石油基础知识培训教案.docx

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石油基础知识培训教案

第一章

石油的定义与用途

广义上讲，石油指自然界中以气态、液态和固态存在的以烃类为主的混合物。

石油的代名词：

黑色的金子、工业的血液

石油是“百宝箱”，宝指的是烃，百形容石油中各种各样的烃类非常之多。

主要用途：

（1）作能源

（2）作化工原料

（3）作润滑剂、石蜡和沥青

石油工业由石油勘探与生产（石油工业的上游）与石油炼制与石油化学工业（石油工业的下游）两大部分构成。

1、我国古代石油的发现与利用

2、卓筒井的发明

3、第一口油、气井

4、最早开发的油田

5、石油工业的摇篮

6、最大油田

7、现代石油工业的成长历程

石油资源主要集中在东北地区.环渤海地区.西北地区和东南部海域

天然气资源主要分布于中部地区和西北地区

中国油气资源与生产

（1）东部→东北和华北；

（2）中部→陕甘宁、四川和重庆；

（3）西部→新疆、青海和甘肃西部地区；

（4）南部→江苏、浙江、广东、云南等省区；

（5）西藏→昆仑山脉以南、横断山脉以西；

（6）海上→东南沿海大陆架和南海海域等。

三大国有石油公司：

中国石油天然气集团公司.中国石油化工集团公司.中国海洋石油总公司

国外首先提出石油一次的是德国人乔治.拜耳1556年

2009年中国天然气产量第六.石油产量第四

石油“七姊妹”指埃克森石油公司、美孚石油公司、雪佛龙石油公司、德士古公司、英荷壳牌石油公司、英国石油公司、海湾石油公司

今天，埃克森-美孚，雪佛龙、英国石油、壳牌和法国的Total是世界最大的五个石油公司。

第二章

自然力引起的地壳物质组成、内部结构、地表形态变化和发展的作用。

根据地质作用的动力来源，可将地质作用分为内力地质作用和外力地质作用两大类

地壳在不断地运动。

按照地壳运动的性质和方向，可以分为水平运动和垂直运动。

地壳运动主要以水平运动为主，垂直运动为辅。

地壳运动使沉积岩层发生弯曲，产生裂缝、断裂，并留下永久形迹，这样就形成了地质构造。

地壳运动是产生地质构造的原因，而地质构造则是地壳运动的结果

背斜是石油地质学家最感兴趣的构造，成为他们寻找的主要目标之一

石油和天然气的生成、运移和聚集是油气藏形成过程中密切相关的三个阶段。

储集层、圈闭构造和油气的运移是油气藏形成不可缺少的条件。

无机成因说：

主要是以在特殊实验条件下可以合成石油的化学反应现象和对地球内部物质的假定为依据的，因而不能被大多数学者接受。

有机成因说：

石油和天然气是在一定条件下由沉积岩中的有机物质转化而来的。

储集层:

凡具有连通孔隙、裂缝或溶洞，使油气储存，并在其中渗滤的岩层。

储集层具备两个基本特性：

孔隙性和渗透性。

储集层岩石中孔隙的总体积占岩石总体积的比值叫做孔隙度

渗透率是岩石允许流体通过能力的一种量度。

岩石的绝对渗透率只与孔隙形状及大小有关的参数，与所通过流体的性质无关，其大小反映了岩石允许流体通过的能力。

生油层中生成的油气向储集层内的运移称为初次运移。

油气进入储集层以后的一切运移都称为二次运移。

二.地层原油的高压物性

溶解气油比、原油体积系数、压缩系数、粘度

三.天然气的高压物性

密度.偏差系数.体积系数.压缩系数.粘度

压力系数定义为实测地层压力与同一深度的静水压力之比。

正常压力：

压力系数0.8~1.2；

异常高压：

压力系数>1.2

异常低压：

压力系数<0.8

折算压力就是把所测得的油层真实压力折算到某一基准面上的压力。

通常选择海平面或油水界面为折算基准面。

（计算公式）

地温梯度：

地温级度：

地质储量：

在地层原始条件下，储集层中原油和天然气的总量。

按认识程度油气储量划分三级储量：

（大小关系）

预测储量：

Ⅲ级

控制储量：

Ⅱ级

探明储量：

Ⅰ级

Ø油田地质储量（104t）：

气田地质储量（108m3）

三.油气储量的综合评价（5个评价指标）

流度、地质储量丰度、地质储量、油气产能、储层埋深

第三章

1.区域勘探：

以整个含油气盆地为勘探对象进行整体调查

2.工业勘探：

油田勘探，区域勘探的基础上寻找并弄清油气圈

二、地球物理勘探法

1.重力勘探

2.磁法勘探

3.电法勘探

4.地震勘探

地震勘探的基本原理是在地面用人工方法产生地震波。

研究地震波的传播规律，从而了解地下的地质构造，寻找油气藏。

地球化学勘探法主要包括气测法、细菌法、土壤盐法等。

常用测井方法主要有电法测井、声波测井和放射性测井等

不同岩石的导电性不同，岩石孔隙中所含各种流体的导电性也不同。

利用该特点认识岩石性质的测井方法称为电法测井。

电法测井包括自然电位测井、电阻率测井和感应测井等。

自然电位曲线的主要用途：

（1）判断岩性，确定渗透性层位；

（2）估算地层的泥质含量；

（3）判断水淹层位。

电阻率小的物质导电性好，电阻率大的物质导电性差。

地下各种岩石的电阻率不同。

即使岩石相同，若其孔隙中所含的流体不同，所含油、水、气的比例不同，其电阻率也不同。

含油砂岩的电阻率高；含水砂岩的电阻率低。

视电阻率测井用途：

（1）研究储集层的渗透性、孔隙性和含油性

（2）划分油层、气层和水层；

（3）进行地层对比；

（4）判断岩性。

感应测井

利用电磁感应的原理来了解地层的导电性能。

测量出的视电导率随井眼深度的变化曲线称为感应测井曲线。

感应测井曲线的主要用途与电阻率测井曲线的主要用途相似

、声波测井

利用不同岩石对声波的吸收能力和传播速度的差异，研究井下岩层、油层、气层、水层以及检查固井质量的测井法称为声波测井

当测井仪沿着井眼由下往上移动时，就可量出声波时差随井眼深度的变化曲线，该曲线称为声波时差测井曲线，其主要用途是：

（1）判断和划分岩性；

（2）确定储集层孔隙度和划分裂缝性渗透层；

（3）划分油层、气层、水层；

（4）检查固井质量。

放射性测井是根据岩石和介质的核物理性质研究钻井地质剖面、寻找油气藏以及研究油井工程问题的地球物理方法。

按探测射线的类型，放射性测井可分为两类，即探测伽马射线的伽马测井和探测中子的中子测井。

自然伽马测井是通过测量岩层的自然伽马射线的强度来认识岩层的一种放射性测井方法。

在油气田勘探和开发中，自然伽马测井曲线主要用于划分岩性、确定储集层的泥质含量以及进行地层对比

以中子源轰击岩石的测井方法的统称。

按源的不同，分成化学源和脉冲中子源。

当地层中氢含量大时，中子伽马测井计数率就低；

当地层中含氢少时，中子伽马测井计数率高。

如果储集层岩石的骨架不含氢，地层岩石的含氢量就为孔隙空间的含氢量。

若地层的孔隙空间饱含水或油，那么水或油的体积就是地层的孔隙体积，岩石的含氢量就只取决于孔隙度。

因此，可以用中子伽马测井曲线来计算孔隙度。

第四章

采油速度

采出程度

采收率

采油指数

油管压力

采油压差

流饱压差

地饱压差

地层中流体的流动是在储集层多孔介质内进行的，流体通过储集层多孔介质的流动称为渗流。

K是仅仅取决于岩石孔隙结构的参数，故称其为岩石的绝对渗透率。

岩石的绝对渗透率只与孔隙形状及大小有关的参数，与所通过流体的性质无关，其大小反映了岩石允许流体通过的能力。

1.渗流速度

2.渗流形式

平面径向流模型

平面单向流

球形径向流

惯性力

一、试井的作用

（1）确定原始地层压力和平均地层压力；

（2）确定流体在地层内的流动能力，即流动系数（Kh/μ）等；

（3）判断完井效率、增产措施效果;

（4）探边测试，如断层、尖灭和油水边界等；

（5）探测井与井之间的地层连通情况；

（6）估算油井的单井控制储量。

试井的分类

按测试目的可将试井分为产能试井和不稳定试井。

按流体性质可分为油井、气井和注水井试井等。

按地层类型可分为均质、双孔介质、双渗介质、复合油藏试井等。

按井的类型可分为垂直井、水平井以及压裂井试井等。

按试井资料的处理方式可分为常规试井和现代试井分析方法。

划分开发层系的目的

多层合采不能充分发挥每一个油层的作用，致使油井产量递减快、含水上升快，会影响油田的开发效果。

对每一套开发层系要采用适当的开发方式和井网部署，以利于减少好油层与差油层之间的相互干扰，提高采油速度和采收率。

划分开发层系的原则

（1）同一层系内各油层的性质应相近，以保证各油层对注水方式和井网具有共同的适应性，减少开采过程中的层间矛盾。

（2）一个独立的开发层系应具有一定的储量，以确保达到较高的经济指标。

（3）各开发层系间必须具有良好的隔层，以便在注水开发条件下，层系间能严格地分开，确保层系间不发生窜通和干扰。

（4）同一开发层系内油层构造形态、油水边界、压力系统和原油物性应比较接近。

（5）应考虑当前的采油工艺技术水平。

（6）同一油藏的相邻油层应尽可能组合在一起。

油田开发方式

一利用天然能量开发

1.弹性能量依靠油藏流体和岩石的弹性能量为主要驱油能量的驱动方式。

2.溶解气能量主要依靠原油中分离出天然气的弹性膨胀能量驱油的驱动方式。

3.气顶能量主要靠气顶气的膨胀能或注入气驱油的驱动方式

4.水压驱油能量依靠边底水和（或）注入水为主要驱油动力的驱动方式

5.重力驱动依靠原油在油层内存在位差而具有的重力驱油能量驱油的方式。

二、保持压力开采

1.人工注水

人为地把水注入油层或底水中，以保持/提高油层的压力。

归纳起来主要有四种：

边缘注水、切割注水、面积注水和点状注水。

所谓注水方式就是注水井在油藏中所处的部位以及注水井与生产井之间的排列关系。

边内切割注水

2.人工注气

第五章

钻井：

利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的过程。

将破碎岩石的工具（钢质尖头钻头）提至一定高度，借钻头本身的重力冲向井底，击碎岩石。

然后捞取被击碎的岩屑，以便继续钻进。

因此，冲击钻井方法又被称为顿钻

钻头在压力作用下吃入岩石，同时在转动力矩的作用下连续不断地破碎岩石；被破碎的岩屑由地面输入的钻井液及时带走，钻井液可以连续不断地清除岩屑

井身结构

导管：

加固地表

表层套管：

封隔、坐装防喷器

技术套管：

防止喷、漏、卡、塌

油层套管：

采注油气，封隔油气水层

钻井设备及工具包括地面钻井设备（石油钻机）以及钻头、钻柱等。

钻机的组成（五大系统）

钻柱的基本钻具包括钻铤、钻杆、方钻杆和配合接头等。

破碎岩石的工具就称为钻头。

钻井液是指满足钻井与完井工程所需要的多功能循环流体。

主要作用：

（1）清洗井底，携带岩屑；

（2）冷却和润滑钻头、钻柱；

（3）形成泥饼，保护井壁；（4）控制与平衡地层压力；

（5）悬浮岩屑和加重剂；（6）提供所钻地层的有关资料；

（7）将水功率传给钻头；（8）防止钻具腐蚀。

钻井液的性能

一般用密度、粘度、切力、失水量、泥饼、pH值、稳定性、胶体率、含盐量和含砂量等项指标来表示钻井液性能的好坏。

这些指标直接影响钻井质量和钻井速度。

泥饼：

泥浆中水分进入地层，粘土颗粒附着在井壁上，形成泥饼。

泥饼主要作用：

（1）可以控制失水；

（2）润滑作用；

（3）泥饼胶结性好，巩固井壁作用强；

（4）泥饼有可压缩性。

井身轴线偏离铅垂方向的现象叫井斜。

我国井斜控制的标准为井眼曲率不大于3°/100m

井内压力控制

1.压力平衡关系：

在钻进过程中，地层压力ps是靠钻井液柱作用在井底的压力po来平衡的。

1po=ps，称为平衡状态。

快速、安全、高效、低成本的钻进效果。

2po>ps，称为过平衡状态。

压差如果过大，会引发一些工程事故，如压裂地层、卡钻等，还会降低钻进速度。

3po

在一般情况下，这种状态将引起井喷、井塌。

但低压、低渗透地区可充分暴露油气层，收到很好的生产效果，

早期发现溢流、迅速控制溢流、恢复和重建压力平衡是防止井喷的关键。

压井是出现溢流或发生井喷后恢复和重建井内压力平衡的唯一方法。

一种是“直—增一稳”井身轨迹。

另一种是“直一增—稳一降一稳”井身轨迹，现场上称之为“S型”井身轨迹或“五段式”井身轨迹，多用于丛式井钻井。

井身轨迹控制：

包括井斜控制和方位控制两个方面。

造斜工具和井底钻具组合

为了加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油层、气层和水层，确保勘探期问的分层试油以及在整个开采过程中合理的油气生产，在钻成的井中下入高强度钢质套管，并在井筒与套管环形空间中充填好水泥的过程，称为固井作业。

套管回压阀作用

完井就是沟通油气层和井筒，为确保油气从地层流入井底提供油流通道。

任何限制油气从井眼周围流向井筒的现象称为对地层损害的“污染”。

实践证明：

钻开生产层的过程或多或少都会对油气层产生损害。

常规完井方法

（1）裸眼完井方法

（2）射孔完井方法

（3）割缝衬管完井方法

（4）贯眼套管（尾管）完井

（5）砾石充填完井

诱导油气流：

替喷法、提捞诱喷法、抽汲诱喷法和气举法

第六章

自喷采油

四个流动过程嘴流地面管流

地层渗流分离器垂直管流

•定义：

在一定地层压力下，油井产量与井底流压的关系，简称IPR（InflowPerformanceRelationship）曲线。

采油指数

单位生产压差下的油井产量，反映油层性质、流体参数、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标，用来评价和分析油井的生产能力。

流动效率

油井在同一产量下理想完善情况的生产压差与实际生产压差之比,表示实际油井的完善程度。

滑脱现象

气液两相上升流动时，由于气液两相间的密度差异所产生气相超越液相流动。

•持液率（LiquidHoldup）

流动状态下单位长度管段内液相容积所占份额

气液两相管流的流型

纯液流（p>pb

无气相，管内均质液体

流体密度最大，压力梯度最大

泡流（p

特点：

液相是连续相，气相是分散相液相滑脱损失严重，易水淹摩阻小，重力损失为主。

•段塞流

特点：

液相是连续相，气相是分散相气体体积变大，摩阻增加滑脱较小，总压力损失最小。

过渡流（环流

特点：

液相由连续相过渡为分散相，气相相反气体流量大，摩阻增加

•雾状流

特点：

气相是连续相，液相是分散相摩阻增加，重力损失最小

油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：

纯油流（液流），泡流，段塞流，过渡流，雾状流。

实际上，在同一口油井中，一般不会出现完整的流型变化。

油嘴的作用：

一是控制油井产量；二是将地面管流分隔开来，防止其压力波动影响油井的稳定生产。

节点系统分析方法基本思想

典型的有杆抽油装置主要由抽油机、抽油泵、抽油杆柱组成（三抽设备）

按其基本结构分为游梁式和无游梁式两类，

游梁式抽油机由游梁-连杆-曲柄（四连杆）机构、减速机构（减速器）、动力设备（电动机）和辅助装置等四部分组成。

游梁式抽油机分类

常规型上下冲程运行时间基本相等

异相型上冲程的曲柄转角明显大于下冲程，降低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷，达到减小抽油机载荷、延长抽油杆寿命。

前置型上冲程运行时间长于下冲程运行时间，降低上冲程运行速度、加速度和动载荷

泵的理论排量

泵效分析

抽油泵的实际排量与理论排量之比称为泵的容积效率，油田上习惯称之为泵效。

（1）抽油杆柱和油管的弹性变形使柱塞实际冲程小于光杆冲程；

（2）气体进泵或泵的排量大于油层的供液能力，致使泵筒不能完全被液体充满；

（3）抽油泵间隙、泵阀以及油管柱都可能产生漏失；

（4）由于脱气和冷却，液体到达地面后体积收缩。

（1）柱塞冲程损失；

（2）气体影响；

（3）漏失的影响；

提高泵效措施。

潜油电泵系统组成

（1）井下机组部分：

电机、保护器、气液分离器、多级离心泵

（2）电力传输部分：

潜油电缆

（3）地面控制部分：

接线盒、控制屏和变压器

泵的特性曲线

泵的排量、压头、功率、效率和转速的关系曲线。

一般的特性曲线是在固定的转速（电机频率60Hz，转速为3500rpm）下，在相对密度为1、粘度为1mPa.s的清水中测试的泵的工作特性。

第七章

水力压裂和酸化是油气井增产、注水井增注的重要手段，是通过降低流动阻力来提高产量或注入量的

注水井指示曲线：

稳定流动条件下，注入压力与注水量之间的关系曲线。

曲线2表明油层的渗透性极差、水嘴堵死或测试故障。

曲线3和曲线4是不正常的指示曲线。

曲线5为上翘式，反映地层连通性差，注入水不易扩散，阻力增大、压力升高、注入量增幅减少。

曲线6为下折式，表示在较高注水压力下，有新油层开始吸水或是地层产生微裂缝，致使油层吸水量增大

水力压裂是用地面高压泵组，以超过地层吸收能力的排量将高粘度压裂液泵入井内形成裂缝。

裂缝具有很高的渗滤能力，可以让油气畅流人井。

水力压裂的作用机理主要体现在：

（1）沟通非均质油气储集区，扩大供油面积；

（2）改善井底周围的油气渗流条件，由原来的径向流改为线性流和拟径向流，从而减小流动阻力及能量消耗；

（3）解除井底附近的污染，恢复和提高油气产量。

岩石破裂面垂直于最小主应力方向

定义：

某点破裂压力与该点深度的比值。

油田通常根据大量的压裂实践统计出破裂压力梯度。

根据破裂压力梯度aF可以大致估算压裂裂缝的形态。

若aF＜0.015～0.018MPa/m，形成垂直裂缝；

当aF＞0.022～0.025MPa/m，形成水平裂缝。

压裂液任务：

造缝、携砂。

根据作用分：

前置液携砂液顶替液

根据性质分：

水基压裂液：

油基压裂液：

泡沫压裂液：

乳化压裂液.酸基压裂液

支撑剂的性能要求

（1）粒径均匀，密度小

（2）强度大，破碎率小

（3）园度和球度高

（4）杂质含量少

（5）来源广，价廉

分类按其力学性质分为两大类：

脆性支撑剂.韧性支撑剂

作用

裂缝导流能力是指在储集层闭合压力作用下，裂缝输送储集层流体的能力，通常以填砂裂缝渗透率Kf与裂缝宽度w的乘积表示。

增产倍比

•相同生产条件下压裂后与压裂前的日产水平之比。

3.压裂候选井条件

（1）渗透率越低，越要优先压裂，越要加大压裂规模。

（2）一般要求地层系数肌＞0.5×10-3μm2·m。

（3）含油饱和度应大于35％。

（4）孔隙度6%～15%才值得压裂；若储集层厚度大，最低孔隙度可放宽至6％～7％。

酸蚀裂缝导流能力

一、酸化增产原理

酸液能够溶解钻井、完井、修井等作业过程中产生的堵塞物及储集层岩石矿物，恢复和提高储集层的渗透性能。

常用酸化工艺有酸洗、基质酸化和压裂酸化。

酸压工艺不太适用于砂岩储集层。

原因是：

（1）砂岩储集层胶结比较疏松，大量溶蚀可能导致岩石结构破坏，引起油井过早出砂；

（2）由于酸溶蚀岩石胶结物致使砂粒脱落，不易形成沟槽，酸压后裂缝大部分闭合，导流能力低；

（3）用土酸酸压可能产生大量沉淀物堵塞流道。

因此，砂岩储集层一般不能冒险进行酸压。

要想大幅度提高产能，需进行水力压裂。

原油采收率是指采出地下原油原始储量的百分数，即油藏累计采出的油量占油藏地质储量的百分数。

波及效率：

指注人流体波及的体积与油藏体积的比值，等于平面波及系数与垂向波及系数的乘积，也叫扫油效率或宏观驱替效率。

驱油效率：

指流体波及区域内采出的油量与其石油储量的比值，又称微观驱替效率。

提高采收率理想的方法就是同时提高波及效率和驱油效率

第八章

油品储存方式按其容器及运输的形式分为散装和整装油品储存。

油品加热

目的：

（1）防止油品凝固；

（2）降低油品在管道内输送的摩阻；

（3）加快油罐车和油船装卸的速度；

（4）使油品脱水、沉降杂质；

（5）加速油品调合，进行滑油再生。

油罐保温-寒冷地区油库保温方法

1用硅藻土砖做绝热层；

2用蛭石砖做绝热层；

3用矿渣棉毡做绝热层；

4用珍珠岩做绝热层；

5用沥青玻璃棉毡做绝热层，薄铁皮作保护层；

6用阻燃性聚氯酯泡沫塑料作绝热层，用玻璃钢或薄铁皮作保护层；

7用阻燃性聚乙烯泡沫塑料作绝热层，薄铁皮或红泥塑料作保护层。

8砌红砖护墙，顶篷封闭，夹道内装散热器保温

管道的伴热

对于粘度大、易凝结的油品（如润滑油、重油等）都需要加热输送。

为了减少输送过程中的热损失，除进行管道保温外，有时还需逐段对管道予以伴热。

管道的保温

热输送的油品管道需要保温，蒸汽管、水管也要保温。

由里到外，管道保温层依次是防腐层、保温层、防潮层和保护层。

油品输送除管道直输外，还有水运、铁路、公路运输几种形式。

补充

石油可以分为天然和人造两种。

人造石油是从煤或油页岩干馏出來的，

能源：

能直接或经过转换而获取某种能量的自然资源。

•核裂变：

重元素的原子核发生分裂反应释放裂变能

•核聚变：

轻元素的原子核发生聚合反应释放聚变能