Зарождение науки о разработке нефтяных и газовых месторождений

Оглавление

Введение……………………………………………………………………3

1. До зарождения науки о разработке нефтяных и газовых месторождений…………………………………………………………5

2. Зарождение науки о разработке нефтяных и газовых месторождений………………………………………………………..10

3. Развитие «подземной гидравлики» - главенствующей науки о разработке нефтяных и газовых месторождений……………………15

4. Применение искусственных методов воздействия на режим разработки – есть результат развития подземной гидравлики и науки о разработке нефтяных месторождений в целом……………………19

Заключение………………………………………………………………..26

Введение

Наука необходима народу.

Страна, которая ее не развивает,

неизбежно превращается в колонию.

Ф. Жолио Кюри

История показывает, что наша страна играет важнейшую роль в развитии мировой истории. ХХ век показал, что Россия (бывшый СССР) играет немаловажную роль и в развитии мировой науки. Некогда страна необразованных за считанные годы сумела занять лидирующие позиции в области исследования космоса, создании новейшей электроники, оптической аппаратуры и др. Наша страна в XX в. стала центральным ядром (к сожалению полярным) в мировой науке.

Наука о разработке нефтяных и газовых месторождений, являющейся предметом исследования данной работы, является отраслевой. Зарождалась она в XIX в, а стала самостоятельной и полноценной лишь в XX в. Ученые нашей страны внесли огромный вклад в развитие рассматриваемой науки. Но не все шло гладко, они не были застрахованы от ошибок, нередко ошибочные представления опровергались исследованиями последующих ученых. В работе приводятся такие случаи. Эти случаи лишний раз подтверждают слова И.Канта: «Абсолютное познание вещей (явлений) невозможно. Абсолютной истины нет». Это важно осознавать, занимаясь такой наукой, как разработка нефтяных и газовых месторождений, где большинство процессов происходят в недрах планеты, в необозримой для человека среде.

Как показано в данной работе, наука о разработке проходила долгий путь зарождения, а в последующем становления как полноценной, в чем важнейшую роль сыграли ученые именно нашей страны.

Анализ развития науки позволил автору выявить основные события (революционные решения, прогресс) без которых было бы невозможно достижение таких больших показателей добычи нефти, даже в такой богатой ресурсами стране, как Россия. Они в данной работе названы первой и второй «революциями в нефтедобыче».

О развитии науки свидетельствуем множество литературных источников, в которых приводятся статьи, высказывания ученых, нефтяников страны рассматриваемого исторического периода. В них также приводятся наиболее важнейшие концепции разработки, выдвигаемые критерии рациональности, применяемые технологии разработки различных исторических периодов. Это во многом облегчило работу автора в написании реферата и изучении исследуемой темы.

В силу ограниченности допустимого объема работы остался не полностью охваченным период развития науки после второй «революции в нефтедобыче», что объясняется также отсутствием соизмеримых событий (прогресса) в последующем.

До зарождения науки о разработке нефтяных и

Газовых месторождений

Интерес человека к нефти прослеживается с еще глубокой древности. Так, например, упоминания о нефти и битуме мы находим в старинных записях древнеримских и древнегреческих историков. Из археологических находок и старинных рукописей известно,. что нефть с давних времен добывали на Керченском полуострове, на Северном Кавказе, в Ухтино-Печорском крае, на о.Челекен [1].

Также давно были известны нефть и газ Азербайджана. Сведения о добыче нефти на Апшеронском полуострове имеются в трудах многих иранских и арабских авторов. В одном из них, написанном в начале XIII в., отмечено: «Баку – это город в области Ширвана на берегу моря. Всю ночь земля его горит, как огонь: ставят на нее котел, и вода на земле его закипает. Его товары: нефть черная, белая, зеленая и соль». В 1339 г. в книге «Нузхатал-Кулуб» Хамдуллах Казвини отметил: «Величайшее месторождение нефти – в Баку. И есть там местность, где копают колодцы, дабы нефть выходила наружу… и ее извлекают из тех источников».

В 1594 г. азербайджанский мастер А.Мамеднур Оглы закончил сооружение высокопроизводительного нефтяного колодца в селении Балаханы (Баку).

Колодезный способ был единственным способом добычи нефти. Нефтедобыча того времени полностью зависела от развития техники и технологии конструирования колодцев – как технических сооружений для добычи нефти. Колодезный способ добычи нефти достиг в Баку большого совершенства еще в эпоху средневековья и процветал до второй половины XIX века. Глубина колодцев достигла 30 метров, нефть извлекали из них при помощи ворота, движимого лошадьми. Стены колодцев обкладывали камнем, их верхние части были защищены каменными зданиями.

Другая проблема стояла в отыскании нефтяных источников, где можно было бы строить колодцы. Сооружение колодцев было дорогостоящим мероприятием, преследовало за собой отыскание долговременного источника нефти, но несло в себе огромные риски.

Нефть искали везде, где она была однажды замечена: на реке Терек на Северном Кавказе, на реке Ухте в Пустоозерском уезде. По заданию Петра I были организованы разведки нефти на севере – в бассейне рек Печоры и Ухты. Больше всего нефтяные источники простирались на Бакинской земле. К 1730 году в Баку были уже сооружены нефтяные промыслы, которые давали по тем временам много нефти. Служивший на Кавказе майор артиллерии И.Гербер описал Бакинские нефтяные промыслы, рассказал о применении добываемой нефти. «Нефть черпаетца из колодезей, которые имеютца полдни езды от Баки в каменистом месте, из которых некоторые колодеза черного и некоторые белаго нефту выбивают: сия нефть развозитца во многих персицких провинциях, где сбыватели окою вместо свечей и масла в лампадах употребляют… У нефтяных колодцев в близости имеется место, где непрестанно земля горит… жгут в оном огне много извести. Работники… в своих избах выроют ямку глубиною полфута, во оную ямку поставят тросник, потом зажженной огонь над верхном конце тросника держат, отчего от земли идущий нефтяной дух зажетца и горит как свеча… и сим оне всех своих изб освещают».

Драгоценная жидкость была предметом весьма оживленной торговли с Персией, через русских купцов вывозилась в Западную Европу. Использовалась нефть и как лечебное средство. Первыми потребителями были пастухи. Они лечили овец и верблюдов от чесотки, смазывая больные места нефтью, собранной в местах ее естественного выхода на поверхность земли. Использовали также в качестве смазки трущихся предметов.

В 1735 г. доктор Н.Лерхе в своем отчете о поездке на Апшеронский полуостров пишет: «… в Балаханы было 52 нефтяных кладезя глубиной в 20 саженей, из коих некоторые сильно бьют и ежегодно доставляют 500 батманов нефти…» (1 батман » 8,5 кг).

Академик С.Г.Гмелин изучал в Баку методы сооружения нефтяных колодцев, впервые высказал идею о возможности бурения на газ и использования его как топлива. Описывая колодцы, он отмечает, что глубина нефтяных колодцев в Балаханах в ту пору достигала 40-50 м, а диаметр или сторона квадрата сечения колодца 0,7-1,0 м.

В 1803 г. Бакинский купец Касымбек соорудил два нефтяных колодца в море на расстоянии 18 и 30 м от берега Биби-Эйбата. Колодцы были защищены от воды срубом из плотно сколоченных досок. Нефть добывали из них много лет. В 1825 г. во время шторма колодцы были разбиты и затоплены.

К моменту присоединения Бакинского ханства к России в 1806 г. в районе Баку насчитывалось около 120 колодцев, из которых ежегодно добывали около 200 тыс. пудов нефти.

Первым научным трудом в области нефтегазодобычи можно считать работу А.И.Узатиса «Курс горного дела» (1834) , в котором он обстоятельно описал технику и технологию бурения скважин и геолого-поисковые работы. Это была первая книга в мировой литературе, посвященная вопросам бурения. Забегая вперед, следует сказать, что переход от колодезного к скважинному способу добычи нефти во многом определил дальнейший рост добычи нефти, открыл доступ к более глубоким нефтяным источникам.

В 1847-1848 гг. в Биби-Эйбате на берегу Каспийского моря бурится первая в мире нефтяная скважина ударным способом с применением деревянных штанг. В 1846 г. Министерство финансов ассигновало на бурение этой скважины 1000 рублей. Мастер корпуса горных инженеров Алексеев решил строить вышку в урочище Биби-Эйбат, на берегу Каспийского поря. Здесь уже были 25 колодцев, которые давали нефть.

В селе Ерино близ Подольска в 1859 г. горный инженер Г.Д.Романовский впервые применил в бурении паровую машину.

Во второй половине XIX в. продолжает внедряться в области нефтедобычи метод бурения скважин, вытесняя сооружение колодцев.

В Азово-Кубанском нефтегазоносном районе на окраине села Киевское, долине реки Кудако в 42 километрах от Анапы в конце августа 1864 г. отставной уланский полковник А.Н.Новосильцев начал бурить первую в России нефтяную скважину. В 1866 г. из скважины с глубины 55 м ударил фонтан нефти с первоначальным дебитом 12 тыс. пудов в сутки.

Успех А.Н.Новосильцева побудил нефтепромышленников отказаться от сооружения беспорядочного расположения нефтяных колодцев и перейти на разработку нефтяных месторождений методом бурения. В 1865 г. начал бурить нефтяную скважину в Татарии на реке Шешлю бугульминский помещик Н.Малокиенко. В 1868 г. промышленник М.К.Сидоров заложил на Ухте первую нефтяную скважину. В 1870 г. действовали четыре скважины в Грузии.

В 1871 г. началось бурение скважины в районе Баку. В Балаханах на участке А.Мирзоева было завершено бурение скважины ручным ударным способом при помощи деревянных штанг глубиной 64м. Эта скважина явилась начальной вехой развития нефтяной промышленности Апшеронского полуострова. Во время пробного тартания произошел выброс газа и воды. Внезапное выделение газов, подземный гул, столб песка и воды, вставший над скважиной, были приписаны действию нечистой силы. По приказу бурового мастера скважину быстро забросали камнями и песком, водрузили поблизости крест. В этом году начинает эксплуатироваться первая продуктивная нефтяная скважина глубиной 45 м. Ее дебит составил около 2000 пудов в сутки (колодцы давали в сотни раз меньше нефти, чем скважины) 1872 год явился годом полного прекращения строительства нефтяных колодцев в Бакинском районе и перехода на бурение нефтяных скважин.

Развивалась наука о поиске нефтяных месторождений, наука о ведении геолого-разведочных работ, развивалась техника и технология буровых работ, росли глубины скважин, произведением показателей роста этих двух самостоятельных наук определялся рост добычи нефти в России. Автор считает целесообразным привести динамику добычи нефти в мире и по странам Россия и США (как основного конкурента в отрасли) в период до 1917 года (см. табл. 1).

Таблица 1 Добыча нефти в России и США

Снижение добычи нефти произошедшее после 1900 года вплоть до 1920-х гг. является результатом исторических процессов происходящих в мире и России (революция 1905-1907гг., первая мировая война 1914-1918гг., революции 1917 года, установление Советской власти, гражданская война, национализация капитала), и не является результатом развития науки. Следует сказать, что и нефтегазовая наука утратила темпы своего развития на фоне происходящих событий. И.М.Губкин занимавшийся геолого-поисковыми работами и развивавший именно эту важнейшую науку нефтегазовой отрасли говорил так: «Настоящим ученым я почувствовал себя только после установления Советской власти». Далее автор предлагает обратить взор на вклад именно этого ученого в развитие нефтяной науки и нефтедобычи России в целом. По мнению автора и многих исследователей именно И.М.Губкину принадлежит роль в зарождении науки о разработке нефтяных месторождений, что прослеживается в материалах приводимых в следующем параграфе.

Зарождение науки о разработке нефтяных и газовых месторождений

Для осуществления управления развитием всей нефтяной промышленности и, в частности, развитием разведки и разработки нефтяных месторождений Декретом Правительства страны был в мае 1918 г. учрежден Главный нефтяной комитет (Главнефтеком) в отделе топлива Высшего Совета Народного Хозяйства (ВСНХ) [2]. Инициатива в создании такого комитета принадлежала И.М.Губкину, который стал членом коллегии Главнефтекома и осуществлял в течение более 20 лет (до его смерти в 1939г) важнейшие мероприятия по управлению нефтедобычей и разработкой. Поэтому нефтяники имели все основания неофициально считать И.М.Губкина своим «нефтяным комиссаром». Обратим взор на опубликованные И.М.Губкиным работы и доклады, ведь не секрет, что они существенно повлияли на развитие нефтяной науки, нефтяной геологии в частности.

В первой, опубликованной в 1918 г. статье «Роль геологии в нефтяной промышленности», И.М.Губкин утверждал, что «геолог должен быть руководителем при разработке нефтяных месторождений, если хотят, чтобы эта разработка носила правильный, планомерный характер и давала максимум положительных результатов». Этим и последующими выступлениями И.М.Губкин старался показать необходимость научного подхода к разработке нефтяных месторождений, указывал на роль геологии не только в процессе поиска, но и непосредственно в процессе разработки месторождения. Это было, по мнению автора, очень правильным, своевременным высказыванием, которое можно отнести к революционным. Был дан толчок развитию научных основ разработки нефтяных месторождений. Возможно благодаря И.М.Губкину главная наука нефтяного дела «Подземная гидравлика» получила свое зарождение именно в 20-е годы в трудах Л.С.Лейбензона о чем будет сказано ниже.

В следующей, опубликованной в том же году статье «Нефтяная промышленность России», И.М.Губкин провел такой анализ состояния нефтяной промышленности нашей страны, из которого закономерно вырисовывались первейшие задачи ее реконструкции, что и подтверждается самим названием следующей его статьи, опубликованной в 1920 г., «Боевые задачи на нефтяном фронте». Состояние разработки нефтяных месторождений после их национализации было таково, что первейшей задачей И.М.Губкин считал необходимость бороться с технологически необоснованным массовым обводнением нефтяных скважин и продуктивных пластов.

С начала двадцатых годов стал проводить свои исследования в области разработки нефтяных месторождений, подсчета запасов нефти и технологии нефтедобычи проф. Л.С.Лейбензон. Первая его статья в этой области, опубликованная в 1923 г., и последующие послужили Л.С.Лейбензону основанием для создания им впоследствии новой науки – подземной гидравлики; без учета достижений этой науки нельзя проводить рациональную разработку нефтяных месторождений.

В начале же двадцатых годов грозненский геолог И.Н.Стрижов предложил свою систему разработки нефтяных месторождений. Учитывая возможность наличия газовой шапки в своде структуры, И.Н.Стрижов считал недопустимым начинать эксплуатационное бурение со свода и рекомендовал проводить бурение скважин, начиная с периферии структуры, поднимаясь по ее крыльям к своду. Такую систему разработки в опубликованной в то время в США литературе назвали «русской системой». В современной литературе силы приводящие нефть в движение описываются, как сила давления газовой шапки, а режим разработки называется «режимом газовой шапки». Не отрицая обоснованности «русской системы разработки» применительно к нефтяным залежам с газовой шапкой на своде, И.М.Губкин в последующем правильно считал недопустимым ее использование при разработке залежей нефти, в которых весь газ в пласте растворен в нефти, и главной силой, движущей ее к скважинам, является напор воды. Это высказывание также можно отнести к революционным, ведь в современной литературе выбор числа скважин, обоснование режимов их работы при водонапорном режиме определяется именно в зависимости от активности природной водонапорной системы создающей определенный напор на нефтяную залежь снизу.

Впервые в истории мировой нефтедобычи обоснование существования водонапорного режима (тогда его называли просто водяным или гидравлическим) разработки нефтеносных пластов было дано грозненскими геологами во главе с Н.Т.Линдтропом. В статье, опубликованной в 1925 г., Н.Т.Линдтроп привел фактические данные, доказывающие, что, например, в самых продуктивных (XIII, XVI) и других пластах Новогрозненского района (названного потом Октябрьским) весь газ в пласте находится в растворенном состоянии, и поэтому единственной силой, движущей нефть к скважинам, является напор краевой воды. Нефтеносный продуктивный пласт Н.Т.Линдтроп представил как водонапорную систему. начинающуюся с области питания на выходах пласта на более высоких гипсометрических отметках, чем в самой залежи. Н.Т.Линдтроп отметил явное взаимодействие водяных скважин, расположенных за контуром нефтеносности, с нефтяными скважинами, находящимися от них на сравнительно больших расстояниях внутри контура нефтеносности.

Забегая вперед, отмечу, что работа американского геолога С.Герольда, в которой была предложена классификация режимов нефтяных месторождений, в том числе и гидравлического, была проведена позже выполненных грозненскими геологами исследований, т.е. открытие гидравлического (водонапорного) режима принадлежит отечественным специалистам. Губкин в своих докладах и статьях, начиная с конца двадцатых годов, опирался на исследования грозненских геологов. Приведем несколько цитат из его статей, касающихся весьма важных вопросов, возбуждавших много споров.

«Возьмем основной вопрос о количестве скважин на единицу поверхности нефтяного участка. Участок можно разрабатывать, покрывая его более или менее густой сеткой скважин. При менее густой сетке скважин дебит каждой скважины будет выше, а трудовые затраты на добычу весовой единицы нефти будут ниже, чем при более густой сетке скважин. Следовательно, с увеличением густоты скважин себестоимость нефти будет повышаться. С повышением себестоимости нефти происходит уменьшение рентного дохода на тонну нефти. Но до известного предела это повышение себестоимости является выгодным с народнохозяйственной точки зрения, ибо параллельно с увеличением стоимости и падением рентного дохода на единицу нефтедобычи происходит увеличение общей массы нефти, добываемое на единицу поверхности, и увеличение общей массы рентного дохода, получаемого народным хозяйством. Следовательно, до известной степени повышение себестоимости нефти, связанное с изменением системы разработки месторождения, вполне оправдывается с народнохозяйственной точки зрения. Между тем, мы совершенно игнорировали это в нашей практике…»

«Наивыгоднейшей является не такая система разработки месторождения, при которой себестоимость является самой низкой, а такая при которой на единицу поверхности реализуется наибольшая сумма рентного дохода». «Нефтяная промышленность должна провести исследование вопроса о том, какая система разработки месторождения обеспечивает народному хозяйству реализацию наибольшей массы рентного дохода. По-видимому, в результате такого исследования нефтяной промышленности придется пересмотреть и значительно снизить нормы начального и конечного дебита скважин, которыми в настоящее время определяется рентабельность скважин».

Обе эти цитаты И.М.Губкина и по сей день заслуживают всеобщего обозрения и внимания. Ведь и по сей день не на всех месторождениях нашей страны при обосновании плотности сетки скважин исходят из позиций наиболее рационального использования запасов, скорее из позиций минимальной себестоимости, а при обосновании режимов работы – из позиций максимальной прибыли. Из этих цитат И.М.Губкина видно, как усердно он боролся за рациональную разработку нефтяных и газовых месторождений нашей страны.

Нам студентам и молодым нефтяникам следует признать именно роль И.М.Губкина в развитии науки о разработке нефтяных и газовых месторождений в нашей России. В США, в частности, эти заслуги перепадают на следующие известные имена: Ботсет, Верслюи, Виков, Иллинг, Маскет, Мур, Уайлд, Херст, Шилсюиз и др. Ознакомление с содержанием работ этих ученых содействовало ускорению развития отечественной науки в области разработки.

В заключении этого параграфа следует сказать, что зарождением науки о разработке нефтяных и газовых месторождений нефтяная промышленность обязана И.М.Губкину. Сам И.М.Губкин будучи геологом поисковиком развивал поисковую геологию, ему принадлежат гипотезы о наличии нефти в Уралоповолжье (что подтвердилось только после его смерти). А его цитаты о необходимости научного обоснования плотности сетки скважин, темпов отбора нефти из скважин, провозглашенные на всю страну зародили новую науку «Подземная гидравлика», которая является главенствующей в теории разработки нефтяных и газовых месторождений. В последующем добыча нефти в России определялась тремя составляющими: техника и технология бурения скважин, поисковая геология и подземная гидравлика. Необходимо признать, что до рациональной разработки было еще далеко. Разработка месторождений проходила на естественных режимах и никак не регулировалась.