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石油工程基础胡三清长江大学化学与环境工程学院教材：1．石油工程概论王瑞和李明忠石油大学出版社参考书：1．石油工程概论陈涛平吴晓东编著石油工业出版社2．钻井工程理论与技术陈庭根等石油大学出版社3．采油工程原理与设计张琪石油大学出版社4．油井增产措施［美］埃克诺米斯等石油工业出版社绪论一．石油工业形势2001年中国石油天然气股份公司，天然气突破：200亿m3排在世界石油前10强。2002年全国天然气产量：326亿m3，增长7.5%。2003年天然气产量达到350亿m3.据能源局年初的数据，中国2009年生产原油1.89亿吨，净进口原油却达到1.99亿吨，原油进口依存度首超50%的警戒线，达53%。发改委表示，2010年国内原油消费继续快速增长，1-10月份国内成品油表观消费量累计达1.9亿吨左右，同比增10.6%；进口原油1.98亿吨，同比增长20%。预计今年石油对外依存度将接近55%，石油安全面临的形势更加严峻，提价为利用价格杠杆抑制石油消费过快上涨。02年石油需求增长3.85%。全球对天然气的消费：2000年2.4万亿m32005年2.9万亿m32010年3.5万亿m32015年3.9万亿m32020年4.5万亿m32005年的原油价格：8月25日高达67.89美元/桶(10月),高达69.59美元/桶（06年1月）2006年曾高达72美元/桶；2007年高达92美元/桶2008年高达近150美元/桶；近期约36美元/桶周线图2006年油价走势长期走势2001年我国石油产量全球排名升至第4位，前五位分别是：俄罗斯、沙特阿拉伯、美国、中国、挪威。2001年我国的石油探明储量32.88亿t，居世界第10位02年5月22日，科技宣布，在内蒙古伊昭盟地叉，发现迄今国内最大规模的天然气田——苏里格大气田，这也是我国第一个世界级储量大气田，已探明的储量可供北京使用160年。前几年在延安也发现了大气田，塔里木油田的发展前景好，西气东输2004年底已开始输气。03年我国的石油勘探成果创5年来最高水平。P22005年的部分石油形势有:关注页岩油气开发昨天，美国第二大天然气生产商、最积极钻新井的公司Chesapeake(简称切萨皮克)与中国排位第三的油气巨头中海油联合宣布，中海油的全资子公司——中国海洋石油国际有限公司将购入切萨皮克公司鹰滩页岩油气项目(EagleFordShaleProject)共33.3%的权益，交易价格为现金10.8亿美元左右。2010.10.12中国石油天然气公司：2001年原油10653万吨大庆5000万吨2002年原油11761万吨2002年销售收入：3498亿；利税总额：533亿；税金：640亿2004年中国石油天然气集团公司利润超过1100亿2005年中国石油天然气集团公司利润超过1600亿2003年全国生产原油1.69亿吨2004年全国生产原油1.75亿吨，进口原油1.1亿吨2005年全国生产原油1.82亿吨，进口原油1.26亿吨2008年全国生产原油1.93亿吨,进口原油1.79亿吨，进口比上年增长9．6％。原油对外依存度上升到48％。考虑到成品油大量进口的因素，2009年中国石油对外依存度已接近52％。年报显示，按国际财务报告准则，中石油08年净利1144.31亿，同比下降22%。石油08年营业额高达10711亿元，同比增长28.1%，主要是由于原油、天然气及成品油等主要产品价格上升和销售量变化。03年海外原油生产量达到2500万吨。(P1)05年海外原油生产量达到2789万吨。主要油田企业为：①大庆油田5000万t；②胜利油田；③辽河油田；④新疆油田过1000万t；⑤长庆油田成为我国陆上第五大油田1000万t（p3）；6、柴达木建设千万吨级大型气田；7、新疆塔里木油田1000万t。(看ppt)《财富》首推中国上市百强（2001年）中石化、中石油、中国移动位居前三位。2002年第一位。2003年第二位，电力第一位。今年我国计划生产原油1.9亿t，天然气360亿m3。投资：8.2亿开发渤海大油田，预测储量资源量达97亿吨。到2005年渤海油田新增储量55亿吨，年产量2100万吨。2004年我国净增石油地质储量12.6亿吨，净增可采储量2.22亿吨。03年开始，俄罗斯投巨资开发新油田：1030亿卢布用于更新老油田的设备2380亿卢布用于石油钻探和生产油井建设674.5亿卢布用于封老油井393亿卢布用于增加油田的产量775亿卢布用于研究开发新的原油生产技术世界石油工业发展的四大趋势：（一）石油工业的可持续发展更加强调企业的社会责任。（二）技术进步是发现新的油气田、增加油气储量的基本动力。（三）石油代替能源问题受到广泛重视（四）炼油一体化，充分利用石油资源，提高产品竞争力。介绍此内容的目的有两点：1、了解石油工业与经济形势，石油的经济形势好，可以增强我们为石油服务的信心。2、形势好，投入也将较大，这样就给为石油服务提供了一个大的平台，也就会有技术市场，为化学提供更大的技术、经济服务空间，使我们与石油相结合，多出成果实，也能取得好的经济效益，八五以来，我院与油田合作或单独研究的成果，由于在油田应用很好，有十多项获省部级国家科研进步奖，还出了多家分公司，为油田现场提供做好技术服务，产值达几千万元，经济效益可观。二、石油工程的主要内容1．定义：石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称。目前我国分：油藏工程；钻井工程；采油工程另一个定义：石油工程主要为开采具有工业储量的石油、天然气资源提供技术基础。石油工程学本身具有广泛的基础，充分吸收了工程学、地质学、数学、物理学、化学、经济学和地质统计学的基础知识。作为工程学的一个分支，石油工程的特殊之处在于，设计的基础来源于对生产动态的观察结果和由非常有限的岩样分析所得的油藏不可能被设计成能够实现某一特定任务的目标，不过。对于不尚未完全探明的天然油藏，只要认为有一定的商业价值，就可开采其相当部分的储量。经过一段时间的开发，人们积累了产油量和更多有关油藏的资料后，就可以改进开采方式，以采出更多的石油，取得更好的经济效益。2.石油工程的主要内容：1）油藏工程：2）钻井工程：①准备工作：定井位、修公路、平场地、打基础、安装②钻进：a.钻井机械钻速——机械钻速，H—T时间内的钻头进尺，m；T—钻进H所用时间，h。b.洗井：通过循环钻井液来实现，使用钻井液携带钻屑，钻井液非常重要，直接影响钻速；THVmhmmVhmc.接单根d.起下钻e.固井：钻穿各种不同性质的地层后，都下套管，注泥浆进行封固f.事故处理，打捞g.其它作业：录井、测井、地层测试等3）采油工程：用先进的采油艺与方法，最小代价合理的采油速度，将油采出，尽量提高采收率。最高70%，最低10%，我国平均30%左右。石油开采方法见下图：石油开采一次采油二次采油三次采油未来发展驱势溶解气驱天然水驱开采挤压驱动气顶膨胀驱动重气驱动联合驱动注水开采（热、冷水）注气开采：1.非混相驱、2.混相驱3.中间混相驱）联合驱动注其它流体增产措施（酸化、压裂）凝析气和挥发油注可混相气体（CO2.N2）泡沫驱动加密钻井重油开采：1.注蒸气开采2.火烧油层化学驱开采：1.表面活性剂驱2.聚合物驱3.注碱水驱核技术的应用采矿技术的应用新化学剂地层加热油气水的分离微生物采油技术图1石油开采方法三、石油工程的发展（一）我国钻井技术发展史第一阶段：公元前三世纪到公元十一世纪，是人下入井内挖掘而成井。第二阶段：是小口井阶段，其井口直径如碗口大小，即“卓”筒井，出现于公元1041-1053年。采用顿钻方式，钻凿成井。顿钻对现代钻井有很大的影响。第三阶段：到二十世纪发，发展到旋转钻井，同时也在发展井下动力钻具。从井深的角度来讲，从几百米发展到几千米，国内最深为7千多米，这不光是深度，还有很多技术问题。美国为9千多米，而前苏联为12km。（二）采油技术也发展很快先是利用挖掘油页岩炼制，后打井采油，采油先是利用地下原油能量自喷采用，这是一次采油，发展补充能量采油注入（二次采油）。为了提高采收率，酸化、压力、化学驱（三次采油）。由单井采油到发展今后的远程集中控制采油大大提高了工作效率。四、石油工程与化学的关系1、首先，油藏分析2、在钻井过程中，首先要使用洗井液3、固井作业4、完井作业5、试油作业6、二次采油中的注水7、三次采油中的酸化、压裂等8、还有重油热采，化学驱开采等9、油气的集输10、设备11、环境保护五、学习方法第一章油藏流体的物理性质第一节油气藏的形成与类型定义：油气藏：石油工程的直接对象（或目的层）是油气的储集地，即油气藏。它通常被定义为：油气在单一圈闭中的聚集。油气在具体孔隙（裂缝）性和渗透性，并为同一动力学系统的最简单的岩层中聚集就形成了油气藏。条件是：有一定数量的运移着的油气、有遮挡物（不渗透性岩层）的作用，阻止了它们继续运移，而在具有孔隙性（裂缝性）地层（又叫储集层）聚集起来。油藏：这种聚集主要是液态碳氢化合物，则称油藏；气藏：…………………气态…………...，则称气藏。一个油田可以是一个油、气藏组成，也可以包括多个油气藏。1.石油的生成：两种不同的学说，即有机生成与无机生成。大都认同有机生成学说。有机生成学说认为：古代生物的遗骸在浅海、海湾、内陆湖泊等地沉积下来，并被新的沉积物迅速埋藏起来，使这些有机物不被氧化而保存下来。随着上部沉积物的不断增厚，温度和压力的升高，有机物便在一定的温度、压力条件和特殊的环境下，经过复杂的物理化学变化，最后转变成石油和天然气。2.油气藏的形成:生油层：一般认为是那些较厚的暗色粘土质和石灰质岩层。油气的运移：油气是可以流动的，在共存水的重力分异和一定压力作用下，油气流出生油层，被运移到别的地层——储油层中去。储油层具有大量的空隙空间，以容纳较多的油气，形成油气储集。盖层：形成油气藏还需要在储油层上部有致密的盖层，阻止油气跑出地面或流失到其它地层中去。除了盖层以外，在四周方向不能使油气运移而被分散掉，这就需要有一定的圈闭，使储油层形成一个封闭系统（同一动力学系统）。油气藏的形成过程：石油生成－运移－聚集－保存。四个必要条件：生油层、储油层、盖层和保护层，简称为：生、储、盖、保四要素。1．油气藏的类型：（1）背斜构造油藏（2）断层遮挡油藏（3）岩性油藏：a.尖灭b.砂岩透镜体（4）不整合封闭油藏3.（3）岩性油藏：a.尖灭b.砂岩透镜体(4)不整合封闭油藏第二节油藏中石油和天然气的化学组成石油：主要是指碳原子数从5到16的烷烃、环烷烃和芳香烃，还有数量不等的氧、硫、氮的化合物。石蜡：碳原子数16以上的烷烃称为石蜡。天然气：一般是指碳原子数1至4的烷烃（甲、乙、丙、丁烷）和少量非烃气体。干气：甲烷98%左右；干燥系数：C1/C2100湿气：又称富气，即富集汽油蒸气。甲烷（50%以上）和汽油蒸气。干气多为油藏气，湿气多为产油井的伴生气。第三节油气的相态一、关于相的概念相――就是指体系中具有相同的物理性质和化学性质的任何均匀部分。气态，碳原子个数为1~4，为天然气液态，碳原子个数为5~16，为液态石油。二、油气的相态油气系统的相态，通常是多组分的压力－温度图（PT图）。因为油藏在开发以前，油气所处的相状态取决于油气性质、油气体积比例及原始地层压力和温度。根据条件的不同，可以呈单相石油，也可是油气两相存在。在开发后，由于油层压力降低，油气分离，因而相态也发生了变化。ACPTB曲线把图分成了三个区,AC线以上称为液相区，BC线以下为气相区，而ACPTB线所包围起的区为气液两相区。1）泡点线：AC线称为泡点线。泡点线上每一点的压力表示泡点压力，即单相油在该温度下，当压力下降出现第一批气泡时的压力。泡点压力又称饱和压力Pb，泡点线又称饱和压力线。2）露点线：BC为露点线。露点线上的压力称为露点压力，即单相气在该温线下，当压力变化时，出现第一批液滴时压力。露点线又称为气相线，露点线的右侧为气相区。3）油气两相区：泡点线和露点线所包