石油工程概论

石油工程概论目录第一章绪论第二章油藏流体的物理性质第三章油藏岩石的物理性质第四章油田开发设计基础第五章油藏开发动态分析方法第六章油气钻井方法及工艺第七章钻进工艺技术第八章固井、完井与试油第九章自喷及气举采油技术第十章机械采油技术第十一章注水与油水井措施第十二章提高采收率原理与方法第一章绪论一、石油工程概述三、预备知识——油气藏的形成与类型二、学习要求一、石油工程概述1.石油工程的定义经济有效地将深埋于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。包括油藏、钻井、采油和石油地面工程等。确定钻井方法和钻进工艺技术，建立起一条开采油气的通道，保护油气层。研究油气田地质资料，掌握地下油气的分布状况，掌握储层及其流体的性质与特点，制定合理的开发方案。油田开采过程中根据开发目标通过产油井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称。油气的分离、储存、输送等石油工程是集多种工艺技术和工程措施于一体，多种工艺技术相互配合、相互渗透、相互促进和发展的综合工程。勘探发现具有工业油气流的含油气构造制定合理的开发方案进行合理的钻井设计和科学的钻井施工2.石油工程任务制定采油工程方案，确定采油工艺技术开发的动态监测与开发调整采取有效措施，提高原油采收率经济有效地提高油田产量和原油采收率3.石油工程目标％地质储量采出的油气总量油气采收率＝100×1.课程特点多2.学习方法联系实际深刻理解善于归纳3.要求认真听讲、做好笔记等。散难二、学习要求三、油气藏的形成与类型•油气藏：运移着的油气，由于遮挡物的作用，阻止了它们继续运移，而在储集层富集起来就形成了油气藏。因此，科学地开发油气藏，需要首先对油气的产生、运移、储集过程及油气藏形成的条件和规律有一个基本的了解石油工程研究对象：油气藏。1．石油的生成•有机成因说•无机成因说古代生物遗骸沉积石油和天然气保存无氧条件温度压力条件物理化学变化•碳化物说•宇宙说•岩浆说mnnmHCOmFeOmHCFe8343243+→+OHCHHCOOHCHHCO2422242243+↔++↔+石油的形成与岩浆冷却时碳氢化合物聚合有关。2．油气藏的形成石油生成保存聚集运移形成油气藏生油层储油层盖层保护层油气藏形成必要条件图1-1背斜构造油藏图1-3岩性油藏3.油气藏的类型(完)(1)背斜构造油藏(2)断层遮挡油藏或断层封闭油藏(3)岩性油藏图1-2断层遮挡油藏图1-5不整合封闭油藏(4)不整合封闭油气藏(5)古潜山、礁块油气藏等构造型油气藏及其它(2)断层遮挡油藏或断层封闭油藏(3)岩性油藏(4)不整合封闭油气藏(1)背斜构造油藏第二章油藏流体的物理性质（1）高温高压，且石油中溶解有大量的烃类气体；•油藏流体石油天然气地层水•油藏流体的特点：储层烃类：C、H（2）随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也会发生变化。同时会出现原油脱气、析蜡、地层水析盐或气体溶解等相态转化现象。第一节油气的化学组成一、天然气的组成★石蜡族低分子饱和烷烃（主要）CH470－98％C2H6C3H8C4H10★非烃气体（少量）H2S惰性气体He、ArH2ON2COCO2C5★天然气组成的表示方法摩尔组成质量组成体积组成%100×=∑iiinny∑=1iy%100×=∑iiimmw∑=1iw%100×=∑iiiVVv∑=1iv理想气体()∑==kiiiiiiMMy1ωωiivy=()∑==kiiiiiiMyMyw1矿藏汽油蒸汽含量硫含量凝析气油藏气气藏气干气100g/m3≥100g/m3富气酸气≥1g/m3净气1g/m3★天然气的分类（C5H12）★环烷烃★芳香烃★其它化合物★烷烃C5～C16含氧化合物含硫化合物含氮化合物高分子杂环化合物苯酚、脂肪酸硫醇、硫醚、噻吩吡咯、吡啶、喹啉、吲哚胶质、沥青质二、石油的组成我国部分油田地面原油性质　粘度(厘沱)馏分组成(质量百分数)性质原油比重D20450℃70℃凝固点℃含蜡量%胶质%沥青%含硫%残碳%初馏点＜200℃＜300℃大庆油田S区Ps层0.875317.40—2428.613.3—0.152.5881428胜利油田T区S2层0.884537.6917.953317.918.33.10.475.579.5920孤岛油田G层0.9547427.5157.5-12027.56.62.258.9515.81.911.2大港油田M层0.917451.9725.55-126.1713.986.270.134.81974.020.5克拉玛依油田0.869919.23—-502.0412.60.010.133.7581835玉门油田L层0.85312.9—-15.58.322.6——————汉油田W区C3层0.9744—62.2**213.8519.611.89.589521.8辽河油田C区S1层0.903737.4—-74.7317.60.150.266.4———川中油田0.839412.3—3018.13.4——————任丘油田Pz层0.889363.5—3322.620.7—2.35—148——商品性质指标：馏分组成含硫量沥青质胶质含蜡量凝固点粘度相对密度第二节油气的相态相态：物质在一定条件（温度和压力）下所处的状态。油藏烃类的相态通常用P－T图研究。相：某一体系或系统中具有相同成分，相同物理、化学性质的均匀物质部分。油藏烃类一般有气、液、固三种相态相图多组分烃类系统相图◆四区◆三线◆五点◆各类油气藏的开发特点四区液相区反常凝析区气液两相区气相区PCT线包围的阴影部分三线泡点线AC线，液相区与两相区的分界线露点线BC线，气相区与两相区的分界线等液相线虚线，线上的液量的含量相等AC线以上BC线右下方ACB线包围的区域五点泡点AC线上的点，也称饱和压力点露点BC线上的点临界点C点，泡点线与露点线的交点临界凝析压力点P点，两相共存的昀高压力点临界凝析温度点T点，两相共存的昀高温度点油藏气藏油气藏凝析气藏各类油气藏的开发特点1点－油藏液态压力下降泡点线(饱和压力)压力下降气液两相4点－凝析气藏气态压力下降气液两相压力下降气态2点－饱和油藏液态压力稍微下降气液两相3点－气藏气态压力下降气态第三节油气的溶解与分离一、天然气在原油中的溶解亨利定律：PRs⋅=α适用条件②单组分气体在液体中的溶解。α——溶解系数，其值反映了气体在液体中溶解能力的大小，标m3/MPa亨利定律的物理意义温度一定，气体在单位体积液体中的溶解量与压力成正比。①分子结构差异较大的气液体系。Rs——溶解度，压力为P时单位体积液体中溶解的气量,标m3/m3；40℃时不同气体在相对密度为0.873的石油中的溶解度(卡佳霍夫,1956)1—氮气2—甲烷3—天然气某天然气在不同原油中的溶解度曲线1─γo=0.7389；2─γo=0.80173─γo=0.8498；4─γo=0.9340天然气在原油中溶解度的典型曲线天然气在原油中溶解的影响因素：①天然气的溶解曲线不是线性的②天然气的组成③石油的组成随着温度的升高，天然气的溶解度下降天然气中重质组分愈多，相对密度愈大，其在原油中的溶解度也愈大相同的温度和压力下，同一种天然气在轻质油中的溶解度大于在重质油中的溶解度④温度⑤压力随着压力的升高，天然气的溶解度增大先溶解重烃，曲线较陡；再溶解轻烃，曲线较直，斜率小二、油气分离易溶解于石油的气体组分，不容易从石油中分离出来难溶解于石油的气体，容易从石油中分离出来分离方式接触分离(闪蒸脱气，一次脱气)微分分离（多级脱气）多级脱气矿场常用气多气少一次脱气示意图多级脱气示意图第四节地层油的高压物性地层油：高温高压，溶解有大量的天然气一、地层油的溶解气油比Rs1.定义①在油藏温度和压力下地层油中溶解的气量，标m3/m3。②单位体积地面油在油藏条件下所溶解的标准状况下的气体体积，标m3/m3。地层油的溶解气油比是用接触脱气的方法得到的。ogVVRs=2.影响因素①油气性质溶解气油比与压力的关系②压力油气密度差异越小，地层油的溶解气油比越大。③温度T↗，Rs↘二、地层油的密度和相对密度1.地层油的密度地层油的密度是指单位体积地层油的质量，kg/m3。oooVm=ρ一般，地层油的密度小于地面油的密度。2.地面油的相对密度20℃时的地面油密度与4℃时水密度之比。420wooρργ=三、地层油的体积系数又称原油地下体积系数，是指原油在地下体积(即地层油体积)与其在地面脱气后的体积之比。sfoVVB=一般地，Bo1。影响因素分析：轻烃组分所占比例↗，Bo↗①组成③油藏温度T↗，Bo↗④油藏压力P↗,Bo↘当PPb时，P↗,Bo↗当PPb时，当P=Pb时，Bo＝Bomax②溶解气油比Rs↗,Bo↗体积系数与压力的关系两相体积系数：油藏压力低于泡点压力时，在给定压力下地层油和其释放出气体的总体积(两相体积)与它在地面脱气后的体积(地面原油体积)之比。sfgftVVVB+=()gsssifgBVRRV−=因为：所以：()gssiotBRRBB−+=四、地层油的等温压缩系数在温度一定的条件下，单位体积地层油随压力变化的体积变化率，1/MPaPPVVPVPVbffbff−−=ΔΔ≈∂∂由于：booboboobobffbfoPPBBBPPBBBPPVVVC−−=−−−=−−−=111所以：TffoPVVC⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂−=1影响因素分析：轻烃组分所占比例↗，Co↗①组成③温度T↗，Co↗P↗,Co↘④压力②溶解气油比Rs↗,Co↗五、地层油的粘度根据牛顿内摩擦定律：yuxxy∂∂/τμ＝－影响因素分析：轻烃组分所占比例↗,μo↘①组成③温度T↗，μo↘④压力②溶解气油比Rs↗,μo↘μo～P、T关系某些油田原油物性参数油田名称油层温度(℃)油层压力(MPa)泡点压力(MPa)溶解气油比(m3/m3)体积系数收缩率(%)压缩系数(MPa-1)大庆油田某层457～126.4～11451.09～1.158.3～137.7×10-4华北油田某层90161371.108.510.4×10-4胜利油田某层65231927.51.09558.47.3×10-4中原油田某层1093724.6691.2117.418.3×10-4罗马什金(俄)40178.558.41.1714.511.4×10-4一、天然气的压缩因子方程理想气体的假设条件：1.气体分子无体积，是个质点；2.气体分子间无作用力；3.气体分子间是弹性碰撞；理想气体状态方程：nRTPV＝天然气处于高温、高压状态多组分混合物，不是理想气体第五节天然气的高压物性体积系数压缩系数粘度压缩因子压缩因子压缩因子：一定温度和压力条件下，一定质量气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。理想实际＝VVZPnRTV实际＝ZnRTPV=实际气体的状态方程：压缩因子Z可以由图版查得。Z1实际气体较理想气体易压缩Z1实际气体较理想气体难压缩Z＝1实际气体成为理想气体压缩因子Z的物理意义：实际气体与理想气体的差别。二、天然气的体积系数地面标准状态下单位体积天然气在地层条件下的体积。scggVVB=三、天然气的等温压缩系数在等温条件下单位体积气体随压力变化的体积变化率。TgPVVC⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂−=1ZnRTPV=2PZPZPnRTPV−∂∂=∂∂PZZpCg∂∂−=11四、天然气的粘度1.低压下大气压下天然气的粘度曲线①气体的粘度随温度的增加而增加；②气体的粘度随气体分子量的增大而减小；③低压范围内，气体的粘度几乎与压力无关。2.高压下①气体的粘度随压力的增加而增加；在高压下，气体密度变大，气体分子间的相互作用力起主要作用，气体层间产生单位速度梯度所需的层面剪切应力很大。②气体的粘度随温度的增加而减小；③气体的粘度随气体分子量的增加而增加。高压下，气体的粘度具有类似于液态粘度的特点。第六节地层水的高压物性地层水油层水(与油同层)和外部水(与油不同层)的总称油层水底水边水层间水束缚水外部水上层水下层水构造水地层水长期与岩石和地层油接触地层水中含有大量的无机盐一、地层水的矿化度1、地层水中的离子阳离子Na+1、K+1、Ca+2、