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石油是深埋在地下的流體礦物

發(fā)布時間: 2016-10-31   閱讀:

摘要:石油是深埋在地下的流體礦物。1982年世界石油產(chǎn)量為26.44億噸,天然氣為15829億立方米。在開采石油的過程中,油氣從儲層流入井底,又從井底上升到井口的驅(qū)動方式。 石油是深埋在地下的流體礦物。最初人們把自然界產(chǎn)生的油狀液體礦物稱石油,把可燃氣體稱天然氣,把固態(tài)可燃油質(zhì)礦物稱瀝青。隨著對這些礦物研究的深入,認識到它們在組成上均屬烴類化合物,在成因上互有聯(lián)系,因此把它們統(tǒng)稱為石油。1983年9月第11次世界石油大會提出,石油是包括自然界中存在的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)烴類化合物以及少量雜質(zhì)組成的復(fù)雜

石油是深埋在地下的流體礦物。1982年世界石油產(chǎn)量為26.44億噸,天然氣為15829億立方米。在開采石油的過程中,油氣從儲層流入井底,又從井底上升到井口的驅(qū)動方式。

石油是深埋在地下的流體礦物。最初人們把自然界產(chǎn)生的油狀液體礦物稱石油,把可燃氣體稱天然氣,把固態(tài)可燃油質(zhì)礦物稱瀝青。隨著對這些礦物研究的深入,認識到它們在組成上均屬烴類化合物,在成因上互有聯(lián)系,因此把它們統(tǒng)稱為石油。1983年9月第11次世界石油大會提出,石油是包括自然界中存在的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)烴類化合物以及少量雜質(zhì)組成的復(fù)雜混合物。所以石油開采也包括了天然氣開采。
  石油在國民經(jīng)濟中的作用石油是重要能源,同煤相比,具有能量密度大(等重的石油燃燒熱比標準煤高50%)、運輸儲存方便、燃燒后對大氣的污染程度較小等優(yōu)點。從石油中提煉的燃料油是運輸工具、電站鍋爐、冶金工業(yè)和建筑材料工業(yè)各種窯爐的主要燃料。以石油為原料的液化氣和管道煤氣是城市居民生活應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)燃料。飛機、坦克、艦艇、火箭以及其他航天器,也消耗大量石油燃料。因此,許多國家都把石油列為戰(zhàn)略物資。
  20世紀70年代以來,在世界能源消費的構(gòu)成中,石油已超過煤而躍居首位。1979年占45%,預(yù)計到21世紀初,這種情況不會有大的改變。石油制品還廣泛地用作各種機械的潤滑劑。瀝青是公路和建筑的重要材料。石油化工產(chǎn)品廣泛地用于農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、紡織工業(yè)以及醫(yī)藥衛(wèi)生等部門,如合成纖維、塑料、合成橡膠制品,已成為人們的生活必需品。
  1982年世界石油產(chǎn)量為26.44億噸,天然氣為15829億立方米。1973年以來,三次石油漲價和1982年的石油落價,都引起世界經(jīng)濟較大的波動(見世界石油工業(yè))。
  油氣聚集和驅(qū)動方式油氣在地殼中生成后,呈分散狀態(tài)存在于生油氣層中,經(jīng)過運移進入儲集層,在具有良好保存條件的地質(zhì)圈閉內(nèi)聚集,形成油氣藏。在一個地質(zhì)構(gòu)造內(nèi)可以有若干個油氣藏,組合成油氣田。
  儲層 貯存油氣并能允許油氣流在其中通過的有儲集空間的巖層。儲層中的空間,有巖石碎屑間的孔隙,巖石裂縫中的裂隙,溶蝕作用形成的洞隙。孔隙一般與沉積作用有關(guān),裂隙多半與構(gòu)造形變有關(guān),洞隙往往與古巖溶有關(guān)。空隙的大小、分布和連通情況,影響油氣的流動,決定著油氣開采的特征(見石油開發(fā)地質(zhì))。
  油氣驅(qū)動方式 在開采石油的過程中,油氣從儲層流入井底,又從井底上升到井口的驅(qū)動方式。主要有:①水驅(qū)油藏,周圍水體有地表水流補給而形成的靜水壓頭;②彈性水驅(qū),周圍封閉性水體和儲層巖石的彈性膨脹作用;③溶解氣驅(qū),壓力降低使溶解在油中的氣體逸出時所起的膨脹作用;④氣頂驅(qū),存在氣頂時,氣頂氣隨壓力降低而發(fā)生的膨脹作用;⑤重力驅(qū),重力排油作用。當以上天然能量充足時,油氣可以噴出井口;能量不足時,則需采取人工舉升措施,把油流驅(qū)出地面(見自噴采油法人工舉升采油法)。
  石油開采的特點與一般的固體礦藏相比,有三個顯著特點:①開采的對象在整個開采的過程中不斷地流動,油藏情況不斷地變化,一切措施必須針對這種情況來進行,因此,油氣田開采的整個過程是一個不斷了解、不斷改進的過程;②開采者在一般情況下不與礦體直接接觸。油氣的開采,對油氣藏中情況的了解以及對油氣藏施加影響進行各種措施,都要通過專門的測井來進行;③油氣藏的某些特點必須在生產(chǎn)過程中,甚至必須在井數(shù)較多后才能認識到,因此,在一段時間內(nèi)勘探和開采階段常常互相交織在一起(見油氣田開發(fā)規(guī)劃和設(shè)計)。
  要開發(fā)好油氣藏,必須對它進行全面了解,要鉆一定數(shù)量的探邊井,配合地球物理勘探資料來確定油氣藏的各種邊界(油水邊界、油氣邊界、分割斷層、尖滅線等);要鉆一定數(shù)量的評價井來了解油氣層的性質(zhì)(一般都要取巖心),包括油氣層厚度變化,儲層物理性質(zhì),油藏流體及其性質(zhì),油藏的溫度、壓力的分布等特點,進行綜合研究,以得出對于油氣藏的比較全面的認識。在油氣藏研究中不能只研究油氣藏本身,而要同時研究與之相鄰的含水層及二者的連通關(guān)系(見油藏物理)。
  在開采過程中還需要通過生產(chǎn)井、注入井和觀察井對油氣藏進行開采、觀察和控制。油、氣的流動有三個互相聯(lián)接的過程:①油、氣從油層中流入井底;②從井底上升到井口;③從井口流入集油站,經(jīng)過分離脫水處理后,流入輸油氣總站,轉(zhuǎn)輸出礦區(qū)(見油藏工程)。
  石油開采技術(shù)
  測井工程 在井筒中應(yīng)用地球物理方法,把鉆過的巖層和油氣藏中的原始狀況和發(fā)生變化的信息,特別是油、氣、水在油藏中分布情況及其變化的信息,通過電纜傳到地面,據(jù)以綜合判斷,確定應(yīng)采取的技術(shù)措施(見工程測井生產(chǎn)測井飽和度測井)。
  鉆井工程 在油氣田開發(fā)中,有著十分重要的地位,在建設(shè)一個油氣田中,鉆井工程往往要占總投資的50%以上。一個油氣田的開發(fā),往往要打幾百口甚至幾千口或更多的井。對用于開采、觀察和控制等不同目的的井(如生產(chǎn)井、注入井、觀察井以及專為檢查水洗油效果的檢查井等)有不同的技術(shù)要求。應(yīng)保證鉆出的井對油氣層的污染最少,固井質(zhì)量高,能經(jīng)受開采幾十年中的各種井下作業(yè)的影響。改進鉆井技術(shù)和管理,提高鉆井速度,是降低鉆井成本的關(guān)鍵(見鉆井方法鉆井工藝完井)。
  采油工程 是把油、氣在油井中從井底舉升到井口的整個過程的工藝技術(shù)。油氣的上升可以依靠地層的能量自噴,也可以依靠抽油泵、氣舉等人工增補的能量舉出。各種有效的修井措施,能排除油井經(jīng)常出現(xiàn)的結(jié)蠟、出水、出砂等故障,保證油井正常生產(chǎn)。水力壓裂或酸化等增產(chǎn)措施,能提高因油層滲透率太低,或因鉆井技術(shù)措施不當污染、損害油氣層而降低的產(chǎn)能。對注入井來說,則是提高注入能力(見采油方法,采氣工藝,分層開采技術(shù)油氣井增產(chǎn)工藝)。
  油氣集輸工程 是在油田上建設(shè)完整的油氣收集、分離、處理、計量和儲存、輸送的工藝技術(shù)。使井中采出的油、氣、水等混合流體,在礦場進行分離和初步處理,獲得盡可能多的油、氣產(chǎn)品。水可回注或加以利用,以防止污染環(huán)境。減少無效損耗(見油田油氣集輸)。
  石油開采中各學(xué)科和工程技術(shù)之間的關(guān)系見圖。 石油開采技術(shù)的發(fā)展石油和天然氣的大規(guī)模開采和應(yīng)用,是近百年的事。美國和俄國在19世紀50年代開始了他們各自的近代油、氣開采工業(yè)。其他國家稍晚一些。石油開采技術(shù)的發(fā)展與數(shù)學(xué)、力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、機械工程、電子學(xué)等學(xué)科發(fā)展有密切聯(lián)系。大致可分三個階段:
  初期階段 從19世紀末到20世紀30年代。隨著內(nèi)燃機的出現(xiàn),對油料提出了迫切的要求。這個階段技術(shù)上的主要標志是以利用天然能量開采為主。石油的采收率平均只有15~20%,鉆井深度不大,觀察油藏的手段只有簡單的溫度計、壓力計等。
  第二階段 從30年代末到50年代末,以建立油田開發(fā)的理論體系為標志。主要內(nèi)容是:①形成了作為鉆井工程理論基礎(chǔ)的巖石力學(xué);②基本確立了油藏物理和滲流力學(xué)體系,普遍采用人工增補油藏能量的注水開采技術(shù)。在蘇聯(lián)廣泛采用了早期注水保持地層壓力的技術(shù),使石油的最終采收率從30年代的15~20%,提高到30%以上,發(fā)展了以電測方法為中心的測井技術(shù)和鉆4500米以上的超深井的鉆井技術(shù)。在礦場集輸工藝中廣泛地應(yīng)用了以油氣相平衡理論為基礎(chǔ)的石油穩(wěn)定技術(shù)。基本建立了與油氣田開發(fā)和開采有關(guān)的應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)體系。
  第三階段 從60年代開始,以電子計算機和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)廣泛用于油、氣田開發(fā)為標志,開發(fā)技術(shù)迅速發(fā)展。主要方面有:①建立的各種油層的沉積相模型,提高了預(yù)測儲油砂體的非均質(zhì)性及其連續(xù)性的能力,從而能更經(jīng)濟有效地布置井位和開發(fā)工作;②把現(xiàn)代物理中的核技術(shù)應(yīng)用到測井中,形成放射性測井技術(shù),與原有的電測技術(shù),加上新的生產(chǎn)測井系列,可以用來直接測定油藏中油、氣、水的分布情況,在不同開發(fā)階段能采取更為有效的措施;③對油氣藏內(nèi)部在采油氣過程中起作用的表面現(xiàn)象及在多孔介質(zhì)中的多相滲流的規(guī)律等,有了更深刻的理解,并根據(jù)物理模型和數(shù)學(xué)模型對這些現(xiàn)象由定性進入定量解釋(見油藏數(shù)值模擬),試驗和開發(fā)了除注水以外提高石油采收率的新技術(shù);④以噴射鉆井和平衡鉆井為基礎(chǔ)的優(yōu)化鉆井技術(shù)迅速發(fā)展。鉆井速度有很大的提高。可以打各種特殊類型的井,包括叢式井,定向井,甚至水平井,加上優(yōu)質(zhì)泥漿,使鉆井過程中油層的污染降到最低限度;⑤大型酸化壓裂技術(shù)的應(yīng)用使很多過去沒有經(jīng)濟價值的油、氣藏,特別是致密氣藏,可以投入開發(fā),大大增加了天然資源的利用程度。對油井的出砂、結(jié)蠟和高含水所造成的困難,在很大程度上得到了解決(見稠油開采油井防蠟和清蠟油井防砂和清砂水油比控制);⑥向油層注蒸汽,熱采技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)使很多稠油油藏投入開發(fā);⑦油、氣分離技術(shù)和氣體處理技術(shù)的自動化和電子監(jiān)控,使礦場油、氣集輸中的損耗降到很低,并能提供質(zhì)量更高的產(chǎn)品。
  海上油氣開發(fā)海上油氣開發(fā)與陸地上的沒有很大的不同,只是建造采油平臺的工程耗資要大得多,因而對油氣田范圍的評價工作要更加慎重。要進行風險分析,準確選定平臺位置和建設(shè)規(guī)模。避免由于對地下油藏認識不清或推斷錯誤,造成損失。60年代開始,前瞻中國油田服務(wù)行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃海上石油開發(fā)有了極大的發(fā)展。海上油田的采油量已達到世界總采油量的20%左右。形成了整套的海上開采和集輸?shù)膶S迷O(shè)備和技術(shù)。平臺的建設(shè)已經(jīng)可以抗風、浪、冰流及地震等各種災(zāi)害,油、氣田開采的水深已經(jīng)超過200米。
  當今世界上還有不少地區(qū)尚未勘探或充分勘探,深部地層及海洋深水部分的油氣勘探剛剛開始不久,還會發(fā)現(xiàn)更多的油氣藏,已開發(fā)的油氣藏中應(yīng)用提高石油采收率技術(shù)可以開采出的原油數(shù)量也是相當大的;這些都預(yù)示著油、氣開采的科學(xué)技術(shù)將會有更大的發(fā)展。

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