经典石油工程课件 石油工程导论1

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。