第九节 油田工程

第九节油田工程一、概述油田工程是从事石油地质、勘探、开发、钻井、固井、完井、采油方法、油井增产原理、油气层损害及保护、油品储存与运输以及加工和基础原材料生产等相关工程的统称。主要由石油工业来完成，涉及勘查技术与工程（含石油地球物理勘探、地球物理测井）、资源勘查工程、石油工程（含钻井、采油、油藏工程）、油气（石油、天然气统称为油气）储运工程和加工等专业内容。人们通常说的石油工业指的是石油的勘探和开发。石油工业由“上游”和“下游”两大工程构成，上游包括石油勘探与开采，下游包括石油炼制与加工，以开发石油产品和石油衍生产品为主要目的。石油储运是连接上、下游工程的中间工程。众所周知，石油是重要的战略资源，是工业的血液、现代文明的神经动脉、黑色的金子和国民经济的加速剂等，这是由于石油是工农业生产中不可缺少的能源和重要的化工原料。汽油广泛应用于交通运输。煤油过去主要用于照明，现在生产的航空煤油主要用作喷气式飞机的燃料。柴油在工业、农业、交通运输、建筑和采矿等行业的大型动力机械中作燃料。洁净的液化石油气装入钢瓶可送往千家万户。目前，汽车等很多交通工具的动力用液化石油气代替汽油，减少了尾气对大气的污染。天然气是一种可燃气体，是未来燃料能源消费的主导方向。通常它与原油相伴而生，故称伴生气。而从单纯气藏产出的天然气称为非伴生气。为解决城市空气的污染，我国实施“西气东输”工程，用煤作燃料的很多城市现已改为天然气。化工原料是石油化学工业赖以生存和发展的物质基础。石油经过加工和处理可制成化工原料，从而制成如塑料制品、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥、炸药、染料等众多的生产和生活用品。石油化工行业是国民经济的支柱产业，合成纤维在工业、国防等方面用途广泛。从石油中也可炼制出润滑油、石蜡和沥青，还可以石油为原料，通过实验制造出合成蛋白。有些已把合成蛋白用作饲料，很可能会作为食品出现在人们的餐桌上。当今世界能源消费的结构是：石油40%、天然气22.9%、煤炭27.4%、核能7.1%、水电2.5%，石油和天然气的比例占到世界能源消费的62.9%。可见，石油在国民经济中的地位和作用非常重要，是一种生命线，对经济、政治、军事和人民生活的影响极大，一个国家对石油和天然气的拥有量和占有量已成为综合国力的重要标志。石油是一种黑褐色的油状粘稠液体、深藏于地下的可燃性矿物油和不可再生的能源，是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化所形成的混合物。实质上，石油是多种碳氢化合物的复杂混合物，或是多种烃的混合物。最初人们把自然界产出的油状可燃液体矿物称为石油，把可燃气称为天然气，把固态可燃油质矿物称为沥青。随着深入的研究，认识到石油、天然气和沥青在成因上互有联系，在组成上都属于碳氢化合物，因此将其统称为“石油”。据科学家研究和分析：将来可能开采的石油资源，1/3在大陆，1/3在浅海，1/3在深海和两极。海洋将成为人们开采石油的重要基地。1983年第11届世界石油大会对石油定义为：石油是自然界中存在于地下的以气态、液态和固态烃类化合物为主，并含有少量杂质的复杂混合物。原油是石油的基本类型，存在于地下储集层内，在常温、常压条件下呈液态。天然气也是石油的主要类型，呈气相，或处于地下储集层时溶解在原油内，当采到地面，在常温、常压条件下从原油中分离出来时又呈气态。从油井中采出来的未经加工的液态石油称为“原油”。工业界和日常应用中，通常“原油”与“石油”混用，并不加以区分，所以，石油又称原油。目前，我国有中国石油天然气集团公司、中国石油化工集团公司和中国海洋石油总公司三大国有石油公司从事油田工程的全部业务。包括大庆、胜利、辽河、新疆、四川、华北、大港、中原、吉林、河南、长庆、江汉、江苏、青海、塔里木、吐哈、玉门、冀东以及滇黔桂油田等20多个主要生产基地。而国际上有石油输出国组织，简称“欧佩克”和石油大公司等。国外石油发展经历了煤油时代、汽油时代、燃料和化工原料时代三个阶段。世界原油储量大都集中在少数地区和国家。特别是连接欧、亚、非三洲的中东地区，有“世界石油宝库”之称，包括塞浦路斯、约旦、以色列、科威特、阿曼、巴勒斯坦、叙利亚、土耳其、沙特阿拉伯、伊朗、伊拉克、阿拉伯联合酋长国、阿拉伯也门共和国、也门民主人民共和国、卡塔尔、巴林、黎巴嫩、埃及等国家和地区。多为巨型油田，地质条件好，运输方便，气候条件非常有利，原油储量占世界总储量的一半以上。原油产量位居前10名的国家是俄罗斯、沙特阿拉伯、美国、伊朗、中国、墨西哥、阿联酋、委内瑞拉、加拿大和挪威。而天然气储量最为丰富的是俄罗斯的远东地区，其次是中东地区，拉美地区储量也非常可观。处于第二梯队的有沙特、阿联酋、美国、尼日利亚、阿尔及利亚、委内瑞拉和伊拉克。在亚太地区，70％分布在印度尼西亚、中国、马来西亚和印度。天然气产量大的是俄罗斯、美国和加拿大，还有阿尔及利亚、伊朗、挪威、荷兰和英国。而俄罗斯、伊朗、卡塔尔、澳大利亚以及中亚的哈萨克斯坦、土库曼斯坦、乌兹别克斯坦，南美的委内瑞拉、玻利维亚的产量未来还有较大增长。西欧和北美的产量大致维持现状或下降。近20年来，天然气探明储量和产量分别以约5%和3.5%的速度增长，世界天然气年产量已超过2.32万亿m3。2020年前后，将超过石油成为第一能源。远古时期，我国古人就以石油照明、药用及作润滑剂，用天然气熬盐、沥青涂船防腐和作建筑材料等。西周时就有天然气的记载。东周四川的临邛(今邛崃市)开凿盐井时发现天然气，并把此井称“火井”，南北朝时名为“火井镇”，隋朝时又改名为“火井县”。后来在陕西、甘肃、云南、湖北、河北、浙江、江西等地也发现了天然气。西汉时陕北延安一带就用石油作燃料。世界上最早记载有关石油文字的是东汉史学家班固所著的《汉书》。石油曾被称为石漆、膏油、肥、石脂、脂水、可燃水等。从晋朝起就用天然气熬盐、煮饭和照明。南北朝时石油就被作为药物治疗脱发病。北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》里首次提出“石油”这个名字，并利用石油制出了黑光如漆的比汉代以来所使用的松烟墨好的油烟墨，也把石油加工成石烛来照明。元代出现加工石烛的工场。明代医药学家李时珍指出石油可主治小儿惊风，与其它药合做丸散，可涂疮癣虫癞等，而学者曹学佺在《蜀中广记》中记载四川乐山一带开凿盐井时，发现可引燃的“油水”，并用于夜间照明，陕北人又用石油熬制出了点灯用的油。我国是开凿的最早油井的国家，比美国、俄国的油井早300多年，而天然气井，比世界上最早开凿天然气井的英国至少早1500年。解放前夕，只有陕西延长、甘肃玉门老君庙和新疆独山子等几个小油矿，年产量只有12万吨，国内市场被洋油所充斥。建国后，党和政府高度重视和发展石油工业，50年代发展重点是从西部地区甘肃和新疆开始的。1949年玉门油矿开始恢复和发展生产，50年开发新疆独山子油矿，55年发现克拉玛依油田，并成为第一个大油田。59年基本建成比较完整配套的石油工业基地，产量占全国的50％。到50年代末，形成玉门、新疆、青海、四川等四大油气基地，石油工业已初具规模。60年代为解决西部生产与消费重点在东部的矛盾进行战略东移，重点开发东部沿海地区。组织了闻名中外的大庆、华北、河南和渤海湾石油会战。特别是大庆会战，从60年2月开始，在以“铁人”为代表的广大石油工人的艰苦创业下，几万大军云集大庆，仅用3年多时间，在荒原上建起了一个世界级的大油田，基本满足了国内需要，从根本上改变了石油工业的落后面貌，把贫油的帽子扔进了太平洋。63年12月3日，全国人大二届四次大会上向全世界庄严宣告：中国需要的石油已经基本自给，依靠“洋油”的时代，已经一去不复返了。大庆不但出了石油，而且孕育了可贵的“铁人”精神，成为工业战线上一面旗帜，64年开始工业学大庆，74年大庆年产原油达到5000万吨，并创造了稳产高产25年的骄人业绩。此后，又陆续建成年产2000万吨的山东胜利、年产各300多万吨的天津大港、辽河和华北任丘油田，苏北、湖北也相继发现了油田，使全国原油产量迅猛增长。66年自行设计的渤海湾第一口海上油井喷油，揭开了海上石油开采的新篇章。自50年代起，石油工业平均以20％以上的速度发展，到78年我国原油产量突破1亿吨大关，成为世界产油大国。85年又先后发现青海冷湖油田和四川油气田。20世纪90年代，为扭转80年代我国石油产量徘徊不前的状况，战略重点再次转移，提出“稳定东部、发展西部、油气并举”的方针。石油工人再次集结大漠沙场，向沙漠要油。中西部地区油气勘探开发取得了突破性进展，发现了塔里木和吐哈油田，初步形成了油气资源的接替区。同时，在渤海、东海和南海海域的油气勘探开发也取得成功。到97年，新疆石油产量翻了一番，达到958万吨，西部地区的石油年产量在全国所占的份额增长了一倍，达到了15％。同时，陕京输气管线于97年国庆前夕送气到京，意味着天然气的开发利用出现了新的局面。目前，全国有20几个省、自治区和直辖市以及近海海域共发现了700多个油气田，已建成陆上、海上油气田基地20多个。天然气探明储量主要集中在l0个大型盆地，依次为渤海湾、四川、松辽、准噶尔、莺歌海——琼东南、柴达木、吐哈、塔里木、渤海、鄂尔多斯。形成了十大油气生产基地，包括四大油区，即：松辽油区、渤海湾油区、西部油区和海上油区；六大气区，即：四川气区、陕甘宁气区、新疆气区、南部气区、东部气区和青海气区。先后建成长距离油气输送主管线以及相应的油港码头、铁路、公路、储罐等配套设施，形成了完善的油气贮运体系。管网遍及华北、东北、西北、华东、四川和海上。在地质勘探方面，应用二维和三维地震观测数据，发现了大量的油气田。另外，我国的非常规油气资源也非常丰富。煤层气资源储量巨大，仅次于俄罗斯、加拿大，排在第三位。油页岩、油砂、致密砂岩气和沥青等也有一定的储量。我国海域还蕴藏着丰富的天然气水合物资源，都可以作为常规油气资源的补充。我国有42个主要含煤层气的盆地和24个陆上含油砂油地质资源的盆地。由于油田建设的发展，原油加工也相应发展。56年兴建了我国第一个兰州炼油厂。以后陆续兴建了大庆、燕山、齐鲁、上海高桥、南京、抚顺、大连等一批大型炼油企业，各地也兴建了不少小炼油厂，使主要油品基本满足需要。石油工业在发展中培养造就了一支科研技术队伍，形成了中国特色的石油科技开发体系。创立了独具中国特色的陆相石油地质理论，打破了西方认为只有海相地质才有石油的神话。从油气资源勘探、油气田的开发生产到油气加工炼制的全部生产流程及相应的石油钻井、油气井测试、油田工程建设、油气储运等方面的一大批工艺技术，均已达到或接近当代国际先进水平，不但可以开发国内任何复杂的油气田，而且可参与国际竞争。已在苏丹、委内瑞拉、秘鲁、加拿大、泰国等国家进行了油气田开发生产作业。二、钻井与完井工程石油钻井是一项复杂的系统工程，涉及石油地质、油田化学、岩石力学、钻井机械与器具的现代设计技术，以及电子技术、计算机技术与人工智能等在钻井测量及自动化、智能化钻井方面的应用。石油勘探、开发各个阶段的共同特点都是要钻井。在地质普查时，为研究地层剖面，寻找储油构造，要钻地质井、基准井、制图井和构造井等；在区域详探时，为寻找油气藏，详细研究其储量与性质，要钻预探井、详探井和边探井等；在开发时，为把油气开采出来，要钻生产井、注水井和观察井等。在世界范围内，油田在勘探阶段的总投资中钻井费用达到55%～80%，在开发阶段的总投资中钻井费用超过50%，可见钻井工作是石油勘探与开发的一个非常重要的环节和手段。石油钻井类型按性质和用途一般分为：地质探井（基准参数井）：在了解很少的盆地和凹陷中，为了解地层的沉积年代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理解释提供各种参数所钻的井。预探井：在地震详查和地质综合研究基础上所确定的有利圈闭范围内，为发现油气藏或在已知油气田范围内发现未知新油气藏所钻的井。详探井（评价井）：在已发现油气圈闭上，以探明含油气边界和储量，了解油气层结构变化和产能所钻的井。地质浅井：为配合地面地质和地球物理工作，了解区域地质构造、地层剖面和局部构造，一般使用轻便钻机所钻的剖面探井、制图井和构造井等。检查资料井：在已开发油气田内，为研究