石油勘探与开发【教学材料】

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1、从寻找石油到利用石油，大致要经过四个主要环节，即寻找、开采、输送和加工，这四个环节一般又分别称为“石油勘探”、“油田开发”、“油气集输”和“石油炼制”。下面就这四个环节来追溯一下石油工业的发展历史。石油矿藏开采史话石油矿藏开采史话1专业课件“石油勘探”有许多方法，但地下是否有油，最终要靠钻井来证实。一个国家在钻井技术上的进步程度，往往反映了这个国家石油工业的发展状况，因此，有的国家竞相宣布本国钻了世界上第一口油井，以表示他们在石油工业发展上迈出了最早的一步。石油矿藏开采史话石油矿藏开采史话2专业课件“油田开发”指的是用钻井的办法证实了油气的分布范围，并且有井可以投入生产而形成一定生产规模。从这

2、个意义上说，1821年四川富顺县自流井气田的开发是世界上最早的天然气田。石油矿藏开采史话石油矿藏开采史话3专业课件“油气集输”技术也随着油气的开发应运而生，公元1875年左右，自流井气田采用当地盛产的竹子为原料，去节打通，外用麻布缠绕涂以桐油，连接成我们现在称呼的“输气管道”，总长二、三百里，在当时的自流井地区，绵延交织的管线翻越丘陵，穿过沟涧，形成输气网络，使天然气的应用从井的附近延伸到远距离的盐灶，推动了气田的开发，使当时的天然气达到年产7000多万立方米。石油矿藏开采史话石油矿藏开采史话4专业课件至于“石油炼制”，起始的年代还要更早一些，北魏时所著的水经注，成书年代大约是公元512518

3、年，书中介绍了从石油中提炼润滑油的情况。英国科学家约瑟在有关论文中指出：“在公元十世纪，中国就已经有石油而且大量使用。由此可见，在这以前中国人就对石油进行蒸馏加工了”。说明早在公元六世纪我国就萌发了石油炼制工艺。石油矿藏开采史话石油矿藏开采史话5专业课件石油勘探石油勘探石油勘探，就是考证地质历史，研究地质规律，寻找石油天然气田。主要要经过四大步骤，即:确定古代的湖泊和海洋(古盆地)的范围；然后从中查出可能生成石油的深凹陷来;第三步是在可能生油的凹陷周围寻找有利于油气聚集的地质圈闭;最后对评价最好的圈闭进行钻探，查证是否有石油或天然气，并搞清它有多少储量。6专业课件石油勘探石油勘探（一）确定古湖

4、泊古海洋的范围前面已经讲到了，石油是在古代的湖泊或海洋的沉积物中生成的，油田也是在这里形成的。因此，确定古湖古海(即古盆地)所在及其范围当属是首要的。7专业课件石油勘探石油勘探确定古湖古海的地质依据，主要是研究岩石和化石(古代保存在地层中的生物遗体或印模、痕迹等)。通过地质家们的研究，现在地球上的岩石种类极多，但最基本的可以分为三大类。8专业课件石油勘探石油勘探火成岩(亦叫岩浆岩)，由地球深部的岩浆喷发到浅处或地面后，凝固而成的。电视中曾多次报导过现代火山喷发的壮观场面，因此对这种岩石的来源与形成是好理解的。沉积岩，它就是确定古湖古海最主要的物质依据。也就是说，哪里有沉积岩，哪里就是古代湖泊或

5、海洋，这是毫无疑问的。变质岩，主要是各种岩石(包括火成岩、沉积岩)，在地壳的变迁过程中因经受高温高压而改变了原来的性质变成了既坚硬又致密的另一类岩石。9专业课件石油勘探石油勘探古湖泊和古海洋又怎样区别呢?这主要是通过化石来确定和区分的。因为湖泊与海洋的生物特征是大不一样的。另外，即使同样的沉积岩，湖泊和海洋岩石的物理化学性质也是不一样的。简单地说，是以当时水的咸淡来分的，淡水为湖，咸水为海。10专业课件石油勘探石油勘探古湖古海的保存状况对找油找气的影响十分重要，在后来的地质变迁中，或遭受过风化剥蚀，造成残缺不全；或遭到火成岩的侵入破坏；或经过严重的变质过程等等，这些情况也都要通过对岩石性质和地

6、层保存的完整程度等方面考证其发育过程。11专业课件石油勘探石油勘探（二）查明生油凹陷的位置不论是湖盆或者海盆，面积都很大，一般也有上万平方公里，大如新疆的塔里木盆地，竟超过50万平方公里。盆底的形态也是凹凸不平，很不规则的，有高低，有深浅，较低的部分称之为凹陷，高的部位称之为凸起或隆起，一般水中的生物遗体比较容易富集在盆底的低处，所以凹陷是被认为盆地中有利于生油的部位，当然也是较深的为好，故在明确了盆地范围以后的第二步就是查明深凹陷的位置，也就是找出能够生成较多油气的地方。12专业课件石油勘探石油勘探（三）寻找地质圈闭寻找地质圈闭是寻找油田的中心环节。任何一个找油部门对这一工作都是十分重视的。

7、地质圈闭有大有小，有深有浅，形态各异。例如大庆油田的大庆长垣，其圈闭面积达千余平方公里，是迄今为止我国找到的最大储油圈闭。当然也有小到不足一个平方公里的，有的单独的含油圈闭只有一口油井。地质圈闭有的可以部分地露出地面，甚至一座高山即为一个完整的地质圈闭；有的埋藏很深，地表完全看不出来。13专业课件石油勘探石油勘探现在我国有能力探测到的圈闭埋深，大约在五、六千米深左右，在这个深度以内，用人工地震的方法可以查得比较准确，钻井也能够得着。寻找圈闭自然也是一个由浅入深、由大到小的过程，对于深而小的圈闭，找到它当然是很困难的，它要求的技术精度、难度要比一般情况下高的多。14专业课件石油勘探石油勘探找到地

8、质圈闭以后，还要对圈闭进行是否具备储油条件的研究和评价工作。一般来说，在靠近生油凹陷的地质圈闭，有利于油气运移进去，成为有希望的油田，而对其他地方的圈闭，评价就要低一些。再则各个圈闭本身的保存是否完整，可储藏油量的大小等情况也需要进行研究和评价。15专业课件石油勘探石油勘探（四）钻探油气田对所找到的地质圈闭，里面是否储藏着石油或天然气，在没有对它进行钻井验证之前，一般是很难给以定论的。因此，对地质圈闭进行钻探，这是寻找油田的最后一个步骤，也是极其重要、极其关键的一个步骤。其重要性及关键性在于，这个步骤中所采取的一切技术和手段，它都关系到一个油田能否顺利诞生以及它的实际命运问题。16专业课件17

9、专业课件石油勘探石油勘探在油田发现史上有不少这样的情况：一个圈闭本来是充满了石油的，但因钻探技术及方法不当，而没有发现其中的油气，直到若干年后，人们再次认识，再次钻探时才证实是个油田；还有的在首次钻探中就发现了油层，但其中油气就是出不来或油气产量很低、结果评价为没有工业开采价值而弃置一旁，可是以后的重新钻探或经过一定的技术措施，又喷出了高产油气流。可见，钻探是发现油气田至关重要的一步，它与前面的工作关系，如同十月怀胎与一朝分娩那样，所以必须十分认真对待。18专业课件石油勘探石油勘探在盆地内或一个圈闭上第一口或第一批探井应该打在什么位置，这是要综合考虑多种资料以后才能确定的。其实，第一口井就找出

10、油田来的可能性是比较小的，如新疆克拉玛依因为旁边有黑油山可以看得见，它就是第一号探井生油的。至于我国东部在复盖区找油田，就不那么容易了，大庆油田的第一口出油井是松基3井，说明在此以前至少已有了两口空井；胜利油田的第一口出油探井是华8井，说明在此之前曾经至少打了7口干井；大港油田是在打了近20口探井以后才发现的；任丘油田的第一口出油井是任4井，在它以前，曾经有5口以上的井落了空。19专业课件石油勘探石油勘探当然，确定探井井位也不是无章可循、完全盲目的，简单而言，以找油为目的的探井(另有以探明地层为目的的井称之为基准井或参数井)总是尽可能定在圈闭的最高位置，其理由就是油和气总是浮在水的上面。这里的

11、所谓高是指含油层的“高”。地质结构十分复杂，因而“高”也不是绝对的高，形象地比喻：如果要钻探的圈闭象个反扣着的碗或盆，第一口探井就定在拱起的碗或盆底上;如果这个圈闭象一条竖放着的大鱼，第一口井位就定在其脊背的高处；如果圈闭象一块倾斜的板(克拉玛依),探井就定在它的上方。20专业课件石油勘探石油勘探也有极少的例外，比如一般人的头发都在头顶上最密，但秃顶者却在头部的周围才有头发，如果一定要在头顶去剪发，只会徒劳无益。新疆准噶尔盆地就有这样的实例，五十年代在其最高处打成了一口探井，一无所获，到了八十年代又在四周较低处打井，却出了油，用“秃顶”周围的头发来比喻，确有相似之处。也有确实在“盆底”找到油的

12、，犹如炒菜的锅里放点油，它不可能停在锅沿上，这是因为这里的地层里几乎没有水，石油不占密度差的优势浮起来，只好“沉底”了，这种实例很少，所以“高处找油”仍然是首先应当遵循的准则。21专业课件石油勘探石油勘探当一个地质圈闭经钻探后，有一口井获得了有工业开采价值的油气流，这就算是找到了一个油田。但是，还必须进一步把这个油田的具体范围和出油能力搞清楚。因此，在钻探过程中发现油气之后，就应立即查清油层的层数、深度、厚度，并要搞清油层的岩性和其他物理性质，还要对油层进行油气生产能力的测试和原油性质的分析。然后再进行扩大钻探，进一步探明圈闭含油气情况，算出地下的油气储藏量有多少。这样，对单独个油田来说，它的

13、初步勘探工作就算结束了。22专业课件石油勘探石油勘探最后这里还需加以说明的是，在实际寻找油田的工作中，这个步骤不可能绝然分开进行，而总是相互联系、交错进行的。找有利生油凹陷的过程中，往往也同时就找到了地质圈闭;在找地质圈闭过程中，也会发现新的沉积地层或新的生油凹陷;在钻探圈闭时，也会发现新的生油层和储集层，以致给人们增加许多新的认识。总的来说，寻找油田的过程，一方面是人们对地下情况不断积累资料、深化认识的过程，一方面又是找油技术不断进步的过程。23专业课件油油 田田 开开 发发-怎样经济有效地开发油田通过地质勘探，发现有工业价值的油田以后，就可以着手准备开发油田的工作了。任何一个矿藏的开发，都

14、要讲究其经济有效性。即要能够实现投入少(即少花钱)，产出多(即多采矿)，最终采收率高。作为对一个油田的开发来说，讲究其有效性的目标，就是尽可能地延长油田高产稳产期，使得油田最终能采出最多的原油，有一个高的最终采收率及好的经济效果，但是实现这个目标很不容易。24专业课件油油 田田 开开 发发由于各个油田的地质情况不同，天然能量的大小不同，以及原油的性质不同，因而对不同油田应采取什么样的开发方式?又怎样合理布置生产井的位置?油田的年产量多少为好?这些都是油田投入开发之前必须认真研究和确定的原则性问题。25专业课件油油 田田 开开 发发又由于油田埋藏地下，是个隐藏的实体，在开采过程中，其内部油、气、

15、水是不断流动着、变化着的，这种流变性是其他固体矿藏所不具有的特点。因此，要有效地开发油田，就得在开发过程中，不断调整各项措施，以适应变化的情况；同时，还要不断地改造油层，使它能朝着人们预定的、有利于开发的方向变化和发展。这是在油田开发过程中需要不断研究和解决的问题。26专业课件油油 田田 开开 发发还由于在油田开发过程中，始终需要有能适应地下情况变化的工程技术来实现有效的开发目标。即需要有先进的采油工艺技术；先进的监测与观察技术；先进的油层改造技术和先进的管理方式来保证开发工程的实施。27专业课件油油 田田 开开 发发总的来说，油田开发的过程是一个不断认识、不断调整的过程，需要人们具有先进的认

16、识方法和改造技术，才能实现对它有效开发。下面对油田开发的基本工作内容作一介绍。28专业课件油油 田田 开开 发发（一）搞清油藏类型、选择开发方式，是有效开发油田的前提条件油藏类型是决定油田开发方式的基础和依据，而开发方式不仅要适应油藏的不同特点，而且要随着开发进程的变化而变化的。因此，一个油田投入开发之前，必须认真对待这两个问题。29专业课件油油 田田 开开 发发这里需要简单交待一下，所谓油藏就是指可以值得作为单元开发对象的含油体，可以是一个油层，也可以是一组性质近似的几个油层。一个油藏可以是一个油田，而一个油田也可以包几个油藏。例如我国的任丘油田，其下面是碳酸盐岩油藏，上还有砂岩油藏，是一个

17、多油藏的油田。油田开发工程，一般是以油藏为单元来考虑的。因为有时同一个油田内的若干个油藏的地质条件、原油性质相差悬殊，既然是不同类型的油藏，就应该区别对待，对不同油藏应有不同的开采方式和开发井网。当然，如果几个埋藏深度相近地质条件相似的油藏，也可以采用相同的开采方式和井网一并进行，那自然是更好的，但事前必须按油藏为单元搞清地质情况。30专业课件油油 田田 开开 发发以含油体形态为主划分油藏类型，分为层状油藏和块状油藏。如以圈闭条件为基础划分，可分为构造油藏、地层油藏和岩性油藏。构造油藏的基本特点在于聚集油气的圈闭是由于构造运动使岩层发生变形和移位而形成的。它的类型也还可以细分，其中最主要的有背

18、斜油藏和断层油藏。地层油藏是指因为地层因素造成遮挡条件，在其中聚集油气而形成的油藏。在地层油藏类型中又有地层超覆油藏和地层不整合油藏的区别。岩性油藏主要是像由砂岩被泥岩所包围，而形成一个岩性尖灭圈闭和透镜体圈闭，在其中聚集油气而形成的油藏。31专业课件32专业课件33专业课件油油 田田 开开 发发（二）各式各样的油田开发方式及方法由于油藏的多样性，决定了油田开发方式的多样性。人们通过长期的实践和科学的探索，目前对油田实行有效开发的方式、方法是很多的。归纳起来大体有下列四个方面的开发方式:一是保持和改善油层驱油条件的开发方式;二是优化井网有效应用采油技术的开发方式；三是特殊油藏的特殊开发方式；四

19、是提高采收率的强化开发方式。34专业课件油油 田田 开开 发发利用天然油层能量的开发方式。油气要有一定的能量，驱使它从油层流到井，并上升到地面。这种能量在各个油藏中的存在条件是不一样的。一般来说，一个油气藏中，由于地层压力作用，油气和岩石都具有一定的弹性能量;油中含有较多的天然气，当压力下降到一定程度后，就会从油逸出，而产生气驱油的能量；还有油藏中的水(边水或底水)随着采油过程中会发生流动，产生水驱油的能量。这些在油藏中自然具备的能量，在油藏开发初期，都能很好地发挥作用，油田开发中都应该充分地加以利用。35专业课件油油 田田 开开 发发但是实践又告诉人们，一个油藏中这种天然能量是有限的，它能发

20、挥作用的时间是很短的，尤其是油中的溶解气，随油一起被采出以后，地下原油就会收缩，粘度增大，这样就会直接加大采油的难度，最终降低了原油的采收率。因此，现在油田开发中，对天然能量只利用弹性驱油能量，对溶解气驱能量是不加利用的，并要给以保护，使得天然气在油层条件下，不从油中分离出来。这样，就产生了保持或改善油层驱油条件的问题。36专业课件油油 田田 开开 发发保持和改善油层能量的开发方式。从油藏中采出了油和气，这就会使得地下发生亏空，从而降低地下原有的能量。为保持地下足够的驱油能量，势必就得向油藏中再注入相应体积的东西去弥补采出的亏空。现代油田开发中，一般采用注水或注气的办法来保持油层能量。因为水和

21、气比较容易注入油层，来源又比较丰富，一般都可以就地取得，自然也就比较经济，以水换油或以气换油，是很值得的。注气，一般就是用油藏中采出的天然气，通过专门的注气井再回注到油层的高部位中去。37专业课件油油 田田 开开 发发往地下注水又可分为：边部注永、底部注水和内部注水三种。边部注水和底部注水，即分别是从油藏的边水里和底水里注入，来弥补地下亏空，使注入水与原来的边水和底水一起来驱油到采油井里去；油田内部切割注水是因为边水(或底水)离采油井太远，在边部和底部里注入难以发挥作用的情况下，则就采取在油层内部注水，以水挤油，驱油向采油井流动。38专业课件油油 田田 开开 发发无论是注气或注水，都要根据不同

22、油藏的具体地质条件，以及实际的需要和可能来进行的，而且在油藏的什么部位注入，注入的水或气的具体要求及处理，以及注入技术工艺、注入量多大为适宜等等，都需要经过专门的研究和设计，并通过现场试验后，逐步实施完成的。39专业课件油油 田田 开开 发发自喷井采油开发方式。凡是油井能够自喷采油的油田(或油藏)，其油层压力比较大，驱油能量比较足，油层的渗透率比较高。这是油田开发中最为理想的一种开采方式。因为自喷采油易于管理，采油成本比较低。所以，这样的油田(或油藏)，更应该及时地实行注水，以保持油层内的足够驱油能量，便油井能延长自喷期。但是，一个油田的自喷期毕竟也是有限的。之后总是要转到用机械采油的方式来继

23、续开采。40专业课件油油 田田 开开 发发机械采油开发方式。这有两种情况，有的油藏能量低，渗透性差，油井开始即不能自喷；还有是自喷开采的油藏，在油井含水达到一定程度后就不再自喷了。在这两种情况下都只能用机械开采的方式来进行。机械采油方式的油藏同样需要给以补充能量。机械采油的方法和技术又有很多种，后面还要专门谈到。41专业课件油油 田田 开开 发发热力采油开发方式：这主要是针对稠油油藏(在油层温度条件下，地下原油粘度大于l00毫帕.秒)的开发而采用的一种方式。其基本原理主要是通过向油层注入热水或蒸汽提高油藏温度而降低原油的粘度，提高原油的流动度，然后把它开采出来。热力采油又可分为以下几种：42专

24、业课件43专业课件油油 田田 开开 发发蒸汽吞吐法。先向生产井内注入蒸汽半个月左右(每天注150立方米左右的水烧成的蒸汽)，然后关井几天，使注入的热量在井筒周围的油层中扩散，再开井生产。此为一个蒸汽吞吐周期，以此循环往复进行，但随着周期次数的增加，注汽量也应逐渐增加，而产油量下降，且周期也越来越短。44专业课件油油 田田 开开 发发蒸汽驱油法(含热水驱)。由注入井向油层内注入若干倍于油层孔隙体积的蒸汽(或热水)，使它逐渐向外扩散，蒸气随着压力和温度在地层中不断下降，也就凝成为热水。由蒸汽和热水驱动而达到顺利采油的目的。45专业课件油油 田田 开开 发发火烧油层。从注入井向油层连续注入助燃剂(空

25、气)，同时用井下点火器将油层点燃(加热到原油能自燃的温度)而发生燃烧，使附近的原油蒸发和焦化。轻质油蒸汽随燃烧前缘逐渐向外流动，直至生产井被采出。焦化的重烃则可继续燃烧提供热量。46专业课件油油 田田 开开 发发由于油层燃烧温度可达25050OC，使稠油、重质油可以降粘，且在油气热膨胀及轻油稀释汽的驱替作用下被开采出来。使用此法可达最高的采收率5080%。实施热采开发的油藏，除因其原油性质特殊所决定外，对其地质条件也有一定的要求，即油层厚度要大些，埋藏深度要浅些(1500米)，且孔隙度要大于25%，渗透率要达50x10-3微米平方。这样的油藏才能获得较好的热采效果和经济效益。47专业课件油油

26、田田 开开 发发热采仅是开发稠油油藏的一种方式，除此之外，还有降粘开采法、稠化水开采法等等，另外，特殊油藏还有其他类型的，例如凝析油藏，又应该以不同的开发方式来开采，这里不再列举。48专业课件油油 田田 开开 发发强化开发方式。这主要是当油田进入开发后期，为进一步提高油田采收率，针对不同情况所采取的各种开采方式。现在一般把强化开发方式列作为三次采油的开采方法，后面还要专门谈到这个问题。49专业课件油油 田田 开开 发发以上所述的开发方式种种，花样繁多，但是，一个油田的开发方式总是由具体的油藏条件决定的，并且是随着这个油藏的开发进程的需要而变化的，同时还随着科学技术发展而不断发展的。50专业课件油油 田田 开开 发发最后还要谈及的是天然气藏的地质类型，大体与油藏一样，同样需要补充能量来开发。但气的组份再有变化，也不致于会影响开采，因此，对天然气藏开采，既没有机械采气之谈，也没有热力采气之说，其开发方式相比油田(或油藏)来说，要简单的多。51专业课件52专业课件