经典石油工程课件 石油工程导论1

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2 、 岩石强度对井筒稳定性的影响 岩石强度大,井筒的井壁岩石稳定,不容易变形, 井筒稳定。油藏岩石如果强度大,则不容易破碎。 在钻井中,钻遇低强度岩石,钻进速度高,但是形 成的井筒不稳定,容易垮塌,造成钻井事故。钻到强度 很低的岩石,为了稳定井壁,应当下技术套管进行封固, 以保证继续钻井。 强度较低的岩石,被钻井,液浸泡后强度会进一步 降低。 3 、岩石强度对采油的影响 高强度的致密砂岩,渗透性差,产量低,需要高压 压裂增产。井筒质量要求高。 高孔高渗产层强度低,需要防砂。
三、原油的粘度 粘度是流体内摩擦力的表现。原油的粘度一般比 水大。 油的粘度主要取决于碳原子的含量。碳原子多, 油的粘度大。粘度也取决于温度。温度高,粘度小。 粘度大的流体流动困难。 按油的粘度可分为: 稀油:粘度< 50mPa· S 普通稠油:粘度< 10000mPa· S 超稠油:粘度>10000 mPa· S
2、原油: 碳原子在C6以上的烷烃、环烷烃和芳香烃。是 混合物其中溶解有天然气等。 按照应用可分为: 汽油:C6~C10 煤油:C11~C12 柴油:C13~C20 润滑油:C21~C40 残渣: C41以上。 原油必须经过提练才能工业应用。
二、地层水 在油层的流体中,一般含有水。这些水有的是 原生的,有的是在开采中从其它地层中运移来得, 也有的是从地面注入,用来增加产量的。 地层水都是高矿化度水,含有很多钙、镁、钠、 铁等正离子和氯根、 硫酸根等。地层水有强腐蚀性, 能结垢,堵塞油层孔道和采油管柱,腐蚀油井的各 种管路。 在油藏的开采中,一口油井的产油产气量会逐 渐减少,含水量会逐渐增加。
石油工程导论
中国石油大学(华东) 石油工程学院
目 录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 绪论 油藏流体的物性 油藏岩石物性 油田开发设计基础 钻井方法及工艺 钻进工艺技术 固井、完井和试油 采油工艺基础
第一章 绪论
一、石油的生成和储藏
1. 石油的生成:石油是水生微生物的尸体在沉 积岩石中经地下高温高压的长期环境生成的。 2. 石油的储藏和油藏的形成:生油层、储层、 盖层,形成储油的油藏结构。 3. 油藏的类型:构造油藏(背斜构造油藏); 断层遮挡油藏;岩性尖灭油藏;透镜体油藏;不 整合封闭油藏;裂缝油藏。
第二节
油气的相态和高压物性
一、油气的相态: 物质在一定条件下的状态,指物质是气、液、固的 具体形态。 原油和天然气在地下与在地面的相态不同 1、气态物质: 天然气碳原子量<6。气体在地面常态下是气体,但 是在地下会在原油中溶解,为液态。 2、液态物质: 原油和水在地下和地面保持液态。 3 、固态和半固态 原油中的高凝点物质在从地下向地面上升时会由液 态变成固态,称为结蜡。
第三节 岩石润湿性和强度
一、岩石的润湿性 1 、润湿性 液体在固体表面的流散形状是液体对固体表面润湿 性的表现。有薄膜状、液珠状、馒头状等。 水在玻璃表面流散形成薄膜。水银在玻璃表面不 流散,呈近似圆球的液珠。
能分散的称为润湿或侵润,不分散的称为不润湿或不 侵润。 2 、油藏岩石的润湿性 油藏岩石大都是沉积岩石,是在水相环境生成的,大 都是与水侵润的,是亲水的,或者说与水是有强亲和性的。 油藏岩石孔隙中充满原油。孔隙表面岩石接触油,与 原油亲和。 在开采中,原油减少,水上升,占据原来原油的孔隙 空间。岩石的润湿性会发生变化。 3 、岩石润湿性变化和对生产的影响 含水的增加,使岩石表面接触水。沉积岩石有亲水性, 水吸附在岩石上,使岩石性质化。
孔隙内:油饱和度+气饱和度+水饱和度=100%。 了解油藏岩石的厚度,岩石孔隙度和流体饱和度,就 可以计算出该层的油气含量。 三、岩石的渗透性 1 、岩石的渗透率K: 在一定压差下,流体在岩石孔隙中的流通能力。渗透 性的单位是 m 2。 岩石的孔隙可以互相连通,流过流体,称为渗透。 2 、影响岩石渗透率的因素: 主要与岩石孔隙度有关。 孔隙度:孔隙度大,岩石渗透性高。 孔隙直径(喉道直径): 孔隙的连通情况:
二、油气的高压物性 1 、气体的高压物性 天然气具有很高的可压缩性。在地面有很大体积 但是在地下的高压下体积非常小。 地下的天然气能溶解在原油中,形成液态。到接 近地面时溶解的天然气又会析出,变成气体。 2、原油的溶解气 原油溶解天然气,受压力和温度的影响。 在高压下天然气的溶解度变大,但是溶解度有一 定量。多余天然气不能溶解,会以气态存在。
第三节 油气性质对开采的影响
一、天然气对生产的影响 天然气在地下被压缩或溶解在油中。开采中 压力变化引起气体从油中析出并膨胀。 气体膨胀会引起井筒液体的外溢,严重时会 引起井喷事故。 在开采时,大量气体早期被采出,造成井下 油层压力降低,产量下降。 天然气的大量溢出有可能引起燃烧爆炸。 在开采中应当尽量保持气体。
3 、 岩石渗透率的各向异性 岩石在垂直方向,在水平的两个方向上渗透性存在 差异。原因是沉积过程中各方向的受力不同,压缩程度 不同,引起孔隙尺寸不同。因而在 不同方向上的深透率 各不相同称为渗透性的各向异性。 在各向异性的油层生产中,从不同方向开采,油气 流的采出速度是不同的。 4 、岩石渗透性的测量 岩石孔隙内流体通过互相联通的孔隙之间的通道 (喉道)流动。流通能力就是岩石的渗透性能,称为岩 石渗透率。 在实验室测量中用气体流过岩石时测量气体的流量 和压差的关系,求得渗透率。。
石油工程在是勘探的基础上进行下列工作: 1.油藏工程:详探、试采、开发实验区确定 2.编制开发方案 3.钻开发井网 4.采油:自喷、抽油、注水 5.油气集输 6.油藏地下动态监测调整 7.开发方案修正调整 8.增产措施的实施 石油工程包括钻井,采油和油藏工程。
第二章
第一节
油藏流体的物性
油气的化学性质
二、石油工业
石油工业是高技术密集和资金密集的高投入高产 出和高风险的行业。 石油工业大体包括: 1、勘探: 地质、物探、钻井、测井 2、开发: 钻井、采油、油藏工程 3、储运: 集输、储藏、管道运输工程 4、炼制加工和石油化工: 分馏提炼、裂解、石油 化工产品 5、附属工业等。
三、石油工程:
第二节
油藏驱动方式及特点
一、弹性驱动: 流体和岩石压缩变形能量的释放 二、溶解气驱: 压力降低,溶解的气体析出 三、水压驱动: 刚性水驱:注水开发 弹性水驱:水的压力释放 四、气压驱动: 刚性(注气开发)、 气体压力弹性驱动 五、重力驱动:自重 六、驱动方式的改变 随生产时间的变化而改变
第三节 开发层系划分、开发方案编制和调整
第三章 油藏岩石物性
第一节 岩石孔隙度和渗透性
油层岩石主要是沉积岩石,以孔隙性砂岩为主,也 有石灰岩和泥页岩等。 一、油藏岩石的孔隙度 1、 砂岩的粒度组成和孔隙的形成: 孔隙形成是砂岩砂粒互相接触留下的孔隙,没有被 固体物质填充留下的空间。 孔隙的大小与砂粒大小有关,与砂粒大小分布有关, 与岩石的压紧程度有关。
第四章 油田开发设计基础
第一节 准备阶段
经过勘探证实的油田进入开发阶段,要进行规划。 油田开发的规划是油藏开发设计。 一、详探 1 、 任务 地质研究:储层、盖层、夹层 储层研究:构造、连通、面积 油气水分布研究:岩石和流体性质 分区储量计算: 驱动形式研究:油田边界、驱动方式 生产能力研究:产量、注采能力
产生水锁,堵塞喉道,影响出油。
小水滴堵在孔隙的喉道中间,由于岩石基体与水的 亲和力强,岩石很容易吸附水滴,形成“水锁”。
引起粘土吸水膨胀,堵塞喉道。
降低岩石强度引起油井出砂。
引起润湿性变化的主要原因是岩石中水的增加。水的 增加原因是低水的上升和注水。 二、岩石强度和对生产的影响 1 、岩石强度 岩石强度的特点是抗压不抗拉。岩石有很高的抗压强 度,但是抗拉强度很低。 井壁岩石要承受井筒液柱压力和地层压力。在一定条 件下会岩石, 造成井壁的坍塌或引起出砂。 岩石性质对强度有较大影响。花岗岩的强度最高,石 灰岩的强度较高,泥岩、砂岩的强度较低。 岩石孔隙度对强度有影响。孔隙度小的岩石比较致密, 强度高;孔隙度大的砂岩,强度低,容易造成出砂。 一般,岩石密度大,强度就高。
一、层系划分的意义和原则: 意义:相近油层成组开发,避免干扰,采用相同工 艺 原则:相近油层划为一组,层间有封隔 二、开发方案的编制: 内容:油田概况和油藏描述 油藏工程设计 钻井和采油方案、地面建设方案 原则:少投入,多产出,高效益。合理动用储量。 长期稳产高产。
三、调整 开发层系调整: 开发井网调整: 油藏驱动方式调整: 采油工作制度调整: 开采工艺调整:
砂粒细小,孔隙小;砂粒粗细分布广,孔隙小;充 填物少,孔隙大。
2 、岩石的孔隙度: 孔隙体积与外形体积之比φ%。
3 、岩石孔隙度的意义及孔隙度的范围 油藏流体储藏在岩石孔隙内。岩石孔隙丰富,能 够储藏的流体多。如果能储藏油和气,则油藏的储量 就丰富。 岩石的孔隙度有高低之分。 高孔隙度岩石: φ在20~30%; 中等孔隙度岩石: φ在10~20%; 低孔隙度岩石: φ小于10%。 二、流体饱和度 岩石孔隙内储藏的流体有原油、天然气和地层水。 孔隙内各种流体的比例称为流体饱和度。 原油饱和度: 天然气饱和度: 水饱和度:
二、原油性质对生产的影响 1 、原油粘度的影响 原油粘度高,流动困难,油井产量低;粘度低 , 产量高。 粘度高,油流对岩石砂粒产生的作用力大,容易 引起岩石的破坏,造成油井的出砂。 原油粘度高,凝固点也高,在开采中温度降低, 容易引起在井筒中的凝固,形成结蜡堵塞井筒影响产 量。 2 、要提高高粘度原油的产量,应该在井下将原油加 热,注热蒸汽。对井筒的套管、水泥封固层、油管都 有很高要求。
粘度1mPa· S的流体,在0.1MPa压差下,流过截面为 1cm2、长度1cm的岩心,流量为1cm3/s时,渗透率为1 m 2 。 渗透性仅仅与岩石性质有关,与流体性质无关。这称为 绝对渗透率。 实际中,孔隙内三种流体的渗透率不同,分别为各种响 岩石孔隙度高,渗透性高,流体容易流出,油井产量 高。但是高孔隙度岩石的强度低,容易破碎,在开采中会 形成出砂,破坏油井生产。 高孔隙油层应当考虑在较高产量下尽量降低大流量油 气流的流动阻力。例如采取大直径的生产套管。同时应当 考虑一旦出砂应能采取防砂措施。 低孔隙低渗透岩石,流体渗出困难,油井产量低。要 提高油井产量,需要进行压裂等增产措施。由于孔隙数量 少,岩石强度高,压裂压力很高,油井应当能够承受极高 的压裂压力。
2 方法 地震细测:加密测线 详探资料井:录井、取芯 油井试采:求产量,压力和样品求取 3 、结果 初步取得油藏的面积、储量等;得知油藏的产油层 分布和主力油层情况;得到产出的油气比例;井的产 量等。 二、开发试验和生产试验区 在油藏中划出一小块先进行采油实验。 任务:研究主要地层,研究井网,研究生产规律和 采油速度,研究采油和注水工艺,研究增产措施。
石油工程面对的是地层的油和气,它们的性质对生 产必然有重要影响。 一、油气的化学组成 石油和天然气是以碳、氢为主的烃混合物,包括烷 烃、环烷烃和芳香烃 碳原子在6以下是天然气, 以上是原油。 例如:烷烃:正己烷 C6H14; 环烷烃:环己烷 C6H12; 芳香烃:苯 C6H6
1、天然气: 碳原子在1~5的烷烃化合物。在常态下形成气 体。可燃,易爆炸。 天然气可以是以下三种方式存在: 油藏伴生气(油成气):不单独形成气藏,混合 或溶解在原油中。在开采中从油中析出。 煤成气:在生成原煤时产生的气体。可形成工 业气藏。 生物气(沼气):以甲烷为主,可形成工业气 藏。 是重要的能源。
3 、地层水的影响 地层水都是高矿化度水,容易产生结垢,堵塞岩 石孔隙或管路,影响产量。 地层水会对套管和油管产生严重腐蚀。 在开采中油井的天然气和原油产量会逐渐降低, 地层水会逐渐增多。 地层水可能是油层底部的水的上升,也可能是在 开采中为提高产量注入的水。 水的增加引起岩石被水浸泡,强度降低,引起出 砂。 在生产中应当尽量避免含水的增加,延长油井产 油产气量。
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