石油、天然气开采
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3) 泥浆和岩屑混在一起从 环形空间向上提升，带到 地表。
5) 岩屑被从泥浆中滤除，形 成岩屑堆。
泥浆泵
2) 泥浆从钻头的流出，进入到钻杆和 套管之间的环形空间，把钻头切下的 岩屑向上带出。
钻井的工序
大钻头钻一小段井眼
井中放入钢制的套管，并用水泥固 定套管的外侧，防止井眼塌陷。
0’
200’
小一些的钻 头在第一个 套管内部开 钻。从上一 个套管的底 部钻出一个 新的井眼。
声源
t = 1 sec
t = 1.2 sec
t = 1.42 sec
接收器
G油as
钻井设备
一些不同种类的钻井设备
陆上钻井架
30ft=10m
自升式钻井平台 用于水深15ft 到+/-350ft 情况的钻井
用于陆上钻井
内陆驳船钻井架 用于水深8ft 到30ft情况的钻井
钻井船
半潜式钻井平台 钻井船和半潜式钻井平台用于水深100 ft到5000+ft情况 的钻井
2.资源分布状况
• 原油的分布从总体上来看极端不平衡：
– 从东西半球来看
• 约3/4的石油资源集中于东半球，西半球占1/4；
– 从南北半球看
• 石油资源主要集中于北半球；
– 从纬度分布看，
• 主要集中在北纬20°-40°和50°-70°两个纬度带内。 • 波斯湾及墨西哥湾两大油区和北非油田均处于北纬20°-40°
–水与气交替注入也叫混相驱，通过向储层中注入CO2， 使原油膨胀，增强其流动性，然后注水，将原油驱向 井口。混合后的流体减小了CO2单相的流动性，同时使 原油的粘度下降。
CO2-水混相驱
CO2驱油方式
• 非混相驱
– 重力稳定CO2注入，也叫非混相驱。 – 重力稳定CO2注入只能应用于整个油田。 – 但是，重力稳定CO2注入可采出更多的原油，
内，该带集中了51.3%的世界石油储量； • 50°-70°纬度带内有著名的北海油田、俄罗斯伏尔加及西伯
利亚油田和阿拉斯加湾油区。
2.资源分布状况
石油天然气分布
石油、天然气开采
1. 石油天然气简介 2. 资源分布状况 3. 勘探开采过程 4. 开采方法
3. 勘探开采过程
• 从寻找石油到利用石油，大致要经过四个 主要环节，即寻找、开采、输送和加工， 这四个环节一般又分别称为
– “石油勘探” – “油田开发” – “油气集输” – “石油炼制”。
石油天然气地下存在方式
嵌在岩石颗粒和沙子之间很小的孔隙里。 大多数这样的孔隙肉眼是看不到的。
石油天然气地下存在方式
3. 勘探开采过程
• 油气存在于地层中天然的圈闭构造中。
•
• 油气圈闭构造由穹顶或断层组成。 • 非渗透性的岩石（指流体不能穿越的岩石）覆
钻井设备:
一套可以使我们钻入地层的特殊设备
• 一套钻井设备由很多不同的部分组成 井架，地基，起重设备，发电机，钻杆，钢罐 ，泵，固控设备，还有很多其他部件
• 最深可钻到地下6英里（9.7公里）深的地方
>珠穆朗玛峰的高度
钻井设备上的起重设备 ——来自百度文库升和放下钻柱的
起重设备由以下部分 组成:
天车 游动滑车 游动钢丝绳 和一个用来起降游动 钢丝绳的绞车。
具有价格低、污染少、安全等优点
Prepared by Tom Sheeran
1. 石油、天然气简介
共性——元素组成、结构形式以及生成的 原始材料和时序，开采方式等 单纯的气田少 当石油被开采出来的时候，一些天然气也 随着石油被采出来。
天然气在石油里处于溶解状态
石油、天然气开采
1. 石油天然气简介 2. 资源分布状况 3. 勘探开采过程 4. 开采方法
孔隙度
砂 页岩 粉砂岩 页岩 粉砂岩 白云石 页岩
200’
高孔隙度
低阻抗， 低孔隙度 可能是水
500’
很好的砂岩
高阻抗，
可能是油 气
高孔隙度 低孔隙度
低阻抗， 可能是水
3000’
高孔隙度
测井成功 在生产层段下最后一次的套管 用水泥固定。
井眼内用射孔枪进行射孔 击穿生产层段部分的井壁套管
在井眼里放入生产油管 用封隔器把生产层段和上部的套管空间分隔开
钻井的工序
0’
在新的井眼 中放下套管 ，并用水泥 固定。
200’
500’
钻井的工序
重复过程
油气检测
油气检测
对目标区域进行测井。 测井是用电缆将设备下到井下，记录岩石的物理属性。如电阻，孔隙度，密 度，放射性，孔隙压力等等。
根据测井结果 完井（地层有油）OR
把井封堵抛弃（地层没有油）
伽马射线
电阻抗
动画演示
井架底座
钻柱 钻头
井架 待用钻杆
钻井示意图
钻柱在地表被驱动旋转，带 动井眼底部的钻头旋转。
钻井泥浆被泵入钻杆内 部，从钻头的喷嘴流入 环形空间。
泥浆将岩屑循环带到地 表
钻井泥浆循环
4) 混合物通过在 地表的滤网。
筛布
6) 干净的泥浆 透过滤网，回 到泥浆池。
1) 干净的泥浆被泵从泥浆池中抽 出，注入钻杆当中。
润滑油和润滑脂 蜡、沥青和石油焦 溶剂和石油化工产品
有机合成工业的重要的原料和中间体
Prepared by Tom Sheeran
1. 石油、天然气简介
用途
天然气
1、天然气发电
具有缓解能源紧缺、降低燃煤发电比例，减少环境污染的有效 途径，且从经济效益看，天然气发电的单位装机容量所需投资 少，建设工期短，上网电价较低，具有较强的竞争力
）的水溶液来使油从岩石中分解出来
石油开采的三个阶段
• 前期（一次采油）
– 从19世纪末到20世纪30年代 – 自喷（自然上涌）——天然能量充足 – 这个阶段技术上的主要标志是以利用天然能量开采为主。石油的
采收率平均只有15～20％，钻井深度不大，观察油藏的手段只有 简单的温度计、压力计等
• 中期（二次采油 ）
度下成为半固体甚至固体。 • 颜色通常是暗褐色的，也有黄色、淡黄色、淡红色、淡褐色
等。 • 成分
– 主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物。石油的大部 分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。
– 石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元 素。
1. 石油、天然气简介
– 降低油水界面张力 – 降低原油粘度 – 膨胀作用 – 改善流度比 – 酸化解堵 – 萃取和汽化原油中轻质烃 – 混项效应
CO2驱油方式
• 混项驱
–混相效应是指两种流体能相互溶解而不存在界面，消 除了界面张力。
–CO2与原油混相后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃， 而且还能形成CO2和轻质烃混合的油带。油带移动是最 有效的驱油过程，可使采收率达到90％以上
天然气
• 是古生物遗骸长期沉积地下，经慢慢转化及变质裂解而产生 之气态碳氢化合物，具有可燃性
• 是一种多组分的混合气体，
– 主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁 烷，
– 此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体 ，如氦和氩等。
• 在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以下为液 体。
石油、天然气开采
1. 石油天然气简介 2. 资源分布状况 3. 勘探开采过程 4. 开采方法
1. 石油、天然气简介
石油
• 以碳氢化合物为主要成分、有色可燃性油质液体矿物。 • 是远古海洋或湖泊中动植物尸体在地下经过漫长的复杂变化
而形成的油状液体混合物 • 自然状态下的石油有的粘稠，有的稀薄，成膏状，在较低温
盖在构造顶部防止油气逃逸到地表。
• 如果没有油气圈闭构造，油气就会向地表移动 ，最终挥发掉，也就不能形成油气田。
油田示例
油 水
非渗透性岩石层——阻止油气向上流动 水层——防止了油向下逃逸。
气田示例
气 水
油气田示例
气 油 水
油田勘探
• 声波探测
– 通过油藏反射的声波找到它们，计录声波反射回来的时间 – 计算机处理这些数据，构造出地下岩层系统的图像
油管
封隔器
连接地面管线 准备产油
气 地面的生产设备——油、水、气分离
分离器
油
水
提炼、存储、运输， 输入市场
天然气
油气分离器
石油 水
炼油厂
储油罐
消费 燃料驱动 房屋供暖
石油、天然气开采
1. 石油天然气简介 2. 资源分布状况 3. 勘探开采过程 4. 开采方法
4. 油气开采方法
• 自喷采油法 • 人工举升采油法
• 多在油田开采原油时伴随而出或纯天然气气田。 • 天然气蕴藏在地下多孔隙岩层中，主要成分为甲烷，比重约
0.65，比空气轻，无色、无味、无毒。
Prepared by Tom Sheeran
用途
1. 石油、天然气简介
石油
用作燃料
➢ 发电厂用的燃料 ➢ 轻型车用的汽油 ➢ 卡车和火车用的柴油 ➢ 飞机用的航空汽油 ➢ 房屋取暖用的燃料油
– 从30年代末到50年代末，以建立油田开发的理论体系为标志。 – 普遍采用人工增补油藏能量的注水开采、注气技术，使石油的最
终采收率提高到30％
• 后期（三次采油）
– EOR（Enhance Oil Recovery)新技术，如热力驱法、混相驱法、 化学驱法等。
– 50%左右
CO2驱油
机理：（超临界CO2）
– 注水 – 注气 – 化学试剂 – 混相驱动
4. 油气开采方法
实施手段： 1、通过压入沸水或高温水蒸汽，甚至通过燃烧部分
地下的石油 2、压入氮气 3、压入二氧化碳来降低石油的黏度 4、压入轻汽油来降低石油的黏度 5、压入能够将油从岩石中分解出来的有机物的水溶
液 6、压入改善油与水之间的表面张力的物质（清洁剂
且可埋存更多的CO2，并且不会在驱油过程中 出现CO2的指进现象。
非混相驱
煤层气
为什么会 有煤层气？
与CCS结合
回顾
• 什么是石油、天然气 • 资源分布 • 勘探开采流程 • 具体开采方法 • CO2驱油
2、天然气化工工业
天然气是制造氮肥的最佳原料，具有投资少、成本低、污染少 等特点。天然气占氮肥生产原料的比重，世界平均为80%左右
3、城市燃气事业，特别是居民生活用燃气
随着人民生活水平的提高及环保意识的增强，大部分城市对天 然气的需求明显增加。天然气作为民用燃料的经济效益也大于 工业燃料。
4、压缩天然气汽车，以天然气代替汽车用油
5) 岩屑被从泥浆中滤除，形 成岩屑堆。
泥浆泵
2) 泥浆从钻头的流出，进入到钻杆和 套管之间的环形空间，把钻头切下的 岩屑向上带出。
钻井的工序
大钻头钻一小段井眼
井中放入钢制的套管，并用水泥固 定套管的外侧，防止井眼塌陷。
0’
200’
小一些的钻 头在第一个 套管内部开 钻。从上一 个套管的底 部钻出一个 新的井眼。
声源
t = 1 sec
t = 1.2 sec
t = 1.42 sec
接收器
G油as
钻井设备
一些不同种类的钻井设备
陆上钻井架
30ft=10m
自升式钻井平台 用于水深15ft 到+/-350ft 情况的钻井
用于陆上钻井
内陆驳船钻井架 用于水深8ft 到30ft情况的钻井
钻井船
半潜式钻井平台 钻井船和半潜式钻井平台用于水深100 ft到5000+ft情况 的钻井
2.资源分布状况
• 原油的分布从总体上来看极端不平衡：
– 从东西半球来看
• 约3/4的石油资源集中于东半球，西半球占1/4；
– 从南北半球看
• 石油资源主要集中于北半球；
– 从纬度分布看，
• 主要集中在北纬20°-40°和50°-70°两个纬度带内。 • 波斯湾及墨西哥湾两大油区和北非油田均处于北纬20°-40°
–水与气交替注入也叫混相驱，通过向储层中注入CO2， 使原油膨胀，增强其流动性，然后注水，将原油驱向 井口。混合后的流体减小了CO2单相的流动性，同时使 原油的粘度下降。
CO2-水混相驱
CO2驱油方式
• 非混相驱
– 重力稳定CO2注入，也叫非混相驱。 – 重力稳定CO2注入只能应用于整个油田。 – 但是，重力稳定CO2注入可采出更多的原油，
内，该带集中了51.3%的世界石油储量； • 50°-70°纬度带内有著名的北海油田、俄罗斯伏尔加及西伯
利亚油田和阿拉斯加湾油区。
2.资源分布状况
石油天然气分布
石油、天然气开采
1. 石油天然气简介 2. 资源分布状况 3. 勘探开采过程 4. 开采方法
3. 勘探开采过程
• 从寻找石油到利用石油，大致要经过四个 主要环节，即寻找、开采、输送和加工， 这四个环节一般又分别称为
– “石油勘探” – “油田开发” – “油气集输” – “石油炼制”。
石油天然气地下存在方式
嵌在岩石颗粒和沙子之间很小的孔隙里。 大多数这样的孔隙肉眼是看不到的。
石油天然气地下存在方式
3. 勘探开采过程
• 油气存在于地层中天然的圈闭构造中。
•
• 油气圈闭构造由穹顶或断层组成。 • 非渗透性的岩石（指流体不能穿越的岩石）覆
钻井设备:
一套可以使我们钻入地层的特殊设备
• 一套钻井设备由很多不同的部分组成 井架，地基，起重设备，发电机，钻杆，钢罐 ，泵，固控设备，还有很多其他部件
• 最深可钻到地下6英里（9.7公里）深的地方
>珠穆朗玛峰的高度
钻井设备上的起重设备 ——来自百度文库升和放下钻柱的
起重设备由以下部分 组成:
天车 游动滑车 游动钢丝绳 和一个用来起降游动 钢丝绳的绞车。
具有价格低、污染少、安全等优点
Prepared by Tom Sheeran
1. 石油、天然气简介
共性——元素组成、结构形式以及生成的 原始材料和时序，开采方式等 单纯的气田少 当石油被开采出来的时候，一些天然气也 随着石油被采出来。
天然气在石油里处于溶解状态
石油、天然气开采
1. 石油天然气简介 2. 资源分布状况 3. 勘探开采过程 4. 开采方法
孔隙度
砂 页岩 粉砂岩 页岩 粉砂岩 白云石 页岩
200’
高孔隙度
低阻抗， 低孔隙度 可能是水
500’
很好的砂岩
高阻抗，
可能是油 气
高孔隙度 低孔隙度
低阻抗， 可能是水
3000’
高孔隙度
测井成功 在生产层段下最后一次的套管 用水泥固定。
井眼内用射孔枪进行射孔 击穿生产层段部分的井壁套管
在井眼里放入生产油管 用封隔器把生产层段和上部的套管空间分隔开
钻井的工序
0’
在新的井眼 中放下套管 ，并用水泥 固定。
200’
500’
钻井的工序
重复过程
油气检测
油气检测
对目标区域进行测井。 测井是用电缆将设备下到井下，记录岩石的物理属性。如电阻，孔隙度，密 度，放射性，孔隙压力等等。
根据测井结果 完井（地层有油）OR
把井封堵抛弃（地层没有油）
伽马射线
电阻抗
动画演示
井架底座
钻柱 钻头
井架 待用钻杆
钻井示意图
钻柱在地表被驱动旋转，带 动井眼底部的钻头旋转。
钻井泥浆被泵入钻杆内 部，从钻头的喷嘴流入 环形空间。
泥浆将岩屑循环带到地 表
钻井泥浆循环
4) 混合物通过在 地表的滤网。
筛布
6) 干净的泥浆 透过滤网，回 到泥浆池。
1) 干净的泥浆被泵从泥浆池中抽 出，注入钻杆当中。
润滑油和润滑脂 蜡、沥青和石油焦 溶剂和石油化工产品
有机合成工业的重要的原料和中间体
Prepared by Tom Sheeran
1. 石油、天然气简介
用途
天然气
1、天然气发电
具有缓解能源紧缺、降低燃煤发电比例，减少环境污染的有效 途径，且从经济效益看，天然气发电的单位装机容量所需投资 少，建设工期短，上网电价较低，具有较强的竞争力
）的水溶液来使油从岩石中分解出来
石油开采的三个阶段
• 前期（一次采油）
– 从19世纪末到20世纪30年代 – 自喷（自然上涌）——天然能量充足 – 这个阶段技术上的主要标志是以利用天然能量开采为主。石油的
采收率平均只有15～20％，钻井深度不大，观察油藏的手段只有 简单的温度计、压力计等
• 中期（二次采油 ）
度下成为半固体甚至固体。 • 颜色通常是暗褐色的，也有黄色、淡黄色、淡红色、淡褐色
等。 • 成分
– 主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物。石油的大部 分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。
– 石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元 素。
1. 石油、天然气简介
– 降低油水界面张力 – 降低原油粘度 – 膨胀作用 – 改善流度比 – 酸化解堵 – 萃取和汽化原油中轻质烃 – 混项效应
CO2驱油方式
• 混项驱
–混相效应是指两种流体能相互溶解而不存在界面，消 除了界面张力。
–CO2与原油混相后，不仅能萃取和汽化原油中轻质烃， 而且还能形成CO2和轻质烃混合的油带。油带移动是最 有效的驱油过程，可使采收率达到90％以上
天然气
• 是古生物遗骸长期沉积地下，经慢慢转化及变质裂解而产生 之气态碳氢化合物，具有可燃性
• 是一种多组分的混合气体，
– 主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁 烷，
– 此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体 ，如氦和氩等。
• 在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以下为液 体。
石油、天然气开采
1. 石油天然气简介 2. 资源分布状况 3. 勘探开采过程 4. 开采方法
1. 石油、天然气简介
石油
• 以碳氢化合物为主要成分、有色可燃性油质液体矿物。 • 是远古海洋或湖泊中动植物尸体在地下经过漫长的复杂变化
而形成的油状液体混合物 • 自然状态下的石油有的粘稠，有的稀薄，成膏状，在较低温
盖在构造顶部防止油气逃逸到地表。
• 如果没有油气圈闭构造，油气就会向地表移动 ，最终挥发掉，也就不能形成油气田。
油田示例
油 水
非渗透性岩石层——阻止油气向上流动 水层——防止了油向下逃逸。
气田示例
气 水
油气田示例
气 油 水
油田勘探
• 声波探测
– 通过油藏反射的声波找到它们，计录声波反射回来的时间 – 计算机处理这些数据，构造出地下岩层系统的图像
油管
封隔器
连接地面管线 准备产油
气 地面的生产设备——油、水、气分离
分离器
油
水
提炼、存储、运输， 输入市场
天然气
油气分离器
石油 水
炼油厂
储油罐
消费 燃料驱动 房屋供暖
石油、天然气开采
1. 石油天然气简介 2. 资源分布状况 3. 勘探开采过程 4. 开采方法
4. 油气开采方法
• 自喷采油法 • 人工举升采油法
• 多在油田开采原油时伴随而出或纯天然气气田。 • 天然气蕴藏在地下多孔隙岩层中，主要成分为甲烷，比重约
0.65，比空气轻，无色、无味、无毒。
Prepared by Tom Sheeran
用途
1. 石油、天然气简介
石油
用作燃料
➢ 发电厂用的燃料 ➢ 轻型车用的汽油 ➢ 卡车和火车用的柴油 ➢ 飞机用的航空汽油 ➢ 房屋取暖用的燃料油
– 从30年代末到50年代末，以建立油田开发的理论体系为标志。 – 普遍采用人工增补油藏能量的注水开采、注气技术，使石油的最
终采收率提高到30％
• 后期（三次采油）
– EOR（Enhance Oil Recovery)新技术，如热力驱法、混相驱法、 化学驱法等。
– 50%左右
CO2驱油
机理：（超临界CO2）
– 注水 – 注气 – 化学试剂 – 混相驱动
4. 油气开采方法
实施手段： 1、通过压入沸水或高温水蒸汽，甚至通过燃烧部分
地下的石油 2、压入氮气 3、压入二氧化碳来降低石油的黏度 4、压入轻汽油来降低石油的黏度 5、压入能够将油从岩石中分解出来的有机物的水溶
液 6、压入改善油与水之间的表面张力的物质（清洁剂
且可埋存更多的CO2，并且不会在驱油过程中 出现CO2的指进现象。
非混相驱
煤层气
为什么会 有煤层气？
与CCS结合
回顾
• 什么是石油、天然气 • 资源分布 • 勘探开采流程 • 具体开采方法 • CO2驱油
2、天然气化工工业
天然气是制造氮肥的最佳原料，具有投资少、成本低、污染少 等特点。天然气占氮肥生产原料的比重，世界平均为80%左右
3、城市燃气事业，特别是居民生活用燃气
随着人民生活水平的提高及环保意识的增强，大部分城市对天 然气的需求明显增加。天然气作为民用燃料的经济效益也大于 工业燃料。
4、压缩天然气汽车，以天然气代替汽车用油