石油工业与工程技术

石油工业与工程技术第1页/共48页一、石油工业简介二、石油工程介绍第2页/共48页第一节、石油的基本性质及其用途1983年第11届石油大会对石油定义为：石油Petroleum是自然界中存在于地下的以气态、液态和固态烃类化合物为主，并含有少量杂质的复杂混合物。原油：CrudeOil是石油的基本类型，存在于地下储集层内，在常温、常压条件下呈液态。天然气：NaturalGas也是石油的主要类型，呈气相，或处于地下储集层时溶解在原油内，当采到地面，在常温，一常压条件下从原油中分离时又呈气态。在工业上、日常应用中，通常“原油”与“石油”混用，并不加以区分。一、石油的基本性质第3页/共48页1石油的化学组成碳含量84%~87%硫、氮、氧微量元素11%~14%氢含量11%~14%第4页/共48页2原油的基本性质及分类原油的颜色有黑、褐、棕、绿、黄等，也有无色的。我国多为黑、褐红色、绿色。各地原油有自己独特的气味，当含硫化物和氮化物时，气味难闻。（1）颜色和气味第5页/共48页（2）密度（3）粘度、凝点类别API度密度（g/cm3）类别API度密度（g/cm3）轻质原油>34<0.855重质原油20~100.934~1.00中质原油34~200.855~0.934特重原油<10>1.00原油名称大庆胜利孤岛辽河华北中原新疆密度/（g/cm3）0.85540.90050.94950.92040.88370.84660.8538运动粘度/（g/cm3）20.1983.36333.710957.110.3218.8凝点/℃3028217363312含蜡量/%26.214.64.99.522.819.77.2残炭/%2.96.47.46.86.73.82.6硫含量/%0.10.82.090.240.310.520.05氮含量/%0.160.410.430.40.380.170.13美国石油学会(简称API)制订的用以表示石油及石油产品密度的一种量度。API=(141.5/相对密度)-131.5第6页/共48页（4）闪点、燃点、自燃点原油和成品油受热蒸发后，蒸发出来的油气和空气接触后，遇上点火，会发生短促的闪光，这时的温度叫闪点。如继续加热，点火后不但有闪光，而且油会烧着，这时的温度叫燃点。原油和成品油达到一定的高温时，虽不点火，也能自行燃烧，原油和成品油自燃的最低温度叫自燃点。（5）残炭在规定的条件下，将石油加热至高温，使石油最终成为焦炭。此焦炭占试验用油的质量百分比，叫做石油的残炭值。（6）溶解性石油不溶于水，能溶于有机溶剂。第7页/共48页二、石油、天然气的用途（一）古代石油、天然气的用途公元前480年，第三次希波战争中，石油做的火箭用来攻城，第一次石油用于战争。公元前2500年，用曾浸透过防腐沥青和香料的布包裹“木乃伊”。公元前1000年，有人在约旦河流域的上游开发沥青矿并延续至今。公元600年，巴比伦人开始掌握用沥青掺和沙石修筑道路，修建了人类历史上第一条用沥青铺造大的道路。公元32~92年，《汉书·地理志》：“山郡高奴县，有洧水可然”。公元1031~1095年，沈括在《梦溪笔谈》中对石油进行了描述。公元前者770~221年，春秋战国时期有许多火攻的战例。公元前1518~1593年，李时珍在《本草纲目》中详细记述了石油的药用。第8页/共48页（二）现代石油、天然气的用途汽车、飞机、轮船、各种机器的动力燃料、交通等材料领域的基础原料。基础化润滑剂和民建交通等材料领域的基础原料。

石油被誉为“工业的血液”，在国民经济及国防建设中占有重要地位。2009年，国内一次性能源消费结构中，煤炭占68.7%的比例，石油占18%，天然气占3.4%。非化石能源，即可再生能源消费比重上升到9.9%。根据国务院去年年底提出的目标，到2020年可再能源占一次能源消费比重达到15%左右。第9页/共48页

约3／4的石油资源集中于东半球，西半球占1／4；石油资源主要集中于北半球。三、石油、天然气的分布排名地区1中东2欧洲及欧亚大陆3中南美4非洲5北美6亚太地区第10页/共48页四、主要石油生产消费国家：（1）石油的生产与消费第11页/共48页（2）中国石油分布油田产量涨幅大庆4000下降0.5%胜利2791增长0.6%长庆1572增长14.1%渤海1350增长22.7%延长1121增长2.8%新疆1089下降10.8%辽河1019下降9.3%塔河660增长10%吉林605下降7.6%塔里木554下降14.1%2009年主要油田产量（万吨）第12页/共48页上游中游下游油气勘探、开发油气的储存与运输炼油、化工第二节石油工业发展历程一、什么是石油工业

石油工业分为上游、中游和下游，上下游产业链的关系非常的密切，具有非常鲜明的产业链结构和产业链信息传递效应。第13页/共48页10大学科油气地质勘探A应用地球物理B地球物理测井C钻井工程D油气田开发与开采E石油加工F海洋石油G油气集输与储运工程H石油钻采机械与设备I油田化学J专业设置资源勘查工程A勘察技术与工程B石油工程C油气储运工程D化学工程与工艺E应用化学F机械设计制造及其自动化G在一个有油气前景的地区，从普查勘探到发现油田，形成一定生产规模，一般需要9年左右。

石油工业涉及200多种专业学科。第14页/共48页二、世界石油、天然气工业发展历程（一）德雷克井—世界石油工业的开端1859年8月27日，在美国宾夕法尼亚洲靠近梯土斯维尔城的石油溪旁，艾德温·德雷克钻的一口找油井涌出了油流。美国和国际上把这件事看作近代石油工业的发端。第15页/共48页（二）世界石油工业的发展阶段1.第一阶段（1859-1920年）石油工业刚刚兴起，少数国家生产石油，起主导作用。其中：美国占64.3%；墨西哥占22.8%；前苏联占3.7%；亚洲、中东占6.1%；其他国家占3.1%。这个时期主要的石油产品是灯用煤油。石油工业在一些国家逐步形成完整的工业体系，一批规模较大的石油公司已经形成，出现垄断。（美国新泽西标准石油公司、纽约标准石油公司、英荷壳牌集团和诺贝尔兄弟石油公司等）第16页/共48页2.第二阶段（1920-1945年）汽车工业迅速发展，使石油工业进入“汽油时代”。世界石油生产的范围和规模迅速扩大。国际石油垄断的形成。3.第三阶段（1945-1973年）世界石油产量和探明可采储量高速增长。中东取代美国、前苏联，发展成为世界石油工业中心。非洲石油产量有了迅猛的发展。两次石油危机。第17页/共48页4.第四阶段（1973年以后）世界石油工业的基本特点是在大动荡、大改组中继续波浪式发展。整个世界石油的储量和产量，20世纪70年代达到了高峰，更多的国家加入产油国的行列。（三）世界天然气工业的发展历程美国开创了天然气工业天然气工业的发展取决于市场及管道业的发展。1930年，美国建成第一条跨州输气管道，开始了跨州贸易。世界天然气大发现、大增长的年代第二次世界大战后，开始了天然气储量、产量大增长的时期。第18页/共48页三、中国石油工业发展历程1878年、苗栗1907年、延长1909年、独山子1939年3月13日，在玉门钻开了K地层，发现了老君庙油田，当年产油418.85吨，1940年产油1346.7吨。1949年，探明储量1700多万吨，当年产量7万多吨。

由于延长和独山子两处生产规模较小，中国石油史学界认为，中国的石油工业应以1939年甘肃玉门油田的发现和开发作为开端。第19页/共48页（一）恢复和发展期（1950~1959年）以玉门油矿为重点，恢复老油田生产。以陕、甘地区为重点，开展石油勘探。积极恢复东北人造石油工业。积极培养人才，壮大职工队伍。1.三年恢复生产（1950~1952年）2.石油勘探的重大突破（1953~1959年）石油勘探第一次突破——克拉玛依油田的发现石油勘探第二次突破——大庆油田的发现第20页/共48页（二）高速发展期（1960~1978年）1959年组织了大庆石油会战，用3年时间探明和建成了一个大油田。1963年全国产油量648万吨，实现“石油基本自给”的历史转折点。

1964年勘探主力转移到渤海湾盆地，开展了华北石油会战。相继发现了胜利、大港、辽河及华北任丘油田等。1973年1965年1978年1131.5万吨5000万吨1.04亿吨1997年1.604亿吨第21页/共48页（三）持续发展期（1978年以来）20世纪80年代以来，东部主力油田相继进入开采中后期，寻找稳定的油气资源战略接替区提上了油气勘探的日程。80年代后期，明确提出了“稳定东部、发展西部”的战略思想。在塔里木油田陆续发现了雅克拉油田、轮南油田、塔中和塔河油田；在鄂尔多斯盆地发现了安塞油田。天然气产量逐年增加，2005年产量493亿立方米，年均增加45亿立方米，随着天然气管网的完善，天然气在能源结构中比例也有大幅增加。目前，中国的海外石油业务已经初步形成了非洲、中亚、中东和亚太五大油气合作区。第22页/共48页第三节21世纪中国能源、环境与石油工业发展一、中国能源发展基本原则（一）可持续发展原则指既满足代人的需求，又不损害后代人满足其需求的能力，是科学发展观的基本要求之一。1972年斯德哥尔摩举行的联合国人类环境研讨会上提出“可持续发展”的概念。1992年联合国环境与发展大会通过《里约宣言》和《世纪议程》等文件，为人类社会制定可持续发展战略提供了依据。中国“以煤为主”的的能源供应路线和可持续发展的矛盾。第23页/共48页（二）能源安全原则自给能力不足新能源发展有限能源需求提升能源安全保障程度（石油战备储备）2006年石油对外依存度达47%2003年中国开始建设四大战备石油储备基地第24页/共48页发改委国家能源局石油储备中心石油储备基地对国家石油储备进行管理。负责国家石油战略储备基地的建设和管理，承担石油战略储备的收储、轮换和动用任务，监测国内外石油市场的供求变化。镇海520，舟山500，黄岛320，大连300,已于2008年完成，可供35天。储备石油

中国石油战略储备现状2007年“石油储备中心”正式挂牌成立；2008年，组建国家能源局至此，中国形成了三级石油储备管理体系。第25页/共48页

石油战略储备规模小第26页/共48页（三）符合国情原则从实际出发可再生能源（液体）油气（固体）煤炭可再生能源多元化（固体）煤炭发达国家能源路线我国能源路线第一，中国能源资源分布不均，造成能源资源的长距离输送系统效率低下，不符合成本效益原则；第二，中国财力不允许像美国那样大量进口油气，其资源条件难以满足。第27页/共48页二、石油、天然气开发过程中的环境影响（一）油气田开发建设对水环境的影响钻井队在井场铺设防污布1.钻井钻井废水钻井泥浆污染地表水污染地表水第28页/共48页2.油气开采油气开采主要包括试采、采油、油气集输等，在这些生产过程中影响水环境的主要污染源有采油（气）废水和落地原油。2007年智利石油管道破裂2005年山东济南输油管道被挖穿第29页/共48页3.井下作业井下作业的工序内容较多，主要有修井、压裂、酸化、热油清蜡、冲砂等几个工艺，每个工艺都有污染物排放，影响水环境的主要污染物是作业废水和落地原油。4.炼油化工主要污染物为含油污水、含硫污水、含碱污水、含盐污水。循环系统污水等。5.油气田辅助生产部门油田开发是多工种、多工序的联合性行为，除油气田开发建设生产外，还有矿建、运输、机电加工、自备电厂、三产等辅助性生产部门。这些单位再生产建设中排放的废水也将对环境产生影响。第30页/共48页一、简石油工业介二、石油工程介绍第31页/共48页石油工程专业油气井钻井工程油气井采油工程油气田开发工程石油的生产过程：勘探石油工程储运石油工程的基本内容第32页/共48页第一节：油气井钻井工程、设计井身轴线剖面根据地质及油气层特点或生产上的需要，确定井口位置及井底位置。根据井位及生产要求设计确定井身轴线剖面。根据井眼轴线剖面的类型，所钻的井可以分为：直井和定向井。定向井直井

第33页/共48页普通定向井：一个井场内仅有1口最大井斜角小于60°的定向井。斜直井：用斜直钻机或斜井架完成，自井口开始井眼轨道一直是一段斜井段的定向井。大斜度井：最大井斜角在60°~80°范围内的定向井水平井：最大井斜角大于或等于86°

，并保持这种井斜角钻完一定长度段的井。长曲率半径：6°/30m

中曲率半径：6°~20°/30m水平井中短曲率半径：1°~20°/30m

短曲率半径：1°~10°/m

丛式井：在一个井场内有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其中可含1口直井。多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。定向井第34页/共48页接单根、起下钻接单根：向钻柱上连接一根钻杆，以便继续钻进，使井深不断加深起下钻：起钻：为了更换钻头，将井内钻柱取出换下旧钻头。下钻：换上新钻头后，重新将钻柱下入井内。第35页/共48页油气井钻井工程的主要技术、理论内容岩石与钻头井眼轨道设计与控制钻井液优选参数钻井油气井压力预测与控制固井与完井特殊复杂井钻井技术钻井技术理论主要内容：涉及到的相关基础学科和理论基础：岩石力学与岩石破碎学杆管柱力学流体力学胶体化学水泥化学优化理论计算机技术第36页/共48页采油是指油层的原油流到井底采到地面所用的方法。第二节：采油工程油井生产过程：地下流体的渗流；垂直管流；水平管流；对自喷井而言，还包括嘴流。主要包括流入动态举升方法（有杆泵，潜油电泵…）油田注水增产增注措施（压裂、酸化…）砂、蜡、水、稠（防砂、清蜡、控水、稠油）第37页/共48页注水

注水是通过注入井将水注入油层，保持油层压力，提高采油速度和采收率的一种措施。主要内容：水质；水处理措施；分层注水工艺；并对注聚合物工艺进行研究。第38页/共48页油水井增产增注措施定义：当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压力后，即在地层中形成裂缝。随带有支撑剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。增产原理：油气向井的径向流从地层裂缝从裂缝井底由径向流变为两个单相流，节约了能耗。连通地层深处解除近井地带污染作用水力压裂酸化水力压裂第39页/共48页酸化

酸化：是靠酸液的化学溶蚀作用以及向地层挤酸时的水力作用来提高地层渗透性能的工艺措施。酸化有两种基本类型：1）常规酸化（孔隙酸化）：注酸压力低于地层破裂压力的酸化，简称酸化；酸液主要发挥其化学溶蚀作用，扩大与之接触岩石的孔、缝、洞；2）酸化压裂：注酸压力高于油(气)层破裂压力的酸化，简称酸压；酸液将同时发挥化学作用和水力作用来扩大、延伸、压开和沟通裂缝，形成延伸远、流通能力高的油气渗流通道。

第40页/共48页砂、蜡、水、稠（防砂、清蜡、控水、稠油）节点分析第41页/共48页一、油藏工程的定义定义1:油藏工程是一门从总体上来认识和改造油气藏的技术学科。总体是指：一认识和分析组成油藏的各个部分的物理化学性质及其在油气藏开采中的作用（静态认识）；二是在油气藏的开采过程中，油藏内部所发生的物理化学变化、机制，及其对油气开采的影响（动态认识）。它是一门高度综合的学科，其最终的目标是提高经济采收率。定义2:应用地球物理、地质、油层物理、渗流力学及采油工程方面的方法、成果、资料，对油藏的开发方案进行设计、调整、评价，以及应用有效的开采机理、驱替理论和工程方法来预测分析油藏的未来的开发动态，并根据这种预测结果提出相应的技术措施，以便获得油藏最大的采收率。即回答三个问题：油藏如何开发、动态如何变化、如何开发的更好特点：对象不可见、涉及的学科多、不同的时