《 石油工程 》课程教学大纲

PAGEPAGE12《石油工程》课程教学大纲课程编号：02011107课程名称：石油工程英文名称：PetroleumEngineering课程类型：必修课课程性质：专业课总学时：112讲课学时：112实验（实践）学时：学分：7适用对象：石油工程专业本科生先修课程：工程力学、工程流体力学、油层物理、渗流力学、油气田开发地质基础等课程。一、编写说明（一）制定大纲的依据1．依据石油工业的发展现状及其对毕业生的要求、本科生培养目标、本课程在课程体系中的地位。2．依据学院教学计划，本课程制定理论学时112学时。其中钻井工程40学时，采油工程36学时，油藏工程36学时。（二）课程简介《石油工程》课程是根据石油工业发展的需要，按照大工程教育的思想改革专业面过窄的人才培养模式，进行优化重组课程体系内容而构建的专业主干课程。该课程以油层物理、渗流力学等专业基础课为先修课的专业课。主要介绍钻井工程、油藏工程、采油工程等专业中的基本理论及其工艺技术。本课程内容包括石油工程领域中广泛应用的工艺技术，重点介绍了石油工程的基本内容、基本概念和基本原理，并根据典型油田的现场实例，理论联系实际，保持了石油工程理论的系统性和完整性。（三）课程的地位与作用《石油工程》课程是石油工程专业必修课。本课程的学习使学生掌握石油工程领域中广泛应用的工艺技术及其基本原理，为以后工作打下坚实的专业理论基础。（四）课程性质、目的和任务本课程是石油工程专业的主干课程，通过本课程的学习，应使学生掌握石油工程领域中广泛应用的工艺技术及其基本原理，从而为学生学习后续专业选修课及未来从事石油工程的设计计算、应用研究及工程管理提供必备的专业知识。（五）与其他课程的联系学习先行课程之后，必须掌握油层流体、油层岩石的物理性质及其流体在多孔介质中的渗流特性及其规律，掌握相应的基本概念和基本原理。再通过本课程的学习，为后续专业选修课、石油工程课程设计及未来从事石油工程的设计计算、应用研究及工程管理提供必备的专业知识。（六）对先修课的要求必须掌握油层物理、渗流力学基本概念和基本原理。二、大纲内容第一章油田开发基础及开发方案（一）教学目的和任务使学生掌握油气田开发的基础知识及开发方案设计的基本原理、方法，能够进行油田开发技术及经济指标计算。（二）教学基本要求掌握油田开发的基本概念，了解油田开发方案的主要内容，掌握驱动方式、注水方式、井网密度相关知识，熟悉各种类型油田的合理开发程序，了解油田开发技术指标和经济指标及其计算方法。（三）教学重点和难点重点：油田地质模型的建立，储层精细地质研究的内容和方法；各种驱动方式及影响产能因素；层系划分与组合的意义、原则和方法；各种注水方式的适用性及影响注水开发效果的主要因素。难点：各种注水方式的适用性及影响注水开发效果的主要因素。（四）教学建议与说明结合大庆油田实际，讲授基本概念和油田开发程序、驱动方式、注水方式等内容。（五）教学内容油田地质模型的建立，储层精细地质研究的内容和方法；各种驱动方式及影响产能因素；层系划分与组合的意义、原则和方法；各种注水方式的适用性及影响注水开发效果的主要因素；布井方式选择、井网密度计算；各种计算开发指标方法的基本原理，经济指标及经济评价；开发方案优化及选择方法。第二章岩石与钻头（一）教学目的和任务使学生掌握岩石的物理力学性质和岩石可钻性与研磨性概念及其测量方法，掌握各种钻头的破岩原理和设计依据，基本了解不同钻头所适用的地层。（二）教学基本要求掌握岩石物理和力学性质及其影响因素、钻头破岩原理、设计依据和使用方法，熟悉各种钻头的IADC编码，了解PDC钻头的结构、冠部外形、牙齿形状及其适用条件。（三）教学重点和难点重点：刮刀钻头破岩原理；牙轮钻头结构、破岩原理、设计依据和使用方法；PDC钻头的结构、冠部外形、牙齿形状及其适用条件。难点：牙轮钻头破岩原理。（四）教学建议与说明建议使用钻头模型和实物教具辅助教学。（五）教学内容岩石物理和力学性质及其影响因素；刮刀钻头破岩原理；牙轮钻头结构、破岩原理、设计依据和使用方法；金刚石钻头结构、破岩原理、设计依据和使用方法；各种钻头的IADC编码；PDC钻头的结构、冠部外形、牙齿形状及其适用条件。第三章井眼轨道设计与控制（一）教学目的和任务使学生掌握掌握井眼轨道设计的原则和方法；掌握钻柱及下部钻具组合设计方法；了解井眼轨道控制理论与技术。（二）教学基本要求掌握各种类型井的定义和范围；掌握描述井眼轨道的基本要素；掌握井身剖面的组成；掌握井身剖面水平投影图中的各种定向参数、描述参数概念；掌握井眼轨道设计的原则和方法；掌握钻柱及下部钻具组合设计；了解井眼轨道控制理论与技术。（三）教学重点和难点重点：描述井眼轨道的基本要素；井眼轨道设计的原则和方法；钻柱及下部钻具组合设计。难点：定向井井眼轨道设计。（四）教学建议与说明本章内容较难理解，建议结合工程实际进行定向井眼轨道设计。（五）教学内容各种类型井的定义和范围；描述井眼轨道的基本要素；井身剖面的组成；井身剖面水平投影图中的各种定向参数、描述参数概念；井眼轨道设计的原则和方法；钻柱及下部钻具组合设计；井眼轨道控制理论与技术。第四章钻井液（一）教学目的和任务使学生掌握钻粘土的基本知识、钻井液的基本作用、钻井对钻井液性能的要求、钻井液性能及作用。（二）教学基本要求掌握粘土的基本知识；掌握钻井液的基本作用；掌握钻井对钻井液性能的要求；掌握钻井液性能及作用、钻井液性能调控方法；了解最基本的几种钻井液体系。（三）教学重点和难点重点：粘土的基本知识，钻井液的基本作用，钻井对钻井液性能的要求，钻井液性能及作用，钻井液性能调控方法。难点：粘土性能对钻井液性能影响规律，钻井液性能调控方法。（四）教学建议与说明由于本章内容较多，学时较少，建议上课时使用教具辅助教学。（五）教学内容粘土的基本知识；钻井液的基本作用；钻井对钻井液性能的要求；钻井液性能及作用、钻井液性能调控方法；最基本的几种钻井液体系。第五章优选参数钻井（一）教学目的和任务使学生掌握掌握钻井参数作用机理，钻井液性能对钻速的影响规律；能够对钻井参数和水力参数进行优选。（二）教学基本要求掌握各种钻进参数对机械钻速的影响规律和机理，学会推导钻速方程；掌握水力参数的作用机理；掌握水力参数的优化设计方法；了解钻井参数和水力参数钻进效益的影响规律，建立钻进数学模型，实施优选参数钻井。（三）教学重点和难点重点：各种钻进参数对机械钻速的影响规律和机理，钻速方程，水力参数的优化设计方法。难点：优化钻井方法。（四）教学建议与说明由于本章内容涉及到优化方法，因此，建议补充最优化方法内容。（五）教学内容各种钻进参数对机械钻速的影响规律和机理，学会推导钻速方程；水力参数的作用机理；水力参数的优化设计方法；钻井参数和水力参数钻进效益的影响规律，建立钻进数学模型，实施优选参数钻井。第六章油气井压力预测与控制（一）教学目的和任务使学生掌握地下各种压力概念和预测方法，学会用司钻法和工程师法压井。（二）教学基本要求掌握地层压力概念和预测地层压力的声波时差法、dc指数法和标准化钻速法；掌握地层破裂压力概念和预测地层破裂压力的哈伯特—威利斯法、马修斯—凯利法、伊顿法和黄荣樽法等；掌握技术套管下入深度和井身结构设计方法；掌握井眼-地层-环空之间的压力平衡关系；掌握压井基本数据的计算方法；掌握司钻法和工程师法压井方法。（三）教学重点和难点重点：各种地下压力的概念和预测方法，压井参数计算和压井方法。难点：技术套管下入深度的选择，压井参数计算。（四）教学建议与说明本章的地层各种压力概念容易混淆，建议在教学过程中反复强调加深印象，同时结合现场实际，讲述这些压力概念。（五）教学内容地层压力概念和预测地层压力的声波时差法、dc指数法和标准化钻速法；地层破裂压力概念和预测地层破裂压力的哈伯特—威利斯法、马修斯—凯利法、伊顿法和黄荣樽法等；技术套管下入深度和井身结构设计方法；井眼-地层-环空之间的压力平衡关系；压井基本数据的计算方法；司钻法和工程师法压井方法。第七章固井与完井（一）教学目的和任务使学生掌握井身结构和套管柱设计方法，掌握固井对水泥浆性能的要求；熟悉注水泥工艺和各种完井方法。（二）教学基本要求掌握井身结构设计方法；掌握套管柱受力分析方法、套管柱强度计算方法、套管柱的各种设计方法；掌握油井水泥性质、组成及固井水泥浆要求；掌握注水泥工艺措施；了解各种完井方法及过程；了解试油的基本过程。（三）教学重点和难点重点：井身结构设计原则和方法，套管柱设计方法。难点：套管柱强度计算方法，双轴（或三轴）应力设计法。（四）教学建议与说明建议结合实例讲述套管柱设计方法。（五）教学内容井身结构设计方法；套管柱受力分析方法、套管柱强度计算方法、套管柱的各种设计方法；油井水泥性质、组成及固井水泥浆要求；注水泥工艺措施；完井方法及过程；试油的基本过程。第八章油气井流入动态（一）教学目的和任务使学生掌握不同条件下油井流入动态，能绘制IPR曲线，进行产能预测。（二）教学基本要求掌握不同流动条件下的油井流入动态的基本公式及其它表示方法；掌握多油层条件下油井流入动态曲线的分析方法；了解油、气、水三相及斜井、水平井流入动态。（三）教学重点和难点重点：流入动态的基本概念，油气两相渗流时的流入动态，组合型流入动态曲线及其绘制。难点：不完善井组合型流入动态。（四）教学建议与说明本章涉及到油层物理和渗流力学的基础知识，建议学生复习以前学过的知识，以便能更好地理解本章内容。（五）教学内容流入动态的基本概念和基本公式；油气两相渗流时，沃格尔型流入动态及其修正方法；组合型流入动态曲线及其绘制；油气两相渗流时IPR曲线的通式及流入动态的其它表示方法；多油层条件下油井流入动态曲线的分析方法；油、气、水三相及斜井、水平井流入动态。第九章自喷采油及节点系统分析（一）教学目的和任务使学生掌握自喷井生产系统中的流体流动规律，自喷井分层开采工艺及节点系统分析的基本概念及求解方法。（二）教学基本要求掌握自喷井生产系统中的流体流动规律；掌握自喷井分层开采工艺；掌握节点系统分析的基本概念及求解方法。（三）教学重点和难点重点：垂直井中的流态，节点系统分析基本原理及其用途。难点：压力梯度的计算方法，节点系统分析方法。（四）教学建议与说明结合多媒体播放相关的井筒流体流动形态演示，使学生直观地理解流体在井筒中的流动规律；同时，建议相关内容的实验课程在理论课之前开课。（五）教学内容自喷井生产系统中的流体流动规律，自喷井分层开采工艺，节点系统分析的基本概念及求解方法。第十章有杆泵采油（一）教学目的和任务使学生掌握油井有杆泵举升系统的工作原理与影响因素，能够正确选择、设计举升方式。（二）教学基本要求掌握游梁式抽油机悬点运动规律及载荷计算；掌握抽油机平衡原理及平衡计算、抽油机曲柄轴扭矩曲线绘制、最大扭矩计算及电机功率计算；掌握影响泵效的因素、提高泵效的措施及工况分析方法；熟悉有杆泵采油系统的选择设计方法；了解有杆泵系统设计计算的API方法。（三）教学重点和难点重点：抽油机悬点运动规律及载荷计算，抽油机平衡原理及平衡计算，抽油机曲柄轴扭矩曲线绘制，最大扭矩计算及电机功率计算，影响泵效的因素及提高泵效的措施。难点：抽油机曲柄轴扭矩曲线绘制，最大扭矩计算及电机功率计算，有杆泵采油系统的选择设计方法。（四）教学建议与说明本章内容较多，主要介绍油田生产中的主要采油方式——有杆泵采油。在石油工程实习中，已经感性认识了抽油机的工作原理和工作过程，通过理论内容的学习，对于影响泵效的因素分析及杆柱的强度校核，应该结合例题和习题，加深学生对该内容的理解和认识。（五）教学内容游梁式抽油机悬点运动规律及载荷计算；抽油机平衡原理及平衡计算；抽油机曲柄轴扭矩曲线绘制，最大扭矩计算及电机功率计算；影响泵效的因素、提高泵效的措施及工况分析方法；有杆泵采油系统的选择设计方法；有杆泵系统设计计算的API方法。第十一章其它人工举升方法（一）教学目的和任务使学生掌握潜油电泵、气举举升系统的工作原理与影响因素，熟悉螺杆泵举升系统的工作原理与影响因素，了解水力泵举升系统的工作原理与影响因素，了解正确选择、设计举升方式的方法。（二）教学基本要求掌握潜油电泵采油系统设计及工况分析；了解水力活塞泵采油系统及工况分析；了解水力射流泵采油系统及选泵设计及工况分析；熟悉螺杆泵采油系统、螺杆泵工作特性及其影响因素；掌握气举采油系统的启动、气举阀下入深度的确定，了解连续气举设计原理；了解各种人工举升方法的特点、优选及组合应用。（三）教学重点和难点重点：潜油电泵采油系统设计，螺杆泵工作原理、螺杆泵工作特性及其影响因素，气举采油系统的启动、气举阀下入深度的确定。难点：螺杆泵工作原理，气举采油系统启动过程中的压力变化分析。（四）教学建议与说明本章涉及多种采油方式，内容较多，建议学生对油田应用的抽油机多加观察，并且尽可能的多阅读相关资料。（五）教学内容潜油电泵采油系统设计及工况分析；水力活塞泵采油系统及工况分析；水力射流泵采油系统及选泵设计及工况分析；螺杆泵采油系统、螺杆泵工作特性及其影响因素；气举采油系统的启动、气举阀下入深度的确定，连续气举设计原理；各种人工举升方法的特点、优选及组合应用。第十二章注水（一）教学目的和任务使学生掌握水质标准及水处理方法、分层注入工艺及其系统设计方法、分层注水指示曲线及其应用。（二）教学基本要求掌握注入水水质标准及水处理的基本原理和方法；掌握分层注水工艺、分层注水指示曲线及其应用，熟悉水嘴调配方法及计算方法。（三）教学重点和难点重点：注入水水质标准及水处理的基本原理和方法，分层注水工艺、分层注水指示曲线及其应用、水嘴调配方法计算等。难点：分层注水指示曲线及其应用、水嘴调配方法。（四）教学建议与说明本章内容相对简单，建议扩充注入水对地层渗透性伤害内容。（五）教学内容注入水水质标准及水处理的基本原理和方法；分层注水工艺、分层注水指示曲线及其应用及水嘴调配方法。第十三章油水井增产增注措施（一）教学目的和任务使学生掌握水力压裂、酸化增产的基本原理及压裂、酸化工艺技术。（二）教学基本要求掌握水力压裂基本原理、压裂液和支撑剂的性能要求、压裂井的产能预测及分层压裂的基本原理、基本工艺；掌握有关酸化的基本概念、基本原理；砂岩组成及土酸与砂岩的反应原理；酸处理地层的常用酸液类型及添加剂的种类和作用。（三）教学重点和难点重点：井壁上的总应力组成，形成垂直裂缝和水平裂缝的条件；受压裂液粘度控制的滤失系数C1的推导，压裂液对地层渗透性的伤害及防止措施；支撑剂类型及对支撑剂的要求，填砂裂缝的导流能力；酸化的基本概念、基本原理；土酸的反应原理及土酸处理工艺。难点：地质构造对应力的影响，造缝条件，综合滤失系数的求解；填砂裂缝导流能力的确定，砂子在裂缝中的运移及分布；酸液有效作用距离计算模型的建立；砂岩地层酸化处理时采用盐酸和氢氟酸相结合的原因；酸压后裂缝导流能力的确定方法。（四）教学建议与说明建议该实验课程与理论课同步进行。（五）教学内容水力压裂基本原理；支撑剂及其运移；压裂液；压裂工艺；酸化增产原理；酸处理工艺。第十四章油井砂、蜡、水、稠油（一）教学目的和任务使学生掌握特殊油井条件下(出砂、结蜡)典型油井的开采工艺。（二）教学基本要求掌握出砂、防止油井出砂及清砂方法；掌握结蜡、防止油井结蜡及清蜡方法。（三）教学重点和难点重点：出砂、结蜡原因，防止油井出砂、结蜡及清砂、清蜡方法。难点：出砂、结蜡的防治方法。（四）教学建议与说明本章内容较多，且学时较少，建议学生加强自学。对现场工艺性较强的部分内容，应结合油田现场实际，介绍部分新工艺和新技术。（五）教学内容油井出砂、防砂和清砂；油井结蜡、防蜡和清蜡。第十五章油田开发动态分析的经验方法（一）教学目的和任务使学生掌握油田开发动态分析的经验方法，掌握递减规律、水驱规律曲线方法的基本公式与应用。（二）教学基本要求通过本章内容学习，使学生对油田开发技术指标计算的经验方法达到深入理解和掌握。掌握产量递减率方法、水驱规律曲线方法的基本理论和公式推导，熟悉应用这三种方法计算油田动态指标的基本工作程序。（三）教学重点和难点重点：递减率的概念，水驱规律曲线的基本概念，产量递减规律及水驱规律曲线的应用。难点：产量递减规律与水驱规律曲线方法基本公式的推导。（四）教学建议与说明详细讲解例题，通过例题，归纳出产量递减率方法、水驱规律曲线方法预测开发技术指标的应用步骤。（五）教学内容油田产量递减规律的确定及其应用；油田含水变化规律及其预测；油田水驱采收率计算方法。第十六章油田开发分析中的物质平衡方法（一）教学目的和任务使学生掌握油田开发分析物质平衡方法的基本假设条件，推导物质平衡方程的基本步骤，掌握各种油气藏物质平衡方程的基本公式与应用。（二）教学基本要求掌握各种类型油气藏的物质平衡方程式的推导过程，掌握利用物质平衡方程计算油气储量、判断驱动类型的基本步骤。（三）教学重点和难点重点：封闭弹性驱油藏和弹性水驱油藏的物质平衡关系式的确定及其应用；气顶一水一溶解气联合驱动条件下物质平衡方程式的确定；不同驱动类型油藏物质平衡方程的简化及其应用；正常压力系统封闭气藏、水驱气藏、异常平衡方程式的确定及其应用。难点：异常压力气藏的物质平衡方程式基本公式及其压降曲线的成因。（四）教学建议与说明先详细复习油、气、水高压物性参数的基本概念，对各种情况的物质平衡方程进行详细推导，掌握应用物质平衡方程计算储量等的基本工作程序。（五）教学内容油田产量递减规律的确定及其应用；油田含水变化规律及其预测；油田水驱采收率计算方法。第十七章油田开发指标理论计算方法（一）教学目的和任务使学生掌握油田开发指标理论计算方法，了解流管法计算开发指标的基本原理，掌握理论公式的推导过程。（二）教学基本要求掌握单相流、油水两相流条件下开发指标计算方法，了解流管法的基本原理，掌握开发指标计算理论推导过程，能够计算油田实际的开发指标。（三）教学重点和难点重点：流管法计算开发指标的基本思路，开发指标理论计算方法。难点：行列注水开发指标计算公式的理论推导过程。（四）教学建议与说明该节内容主要涉及到渗流力学有关贝克莱前缘方程的理论和应用，建议对该部分内容作必要的复习，然后结合简化示意图详细讲解理论公式的推导过程。（五）教学内容单相流开发指标计算；两相行列注水开发指标计算。第十八章剩余油分布研究方法（一）教学目的和任务使学生掌握研究剩余油的目的及意义、剩余油分布研究方法，确定剩余油的技术及剩余油分布特征。（二）教学基本要求通过本章内容学习，使学生了解国内外剩余油研究概况、主要研究方法，掌握剩余油研究的地质方法、井点测试方法和油藏数值模拟方法，能够进行剩余油预测和分析。（三）教学重点和难点重点：剩余油分布研究方法，国内外确定剩余油的技术。难点：确定剩余油的技术及剩余油分布特征。（四）教学建议与说明详细讲解实例，通过实例，归纳出剩余油分布特点及预测方法。（五）教学内容剩余油研究方法；剩余油形成机理；剩余油宏观分布规律；剩余油微观分布规律；剩余油分布模式；剩余油分布研究实例。第十九章油田开发调整（一）教学目的和任务使学生掌握油田开发调整的基本原则与内容。（二）教学基本要求了解油田开发调整的意义和必要性，掌握油田开发调整的主要内容，掌握不同储层和流体性质及地质特点的油田的合理调整对策。（三）教学重点和难点重点：油田开发调整的内