石油工程概论

石油工程概论(GeneralIntroductionofPetroleumEngineering)授课学时：30

讲课教师：张红玲办公地点：工程东楼310

联系电话：89733740(o)授课内容第一章绪论第二章油藏流体及岩石的物理性质第三章油田开发设计基础第六章自喷及气举采油技术第七章有杆泵及无杆泵采油技术第八章油水井增产增注技术第九章提高原油采收率技术第四章油气钻井方法及工艺第五章完井与试油第一章绪论1.什么是石油和天然气？石油是深藏地下的、天然形成的、不可再生的流体矿物。石油是气态、液态和固态的烃类混合物。石油、天然气、沥青在成因上有联系，在组成上都属于碳氢化合物，统称为石油。

石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称。包括油藏(Reservoir)、钻井(Drilling)、采油(OilProduction)和石油地面工程(PetroleumSurfaceEngineering)等。2.石油工程定义⑴油藏工程研究油藏流体和岩石的物理性质；分析和预测油藏动态；编制和调整油田开发方案。主要研究内容研究对象整个油藏、井组⑵钻井工程主要研究内容研究对象：井眼钻井方法；钻进工艺；建立永久性通道。⑶采油工程采油方法；开采工艺技术；增产增注技术等。主要研究内容研究对象：井筒及近井地带

油藏工程是基础；钻井工程是手段；采油工程是具体实现。

三者之间的关系完第二章油藏流体及岩石的物理性质

Thephysicalpropertiesofreservoirfluid

androck油藏流体的物理性质油藏岩石的物理性质油气的化学组成地层油的高压物性天然气的高压物性地层水的高压物性油气的相态孔隙度流体饱和度压缩系数渗透性润湿性和油水的微观分布一、油气的化学组成

（thechemiccomponentofhydrocarbon)

1.天然气的组成

烃类气体（主要）CH470－98％C2H6C3H8C4H10非烃气体（少量）H2S、CO2、CO、N2、H2O惰性气体(inertgas):He、Ar>C5第一节油藏流体的物理性质矿藏(mine)汽油蒸汽含量硫含量凝析气：具有反凝析作用能形成凝析油的气田气油藏气（又叫油田气,伴生气）：溶解气和气顶气气藏气（又叫气田气）：单独聚集成气藏天然气的分类干气<100g/m3富气≥100g/m3(湿气)酸气≥1g/m3净气<1g/m3戊烷―十六烷烃、环烷烃、芳香烃非烃类化合物含硫化合物:硫醇、硫醚、噻吩含氮化合物:吡咯、吡啶、喹啉、吲哚高分子杂环化合物:胶质、沥青质2.石油的组成(thecomponentofoil)烃类含氧化合物:苯酚、脂肪酸甲烷、乙烷、丙烷、丁烷石蜡气固液二、油气的相态相态：物质在一定条件（温度和压力）下所处的状态。泡点压力bubble―pointpressure

（饱和压力saturationpressure

）：温度一定时，开始从液相中分离出第一批气泡时的压力。露点压力dew―pointpressure

：温度一定时，开始从气相中凝结出第一批液滴时的压力。反凝析现象：单相气体随压力降低转化为气液两相的反常现象。临界点criticalpoint：气液两相共存点，在临界点气液差别消失。多组分烃类系统相图(theP-Tgraphofmulti-component)油藏气藏凝析气藏AC线－泡点线BC线－露点线C点－临界点d2－第二露点油气藏相态特征研究意义油藏控制地层压力不低于饱和压力的5―10%，防止过多的气体分离。凝析气藏保持井口压力在第二露点以上，避免井筒凝析出液相，增加开采难度。三、地层油的高压物性

PVTofstrataloil地层油特点：高温高压，溶解有大量的天然气。1.溶解气油比Rs

(solutiongas-oilratio)定义：在油藏温度和压力下，单位体积原油中溶解的气量，标m3/m3。实际生产中定义：用接触脱气方法得到的溶解气量在标准状况下的体积与地面脱气原油的体积之比，标m3/m3。标准状况：20℃，0.1013MPa影响因素①油气性质溶解气油比与压力的关系②压力油气密度差异越小，地层油的溶解气油比越大。③温度T升高，Rs降低当P>Pb，Rs保持不变；当P<Pb，Rs逐渐减小。2.地层油体积系数(oilformationvolumefactor)定义：原油在地下体积(即地层油体积)与其在地面脱气后的体积之比。一般地，Bo>1。？温度：高温引起热膨胀压力：高压引起弹性压缩溶解气油比：引起体积膨胀3.地层油等温压缩系数(compressibility)定义：温度一定，单位体积地层油随压力变化的体积变化率，1/MPa。“－”负号表示压力变化与体积变化方向相反。Co一般在（10-140）×10-41/MPa。4.地层油的粘度(thevelocityofstrataloil)由流体内摩擦而引起的阻力，单位mPa.s，Pa.s。

中国稠油分类标准原油粘度－温度曲线原油粘度－压力曲线5.地层油的密度(density)地层油的密度是指单位体积地层油的质量，kg/m3。一般，地层油的密度小于地面油的密度。6.地面油的相对密度(relativedensity)20℃时的地面油密度与4℃时水密度之比。？1.天然气的压缩因子（compressibilityfactor）理想气体状态方程：四、天然气的高压物性ThePVTofnaturalgas理想气体的假设条件：1.气体分子无体积，是个质点；2.气体分子间无作用力；3.气体分子间是弹性碰撞；天然气处于高温、高压状态多组分混合物，不是理想气体压缩因子压缩因子一定温度和压力条件下，一定质量气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。实际气体的状态方程：Z>1实际气体较理想气体难压缩Z=1实际气体成为理想气体Z<1实际气体较理想气体易压缩2.天然气的体积系数(thevolumefactorofnaturalgas)地面标准状态下单位体积天然气在地层条件下的体积。3.天然气的等温压缩系数(theisothermalcompressibilityofnaturalgas)等温条件下，单位体积气体随压力变化的体积变化率。4.天然气的粘度(theviscosityofnaturalgas)天然气内部摩擦而引起的阻力，单位mPa.s，Pa.s。五、地层水的高压物性thePVTofstratalwater1.地层水的矿化度(mineralizationofstratalwater)地层水中的离子阳离子Na+1、K+1、Ca+2、Mg+2Cl-1、CO3-2、SO4-2、HCO3-1阴离子矿化度：地层水中的含盐量，通常用mg/l表示。地层水的总矿化度表示水中正负离子的总和硬度：地层水中二价阳离子的含量，通常用mg/l表示地层水的分类苏林分类法2.地层水的体积系数油藏条件下的体积地面条件下的体积3.等温压缩系数4.地层水的粘度Cw一般为（3.7-5）×10-41/MPa。20℃时为1.5mPa.s，80℃时为0.2mPa.s。第二节油藏岩石的物理性质孔隙性porosity岩石孔隙pore裂缝fracture溶洞cavern为油气提供储集空间渗流通道渗透性permeability(世界99%以上)沉积岩层碎屑岩储集层碳酸盐岩储集层我国大部分油田波斯湾盆地华北古潜山油田一、油藏岩石的孔隙度theporosityofreservoirrock孔隙(pore)岩石中未被碎屑颗粒、胶结物或其它固体物质充填的空间。性质不同、形状各异、大小不等岩石的骨架砂粒(sandgrain)胶结物(cement)除构成岩石骨架的碎屑颗粒以外的化学沉淀物质岩石的胶结物：泥质粘土矿物(遇水膨胀)硫酸盐石膏和硬石膏(高温脱水)硅质硅酸盐(胶结最结实)灰质碳酸盐类矿物(遇酸反应)1.孔隙度(porosity)定义或：单位岩石体积中孔隙体积所占的比例。岩石孔隙体积与岩石外表体积之比；2.孔隙度分类(1)绝对孔隙度(absoluteporosity)(2)有效孔隙度(effectiveporosity)岩石总孔隙体积或绝对孔隙体积岩石外表体积或视体积被油、气、水饱和且连通的孔隙体积岩石外表体积或视体积矿场资料和文献上不特别标明的孔隙度均指有效孔隙度。两种孔隙度的关系：3.碳酸盐岩储层孔隙度φf—次生孔隙度(裂缝或孔洞孔隙度),小数。φp—原生孔隙度,小数；φt—总孔隙度,小数；储层岩石(砂岩)孔隙度评价二、油藏流体饱和度thesaturationofreservoirfluid1.油藏流体饱和度单位孔隙体积中流体所占的比例。(同一油藏)2.束缚水饱和度(immobilewatersaturation)分布和残存在岩石颗粒接触处角隅和微细孔隙中或吸附在岩石骨架颗粒表面，不可流动的水束缚水单位孔隙体积中束缚水所占的比例束缚水饱和度Swc3.残余油饱和度(residualoilsaturation)残余油被工作剂驱洗过的地层中，滞留或闭锁在岩石孔隙中的油。残余油饱和度：残余油占储层的孔隙体积的比例。三、油藏岩石的压缩系数thecompressiblecoefficientofreservoirrock1.油藏岩石的压缩系数Cp以岩石的孔隙体积为基数的压缩系数，1/MPa；矿场常用：油藏压力每变化单位压降时岩石孔隙体积的变化率。2.油藏的综合压缩系数石油地质储量天然气储量四、油藏岩石的渗透性thepermeabilityofreserviorrock岩石的渗透性：在一定的压差作用下，储层岩石让流体在其中流动的性质。渗透性大小用渗透率(permeability)表示。1.达西定律(Darcy’slaw)1856年、法国人、享利·达西未胶结砂充填模型水流渗滤试验达西实验装置达西方程：渗透率绝对渗透率(absolutepermeability):

油藏岩石的性能参数，其大小只取决于岩石本身，而与实验流体无关。2.有效渗透率和相对渗透率有效渗透率(effectivepermeability)(1)定义：多相流体共存时，岩石允许每一相流体通过的能力。(2)有效渗透率与绝对渗透率之间的关系相对渗透率(relativepermeability)(2)相对渗透率的大小(1)定义：多相流体共存时，每一相的有效渗透率与岩石绝对渗透率的比值。多相流体共存时，各相流体相对渗透率之和总是小于1。3.相对渗透率曲线(1)定义：相对渗透率与流体饱和度关系曲线(2)典型的相对渗透率曲线A区：Sw≤Swi，油流动，水不流动，Krw＝0

；B区：Swi<Sw<1-Sor，当Sw较小时,会发生贾敏效应，水对油的影响很大；C区：Sw≥1-Sor，水流动，油不流动，Kro＝0，孤滴状的油对水的影响很大；油水相对渗透率4.低渗透油田的分类油层平均渗透率：10.1×10-3～50×10-3μm2这类油层接近正常油层，油井能够达到工业油流标准，但产量低，需采取油层改造措施，提高生产能力，才能取得较好的开发效果和经济效益。一般低渗透油田：油层平均渗透率：1.1×10-3～10×10-3μm2

正常测试达不到工业油流的标准，必须采取较大型的压裂改造和其它措施，才能有效的投入工业开发。长庆安塞油田大庆榆树林油田吉林新民油田等。

特低渗透油田：油层平均渗透率为0.1×10-3～1.0×10-3μm2。一般不具备工业开发价值。但如果其它方面条件有利，如油层较厚、埋藏较浅、原油性质比较好等，同时采取既能提高油井产量，又能减少投资、降低成本的有利措施，也可以进行工业开发，并取得一定的经济效益。如延长的川口油田等

超低渗透油田：五、油藏岩石润湿性和油水微观分布润湿现象:干净的玻璃板上滴一滴水水迅速散成薄薄的一层干净的玻璃板上滴一滴水银水银聚拢形成球状在铜片上滴一滴水银水银呈馒头状1.表面张力界面：任何两相的接触面，油水界面，油气界面等表面：当两相中有一相为气体时称为表面，如液相表面，固相表面等。表面能（表面净吸引力）：表面分子力场的不平衡而使表面储存的多余能量。表面张力：单位面积所具有的表面能。2.岩石的润湿性(wettability）润湿液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。过气液固或液液固三相交点对液滴表面所作的切线与液固表面所夹的角。(从极性大的一端算起)润湿角θ(wettingangle)油水对固体表面的润