石油工业与工程技术

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1、石油工业与石油工程石油工业与石油工程 于培志于培志一、石油工业简介一、石油工业简介二二、石油工程、石油工程介绍介绍第一节、石油的基本性质及其用途1983年第11届石油大会对石油定义为：石油Petroleum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：CrudeOil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：NaturalGas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，一常压条件下从原油中分离时又呈气态。 在工业上、日常应用中，通常“原油”与“石油”混用，并不加以区分。一、石油的基

2、本性质1 石油的化学组成碳含量84%87%硫、氮、氧微量元素11%14%氢含量11%14%2 原油的基本性质及分类原油的颜色有黑、褐、棕、绿、黄等，也有无色的。我国多为黑、褐红色、绿色。各地原油有自己独特的气味，当含硫化物和氮化物时，气味难闻。（1）颜色和气味（2）密度（3）粘度、凝点类别API度密度（g/cm3）类别API度密度（g/cm3）轻质原油340.855重质原油20100.9341.00中质原油34200.8550.934特重原油1.00原油名称大庆胜利孤岛辽河华北中原新疆密度/ （g/cm3）0.85540.90050.94950.92040.88370.84660.8538运动

3、粘度/ （g/cm3）20.1983.36333.710957.110.3218.8凝点/3028217363312含蜡量/%26.214.64.99.522.819.77.2残炭/%2.96.47.46.86.73.82.6硫含量/%0.10.82.090.240.310.520.05氮含量/%0.160.410.430.40.380.170.13 美国石油学会(简称 API)制订的用以表示石油及石油产品密度的一种量度。 API=(141.5/相对密度)-131.5（4）闪点、燃点、自燃点 原油和成品油受热蒸发后，蒸发出来的油气和空气接触后，遇上点火，会发生短促的闪光，这时的温度叫闪点。如继

4、续加热，点火后不但有闪光，而且油会烧着，这时的温度叫燃点。原油和成品油达到一定的高温时，虽不点火，也能自行燃烧，原油和成品油自燃的最低温度叫自燃点。（5）残炭 在规定的条件下，将石油加热至高温，使石油最终成为焦炭。此焦炭占试验用油的质量百分比，叫做石油的残炭值。（6）溶解性 石油不溶于水，能溶于有机溶剂。二、石油、天然气的用途（一）古代石油、天然气的用途l公元前480年，第三次希波战争中，石油做的火箭用来攻城，第一次石油用于战争。l公元前2500年，用曾浸透过防腐沥青和香料的布包裹“木乃伊”。l公元前1000年，有人在约旦河流域的上游开发沥青矿并延续至今。l公元600年，巴比伦人开始掌握用沥青

5、掺和沙石修筑道路，修建了人类历史上第一条用沥青铺造大的道路。l公元3292年，汉书地理志：“山郡高奴县，有洧水可然”。l公元10311095年，沈括在梦溪笔谈中对石油进行了描述。l公元前者770221年，春秋战国时期有许多火攻的战例。l公元前15181593年，李时珍在本草纲目中详细记述了石油的药用。（二）现代石油、天然气的用途l汽车、飞机、轮船、各种机器的动力燃料、交通等材料领域的基础原料。l基础化润滑剂和民建交通等材料领域的基础原料。 石油被誉为“工业的血液”，在国民经济及国防建设中占有重要地位。2009年，国内一次性能源消费结构中，煤炭占68.7%的比例，石油占18%，天然气占3.4%。

6、非化石能源，即可再生能源消费比重上升到9.9%。根据国务院去年年底提出的目标，到2020年可再能源占一次能源消费比重达到15%左右。 约34的石油资源集中于东半球，西半球占14；石油资源主要集中于北半球。 三、石油、天然气的分布排名地区1中东2欧洲及欧亚大陆3中南美4非洲5北美6亚太地区四、主要石油生产消费国家：（1）石油的生产与消费（2）中国石油分布油田产量涨幅大庆4000 下降0.5% 胜利 2791 增长0.6% 长庆 1572 增长14.1% 渤海 1350 增长22.7% 延长 1121 增长2.8% 新疆 1089 下降10.8% 辽河 1019 下降9.3% 塔河 660 增长1

7、0% 吉林 605 下降7.6% 塔里木 554 下降14.1% 2009年主要油田产量（万吨）上游中游下游油气勘探、开发油气的储存与运输炼油、化工第二节 石油工业发展历程一、什么是石油工业 石油工业分为上游、中游和下游，上下游产业链的关系非常的密切，具有非常鲜明的产业链结构和产业链信息传递效应。10大学科大学科油气地质勘探A应用地球物理B地球物理测井C钻井工程D油气田开发与开采E石油加工F海洋石油G油气集输与储运工程H石油钻采机械与设备I油田化学J专业设置专业设置资源勘查工程A勘察技术与工程B石油工程C油气储运工程D化学工程与工艺E应用化学F机械设计制造及其自动化G 在一个有油气前景的地区，

8、从普查勘探到发现油田，形成一定生产规模，一般需要9年左右。 石油工业涉及200多种专业学科。二、世界石油、天然气工业发展历程（一）德雷克井世界石油工业的开端 1859年8月27日，在美国宾夕法尼亚洲靠近梯土斯维尔城的石油溪旁，艾德温德雷克钻的一口找油井涌出了油流。美国和国际上把这件事看作近代石油工业的发端。 （二）世界石油工业的发展阶段1.第一阶段（1859-1920年）石油工业刚刚兴起，少数国家生产石油，起主导作用。其中：美国占64.3%；墨西哥占22.8%；前苏联占3.7%；亚洲、中东占6.1%；其他国家占3.1%。这个时期主要的石油产品是灯用煤油。石油工业在一些国家逐步形成完整的工业体系

9、，一批规模较大的石油公司已经形成，出现垄断。（美国新泽西标准石油公司、纽约标准石油公司、英荷壳牌集团和诺贝尔兄弟石油公司等）2.第二阶段（1920-1945年）汽车工业迅速发展，使石油工业进入“汽油时代”。世界石油生产的范围和规模迅速扩大。国际石油垄断的形成。3.第三阶段（1945-1973年）世界石油产量和探明可采储量高速增长。中东取代美国、前苏联，发展成为世界石油工业中心。非洲石油产量有了迅猛的发展。两次石油危机。4.第四阶段（1973年以后）世界石油工业的基本特点是在大动荡、大改组中继续波浪式发展。整个世界石油的储量和产量，20世纪70年代达到了高峰，更多的国家加入产油国的行列。（三）世

10、界天然气工业的发展历程美国开创了天然气工业天然气工业的发展取决于市场及管道业的发展。1930年，美国建成第一条跨州输气管道，开始了跨州贸易。世界天然气大发现、大增长的年代第二次世界大战后，开始了天然气储量、产量大增长的时期。三、中国石油工业发展历程1878年、苗栗1907年、延长1909年、独山子 1939年3月13日，在玉门钻开了K地层，发现了老君庙油田，当年产油418.85吨，1940年产油1346.7吨。1949年，探明储量1700多万吨，当年产量7万多吨。 由于延长和独山子两处生产规模较小，中国石油史学界认为，中国的石油工业应以1939年甘肃玉门油田的发现和开发作为开端。（一）恢复和发

11、展期（19501959年）以玉门油矿为重点，恢复老油田生产。以陕、甘地区为重点，开展石油勘探。积极恢复东北人造石油工业。积极培养人才，壮大职工队伍。1.三年恢复生产（19501952年）2.石油勘探的重大突破（19531959年）石油勘探第一次突破克拉玛依油田的发现石油勘探第二次突破大庆油田的发现（二）高速发展期（19601978年） 1959年组织了大庆石油会战，用3年时间探明和建成了一个大油田。1963年全国产油量648万吨，实现“石油基本自给”的历史转折点。 1964年勘探主力转移到渤海湾盆地，开展了华北石油会战。相继发现了胜利、大港、辽河及华北任丘油田等。 1973年1965年1978

12、年1131.5万吨5000万吨1.04亿吨1997年1.604亿吨（三）持续发展期（1978年以来）20世纪80年代以来，东部主力油田相继进入开采中后期，寻找稳定的油气资源战略接替区提上了油气勘探的日程。80年代后期，明确提出了“稳定东部、发展西部”的战略思想。在塔里木油田陆续发现了雅克拉油田、轮南油田、塔中和塔河油田；在鄂尔多斯盆地发现了安塞油田。天然气产量逐年增加，2005年产量493亿立方米，年均增加45亿立方米，随着天然气管网的完善，天然气在能源结构中比例也有大幅增加。目前，中国的海外石油业务已经初步形成了非洲、中亚、中东和亚太五大油气合作区。第三节 21世纪中国能源、环境与石油工业发

13、展一、中国能源发展基本原则（一）可持续发展原则指既满足代人的需求，又不损害后代人满足其需求的能力，是科学发展观的基本要求之一。 1972年 斯德哥尔摩举行的联合国人类环境研讨会上提出“可持续发展”的概念。1992年 联合国环境与发展大会通过里约宣言和世纪议程等文件，为人类社会制定可持续发展战略提供了依据。中国“以煤为主”的的能源供应路线和可持续发展的矛盾。（二）能源安全原则2006年石油对外依存度达47%2003年 中国开始建设四大战备石油储备基地发改委国家能源局石油储备中心石油储备基地对国家石油储备进行管理。负责国家石油战略储备基地的建设和管理，承担石油战略储备的收储、轮换和动用任务，监测国

14、内外石油市场的供求变化。镇海520，舟山500，黄岛320，大连300,已于2008年完成，可供35天。储备石油 中国石油战略储备现状中国石油战略储备现状2007年“石油储备中心”正式挂牌成立；2008年，组建国家能源局至此，中国形成了三级石油储备管理体系。 石油战略储备规模石油战略储备规模（三）符合国情原则从实际出发发达国家能源路线我国能源路线第一，中国能源资源分布不均，造成能源资源的长距离输送系统效率低下，不符合成本效益原则；第二，中国财力不允许像美国那样大量进口油气，其资源条件难以满足。二、石油、天然气开发过程中的环境影响（一）油气田开发建设对水环境的影响钻井队在井场铺设防污布1.钻井钻

15、井废水钻井泥浆污染地表水污染地表水2.油气开采 油气开采主要包括试采、采油、油气集输等，在这些生产过程中影响水环境的主要污染源有采油（气）废水和落地原油。2007年 智利石油管道破裂2005年 山东济南输油管道被挖穿 3.井下作业 井下作业的工序内容较多，主要有修井、压裂、酸化、热油清蜡、冲砂等几个工艺，每个工艺都有污染物排放，影响水环境的主要污染物是作业废水和落地原油。4.炼油化工 主要污染物为含油污水、含硫污水、含碱污水、含盐污水。循环系统污水等。5.油气田辅助生产部门 油田开发是多工种、多工序的联合性行为，除油气田开发建设生产外，还有矿建、运输、机电加工、自备电厂、三产等辅助性生产部门。

16、这些单位再生产建设中排放的废水也将对环境产生影响。一、简石油工业介一、简石油工业介二、石油工程介绍二、石油工程介绍石油工程专业石油工程专业石油工程专业石油工程专业油气井钻井工程油气井采油工程油气田开发工程石油的生产过程：勘探石油工程储运石油工程的基本内容第一节：油气井钻井工程、设设计井身轴线剖面计井身轴线剖面根据地质及油气层特点或生产上的需要，确定井口位根据地质及油气层特点或生产上的需要，确定井口位置及井底位置。置及井底位置。根据井位及生产要求设计确定井身轴线剖面。根据井位及生产要求设计确定井身轴线剖面。根据井眼轴线剖面的类型，所钻的井可根据井眼轴线剖面的类型，所钻的井可以分为：直井和定向井。

17、以分为：直井和定向井。定向井定向井直井直井普通定向井：一个井场内仅有1口最大井斜角小于60的定向井。斜直井：用斜直钻机或斜井架完成，自井口开始井眼轨道一直是一段斜井段的定向井。大斜度井：最大井斜角在6080范围内的定向井水平井：最大井斜角大于或等于86，并保持这种井斜角钻完一定长度段的井。长曲率半径：6/30m中曲率半径：620/30m水平井中短曲率半径：120/30m短曲率半径：110/m丛式井：在一个井场内有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其中可含1口直井。多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。定向井接单根、起下钻接单根、起下钻接单根、起下钻接单根、起下钻接单根：

18、接单根：向钻柱上连接一根钻杆，以便继续钻进，使井深不断加深起下钻：起下钻：起钻：为了更换钻头，将井内钻柱取出换下旧钻头。下钻：换上新钻头后，重新将钻柱下入井内。油气井钻井工程的主要技术、理论内容油气井钻井工程的主要技术、理论内容油气井钻井工程的主要技术、理论内容油气井钻井工程的主要技术、理论内容岩石与钻头井眼轨道设计与控制钻井液优选参数钻井油气井压力预测与控制固井与完井特殊复杂井钻井技术钻井技术理论主要内容：钻井技术理论主要内容：涉及到的相关基础学科和理论基础：涉及到的相关基础学科和理论基础：岩石力学与岩石破碎学杆管柱力学流体力学胶体化学水泥化学优化理论计算机技术采油是指油层的原油流到井底采到

19、地面所用的方法。第二节：采油工程油井生产过程：油井生产过程： 地下流体的渗流；地下流体的渗流； 垂直管流；垂直管流； 水平管流；水平管流； 对自喷井而言，还包括嘴对自喷井而言，还包括嘴流。流。主要包括主要包括主要包括主要包括l流入动态流入动态l举举升方法升方法（有杆泵，潜油电（有杆泵，潜油电泵泵）l油田注水油田注水l增产增注措施增产增注措施（压裂、酸化（压裂、酸化）l砂、蜡、水、稠（防砂、清砂、蜡、水、稠（防砂、清蜡、控水、稠油蜡、控水、稠油）注水注水 注注水水是是通通过过注注入入井井将将水水注注入入油油层层，保保持持油油层层压力，提高采油速度和采收率的一种措施。压力，提高采油速度和采收率的一

20、种措施。主要内容：主要内容： 水质；水质； 水处理措施；水处理措施； 分层注水工艺；分层注水工艺； 并对注聚合物工艺进行研究。并对注聚合物工艺进行研究。油水井增产增注措施油水井增产增注措施定义：当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时，定义：当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压力后，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压力后，即在地层中形成裂缝。随带有支撑剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸，即在地层中形成裂缝。随带有支撑剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸，这样，在地层中形

21、成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。增产原理：油气向井的径向流增产原理：油气向井的径向流从地层裂缝从裂缝井底由径向流变为两个单相流，节约了能耗。由径向流变为两个单相流，节约了能耗。连通地层深处连通地层深处解除近井地带污染解除近井地带污染作作用用水力压裂水力压裂酸酸 化化水力压裂水力压裂酸酸 化化酸化：是靠酸液的化学溶蚀作用以及向地层挤酸时的水力作用来提高地层酸化：是靠酸液的化学溶蚀作用以及向地层挤酸时的水力作用来提高地层渗透性能的工艺措施。渗透性能的工艺措施。酸化有两种基本类型：酸化有两种基本类型：1）常常规规酸酸化化（孔孔隙隙酸酸化

22、化）：注注酸酸压压力力低低于于地地层层破破裂裂压压力力的的酸酸化化，简简称称酸酸化化；酸液主要发挥其化学溶蚀作用，扩大与之接触岩石的孔、缝、洞；酸液主要发挥其化学溶蚀作用，扩大与之接触岩石的孔、缝、洞；2）酸酸化化压压裂裂：注注酸酸压压力力高高于于油油(气气)层层破破裂裂压压力力的的酸酸化化，简简称称酸酸压压；酸酸液液将将同同时时发发挥挥化化学学作作用用和和水水力力作作用用来来扩扩大大、延延伸伸、压压开开和和沟沟通通裂裂缝缝，形形成成延延伸伸远、流通能力高的油气渗流通道。远、流通能力高的油气渗流通道。 砂、蜡、水、稠（防砂、清蜡、控砂、蜡、水、稠（防砂、清蜡、控水、稠油水、稠油）节点分析节点分

23、析一、油藏工程的定义一、油藏工程的定义定义定义1:1:油藏工程是一门从总体上来认识和改造油气藏的技术学科。总体油藏工程是一门从总体上来认识和改造油气藏的技术学科。总体是指：一认识和分析组成油藏的各个部分的物理化学性质及其在油气藏是指：一认识和分析组成油藏的各个部分的物理化学性质及其在油气藏开采中的作用（静态认识）；二是在油气藏的开采过程中，油藏内部所开采中的作用（静态认识）；二是在油气藏的开采过程中，油藏内部所发生的物理化学变化、机制，及其对油气开采的影响（动态认识）。它发生的物理化学变化、机制，及其对油气开采的影响（动态认识）。它是一门高度综合的学科，其最终的目标是提高经济采收率。是一门高度

24、综合的学科，其最终的目标是提高经济采收率。定义定义2:2:应用地球物理、地质、油层物理、渗流力学及采油工程方面的方应用地球物理、地质、油层物理、渗流力学及采油工程方面的方法、成果、资料，对油藏的开发方案进行设计、调整、评价，以及应用法、成果、资料，对油藏的开发方案进行设计、调整、评价，以及应用有效的开采机理、驱替理论和工程方法来预测分析油藏的未来的开发动有效的开采机理、驱替理论和工程方法来预测分析油藏的未来的开发动态，并根据这种预测结果提出相应的技术措施，以便获得油藏最大的采态，并根据这种预测结果提出相应的技术措施，以便获得油藏最大的采收率。收率。即回答三个问题：油藏如何开发、动态如何变化、如

25、何开发的更好即回答三个问题：油藏如何开发、动态如何变化、如何开发的更好特点：对象不可见、涉及的学科多、不同的时期涉及的内容侧重点不同特点：对象不可见、涉及的学科多、不同的时期涉及的内容侧重点不同油藏工程油藏工程油藏工程油藏工程从生产上讲，是指为了最大限度提高油气开从生产上讲，是指为了最大限度提高油气开采速度和最终采收率，对油藏所采取的各项开采速度和最终采收率，对油藏所采取的各项开发设计和动态分析的总称。主要包括：油气田发设计和动态分析的总称。主要包括：油气田开发方案设计、油藏监测技术、油藏动态分析开发方案设计、油藏监测技术、油藏动态分析和开发调整设计。和开发调整设计。从学科上讲，是指研究合理开

26、发油气藏的各从学科上讲，是指研究合理开发油气藏的各项开发设计和动态分析原理和方法的一门学科。项开发设计和动态分析原理和方法的一门学科。油藏工程从不同角度出发，有不同的定义：油藏工程从不同角度出发，有不同的定义：三、油藏工程研究的内容三、油藏工程研究的内容 探井评价、油藏评价、开发设计探井评价、油藏评价、开发设计规划、油田投产、油田的一次二次开规划、油田投产、油田的一次二次开发、动态的分析、开发调整、提高采发、动态的分析、开发调整、提高采收率。收率。四、油藏工程的内容体系四、油藏工程的内容体系1 1、油田开发方案设计内容和方法、油田开发方案设计内容和方法 开发方式选择：驱动能量的利用与选择 开发

27、层系设计：同一井网下，不同油层的组合 开发井网设计：井网方式、井网密度 开发指标计算：在一定采油速度下，产量、注水、 含水变化，采出程度、采收率 开发调整设计：剩余油分布规律与特征、影响采收 率的因素，工艺措施、井网层系、开发方式调整等四、油藏工程的内容体系四、油藏工程的内容体系2 2、油藏动态监测原理与方法、油藏动态监测原理与方法 试井分析原理与方法：均质油藏、双重介质、 人工裂缝、水平井的试井 示踪剂分析原理与方法 开发测井3 3、油藏开发动态分析、油藏开发动态分析 物质平衡方法 经验方法：水驱特征曲线法、产量递减分析 油藏数值模拟 谢 谢！中国地质大学（北京）工程技术学院北京市海淀区学院路邮编：100083电话：010-82322628，13910297302E-mail：