經(jīng)典石油工程課件 石油工程導(dǎo)論1

石油工程導(dǎo)論中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院目錄第一章緒論第二章油藏流體的物性第三章油藏巖石物性第四章油田開發(fā)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五章鉆井方法及工藝第六章鉆進(jìn)工藝技術(shù)第七章固井、完井和試油第八章采油工藝基礎(chǔ)第一章緒論一、石油的生成和儲(chǔ)藏1.石油的生成：石油是水生微生物的尸體在沉積巖石中經(jīng)地下高溫高壓的長(zhǎng)期環(huán)境生成的。2.石油的儲(chǔ)藏和油藏的形成：生油層、儲(chǔ)層、蓋層,形成儲(chǔ)油的油藏結(jié)構(gòu)。3.油藏的類型：構(gòu)造油藏（背斜構(gòu)造油藏）；斷層遮擋油藏；巖性尖滅油藏；透鏡體油藏；不整合封閉油藏；裂縫油藏。二、石油工業(yè)石油工業(yè)是高技術(shù)密集和資金密集的高投入高產(chǎn)出和高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)。石油工業(yè)大體包括：1、勘探：地質(zhì)、物探、鉆井、測(cè)井2、開發(fā)：鉆井、采油、油藏工程3、儲(chǔ)運(yùn)：集輸、儲(chǔ)藏、管道運(yùn)輸工程4、煉制加工和石油化工：分餾提煉、裂解、石油化工產(chǎn)品5、附屬工業(yè)等。三、石油工程：

石油工程在是勘探的基礎(chǔ)上進(jìn)行下列工作：1.油藏工程:詳探、試采、開發(fā)實(shí)驗(yàn)區(qū)確定2.編制開發(fā)方案3.鉆開發(fā)井網(wǎng)4.采油:自噴、抽油、注水5.油氣集輸6.油藏地下動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)調(diào)整7.開發(fā)方案修正調(diào)整8.增產(chǎn)措施的實(shí)施石油工程包括鉆井，采油和油藏工程。

第二章油藏流體的物性

第一節(jié)油氣的化學(xué)性質(zhì)

石油工程面對(duì)的是地層的油和氣，它們的性質(zhì)對(duì)生產(chǎn)必然有重要影響。一、油氣的化學(xué)組成石油和天然氣是以碳、氫為主的烴混合物，包括烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴碳原子在6以下是天然氣，以上是原油。例如：烷烴：正己烷C6H14；

環(huán)烷烴：環(huán)己烷C6H12；

芳香烴：苯C6H61、天然氣：碳原子在1～5的烷烴化合物。在常態(tài)下形成氣體?？扇?，易爆炸。天然氣可以是以下三種方式存在：油藏伴生氣（油成氣）：不單獨(dú)形成氣藏，混合或溶解在原油中。在開采中從油中析出。煤成氣：在生成原煤時(shí)產(chǎn)生的氣體?？尚纬晒I(yè)氣藏。生物氣（沼氣）：以甲烷為主，可形成工業(yè)氣藏。是重要的能源。2、原油：

碳原子在C6以上的烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴。是混合物其中溶解有天然氣等。按照應(yīng)用可分為：汽油：C6～C10

煤油：C11～C12

柴油：C13～C20

潤(rùn)滑油：C21～C40

殘?jiān)篊41以上。原油必須經(jīng)過提練才能工業(yè)應(yīng)用。二、地層水在油層的流體中，一般含有水。這些水有的是原生的，有的是在開采中從其它地層中運(yùn)移來(lái)得，也有的是從地面注入，用來(lái)增加產(chǎn)量的。地層水都是高礦化度水，含有很多鈣、鎂、鈉、鐵等正離子和氯根、硫酸根等。地層水有強(qiáng)腐蝕性，能結(jié)垢，堵塞油層孔道和采油管柱，腐蝕油井的各種管路。在油藏的開采中，一口油井的產(chǎn)油產(chǎn)氣量會(huì)逐漸減少，含水量會(huì)逐漸增加。第二節(jié)油氣的相態(tài)和高壓物性一、油氣的相態(tài)：物質(zhì)在一定條件下的狀態(tài)，指物質(zhì)是氣、液、固的具體形態(tài)。原油和天然氣在地下與在地面的相態(tài)不同1、氣態(tài)物質(zhì)：天然氣碳原子量<6。氣體在地面常態(tài)下是氣體，但是在地下會(huì)在原油中溶解，為液態(tài)。2、液態(tài)物質(zhì)：原油和水在地下和地面保持液態(tài)。3、固態(tài)和半固態(tài)

原油中的高凝點(diǎn)物質(zhì)在從地下向地面上升時(shí)會(huì)由液態(tài)變成固態(tài)，稱為結(jié)蠟。二、油氣的高壓物性1、氣體的高壓物性天然氣具有很高的可壓縮性。在地面有很大體積但是在地下的高壓下體積非常小。地下的天然氣能溶解在原油中，形成液態(tài)。到接近地面時(shí)溶解的天然氣又會(huì)析出，變成氣體。2、原油的溶解氣原油溶解天然氣，受壓力和溫度的影響。在高壓下天然氣的溶解度變大，但是溶解度有一定量。多余天然氣不能溶解，會(huì)以氣態(tài)存在。三、原油的粘度

粘度是流體內(nèi)摩擦力的表現(xiàn)。原油的粘度一般比水大。油的粘度主要取決于碳原子的含量。碳原子多，油的粘度大。粘度也取決于溫度。溫度高，粘度小。粘度大的流體流動(dòng)困難。按油的粘度可分為：稀油：粘度<50mPa·S

普通稠油：粘度<10000mPa·S

超稠油：粘度>10000mPa·S第三節(jié)油氣性質(zhì)對(duì)開采的影響一、天然氣對(duì)生產(chǎn)的影響天然氣在地下被壓縮或溶解在油中。開采中壓力變化引起氣體從油中析出并膨脹。氣體膨脹會(huì)引起井筒液體的外溢，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起井噴事故。在開采時(shí)，大量氣體早期被采出，造成井下油層壓力降低，產(chǎn)量下降。天然氣的大量溢出有可能引起燃燒爆炸。在開采中應(yīng)當(dāng)盡量保持氣體。二、原油性質(zhì)對(duì)生產(chǎn)的影響1、原油粘度的影響原油粘度高，流動(dòng)困難，油井產(chǎn)量低；粘度低，產(chǎn)量高。粘度高，油流對(duì)巖石砂粒產(chǎn)生的作用力大，容易引起巖石的破壞，造成油井的出砂。原油粘度高，凝固點(diǎn)也高，在開采中溫度降低，容易引起在井筒中的凝固，形成結(jié)蠟堵塞井筒影響產(chǎn)量。2、要提高高粘度原油的產(chǎn)量，應(yīng)該在井下將原油加熱，注熱蒸汽。對(duì)井筒的套管、水泥封固層、油管都有很高要求。3、地層水的影響地層水都是高礦化度水，容易產(chǎn)生結(jié)垢，堵塞巖石孔隙或管路，影響產(chǎn)量。地層水會(huì)對(duì)套管和油管產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。在開采中油井的天然氣和原油產(chǎn)量會(huì)逐漸降低，地層水會(huì)逐漸增多。地層水可能是油層底部的水的上升，也可能是在開采中為提高產(chǎn)量注入的水。水的增加引起巖石被水浸泡，強(qiáng)度降低，引起出砂。在生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)盡量避免含水的增加，延長(zhǎng)油井產(chǎn)油產(chǎn)氣量。第三章油藏巖石物性第一節(jié)巖石孔隙度和滲透性油層巖石主要是沉積巖石，以孔隙性砂巖為主，也有石灰?guī)r和泥頁(yè)巖等。一、油藏巖石的孔隙度1、砂巖的粒度組成和孔隙的形成：孔隙形成是砂巖砂?；ハ嘟佑|留下的孔隙，沒有被固體物質(zhì)填充留下的空間。孔隙的大小與砂粒大小有關(guān)，與砂粒大小分布有關(guān)，與巖石的壓緊程度有關(guān)。砂粒細(xì)小，孔隙??；砂粒粗細(xì)分布廣，孔隙?。怀涮钗锷?，孔隙大。2、巖石的孔隙度：孔隙體積與外形體積之比φ％。

3、巖石孔隙度的意義及孔隙度的范圍油藏流體儲(chǔ)藏在巖石孔隙內(nèi)。巖石孔隙豐富，能夠儲(chǔ)藏的流體多。如果能儲(chǔ)藏油和氣，則油藏的儲(chǔ)量就豐富。巖石的孔隙度有高低之分。高孔隙度巖石：φ在20~30％；

中等孔隙度巖石：φ在10~20％；

低孔隙度巖石：φ小于10％。二、流體飽和度巖石孔隙內(nèi)儲(chǔ)藏的流體有原油、天然氣和地層水?？紫秲?nèi)各種流體的比例稱為流體飽和度。原油飽和度：天然氣飽和度：水飽和度：孔隙內(nèi)：油飽和度+氣飽和度+水飽和度=100％。了解油藏巖石的厚度，巖石孔隙度和流體飽和度，就可以計(jì)算出該層的油氣含量。三、巖石的滲透性1、巖石的滲透率K：

在一定壓差下，流體在巖石孔隙中的流通能力。滲透性的單位是。

巖石的孔隙可以互相連通，流過流體，稱為滲透。

2、影響巖石滲透率的因素：主要與巖石孔隙度有關(guān)?？紫抖龋嚎紫抖却螅瑤r石滲透性高?？紫吨睆剑ê淼乐睆剑嚎紫兜倪B通情況：3、巖石滲透率的各向異性巖石在垂直方向，在水平的兩個(gè)方向上滲透性存在差異。原因是沉積過程中各方向的受力不同，壓縮程度不同，引起孔隙尺寸不同。因而在不同方向上的深透率各不相同稱為滲透性的各向異性。在各向異性的油層生產(chǎn)中，從不同方向開采，油氣流的采出速度是不同的。4、巖石滲透性的測(cè)量巖石孔隙內(nèi)流體通過互相聯(lián)通的孔隙之間的通道（喉道）流動(dòng)。流通能力就是巖石的滲透性能，稱為巖石滲透率。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量中用氣體流過巖石時(shí)測(cè)量氣體的流量和壓差的關(guān)系，求得滲透率。。粘度1mPa·S的流體，在0.1MPa壓差下，流過截面為1cm2、長(zhǎng)度1cm的巖心，流量為1cm3/s時(shí)，滲透率為1。滲透性僅僅與巖石性質(zhì)有關(guān)，與流體性質(zhì)無(wú)關(guān)。這稱為絕對(duì)滲透率。實(shí)際中，孔隙內(nèi)三種流體的滲透率不同，分別為各種流體的滲透率。四、巖石孔隙度和滲透率對(duì)生產(chǎn)的影響巖石孔隙度高，滲透性高，流體容易流出，油井產(chǎn)量高。但是高孔隙度巖石的強(qiáng)度低，容易破碎，在開采中會(huì)形成出砂，破壞油井生產(chǎn)。高孔隙油層應(yīng)當(dāng)考慮在較高產(chǎn)量下盡量降低大流量油氣流的流動(dòng)阻力。例如采取大直徑的生產(chǎn)套管。同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮一旦出砂應(yīng)能采取防砂措施。低孔隙低滲透巖石，流體滲出困難，油井產(chǎn)量低。要提高油井產(chǎn)量，需要進(jìn)行壓裂等增產(chǎn)措施。由于孔隙數(shù)量少，巖石強(qiáng)度高，壓裂壓力很高，油井應(yīng)當(dāng)能夠承受極高的壓裂壓力。第三節(jié)巖石潤(rùn)濕性和強(qiáng)度一、巖石的潤(rùn)濕性1、潤(rùn)濕性液體在固體表面的流散形狀是液體對(duì)固體表面潤(rùn)濕性的表現(xiàn)。有薄膜狀、液珠狀、饅頭狀等。水在玻璃表面流散形成薄膜。水銀在玻璃表面不流散，呈近似圓球的液珠。能分散的稱為潤(rùn)濕或侵潤(rùn)，不分散的稱為不潤(rùn)濕或不侵潤(rùn)。2、油藏巖石的潤(rùn)濕性油藏巖石大都是沉積巖石，是在水相環(huán)境生成的，大都是與水侵潤(rùn)的，是親水的，或者說與水是有強(qiáng)親和性的。油藏巖石孔隙中充滿原油?？紫侗砻鎺r石接觸油，與原油親和。在開采中，原油減少，水上升，占據(jù)原來(lái)原油的孔隙空間。巖石的潤(rùn)濕性會(huì)發(fā)生變化。3、巖石潤(rùn)濕性變化和對(duì)生產(chǎn)的影響含水的增加，使巖石表面接觸水。沉積巖石有親水性，水吸附在巖石上，使巖石性質(zhì)化。

產(chǎn)生水鎖，堵塞喉道，影響出油。

小水滴堵在孔隙的喉道中間，由于巖石基體與水的親和力強(qiáng)，巖石很容易吸附水滴，形成“水鎖”。

引起粘土吸水膨脹，堵塞喉道。

降低巖石強(qiáng)度引起油井出砂。引起潤(rùn)濕性變化的主要原因是巖石中水的增加。水的增加原因是低水的上升和注水。二、巖石強(qiáng)度和對(duì)生產(chǎn)的影響1、巖石強(qiáng)度

巖石強(qiáng)度的特點(diǎn)是抗壓不抗拉。巖石有很高的抗壓強(qiáng)度，但是抗拉強(qiáng)度很低。井壁巖石要承受井筒液柱壓力和地層壓力。在一定條件下會(huì)巖石，造成井壁的坍塌或引起出砂。巖石性質(zhì)對(duì)強(qiáng)度有較大影響?；◢弾r的強(qiáng)度最高，石灰?guī)r的強(qiáng)度較高，泥巖、砂巖的強(qiáng)度較低。巖石孔隙度對(duì)強(qiáng)度有影響?？紫抖刃〉膸r石比較致密，強(qiáng)度高；孔隙度大的砂巖，強(qiáng)度低，容易造成出砂。一般，巖石密度大，強(qiáng)度就高。2、巖石強(qiáng)度對(duì)井筒穩(wěn)定性的影響巖石強(qiáng)度大，井筒的井壁巖石穩(wěn)定，不容易變形，井筒穩(wěn)定。油藏巖石如果強(qiáng)度大，則不容易破碎。在鉆井中，鉆遇低強(qiáng)度巖石，鉆進(jìn)速度高，但是形成的井筒不穩(wěn)定，容易垮塌，造成鉆井事故。鉆到強(qiáng)度很低的巖石，為了穩(wěn)定井壁，應(yīng)當(dāng)下技術(shù)套管進(jìn)行封固，以保證繼續(xù)鉆井。強(qiáng)度較低的巖石，被鉆井，液浸泡后強(qiáng)度會(huì)進(jìn)一步降低。3、巖石強(qiáng)度對(duì)采油的影響高強(qiáng)度的致密砂巖，滲透性差，產(chǎn)量低，需要高壓壓裂增產(chǎn)。井筒質(zhì)量要求高。高孔高滲產(chǎn)層強(qiáng)度低，需要防砂。第四章油田開發(fā)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第一節(jié)準(zhǔn)備階段

經(jīng)過勘探證實(shí)的油田進(jìn)入開發(fā)階段，要進(jìn)行規(guī)劃。油田開發(fā)的規(guī)劃是油藏開發(fā)設(shè)計(jì)。一、詳探1、任務(wù)地質(zhì)研究：儲(chǔ)層、蓋層、夾層儲(chǔ)層研究：構(gòu)造、連通、面積油氣水分布研究：巖石和流體性質(zhì)分區(qū)儲(chǔ)量計(jì)算：驅(qū)動(dòng)形式研究：油田邊界、驅(qū)動(dòng)方式生產(chǎn)能力研究：產(chǎn)量、注采能力2方法地震細(xì)測(cè)：加密測(cè)線