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油田勘探開發(fā)工藝技術(shù)

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胡明君
中國石化集團(tuán)油氣勘探開發(fā)繼續(xù)教育勝利基地
目錄
               第一部分、油氣田勘探
               第二部分、石油鉆井
               第三部分、油田開發(fā)

油氣勘探開發(fā)簡介
引    言
       石油與天然氣是寶貴的能源和化工原料，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用，通常被人們譽(yù)為工業(yè)的血液。
       石油與天然氣埋藏于地下，通常經(jīng)過勘探開發(fā)找到并開采到地面上來才可被利用，為此，作為石油方面的工作者，有必要了解油氣勘探開發(fā)的全過程，為我國的能源事業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。
油氣田勘探
     一、油氣水
      1、石油與天然氣
      石油與天然氣都是碳、氫元素為主要成分的烴類混合物。天然氣是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等組成的混合物，由的天然氣還中含有硫化氫、一氧化碳、二氧化碳等氣體。石油是烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴的混合物，其密度一般低于水，其中烴分子含碳原子少的為輕質(zhì)油，烴分子含碳原子多的為重質(zhì)油。
       汽油烴分子中的碳原子數(shù)為5～11個， 煤油烴分子中的碳原子數(shù)11~16，柴油烴分子中的碳原子數(shù)15～18，潤滑油烴分子中的碳原子數(shù)21～40，瀝青烴分子中的碳原子數(shù)為40以上。
油氣田勘探
       一、油氣水
        2、地層水
      在多數(shù)油藏中均含有水，在油氣開采過程中常常隨同油氣一起被踩到地面上來，這些水一般不是純凈水，而是有一定礦化度的水，若地面排放掉，必然也會對環(huán)境產(chǎn)生影響。
       地層水中一般含有鈉離子、鈣離子、鎂離子、鐵離子、氯離子、硫酸根離子和碳酸根離子等離子，根據(jù)其所含離子不同，可把地層水分為氯化鈣型、氯化鎂型、硫酸鹽型和碳酸鹽型等不同類型的地層水。地層水的pH值一般在4～8之間，礦化度差別較大，高礦化度地層水具有較強(qiáng)的腐蝕性和污染能力。
油氣田勘探
      二、油氣的成因
        1、有機(jī)說  石油和天然氣是在地質(zhì)歷史中由分散在沉積巖中的動、植物有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化而來的。
        2、無機(jī)說  石油和天然氣是地下深處高溫、高壓條件下由無機(jī)物轉(zhuǎn)化而來的。
        3、生成油氣的原始物質(zhì)  沉積巖中的有機(jī)質(zhì)，主要指生活在地球上的生物遺體。
        4、生成油氣的基本條件  
        1）有利的古地理環(huán)境（生物大量繁殖及堆積環(huán)境）
        2）地殼長期穩(wěn)定下沉形成還原環(huán)境（缺氧環(huán)境）
        3）有利于有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的物理化學(xué)條件（高壓高溫）
油氣田勘探
       三、生油層
        具備生油條件，且能生成一定數(shù)量石油的地層。主要有粘土巖類生油層和碳酸鹽巖生油層。
        粘土巖類生油層，以泥巖、頁巖為主，其次是粉砂質(zhì)泥巖。這類巖石是母巖風(fēng)化過程中形成的高嶺石、蒙脫石、水云母等粘土礦物在淺海、三角洲、湖泊等環(huán)境中沉積形成。如勝利油田多為湖相泥巖生油層。
        碳酸鹽巖生油層，以含有大量有機(jī)質(zhì)的生物灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖為主，這類巖石是母巖風(fēng)化過程中被水溶解的一些成分，如鈣粒子、鎂離子、碳酸根離子、以及鋁和鐵的膠體物質(zhì)，在淺海和深水湖環(huán)境中沉積形成。
如中東的油田多為海相碳酸鹽巖生油層。
油氣田勘探
      四、圈閉
        生油層中生成的石油在地層中運(yùn)移時，如果遇到遮擋物就會停下來。這些能夠阻止油氣繼續(xù)運(yùn)移，適合于油氣聚集的場所就是圈閉。根據(jù)圈閉的成因，圈閉可分為三大類：構(gòu)造圈閉、地層圈閉和巖性圈閉。
       任何一個圈閉都由儲集層、蓋層和遮擋物三個基本要素組成。
蓋層、遮擋層
儲集層
油氣田勘探
       五、油氣藏
         油氣藏是指聚集了油氣，具有同一壓力系統(tǒng)，同一油水界面的圈閉。在圈閉中僅聚集石油，稱為油藏；僅聚集天然氣，稱為氣藏；同時聚集天然氣稱為油氣藏。
        不同類型的圈閉決定了油氣藏的差別，依據(jù)圈閉類型可把油氣藏分為三大類。
        1、構(gòu)造油氣藏
油氣田勘探
     五、油氣藏
       2、地層油氣藏
      3、巖性油氣藏
油氣田勘探
     六、油氣田
       油氣藏不是孤立的存在的，必然與生油層、儲油層、蓋層三者之間相互聯(lián)系，常常有油氣生成和油氣聚集條件相同或相似的數(shù)個油氣藏共存。為有效地尋找油氣藏，石油地質(zhì)學(xué)必須綜合研究生、儲和蓋組合，故引入了油氣田的概念。
        油氣田是指受局部構(gòu)造單元（或地層、巖性）控制的同一面積范圍內(nèi)的油氣藏總和。
        一個油氣田由數(shù)個油氣藏，也有的油氣田只有一個油氣藏。
        一般情況，油氣田是以其所在的地名進(jìn)行命名。如勝坨油田，因?yàn)槲挥趧倮搴哇缜f一帶的地下，所以命名為勝坨油田。
油氣田勘探
      七、油氣田勘探過程
        1、區(qū)域勘探階段
       區(qū)域勘探以整個含油氣盆地為勘探對象，了解區(qū)域地質(zhì)概況，研究地層剖面，查明生油和儲油條件，找出油氣聚集有利地帶，評價含油氣遠(yuǎn)景，估算遠(yuǎn)景地質(zhì)儲量。主要勘探方法為地面地質(zhì)普查、物探和參數(shù)井法。
         2、工業(yè)勘探階段
工業(yè)勘探以尋找油氣田為勘探對象，探明油氣田的位置，油氣藏的類型、形態(tài)、邊界范圍，以及儲層厚度、孔隙度、滲透率等參數(shù)，含油面積，計(jì)算地質(zhì)儲量。主要勘探方法為地震和鉆井。
油氣田勘探
       八、油氣田勘探方法
        1、地面地質(zhì)法
       在野外直接觀察天然露頭和人工露頭，了解勘探區(qū)域的地層、構(gòu)造、油氣顯示、有利于油氣生成和聚集的條件。
        2、地球物理法
       利用儀器測定地下巖石及其所含油、氣、水的的電性、放射性、聲速、密度和磁性等，分析地層、構(gòu)造和含油氣情況。包括地球物理勘探和地球物理測井兩種方法。
       常見的物探有重力勘探（含油氣的地層密度低，重力負(fù)異常）、地磁勘探（含無磁油氣地層磁弱，地磁負(fù)異常）、地震勘探（兩種不同地層的界面會產(chǎn)生地震波反射）。常用的測井有電位、密度、聲波等測井方法。
油氣田勘探
      八、油氣田勘探方法
        3、鉆井勘探法
       在鉆井過程中，通過地質(zhì)錄井查明地層及含油氣情況。地質(zhì)錄井包括巖芯、巖屑、鉆井液、氣測、鉆時、測井等方法。
        4、地球化學(xué)法
       通過對巖石、土壤、氣體、水中的成分進(jìn)行分析，測定地下油氣向地面擴(kuò)散的烴、相關(guān)物質(zhì)、及其所引起的周圍物質(zhì)的變化情況。主要包括氣測法、細(xì)菌法、土壤鹽法。
高壓噴射
直井
定向井
水平井
大位移井
側(cè)鉆井
分支井
小井眼
鉆井
國內(nèi)領(lǐng)先
國內(nèi)領(lǐng)先
國內(nèi)領(lǐng)先
鉆井技術(shù)
石油鉆井
       一、 鉆井發(fā)展簡史（以旋轉(zhuǎn)鉆井為例） 
        1、概念階段（1901--1920）  開始把鉆井和洗井兩個過程聯(lián)系在一起，并使用了牙輪鉆頭和注水泥封固套管的工藝。
        2、發(fā)展階段（1920--1948）  這個時期的鉆井工藝、固井工藝、牙輪鉆頭、鉆井液等得到進(jìn)一步發(fā)展，同時出現(xiàn)了大功率鉆井設(shè)備。
        3、科學(xué)化鉆井階段（1948--1968）  這個階段開展了大量的科學(xué)研究，使鉆井技術(shù)得以迅速發(fā)展。突出的技術(shù)成就有：
        高壓噴射鉆井、 高效牙輪鉆頭 （鑲齒、滑動密封軸承鉆頭）、 優(yōu)質(zhì)鉆井液（低固相、無固相不分散體系鉆井液）、 優(yōu)選參數(shù)鉆井（優(yōu)選鉆壓、轉(zhuǎn)速和水力參數(shù)）、 地層壓力檢測技術(shù)、油氣井壓力控制技術(shù)、鉆井液固相控制技術(shù)、 平衡壓力鉆井技術(shù)。
        以上技術(shù)使鉆井速度產(chǎn)生了大的飛躍。
石油鉆井
      一、 鉆井發(fā)展簡史（以旋轉(zhuǎn)鉆井為例） 
        4、自動化鉆井階段 （1968至今）這個時期主要體現(xiàn)電子儀表、自動測量和計(jì)算機(jī)在鉆井工程中的應(yīng)用。例如：鉆井參數(shù)的自動測量、綜合錄井儀、隨鉆測量技術(shù)等。
        至20世紀(jì)末，水平井、大位移井、側(cè)鉆井、小井眼井、欠平衡井、分支井、超深井等鉆井技術(shù)日臻成熟，地質(zhì)導(dǎo)向、自動化鉆井技術(shù)已得到成功應(yīng)用，鉆井液技術(shù)也隨著鉆井工藝技術(shù)的發(fā)展得到了迅猛發(fā)展。
        由于以上技術(shù)的應(yīng)用，才得以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化鉆井、自動化鉆井。
石油鉆井
二、直 井
石油鉆井
目錄
               第一  概述
               第二  鉆進(jìn)技術(shù)
               第三  井控技術(shù)
               第四  固井完井
               第五  鉆井新技術(shù)
鉆井工藝簡介
第一  概述
      一、鉆井方法
    1、沖擊鉆井
    2、旋轉(zhuǎn)鉆井
    旋轉(zhuǎn)鉆井主要工序：
    1）鉆進(jìn)
    以足夠的壓力使鉆頭切削刃吃入巖石，鉆柱帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎井底巖石，從而達(dá)到增加井深的目的。
    鉆速：單位時間里的進(jìn)尺，米/小時。
    鉆時：單位進(jìn)尺所需時間，分/米。
      一、鉆井方法
    2、旋轉(zhuǎn)鉆井
    2）洗井
    將鉆井液泵入中空的鉆柱內(nèi)，經(jīng)鉆頭水眼形成射流把鉆屑沖離井底，攜帶鉆屑從鉆柱與井眼之間的環(huán)空中返至地面。
    3）接單根
    向鉆柱中接入一根鉆桿的過程。
    4）起下鉆
    將鉆柱從井眼內(nèi)起出和下入的過程。
第一  概述
     一、鉆井方法 
       2、旋轉(zhuǎn)鉆井
    5）固井
    將套管下入井內(nèi)，在套管與井眼的環(huán)形空間中注入適量的水泥，以封固套管和地層的過程。
    6）完井
    鉆開生產(chǎn)層，確定完井方法，安裝井底和井口的過程。
    3、旋沖鉆井
        旋沖鉆井是在常規(guī)鉆井的基礎(chǔ)上加裝沖擊鉆具，在旋轉(zhuǎn)破巖的同時對鉆頭施加一個高頻沖擊力，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)與沖擊聯(lián)合破巖的鉆井技。
第一  概述
      二、鉆井工具
       1、鉆頭
    石油鉆井中所用鉆頭有牙輪鉆頭、金剛石材料鉆頭和刮刀鉆頭三類。
    牙輪鉆頭：銑齒牙輪鉆頭和鑲齒牙輪鉆頭兩種。
    金剛石鉆頭：天然金剛石鉆頭、熱穩(wěn)定性聚晶金剛石鉆頭和聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭（PDC）。
    鉆頭進(jìn)尺：一只鉆頭鉆進(jìn)井眼的總進(jìn)尺。
    各種鉆頭的破巖機(jī)理是不同的。
    2、鉆柱
    鉆柱是鉆頭以上，水龍頭以下部分鋼管柱的總稱。包括方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、各種接頭及穩(wěn)定器等。
第一  概述
     二、鉆井工具
       2、鉆柱
    鉆柱的作用：給鉆頭施加壓力（鉆壓）和傳遞扭矩、建立鉆井液循環(huán)通道、起下鉆頭、確定井深、及處理井下事故等。
    鉆壓來自部分鉆鋌的重力。
     三、鉆井液
        鉆井液用來清洗井底并把巖屑攜帶到地面，維持鉆井正常進(jìn)行的流體。
    鉆井液的主要作用有：控制地層壓力、從井底清除巖屑、懸浮巖屑、穩(wěn)定井壁、輸送水力功率、冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱、獲取地層有關(guān)資料等。
第一 概述
      四、井身結(jié)構(gòu)
    井身結(jié)構(gòu)包括套管層次、尺寸、下深，套管與井眼的尺寸配合，以及各層套管外的水泥返高。
    根據(jù)各層套管的功用，可分為表層套管、技術(shù)套管和油層套管。
    1、表層套管
    第一次開鉆，用大鉆頭鉆至一定深度，下大尺寸套管，管外注滿水泥，這層套管為表層套管。其作用是封固疏松層、安裝井口、承托以下各層套管的部分重量。
    2、技術(shù)套管
    第二次開鉆，用小一點(diǎn)的鉆頭從表層套管內(nèi)下入，鉆遇復(fù)雜地層時，為保證鉆井繼續(xù)進(jìn)行下去，下一層套管，管外水泥以封住復(fù)雜地層為原則，這層套管為技術(shù)套管。其作用是封固復(fù)雜地層。技術(shù)套管的層次是根據(jù)需要而定，可一層、兩層、多層，也可能沒有。
    3、油層套管
    最后一次開鉆，用小鉆頭從技術(shù)套管內(nèi)下入，鉆至設(shè)計(jì)深度后，下入一層套管，管外水泥以封住油氣層為原則，這層套管為油層套管。其作用是封固油氣層。
第一  概述
      一、影響鉆速的主要因素
        1、鉆壓對鉆速的影響
    在其它條件不變的條件下，鉆速隨鉆壓的增大而增大，且在一定的鉆壓范圍內(nèi)，鉆壓與鉆速呈線性關(guān)系，如圖1所示。

第二  鉆進(jìn)技術(shù)
凈化充分
凈化不充分
鉆速
鉆壓
0
圖1  鉆速與鉆壓的關(guān)系
      一、影響鉆速的主要因素
        2、轉(zhuǎn)速對鉆速的影響
在凈化充分的條件下，鉆速與轉(zhuǎn)速成正比，否則，呈指數(shù)關(guān)系，但指數(shù)小于1，如圖1所示。
圖2  鉆速與轉(zhuǎn)速的關(guān)系
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
凈化充分
凈化不充分
硬地層
軟地層
轉(zhuǎn)速
0
鉆速
     一、影響鉆速的主要因素
       3、牙齒磨損對鉆速的影響
    隨著鉆頭切削刃的磨損，鉆速不斷降低，如圖3所示。在各工作參數(shù)不變的情況下，存在如下的關(guān)系。       
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
圖3  牙齒磨損與轉(zhuǎn)速的關(guān)系
牙齒磨損量與原齒高之比
鉆速
0
     一、影響鉆速的主要因素
       4、鉆井液性能對鉆速的影響
    1）粘度的影響    
    鉆井液性能對鉆速的影響比較復(fù)雜，鉆井液粘度，不直接影響鉆速，但是，鉆井液粘度增大，循環(huán)壓耗增大，進(jìn)而井底壓差增大，鉆頭水功率降低，鉆速減小。
    2）固相的影響
    鉆井液中的固相含量和分散度都對鉆速有影響，固相含量越高，鉆速越低；固相越分散，鉆速越低；且固相含量越低，分散度的影響越明顯。
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
0
固相含量
鉆速
不分散體系
分散體系
     一、影響鉆速的主要因素
       4、鉆井液性能對鉆速的影響
    3）密度的影響    
    鉆井液密度對鉆速的影響主要表現(xiàn)在井筒內(nèi)液柱的壓力與地層孔隙壓力之差對鉆速的影響上，隨著井底壓差增大，鉆速明顯降低。
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
0
井底壓差
鉆速
圖5  井底壓差與鉆速的關(guān)系
      一、影響鉆速的主要因素
    5、水功率對鉆速的影響
    水功率對鉆速的影響主要表現(xiàn)在水力凈化能力上，其次是水力破巖作用。一般情況下，鉆速與水功率呈冪函數(shù)關(guān)系（指數(shù)小于或等于1）。
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
單位水功率
凈化完善區(qū)
凈化不完善區(qū)
鉆速
0
圖6  水功率與鉆速的關(guān)系
      二、噴射鉆井技術(shù)
    1、概念
    在鉆井過程中，及時地把巖屑攜帶出來是安全快速鉆進(jìn)的重要條件之一。把巖屑攜帶出來要經(jīng)過兩個過程：一是使巖屑離開井底，進(jìn)入環(huán)空；二是依靠鉆井液上返將巖屑帶至地面。解決巖屑離開井底這一問題的方法就是噴射鉆井技術(shù)。
    噴射鉆井就是保持鉆頭噴嘴中噴射出具有很大水功率和很高射流速度的鉆井液射流，使巖屑及時離開井底，始終保持井底干凈，以大幅度提高鉆進(jìn)速度的技術(shù)。
    2、噴射鉆井工作原理
    噴射鉆井工作原理就是射流對井底凈化的機(jī)理。射流對井底的凈化有兩方面的作用，即射流沖壓作用和漫流橫推作用（最大漫流速度超過最大射流速度的一半）。
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
     二、噴射鉆井技術(shù)
     3、噴射鉆井水力參數(shù)設(shè)計(jì)
    1）射流水力參數(shù)
    ①噴射速度  鉆頭噴嘴出口處的射流速度。

保持噴射速度最大狀態(tài)下鉆進(jìn)，為最大噴速工作方式。
    ②射流沖擊力  射流在起作用面積上的總作用力

保持射流沖擊力最大狀態(tài)下鉆進(jìn)，為最大射流沖擊力工作方式。
    ③射流水功率  單位時間內(nèi)射流具有的做功能量
    
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
     二、噴射鉆井技術(shù)
     3、噴射鉆井水力參數(shù)設(shè)計(jì)
     2）鉆頭水力參數(shù)
    ①鉆頭壓力降  鉆井液流過鉆頭噴嘴后鉆井液壓力降低值

②鉆頭水功率  鉆井液流過鉆頭時所消耗的水功率

保持鉆頭水功率最大狀態(tài)下鉆進(jìn)，為最大鉆頭水功率工作方式。
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
     二、噴射鉆井技術(shù)
     4、提高噴射鉆井水力參數(shù)的途徑
    1）提高泵壓和泵功率
    提高泵壓和泵功率，可以提高水利能量的總體水平。我國噴射鉆井的發(fā)展經(jīng)過了13～15MPa、17～18MPa、20～22MPa三個階段。
    2）降低循環(huán)壓耗系數(shù)
    降低鉆井液密度，減小鉆井液粘度，適當(dāng)增大管路內(nèi)徑。
    3）增大鉆頭壓耗系數(shù)
    縮小噴嘴內(nèi)徑。
    4）優(yōu)化排量
    雖然排量的增大，鉆頭壓降和循環(huán)壓耗同時增大，但是，我們可以選定一個目標(biāo)，優(yōu)選排量，使鉆頭和循環(huán)系統(tǒng)的水力能量分配達(dá)到最合理的應(yīng)用。
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
     二、噴射鉆井技術(shù)
     5、最大水功率工作方式
    1）獲得最大水功率的條件
    ①當(dāng)鉆井泵在額定泵功率狀態(tài)下時，由下式可以看出

隨著排量的減小，鉆頭的水功率增大，但是，要保持鉆井泵在額定泵功率狀態(tài)下工作，排量不能小于額定排量，所以獲得最大水功率的條件是最優(yōu)排量等于額定排量。
    ②當(dāng)鉆井泵在額定泵壓狀態(tài)下時，根據(jù)上式可以求得最大水功率的條件是：
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
     二、噴射鉆井技術(shù)
     5、最大水功率工作方式
    2）鉆頭水功率隨排量和井深變化的規(guī)律
    ①當(dāng)井深小于或等于第一臨界井深時，最優(yōu)排量等于額定排量。
    ②當(dāng)井深大于或等于第二臨界井深時，最優(yōu)排量等于最小排量。
    ③當(dāng)井深大于第一臨界井深或小于第二臨界井深時，最優(yōu)排量隨井深的增大逐漸減小。
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
Pb
Qr
Q
0
Qa
L1
L2
     二、噴射鉆井技術(shù)
     6、水力參數(shù)設(shè)計(jì)
    1）確定最小排量
    最低環(huán)空返速的經(jīng)驗(yàn)公式：

2）計(jì)算循環(huán)壓耗系數(shù)
    3）選擇缸套直徑
    在鉆井泵缸套的額定排量必須大于攜帶巖屑所需最小排量的前提下，盡量選用小尺寸的缸套。
    4）計(jì)算臨界井深
    5）優(yōu)化排量
    6）優(yōu)選噴嘴
    7）計(jì)算各井段的水利參數(shù)
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
     三、優(yōu)化鉆井技術(shù)
     1、優(yōu)選鉆井液類型及鉆井液密度
   2、優(yōu)選水力參數(shù)
   3、建立目標(biāo)函數(shù)
    一般以單位進(jìn)尺成本作為目標(biāo)，其表達(dá)式為

4、找出目標(biāo)函的約束條件和極值條件
   5、優(yōu)化鉆壓、轉(zhuǎn)速和鉆頭磨損量
    通過最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法，求解在約束條件范圍內(nèi)使鉆井成本最低的鉆壓、轉(zhuǎn)速和鉆頭磨損量組合。
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
     四、防斜打優(yōu)技術(shù)
     1、井斜的原因
    1）井斜的地層因素
    井斜的地質(zhì)因素包括：地層傾角、同層各向異性、不同層巖性軟硬交錯等。
    2）鉆具因素
    鉆具尺寸大小決定了其承壓后的彎曲程度，鉆具與井眼間隙的大小決定了鉆具的傾斜程度，鉆具越彎曲、傾斜程度越大，導(dǎo)致井斜的程度越嚴(yán)重。
    3）井眼擴(kuò)大
    4）鉆井參數(shù)
    鉆壓的大小直接影響鉆具的彎曲程度，水力參數(shù)和鉆井液性能要影響井眼尺寸等等。
第二  鉆進(jìn)技術(shù)
    四、防斜打優(yōu)技術(shù)
     2、井斜的控制方法
    1）鐘擺法控制井斜
    ①鐘擺鉆具
    ②塔式鉆具
    2）剛性滿眼法控制井斜
    ①滿眼鉆具
    ②方鉆鋌
    3）離心法控制井斜
    ①偏重鉆鋌
    ②方鉆鋌

第二  鉆進(jìn)技術(shù)

L1
L2
L3

一、地下各種壓力
     1、靜液壓力
    靜液壓力是由液柱自身的重力所引起的壓力。

2、上覆巖層壓力
    地層某處以上巖石和孔隙內(nèi)流體的總重力所引起的壓力。

3、地層壓力
    巖石孔隙中的流體所具有的壓力，也稱地層孔隙壓力。
    實(shí)際地層壓力高于或低于正常地層壓力都為異常壓力，超過正常地層壓力為異常高壓，低于正常地層壓力為異常低壓。
第三  井控技術(shù)
     二、地層壓力預(yù)測
     1、地球物理資料預(yù)測
    根據(jù)聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，預(yù)測地層壓力。
     2、機(jī)械鉆速法預(yù)測
    根據(jù)地層的壓實(shí)程度不同，其強(qiáng)度和硬度不同，則鉆速不同，來預(yù)測地層壓力。
     3、dc指數(shù)法預(yù)測
    在鉆速方程的基礎(chǔ)上建立起來的地層壓力預(yù)測方法。
     4、泥頁巖密度法預(yù)測
    根據(jù)泥頁巖的壓實(shí)程度不同，其含液體的量不同，則密度不同，來預(yù)測地層壓力    
第三  井控技術(shù)
     三、地層破裂壓力
     1、概念
    當(dāng)壓力達(dá)到一定值時，井眼中某深度的地層被壓裂形成裂縫，該壓力值為地層破裂壓力。
     2、地層破裂壓力的確定
    不少學(xué)者提出了多種估算方法，如休伯特和威利斯法、馬修斯和凱利法、伊頓法等，但是各方法都有局限性。只有液壓實(shí)驗(yàn)法也稱漏失實(shí)驗(yàn)法比較準(zhǔn)確，具體做法是關(guān)閉環(huán)空，以較小排量向井內(nèi)泵入鉆井液，記錄下各時間的泵入量和相應(yīng)的立管壓力，做出實(shí)驗(yàn)曲線，確定漏失壓力、破裂壓力和傳播壓力。
第三  井控技術(shù)
泵入量，升
0
立管壓力，兆帕
PL
PPRO
PR
     四、地層流體侵入與檢測
     1、地層流體侵入原因
    1）鉆井液密度低（設(shè)計(jì)）
    2）環(huán)空鉆井液柱低
    3）停止循環(huán)
    4）起鉆抽汲
   2、地層流體侵入原因
    1）鉆速加快
    2）鉆井液池液面升高
    3）鉆井液返出流量增大
    4）返出鉆井液溫度升高
    5）返出鉆井液密度降低
第三  井控技術(shù)
     四、地層流體侵入與檢測
   2、地層流體侵入原因
    6）返出鉆井液電導(dǎo)率變化
    7）返出鉆井液粘度率變化（一般變大）
    8）循環(huán)壓力下降
    9）地面油氣顯示
    3、地層流體侵入的檢測方法
    1）鉆井液池液面檢測
    2）鉆井液返出流量檢測
    3）聲波氣侵早期檢測
    4）鉆時檢測
    5）鉆井液性能檢測
第三  井控技術(shù)
    五、壓井
   1、確定地層壓力
    
   2、確定壓井鉆井液密度
   
   3、確定壓井泵速
   
   4、確定立管壓力
   初始循環(huán)立管壓力：
   
   終止循環(huán)立管壓力：

第三  井控技術(shù)
     一、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
     1、設(shè)計(jì)原則
    1）有效地保護(hù)油氣層
    2）能有效地避免井下事故的發(fā)生，為順利鉆進(jìn)創(chuàng)造條件
    3）能避免壓差卡套管
    4）防止裸露地層壓裂
   2、井身設(shè)計(jì)的內(nèi)容
    一口井要下幾層套管，下到多深，套管與相應(yīng)井眼的直徑要多大（一般為19mm），套管外水泥返多高等。
     二、套管柱設(shè)計(jì)方法
   1、等安全系數(shù)法或等拉力余量法
   2、雙軸應(yīng)力法
第四  固井完井
    三、注水泥
     1、套管柱的下部結(jié)構(gòu)
    套管柱下部結(jié)構(gòu)包括引鞋、套管鞋、旋流短節(jié)、套管回壓凡爾、承托環(huán)、扶正器。
    2、注水泥流程
    1）下完套管后，循環(huán)鉆井液洗井
    2）放下膠塞，注入水泥漿
    3）注完水泥漿后，放上膠塞，替入鉆井液
    4）頂替至上、下膠塞相碰時，注水泥結(jié)束
    3、注水泥質(zhì)量要求
    水泥返高符合設(shè)計(jì)要求，水泥漿應(yīng)充滿水泥返高以內(nèi)的環(huán)空，水泥環(huán)與套管和井壁巖石膠結(jié)良好，水泥石能抵抗油、氣、水的長期侵蝕。
第四  固井完井
四、完井方法
第四  固井完井
裸眼完井
優(yōu)點(diǎn)：油層裸露，油流阻力小，產(chǎn)能高。
缺點(diǎn)：井壁坍塌；生產(chǎn)層相互干擾； 無法酸化或壓裂。
適用：地層巖石致密；無氣頂、無底水；單一油層或性質(zhì)一致的多油層。
四、完井方法
第四  固井完井
套管射孔完井：
優(yōu)點(diǎn)：選擇型射開油層；可分層開發(fā)、酸化壓裂等。
缺點(diǎn)：出油面積小，阻力大；
水泥損害地層。
尾管射孔完井：
優(yōu)點(diǎn)：選擇與地層配伍的鉆井液和鉆井方式，有利于保護(hù)油層。
四、完井方法
第四  固井完井
割縫襯管完井：
裸眼完井 ━━ 可防井壁坍塌；防砂。

四、完井方法
第四  固井完井
優(yōu)點(diǎn)：防砂；保護(hù)地層
四、完井方法
第四  固井完井
一、定向井
第五  鉆井新技術(shù)
連
續(xù)
鉆
進(jìn)
  埕北1B井組

靶心距均在15m以內(nèi)
高效PDC鉆頭
單彎動力鉆具
 MWD測斜儀
優(yōu)質(zhì)泥漿
定向造斜
穩(wěn)斜
方位控制
時效提高30%以上
平均鉆井周期4.04天
二、叢式井
第五  鉆井新技術(shù)
三、水平井
第五  鉆井新技術(shù)
水平井鉆井技術(shù)
        水平井鉆井技術(shù),從80年代初開始研究,90年代開始大規(guī)模應(yīng)用。目前已作為常規(guī)鉆井技術(shù)應(yīng)用于幾乎所有類型的油藏。水平井鉆井成本已降至直井的1.5—2倍，水平井產(chǎn)量卻是直井的4—8倍。多分支井的效率更高。
        至1999年3月，國外水平井鉆井技術(shù)的一些主要指標(biāo)：水平井最大水平井段達(dá)6118m，水平井最大垂深5991m，雙分支井總水平段長度達(dá)到4550m，多分支井總水平段長度達(dá)到8318m。 
        水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用正向綜合方向發(fā)展。大位移水平井、小井眼水平井和多分支水平井等鉆井完井技術(shù)在近幾年獲得了迅速發(fā)展并大量投入實(shí)際應(yīng)用。
第五  鉆井新技術(shù)
四、大位移水平井
第五  鉆井新技術(shù)
大位移井鉆井技術(shù)
        20年代美國開始運(yùn)用大位移井，90年代該技術(shù)得到迅速發(fā)展。大位移井技術(shù)主要用于以較少的平臺開發(fā)海上油氣田和從陸上開發(fā)近海油氣田。
        目前，世界上水平位移超過萬米的大位移水平井共有3口，具體情況如下：
        (1)位于英格蘭的 M—11井：由BP公司施工，最小井眼尺寸216m，水平位移lOll4m，實(shí)鉆井深10658m，最大垂深1605m，完井周期173d，
        (2)位于阿根廷的 CN—1并：最小井眼尺寸150mm，水平位移10585m，實(shí)鉆井深11184m，最大垂深1657m，完井周期128d。
        (3)位于英格蘭油田的M—16井：由8P公司施工，最小井眼尺寸216mm，水平位移10728m，實(shí)鉆井深11278m，最大垂深1637m，完井局期123d。
第五  鉆井新技術(shù)
盤2-斜172井
三靶點(diǎn)五段制
一趟導(dǎo)向鉆具鉆進(jìn)812米
鉆井周期27天
比設(shè)計(jì)提前21天
完鉆井深  3259.43米
水平位移  1090.16米
臨盤油田
五、階梯水平井
第五  鉆井新技術(shù)
    側(cè)鉆井是使用專門井下工具，從老井套管內(nèi)側(cè)鉆而成的井。
六、側(cè)鉆井
第五  鉆井新技術(shù)
七、分支井
第五  鉆井新技術(shù)
八、多底井
第五  鉆井新技術(shù)
九、小井眼井
第五  鉆井新技術(shù)
小井眼鉆井技術(shù)
        80年代中期，國外許多公司迫于成本壓力又開始研究和發(fā)展小井眼鉆井技術(shù)。
        小井眼鉆井技術(shù)可用于開發(fā)各類油氣藏，但不適用于高產(chǎn)井。目前，該技術(shù)也在應(yīng)用于水平井、深井鉆井中，如側(cè)鉆小井眼多分支水平井等，并開始用連續(xù)管鉆小井眼。近10年，世界上鉆了大量的小井眼井，而且小井跟井的數(shù)量正逐年增多。美國小井眼鉆井技術(shù)領(lǐng)先，小井眼鉆井?dāng)?shù)量最多
第五  鉆井新技術(shù)
十、欠平衡鉆井技術(shù)
        隨著鉆井新裝備的不斷涌現(xiàn)，近40年來，欠平衡鉆井技術(shù)再次受到人們的高度重視，而且正逐步走向成熟。欠平衡鉆井技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：
        ●減輕地層傷害，提高單井產(chǎn)能。
        ●提高鉆井效率，降低鉆井成本和識別產(chǎn)層。
        ●及時發(fā)現(xiàn)地層異常情況，有利于識別產(chǎn)層。
        欠平衡鉆井作業(yè)的技術(shù)關(guān)鍵有：保持井下的欠平衡條件，溢流控制，產(chǎn)出流體的地面處理和隨鉆測量等。
第五  鉆井新技術(shù)
一、概述
1. 油田開發(fā)定義
? 油田開發(fā)的內(nèi)容
制定合理的開發(fā)方案 ： 基礎(chǔ)、中心環(huán)節(jié)
評價 ： 技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
試井 ： 開發(fā)過程中認(rèn)識油藏
動態(tài)分析：滲流力學(xué)法、物質(zhì)平衡法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、數(shù)值模擬法
         ?對具有工業(yè)價值的油田，在充分認(rèn)識其油藏性質(zhì)的基礎(chǔ)上，制定合理的開發(fā)方案并對油田進(jìn)行建設(shè)和投產(chǎn)，使之按預(yù)定的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效果長期生產(chǎn)，直至開發(fā)結(jié)束的整個過程。
油田開發(fā)
解放前：原油最高年產(chǎn)量只有32萬噸；1949年產(chǎn)油量不到7萬噸；1877年臺灣苗栗油礦；1907年延長油礦，1909年獨(dú)山子，1940年玉門油礦。
解放后：1955年克拉瑪依油田；
               1958年川中油田；
               1959年大慶油田：1976年年產(chǎn)5000萬噸至今；
               1961年勝利油田、大港、華北油田相繼發(fā)現(xiàn)。                
油田開發(fā)
一、概述
2. 我國油田開發(fā)的簡要
包括五部分，即四大工程一個評價
油藏工程設(shè)計(jì)
鉆井、完井工程
采油工程
油氣集輸和注水管網(wǎng)地面建設(shè)工程
綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價
油田開發(fā)
一、概述
3. 油田開發(fā)的內(nèi)容
油田開發(fā)的方針和原則；
試油、試采情況；
油藏工程參數(shù)；
開發(fā)層系的劃分；
開發(fā)方式的選擇；
井網(wǎng)部署原則及布井方案；
技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)確定。
二、油藏工程設(shè)計(jì)
油田開發(fā)
      1、油田開發(fā)的方針和原則
①  油田開發(fā)的方針
?最充分、合理地利用天然能量;
?保持較長時間的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn);
?堅(jiān)持少投入、多產(chǎn)出，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益;
?要嚴(yán)格按油藏類型確定設(shè)計(jì)原則.
?從油田的實(shí)際情況出發(fā)，滿足國家對原油的需求（根本）；
二、油藏工程設(shè)計(jì)
油田開發(fā)
② 油田開發(fā)的原則
規(guī)定采油速度和穩(wěn)產(chǎn)期限；
規(guī)定開采方式和注水方式；
正確劃分和組合開發(fā)層系；
確定合理的開發(fā)步驟；
確定合理的布井原則；
確定合理、先進(jìn)的采油工藝技術(shù)和增產(chǎn)增注措施。
二、油藏工程設(shè)計(jì)
      1、油田開發(fā)的方針和原則
油田開發(fā)
?合理地劃分開發(fā)層系有利于充分發(fā)揮各類油層的作用
現(xiàn)象:
高滲層水淹
低滲層未生產(chǎn)
倒灌
2、 油田開發(fā)層系劃分
二、油藏工程設(shè)計(jì)
油田開發(fā)
? 天然能量的局限性
保持油層地層壓力,能持續(xù)高產(chǎn),驅(qū)油效率高,控制調(diào)整容易,經(jīng)濟(jì)效果好.
? 注水的優(yōu)點(diǎn)
3、 開采方式和注采系統(tǒng)的選擇
? 注水采油：把水從一些井中注入油層，使其在油層中驅(qū)油，而從另一些井中把油采出。
二、油藏工程設(shè)計(jì)
油田開發(fā)
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注水井
? 采油井
3～5排采油井
二、油藏工程設(shè)計(jì)
4、油田注水方式
① 邊緣注水
油田開發(fā)
② 切割注水(行列切割注水)
 ? 切割注水方式：利用注水井排將油藏切割成為若干區(qū)塊，每個區(qū)塊可看成是一個獨(dú)立的開發(fā)單元，分區(qū)進(jìn)行開發(fā)和調(diào)整。

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二、油藏工程設(shè)計(jì)
4、油田注水方式
油田開發(fā)
③ 面積注水
       將注水井和油井按一定的幾何形狀和密度均勻地布置在整個開發(fā)區(qū)上進(jìn)行注水和采油的系統(tǒng)。 
      其實(shí)質(zhì)上是把油田分割成許多更小的單元。
       注采井組：一口注水井和幾口生產(chǎn)井構(gòu)成的單元。注采單元。
二、油藏工程設(shè)計(jì)
4、油田注水方式
油田開發(fā)
? 面積注水的類型

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五點(diǎn)法

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九點(diǎn)法
二、油藏工程設(shè)計(jì)
4、油田注水方式
③ 面積注水
油田開發(fā)

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七點(diǎn)法面積注水
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四點(diǎn)法面積注水

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二、油藏工程設(shè)計(jì)
4、油田注水方式
③ 面積注水
? 面積注水的類型
油田開發(fā)
      矢量井網(wǎng)
       以前的布井都是規(guī)則井網(wǎng)。到了“九五”末期，開發(fā)工作者意識到，不論在老區(qū)調(diào)整還是新投入開發(fā)的區(qū)塊中，由于剩余油和儲層具有明顯的各向的異性，這種規(guī)則井網(wǎng)已不適應(yīng)這種變化，必須打破這種常規(guī)而建立新的規(guī)則，因此在部署井網(wǎng)時提出的“矢量井網(wǎng)”概念，進(jìn)而形成了 “矢量井網(wǎng)”理論：針對儲層與剩余油分布的各向異性和不規(guī)則性， 井網(wǎng)部署時打破規(guī)則井網(wǎng)限制，根據(jù)不同地質(zhì)條件優(yōu)化井網(wǎng)部署，最大程度地增加水驅(qū)儲量，實(shí)現(xiàn)提高采收率的目的。 
二、油藏工程設(shè)計(jì)
4、油田注水方式
油田開發(fā)
三、 采油工藝
1、自噴采油
油田開發(fā)
三、 采油工藝
2、機(jī)械采油         
有桿泵
無桿泵
電潛泵
水力噴射泵
水力活塞泵
油田開發(fā)
三、 采油工藝
2、機(jī)械采油（有桿泵）         
油田開發(fā)
三、 采油工藝
2、機(jī)械采油
   （無桿泵）         
      電動潛油泵直徑一般為92~150ｍｍ。因?yàn)楸玫膯渭墦P(yáng)程一般為６~７ｍ，深井為1000m的潛油泵則需要220級，目前級數(shù)最多的可達(dá)700級。長度一般為6~７ｍ，高壓頭泵可達(dá)14 ~１５ｍ。
油田開發(fā)
三、 采油工藝
2、機(jī)械采油
   （無桿泵）         
油田開發(fā)
1、 油層酸化
(1) 原理：酸液溶解或溶蝕巖石膠結(jié)物或地層孔隙、裂縫內(nèi)堵塞物，恢復(fù)或提高地層孔隙和裂縫的滲透率。
(2) 應(yīng)用: 碳酸鹽巖地層；砂巖地層;解除地層堵塞。
2HCl＋CaCO3 ＝ CaCl2 +H2O+CO2?
鹽酸:
土酸(HF+HCl):
2HF+CaCO3＝CaF2?＋CO2 ? ＋H2O
6HF+SiO2＝H2SiF6＋H2O
鹽酸預(yù)處理；酸化后及時返排。
四、 增產(chǎn)增注措施
油田開發(fā)
2、 壓裂
       （1）原理：利用地面高壓泵組，將高粘液體已大大超過地層吸收能力的排量注入井中，井底憋起高壓，當(dāng)壓力高于地層破裂壓力時，井底附近地層產(chǎn)生裂縫；注帶支撐劑的攜砂液，裂縫向前延伸并填以支撐劑；關(guān)井，裂縫閉合在支撐劑上，地層流體流向井底的阻力降低，增產(chǎn)或增注。
      （2）應(yīng)用：低滲透地層（或中高滲地層）；解除井底附近地層堵塞；壓裂裂縫與產(chǎn)層、天然裂縫連接。
四、 增產(chǎn)增注措施
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3、 微生物采油
? 清除近井地帶地層中沉積的蠟或膠質(zhì)瀝青質(zhì)；
?微生物產(chǎn)生表面活性劑；
?微生物產(chǎn)生CO2、N2和CH4氣體，地層壓力升高，原油粘度降低，采收率升高；
?微生物產(chǎn)生酸液，提高碳酸鹽巖油藏的采收率；
?微生物在地層中大量繁殖，將原油擠出；
?微生物產(chǎn)生聚合物，選擇性堵高滲層，提高波及系數(shù)。
四、 增產(chǎn)增注措施
油田開發(fā)
4、 超聲波采油
? 超聲波采油：20Hz左右的聲波處理油層物理場處理油層。
? 解除地層堵塞：附著在固體表面的顆粒脫落；消除氣阻。
? 使地層產(chǎn)生微裂縫。
? 提高滲透率：減弱指進(jìn)現(xiàn)象，提高流量。
? 降低流體粘度：產(chǎn)生熱量。
四、 增產(chǎn)增注措施
5、聚合物驅(qū)油
6、二氧化碳驅(qū)油
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五、井下作業(yè) 
修泵檢封；
清蠟防蠟；
堵水；
井下事故處理；
套管修復(fù)；
沖砂防砂
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六、油氣地面集輸 
油氣集輸流程設(shè)計(jì)；
管線防腐；
油氣混輸技術(shù)；
油氣水分離；
加熱技術(shù)；
污水處理技術(shù)
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