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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(jiǎn)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(huì)對(duì)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(chǔ)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(chǔ)集層時(shí)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(shí)又呈氣態(tài)。 在工業(yè)上、日常應(yīng)用中，通常“原油”與“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(guó)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(shí)，氣味難聞。,（1）顏色和氣味,（2）密度,（3）粘度、凝點(diǎn),美國(guó)石油學(xué)會(huì)(簡(jiǎn)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(duì)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(huì)發(fā)生短促的閃光，這時(shí)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(huì)燒著，這時(shí)的溫度叫燃點(diǎn)。原油和成品

3、油達(dá)到一定的高溫時(shí)，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(zhēng)中，石油做的火箭用來攻城，第一次石油用于戰(zhàn)爭(zhēng)。 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(mèng)溪筆談中對(duì)石油進(jìn)行了描述。 公元前者770221年，春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期有許多火攻的戰(zhàn)例。 公元前15181593年，李時(shí)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(dòng)力燃料、交通等材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)原料。 基礎(chǔ)化潤(rùn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防建設(shè)中占有重要地位。2009年，國(guó)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(guó)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(guó)家：,（1）石油的生產(chǎn)與消費(fèi),（2）中國(guó)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(chǔ)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(gè)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(guó)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(guó)和國(guó)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(guó)家生產(chǎn)石油，起主導(dǎo)作用。其中：美國(guó)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(guó)家占3.1%。 這個(gè)時(shí)期主要的石油產(chǎn)品是燈用煤油。 石油工業(yè)在一些國(guó)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(guó)

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(shí)代”。 世界石油生產(chǎn)的范圍和規(guī)模迅速擴(kuò)大。 國(guó)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(chǔ)量高速增長(zhǎng)。 中東取代美國(guó)、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(dòng)蕩、大改組中繼續(xù)波浪式發(fā)展。 整個(gè)世界石油的儲(chǔ)量和產(chǎn)量，20世紀(jì)70年代達(dá)到了高峰，更多的國(guó)家加入產(chǎn)油國(guó)的行列。,（三）世界天然氣工業(yè)的發(fā)展歷程,

8、美國(guó)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(chǎng)及管道業(yè)的發(fā)展。 1930年，美國(guó)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(zhǎng)的年代 第二次世界大戰(zhàn)后，開始了天然氣儲(chǔ)量、產(chǎn)量大增長(zhǎng)的時(shí)期。,三、中國(guó)石油工業(yè)發(fā)展歷程,,,1878年、苗栗,1907年、延長(zhǎng),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(chǔ)量1700多萬噸，當(dāng)年產(chǎn)量7萬多噸。,由于延長(zhǎng)和獨(dú)山子兩處生產(chǎn)規(guī)模較小，中國(guó)石油史學(xué)界認(rèn)為，中國(guó)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(huì)戰(zhàn)，用3年時(shí)間探明和建成了一個(gè)大油田。1963年全國(guó)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(huì)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(guó)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(guó)能源、環(huán)境與石油工業(yè)發(fā)展,一、中國(guó)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(guó)人類環(huán)境研討會(huì)上提出“可持續(xù)發(fā)展”的概念。 1992年 聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)通過里約宣言和世紀(jì)議程等文件，為人類社會(huì)制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供了依據(jù)。 中國(guó)“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(chǔ)備）,2006年石油對(duì)外依存度達(dá)47%,2003年 中國(guó)開始建設(shè)四大戰(zhàn)

12、備石油儲(chǔ)備基地,,發(fā)改委國(guó)家能源局,石油儲(chǔ)備中心,石油儲(chǔ)備基地,,,對(duì)國(guó)家石油儲(chǔ)備進(jìn)行管理 。,負(fù)責(zé)國(guó)家石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地的建設(shè)和管理，承擔(dān)石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備的收儲(chǔ)、輪換和動(dòng)用任務(wù)，監(jiān)測(cè)國(guó)內(nèi)外石油市場(chǎng)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(chǔ)備石油,中國(guó)石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備現(xiàn)狀,2007年“石油儲(chǔ)備中心”正式掛牌成立； 2008年，組建國(guó)家能源局 至此，中國(guó)形成了三級(jí)石油儲(chǔ)備管理體系。,石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備規(guī)模,小,（三）符合國(guó)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(guó)家能源路線,我國(guó)能源路線,第一，中國(guó)能源資源分

13、布不均，造成能源資源的長(zhǎng)距離輸送系統(tǒng)效率低下，不符合成本效益原則； 第二，中國(guó)財(cái)力不允許像美國(guó)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(duì)水環(huán)境的影響,鉆井隊(duì)在井場(chǎng)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(gè)工藝，每個(gè)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(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。,一、簡(jiǎn)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(chǔ)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(gè)井場(chǎng)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(zhǎng)度段的井。 長(zhǎng)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(gè)井場(chǎng)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(gè)井口下

16、面有兩個(gè)或兩個(gè)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(cè)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(duì)自噴井而言，還包括嘴流。,主要包括,流入動(dòng)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(duì)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(shí)，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(zhǎng)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(shí)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(jiǎn)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(jiǎn)稱酸壓；酸液將同時(shí)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(shí)

19、和改造油氣藏的技術(shù)學(xué)科?？傮w是指：一認(rèn)識(shí)和分析組成油藏的各個(gè)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(shí)）；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(duì)油氣開采的影響（動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)）。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(duì)油藏的開發(fā)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)整、評(píng)價(jià)，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(cè)分析油藏的未來的開發(fā)動(dòng)態(tài)，并根據(jù)這種預(yù)測(cè)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(gè)問題：油藏如何開發(fā)、動(dòng)態(tài)如何變化、如何開發(fā)的更好 特點(diǎn)：對(duì)象不可

20、見、涉及的學(xué)科多、不同的時(shí)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(duì)油藏所采取的各項(xiàng)開發(fā)設(shè)計(jì)和動(dòng)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(cè)技術(shù)、油藏動(dòng)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(dòng)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(píng)價(jià)、油藏評(píng)價(jià)、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(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)井 3、油藏開發(fā)動(dòng)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?cái)?shù)值模擬,謝 謝！,中國(guó)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：,