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油气田勘探开发的主要流程

发表时间：2021-11-15 09:31
油气田勘探开发的主要流程：地质勘察—物探—钻井—录井—测井—固井—完井—射孔—采油—修井—增采—运输—加工等。这些环节，一环紧扣一环，相互依存，密不可分，作为专业石油人，我们有必要对石油勘探开发的流程有一个全局的了解！
一.地质勘探
地质勘探就是石油勘探人员运用地质知识，携带罗盘、铁锤等简单工具，在野外通过直接观察和研究出露在地面的底层、岩石，了解沉积地层和构造特征。收集所有地质资料，以便查明油气生成和聚集的有利地带和分布规律，以达到找到油气田的目的。但因大部分地表都被近代沉积所覆盖，这使地质勘探受到了很大的限制。地质勘探的过程是必不可少的，它极大地缩小了接下来物探所要开展工作的区域，节约了成本。

地面地质调查法一般分为普查、详查和细测三个步骤。普查工作主要体现在“找”上，其基本图幅叫做地质图，它为详查阶段找出有含油希望的地区和范围。详查主要体现在“选”上，它把普查有希望的地区进一步证实选出更有力的含油构造。而细测主要体现在“定”上，它把选好的构造，通过细测把含油构造具体定下来，编制出精确的构造图以供进一步钻探，其目的是为了尽快找到油气田。
二．地震勘探
在地球物理勘探中，反射波法地震方法是一种极重要的勘探方法。地震勘探是利用人工激发产生的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘测地下地质情况的方法。地震波在地下传播过程中，当地层岩石的弹性参数发生变化，从而引起地震波场发生变化，并发生反射、折射和透射现象，通过人工接收变化后的地震波，经数据处理、解释后即可反演出地下地质结构及岩性，达到地质勘查的目的。地震勘探方法可分为反射波法、折射波法和透射波法三大类，目前地震勘探主要以反射波法为主。
►地震勘探的三个环节：
第一个环节是野外采集工作。这个环节的任务是在地质工作和其他物探工作初步确定的有含油气希望的探区布置测线，人工激发地震波，并用野外地震仪把地震波传播的情况记录下来。这一阶段的成果是得到一张张记录了地面振动情况的数字式“磁带”，进行野外生产工作的组织形式是地震队。野外生产又分为试验阶段和生产阶段，主要内容是激发地震波，接收地震波。
第二个环节是室内资料处理。这个环节的任务是对野外获得的原始资料进行各种加工处理工作，得出的成果是“地震剖面图”和地震波速度、频率等资料。
第三个环节是地震资料的解释。这个环节的任务是运用地震波传播的理论和石油地质学的原理，综合地质、钻井的资料，对地震剖面进行深入的分析研究，说明地层的岩性和地质时代，说明地下地质构造的特点；绘制反映某些主要层位的构造图和其他的综合分析图件；查明有含油、气希望的圈闭，提出钻探井位。
三．钻井
经过石油工作者的勘探会发现储油区块 , 利用专用设备和技术，在预先选定的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的圆柱孔眼，并钻达地下油气层的工作，称为钻井。在石油勘探和油田开发的各项任务中，钻井起着十分重要的作用。诸如寻找和证实含油气构造、获得工业油流、探明已证实的含油气构造的含油气面积和储量，取得有关油田的地质资料和开发数据，最后将原油从地下取到地面上来等等，无一不是通过钻井来完成的。钻井是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节，是勘探和开发石油的重要手段。

石油勘探和开发过程是由许多不同性质、不同任务的阶段组成的。在不同的阶段中，钻井的目的和任务也不一样。一些是为了探明储油构造，另一些是为了开发油田、开采原油。为了适应不同阶段、不同任务的需要，
►钻井的种类可分为以下几种。
1）基准井：在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和含油气情况，验证物探成果，提供地球物理参数而钻的井。一般钻到基岩并要求全井取心。
2）剖面井：在覆盖区沿区域性大剖面所钻的井。目的是为了揭露区域地质剖面，研究地层岩性、岩相变化并寻找构造。主要用于区域普查阶段。
3）参数井：在含油盆地内，为了解区域构造，提供岩石物性参数所钻的井，参数井主要用于综合详查阶段。
4）构造井：为了编制地下某一标准层的构造图，了解其地质构造特征，验证物探成果所钻的井。
5）探井：在有利的集油气构造或油气田范围内，为确定油气藏是否存在，圈定油气藏的边界，并对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需的地质资料而钻的井。各勘探阶段所钻的井，又可分为预探井，初探井，详探井等。
6）资料井：为了编制油气田开发方案，或在开发过程中为某些专题研究取得资料数据而钻的井。
7）生产井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而钻的井。生产井又可分为产油井和产气井。
8）注水(气)井：为了提高采收率及开发速度,而对油田进行注水注气以补充和合理利用地层能量所钻的井。专为注水注气而钻的井叫注水井或注气井，有时统称注入井。
9）检查井：油田开发到某一含水阶段，为了搞清各油层的压力和油、气、水分布状况，剩余油饱和度的分布和变化情况，以及了解各项调整挖潜措施的效果而钻的井。
10）观察井：油田开发过程中，专门用来了解油田地下动态的井。如观察各类油层的压力、含水变化规律和单层水淹规律等!它一般不负担生产任务。
11）调整井：油田开发中、后期，为进一步提高开发效果和最终采收率而调整原有开发井网所钻的井（包括生产井、注入井、观察井等）。这类井的生产层压力或因采油后期呈现低压，或因注入井保持能量而呈现高压。
四．录井
录井技术是油气勘探开发活动中最基本的技术，是发现、评估油气藏最及时、最直接的手段，具有获取地下信息及时、多样，分析解释快捷的特点。通常基本录井数据包括ROP、深度、岩屑岩性、气体测量和岩屑描述，也可能包括对泥浆流变特征或钻井参数的说明。

1、录井概念
录井是用地球化学、地球物理、岩矿分析等方法，观察、收集、分析、记录随钻过程中的固体、液体、气体等返出物信息，以此建立录井剖面，发现油气显示，评价油气层，为石油工程提供钻井信息服务的过程。
1）狭义录井：常规录井：岩屑录井、岩心录井、气测录井、钻井工程参数录井、荧光录井等。录井新技术：轻烃色谱分析录井、热蒸发烃色谱分析录井、核磁共振录井、离子色谱水分析、地层压力评价等。
2）广义录井除了常规录井以外，广义录井还包括：井位勘测、钻井地质设计、录井工程设计、录井信息传输、油气层综合评价解释、单井地质综合评价等。
2 、录井工程
1）从专业学科讲：以规模化录井工程生产为基础，以优化系统、提高生产率为目标，在石油地质学、地球化学、地球物理学、信息科学、电子科学等 学科基础上，多学科交叉形成的油气井工程学科。
2）从工业生产角度讲：根据合同的要求，在钻井过程中依据钻井地质设计、录井工程设计的要求，录井施工人员采用相关录井技术，使用录井仪器设备，以合理的施工成本，完成录井施工的过程。
‍3 、录井工程的任务
在钻井过程中，分析、测量、观察从井下返出的物质固态、液态、气态三种状态的物质信息,我们把必须在井场完成的叫做第一层录井信息，可以在室内完成分析的叫做第二层录井信息。
1）第一层录井信息包括：固体：岩屑、岩心。液体：油的显示信息、钻井液及其滤液信息。气体：钻井液中的气体、岩心岩屑中的气体等。其他：工程施工参数（钻井、测井、测试、固井、完井、钻具、套管等），收集资料（井喷、井涌、井漏等）。
2）第二层录井信息包括：照相扫描、热解分析、荧光分析、孔渗分析、岩矿分析、古生物分析等。
3）录井的任务：录井的任务就是把这两层信息利用录井手段取全取准，还原成井筒地质剖面图的过程。
4、录井的方法
地球化学法（岩石热解、荧光分析、离子色谱分析等）、地球物理分析方法（岩石核磁共振分析等）、岩矿分析方法（岩屑、岩心、气测等）
5、录井的手段
录井的手段主要是指录井分析仪器、设备，主要包括综合录井仪、气测仪、地化录井仪、荧光录井仪、核磁共振仪、泥页岩密度仪、碳酸盐岩分析仪、色谱分析仪、水分析仪等。
6、岩屑录井
岩屑录井是钻井地质现象录井方法之一，在钻井过程中，地质人员按照一定的取样间距和迟到时间，连续收集与观察岩屑并恢复地下地质剖面图的过程。岩屑录井的费用少，有识别井下地层岩性和油气的重要作用，是油气勘探中必须进行的一项工作。
►岩屑录井主要过程：1）岩屑收集与整理；2）岩屑的描述；3）岩屑的保存；4）真假岩屑的识别；5）利用岩屑判断和分析地下岩石性质；6）岩屑录井草图和实物剖面面；7）利用岩屑划分岩性和地层；
五．测井
测井，也叫地球物理测井或矿场地球物理，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法（包括重、磁、电、震、核）之一。简而言之，测井就是测量地层岩石的物理参数，就如同用温度计测量温度是同样的道理；石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。这种测井习惯上称为裸眼测井。而在油井下完套管后所进行的二系列测井，习惯上称为生产测井或开发测井。其发展大体经历了模拟测井、数字测井、数控测井、成像测井四个阶段。
1、测井的原理
任何物质组成的基本单位是分子或原子，原子又包括原子核和电子。岩石可以导电的。我们可以通过向地层发射电流来测量电阻率，通过向地层发射高能粒子轰击地层的原子来测量中子孔隙度和密度。地层含有放射性物质，具有放射性（伽马）；地层作为一种介质，声波可以在其中传播，测量声波在地层里传播速度的快慢（声波时差）。地层里的地层水里面含有离子，它们会和井眼中泥浆中的离子发生移动，形成电流，我们可以测量到电位的高低（自然电位）。
2、测井的方法
1）电缆测井是用电缆将测井仪器下放至井底，再上提，上提的过程中进行测量记录。常规的测井曲线有9条；
2）随钻测井（LWD-log while drilling）是将测井仪器连接在钻具上，在钻井的过程中进行测井的方式。边钻边测，为实时测井（realtime),井眼打好之后起钻进行测井为(tipe log)；
3、测井的参数
1.GR-自然伽马：GR是测量地层里面的放射性含量，岩石里粘土含放射性物质最多。通常，泥岩GR高，砂岩GR低。
2.SP-自然电位：地层流体中除油气的地层水中的离子和井眼中泥浆的离子的浓度是不一样的，由于浓度差，高浓度的离子会向低浓度的离子发生转移，于是就形成电流。自然电位就是测量电位的高低，以分辨砂岩还是泥岩。
3.CAL-井径：井径就是测量井眼尺寸的大小。比如用八寸半的钻头钻的井眼，测量的井径或为八寸半，或大于八寸半（称扩径），或小于八寸半（称缩径）。测量的井径是对所钻井眼尺寸大小的直观认识。
4.AC-声波：常说人所说的声波即是声波时差，单位为毫秒每英尺，声波时差小，也就是声波在地层传播的时间少，说明地层比较致密和坚硬。反之地层比较疏松。
5.ZDL-密度：用放射源向地层发射高能粒子轰击地层的原子来测量密度，密度值是岩石单位体积的密度，包括固体和流体。
6.CN-中子：用放射源向地层发射高能粒子轰击地层的原子来测量中子，我们也叫中子孔隙度，也叫总孔隙度，测量的是流体体积占整个岩石的百分比。
7.电阻率（resistivity）：电阻率分为微侧向和双侧向（包括浅侧向和深侧向），它们的区别就在于探测深度不一样，深侧向探测深度最大，浅侧向次之，微侧向最小。由于泥浆对地层的侵入不同，井眼为圆心在不同的半径范围内，地层有完全被泥浆侵入、部分被泥浆侵入、未被泥浆侵入，这分别对应微侧向、浅侧向、深侧向探测的地层。
8.其它：核磁测井：测压取样(测压是测量地层压力，以计算地层流体的密度，进而确定流体性质；取样是将地层里的流体抽出来取到地面);
井壁取心：垂直地震（VSP）(Vertical seismicprofile);
4、测井解释

测井解释的一般过程：先找储层，再找油气，一般来说油气水只存在于砂岩中，GR值低的为砂岩。GR高的为泥岩，找到砂岩之后，再在砂岩中找电阻率较高的层位，基本上就是油气层。一般地，油气层的曲线响应是：伽马（GR）较低，电阻率较高，中子较小，密度较小。对应的，水层的电阻率相对油气层电阻率偏低。
六、固井
为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层测试及在整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。

1、固井的目的1. 封隔易坍塌、易漏失的复杂地层，巩固所钻过的井眼，保证钻井顺利进行；2. 提供安装井口装置的基础，控制井口喷和保证井内泥浆出口高于泥浆池，以利钻井液流回泥浆池；3. 封隔油、气、水层，防止不同压力的油气水层间互窜，为油气的正常开采提供有利条件；4.保护上部砂层中的淡水资源不受下部岩层中油、气、盐水等液体的污染；5.油井投产后，为酸化压裂进行增产措施创造了先决有利的条件；
2、固井的步骤1. 下套管套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。2. 注水泥注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。3. 井口安装和套管试压下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。表层套管的顶端要安套管头的壳体。各层套管的顶端都挂在套管头内，套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井水泥未返至地面尤为重要。套管头还用来密封套管间的环形空间，防止压力互窜。套管头还是防喷器、油管头的过渡连接。陆地上使用的套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、监控井况。注平衡液等作业。4. 检查固井质量安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验，钻穿套管鞋2~3米后（技术套管）要做地层压裂试验。生产井要做水泥环的质量检验，用声波探测水泥环与套管和井壁的胶结情况。固井质量的全部指标合格后，才能进入到下一个作业程序。3、固井的方法1.内管柱固井把与钻柱连接好的插头插入套管浮箍或浮鞋的密封插座内， 通过钻柱注入水泥进行固井作业，称为内管柱固井。内管柱固井主要用于大尺寸（16″~30″）导管或表层套管的固井。2. 单级双胶塞固井首先下套管至预定井深后装水泥头、胶塞（顶塞和底塞），循环水泥，打隔离液，投底塞，再注入水泥浆，然后投顶塞，开始替泥浆。底塞落在浮箍上被击穿。顶底塞碰压，固井结束。3. 尾管固井尾管固井是用钻杆将尾管送至悬挂设计深度后，通过尾管悬挂器把尾管悬挂在外层套管上，首先坐封尾管悬挂器，然后开始注水泥、投钻杆胶塞顶替、钻杆胶塞剪断尾管胶塞后与尾管胶塞重合，下行至球座处碰压，固井结束。
七、完井
根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式的过程叫做完井。

1、完井的要求 1).油气层和井筒之间应保持最佳的连通条件，油、气层所受的损害最小；2).油、气层和井筒之间应有尽可能大的渗流面积，油、气入井的阻力最小；3).应能有效地封隔油、气、水层，防止气窜或水窜，防止层间的相互干扰；4).应能有效地控制油层出砂，防止井壁垮塌，确保油井长期生产；5)应具备进行分层注水、注气、分层压裂、酸化等分层处理措施，便于人工举升和井下作业等条件；6).对于稠油油藏，则稠油开采能达到热采(主要蒸汽吞吐和蒸汽驱)的要求；7).油田开发后期具备侧钻定向井及水平井的条件；8).工工艺尽可能简便，成本尽可能低；
2、完井的方式 1).射孔完井(perforating)又分为:套管射孔完井、尾管射孔完井；2).裸眼完井方式 (Open-hole)；3).割缝衬管完井方式(Slotted Liner)；4).砾石充填完井方式 (Gravel Packed) 又分为:裸眼砾石充填完井、套管砾石充填完井、预充填砾石饶丝筛管；
3、完井井口装置一口井从上往下是由井口装置、完井管柱和井底结构三部分组成。井口装置主要包括套管头、油管头和采油(气)树三部分，井口装置的主要作用是悬挂井下油管柱、套管柱，密封油管、套管和两层套管之间的环形空间以控制油气井生产、回注(注蒸汽、注气、注水、酸化、压裂和注化学剂等)和安全生产的关键设备。完井管柱主要包括油管、套管和按一定功用组合而成的井下工具。下入完井管柱使生产井或注入井开始正常生产是完井的最后一个环节。井的类型(采油井、采气井、注水井、注蒸汽井、注气井)不一样，完井管柱也不一样。即使都为采油井，采油方式不同，完井管柱也不同。目前的采油方式主要有自喷采油和人工举升(有杆泵、水力活塞泵、潜油电泵、气举)采油等。井底结构是连接在完井管柱最下端的与完井方法相匹配的工具和管柱的有机组合体。
►主要作业步骤1).按设计要求摆放地面设备2).立钻杆或管柱3).装防喷器/功能/压力试验4).刮管洗井5).射孔校深6).投棒点火7).反涌/洗井8).再次刮管洗井9).下封隔器10).下防砂管柱12).下生产管柱13).拆井口防喷器14).装井口采油树15).卸载16).验收交井
八、射孔
用专用射孔弹射穿套管及水泥环，在岩体内产生孔道，建立地层与井筒之间的连通渠道，以促使储层流体进入井筒的工艺过程叫做射孔。
1、射孔的目的固井结束之后，井筒与地层之间隔着一层套管和水泥环，另外还有一部分受泥浆污染的近井地带，而射孔的主要目的是穿透套管和水泥环，打开储层，建立地层与井筒之间的连通，使流体能够进入井筒，从而实现油气井的正常生产。
2、射孔器材射孔器材包括火工品和非火工品。火工品是指在外界能量刺激下能够产生爆炸，并实现预定功能的元件。包括射孔弹、导爆索、传爆管、传爆管退件、电雷管、撞击雷管、延时火药、复合火药、集束火药、桥塞火药、尾声弹和隔板火药等；非火工品包括射孔枪、枪接头、油管、玻璃盘接头、压力开孔装置，减震器，放射性接头、点火棒等；
3、射孔方式：射孔方式要根据油层和流体的特性、地层伤害状况、套管程序和油田生产条件来选择，射孔工艺可分为正压射孔和负压射孔，其中用高密度射孔液使液柱压力高于地层压力的射孔为正压射孔；将井筒液面降低到一定深度，形成低于地层压力建立适当负压的射孔为负压射孔。按传输方式又分为电缆输送射孔（WCP）和油管输送射孔（TCP），两种工艺各有优缺点，但是从技术工艺趋势来看，油管输送射孔将会越来越广泛使用。
4、射孔主要参数射孔参数主要包括射孔深度、射孔弹相位、孔径和孔密等（在后边射孔专题里会专门讲）。►射孔工程技术要求1、射孔层位要准确；2、单层发射率在90%以上，不震裂套管及封隔的水泥环；3、合理选择射孔器；4、要根据油气层的具体情况，选择最合适的射孔工艺。
九、采油
通过勘探、钻井、完井之后，油井开始正常生产，油田也开始进入采油阶段，根据油田开发需要，最大限度地将地下原油开采到地面上来，提高油井产量和原油采收率，合理开发油藏，实现高产、稳产的过得叫做采油。

十、油气集输
把分散的油井所生产的石油、天然气和其他产品集中起来，经过必要的处理、初加工，合格的油和天然气分别外输到炼油厂和天然气用户的工艺全过程称为油气集输。主要包括油气分离、油气计量、原油脱水、天然气净化、原油稳定、轻烃回收等工艺。

十一、炼油
炼油一般是指石油炼制，是将石油通过蒸馏的方法分离生产符合内燃机使用的煤油、汽油、 柴油等燃料油，副产石油气和渣油；比燃料油重的组分，又通过热裂化、催化裂化等工艺化学转化为燃料油，这些燃料油有的要采用加氢等工艺进行。


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