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胜利油田高级人才培训中心胡明君中国石化集团油气勘探开发继续教育胜利基地胜利油田高级人才培训中心目录第一部分、油气田勘探第二部分、石油钻井第三部分、油田开发油气勘探开发简介胜利油田高级人才培训中心引言石油与天然气是宝贵的能源和化工原料，在国民经济中发挥着重要的作用，通常被人们誉为工业的血液。石油与天然气埋藏于地下，通常经过勘探开发找到并开采到地面上来才可被利用，为此，作为石油方面的工作者，有必要了解油气勘探开发的全过程，为我国的能源事业作出更大的贡献。胜利油田高级人才培训中心油气田勘探一、油气水1、石油与天然气石油与天然气都是碳、氢元素为主要成分的烃类混合物。天然气是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等组成的混合物，由的天然气还中含有硫化氢、一氧化碳、二氧化碳等气体。石油是烷烃、环烷烃和芳香烃的混合物，其密度一般低于水，其中烃分子含碳原子少的为轻质油，烃分子含碳原子多的为重质油。汽油烃分子中的碳原子数为5～11个，煤油烃分子中的碳原子数11~16，柴油烃分子中的碳原子数15～18，润滑油烃分子中的碳原子数21～40，沥青烃分子中的碳原子数为40以上。胜利油田高级人才培训中心油气田勘探一、油气水2、地层水在多数油藏中均含有水，在油气开采过程中常常随同油气一起被踩到地面上来，这些水一般不是纯净水，而是有一定矿化度的水，若地面排放掉，必然也会对环境产生影响。地层水中一般含有钠离子、钙离子、镁离子、铁离子、氯离子、硫酸根离子和碳酸根离子等离子，根据其所含离子不同，可把地层水分为氯化钙型、氯化镁型、硫酸盐型和碳酸盐型等不同类型的地层水。地层水的pH值一般在4～8之间，矿化度差别较大，高矿化度地层水具有较强的腐蚀性和污染能力。胜利油田高级人才培训中心油气田勘探二、油气的成因1、有机说石油和天然气是在地质历史中由分散在沉积岩中的动、植物有机质转化而来的。2、无机说石油和天然气是地下深处高温、高压条件下由无机物转化而来的。3、生成油气的原始物质沉积岩中的有机质，主要指生活在地球上的生物遗体。4、生成油气的基本条件1）有利的古地理环境（生物大量繁殖及堆积环境）2）地壳长期稳定下沉形成还原环境（缺氧环境）3）有利于有机质向油气转化的物理化学条件（高压高温）胜利油田高级人才培训中心油气田勘探三、生油层具备生油条件，且能生成一定数量石油的地层。主要有粘土岩类生油层和碳酸盐岩生油层。粘土岩类生油层，以泥岩、页岩为主，其次是粉砂质泥岩。这类岩石是母岩风化过程中形成的高岭石、蒙脱石、水云母等粘土矿物在浅海、三角洲、湖泊等环境中沉积形成。如胜利油田多为湖相泥岩生油层。碳酸盐岩生油层，以含有大量有机质的生物灰岩、泥灰岩、白云岩为主，这类岩石是母岩风化过程中被水溶解的一些成分，如钙粒子、镁离子、碳酸根离子、以及铝和铁的胶体物质，在浅海和深水湖环境中沉积形成。如中东的油田多为海相碳酸盐岩生油层。胜利油田高级人才培训中心油气田勘探四、圈闭生油层中生成的石油在地层中运移时，如果遇到遮挡物就会停下来。这些能够阻止油气继续运移，适合于油气聚集的场所就是圈闭。根据圈闭的成因，圈闭可分为三大类：构造圈闭、地层圈闭和岩性圈闭。任何一个圈闭都由储集层、盖层和遮挡物三个基本要素组成。盖层、遮挡层储集层胜利油田高级人才培训中心油气田勘探五、油气藏油气藏是指聚集了油气，具有同一压力系统，同一油水界面的圈闭。在圈闭中仅聚集石油，称为油藏；仅聚集天然气，称为气藏；同时聚集天然气称为油气藏。不同类型的圈闭决定了油气藏的差别，依据圈闭类型可把油气藏分为三大类。1、构造油气藏胜利油田高级人才培训中心油气田勘探五、油气藏2、地层油气藏3、岩性油气藏胜利油田高级人才培训中心油气田勘探六、油气田油气藏不是孤立的存在的，必然与生油层、储油层、盖层三者之间相互联系，常常有油气生成和油气聚集条件相同或相似的数个油气藏共存。为有效地寻找油气藏，石油地质学必须综合研究生、储和盖组合，故引入了油气田的概念。油气田是指受局部构造单元（或地层、岩性）控制的同一面积范围内的油气藏总和。一个油气田由数个油气藏，也有的油气田只有一个油气藏。一般情况，油气田是以其所在的地名进行命名。如胜坨油田，因为位于胜利村和坨庄一带的地下，所以命名为胜坨油田。胜利油田高级人才培训中心油气田勘探七、油气田勘探过程1、区域勘探阶段区域勘探以整个含油气盆地为勘探对象，了解区域地质概况，研究地层剖面，查明生油和储油条件，找出油气聚集有利地带，评价含油气远景，估算远景地质储量。主要勘探方法为地面地质普查、物探和参数井法。2、工业勘探阶段工业勘探以寻找油气田为勘探对象，探明油气田的位置，油气藏的类型、形态、边界范围，以及储层厚度、孔隙度、渗透率等参数，含油面积，计算地质储量。主要勘探方法为地震和钻井。胜利油田高级人才培训中心油气田勘探八、油气田勘探方法1、地面地质法在野外直接观察天然露头和人工露头，了解勘探区域的地层、构造、油气显示、有利于油气生成和聚集的条件。2、地球物理法利用仪器测定地下岩石及其所含油、气、水的的电性、放射性、声速、密度和磁性等，分析地层、构造和含油气情况。包括地球物理勘探和地球物理测井两种方法。常见的物探有重力勘探（含油气的地层密度低，重力负异常）、地磁勘探（含无磁油气地层磁弱，地磁负异常）、地震勘探（两种不同地层的界面会产生地震波反射）。常用的测井有电位、密度、声波等测井方法。胜利油田高级人才培训中心油气田勘探八、油气田勘探方法3、钻井勘探法在钻井过程中，通过地质录井查明地层及含油气情况。地质录井包括岩芯、岩屑、钻井液、气测、钻时、测井等方法。4、地球化学法通过对岩石、土壤、气体、水中的成分进行分析，测定地下油气向地面扩散的烃、相关物质、及其所引起的周围物质的变化情况。主要包括气测法、细菌法、土壤盐法。胜利油田高级人才培训中心高压喷射直井定向井水平井大位移井侧钻井分支井小井眼钻井国内领先国内领先国内领先钻井技术石油钻井胜利油田高级人才培训中心一、钻井发展简史（以旋转钻井为例）1、概念阶段（1901--1920）开始把钻井和洗井两个过程联系在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥封固套管的工艺。2、发展阶段（1920--1948）这个时期的钻井工艺、固井工艺、牙轮钻头、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。3、科学化钻井阶段（1948--1968）这个阶段开展了大量的科学研究，使钻井技术得以迅速发展。突出的技术成就有：高压喷射钻井、高效牙轮钻头（镶齿、滑动密封轴承钻头）、优质钻井液（低固相、无固相不分散体系钻井液）、优选参数钻井（优选钻压、转速和水力参数）、地层压力检测技术、油气井压力控制技术、钻井液固相控制技术、平衡压力钻井技术。以上技术使钻井速度产生了大的飞跃。石油钻井胜利油田高级人才培训中心一、钻井发展简史（以旋转钻井为例）4、自动化钻井阶段（1968至今）这个时期主要体现电子仪表、自动测量和计算机在钻井工程中的应用。例如：钻井参数的自动测量、综合录井仪、随钻测量技术等。至20世纪末，水平井、大位移井、侧钻井、小井眼井、欠平衡井、分支井、超深井等钻井技术日臻成熟，地质导向、自动化钻井技术已得到成功应用，钻井液技术也随着钻井工艺技术的发展得到了迅猛发展。由于以上技术的应用，才得以实现最优化钻井、自动化钻井。石油钻井胜利油田高级人才培训中心二、直井石油钻井胜利油田高级人才培训中心目录第一概述第二钻进技术第三井控技术第四固井完井第五钻井新技术钻井工艺简介胜利油田高级人才培训中心第一概述一、钻井方法1、冲击钻井2、旋转钻井旋转钻井主要工序：1）钻进以足够的压力使钻头切削刃吃入岩石，钻柱带动钻头旋转破碎井底岩石，从而达到增加井深的目的。钻速：单位时间里的进尺，米/小时。钻时：单位进尺所需时间，分/米。胜利油田高级人才培训中心一、钻井方法2、旋转钻井2）洗井将钻井液泵入中空的钻柱内，经钻头水眼形成射流把钻屑冲离井底，携带钻屑从钻柱与井眼之间的环空中返至地面。3）接单根向钻柱中接入一根钻杆的过程。4）起下钻将钻柱从井眼内起出和下入的过程。第一概述胜利油田高级人才培训中心一、钻井方法2、旋转钻井5）固井将套管下入井内，在套管与井眼的环形空间中注入适量的水泥，以封固套管和地层的过程。6）完井钻开生产层，确定完井方法，安装井底和井口的过程。3、旋冲钻井旋冲钻井是在常规钻井的基础上加装冲击钻具，在旋转破岩的同时对钻头施加一个高频冲击力，从而实现旋转与冲击联合破岩的钻井技。第一概述胜利油田高级人才培训中心二、钻井工具1、钻头石油钻井中所用钻头有牙轮钻头、金刚石材料钻头和刮刀钻头三类。牙轮钻头：铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头两种。金刚石钻头：天然金刚石钻头、热稳定性聚晶金刚石钻头和聚晶金刚石复合片钻头（PDC）。钻头进尺：一只钻头钻进井眼的总进尺。各种钻头的破岩机理是不同的。2、钻柱钻柱是钻头以上，水龙头以下部分钢管柱的总称。包括方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头及稳定器等。第一概述胜利油田高级人才培训中心二、钻井工具2、钻柱钻柱的作用：给钻头施加压力（钻压）和传递扭矩、建立钻井液循环通道、起下钻头、确定井深、及处理井下事故等。钻压来自部分钻铤的重力。三、钻井液钻井液用来清洗井底并把岩屑携带到地面，维持钻井正常进行的流体。钻井液的主要作用有：控制地层压力、从井底清除岩屑、悬浮岩屑、稳定井壁、输送水力功率、冷却和润滑钻头及钻柱、获取地层有关资料等。第一概述胜利油田高级人才培训中心四、井身结构井身结构包括套管层次、尺寸、下深，套管与井眼的尺寸配合，以及各层套管外的水泥返高。根据各层套管的功用，可分为表层套管、技术套管和油层套管。1、表层套管第一次开钻，用大钻头钻至一定深度，下大尺寸套管，管外注满水泥，这层套管为表层套管。其作用是封固疏松层、安装井口、承托以下各层套管的部分重量。2、技术套管第二次开钻，用小一点的钻头从表层套管内下入，钻遇复杂地层时，为保证钻井继续进行下去，下一层套管，管外水泥以封住复杂地层为原则，这层套管为技术套管。其作用是封固复杂地层。技术套管的层次是根据需要而定，可一层、两层、多层，也可能没有。3、油层套管最后一次开钻，用小钻头从技术套管内下入，钻至设计深度后，下入一层套管，管外水泥以封住油气层为原则，这层套管为油层套管。其作用是封固油气层。第一概述胜利油田高级人才培训中心一、影响钻速的主要因素1、钻压对钻速的影响在其它条件不变的条件下，钻速随钻压的增大而增大，且在一定的钻压范围内，钻压与钻速呈线性关系，如图1所示。第二钻进技术净化充分净化不充分钻速钻压0图1钻速与钻压的关系)W-(Wv0m胜利油田高级人才培训中心一、影响钻速的主要因素2、转速对钻速的影响在净化充分的条件下，钻速与转速成正比，否则，呈指数关系，但指数小于1，如图1所示。图2钻速与转速的关系第二钻进技术净化充分净化不充分硬地层软地层转速0钻速1)(anvam胜利油田高级人才培训中心一、影响钻速的主要因素3、牙齿磨损对钻速的影响随着钻头切削刃的磨损，钻速不断降低，如图3所示。在各工作参数不变的情况下，存在如下的关系。第二钻进技术hD11v1m图3牙齿磨损与转速的关系牙齿磨损量与原齿高之比钻速0胜利油田高级人才培训中心一、影响钻速的主要因素4、钻井液性能对钻速的影响1）粘度的影响钻井液性能对钻速的影响比较复杂，钻井液粘度，不直接影响钻速，但是，钻井液粘度增大，循环压耗增大，进而井底压差增大，钻头水功率降低，钻速减小。2）固相的影响钻井液中的固相含量和分散度都对钻速有影响，固相含量越高，钻速越低；固相越分散，钻速越低；且固相含量越低，分散度的影响越明显。第二钻进技术0固相含量钻速不分散体系分散体系胜利油田高级人才培训中心一、影响钻速的主要因素4、钻井液性能对钻速的影响3）密度的影响钻井液密度对钻速的影响主要表现在井筒内液柱的压力与地层孔隙压力之差对钻速的影响上，随着井底压差增大，钻速明显降低。第二钻进技术0井底压差钻速图5井底压差与钻速的关系p-mev胜利油田高级人才培训中心一、影响钻速的主要因素5、水功率对钻速的影响水功率对钻速的影响主要表现在水力净化能力上，