搜索
石油开采概论英国剑桥国际培训师胜利油田采油职工培训中心教研室主任电话：0546-8624857（办）手机：13561068103E-mail:scpxwss@slof.com王树山绪论一、石油在国民经济中的战略地位1.能源国际：石油42％，天然气24％，煤炭28％，核能6％我国：石油28.6％，天然气3.8％，煤炭59％，水电5.4％，其他3.2％2.工业3.农业4.国防建设5.日常生活绪论二、我国是发现和应用石油和天然气最早的国家1.三千多年前《易经》中就有了“上火下泽”、“火在水上”、“泽中有火”的天然气记载2.两千年前班固所著《汉书·地理志》中清楚地记载，我国发现了能够燃烧的陕北石油3.公元前221～210年在四川利用顿钻钻凿出第一口天然气井，并利用天然气进行煮盐绪论三、新中国石油工业的发展1.建国前石油工业奄奄一息“中国贫油论”（一个钻井机构、12万吨原油产量）2.建国后艰苦创业3.新中国石油企业蓬勃发展绪论四、胜利油田的开发与发展1.勘探阶段2.开发阶段3.发展阶段4.百年胜利石油勘探——钻井（测井、录井）——采油（油田建设——油气集输一、石油勘探区域勘探普查（地质概况，生储、聚集条件)详查（控制构造、钻井构造）预探（生储盖组合、油气田、含油边界、预算地质储量）油气田勘探初探（查明油田大致范围，肯定油田的好坏程度、水动力情况，搞好油、气产状、断层发育情况等。初探结束后，应计算出二级地质储量）详探（详细研究油气田的地质特征，探明油气藏的边缘，提交一级地质储量，为编制油气田开发方案提供全部数据，为油田开发做好准备）第一讲石油勘探与油井测试1.地质法勘探利用天然露头或人工剖面直接进行地面地质观察的一种方法航空测量、地面踏勘（一）油气田勘探方法2.地球物理勘探利用组成地球地壳中的岩石的物理性质（如岩石的弹性、密度、磁性和电性上的差异）寻找有用矿床和勘探石油的一种较成熟的勘探方法（1）地震法勘探：利用人工激发引起震源附近介质的质点发生振动形成地震波，通过在地面上用接收器接收、记录到的反射波到达时间，可以计算出地下各岩层埋藏的深度、产状；研究结晶基底的深度及起伏情况；研究沉积岩的构造；绘制构造图。（一）油气田勘探方法（2）重力勘探：利用重力仪测量在地面上重力的变化，通过重力的变化来寻求地下储油构造及其它矿藏的分布。重力勘探寻找的背斜储油构造（3）磁力勘探：利用磁力仪测量地下岩石的磁性变化来探测地下地质构造或寻找其它矿藏的一种方法。磁力勘探寻找的背斜构造（4）电法勘探:用专门的仪器测量地下岩石的导电能力，进而推测地下储油构造的一种方法。大地电流法测得的基岩起伏变化图垂向电测深示意图A’’A’AOBB’B’’3.地球化学勘探应用化学、物理化学和生物化学来研究与油气藏有关（气体成分、烃类含量、稀有金属、细菌的种属等）的异常地区进行找油的一种方法。4.钻井勘探利用钻井的方法将地层钻开，通过一定的工艺方法提取岩屑或流体样品，进行分析、研究，找油的方法。钻井法是了解地下地质和油气存在的最直接的方法，是唯一有效直接找油的勘探方法。（一）油气田勘探方法1.地震波：振动在弹性介质中传播出去时而形成的波称为弹性波，地震波属于弹性波的一种。纵波、横波、面波、声波。2.地震波的传播速度：单位：(m·s-1)单位时间内地震波传播的距离，与地层岩性、、构造历史和地质年代、岩石埋藏深度、空隙充填介质有关。3.地震资料解释：地震波对比分析、剖面的地质解释、构造解释。4.时距曲线：地震波从震源出发经同一界面传播到各观测点的传播时间，与测线中各检波点到震源激发点相对距离的关系曲线。（二）地震法勘探时距曲线反射波法原理简图A0A1A2A3x0x1x2x3S’3S’2S’1S0S1S2S3xhhtt3t2t10时距曲线反射界面O*1.垂直地震剖面法勘探将井下检波器置于井中不同深度来记录地面震源所产生的地震信号。2.高分辨率地震勘探在地震勘探的各个环节（如震源、记录仪器、野外采集因素、数字处理、资料解释等）提高分辨率的地震勘探方法。3.三维勘探在一个平面上采集随时间而变化的地震信息，并在三维空间进行归位处理和解释称作三维勘探。4.四维地震空间与时间相结合组成四维，四维地震勘探利用连续地震勘探测量结果的差异可反映油藏在开采过程中的变化。其他地震勘探方法1.油气钻井发展（1）顿钻（2）旋转钻井①初期阶段：1900－1920②发展阶段：1920－1950③科学化钻井阶段1950至今前期阶段：喷射钻井、优选参数钻井、平衡压力钻井、保护油气层、深井钻井、丛式钻井、高效钻井、井控、洗井液等技术后期阶段：井下信息实时检测、传输、处理和分析。测量、测井、地震、动态数据实时检测和处理、地质导向及地层评价均为随钻进行。井下导向和井下钻井系统。水平井、多分支井、欠平衡井钻井技术。以及小井眼和连续油管钻井。（三）钻井勘探2.油气井分类利用机械设备钻成的连接油气层与地面的流体通道称为（油、气）井。（1）探井：参数井、预探井、评价井、资料井。（2）生产井：开发井、调整井。（3）注入井：注水井、注气井、（4）其他井：更新井、观察井、检查井。3.钻井过程（1）钻前工程（2）钻井工程（3）完井工程（三）钻井勘探4.钻井设备：（1）动力系统：动力设备、传动机构。（2）旋转系统：转盘、水龙头、钻杆（方钻杆、钻杆、钻铤）、钻头（刮刀、牙轮、金刚石、聚晶金刚石）。（3）提升系统：绞车、井架、天车、游动滑车、大钩及钢丝绳。（4）循环系统：泥浆泵、地面管汇以及钻井液净化设备。（5）控制系统：机械控制、气动控制、液压控制、电动控制和综合控制（三）钻井勘探转盘式旋转钻机组成钻井就是利用机械设备从地表向地下钻开一圆形井眼的过程。4.钻开油气层我国是世界上应用钻井技术开采石油最早的国家。早在15世纪就能打上百米深的井，到了1835年，在自流井地区所钻的兴海井，井深已达1001.4m，有的井架高达100多米。在当时，俄国和美国远远落在后面，俄国到1848年才打了第一口油井，井深只有几十米；美国打的第一口井是在1859年，井深也仅21.3m。在钻开油、气层时，为了避免产层的油、气、水侵入泥浆和泥浆侵入油、气层的现象，主要是从技术上满足保护油、气层，防止油、气层发生污染的要求；同时满足控制油、气层，防止不必要的井喷事故发生，安全钻开油、气层的要求。（三）钻井勘探（1）平衡压力钻井平衡压力钻井是通过调节钻进液密度，来建立和维持井筒液柱压力和地层流体压力平衡的。如果钻井液密度过高，井筒液柱压力过大，在井内形成的压差增大。一方面会使钻井液滤失量增大，滤液和固相易沿着地层的孔隙或裂缝侵入油、气层，堵塞地层通道，使其渗透率显著下降，造成对油、气层的损害；严重者会使油、气层完全堵死，丧失生产能力；更严重者，则会造成井漏甚至压裂地层，出现井口不返钻井液的现象。另一方面，还会将岩屑紧紧地压在井底形成所谓的静压持效应。与此同时，压差会增大井底钻井液的失水，在井底形成一层类似泥饼的东西，它们和岩屑混在一起，覆盖住井底，不但严重影响了井底的清洁，而且容易形成泥糊钻头或泥包钻头，大大降低钻井速度，当严重时还会发生卡钻事故。当井筒液柱压力小于地层流体压力时，油、气层中的油、气便沿着地层孔隙或裂隙进入井内，引起钻井液油、气侵，井筒液柱压力进一步降低，井口发生溢流；当严重时会发生井喷事故，造成严重损失。（2）地层流体流入的发现地层流体流入井内钻井液中会带来各方面的变化，及时注意到这些变化就可以迅速发现地层流体的流入以便采取措施避免井喷的发生。这些变化有：泥浆池液面升高，钻井液从井中流出，钻速突快，循环压力下降，天然气、油或盐水显示等。（3）失去压力平衡的原因①地层压力掌握得不确切。是新探区经常会遇到的情况。因此,在新探区钻井应特别提高警惕，认真研究地质剖面和它的特性，充分考虑遇到异常高压的可能性，运用各种方法预测异常高压地层，注意采取必要的预防措施。在实践中逐步准确地掌握地层压力。②钻井液柱高度降低。主要是由于起钻时井内钻具起出而使液面下降，也可能由于井漏引起。因此，在钻遇高压油气水层时，应注意防止井漏，勿使裸露地层破裂。③钻井液密度降低，这常常是由于钻开油气水层后，油气水不断侵入钻井液所造成的。而密度的降低又使油气水更容易侵入，这样愈来愈造成严重的油气水侵，以至于最后造成井喷。④抽汲。主要是由于钻柱上提时引起井底压力暂时减小的的作用。一是钻柱上提时粘附在钻柱内外表面的钻井液以与钻柱相同速度向上运动的趋势，使井底压力减少；二是处于环形空间里的和钻柱内的居于中间部分的钻井液往下运动速度滞后，产生抽吸效应，即使是不带钻头的光钻杆在钻井液中上提时也会产生抽汲效应。25%以上的井喷是由于起钻时的抽汲造成的。（4）失去压力平衡的危害①气侵。气侵是指钻入油气层后油层的溶解气或气层的气体侵入钻井液。气体入井方式第一种是随钻碎的岩屑入井；第二种是由于浓度差，气体通过滤饼向井内渗透扩散入井；第三种是由于钻井液柱压力梯度小于气层压力梯度时，气体大量涌入井内。前两种方式侵入井内的气量有限，但都是难以避免的，第三种方式是最危险的情况，如果处理不当，可能造成井喷。②气体上窜。井底在侵入一段气柱之后，如果长期关井，井内仍然是不稳定的。气体的压力很高，但其密度低，由于密度差，气体会缓缓上窜到井口贮积起来。由于井是关闭的，气体上升而不能膨胀，保持了井底的原始压力，随着气柱不断上升，井口压力迅速上升，当气体充满井筒时，井口装置的承压就等于地层压力。③溢流。从现象上看，溢流就是井口返出的钻井液量比泵入的钻井液量大，因而出现返出流速增大，泥浆池面有所上升，甚至停泵以后井口钻井液自动外溢。④井涌。井涌是溢流的进一步发展，形成原因和表现的形式与溢流相同。当溢出钻井液的高度在转盘面以下时，称溢流；超出转盘面的则叫井涌；如果超出转盘面过高，甚至达二层台以上者则称做井喷。如果对溢流、井涌和井喷控制处理不当，均可造成失控井喷。（5）控制油、气层控制油、气层实际上就是控制油、气井压力，简称井控。在钻井过程中，当出现溢流、井涌或井喷时，就必须关井，并立即将加重钻井液替入井内，恢复和重建井筒液柱压力和地层流体压力的平衡关系。将加重钻井液替入井内，并把侵入井内的地层流体循环出来的作业就是压井。压井的原则是既要保证压井安全，又要使作用于井筒的应力最小。①等待加重法压井。等待加重法压井又称一次循环压井法或工程师法。这是目前国外广泛采用的一种先进压井方法，它是在较短时间内准备好加重钻井液，而同时井处于关井状态，循环排除侵入井内的地层流体和把加重钻井液打入井内是同时的。②司钻法。司钻法又称两次循环压井法，是属于保持作用于井底压力不变的现代压井法之一。其压井原理和原则同等待加重法，不同之处是司钻法要通过两个循环周完成。第一个循环周是用原密度钻井液循环，以排除侵入井内的地层流体，然后关井。当加重钻井液配制好后，用重钻井液循环压井，即开始第二次循环。③边加重边循环压井法。边加重边循环压井法又称同步法压井或同时法压井，它要求在一个循环周内压完井，即一边加重，一边循环打入加重钻井液，并且在一个循环周内把钻井液加重好，且把侵入井内的地层流体全部替出去。④体积压井法。体积压井法又称顶部压井法或置换压井法。当发生井喷后，如果井内钻井液己大部分喷空，但是能够完全关井，可以采用体积法压井。即向井内泵入一些钻井液，关井使这些钻井液下落至井底，然后放掉一定的井口压力，其值等于每次灌入所增加的钻井液柱压力。这样重复地间隙泵入钻井液，间隙释放压力，就可以逐渐降低井口压力，使得钻杆能强行下入。强行下钻时，钻柱应装有回压凡尔，并灌满钻井液。下入钻杆时应在井口放出与钻杆体积相等的钻井液量（是指当钻杆进入井中间后）。当强行下钻时，万能防喷器应有一些漏泄，以便起润滑作用。（三）钻井勘探5.地质录井（1）钻时录井钻时是指单位进尺所用的纯钻进时间，单位为min/m。在钻