石油工程介绍.ppt

石油工程简介 张景富 石油工程学院基本情况 石油工程学院学科专业现状 油气井工程专业油气田开发专业油气储运专业 国家级重点学科 省级重点学科 省级重点实验室 博士后科研流动站 国家重点研究室 三个博士 硕士权授予点 石油工程的专业性质和培养目标 培养目标 培养德 智 体 美全面发展的 具有工科基础理论和石油工程专业知识 能在石油工程领域从事油气井工程和油气田开发工程设计 工程施工与管理 应用研究与科技开发等方面工作 获得工程师基本训练的高级工程技术人才 石油工程的专业性质及地位 石油工程专业是石油工业中一个重要的综合性的工程技术专业 是油气田开发生产的核心专业 石油作为经济建设中重要的支柱性产业 在国民经济中具有重要的地位 石油工业是投入高 风险大 技术密集的产业 这就要求石油工程专业的毕业生应有理想 有道德 有文化 守纪律 热爱社会主义祖国 热爱石油事业 具有为国家富强 民族振兴而艰苦奋斗的精神 具有实事求是 独立思考 勇于创新的科学精神 从专业性质和专业面来看 石油工程专业基本上总揽了油田的开发与生产的全部技术及工程施工 是石油生产中最为重要的工作环节 是培养能从事石油工程工程理论及技术研究 施工 施工管理等工作的高级技术人才的工科专业 专业方向 油气井工程 油气田开发工程 石油工程专业是国家教委实施高校教育改革后 本着宽基础 宽专业知识面 适应新世纪对工程技术人员的要求而规划出的本科专业 它的知识面涵概了原有的油气井钻井工程 油气井采油工程 油气田开发工程三个专业 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 石油工程专业的基本内容 油气井钻井工程 钻井工程的定义 利用钻机设备及破岩工具破碎地层形成井筒的工艺过程 钻井的目的和意义 地质评价发现油气藏开发油气藏 钻井工程的工艺过程 定井位 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 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径向水平井 k 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 水平井 丛式井 分支井及形式 分支井分级 钻进与洗井 陆上钻机 海洋钻井平台 牙轮钻头 钻进过程 钻井液的洗井过程 泥浆池 环形空间 泥浆泵 高压管线 水龙头 钻杆 钻头 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 固井 完井 其它作业 固井 下套管注水泥 完井 完井方式完井井口装置试油 其它作业 事故处理岩屑录井测井射孔酸化压裂修井 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 采油是指油层的原油流到井底采到地面所用的方法 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 地下流体的渗流及对油井产能的影响用油气井流入动态描述流体在地下的渗流 油气井流入动态 在一定的油层压力下 流体 油 气 水 产量与相应的井底流压的关系 反映了油藏向该井供油气的能力 自喷采油 一 自喷井生产系统中流体的流动规律 1 气液混合物在油管中的流动规律 2 气液混合物通过油嘴的流动规律 涉及多相流理论 包括 二 自喷井管理及分层开采 1 自喷井管理 管好生产压差 手段 取全取准资料 依据 保证油井正常生成 目的 2 自喷井分层开采 多管分层开采 单管分层开采 有杆泵采油 有杆泵采油 游梁式有杆泵采油 其结构简单 适应性强和寿命长 地面驱动螺杆泵采油 系统组成 三抽为主 抽油机 抽油杆 抽油泵 辅助装置 游梁式有杆泵采油 1 抽油机 主要是地面设备 分类 游梁 无游梁 特点 支架在驴头和曲柄连杆之间 上 下冲程时间相等 常规游梁式抽油机 减速箱在支架的前面 缩短了游梁的长度 减小了抽油机的规格尺寸 上 下冲程时间不等 从而降低了上冲程的v a和动载荷及减速箱的和需要的电机功率 前置型游梁式抽油机 特点 管式泵 是把外筒和衬套在地面组装好后 接在油管下部先下入井内 然后投入固定阀 最后把活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内 杆式泵 是整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端 整体通过油管下入井内 由预先安装在油管预定位置上的卡簧固定在油管上 2 抽油泵 3 光杆与抽油杆 光杆 联接驴头钢丝绳与井下抽油杆 并同井口盘根盒配合密封井口 普通型抽油杆 结构简单 制造容易 成本低 直径小 有利于在油管中上下运行 主要用于常规有杆泵抽油方式 玻璃纤维抽油杆 耐腐蚀 寿命长 重量轻 有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量 弹性模量小 可实现超冲程 有利于提高泵效 空心抽油杆 由空心圆管制成 成本较高 可用于热油循环和热电缆加热等特殊抽油工艺 也可以通过空心通道向井内添加化学药剂 适用于高含蜡 高凝固点的稠油井 抽油杆 螺杆泵采油 螺杆泵是一种容积式泵 运动件 只有螺杆 没有阀和复杂的流道 油流扰动少 使水力损失大大降低 优点 尺寸小 质量轻 制造容易 维修方便 运动部件少 排量均匀 适用油井 在开采高粘含砂含气的原油时 螺杆泵具有独特的优势 中间 中间油管或中间电缆 驱动装置井口装置 电动液动机动 定子转子 系统组成 地面 地下 螺杆泵 全称为电动潜油离心泵 简称电泵 是重要的机械采油方法 其原理是通过潜油电机带动离心泵旋转将井液举升到地面 达到了采油的目的 潜油电泵可适用于井温50 150 产液量在20 700m3 d的油井中 优点 扬程高 排量大 自动化程度 安装方便和易于管理 潜油电泵采油 系统组成 1 地面部分 包括变压器 控制屏 接线盒和特殊井口装置等 2 中间部分 主要有油管和电缆 3 井下部分 主要有多级离心泵 油气分离器 潜油电机和保护器 水力活塞泵采油 水力活塞泵是一种液压传动的无杆抽油设备 地面动力泵通过油管将动力液送到井下驱动油缸和换向阀 从而带动抽油泵抽油工作 应用 稠油井和高含蜡井 深井和定向井 且效率较高 系统组成及泵的工作原理 井下部分是水力活塞泵的主要机组 它由液动机 水力活塞泵和滑阀控制机构三个部件组成 起着抽油的主要作用 地面部分由地面动力泵 各种控制阀及动力液处理设备等组成 起着供给和处理动力液的作用 中间部分有中心动力油管以及供原油和工作过的乏动力液一起返回到地面的专门通道 系统组成 地面部分 中间部分和井下部分 地面部分和中间部分与水力活塞泵相同 所不同的是水力射流泵只能安装成开式动力液循环系统 井下部分是射流泵 它是由喷嘴 喉管和扩散管三部分组成 特点 射流泵是一种特殊的水力泵 它没有运动件 是靠动力液与地层流体之间的动量转换实现抽油的 射流泵采油 射流泵属于水力泵 1852年由英国的James发明本世纪50年代用于原油开采 70年代在国外得到普遍应用 近年来我国开始使用 气举采油法 当油井不能自喷时 除采用前面介绍的人工举升方法外 还可以人为地把气体 天然气或空气 压入井底 使原油喷到地面的采油方法称为 优点 设备比较简单 管理调节较方便 在新井诱导油流及作业井的排液方面气举也有其优越性 缺点 需压缩机和高压管线 地面系统设备复杂 投资大 气利用率低 气举采油 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 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 水力压裂 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 砂 蜡 水 稠 防砂 清蜡 控水 稠油 节点分析 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 不同的时期涉及的内容侧重点不同 油藏工程 从生产上讲 是指为了最大限度提高油气开采速度和最终采收率 对油藏所采取的各项开发设计和动态分析的总称 主要包括 油气田开发方案设计 油藏监测技术 油藏动态分析和开发调整设计 从学科上讲 是指研究合理开发油气藏的各项开发设计和动态分析原理和方法的一门学科 油藏工程从不同角度出发 有不同的定义 二 油藏工程的发展史 经历了5个阶段 第一阶段 发展初期 基本同步于石油工程的发展 公元前5世纪 波斯帝国开始挖掘油井 公元前1世纪 在中国的陕西 四川开始有气井出现 石油工业的起点应该从1859年开始算起 在宾西法尼亚州开钻的第一口井 井深21 2m 真正的石油工业开始阶段20世纪 1930年前 油田的开发是以单独的油井为一个单元 采用的是密井网的做法 井密度2公顷 井 比目前的要大 井的产量比较低 第二阶段 30年代 40年代在油藏工程的指导之下 石油工程得到了发展 产量迅速提高 此时将整个油藏作为了一个整体 产生了许多的油藏工程理论 如油藏驱动能量学说 地下流体力学 拉氏变换 富氏变换 稳定流 非稳定流 达西定律 1856年法国的达西创立 油层物理的方法 岩心分析 井底取样 PVT试验 物质平衡方法 薛尔绍斯方程 从理论上对油田的开发有了一个指导 我国的玉门油田1939年8月投入了开发 第三阶段 40年代 50年代 发展阶段全方面的进行了油田的开发和改造 采用人工补充地层能量的方法 注水 注气 注汽开发 有了比较完善的油田开发理论 例如苏联克雷洛夫 油田开发科学系统 masket的 采油物理原理 B L驱油机理 物质平衡方程 各种经验统计方法 第四阶段 60年代 70年代 现代化发展阶段现代科学技术和管理概念普及 各种先进的技术得到应用 例如大型水力压裂 定向井 计算机的应用 进一步发展的理论有油藏数值模拟的发展 EOR原理 油藏的经营管理 第五阶段 80年代以后至今 高新技术发展阶段特点 采用各种的高新技术 信息技术 水平井等 石油工程日益与多种学科相结合 发展了多种的开采方法 微生物采油 电法采油 激波采油 注化学剂采油等等方法 这些方法都有相应的理论支持 目前 世界范围内的石油短缺 在中国更是如此 国内的油田陆续进入特高含水开发期间 新发现区块日益减少 难度加大 水驱油藏的采出程度达到32 还有2 3的储量剩余在地下 迫切需要提高采收率的新技术 根据国民经济发展预测 如果满足8 的经济发展需求 2010年的石油需求是2 6亿吨 目前的产量为1 7亿吨 缺口35 油藏的合理 科学开发 油藏的经营管理日益重要 这需要更科学的决策 更可行的开发方案 调整方案 所以需要油藏工程的更进一步的发展 三 油藏工程研究的内容 研究内容 总体内容 探井评价 油藏评价 开发设计规划 油田投产 油田的一次二次开发 动态的分析 开发调整 提高采收率 在本课程中设计到的内容 油田开发概论 注水开发指标计算 油藏的动态检测 油藏动态分析等等 四 油藏工程的内容体系 1 油田开发方案设计内容和方法 开发方式选择 驱动能量的利用与选择 开发层系设计 同一井网下 不同油层的组合 开发井网设计 井网方式 井网密度 开发指标计算 在一定采油速度下 产量 注水 含水变化 采出程度 采收率 开发调整设计 剩余油分布规律与特征 影响采收率的因素 工艺措施 井网层系 开发方式调整等 四 油藏工程的内容体系 2 油藏动态监测原理与方法 试井分析原理与方法 均质油藏 双重介质 人工裂缝 水平井的试井 示踪剂分析原理与方法 开发测井3 油藏开发动态分析 物质平衡方法 经验方法 水驱特征曲线法 产量递减分析 油藏数值模拟 业务培养要求 本专业学生主要学习数学 物理 化学 力学 地质学 工程科学的基础理论及石油工程有关的基本知识 受到石油工程方面的基本训练 具有进行油气田钻井与完井 采油及油气开发工程的设计 施工 管理以及初步的应用研究和科技开发的基本能力 毕业生应获得的知识和能力 1 掌握数学 物理 化学 力学 地质学与石油工程有关的基本理论 基本知识 2 具有应用数学 地质学方法及系统的力学理论进行油气田开发设计的基本能力 3 具有应用基础理论和基本知识进行油气钻井工程设计的基本能力 4 具有一般钻采工具和设备部件机械设计的初步能力 5 具有运用基础理论分析和解决石油工程实际问题 进行技术革新和科学研究的初步能力 6 具有应用系统工程方法和现代经济知识进行石油工程生产 经营与管理的初步能力 7 掌握一门外语和计算机技术 外语达到国家四级水平 具有较强的外语和计算机应用能力 专业培养计划 主干课程 1 马克思主义哲学原理5 基础外语9 高级程序设计2 高等数学6 油气田开发地质10 渗流力学3 大学物理7 工程力学11 工程流体力学4 基础化学8 油层物理12 石油工程修业年限 四年授予学位 工学学士 石油工程专业学分分配 石油工程专业必修教学计划 课程名称总学时学分数开课学期马克思主义哲学原理543二年级 7学期 马克思主义政治经济学402二年级 5学期 邓小平理论概论704二年级 8学期 毛泽东思想概论362二年级 6学期 法律基础342一年级 2学期 思想道德修养513一年级 1学期 形势与政策161基础外语32020一 二年级 1 8学期 高等数学16010一年级 1 4学期 计算机文化基础483一年级 1学期 C语言程序设计724一年级 3 4学期 计算机硬件技术基础644三年级 9 10学期 体育1284一 二年级 1 8学期 大学物理1288一 二年级 3 6学期 基础化学644一年级 1 2学期 理论必修课 30门 2167学时 128学分 课程名称总学时学分数开课学期线性代数322二年级 7学期 画法几何及工程制图563一年级 1 2学期 电工与电子技术基础805三年级 9 10学期 物理化学483二年级 7学期 工程力学865二年级 5 6学期 机械设计基础523二年级 8学期 地质学基础483一年级 3 4学期 工程流体力学644三年级 9学期 石油工程专业英语966三 四年级 11 14学期 石油工程1127三年级 11 12学期 提高采收