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Unit 1 Introduction to petroleum industry 1) Introduction 石油工業(yè)在我們的日常生活以及其他工業(yè)領(lǐng)域扮演著相當(dāng)重要的角色。石油工業(yè)可以主要分成上游部分、中游部分以及下游部分。今天，許多大的石油公司，例如中國石油、中石化、中海油，都在中國開采著地下油藏的大量原油。 大多數(shù)原油和天然氣都是由幾百萬年前在沼澤和海洋中的植物和動物形成的。這些有機物與小溪和河流中的淤泥沉積在一起。這些沉積最終壓實形成了沉積巖石。熱量和壓力把這些植物和動物中柔軟的部分轉(zhuǎn)化成為固態(tài)的、液態(tài)的和氣態(tài)的碳?xì)浠衔?，也就是我們知道的煤、原油和天然氣? 隨著陸地和海洋的石油工業(yè)的快速繁榮，公眾的注意力也集中到了石油工業(yè)的環(huán)境保護問題上來。幸運的是，技術(shù)的創(chuàng)新、精心的培訓(xùn)、嚴(yán)格的法規(guī)都將讓石油工業(yè)對人類、動物、土壤、空氣和水的污染降低到最小。 Swamp: 沼澤，濕地 Stringent : 嚴(yán)格的，必須遵守的 2) Three main components of the industry 今天，上游部分包括了超過100家勘探和生產(chǎn)公司以及數(shù)百家相關(guān)的部門，例如地震和鉆井承包商，修井承包商，工程公司和各種科學(xué)技術(shù)服務(wù)公司和供給部門。中游部分包括連接生產(chǎn)和消費領(lǐng)域的油氣集輸系統(tǒng)。其他的設(shè)備將提煉硫和液態(tài)天然氣，儲存石油和天然氣產(chǎn)品，并且用卡車、鐵路以及油罐車運輸產(chǎn)品。下游部分由煉油廠、氣體分離設(shè)備、原油零售商、服務(wù)站以及石油化工公司。 Service rig: 修井設(shè)備；修井機 Utility：n. 功用，實用；a. 實用的；多用途的 3) Finding oil and natural gas a) Exploration- the search for petroleum 一個圈閉應(yīng)該包含三個要素： l 多孔油藏巖石來聚集石油和天然氣—典型的巖石有：砂巖、石灰?guī)r和白云巖。 l 上覆不可滲透巖石來阻止油氣的逃逸。 l 油氣的生油巖—典型的有黑色的似蠟的頁巖。 Paleontologist : 古生物學(xué)家 Waxy: 似蠟的，光滑如蠟的 b) Seismic surveys 在地震測試中，地球物理勘測隊的員工將在地面鋪設(shè)一條或者幾條金屬的敏感接受儀，被稱為震波接受儀。接著將在地面制造爆炸或機械震動。震波接受儀將記錄從巖層不同深度反射回來的地震波能量。為了減小對環(huán)境的影響，許多承包商今日石油的石人工地震的方法，實用一個沉重的震動的工具發(fā)射能量到地下。 如同石油工業(yè)的其他部門一樣，勘探工作者們已經(jīng)采用了更高環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的地震測試。例如，改進后的不使用或者使用更窄的金屬截線可以減少對森林中土壤、水、植物以及野生動物的不良影響。在其他的敏感區(qū)域，如山地，地震測試隊員們使用直升機或者馬匹來限制地面的干擾。在海上勘探中，空氣槍用壓縮空氣來代替炸藥，這是一種更好更安全的能量來源，同時也可以最大限度地減少對海洋生物的影響。海上的艦船將記錄從拖拽著的一大批海洋檢波器反射的能量。在淺水區(qū)，海洋檢波器可以鋪設(shè)在海床上。 Cutline：截線 Vessel：容器，船艦 Tow：拖，拉，拽 Array of：一大批 Dynamite: 炸藥 Hydrophone：海洋檢波器 4) Drilling 鉆井工程師們將把理論和殘酷的經(jīng)濟現(xiàn)實聯(lián)系起來。甚至當(dāng)一口開發(fā)井正好位于兩口生產(chǎn)井之間的時候，仍然有什么也勘測不到的風(fēng)險，同時也可能取得出人意料的成功。這種賭注在位于未開發(fā)區(qū)域的野貓井的時候更加明顯。 Stake : 賭注 基本的鉆井過程是很簡單的。在一串的管柱下面旋轉(zhuǎn)的金屬鉆頭將在巖石上鉆一個洞。鉆機有許多種類型。最小的是直立在卡車上的修井機，最大的是安裝在輪船或者海洋平臺的。有些是特別安裝來用于含酸氣井的勘探的，以及斜井、水平井的鉆井的?？傮w的規(guī)律是，鉆機越大，鉆井的深度就越深。大約一口井直接雇用的人員是75人，盡管只有4人到7人是隨時在鉆機上值班的。具體的人數(shù)可以在相當(dāng)大的范圍變化，這個取決于待鉆井的類型。 1) Producing oil and natural gas a) Production- recovery resources 當(dāng)鉆井確定了油氣藏的位置之后，承包商的生產(chǎn)部門將接受管理將油氣資源舉升到地面的任務(wù)。石油不是如同地下湖的那樣儲存在地下的。而是油氣儲存在沉積巖石的孔隙和裂縫中，如同海綿中的水一樣。在成熟的生產(chǎn)區(qū)域，從老井中開采出更多的原油是一項重要的工作。在新的生產(chǎn)區(qū)域，用盡可能低的成本生產(chǎn)出更多的原油也是一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。 b) Oil recovery method 在一次采油中，最初的采油方法就是利用油藏壓力或者泵舉的方法。大多數(shù)幽靜今天都是用的泵舉。許多方法可以提高一次采收率。最常用的方法是鉆加密井，這樣在同一個油藏區(qū)域就有更多的井，因此原油達到井筒之前就不需要在巖石中流動更遠(yuǎn)的距離。定向井經(jīng)常用來鉆加密井。在同一個平臺可以鉆多口定向井。水平井可以讓井筒暴露在更大面積的含油層中，從19世紀(jì)80年代末就開始應(yīng)用，來提高產(chǎn)量和提高采收率。 c) Processing- making marketable commodities 大多數(shù)的原油和天然氣在推向市場之前都需要一些煉制過程來去除一些不需要的組分。在上游部分，煉制設(shè)備將原油分離成為以下幾種主要的銷售產(chǎn)品： l 原油，液態(tài)的碳?xì)浠衔铩? l 可供銷售的天然氣，主要由最簡單的碳?xì)浠衔锓肿蛹淄榻M成。 l 液態(tài)天然氣，重一些的碳?xì)浠衔?，包括有乙烷、丙烷、丁烷? l 凝析油，液態(tài)的碳?xì)浠衔?，來自煉制天然氣的過程。 l 硫，來自煉制天然氣的過程，一般液態(tài)或者顆粒、餅狀，使用卡車或者火車運輸。 d) Gas processing 消費者購買的天然氣幾乎全部是由最簡單的碳?xì)浠衔锛淄闃?gòu)成的。在氣藏中，甲烷通常是和其他重一些的碳?xì)浠衔锘旌显谝黄鸬?，例如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷，以及水蒸氣，在酸氣中的硫化氫等，以及二氧化碳、氮氣和其他氣體。 2) Moving oil and natural gas Transportation- moving and selling products 石油和天然氣一般都位于偏遠(yuǎn)的地區(qū)。供給和需求方是用管線連接在一起的。有些管道是直徑大于1米的金屬道，而另外的塑料管道只有幾十厘米。他們的分配系統(tǒng)和公路、高速公路或者電力設(shè)備一樣復(fù)雜。然而，管道大多數(shù)是看不見的，埋在地下一米深左右。管道分為以下的幾大類型： l 集輸管網(wǎng)將原油和天然氣從井筒運輸?shù)綗捴乒S和傳輸設(shè)備。 l 輸油干線將原油、天然氣、和煉制的石油產(chǎn)品運輸?shù)綗捰蛷S和石油化工企業(yè)，有一些輸油干線把煉制產(chǎn)品輸送到消費者。 l 氣體傳輸系統(tǒng)將把生產(chǎn)區(qū)域的高壓天然氣輸送到消費區(qū)域。 l 地方的輸送公司把天然氣以低壓輸送給家庭用戶和商業(yè)用戶。 3) Using oil and natural gas a) Refining and petrochemicals- manufacturing molecules 石油分子是由各種各樣的尺寸和形態(tài)的碳?xì)滏溄M成的。天然氣中的甲烷是最簡單和最小的分子。與此對應(yīng)的是在瀝青中的分子就結(jié)構(gòu)很復(fù)雜、鏈長也很巨大。這些碳?xì)浞肿釉跓捰蛷S和化工廠將被分類、分裂、重排和混合。在那里，它們將變成大量的產(chǎn)品，從汽油到合成橡膠。 b) A versatile energy source 石油工業(yè)的存在是因為人們已經(jīng)習(xí)慣了石油產(chǎn)品帶給人們的各種好處，例如方便、廉價的運輸，溫暖的房間和成千上萬的合成材料。這些是由產(chǎn)品已經(jīng)改變了我們今天的生活方式。石油和其衍生出來的產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個角落。 Unit 2 Geology and reservoir traps 1) Introduction P24 在石油工程中，工程師必須知道油藏是怎樣的，石油是如何形成的，流涕在油藏中是如何流動的。地質(zhì)在石油勘探中扮演者主要的角色。石油工程專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該學(xué)會辨認(rèn)不同的圈閉類型，這些圈閉是油氣儲集的地方。 鉆井產(chǎn)生的巖屑和巖芯為石油勘探和開發(fā)提供了重要的信息。實驗室對巖屑的分析將提供油藏巖石的具體物理性質(zhì)參數(shù)。根據(jù)實驗室的結(jié)果，石油工程師就可以對開發(fā)油藏做出決策。 2) Formation of a sedimentary basin P24~25 石油通常是在沉積盆地被發(fā)現(xiàn)的。沉積盆地是地殼的凹陷區(qū)域，這里曾經(jīng)有微小的植物和動物生活過，并且和小溪河流中的淤泥沉積在一起。這些沉積最終被壓實形成了沉積巖。 地球的壽命大約有四十五億年。生產(chǎn)油氣的最早沉積一般是在5.6億年前形成的。 3) Origins of oil and gas 地球不是我們想象的那樣固定不變的。實際上地球是一個由固態(tài)巖石和熔融的流體組成的不斷緩慢移動和改變的球體。例如，南美洲就在以指甲生長速度在飄移遠(yuǎn)離非洲。地震和火山就是地球不穩(wěn)定和不斷改變的例證。 地殼被分為無數(shù)的地質(zhì)構(gòu)造板塊。這些板塊互相推擠、不斷上升下降、傾斜、滑動、卷曲、崩塌，分離又融合。結(jié)果，在古老海底的沉積可以在高山頂被發(fā)現(xiàn)。實際上，珠穆朗瑪峰就是這樣形成的。 在五億年的時候，光合作用就讓地球上存在生命。植物吸收太陽的能力并且把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成氧氣和碳水化合物，如糖、淀粉和纖維素。這些碳水化合物以及其他的有機物最終在地面、溪流、湖泊和海洋生存下來。 當(dāng)這些有機物埋藏更深的時候，溫度和壓力將它們轉(zhuǎn)化成固態(tài)的、液態(tài)的和氣態(tài)的碳?xì)浠衔铮褪鞘熘牡V物燃料煤、原油或者天然氣。石油通常是由海洋的植物和動物形成的，主要是藻類，它是在至少一百萬年的地下在溫度是50-150度之間的“煮”出來的。天然氣在很大的溫度和壓力變化范圍內(nèi)，可以由幾乎所有的海洋或者陸地的有機物形成。 由于上覆巖層的重力作用和壓力，原油和天然氣很少停留在形成它們的生油巖層里。而它們將在地下沉積巖層中運移，一直到它們逃逸到地面或者被低滲透的隔層阻隔為止。 世界上被發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)石油都是在相對低滲的多孔巖石中被圈閉起來的。這些油藏通常離生成地都有很遠(yuǎn)的距離。當(dāng)碳?xì)浠衔镞\移到地面的時候，就形成了油苗。長此以往，就有大量的碳?xì)浠衔锾右莸酱髿庵?。流動水也可能沖刷掉碳?xì)浠衔?。有時候只有較輕、易揮發(fā)的組分運移了，剩下的就是較重的原油。 1) Looking inside rocks 一個勘探工作者應(yīng)該掌握很好的理論知識或者擁有直覺，為何一個區(qū)域會含有油氣。第一手的露頭地質(zhì)資料以及地表特征有時可以幫助確認(rèn)最基本的要求：必須有沉積巖石，在沉積盆地中有潛在的油藏和含油層。 在盆地中，勘探者的第一步就是檢查這個區(qū)域所有已知的信息。其中應(yīng)該包括：學(xué)術(shù)論文，地面地質(zhì)觀察，來自機構(gòu)的已經(jīng)鉆取的井資料，和鄰近區(qū)域或者相似區(qū)域的先前勘探結(jié)果。 地質(zhì)學(xué)家可以鑒別這些結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、新沉積盆地的厚度和深度，他們通過測量通過和從沉積層反射回來的地震波的時間來獲得。 2) Cuttings and core 以前的鉆井資料為勘探家提供了很重要的信息。當(dāng)一口井鉆好之后，小的巖石碎片稱為巖屑就被鉆井液攜帶到地面。這些碎屑就是鉆井的時候鉆頭研磨地層的碎片。地質(zhì)學(xué)家、地球物理學(xué)家、孢粉學(xué)家-研究孢粉和小化石的科學(xué)家，將檢查這些碎屑，得出地層的年代、化學(xué)組成、孔隙度、滲透率和其他的物性。 更大更連續(xù)的圓筒狀的巖樣稱為巖芯，可以用一種特別的取芯鉆頭獲得。盡管取芯會增加成本，但是實驗室分析、觀察巖樣將提供這個沉積盆地的詳細(xì)地很有用的具體數(shù)據(jù)，巖石和巖石中流體的組成以及物性資料。 即使一口井沒有鉆遇商業(yè)上有價值的油氣層，它仍然可以提供很有用的地下巖石和構(gòu)造資料。這些將幫助勘探家門對比一些對應(yīng)巖層的地震圖片，可以為下一次的成功提供參考。 3) Common petroleum traps 最常見的石油圈閉如圖所示。在一個典型的圈閉中，氣體是以“氣頂”的形式位于“油腿”上方，聚集在油藏的頂部的，而油又是位于飽和水上部的。這是因為天然氣比石油輕，石油又比水輕。然而，在油藏的有些地方，三種流體是混合的?？紫抖仁菐r石容納油和氣的能力，如同水儲存在海綿中一樣。滲透率表征了流體通過巖石的難易程度。 Unit 3 Crude Oil and Natural Gas 1) Definition and classification 原油的定義為“在地下油藏狀態(tài)下是液態(tài)，在大氣壓下通過地面分離設(shè)備保持液態(tài)的碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩?。表觀上原油的顏色是在黃色、綠色、棕色和深棕色以及黑色之間變化的。原油在性質(zhì)上是油性的并且粘度變化范圍很大。原油在地面要比在溫暖的油藏中更粘。表觀粘度在1.4-19400厘沱之間隨著溫度和原油深度和年代而變化。 多數(shù)原油比水輕。盡管原油的密度可以由它和水的比重的比值來衡量，但是經(jīng)常是采用的重力單位，由API的定義如下公式所示： 其中比重60/600F是原油在600F與水的重力的比值。 注意到API重度與密度成反比關(guān)系。因此，輕油的API重度大于40（比重0.83），而重油的API重度小于10 （比重1.0）。重油的定義就是比重大于水的原油。 石油 原油 天然氣氣 碳?xì)浠衔? 雜化合物 干氣（甲烷） 濕氣 環(huán)烴 芳香烴 氧化物 硫化物 氮化物 其他 乙烷 丙烷 丁烷 鏈烷烴 2) Paraffins 烷烴，一般稱為鏈烷烴，是飽和的碳水化合物，通式是CnH2n+2。當(dāng)n<5時，烷烴在常溫常壓下是氣態(tài)的。這些化合物有：甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。當(dāng)n處于5到15之間時，烷烴在常溫常壓下是液態(tài)的。當(dāng)n>15時，烷烴在粘性液體和固態(tài)石蠟之間變化。 鏈烷烴分子有兩種類型，它們含有相同的原子結(jié)構(gòu)，并且分子量隨著分子鏈CH2的增加而增加。一種是直鏈分子結(jié)構(gòu)，另外一種是支鏈分子結(jié)構(gòu)。 烷烴在原油中的含量豐富，直鏈分子結(jié)構(gòu)比支鏈分子結(jié)構(gòu)的要多。碳分子的個數(shù)可以達到是C78H158。對于一個給定的分子量，正烷烴的沸點比異烷烴的要高。 烷烴是天然氣的主要成分。它們在輕質(zhì)汽油和煤油中，在數(shù)量上也是占優(yōu)的，大約分別占原油的25%至30%。隨著沸點的增加，烷烴的餾分逐漸降低。 3) Naphthenes 原油中的第二大類碳?xì)浠衔锞褪黔h(huán)烴，或者稱為環(huán)烷烴。這一族的通式是：CnH2n。與烷烴一樣，環(huán)烴同族的有5個碳原子和6個碳原子分別構(gòu)成的環(huán)戊烷和環(huán)己烷。但與烷烴不同的是，所有的環(huán)烷烴在常溫常壓下是液態(tài)的。它們在輕油和重油中所占的比重都是40%。 1) Aromatics 芳香族化合物是原油中的第三大類的碳?xì)浠衔?。它們的分子結(jié)構(gòu)是基于6個碳原子的基礎(chǔ)上的。這個家族最簡單的化合物就是苯C6H6。其中有一大類的芳香族化合物是由烷基CnH2n+2替代氫原子而形成的。這類烷基苯系列包括乙苯和甲苯。另外一大類是由支鏈或者支鏈碳原子構(gòu)成的。這類包括萘C10H8和蒽C14H10。芳香族化合物五包括了瀝青質(zhì)化合物。這些化合物被分為：可溶于正戊烷的樹脂，和不溶于正戊烷的瀝青烯。 2) Heterocompounds 原油中含有許多雜化合物，這些雜化合物的化學(xué)元素不僅包含碳元素和氫元素。最主要元素有氧、氮、硫、以及一些稀有金屬原子，通常是鎳和釩。 3) New words of part two LPG=Liquefied petroleum gas: 液化石油氣 Pipeline 管道，管道輸送 Concentration 濃度；集中 Limestone 石灰?guī)r Non-associated natural gas 非伴生氣；associated natural gas 伴生氣 Gas cap 氣頂 Free gas 自由氣 Formation gas oil ratio 地層氣油比 Barrel 桶 OIP=oil in place 地下原油儲量 STP=stock tank barrels 儲罐桶數(shù)；地面（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）桶數(shù) Stock: 庫存, 股票, 股份 FVF=formation volume factor 地層體積系數(shù) Condensate 凝析油 Unit 4 Properties of reservoir rock 1) Porosity 孔隙度是油藏最基本的兩大性質(zhì)的第一個?？紫犊臻g，通常在巖石中充填的是共生水，但是在油田的巖石中是油氣?？紫抖瓤梢员硎境煽紫兜谋嚷?，即孔隙占巖石的比率，通常是用百分?jǐn)?shù)來表示的。 孔隙度通常用希臘字母φ來表示?？紫兜念愋陀腥悾哼B通孔隙、非連通孔隙和死孔隙。連通孔隙與外面的溝通通道多于一條孔喉。 非連通孔隙與其他孔隙只有一條孔喉相連。死孔隙與其他孔隙沒有連通。 連通孔隙和非連通孔隙構(gòu)成了有效孔隙度，碳?xì)浠衔锞褪窃谄渲行纬傻?。在連通孔隙中，碳?xì)浠衔锟梢员惶烊坏乃疀_走或者被人工注水驅(qū)動。非連通孔隙不會被沖刷影響，但是當(dāng)油藏壓力下降的時候，可能由于膨脹生產(chǎn)一些油氣。死孔隙不能產(chǎn)油氣，其中的油氣可能是由于油氣侵入了開放的孔隙之后由于壓適合膠結(jié)作用孔隙閉合了。有效孔隙和全部孔隙的比率是非常重要的，直接影響了巖石的滲透率。 孔隙的幾何尺寸以及連通孔喉的半徑和迂曲度直接影響了油藏的產(chǎn)能?？紫兜膸缀涡螒B(tài)和連續(xù)性是很難分析的。在一些研究中，巖石孔隙被一種可以固化的流體充滿。然后巖石被酸液溶蝕了，剩下澆注的孔隙。一些人用在砂巖中使用鉛來澆注，另一些人在碳酸鹽巖中用環(huán)氧樹脂來澆注。 2) Primary pores 24 l Interparticle pores粒間孔隙 l Intraparticle pores 粒內(nèi)孔隙 3) Secondary pores l Vuggy and moldic pores 孔洞孔隙、溶?？紫? l Fenestral pores 網(wǎng)狀孔隙 l Intercrystalline pores晶間孔隙 l Fracture pores 裂縫孔隙 裂縫孔隙是最后一類主要的孔隙類型。它是很重要的孔隙類型，不僅因為它可以增加油藏的儲集能力，并且因為它能很大程度上提高滲透率。裂縫很少在未膠結(jié)和膠結(jié)疏松的沉積中形成，這是塑性流動應(yīng)力的結(jié)果。它們可以在脆性的巖石中被發(fā)現(xiàn)，不僅在砂巖和石灰?guī)r中，還有頁巖和火成巖和變質(zhì)巖中。 由于裂縫比大多數(shù)的孔隙要大，僅僅從孔隙的角度來分析是不恰當(dāng)?shù)摹６?，取芯本身也會制造出裂縫。這些人工制造的裂縫應(yīng)該和天然裂縫鑒別開來。裂縫也可通過電纜測井、地震數(shù)據(jù)和生產(chǎn)歷史識別出來。聲波測井中周期的跳動曲線可能是裂縫引起的（也可能是其他現(xiàn)象）。裂縫可以通過井下電視測井“看見”。在地震數(shù)據(jù)中的異常低速有可能是裂縫，還有可能是其他類型的孔隙以及存在天然氣的影響。在生產(chǎn)試井中，最初的高產(chǎn)量和快速的壓力下降和流量的快速降低通常暗示有裂縫的存在。 1) Permeability 油藏巖石的第二個重要的特性就是滲透率。只有孔隙度還不行，孔隙之間必須是連通的。滲透率是流體通過多孔介質(zhì)的能力。達西在法國的第戎市研究泉水的流速的時候最初提出了滲透率的概念。Muskat和Botset進一步發(fā)展了他的研究成果。它們總結(jié)出達西定律： 其中，Q是流速；K是滲透率；p1-p2是巖樣的壓力降，A是巖樣的橫截面積，L是巖樣的長度，是流體的粘度。滲透率的單位是達西，它的定義是粘度為1厘泊的流體在流速是1cm/s，單位壓降1atm/cm時的滲透率。大多數(shù)的油藏巖石的滲透率都是小于1達西的，毫達西更加常用。油藏的平均滲透率通常在5-500mD之間。字母K常用來表示滲透率。 達西定律只有在流體和巖石之間沒有化學(xué)反應(yīng)并且只有單相流體充滿孔隙的時候才是適用的。實際的油氣混相的情況要復(fù)雜的多，盡管達西方程被認(rèn)為可以適用。流速取決于滲透率和粘度的比值。因此，氣藏可以在幾毫達西的滲透率情況下?lián)碛芯哂猩虡I(yè)價值的流速，而油藏就需要至少幾十個毫達西的滲透率。由于這個原因，在實驗室一般用惰性氣體代替流體測定滲透率。 在一些情況下，小孔隙、很低的氣體密度、相對大的平均分子自由程，常規(guī)的在固體表面的零流速和無滑脫可能不能實現(xiàn)。這個就是克林肯伯格效應(yīng)，因此在空氣測定的滲透率和液體或者高粘度氣體的實際流體之間就必須有一個修正系數(shù)。這個修正系數(shù)對于高滲巖石大約在1%至2%之間；而低滲巖石則高達70%。 巖石的滲透率在不同方向很少相同。垂直滲透率通常遠(yuǎn)小于水平滲透率。因此滲透率一般是用不同方向取下的巖石段塞測定的。 2) Relative permeability 當(dāng)單相流體完全充填孔隙空間的時候，滲透率被稱為決定滲透率，量綱是L2。有效滲透率是在飽和度小于100%的時候測出的。KW，Kg，Ko分別表示水氣油的有效滲透率。 3) Capillary pressure 考慮孔隙的潤濕性就會引出毛細(xì)管作用的概念，這就是液體在毛細(xì)管中滯留的現(xiàn)象。毛細(xì)管壓力是大氣壓力和液柱壓力的差值。毛細(xì)管壓力隨著毛細(xì)管半徑的增加而減小。用地質(zhì)學(xué)的角度解釋，油藏毛管壓力隨著孔隙尺寸的減小而增加，更加具體的就是隨著孔喉半徑的減小而增加。毛管壓力還與兩相相鄰的流體之間的表面張力有關(guān)，隨著表面張力的增加而增大。在水濕的孔隙中，彎液面絲凸向水相的，在油濕的孔隙中是凹向水相的。 Unit 5 Well drilling 1) Introduction 了解了原油和天然氣的知識之后，我們需要著手把地下的油氣開采出來。正如我們知道的，唯一的辦法就是鉆一口井。然而，要鉆一口井有許多的相關(guān)的工作。其中的一件就是必須知道如何給井定位。一口定位好的井會遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一口定位差的井。其它的因素還有架設(shè)鉆機，選擇鉆頭，選擇鉆井方式—垂直井、定向井或者水平井。 2) Site preparation 勘測員必須首先精確的確定井的位置和海拔，接著推土機就會平整道路并且來到井場。接著，推土機把井場清理好并且平整井場。一個泥漿池將挖好并鋪設(shè)好塑料線。這個儲存池將儲存不需要的泥漿、巖屑和其它井的廢料等。如果要鉆的井較深，鉆機很大，就需要在井場鉆一個方形的坑，稱為大方井。這個將為安裝鉆井平臺的設(shè)備例如防噴器。供水設(shè)備是在井場鉆一口水井并鋪設(shè)水管。 如果井很淺，整個鉆機就是架設(shè)在一輛卡車或者拖車上的。這個被稱為車載鉆機或便攜鉆機。如果是淺井或者中深井，鉆機設(shè)備用牽引拖車運輸。桅桿式井架被架設(shè)起來，確保鉆井的需要。如果是深井，鉆機設(shè)備很大，因此是用幾輛牽引拖車運輸而來放置在井場。 3) Drilling a hole 鉆井的開始叫做開鉆。在中深井的開鉆通常是鉆取一個大直徑但是淺的孔，就是導(dǎo)管孔。這個可以由車載式鉆機完成。大直徑的管子也就是導(dǎo)管，將被水泥固定在導(dǎo)管孔中。導(dǎo)管的作用就是穩(wěn)定井口并且為防噴器提供連接。鉆井通常叫做鉆孔。 4) Rotary rig 旋轉(zhuǎn)鉆機在今天用于大多數(shù)的井，包括所有中深井。旋轉(zhuǎn)鉆機由四大部分組成：動力系統(tǒng)，提升系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和泥漿系統(tǒng)。 1) The engines 動力系統(tǒng)為鉆機提供電力。大多數(shù)的發(fā)動機是柴油的，它們通常用來發(fā)電。根據(jù)鉆機的大小和井深，發(fā)動機的數(shù)量在2臺到4臺變化。在大的鉆機上，發(fā)動機可以提供3000馬力或者更多的電力。電力用來旋轉(zhuǎn)鉆柱和提升井中的設(shè)備。 2) The hoisting system 提升系統(tǒng)提升和懸掛井中的設(shè)備。游動鋼絲繩通常是直徑約1 1/8英寸的辨狀金屬纜繩。它是纏繞在絞車的卷軸上的。發(fā)動機和絞車連接在一起，拉動游動鋼絲繩進出井筒。井架和桅桿是金屬塔。如果鉆塔是架設(shè)在拖車上，它就是桅桿式井架。如果鉆塔安裝在井場上，就是井架。游動鋼絲繩上面的稱為天車的滑輪組連接，位于井架的頂部，下面與游動滑車連結(jié)。 在游動滑車下面是一個大鉤，可以連接各種裝備。當(dāng)游動鋼絲繩出入天車的時候，游動滑車就在井架中上升和下降。這樣就實現(xiàn)了井中設(shè)備的舉升。 鉆機的分類通常是看它們的鉆井深度。這是因為越深的井就需要越強的動力系統(tǒng)和堅固的井架。一口深井的鉆柱可達到50萬磅。動力系統(tǒng)必須舉升井中設(shè)備，井架要足夠堅固來支持設(shè)備的重量。 3) Rotating system 鉆柱是旋轉(zhuǎn)的管子和它們的連接物。這包括：水龍頭、方鉆桿、鉆鋌和鉆頭。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的功能是打孔。懸掛在大鉤下直接在游動滑車下的是水龍頭。水龍頭下面的管柱可以旋轉(zhuǎn)，并且讓管柱的重量掛在鉆塔上。水龍頭下部是一個四邊形或者六邊形的管子稱為方鉆桿。方鉆桿具有規(guī)則的邊，便于抓緊和旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)方鉆桿就可以旋轉(zhuǎn)井中的所有管柱，就可以實現(xiàn)鉆井。轉(zhuǎn)盤是在鉆臺上一個圓形的底盤。它與動力系統(tǒng)連接用來轉(zhuǎn)動方鉆桿。方鉆桿嵌入到一個裝置稱為方鉆桿補心，這樣就連接到轉(zhuǎn)盤。 方鉆桿下面是鉆桿。金屬鉆桿是兩端都有螺紋連接的30英尺長的金屬桿。每一節(jié)鉆桿稱為單根。方鉆桿通常是位于鉆桿的頂部。當(dāng)完成30英尺的鉆井之后，方鉆桿就必須被提升起來，在方鉆桿下面接一根單根。這個就叫做接單根。 在鉆桿下面是大直徑的管柱稱為鉆鋌。鉆鋌的重量比鉆桿大，是設(shè)計來增加鉆桿底部重量的。這個可以幫助控制鉆進，防止管柱的彎折和破壞。一般使用2個到20個鉆鋌。 鉆頭是嵌在鉆鋌的底部的。最普通的鉆頭是三牙輪鉆頭，含有三顆旋轉(zhuǎn)的牙輪。當(dāng)鉆頭旋轉(zhuǎn)時，牙輪上設(shè)計的牙齒就切碎巖石。有些三牙輪鉆頭是用碳化鎢來代替牙齒。另外一類鉆頭是金剛石鉆頭或者球齒鉆頭，在鉆頭的底部鑲嵌了金剛石。不同的鉆頭適用于不同的地層類型。球齒鉆頭最適合石灰?guī)r地層。 鉆頭的壽命大約是8-200小時，平均的磨損時間是24小時。鉆頭的磨損可以有鉆井平臺上轉(zhuǎn)柱產(chǎn)生的噪音以及鉆進速度的降低監(jiān)測出來。更換鉆頭就必須要起下鉆。所有的鉆柱都被提升出井筒放置在鉆臺上。鉆頭更換之后，管柱又重新下入井中。這個會消耗時間和金錢。井深越深，起下鉆的時間就越長。 4) The mud system 泥漿系統(tǒng)是用來循環(huán)井筒中的泥漿。鉆井也儲存在鉆機旁邊的鋼池子里面。泵，稱為泥漿泵把鉆井液泵入中空的旋轉(zhuǎn)鉆柱中，在井底從鉆頭中噴射出來。鉆井液攜帶了井底的巖屑。它將從旋轉(zhuǎn)鉆柱和井壁的環(huán)空流出井底。在井口，泥漿流經(jīng)防噴器和一系列的篩網(wǎng)--泥漿振動篩。泥漿震動篩的作用是把鉆屑從鉆井液中分離出來。其他的設(shè)備也是用作清洗鉆井液，然后鉆井液回流到泥漿池。 循環(huán)鉆井泥漿有許多的作用。泥漿可以把巖屑從井底清除。當(dāng)泥漿流經(jīng)鉆頭的時候，可以清洗鉆頭的牙齒。鉆井泥漿可以冷卻在鉆井過程中摩擦產(chǎn)生的熱量。在很軟的沉積中，例如沿海平原沉積，從鉆頭噴射出來的泥漿可以幫助鉆頭切削井底地層 鉆井液還可以控制井的壓力防止井噴。在井底有兩種液體壓力。巖石內(nèi)部液體壓力將迫使流體流入井筒。鉆井液產(chǎn)生的壓力將迫使泥漿流入附近的巖石。如果巖石中流體的壓力大于井筒中鉆井液的壓力，水、氣、油就會從巖石中流入井筒。這經(jīng)常會導(dǎo)致井壁坍塌以及損壞設(shè)備。在最極端的例子，就會發(fā)生井噴。為了控制井底的液體壓力，鉆井液的壓力就必須調(diào)整來大于井底流體的壓力。這就被稱為過平衡鉆井，鉆井泥漿就會流入地層。巖石此時就是一個過濾器，在井壁就會形成一層濾餅。這個形成的濾餅非常堅固。一旦濾餅形成，井壁就會很穩(wěn)固，地下的流體就不能進入井筒。 鉆井泥漿通常是粘土和水的混合物。普通的泥漿成分是膨潤土。密度更大的泥漿可以在其中加入硫酸鋇。還可以在其中加入各種化學(xué)劑。鉆井液通常是水基的，有時候是油基的。鉆井液由它的重量來描述。鉆井液的重量越大，在井底產(chǎn)生的壓力也就越大。 5) Blowout preventers 防噴器是設(shè)計來關(guān)閉井的。它們連接在鉆臺下的井的頂部。在一口井常用良種類型的防噴器。一種是設(shè)計來關(guān)閉環(huán)空的。另一種是用防噴器芯子關(guān)閉鉆柱的。 空氣鉆井應(yīng)用于淺井或者鉆井液會污染儲層的井?？諝饩腿缤@井液一樣泵入鉆柱。空氣與井底的水混合形成泡沫。泡沫攜帶井底的巖屑，從環(huán)空返回到地面?？諝夂豌@屑從故障的管線流出鉆機?？諝忏@井比泥漿鉆井更快更節(jié)省，但是缺點是它不能控制井底壓力，并且有時候空氣與地下的氣體混合形成爆炸的混合物。 Unit 6 Well completion 當(dāng)一口完成了鉆井，做完產(chǎn)層的經(jīng)濟評價之后就開始下套管，準(zhǔn)備油氣井的生產(chǎn)了。完井的設(shè)備和方法是很多的，這個取決于具體井的油氣儲集類型、井具體階段的開發(fā)要求，還有施工時候的經(jīng)濟狀況。低壓套管，有時候還是二手的，可以用于產(chǎn)量是邊際產(chǎn)量的井，并且其他的投資也要相應(yīng)減少。如果油井可能是高壓，井的壽命預(yù)期較長，就會使用最好質(zhì)量的油管。 1) Downhole strings 許多油井需要四層大管柱：導(dǎo)管、表層套管、中間套管和生產(chǎn)套管。生產(chǎn)套管在油田經(jīng)常稱為長套管或者油層套管。導(dǎo)管可以防止地表的垮塌損害鉆機的底座。如果地面條件允許，導(dǎo)管是用推土機運送到現(xiàn)場。如果不允許，一個小的鉆機就會鉆一個孔，導(dǎo)管就被固定在這個孔中。 當(dāng)表層套管固定之后，它就可以地層水的侵入。它還可以防止松散的頁巖和沙礫落入井眼，阻止地層水流入井中。表層套管的深度在500-5000英尺。如果鉆遇深度在表層套管和生產(chǎn)套管之間的問題地層，就需要中間套管。生產(chǎn)層通常需要生產(chǎn)套管，在少數(shù)情況下生產(chǎn)套管下到產(chǎn)層的上方和附近。 另外一種類型的套管是尾管，在10000英尺的井常見。尾管的功能很像套管，但是它不會一直延伸到地表。尾管通過一個叫做尾管懸掛器的卡瓦裝置，懸掛在大一些的套管上。尾管的功能可是生產(chǎn)套管，此時就成為生產(chǎn)尾管。由于它不會延伸到地面，在很些情況下這還是一個相當(dāng)長的距離，這樣就可以節(jié)約管柱的成本。 在生產(chǎn)井下入的最后的貫注通常是油管。油管通常是在井中自由懸掛在油管頭上的。在流入井中，小直徑的油管比套管的效率高。當(dāng)發(fā)生堵塞或者污染的時候，油管也更容易移除。當(dāng)油管和封隔器聯(lián)合使用的時候，可以防止井中的流體進入套管，這是因為封隔器堵住了油管和套管之間的空間。井中的流體會腐蝕套管，而且維修費用十分昂貴。 封隔器的組成有：流體可以通過的管子；一個橡膠的封隔部件阻隔流體通過；稱為卡瓦的抓緊部件，可以讓封隔器在產(chǎn)層上面的油套環(huán)空固定。由于封隔器封閉了油套環(huán)空的通道，地層流體就只能流入油管中。 另外一種經(jīng)常安裝在接近地面的油管管柱上的裝置就是地下安全凡爾。這個閥門在流體流動正常的時候是開放的。在閥門監(jiān)測到地面的設(shè)備出現(xiàn)差錯的時候就關(guān)閉了，阻止了流體的流動。 l Conductor l Surface casing l Intermediate casing: to solve some troubles encounters in the inervel l Production casing: to prevent the oil-bearing from caving in l Liner : to be used as production casing l Tubing : to be used for production 2） Secondary cementing 固井是鉆井和完井過程中最重要的一項施工。二次固井是當(dāng)一次固井失敗的時候采取的一項補救措施。一次固井是在鉆進過程中，當(dāng)套管下入之后就立即進行的固井措施。一個好的固井施工就是在環(huán)形的管柱周圍形成的水泥帶完全充滿這個空間，水泥中沒有孔隙、空間。如果一次固井出現(xiàn)了失誤，那么一項耗資耗時的二次固井就必須在完井之前進行。它的目的和一次固井一樣，就是機械地錨定套管，封隔井眼防止層間的流體垂直流動。 兩種主要的二次固井就是擠注水泥固井和注水泥塞固井。水泥段塞用于將要廢氣的井，需要隔離的層段，定向井循環(huán)失控或者需要地層測試的情況。擠注水泥就是用壓力把水泥漿注入到對應(yīng)的地層，它的主要目的是起到封隔的作用。這樣的封隔對于控制射孔之后阻止層間的流動是很重要的。 3） Completion methods 油井服務(wù)公司將為油井的生產(chǎn)做好施工準(zhǔn)備，例如運來小型鉆機以及在鉆機離開之前的許多工作。完井的方法取決于油藏的特征以及它的經(jīng)濟潛力。眾多的完井方法包括：裸眼完井，射孔完井，繞絲篩管完井，無油管完井以及復(fù)合完井。 l Open-hole completion 裸眼完井在產(chǎn)層沒有生產(chǎn)套管或者尾管。因此，油藏流體就可以自由的流入井筒。這種類型的完井，一般較少使用，而且一般用于碳酸鹽巖油藏，并且只有一個產(chǎn)層的地壓力地層的情況。在裸眼完井中，套管在產(chǎn)層的上方，鉆井就鉆到產(chǎn)層就實現(xiàn)了完井。 l Perforated completion 射孔完井是最常用的完井方法，它需要好的固井質(zhì)量以及正確的射孔方法。射孔就是在井壁和水泥墻穿刺一條流體從油藏流入井筒的通道。射孔首先是沿著生產(chǎn)套管或者是油管在產(chǎn)層的位置下入射孔槍。射孔槍發(fā)射出射孔彈，或者引爆一種爆炸性的彈藥，即聚能射孔彈。聚能射孔彈可以設(shè)計來形成高強度、定位準(zhǔn)確的爆炸。因為這個爆炸時噴射出高能量的氣體和微粒，因此被稱為噴射式射孔。如果使用的是生產(chǎn)尾管而不是生產(chǎn)套管，完井時就把生產(chǎn)尾管射穿。 l Wire-wrapped screen completion 另外的完井方式就是繞絲篩管完井，繞絲篩管就是一個短的管子，末端是開放的并且末端纏繞著一種特殊形狀的金屬絲。一種方法就是把篩管連接在油管底部下到已經(jīng)射孔的井底。通常繞絲篩管和礫石充填組合在一起應(yīng)用，即在井底礫石在篩管的外面。這樣井底的流體流經(jīng)礫石，再流經(jīng)繞絲篩管最后到達油管。繞絲篩管完井通常用于產(chǎn)層在產(chǎn)油氣同時有出沙的情況。篩管和礫石可以減少井筒出沙，這樣就可以防止出沙帶來的問題。 l Tubingless completion 盡管大多是的井都是有油管的，但是一些小直徑的井就可以使用小直徑的套管完井而不需要油管。小直徑套管直接下到產(chǎn)層，射孔也在產(chǎn)層。無油管完井常應(yīng)用于小型氣藏，產(chǎn)量低壓力低的井。 l Multiple completion 復(fù)合完井可以應(yīng)用于井筒穿過多個產(chǎn)層的情況。通常對于一個產(chǎn)層就在生產(chǎn)套管內(nèi)下入有封隔器的單獨油管。例如，在三重完井中，在一個生產(chǎn)管柱使用三個油管和三套封隔器。 4） The wellhead 井口就是用來控制井中流體的設(shè)備。它形成一個阻止井中流體在地面噴出或者泄露的封阻。對于具體的井將根據(jù)具體情況來確定使用的井口類型。有時候只需要一個簡單的支撐井中油管的設(shè)備。在其他情況下，控制地層壓力是必須的，此時就需要高壓井口。在有些油田的壓力可達到20000psi。基本上井口的組成是：井頭、套管頭和采油樹。 l Casing head 套管頭是一個連接了套管的很重的金屬地面裝置。在鉆井和修井作業(yè)中，套管頭可被用作控制壓力的設(shè)備。如果井中有幾套套管，在井口就對應(yīng)的需要幾套套管頭。 l Tubing head 與套管頭的設(shè)計和作用相似，油管頭是支持油管柱、封閉套管與油管之間的壓力、在地面起到連接作用并且可以控制流動液體或者氣體。如果在井口使用了套管頭，油管頭就是由套管頭支撐的。 l Christmas tree 井口一系列的控制閥、壓力計量表和油嘴就是采油樹，這樣命名的原因是它的形狀像圣誕樹，在井口有大量像樹枝一樣的裝置。這些閥門開關(guān)就可以控制完井之后井中的油氣流動。主閥門關(guān)閉可以完全關(guān)閉流體的流出。在采油樹也有油嘴，或者安裝在流動管線中，這個用來控制流體的流量。壓力計量表是計量套管頭和油管頭的壓力。知道了在不同操作下這些壓力的規(guī)律對更好的控制油井有幫助。 Unit 7 Production of oil and gas 生產(chǎn)就是石油工業(yè)中把油藏的碳?xì)浠衔锊傻降孛?，把油氣水和混雜的固體分離到可供銷售的產(chǎn)品如原油、凝析油和天然氣的這個過程。 對于一個特定的油田，投入建設(shè)的生產(chǎn)設(shè)備類型，無論是在井筒還是地面的，都是取決于最初的勘探井以及接下來的評價井的數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上的。直接由油井獲得的數(shù)據(jù)包括： l 原油質(zhì)量。 l 伴生氣的體積和質(zhì)量，是否含有硫化氫，這個意味著一系列的嚴(yán)重的工程問題、安全問題以及經(jīng)濟的問題。 l 油藏壓力以及建議的井口關(guān)井壓力。 l 原油的流量和油藏壓力降以及井口壓力降的關(guān)系。 其他從井獲得的數(shù)據(jù)如油藏深度和厚度，巖石滲透率和孔隙度，在一些情況還包括油氣水界面以及其他可供繪制油藏圖像的地質(zhì)數(shù)據(jù)。 使用這些數(shù)據(jù)，油藏工程師們就可以計算出油藏巖石中包含的油氣的數(shù)量以及可采出的原油的百分?jǐn)?shù)。他們還會預(yù)測出油井開始生產(chǎn)之后油田的生產(chǎn)規(guī)律。這些還包括注入采出氣或者其他氣體以及水來幫助保持油藏的壓力。注入流體的措施有可能是在油井剛開始生產(chǎn)就進行，也可能是在采出了一定的原油之后的一個特定的時間開始進行。 對這些預(yù)測前景都會作一個經(jīng)濟評估，接著就會作出生產(chǎn)決策，確定出井?dāng)?shù)、生產(chǎn)設(shè)備的尺寸和類型。油藏工程和地質(zhì)就會對此進行詳細(xì)的研究。 1) Natural flow in a well 在探討幫助油氣舉升到地面的各種方法之前，弄清自噴井的流動規(guī)律是十分有必要的。伴生氣的質(zhì)量一般的表達形式是立方英尺每桶油。 在一個未飽和油藏中，當(dāng)壓力降到泡點壓力之下就會發(fā)生泡流。在泡點壓力時，氣泡就開始形成，氣泡的直徑和分布都是隨機的。氣泡會以不同的速度移動，這個是由它們各自的直徑?jīng)Q定的。原油在油管的壁面或者環(huán)空壁面會被拖拽，在其他地方的流速則是恒定的。 當(dāng)氣泡結(jié)合形成直徑約等于管柱的直徑的穩(wěn)定氣泡時，就是接下來的階段段塞流。此時氣泡的速度比原油的流速快。段塞中不與氣泡接觸的原油的流動方向與氣泡是一致的，而在氣泡壁面的油膜則會在氣泡的表面往下流。 最后的階段是霧流，此時氣相成為連續(xù)相，而原油是以液滴形式夾帶在其中的。從原油作為連續(xù)相轉(zhuǎn)換到氣體作為連續(xù)相的過程不是瞬間發(fā)生的，而是井筒中一個逐漸增加的模糊區(qū)域。例如，霧流在地面的氣體和原油體積比為3.0/1.0，但是在更低的比率下是不可能的。因此，對于一口井，井底壓力高于泡點壓力，單相流、泡流、段塞流和霧流是在垂直的管流的不同點同時存在的。有許多的方法來預(yù)測和描述流入井中的兩相壓力降落。 2) Artificial lift 大多數(shù)的油田都會有油藏壓力降低和產(chǎn)水增加的情況，這就意味著井不自噴的機會增加。有許多方法可以幫助油井采油，例如氣舉、電潛泵和有桿泵。 3) Gas lift 一種方法就是氣舉。在這個方法中，氣體通過安置在油管柱上的壓力控制凡爾被泵入環(huán)空的液流中。氣體上升過程中膨脹就幫助原油的舉升。氣體可以被再一次利用，如果有需要的話，通過壓縮機增加能量再循環(huán)實現(xiàn)原油的舉升。 上面的描述是過于簡單化了，實際上需要大量的工程專家來制定方案讓氣舉的效率更好。氣舉閥的尺寸和位置需要由原油的流速和伴生氣的數(shù)量來決定。當(dāng)井生產(chǎn)時，就會有氣體和原油一起產(chǎn)出。關(guān)井時，原油就停止流動，井中的天然氣就逸出到井口，此時井筒就相當(dāng)于一個分離器。建立在垂直管流理論的預(yù)測模型基礎(chǔ)上的兩相梯度曲線可用來設(shè)計這些閥門。 下入到油管上的氣舉閥通常是可以回收的，并且這些氣舉閥一般是壓力控制或者液體控制的。它們也可能是節(jié)流閥，從環(huán)空到油管的氣體產(chǎn)量與油管流壓成正比。用這種氣舉閥，當(dāng)氣體被注入下一個氣舉閥的時候，上面的卸載閥由于油壓的降低就會關(guān)閉。應(yīng)用這種成熟的技術(shù)可以用最低的氣油比取得最大的注入深度。 氣舉是一種很靈活的方法，在海洋上可以用于斜井，并且可以迅速的適應(yīng)于產(chǎn)量變化的需要以及產(chǎn)液種類變化的需要。在多數(shù)井中，隨著時間推移，井筒中產(chǎn)水量的增加會對壓力系統(tǒng)有很顯著的影響。 影響氣舉效率的一個重要因素就是氣體與原油之間的滑脫效應(yīng)。另外有一種氣舉方法就是試圖減小這種不良影響，它是在油管柱中放置一個自由移動的活塞。這就是間歇式氣舉，在這種方式中，氣體推動活塞和原油上升，活塞要回落到底部然后重復(fù)這個過程。如前面的方法一樣，使用地面泵或者高壓氣源以氣體攜帶能量到井筒實現(xiàn)舉升原油。這個方法對于斜井不是很適用，今天也應(yīng)用較少了。 4) Subsurface pumps 第二種方法，常在高產(chǎn)井中使用，就是在井中下入一個電動的多級離心泵。在井中把電能轉(zhuǎn)化成水利能。這些離心泵廣泛的應(yīng)用于垂直淺井中，但是在斜井和高溫井中的應(yīng)用還需要進一步發(fā)展。高溫井的溫度對電泵有不利的影響，而在斜井中放入電纜在經(jīng)過轉(zhuǎn)角處會損壞絕緣層。 電潛泵的不同之處在于讓泵如何有效的運轉(zhuǎn)。如果井中的流體是原油，那么電潛泵泵出的流體和油藏的流體是一致的。為了達到一個有效的閉合水利系統(tǒng)，注入清潔原油的需求應(yīng)該與管網(wǎng)的復(fù)雜性平衡考慮。 5) Rod pumps 第三種方法就是在地面的柴油機或者電動馬達驅(qū)動的搖臂上下運動，帶動地下的抽油油桿和活塞實現(xiàn)抽油。這些各種形狀和規(guī)格的“驢頭”在世界的各個油田都是非常普遍。圖7.3就是一個典型的有固定閥和游動閥的泵，閥都是單相通過的設(shè)計，這樣流體就只能垂直通過。在有桿泵下部的示功圖表示： 1到2：光桿深入底部加載，例如加載活塞和地面之間的流體。 2到3：活塞向上移動，固定閥打開。 3到4：光桿卸載，固定閥關(guān)閉。 4到1：活塞下移，游動閥打開。 原理雖然很簡單，但是其中還有許多復(fù)雜的技術(shù)問題。圖示只是展示了活塞的運動情況不是在地面的情況。由于前面提到的吸入泵本身具有延展性，除非油管柱本身是固定的，否則它也會上下移動。此時發(fā)動機上的載荷變化是復(fù)雜的，因為系統(tǒng)底部和頂部是不協(xié)調(diào)的，靜態(tài)和動態(tài)的因素同時作用。它是一個衰減的彈性系統(tǒng)，而光桿的共振是必須避免的，被迫的諧振引起的彈性振動和光桿的自然頻率會加強彼此的作用從而導(dǎo)致光桿的失效。 發(fā)動機在循環(huán)的時候載荷是變化的，實現(xiàn)平衡是必要的。通常是在曲柄上使用旋轉(zhuǎn)平衡塊或者離心平衡塊，或者下沖程時汽缸壓縮氣體。 測力計可以測量光桿在地面的伸展情況從而計算出載荷。光桿在整個抽油拉桿的頂部，它是完全封隔的，防止流體滲漏。平衡可以調(diào)適到很大程度上消除載荷變化的影響，這個由測力計可以觀察出來。 測力計可以診斷出泵的情況以及相關(guān)設(shè)備的情況，就如同醫(yī)生使用心電圖來觀察病人的心臟情況一樣。不好的泵效也許是由活塞的漏失流體引起的，或者是固定閥游動閥，氣鎖對有效泵舉的干擾，油管錨的滑動，光桿的分離，這些都會在示功圖上有顯著的特征。這種類型的泵適合于垂直的相對低產(chǎn)的井。它在較老的油田廣泛使用著。用電動馬達可以讓泵自動的間歇工作，也許一周就工作幾個小時，當(dāng)油藏驅(qū)替只是重力驅(qū)的時候。 Unit 8 Separation and treatment 在井口流出的油氣經(jīng)過合理尺寸的管道到達一系列的分離器。在陸地，油井遍布了油田并是垂直井，集輸管線與分離站之間就可能有幾英里的距離。在海上，油井通常是聚集在平臺上的，而且鉆的是延伸到油藏深度的方向井，管網(wǎng)到分離站的距離就相對較短。 在油田的早期，流到分離器的流體通常是油和氣。油藏中的水隨著時間的推移產(chǎn)出的比例也增加。這些水是鹽水，在油藏溫度下有可能是鹽飽和的，因此在地面的條件下是超飽和的。從中東出口的許多原油1000桶原油中的鹽少于10磅。由于地層水的鹽度可能大于200000ppm，這就意味著一切修井措施和控制井產(chǎn)量的措施就是要保持油井不產(chǎn)水。在世界上某些油田的含水率達到90%甚至更高，這就更加限制了生產(chǎn)井的產(chǎn)量。 當(dāng)水與油氣一起產(chǎn)出的時候，在進入分離器之前流經(jīng)管網(wǎng)、油嘴、井口和分離管匯的紊流通常會產(chǎn)生油水乳狀液。這些乳狀液可能非常強韌不容易破乳。當(dāng)水的成分增加時，有些水就不會被乳化。 油藏中的固體顆粒也可能夾帶在流體中，盡管在完井設(shè)計的時候會避免這個情況的發(fā)生，當(dāng)這個情況出現(xiàn)的時候，補救的措施就是使用樹脂等材料來穩(wěn)定井筒附近的地層。 利用油氣水的密度的差異，它們在分離器中被分離。分離器可以是垂直的、水平的或者是傾斜的。有大量的技術(shù)來幫助分離這些流體。當(dāng)產(chǎn)出的液體高速流動時，分離器汽缸在進口和流道產(chǎn)生離心力。隔板、聚集板、霧板等用來促進油的聚集和降落而氣體則上升。包括這些部件增加了分離器的重量，圖8-2演示的是一種近來用在海洋的輕質(zhì)分離器，它是主要是依靠離心作用。在分離器的入口有一個垂直的縫，還有一個調(diào)適液流速度的葉輪可以讓流體成切線的進入旋流分離器。油膜隨著切流分離器旋轉(zhuǎn)著流下，切流分離器是逐漸變細(xì)的，這可以允許在油的流道中能量損失。氣體在汽缸的中部上升，當(dāng)油膜從汽缸落下的時候，額外的氣體將從出口B釋放出來。 當(dāng)產(chǎn)出流體以高壓到達分離器的時候。通常不只一個分離步驟。通常第一個分離階段的壓力越高，甲烷的百分比就越高，其它重組分的百分比就越低。結(jié)果，低的壓力階段氣體中甲烷的比例降低而重組分的比例上升。實際情況的氣相和液相平衡計算是很復(fù)雜的，因為有大量的組分以及平衡常數(shù)隨著壓力溫度和濃度的變化。 在中東，天然氣過去作為一種地方的燃料，或者因為缺少出口被燃燒了，現(xiàn)在則有四個或者五個分離步驟，來盡可能保留原油中低沸點的烴類。 隨著從分離器體中采收液化石油氣的發(fā)展以及許多產(chǎn)油國家的液化石油氣的出口，原油中低沸點烴類的重要性在某種程度上有所下降。然而，第一階段氣（比甲烷重的貧氣）作為燃料、氣舉或者注入氣的使用以及下面階段液化石油氣的開采是很普遍的。 下面是一個具體分離器在700psi、140 psi、42 psi、14 psi（大氣條件下的儲罐）的例子。這是在中東和北海的一種典型的例子。 4000psi：井底壓力—沒有自由氣。 2800psi：井筒中的壓力—最先被釋放的氣體。 700psi：第一步的分離器—75%的氣體被釋放。 140psi：第二步的分離器—20%的氣體被釋放。 42psi：第三步的分離器—3.5%的氣體被釋放。 14psi：第四步的分離器—1.5%的氣體被釋放。 把大氣壓下的體積轉(zhuǎn)化成相應(yīng)壓力下的體積需要用百分?jǐn)?shù)除以各個階段的壓力： 第一階段：75%除以50=1.5%。 第二階段：20%除以10=2.0%。 第三階段：3.5% 除以3=1.2%。 第四階段：1.5%除以1=1.5%。 數(shù)據(jù)表明在分離器壓力下，各個階段脫出的氣體的體積大致是相等的。在尺寸上這就意味著可以使用最小尺寸的分離器。 1) Emulsion breaking 乳狀液形成之后，在去除了自由水和氣之后就有必要破乳。在市場上有大量的化學(xué)劑可以完成破乳的任務(wù)。乳狀液通常被加熱便于幫著加速這個破乳的過程。 在經(jīng)濟上，去除所有的水是不可行的。采出的原油在破乳和脫水時，水的鹽度太高就需要在煉制過程中加入淡水，用作“清洗”掉鹽。去除鹽的過程是在采出的時候進行還是在煉油廠進行取決于具體的油田，通常除鹽是在煉制設(shè)備中進行，因為它們可以去除在油罐運輸過程中產(chǎn)生的鹽。 2) Hydrogen sulphide removal 背景資料：2003年12月23日重慶開縣井噴：死亡人數(shù)243人。 在油藏流體中存在硫化氫就額外增加了開采的難度。在管網(wǎng)和分離器的選擇中要避免使用高質(zhì)量的鋼材，這是因為有了硫化氫的存在會發(fā)生脆性。將使用更厚的低質(zhì)量的鋼材。對于高含硫的高壓油井的井口就需要特殊材質(zhì)。 具有難聞的臭雞蛋氣味的硫化氫是學(xué)校化學(xué)實驗室有名的一種物質(zhì)。有一點絕對不可忽略的就是它是劇毒的?？諝庵泻?000ppm就是致命的。還有一個危險就是在硫化氫存在的時候很快就失去了嗅覺。這個可能引起一種安全的錯覺，因為最初聞到的臭味不見了，實際上硫化氫的濃度是上升了而不是誤認(rèn)為的降低。 在可能含有硫化氫的區(qū)域（例如有酸性原油或者酸氣），或者地層不能排除硫化氫存在時（初探井進入一個未知地層的時候），預(yù)防就是十分重要的。這些預(yù)防有使用有空氣管線輸送氧氣的面罩或者其它合適的所有井場人員使用的正壓面罩（防毒面罩是不夠的、不合適的）。 在鉆臺應(yīng)該安裝硫化氫監(jiān)測器，在封閉的空間或者有可能發(fā)生泄漏的空間，這個可以監(jiān)測硫化氫的存在。 在氣體進入銷售之前必須去除硫化氫。通常使用一個吸收塔來實現(xiàn)的。液態(tài)胺滲濾出來吸收上升的氣體中的硫化氫。在分離過程中硫化氫與胺分離，胺可以循環(huán)使用。最近的技術(shù)是用分子篩網(wǎng)來吸收硫化氫，在輔助的過程中，硫化氫還可以從篩網(wǎng)被采集。 Unit 9 Well testing 試井是一種廣泛應(yīng)用的油藏評估技術(shù)。如試井本身所暗示的，試井是一口油井為