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1、石油工業(yè)與石油工程,于培志,一、石油工業(yè)簡介 二、石油工程介紹,第一節(jié)、石油的基本性質(zhì)及其用途,1983年第11屆石油大會對石油定義為：石油Petroleum是自然界中存在于地下的以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)烴類化合物為主，并含有少量雜質(zhì)的復(fù)雜混合物。 原 油：Crude Oil是石油的基本類型，存在于地下儲集層內(nèi)，在常溫、常壓條件下呈液態(tài)。 天然氣：Natural Gas也是石油的主要類型，呈氣相，或處于地下儲集層時溶解在原油內(nèi)，當(dāng)采到地面，在常溫，一常壓條件下從原油中分離時又呈氣態(tài)。 在工業(yè)上、日常應(yīng)用中，通?！霸汀迸c“石油”混用，并不加以區(qū)分。,一、石油的基本性質(zhì),1 石油的化學(xué)組成,碳含量

2、 84%87%,硫、氮、氧 微量元素 11%14%,氫含量 11%14%,2 原油的基本性質(zhì)及分類,原油的顏色有黑、褐、棕、綠、黃等，也有無色的。我國多為黑、褐紅色、綠色。 各地原油有自己獨(dú)特的氣味，當(dāng)含硫化物和氮化物時，氣味難聞。,（1）顏色和氣味,（2）密度,（3）粘度、凝點(diǎn),美國石油學(xué)會(簡稱 API)制訂的用以表示石油及石油產(chǎn)品密度的一種量度。 API=(141.5/相對密度)-131.5,（4）閃點(diǎn)、燃點(diǎn)、自燃點(diǎn),原油和成品油受熱蒸發(fā)后，蒸發(fā)出來的油氣和空氣接觸后，遇上點(diǎn)火，會發(fā)生短促的閃光，這時的溫度叫閃點(diǎn)。如繼續(xù)加熱，點(diǎn)火后不但有閃光，而且油會燒著，這時的溫度叫燃點(diǎn)。原油和成品

3、油達(dá)到一定的高溫時，雖不點(diǎn)火，也能自行燃燒，原油和成品油自燃的最低溫度叫自燃點(diǎn)。,（5）殘?zhí)?在規(guī)定的條件下，將石油加熱至高溫，使石油最終成為焦炭。此焦炭占試驗(yàn)用油的質(zhì)量百分比，叫做石油的殘?zhí)恐怠?（6）溶解性,石油不溶于水，能溶于有機(jī)溶劑。,二、石油、天然氣的用途,（一）古代石油、天然氣的用途,公元前480年，第三次希波戰(zhàn)爭中，石油做的火箭用來攻城，第一次石油用于戰(zhàn)爭。 公元前2500年，用曾浸透過防腐瀝青和香料的布包裹“木乃伊”。 公元前1000年，有人在約旦河流域的上游開發(fā)瀝青礦并延續(xù)至今。 公元600年，巴比倫人開始掌握用瀝青摻和沙石修筑道路，修建了人類歷史上第一條用瀝青鋪造大的道路。

4、,公元3292年，漢書地理志：“山郡高奴縣，有洧水可然”。 公元10311095年，沈括在夢溪筆談中對石油進(jìn)行了描述。 公元前者770221年，春秋戰(zhàn)國時期有許多火攻的戰(zhàn)例。 公元前15181593年，李時珍在本草綱目中詳細(xì)記述了石油的藥用。,（二）現(xiàn)代石油、天然氣的用途,汽車、飛機(jī)、輪船、各種機(jī)器的動力燃料、交通等材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)原料。 基礎(chǔ)化潤滑劑和民建交通等材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)原料。,石油被譽(yù)為“工業(yè)的血液”，在國民經(jīng)濟(jì)及國防建設(shè)中占有重要地位。2009年，國內(nèi)一次性能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占68.7%的比例，石油占18%，天然氣占3.4%。非化石能源，即可再生能源消費(fèi)比重上升到9.9%。根據(jù)國務(wù)院

5、去年年底提出的目標(biāo)，到2020年可再能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到15%左右。,約34的石油資源集中于東半球，西半球占14；石油資源主要集中于北半球。,三、石油、天然氣的分布,四、主要石油生產(chǎn)消費(fèi)國家：,（1）石油的生產(chǎn)與消費(fèi),（2）中國石油分布,2009年主要油田產(chǎn)量（萬噸）,,,上 游,,,中 游,,,下 游,油氣勘探、開發(fā),油氣的儲存與運(yùn)輸,煉油、化工,第二節(jié) 石油工業(yè)發(fā)展歷程,一、什么是石油工業(yè),石油工業(yè)分為上游、中游和下游，上下游產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)系非常的密切，具有非常鮮明的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)鏈信息傳遞效應(yīng)。,,在一個有油氣前景的地區(qū)，從普查勘探到發(fā)現(xiàn)油田，形成一定生產(chǎn)規(guī)模，一般需要9年左右。,石

6、油工業(yè)涉及200多種專業(yè)學(xué)科。,二、世界石油、天然氣工業(yè)發(fā)展歷程,（一）德雷克井世界石油工業(yè)的開端,1859年8月27日，在美國賓夕法尼亞洲靠近梯土斯維爾城的石油溪旁，艾德溫德雷克鉆的一口找油井涌出了油流。美國和國際上把這件事看作近代石油工業(yè)的發(fā)端。,（二）世界石油工業(yè)的發(fā)展階段,1.第一階段（1859-1920年）,石油工業(yè)剛剛興起，少數(shù)國家生產(chǎn)石油，起主導(dǎo)作用。其中：美國占64.3%；墨西哥占22.8%；前蘇聯(lián)占3.7%；亞洲、中東占6.1%；其他國家占3.1%。 這個時期主要的石油產(chǎn)品是燈用煤油。 石油工業(yè)在一些國家逐步形成完整的工業(yè)體系，一批規(guī)模較大的石油公司已經(jīng)形成，出現(xiàn)壟斷。（美國

7、新澤西標(biāo)準(zhǔn)石油公司、紐約標(biāo)準(zhǔn)石油公司、英荷殼牌集團(tuán)和諾貝爾兄弟石油公司等）,2.第二階段（1920-1945年）,汽車工業(yè)迅速發(fā)展，使石油工業(yè)進(jìn)入“汽油時代”。 世界石油生產(chǎn)的范圍和規(guī)模迅速擴(kuò)大。 國際石油壟斷的形成。,3.第三階段（1945-1973年）,世界石油產(chǎn)量和探明可采儲量高速增長。 中東取代美國、前蘇聯(lián)，發(fā)展成為世界石油工業(yè)中心。 非洲石油產(chǎn)量有了迅猛的發(fā)展。 兩次石油危機(jī)。,4.第四階段（1973年以后）,世界石油工業(yè)的基本特點(diǎn)是在大動蕩、大改組中繼續(xù)波浪式發(fā)展。 整個世界石油的儲量和產(chǎn)量，20世紀(jì)70年代達(dá)到了高峰，更多的國家加入產(chǎn)油國的行列。,（三）世界天然氣工業(yè)的發(fā)展歷程,

8、美國開創(chuàng)了天然氣工業(yè) 天然氣工業(yè)的發(fā)展取決于市場及管道業(yè)的發(fā)展。 1930年，美國建成第一條跨州輸氣管道，開始了跨州貿(mào)易。 世界天然氣大發(fā)現(xiàn)、大增長的年代 第二次世界大戰(zhàn)后，開始了天然氣儲量、產(chǎn)量大增長的時期。,三、中國石油工業(yè)發(fā)展歷程,,,1878年、苗栗,1907年、延長,1909年、獨(dú)山子,1939年3月13日，在玉門鉆開了K地層，發(fā)現(xiàn)了老君廟油田，當(dāng)年產(chǎn)油418.85噸，1940年產(chǎn)油1346.7噸。1949年，探明儲量1700多萬噸，當(dāng)年產(chǎn)量7萬多噸。,由于延長和獨(dú)山子兩處生產(chǎn)規(guī)模較小，中國石油史學(xué)界認(rèn)為，中國的石油工業(yè)應(yīng)以1939年甘肅玉門油田的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)作為開端。,（一）恢復(fù)和發(fā)

9、展期（19501959年）,以玉門油礦為重點(diǎn)，恢復(fù)老油田生產(chǎn)。 以陜、甘地區(qū)為重點(diǎn)，開展石油勘探。 積極恢復(fù)東北人造石油工業(yè)。 積極培養(yǎng)人才，壯大職工隊(duì)伍。,1.三年恢復(fù)生產(chǎn)（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瑪依油田的發(fā)現(xiàn) 石油勘探第二次突破大慶油田的發(fā)現(xiàn),（二）高速發(fā)展期（19601978年）,1959年組織了大慶石油會戰(zhàn)，用3年時間探明和建成了一個大油田。1963年全國產(chǎn)油量648萬噸，實(shí)現(xiàn)“石油基本自給”的歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 1964年勘探主力轉(zhuǎn)移到渤海灣盆地，開展了華北石油會戰(zhàn)。相繼發(fā)現(xiàn)了勝利、大港、遼河及華北任丘油田等。,,,,

10、1973年,1965年,1978年,1131.5萬噸,5000萬噸,1.04億噸,,,,1997年,,1.604億噸,（三）持續(xù)發(fā)展期（1978年以來）,20世紀(jì)80年代以來，東部主力油田相繼進(jìn)入開采中后期，尋找穩(wěn)定的油氣資源戰(zhàn)略接替區(qū)提上了油氣勘探的日程。 80年代后期，明確提出了“穩(wěn)定東部、發(fā)展西部”的戰(zhàn)略思想。 在塔里木油田陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了雅克拉油田、輪南油田、塔中和塔河油田；在鄂爾多斯盆地發(fā)現(xiàn)了安塞油田。 天然氣產(chǎn)量逐年增加，2005年產(chǎn)量493億立方米，年均增加45億立方米，隨著天然氣管網(wǎng)的完善，天然氣在能源結(jié)構(gòu)中比例也有大幅增加。 目前，中國的海外石油業(yè)務(wù)已經(jīng)初步形成了非洲、中亞、中東和

11、亞太五大油氣合作區(qū)。,第三節(jié) 21世紀(jì)中國能源、環(huán)境與石油工業(yè)發(fā)展,一、中國能源發(fā)展基本原則,（一）可持續(xù)發(fā)展原則,指既滿足代人的需求，又不損害后代人滿足其需求的能力，是科學(xué)發(fā)展觀的基本要求之一。,1972年 斯德哥爾摩舉行的聯(lián)合國人類環(huán)境研討會上提出“可持續(xù)發(fā)展”的概念。 1992年 聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會通過里約宣言和世紀(jì)議程等文件，為人類社會制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供了依據(jù)。 中國“以煤為主”的的能源供應(yīng)路線和可持續(xù)發(fā)展的矛盾。,（二）能源安全原則,自給能力不足,新能源發(fā)展有限,能源需求提升,,能源安全保障程度 （石油戰(zhàn)備儲備）,2006年石油對外依存度達(dá)47%,2003年 中國開始建設(shè)四大戰(zhàn)

12、備石油儲備基地,,發(fā)改委國家能源局,石油儲備中心,石油儲備基地,,,對國家石油儲備進(jìn)行管理 。,負(fù)責(zé)國家石油戰(zhàn)略儲備基地的建設(shè)和管理，承擔(dān)石油戰(zhàn)略儲備的收儲、輪換和動用任務(wù)，監(jiān)測國內(nèi)外石油市場的供求變化。 鎮(zhèn)海520，舟山500，黃島320，大連300,已于2008年完成，可供35天。,儲備石油,中國石油戰(zhàn)略儲備現(xiàn)狀,2007年“石油儲備中心”正式掛牌成立； 2008年，組建國家能源局 至此，中國形成了三級石油儲備管理體系。,石油戰(zhàn)略儲備規(guī)模,小,（三）符合國情原則,可再生能源,（液體）油氣,（固體）煤炭,可再生能源,多元化,（固體）煤炭,,發(fā)達(dá)國家能源路線,我國能源路線,第一，中國能源資源分

13、布不均，造成能源資源的長距離輸送系統(tǒng)效率低下，不符合成本效益原則； 第二，中國財力不允許像美國那樣大量進(jìn)口油氣，其資源條件難以滿足。,二、石油、天然氣開發(fā)過程中的環(huán)境影響,（一）油氣田開發(fā)建設(shè)對水環(huán)境的影響,鉆井隊(duì)在井場鋪設(shè)防污布,1.鉆井,,,,2.油氣開采,油氣開采主要包括試采、采油、油氣集輸?shù)?，在這些生產(chǎn)過程中影響水環(huán)境的主要污染源有采油（氣）廢水和落地原油。,2007年 智利石油管道破裂,2005年 山東濟(jì)南輸油管道被挖穿,3.井下作業(yè),井下作業(yè)的工序內(nèi)容較多，主要有修井、壓裂、酸化、熱油清蠟、沖砂等幾個工藝，每個工藝都有污染物排放，影響水環(huán)境的主要污染物是作業(yè)廢水和落地原油。,4.煉

14、油化工,主要污染物為含油污水、含硫污水、含堿污水、含鹽污水。循環(huán)系統(tǒng)污水等。,5.油氣田輔助生產(chǎn)部門,油田開發(fā)是多工種、多工序的聯(lián)合性行為，除油氣田開發(fā)建設(shè)生產(chǎn)外，還有礦建、運(yùn)輸、機(jī)電加工、自備電廠、三產(chǎn)等輔助性生產(chǎn)部門。這些單位再生產(chǎn)建設(shè)中排放的廢水也將對環(huán)境產(chǎn)生影響。,一、簡石油工業(yè)介 二、石油工程介紹,石油工程專業(yè),油氣井鉆井工程 油氣井采油工程 油氣田開發(fā)工程,,石油的生產(chǎn)過程：,勘探,,石油工程,,儲運(yùn),石油工程的基本內(nèi)容,第一節(jié)：油氣井鉆井工程、設(shè)計(jì)井身軸線剖面,根據(jù)地質(zhì)及油氣層特點(diǎn)或生產(chǎn)上的需要，確定井口位置及井底位置。 根據(jù)井位及生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)確定井身軸線剖面。,根據(jù)井眼軸線剖面

15、的類型，所鉆的井可以分為：直井和定向井。,定向井,直井,,普通定向井：一個井場內(nèi)僅有1口最大井斜角小于60的定向井。 斜直井：用斜直鉆機(jī)或斜井架完成，自井口開始井眼軌道一直是一段斜井段的定向井。 大斜度井：最大井斜角在60 80范圍內(nèi)的定向井 水平井：最大井斜角大于或等于86 ，并保持這種井斜角鉆完一定長度段的井。 長曲率半徑：6 /30m 中曲率半徑：6 20 /30m 水平井 中短曲率半徑：1 20 /30m 短曲率半徑：1 10/m 叢式井：在一個井場內(nèi)有計(jì)劃地鉆出兩口或兩口以上的定向井組，其中可含1口直井。 多底井（分支井）：一個井口下

16、面有兩個或兩個以上井底的定向井。,,定向井,接單根、起下鉆,接單根： 向鉆柱上連接一根鉆桿，以便繼續(xù)鉆進(jìn)，使井深不斷加深,起下鉆： 起鉆： 為了更換鉆頭，將井內(nèi)鉆柱取出換下舊鉆頭。 下鉆： 換上新鉆頭后，重新將鉆柱下入井內(nèi)。,,油氣井鉆井工程的主要技術(shù)、理論內(nèi)容,巖石與鉆頭 井眼軌道設(shè)計(jì)與控制 鉆井液 優(yōu)選參數(shù)鉆井 油氣井壓力預(yù)測與控制 固井與完井 特殊復(fù)雜井鉆井技術(shù),鉆井技術(shù)理論主要內(nèi)容：,涉及到的相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科和理論基礎(chǔ)：,巖石力學(xué)與巖石破碎學(xué) 桿管柱力學(xué) 流體力學(xué) 膠體化學(xué) 水泥化學(xué) 優(yōu)化理論 計(jì)算機(jī)技術(shù),采油是指油層的原油流到井底采到地面所用的方法。,第二節(jié)：采油工程,油井生產(chǎn)過

17、程： 地下流體的滲流； 垂直管流； 水平管流； 對自噴井而言，還包括嘴流。,主要包括,流入動態(tài) 舉升方法（有桿泵，潛油電泵） 油田注水 增產(chǎn)增注措施（壓裂、酸化） 砂、蠟、水、稠（防砂、清蠟、控水、稠油）,注水,注水是通過注入井將水注入油層，保持油層壓力，提高采油速度和采收率的一種措施。 主要內(nèi)容： 水質(zhì)； 水處理措施； 分層注水工藝； 并對注聚合物工藝進(jìn)行研究。,,油水井增產(chǎn)增注措施,定義：當(dāng)?shù)孛娓邏罕媒M將液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井中時，在井底附近蹩起超過井壁附近地層的最小地應(yīng)力及巖石抗張強(qiáng)度的壓力后，即在地層中形成裂縫。隨帶有支撐劑的液體注入縫中，裂縫

18、逐漸向前延伸，這樣，在地層中形成了具有一定長度、寬度及高度的填砂裂縫。,,水力壓裂,酸 化,酸化：是靠酸液的化學(xué)溶蝕作用以及向地層擠酸時的水力作用來提高地層滲透性能的工藝措施。 酸化有兩種基本類型： 1）常規(guī)酸化（孔隙酸化）：注酸壓力低于地層破裂壓力的酸化，簡稱酸化；酸液主要發(fā)揮其化學(xué)溶蝕作用，擴(kuò)大與之接觸巖石的孔、縫、洞； 2）酸化壓裂：注酸壓力高于油(氣)層破裂壓力的酸化，簡稱酸壓；酸液將同時發(fā)揮化學(xué)作用和水力作用來擴(kuò)大、延伸、壓開和溝通裂縫，形成延伸遠(yuǎn)、流通能力高的油氣滲流通道。,砂、蠟、水、稠（防砂、清蠟、控水、稠油） 節(jié)點(diǎn)分析,一、油藏工程的定義,定義1:油藏工程是一門從總體上來認(rèn)識

19、和改造油氣藏的技術(shù)學(xué)科。總體是指：一認(rèn)識和分析組成油藏的各個部分的物理化學(xué)性質(zhì)及其在油氣藏開采中的作用（靜態(tài)認(rèn)識）；二是在油氣藏的開采過程中，油藏內(nèi)部所發(fā)生的物理化學(xué)變化、機(jī)制，及其對油氣開采的影響（動態(tài)認(rèn)識）。它是一門高度綜合的學(xué)科，其最終的目標(biāo)是提高經(jīng)濟(jì)采收率。 定義2:應(yīng)用地球物理、地質(zhì)、油層物理、滲流力學(xué)及采油工程方面的方法、成果、資料，對油藏的開發(fā)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)整、評價，以及應(yīng)用有效的開采機(jī)理、驅(qū)替理論和工程方法來預(yù)測分析油藏的未來的開發(fā)動態(tài)，并根據(jù)這種預(yù)測結(jié)果提出相應(yīng)的技術(shù)措施，以便獲得油藏最大的采收率。 即回答三個問題：油藏如何開發(fā)、動態(tài)如何變化、如何開發(fā)的更好 特點(diǎn)：對象不可

20、見、涉及的學(xué)科多、不同的時期涉及的內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)不同,油藏工程,從生產(chǎn)上講，是指為了最大限度提高油氣開采速度和最終采收率，對油藏所采取的各項(xiàng)開發(fā)設(shè)計(jì)和動態(tài)分析的總稱。主要包括：油氣田開發(fā)方案設(shè)計(jì)、油藏監(jiān)測技術(shù)、油藏動態(tài)分析和開發(fā)調(diào)整設(shè)計(jì)。 從學(xué)科上講，是指研究合理開發(fā)油氣藏的各項(xiàng)開發(fā)設(shè)計(jì)和動態(tài)分析原理和方法的一門學(xué)科。,油藏工程從不同角度出發(fā)，有不同的定義：,三、油藏工程研究的內(nèi)容,探井評價、油藏評價、開發(fā)設(shè)計(jì)規(guī)劃、油田投產(chǎn)、油田的一次二次開發(fā)、動態(tài)的分析、開發(fā)調(diào)整、提高采收率。,四、油藏工程的內(nèi)容體系,1、油田開發(fā)方案設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法 開發(fā)方式選擇：驅(qū)動能量的利用與選擇 開發(fā)層系設(shè)計(jì)：同一井網(wǎng)下，

21、不同油層的組合 開發(fā)井網(wǎng)設(shè)計(jì)：井網(wǎng)方式、井網(wǎng)密度 開發(fā)指標(biāo)計(jì)算：在一定采油速度下，產(chǎn)量、注水、 含水變化，采出程度、采收率 開發(fā)調(diào)整設(shè)計(jì)：剩余油分布規(guī)律與特征、影響采收 率的因素，工藝措施、井網(wǎng)層系、開發(fā)方式調(diào)整等,四、油藏工程的內(nèi)容體系,2、油藏動態(tài)監(jiān)測原理與方法 試井分析原理與方法：均質(zhì)油藏、雙重介質(zhì)、 人工裂縫、水平井的試井 示蹤劑分析原理與方法 開發(fā)測井 3、油藏開發(fā)動態(tài)分析 物質(zhì)平衡方法 經(jīng)驗(yàn)方法：水驅(qū)特征曲線法、產(chǎn)量遞減分析 油藏數(shù)值模擬,謝 謝！,中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院 北京市海淀區(qū)學(xué)院路 郵編：100083 電話：010-82322628，13910297302 E-mail：,