2017. – 312 с. 70 25. Буріння свердловин: Довідник: У 5-ти т.: т. 2: Промивання свердло- вин. Відробка доліт / М.А. Мислюк, І.Й. Рибчич, Р.С. Яремійчук / АТ "Агрона- фта". – К.: "Інтерпрес ЛТД", 2002. – 301 с. 26. Rabia, H. (1986). Oilwell Drilling Engineering: Principles and Practice. Springer. 27. Tarek, A. (2010). Reservoir Engineering. Publisher: Gulf Professional Publishing. 28. D , .D. (2019). O D . P : ASME Press. 29. Мислюк М. А. Буріння свердловин. Довідник: у 5 т. Т. 5: Усклад- нення. Аварії. Екологія / М.А. Мислюк, І.Й. Рибчич, Р.С. Яремійчук. – К.: Інте- рпрес ЛТД, 2004. – 294 с. 30. Горбійчук М.І. Оптимізація процесу буріння глибоких свердловин / М.І. Горбійчук, Г.Н. Семенцов // Івано-Франківськ: Факел, 2003. – 493 с. 31. Маланчук З.Р., Маланчук Є.З., Корнієнко В.Я. Спеціальні техноло- гії видобутку корисних копалин. – Рівне: НУВГП, 2017. – 266 с. 32. ВБН В.2.4-00013741-001:2008. Споруджування свердловин на газ і нафту. Основні положення. 33. Гандзюк М.П., Желібо Є.П., Халімовський М.О. Основи охорони праці. - К.: Каравела. - 2004. – 408 с. 34. Голінько В.І. Охорона праці при геологорозвідувальних роботах: навч. посіб. / В.І. Голінько, О.В. Безщасний; М-во освіти і науки України; Нац. гірн. ун-т. – Д.: НГУ, 2014. – 218 с. 35. ДСТУ 41-00 032 626-00-007-97. Охорона довкілля. Спорудження розвідувальних і експлуатаційних свердловин на нафту і газ на суші. Правила проведення робіт. 36. Гроза В.А., Антонів О.М. Екологічні аспекти експлуатації газової свердловини // Наукоємні технології, 2014. № 1 (21). – С. 125 - 130. 71 ДОДАТОК А Відомість матеріалів кваліфікаційної роботи № Формат Позначення Найменування Кількість Примітка аркушів 1 2 Документація 3 4 А4 НГІБ.КР.24.01.ПЗ Пояснювальна 72 записка 5 6 НГІБ.КР.24.01.ДМ Демонстраційний 12 матеріали 7 8 Геологічна карта ділянки 1 (родовища) 9 Геологічний розріз ділянки 1 (родовища) 10 Геолого- 1 технічний проект 11 Пропозиції з удосконалення 1 технології буріння 12 Примітки З повним текстом кваліфікаційної роботи є можливість ознайомитись на кафедрі нафтогазової інженерії та буріння: 49005 м. Дніпро, пр. Дмитра Яворницького, 19, корпус 7, кімнати 701-705, https://trrkk.nmu.org.ua/ua/ https://trrkk.nmu.org.ua/ua/