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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(guó)石油、中石化、中海油，都在中國(guó)開(kāi)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(wàn)年前在沼澤和海洋中的植物和動(dòng)物形成的。這些有機(jī)物與小溪和河流中的淤泥沉積在一起。這些沉積最終壓實(shí)形成了沉積巖石。熱量和壓力把這些植物和動(dòng)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(hù)問(wèn)題上來(lái)。幸運(yùn)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(duì)人類、動(dòng)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(guò)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(fèi)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(chǔ)存石油和天然氣產(chǎn)品，并且用卡車、鐵路以及油罐車運(yùn)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(jī) Utility：n. 功用，實(shí)用；a. 實(shí)用的；多用途的 3) Finding oil and natural gas a) Exploration- the search for petroleum 一個(gè)圈閉應(yīng)該包含三個(gè)要素： l 多孔油藏巖石來(lái)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(lái)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(yè)巖。 Paleontologist : 古生物學(xué)家 Waxy: 似蠟的，光滑如蠟的 b) Seismic surveys 在地震測(cè)試中，地球物理勘測(cè)隊(duì)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(jī)械震動(dòng)。震波接受儀將記錄從巖層不同深度反射回來(lái)的地震波能量。為了減小對(duì)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(shí)用一個(gè)沉重的震動(dòng)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(cè)試。例如，改進(jìn)后的不使用或者使用更窄的金屬截線可以減少對(duì)森林中土壤、水、植物以及野生動(dòng)物的不良影響。在其他的敏感區(qū)域，如山地，地震測(cè)試隊(duì)員們使用直升機(jī)或者馬匹來(lái)限制地面的干擾。在海上勘探中，空氣槍用壓縮空氣來(lái)代替炸藥，這是一種更好更安全的能量來(lái)源，同時(shí)也可以最大限度地減少對(duì)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(jì)現(xiàn)實(shí)聯(lián)系起來(lái)。甚至當(dāng)一口開(kāi)發(fā)井正好位于兩口生產(chǎn)井之間的時(shí)候，仍然有什么也勘測(cè)不到的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可能取得出人意料的成功。這種賭注在位于未開(kāi)發(fā)區(qū)域的野貓井的時(shí)候更加明顯。 Stake : 賭注 基本的鉆井過(guò)程是很簡(jiǎn)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(gè)洞。鉆機(jī)有許多種類型。最小的是直立在卡車上的修井機(jī)，最大的是安裝在輪船或者海洋平臺(tái)的。有些是特別安裝來(lái)用于含酸氣井的勘探的，以及斜井、水平井的鉆井的。總體的規(guī)律是，鉆機(jī)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(shí)在鉆機(jī)上值班的。具體的人數(shù)可以在相當(dāng)大的范圍變化，這個(gè)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(chǔ)存在地下的。而是油氣儲(chǔ)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(kāi)采出更多的原油是一項(xiàng)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(gè)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(gè)油藏區(qū)域就有更多的井，因此原油達(dá)到井筒之前就不需要在巖石中流動(dòng)更遠(yuǎn)的距離。定向井經(jīng)常用來(lái)鉆加密井。在同一個(gè)平臺(tái)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(kāi)始應(yīng)用，來(lái)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(chǎng)之前都需要一些煉制過(guò)程來(lái)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(jiǎn)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?，?lái)自煉制天然氣的過(guò)程。 l 硫，來(lái)自煉制天然氣的過(guò)程，一般液態(tài)或者顆粒、餅狀，使用卡車或者火車運(yùn)輸。 d) Gas processing 消費(fèi)者購(gòu)買的天然氣幾乎全部是由最簡(jiǎn)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衔锘旌显谝黄鸬模缫彝?、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?dú)夂推渌麣怏w。 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(jiàn)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(yùn)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(yùn)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(fèi)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(fèi)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(jiǎn)單和最小的分子。與此對(duì)應(yīng)的是在瀝青中的分子就結(jié)構(gòu)很復(fù)雜、鏈長(zhǎng)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?yàn)槿藗円呀?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(jià)的運(yùn)輸，溫暖的房間和成千上萬(wàn)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(lái)的產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)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(dòng)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(huì)辨認(rèn)不同的圈閉類型，這些圈閉是油氣儲(chǔ)集的地方。 鉆井產(chǎn)生的巖屑和巖芯為石油勘探和開(kāi)發(fā)提供了重要的信息。實(shí)驗(yàn)室對(duì)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(shí)驗(yàn)室的結(jié)果，石油工程師就可以對(duì)開(kāi)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(dòng)物生活過(guò)，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(shí)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(shí)際上地球是一個(gè)由固態(tài)巖石和熔融的流體組成的不斷緩慢移動(dòng)和改變的球體。例如，南美洲就在以指甲生長(zhǎng)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(wú)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(dòng)、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(shí)際上，珠穆朗瑪峰就是這樣形成的。 在五億年的時(shí)候，光合作用就讓地球上存在生命。植物吸收太陽(yáng)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(jī)物最終在地面、溪流、湖泊和海洋生存下來(lái)。 當(dāng)這些有機(jī)物埋藏更深的時(shí)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?，就是熟知的礦物燃料煤、原油或者天然氣。石油通常是由海洋的植物和動(dòng)物形成的，主要是藻類，它是在至少一百萬(wàn)年的地下在溫度是50-150度之間的“煮”出來(lái)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(jī)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(yùn)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(duì)低滲的多孔巖石中被圈閉起來(lái)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\(yùn)移到地面的時(shí)候，就形成了油苗。長(zhǎng)此以往，就有大量的碳?xì)浠衔锾右莸酱髿庵小Ａ鲃?dòng)水也可能沖刷掉碳?xì)浠衔?。有時(shí)候只有較輕、易揮發(fā)的組分運(yùn)移了，剩下的就是較重的原油。 1) Looking inside rocks 一個(gè)勘探工作者應(yīng)該掌握很好的理論知識(shí)或者擁有直覺(jué)，為何一個(gè)區(qū)域會(huì)含有油氣。第一手的露頭地質(zhì)資料以及地表特征有時(shí)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(gè)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(lái)自機(jī)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(guò)測(cè)量通過(guò)和從沉積層反射回來(lái)的地震波的時(shí)間來(lái)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(shí)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(huì)增加成本，但是實(shí)驗(yàn)室分析、觀察巖樣將提供這個(gè)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(méi)有鉆遇商業(yè)上有價(jià)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(duì)比一些對(duì)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(jiàn)的石油圈閉如圖所示。在一個(gè)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?yàn)樘烊粴獗仁洼p，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(chǔ)存在海綿中一樣。滲透率表征了流體通過(guò)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(guò)地面分離設(shè)備保持液態(tài)的碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩薄１碛^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(lái)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(shí)，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(shí)，烷烴在常溫常壓下是液態(tài)的。當(dāng)n>15時(shí)，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(gè)數(shù)可以達(dá)到是C78H158。對(duì)于一個(gè)給定的分子量，正烷烴的沸點(diǎn)比異烷烴的要高。 烷烴是天然氣的主要成分。它們?cè)谳p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(diǎn)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(gè)碳原子和6個(gè)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?cè)谳p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衔铩Ｋ鼈兊姆肿咏Y(jié)構(gòu)是基于6個(gè)碳原子的基礎(chǔ)上的。這個(gè)家族最簡(jiǎn)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(shù)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(chǔ)量 STP=stock tank barrels 儲(chǔ)罐桶數(shù)；地面（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）桶數(shù) Stock: 庫(kù)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(gè)?？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(lái)表示的。 孔隙度通常用希臘字母φ來(lái)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(méi)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(dòng)。非連通孔隙不會(huì)被沖刷影響，但是當(dāng)油藏壓力下降的時(shí)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(kāi)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(lái)澆注，另一些人在碳酸鹽巖中用環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)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?yàn)樗梢栽黾佑筒氐膬?chǔ)集能力，并且因?yàn)樗芎艽蟪潭壬咸岣邼B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(dòng)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(yè)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(lái)分析是不恰當(dāng)?shù)?。而且，取芯本身也?huì)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(kāi)來(lái)。裂縫也可通過(guò)電纜測(cè)井、地震數(shù)據(jù)和生產(chǎn)歷史識(shí)別出來(lái)。聲波測(cè)井中周期的跳動(dòng)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(guò)井下電視測(cè)井“看見(jiàn)”。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(gè)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(guò)多孔介質(zhì)的能力。達(dá)西在法國(guó)的第戎市研究泉水的流速的時(shí)候最初提出了滲透率的概念。Muskat和Botset進(jìn)一步發(fā)展了他的研究成果。它們總結(jié)出達(dá)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(zhǎng)度，是流體的粘度。滲透率的單位是達(dá)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(shí)的滲透率。大多數(shù)的油藏巖石的滲透率都是小于1達(dá)西的，毫達(dá)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(lái)表示滲透率。 達(dá)西定律只有在流體和巖石之間沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)并且只有單相流體充滿孔隙的時(shí)候才是適用的。實(shí)際的油氣混相的情況要復(fù)雜的多，盡管達(dá)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(dá)西的滲透率情況下?lián)碛芯哂猩虡I(yè)價(jià)值的流速，而油藏就需要至少幾十個(gè)毫達(dá)西的滲透率。由于這個(gè)原因，在實(shí)驗(yàn)室一般用惰性氣體代替流體測(cè)定滲透率。 在一些情況下，小孔隙、很低的氣體密度、相對(duì)大的平均分子自由程，常規(guī)的在固體表面的零流速和無(wú)滑脫可能不能實(shí)現(xiàn)。這個(gè)就是克林肯伯格效應(yīng)，因此在空氣測(cè)定的滲透率和液體或者高粘度氣體的實(shí)際流體之間就必須有一個(gè)修正系數(shù)。這個(gè)修正系數(shù)對(duì)于高滲巖石大約在1%至2%之間；而低滲巖石則高達(dá)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(cè)定的。 2) Relative permeability 當(dāng)單相流體完全充填孔隙空間的時(shí)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(shí)候測(cè)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(rùn)濕性就會(huì)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(shí)之后，我們需要著手把地下的油氣開(kāi)采出來(lái)。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(huì)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(jī)，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(cè)員必須首先精確的確定井的位置和海拔，接著推土機(jī)就會(huì)平整道路并且來(lái)到井場(chǎng)。接著，推土機(jī)把井場(chǎng)清理好并且平整井場(chǎng)。一個(gè)泥漿池將挖好并鋪設(shè)好塑料線。這個(gè)儲(chǔ)存池將儲(chǔ)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(jī)很大，就需要在井場(chǎng)鉆一個(gè)方形的坑，稱為大方井。這個(gè)將為安裝鉆井平臺(tái)的設(shè)備例如防噴器。供水設(shè)備是在井場(chǎng)鉆一口水井并鋪設(shè)水管。 如果井很淺，整個(gè)鉆機(jī)就是架設(shè)在一輛卡車或者拖車上的。這個(gè)被稱為車載鉆機(jī)或便攜鉆機(jī)。如果是淺井或者中深井，鉆機(jī)設(shè)備用牽引拖車運(yùn)輸。桅桿式井架被架設(shè)起來(lái)，確保鉆井的需要。如果是深井，鉆機(jī)設(shè)備很大，因此是用幾輛牽引拖車運(yùn)輸而來(lái)放置在井場(chǎng)。 3) Drilling a hole 鉆井的開(kāi)始叫做開(kāi)鉆。在中深井的開(kāi)鉆通常是鉆取一個(gè)大直徑但是淺的孔，就是導(dǎo)管孔。這個(gè)可以由車載式鉆機(jī)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(jī)在今天用于大多數(shù)的井，包括所有中深井。旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)由四大部分組成：動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)為鉆機(jī)提供電力。大多數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)是柴油的，它們通常用來(lái)發(fā)電。根據(jù)鉆機(jī)的大小和井深，發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量在2臺(tái)到4臺(tái)變化。在大的鉆機(jī)上，發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供3000馬力或者更多的電力。電力用來(lái)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(dòng)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(dòng)機(jī)和絞車連接在一起，拉動(dòng)游動(dòng)鋼絲繩進(jìn)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(chǎng)上，就是井架。游動(dòng)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(dòng)滑車連結(jié)。 在游動(dòng)滑車下面是一個(gè)大鉤，可以連接各種裝備。當(dāng)游動(dòng)鋼絲繩出入天車的時(shí)候，游動(dòng)滑車就在井架中上升和下降。這樣就實(shí)現(xiàn)了井中設(shè)備的舉升。 鉆機(jī)的分類通常是看它們的鉆井深度。這是因?yàn)樵缴畹木托枰綇?qiáng)的動(dòng)力系統(tǒng)和堅(jiān)固的井架。一口深井的鉆柱可達(dá)到50萬(wàn)磅。動(dòng)力系統(tǒng)必須舉升井中設(shè)備，井架要足夠堅(jiān)固來(lái)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(dòng)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(gè)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(shí)現(xiàn)鉆井。轉(zhuǎn)盤(pán)是在鉆臺(tái)上一個(gè)圓形的底盤(pán)。它與動(dòng)力系統(tǒng)連接用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)方鉆桿。方鉆桿嵌入到一個(gè)裝置稱為方鉆桿補(bǔ)心，這樣就連接到轉(zhuǎn)盤(pán)。 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(zhǎng)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(lái)，在方鉆桿下面接一根單根。這個(gè)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(jì)來(lái)增加鉆桿底部重量的。這個(gè)可以幫助控制鉆進(jìn)，防止管柱的彎折和破壞。一般使用2個(gè)到20個(gè)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(shí)，牙輪上設(shè)計(jì)的牙齒就切碎巖石。有些三牙輪鉆頭是用碳化鎢來(lái)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(shí)，平均的磨損時(shí)間是24小時(shí)。鉆頭的磨損可以有鉆井平臺(tái)上轉(zhuǎn)柱產(chǎn)生的噪音以及鉆進(jìn)速度的降低監(jiān)測(cè)出來(lái)。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(tái)上。鉆頭更換之后，管柱又重新下入井中。這個(gè)會(huì)消耗時(shí)間和金錢。井深越深，起下鉆的時(shí)間就越長(zhǎng)。 4) The mud system 泥漿系統(tǒng)是用來(lái)循環(huán)井筒中的泥漿。鉆井也儲(chǔ)存在鉆機(jī)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(lái)。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(dòng)篩。泥漿震動(dòng)篩的作用是把鉆屑從鉆井液中分離出來(lái)。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(shí)候，可以清洗鉆頭的牙齒。鉆井泥漿可以冷卻在鉆井過(guò)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(lái)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(huì)從巖石中流入井筒。這經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致井壁坍塌以及損壞設(shè)備。在最極端的例子，就會(huì)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(lái)大于井底流體的壓力。這就被稱為過(guò)平衡鉆井，鉆井泥漿就會(huì)流入地層。巖石此時(shí)就是一個(gè)過(guò)濾器，在井壁就會(huì)形成一層濾餅。這個(gè)形成的濾餅非常堅(jiān)固。一旦濾餅形成，井壁就會(huì)很穩(wěn)固，地下的流體就不能進(jìn)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(rùn)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(shí)候是油基的。鉆井液由它的重量來(lái)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(jì)來(lái)關(guān)閉井的。它們連接在鉆臺(tái)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(jì)來(lái)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(huì)污染儲(chǔ)層的井?？諝饩腿缤@井液一樣泵入鉆柱?？諝馀c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(jī)?？諝忏@井比泥漿鉆井更快更節(jié)省，但是缺點(diǎn)是它不能控制井底壓力，并且有時(shí)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(jì)評(píng)價(jià)之后就開(kāi)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(gè)取決于具體井的油氣儲(chǔ)集類型、井具體階段的開(kāi)發(fā)要求，還有施工時(shí)候的經(jīng)濟(jì)狀況。低壓套管，有時(shí)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(zhǎng)，就會(huì)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(zhǎng)套管或者油層套管。導(dǎo)管可以防止地表的垮塌損害鉆機(jī)的底座。如果地面條件允許，導(dǎo)管是用推土機(jī)運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)。如果不允許，一個(gè)小的鉆機(jī)就會(huì)鉆一個(gè)孔，導(dǎo)管就被固定在這個(gè)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(yè)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(wèn)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(jiàn)。尾管的功能很像套管，但是它不會(huì)一直延伸到地表。尾管通過(guò)一個(gè)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(shí)就成為生產(chǎn)尾管。由于它不會(huì)延伸到地面，在很些情況下這還是一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)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(shí)候，油管也更容易移除。當(dāng)油管和封隔器聯(lián)合使用的時(shí)候，可以防止井中的流體進(jìn)入套管，這是因?yàn)榉飧羝鞫伦×擞凸芎吞坠苤g的空間。井中的流體會(huì)腐蝕套管，而且維修費(fèi)用十分昂貴。 封隔器的組成有：流體可以通過(guò)的管子；一個(gè)橡膠的封隔部件阻隔流體通過(guò)；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(gè)閥門在流體流動(dòng)正常的時(shí)候是開(kāi)放的。在閥門監(jiān)測(cè)到地面的設(shè)備出現(xiàn)差錯(cuò)的時(shí)候就關(guān)閉了，阻止了流體的流動(dòng)。 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(guò)程中最重要的一項(xiàng)施工。二次固井是當(dāng)一次固井失敗的時(shí)候采取的一項(xiàng)補(bǔ)救措施。一次固井是在鉆進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)套管下入之后就立即進(jìn)行的固井措施。一個(gè)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(gè)空間，水泥中沒(méi)有孔隙、空間。如果一次固井出現(xiàn)了失誤，那么一項(xiàng)耗資耗時(shí)的二次固井就必須在完井之前進(jìn)行。它的目的和一次固井一樣，就是機(jī)械地錨定套管，封隔井眼防止層間的流體垂直流動(dòng)。 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(cè)試的情況。擠注水泥就是用壓力把水泥漿注入到對(duì)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(duì)于控制射孔之后阻止層間的流動(dòng)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(yùn)來(lái)小型鉆機(jī)以及在鉆機(jī)離開(kāi)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(jì)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(wú)油管完井以及復(fù)合完井。 l Open-hole completion 裸眼完井在產(chǎn)層沒(méi)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(gè)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(shí)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(jì)來(lái)形成高強(qiáng)度、定位準(zhǔn)確的爆炸。因?yàn)檫@個(gè)爆炸時(shí)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(shí)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(gè)短的管子，末端是開(kāi)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(dá)油管。繞絲篩管完井通常用于產(chǎn)層在產(chǎn)油氣同時(shí)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(lái)的問(wèn)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(wú)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(guò)多個(gè)產(chǎn)層的情況。通常對(duì)于一個(gè)產(chǎn)層就在生產(chǎn)套管內(nèi)下入有封隔器的單獨(dú)油管。例如，在三重完井中，在一個(gè)生產(chǎn)管柱使用三個(gè)油管和三套封隔器。 4） The wellhead 井口就是用來(lái)控制井中流體的設(shè)備。它形成一個(gè)阻止井中流體在地面噴出或者泄露的封阻。對(duì)于具體的井將根據(jù)具體情況來(lái)確定使用的井口類型。有時(shí)候只需要一個(gè)簡(jiǎn)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(shí)就需要高壓井口。在有些油田的壓力可達(dá)到20000psi?；旧暇诘慕M成是：井頭、套管頭和采油樹(shù)。 l Casing head 套管頭是一個(gè)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(duì)應(yīng)的需要幾套套管頭。 l Tubing head 與套管頭的設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)量表和油嘴就是采油樹(shù)，這樣命名的原因是它的形狀像圣誕樹(shù)，在井口有大量像樹(shù)枝一樣的裝置。這些閥門開(kāi)關(guān)就可以控制完井之后井中的油氣流動(dòng)。主閥門關(guān)閉可以完全關(guān)閉流體的流出。在采油樹(shù)也有油嘴，或者安裝在流動(dòng)管線中，這個(gè)用來(lái)控制流體的流量。壓力計(jì)量表是計(jì)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(duì)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(gè)過(guò)程。 對(duì)于一個(gè)特定的油田，投入建設(shè)的生產(chǎn)設(shè)備類型，無(wú)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(lái)的評(píng)價(jià)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(gè)意味著一系列的嚴(yán)重的工程問(wèn)題、安全問(wèn)題以及經(jīng)濟(jì)的問(wèn)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(jì)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(huì)預(yù)測(cè)出油井開(kāi)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(lái)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(kāi)始生產(chǎn)就進(jìn)行，也可能是在采出了一定的原油之后的一個(gè)特定的時(shí)間開(kāi)始進(jìn)行。 對(duì)這些預(yù)測(cè)前景都會(huì)作一個(gè)經(jīng)濟(jì)評(píng)估，接著就會(huì)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(huì)對(duì)此進(jìn)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(dòng)規(guī)律是十分有必要的。伴生氣的質(zhì)量一般的表達(dá)形式是立方英尺每桶油。 在一個(gè)未飽和油藏中，當(dāng)壓力降到泡點(diǎn)壓力之下就會(huì)發(fā)生泡流。在泡點(diǎn)壓力時(shí)，氣泡就開(kāi)始形成，氣泡的直徑和分布都是隨機(jī)的。氣泡會(huì)以不同的速度移動(dòng)，這個(gè)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(huì)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(shí)，就是接下來(lái)的階段段塞流。此時(shí)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(dòng)方向與氣泡是一致的，而在氣泡壁面的油膜則會(huì)在氣泡的表面往下流。 最后的階段是霧流，此時(shí)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(guò)程不是瞬間發(fā)生的，而是井筒中一個(gè)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(duì)于一口井，井底壓力高于泡點(diǎn)壓力，單相流、泡流、段塞流和霧流是在垂直的管流的不同點(diǎn)同時(shí)存在的。有許多的方法來(lái)預(yù)測(cè)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(huì)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(jī)會(huì)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(gè)方法中，氣體通過(guò)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(guò)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(guò)壓縮機(jī)增加能量再循環(huán)實(shí)現(xiàn)原油的舉升。 上面的描述是過(guò)于簡(jiǎn)單化了，實(shí)際上需要大量的工程專家來(lái)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(lái)決定。當(dāng)井生產(chǎn)時(shí)，就會(huì)有氣體和原油一起產(chǎn)出。關(guān)井時(shí)，原油就停止流動(dòng)，井中的天然氣就逸出到井口，此時(shí)井筒就相當(dāng)于一個(gè)分離器。建立在垂直管流理論的預(yù)測(cè)模型基礎(chǔ)上的兩相梯度曲線可用來(lái)設(shè)計(jì)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(gè)氣舉閥的時(shí)候，上面的卸載閥由于油壓的降低就會(huì)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(shí)間推移，井筒中產(chǎn)水量的增加會(huì)對(duì)壓力系統(tǒng)有很顯著的影響。 影響氣舉效率的一個(gè)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(gè)自由移動(dòng)的活塞。這就是間歇式氣舉，在這種方式中，氣體推動(dòng)活塞和原油上升，活塞要回落到底部然后重復(fù)這個(gè)過(guò)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(shí)現(xiàn)舉升原油。這個(gè)方法對(duì)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(gè)電動(dòng)的多級(jí)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(jìn)一步發(fā)展。高溫井的溫度對(duì)電泵有不利的影響，而在斜井中放入電纜在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)角處會(huì)損壞絕緣層。 電潛泵的不同之處在于讓泵如何有效的運(yùn)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(dá)到一個(gè)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(jī)或者電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的搖臂上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)地下的抽油油桿和活塞實(shí)現(xiàn)抽油。這些各種形狀和規(guī)格的“驢頭”在世界的各個(gè)油田都是非常普遍。圖7.3就是一個(gè)典型的有固定閥和游動(dòng)閥的泵，閥都是單相通過(guò)的設(shè)計(jì)，這樣流體就只能垂直通過(guò)。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(dòng)，固定閥打開(kāi)。 3到4：光桿卸載，固定閥關(guān)閉。 4到1：活塞下移，游動(dòng)閥打開(kāi)。 原理雖然很簡(jiǎn)單，但是其中還有許多復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。圖示只是展示了活塞的運(yùn)動(dòng)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(huì)上下移動(dòng)。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)上的載荷變化是復(fù)雜的，因?yàn)橄到y(tǒng)底部和頂部是不協(xié)調(diào)的，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的因素同時(shí)作用。它是一個(gè)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(dòng)和光桿的自然頻率會(huì)加強(qiáng)彼此的作用從而導(dǎo)致光桿的失效。 發(fā)動(dòng)機(jī)在循環(huán)的時(shí)候載荷是變化的，實(shí)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(shí)汽缸壓縮氣體。 測(cè)力計(jì)可以測(cè)量光桿在地面的伸展情況從而計(jì)算出載荷。光桿在整個(gè)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(gè)由測(cè)力計(jì)可以觀察出來(lái)。 測(cè)力計(jì)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(lái)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(dòng)閥，氣鎖對(duì)有效泵舉的干擾，油管錨的滑動(dòng)，光桿的分離，這些都會(huì)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(duì)低產(chǎn)的井。它在較老的油田廣泛使用著。用電動(dòng)馬達(dá)可以讓泵自動(dòng)的間歇工作，也許一周就工作幾個(gè)小時(shí)，當(dāng)油藏驅(qū)替只是重力驅(qū)的時(shí)候。 Unit 8 Separation and treatment 在井口流出的油氣經(jīng)過(guò)合理尺寸的管道到達(dá)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(tái)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(duì)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(shí)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(dá)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(shí)候，在進(jìn)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(huì)產(chǎn)生油水乳狀液。這些乳狀液可能非常強(qiáng)韌不容易破乳。當(dāng)水的成分增加時(shí)，有些水就不會(huì)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(jì)的時(shí)候會(huì)避免這個(gè)情況的發(fā)生，當(dāng)這個(gè)情況出現(xiàn)的時(shí)候，補(bǔ)救的措施就是使用樹(shù)脂等材料來(lái)穩(wěn)定井筒附近的地層。 利用油氣水的密度的差異，它們?cè)诜蛛x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(lái)幫助分離這些流體。當(dāng)產(chǎn)出的液體高速流動(dòng)時(shí)，分離器汽缸在進(jìn)口和流道產(chǎn)生離心力。隔板、聚集板、霧板等用來(lái)促進(jìn)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(lái)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(gè)垂直的縫，還有一個(gè)調(diào)適液流速度的葉輪可以讓流體成切線的進(jìn)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(shí)候，額外的氣體將從出口B釋放出來(lái)。 當(dāng)產(chǎn)出流體以高壓到達(dá)分離器的時(shí)候。通常不只一個(gè)分離步驟。通常第一個(gè)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(shí)際情況的氣相和液相平衡計(jì)算是很復(fù)雜的，因?yàn)橛写罅康慕M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(guò)去作為一種地方的燃料，或者因?yàn)槿鄙俪隹诒蝗紵?，現(xiàn)在則有四個(gè)或者五個(gè)分離步驟，來(lái)盡可能保留原油中低沸點(diǎn)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(guó)家的液化石油氣的出口，原油中低沸點(diǎn)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(kāi)采是很普遍的。 下面是一個(gè)具體分離器在700psi、140 psi、42 psi、14 psi（大氣條件下的儲(chǔ)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(méi)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(gè)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(gè)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(chǎng)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(gè)破乳的過(guò)程。 在經(jīng)濟(jì)上，去除所有的水是不可行的。采出的原油在破乳和脫水時(shí)，水的鹽度太高就需要在煉制過(guò)程中加入淡水，用作“清洗”掉鹽。去除鹽的過(guò)程是在采出的時(shí)候進(jìn)行還是在煉油廠進(jìn)行取決于具體的油田，通常除鹽是在煉制設(shè)備中進(jìn)行，因?yàn)樗鼈兛梢匀コ谟凸捱\(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的鹽。 2) Hydrogen sulphide removal 背景資料：2003年12月23日重慶開(kāi)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(kāi)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?yàn)橛辛肆蚧瘹涞拇嬖跁?huì)發(fā)生脆性。將使用更厚的低質(zhì)量的鋼材。對(duì)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)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室有名的一種物質(zhì)。有一點(diǎn)絕對(duì)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(gè)危險(xiǎn)就是在硫化氫存在的時(shí)候很快就失去了嗅覺(jué)。這個(gè)可能引起一種安全的錯(cuò)覺(jué)，因?yàn)樽畛趼劦降某粑恫灰?jiàn)了，實(shí)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(shí)（初探井進(jìn)入一個(gè)未知地層的時(shí)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(chǎng)人員使用的正壓面罩（防毒面罩是不夠的、不合適的）。 在鉆臺(tái)應(yīng)該安裝硫化氫監(jiān)測(cè)器，在封閉的空間或者有可能發(fā)生泄漏的空間，這個(gè)可以監(jiān)測(cè)硫化氫的存在。 在氣體進(jìn)入銷售之前必須去除硫化氫。通常使用一個(gè)吸收塔來(lái)實(shí)現(xiàn)的。液態(tài)胺滲濾出來(lái)吸收上升的氣體中的硫化氫。在分離過(guò)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(lái)吸收硫化氫，在輔助的過(guò)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(píng)估技術(shù)。如試井本身所暗示的，試井是一口油井為