石油工程概論

石油工程概論(GeneralIntroductionofPetroleumEngineering)授課學(xué)時：30

講課教師：張紅玲辦公地點(diǎn)：工程東樓310

聯(lián)系電話：89733740(o)授課內(nèi)容第一章緒論第二章油藏流體及巖石的物理性質(zhì)第三章油田開發(fā)設(shè)計基礎(chǔ)第六章自噴及氣舉采油技術(shù)第七章有桿泵及無桿泵采油技術(shù)第八章油水井增產(chǎn)增注技術(shù)第九章提高原油采收率技術(shù)第四章油氣鉆井方法及工藝第五章完井與試油第一章緒論1.什么是石油和天然氣？石油是深藏地下的、天然形成的、不可再生的流體礦物。石油是氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的烴類混合物。石油、天然氣、瀝青在成因上有聯(lián)系，在組成上都屬于碳?xì)浠衔?，統(tǒng)稱為石油。

石油工程是根據(jù)油氣和儲層特性建立適宜的流動通道并優(yōu)選舉升方法，經(jīng)濟(jì)有效地將深埋于地下油氣從油氣藏中開采到地面所實(shí)施的一系列工程和工藝技術(shù)的總稱。包括油藏(Reservoir)、鉆井(Drilling)、采油(OilProduction)和石油地面工程(PetroleumSurfaceEngineering)等。2.石油工程定義⑴油藏工程研究油藏流體和巖石的物理性質(zhì)；分析和預(yù)測油藏動態(tài)；編制和調(diào)整油田開發(fā)方案。主要研究內(nèi)容研究對象整個油藏、井組⑵鉆井工程主要研究內(nèi)容研究對象：井眼鉆井方法；鉆進(jìn)工藝；建立永久性通道。⑶采油工程采油方法；開采工藝技術(shù)；增產(chǎn)增注技術(shù)等。主要研究內(nèi)容研究對象：井筒及近井地帶

油藏工程是基礎(chǔ)；鉆井工程是手段；采油工程是具體實(shí)現(xiàn)。

三者之間的關(guān)系完第二章油藏流體及巖石的物理性質(zhì)

Thephysicalpropertiesofreservoirfluid

androck油藏流體的物理性質(zhì)油藏巖石的物理性質(zhì)油氣的化學(xué)組成地層油的高壓物性天然氣的高壓物性地層水的高壓物性油氣的相態(tài)孔隙度流體飽和度壓縮系數(shù)滲透性潤濕性和油水的微觀分布一、油氣的化學(xué)組成

（thechemiccomponentofhydrocarbon)

1.天然氣的組成

烴類氣體（主要）CH470－98％C2H6C3H8C4H10非烴氣體（少量）H2S、CO2、CO、N2、H2O惰性氣體(inertgas):He、Ar>C5第一節(jié)油藏流體的物理性質(zhì)礦藏(mine)汽油蒸汽含量硫含量凝析氣：具有反凝析作用能形成凝析油的氣田氣油藏氣（又叫油田氣,伴生氣）：溶解氣和氣頂氣氣藏氣（又叫氣田氣）：單獨(dú)聚集成氣藏天然氣的分類干氣<100g/m3富氣≥100g/m3(濕氣)酸氣≥1g/m3凈氣<1g/m3戊烷―十六烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴非烴類化合物含硫化合物:硫醇、硫醚、噻吩含氮化合物:吡咯、吡啶、喹啉、吲哚高分子雜環(huán)化合物:膠質(zhì)、瀝青質(zhì)2.石油的組成(thecomponentofoil)烴類含氧化合物:苯酚、脂肪酸甲烷、乙烷、丙烷、丁烷石蠟氣固液二、油氣的相態(tài)相態(tài)：物質(zhì)在一定條件（溫度和壓力）下所處的狀態(tài)。泡點(diǎn)壓力bubble―pointpressure

（飽和壓力saturationpressure

）：溫度一定時，開始從液相中分離出第一批氣泡時的壓力。露點(diǎn)壓力dew―pointpressure

：溫度一定時，開始從氣相中凝結(jié)出第一批液滴時的壓力。反凝析現(xiàn)象：單相氣體隨壓力降低轉(zhuǎn)化為氣液兩相的反常現(xiàn)象。臨界點(diǎn)criticalpoint：氣液兩相共存點(diǎn)，在臨界點(diǎn)氣液差別消失。多組分烴類系統(tǒng)相圖(theP-Tgraphofmulti-component)油藏氣藏凝析氣藏AC線－泡點(diǎn)線BC線－露點(diǎn)線C點(diǎn)－臨界點(diǎn)d2－第二露點(diǎn)油氣藏相態(tài)特征研究意義油藏控制地層壓力不低于飽和壓力的5―10%，防止過多的氣體分離。凝析氣藏保持井口壓力在第二露點(diǎn)以上，避免井筒凝析出液相，增加開采難度。三、地層油的高壓物性

PVTofstrataloil地層油特點(diǎn)：高溫高壓，溶解有大量的天然氣。1.溶解氣油比Rs

(solutiongas-oilratio)定義：在油藏溫度和壓力下，單位體積原油中溶解的氣量，標(biāo)m3/m3。實(shí)際生產(chǎn)中定義：用接觸脫氣方法得到的溶解氣量在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積與地面脫氣原油的體積之比，標(biāo)m3/m3。標(biāo)準(zhǔn)狀況：20℃，0.1013MPa影響因素①油氣性質(zhì)溶解氣油比與壓力的關(guān)系②壓力油氣密度差異越小，地層油的溶解氣油比越大。③溫度T升高，Rs降低當(dāng)P>Pb，Rs保持不變；當(dāng)P<Pb，Rs逐漸減小。2.地層油體積系數(shù)(oilformationvolumefactor)定義：原油在地下體積(即地層油體積)與其在地面脫氣后的體積之比。一般地，Bo>1。？溫度：高溫引起熱膨脹壓力：高壓引起彈性壓縮溶解氣油比：引起體積膨脹3.地層油等溫壓縮系數(shù)(compressibility)定義：溫度一定，單位體積地層油隨壓力變化的體積變化率，1/MPa?！埃必?fù)號表示壓力變化與體積變化方向相反。Co一般在（10-140）×10-41/MPa。4.地層油的粘度(thevelocityofstrataloil)由流體內(nèi)摩擦而引起的阻力，單位mPa.s，Pa.s。

中國稠油分類標(biāo)準(zhǔn)原油粘度－溫度曲線原油粘度－壓力曲線5.地層油的密度(density)地層油的密度是指單位體積地層油的質(zhì)量，kg/m3。一般，地層油的密度小于地面油的密度。6.地面油的相對密度(relativedensity)20℃時的地面油密度與4℃時水密度之比。？1.天然氣的壓縮因子（compressibilityfactor）理想氣體狀態(tài)方程：四、天然氣的高壓物性ThePVTofnaturalgas理想氣體的假設(shè)條件：1.氣體分子無體積，是個質(zhì)點(diǎn)；2.氣體分子間無作用力；3.氣體分子間是彈性碰撞；天然氣處于高溫、高壓狀態(tài)多組分混合物，不是理想氣體壓縮因子壓縮因子一定溫度和壓力條件下，一定質(zhì)量氣體實(shí)際占有的體積與在相同條件下理想氣體占有的體積之比。實(shí)際氣體的狀態(tài)方程：Z>1實(shí)際氣體較理想氣體難壓縮Z=1實(shí)際氣體成為理想氣體Z<1實(shí)際氣體較理想氣體易壓縮2.天然氣的體積系數(shù)(thevolumefactorofnaturalgas)地面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位體積天然氣在地層條件下的體積。3.天然氣的等溫壓縮系數(shù)(theisothermalcompressibilityofnaturalgas)等溫條件下，單位體積氣體隨壓力變化的體積變化率。4.天然氣的粘度(theviscosityofnaturalgas)天然氣內(nèi)部摩擦而引起的阻力，單位mPa.s，Pa.s。五、地層水的高壓物性thePVTofstratalwater1.地層水的礦化度(mineralizationofstratalwater)地層水中的離子陽離子Na+1、K+1、Ca+2、Mg+2Cl-1、CO3-2、SO4-2、HCO3-1陰離子礦化度：地層水中的含鹽量，通常用mg/l表示。地層水的總礦化度表示水中正負(fù)離子的總和硬度：地層水中二價陽離子的含量，通常用mg/l表示地層水的分類蘇林分類法2.地層水的體積系數(shù)油藏條件下的體積地面條件下的體積3.等溫壓縮系數(shù)4.地層水的粘度Cw一般為（3.7-5）×10-41/MPa。20℃時為1.5mPa.s，80℃時為0.2mPa.s。第二節(jié)油藏巖石的物理性質(zhì)孔隙性porosity巖石孔隙pore裂縫fracture溶洞cavern為油氣提供儲集空間滲流通道滲透性permeability(世界99%以上)沉積巖層碎屑巖儲集層碳酸鹽巖儲集層我國大部分油田波斯灣盆地華北古潛山油田一、油藏巖石的孔隙度theporosityofreservoirrock孔隙(pore)巖石中未被碎屑顆粒、膠結(jié)物或其它固體物質(zhì)充填的空間。性質(zhì)不同、形狀各異、大小不等巖石的骨架砂粒(sandgrain)膠結(jié)物(cement)除構(gòu)成巖石骨架的碎屑顆粒以外的化學(xué)沉淀物質(zhì)巖石的膠結(jié)物：泥質(zhì)粘土礦物(遇水膨脹)硫酸鹽石膏和硬石膏(高溫脫水)硅質(zhì)硅酸鹽(膠結(jié)最結(jié)實(shí))灰質(zhì)碳酸鹽類礦物(遇酸反應(yīng))1.孔隙度(porosity)定義或：單位巖石體積中孔隙體積所占的比例。巖石孔隙體積與巖石外表體積之比；2.孔隙度分類(1)絕對孔隙度(absoluteporosity)(2)有效孔隙度(effectiveporosity)巖石總孔隙體積或絕對孔隙體積巖石外表體積或視體積被油、氣、水飽和且連通的孔隙體積巖石外表體積或視體積礦場資料和文獻(xiàn)上不特別標(biāo)明的孔隙度均指有效孔隙度。兩種孔隙度的關(guān)系：3.碳酸鹽巖儲層孔隙度φf—次生孔隙度(裂縫或孔洞孔隙度),小數(shù)。φp—原生孔隙度,小數(shù)；φt—總孔隙度,小數(shù)；儲層巖石(砂巖)孔隙度評價二、油藏流體飽和度thesaturationofreservoirfluid1.油藏流體飽和度單位孔隙體積中流體所占的比例。(同一油藏)2.束縛水飽和度(immobilewatersaturation)分布和殘存在巖石顆粒接觸處角隅和微細(xì)孔隙中或吸附在巖石骨架顆粒表面，不可流動的水束縛水單位孔隙體積中束縛水所占的比例束縛水飽和度Swc3.殘余油飽和度(residualoilsaturation)殘余油被工作劑驅(qū)洗過的地層中，滯留或閉鎖在巖石孔隙中的油。殘余油飽和度：殘余油占儲層的孔隙體積的比例。三、油藏巖石的壓縮系數(shù)thecompressiblecoefficientofreservoirrock1.油藏巖石的壓縮系數(shù)Cp以巖石的孔隙體積為基數(shù)的壓縮系數(shù)，1/MPa；礦場常用：油藏壓力每變化單位壓降時巖石孔隙體積的變化率。2.油藏的綜合壓縮系數(shù)石油地質(zhì)儲量天然氣儲量四、油藏巖石的滲透性thepermeabilityofreserviorrock巖石的滲透性：在一定的壓差作用下，儲層巖石讓流體在其中流動的性質(zhì)。滲透性大小用滲透率(permeability)表示。1.達(dá)西定律(Darcy’slaw)1856年、法國人、享利·達(dá)西未膠結(jié)砂充填模型水流滲濾試驗(yàn)達(dá)西實(shí)驗(yàn)裝置達(dá)西方程：滲透率絕對滲透率(absolutepermeability):

油藏巖石的性能參數(shù)，其大小只取決于巖石本身，而與實(shí)驗(yàn)流體無關(guān)。2.有效滲透率和相對滲透率有效滲透率(effectivepermeability)(1)定義：多相流體共存時，巖石允許每一相流體通過的能力。(2)有效滲透率與絕對滲透率之間的關(guān)系相對滲透率(relativepermeability)(2)相對滲透率的大小(1)定義：多相流體共存時，每一相的有效滲透率與巖石絕對滲透率的比值。多相流體共存時，各相流體相對滲透率之和總是小于1。3.相對滲透率曲線(1)定義：相對滲透率與流體飽和度關(guān)系曲線(2)典型的相對滲透率曲線A區(qū)：Sw≤Swi，油流動，水不流動，Krw＝0

；B區(qū)：Swi<Sw<1-Sor，當(dāng)Sw較小時,會發(fā)生賈敏效應(yīng)，水對油的影響很大；C區(qū)：Sw≥1-Sor，水流動，油不流動，Kro＝0，孤滴狀的油對水的影響很大；油水相對滲透率4.低滲透油田的分類油層平均滲透率：10.1×10-3～50×10-3μm2這類油層接近正常油層，油井能夠達(dá)到工業(yè)油流標(biāo)準(zhǔn)，但產(chǎn)量低，需采取油層改造措施，提高生產(chǎn)能力，才能取得較好的開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。一般低滲透油田：油層平均滲透率：1.1×10-3～10×10-3μm2

正常測試達(dá)不到工業(yè)油流的標(biāo)準(zhǔn)，必須采取較大型的壓裂改造和其它措施，才能有效的投入工業(yè)開發(fā)。長慶安塞油田大慶榆樹林油田吉林新民油田等。

特低滲透油田：油層平均滲透率為0.1×10-3～1.0×10-3μm2。一般不具備工業(yè)開發(fā)價值。但如果其它方面條件有利，如油層較厚、埋藏較淺、原油性質(zhì)比較好等，同時采取既能提高油井產(chǎn)量，又能減少投資、降低成本的有利措施，也可以進(jìn)行工業(yè)開發(fā)，并取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。如延長的川口油田等

超低滲透油田：五、油藏巖石潤濕性和油水微觀分布潤濕現(xiàn)象:干凈的玻璃板上滴一滴水水迅速散成薄薄的一層干凈的玻璃板上滴一滴水銀水銀聚攏形成球狀在銅片上滴一滴水銀水銀呈饅頭狀1.表面張力界面：任何兩相的接觸面，油水界面，油氣界面等表面：當(dāng)兩相中有一相為氣體時稱為表面，如液相表面，固相表面等。表面能（表面凈吸引力）：表面分子力場的不平衡而使表面儲存的多余能量。表面張力：單位面積所具有的表面能。2.巖石的潤濕性(wettability）潤濕液體在表面分子力作用下在固體表面的流散現(xiàn)象。過氣液固或液液固三相交點(diǎn)對液滴表面所作的切線與液固表面所夾的角。(從極性大的一端算起)潤濕角θ(wettingangle)油水對固體表面的潤