石油開采是指在有石油儲存的地方對石油進(jìn)行挖掘、提取的行為。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?xì)怏w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(rèn)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)煤高50%)、運(yùn)輸儲存方便、燃燒后對大氣的污染程度較小等優(yōu)點(diǎn)。從石油中提煉的燃料油是運(yùn)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(jī)、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(jì)70年代以來,在世界能源消費(fèi)的構(gòu)成中,石油已超過煤而躍居首位。1979年占45%,預(yù)計(jì)到21世紀(jì)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(jī)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(jià)和1982年的石油落價(jià),都引起世界經(jīng)濟(jì)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(yùn)移進(jìn)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?! ? 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??紫兑话闩c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)??障兜拇笮 ⒎植己瓦B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(bǔ)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(shí)所起的膨脹作用;④氣頂驅(qū),存在氣頂時(shí),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(dāng)以上天然能量充足時(shí),油氣可以噴出井口;能量不足時(shí),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(diǎn)與一般的固體礦藏相比,有三個顯著特點(diǎn):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(jìn)行,因此,油氣田開采的整個過程是一個不斷了解、不斷改進(jìn)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(jìn)行各種措施,都要通過專門的測井來進(jìn)行;③油氣藏的某些特點(diǎn)必須在生產(chǎn)過程中,甚至必須在井?dāng)?shù)較多后才能認(rèn)識到,因此,在一段時(shí)間內(nèi)勘探和開采階段常?;ハ嘟豢椩谝黄?見油氣田開發(fā)規(guī)劃和設(shè)計(jì))?! ∫_發(fā)好油氣藏,必須對它進(jìn)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(jià)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(diǎn),進(jìn)行綜合研究,以得出對于油氣藏的比較全面的認(rèn)識。在油氣藏研究中不能只研究油氣藏本身,而要同時(shí)研究與之相鄰的含水層及二者的連通關(guān)系(見油藏物理)?! ≡?/p>
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(jìn)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)?! ∈烷_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(jìn)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(bǔ)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(dāng)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(jì)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(jìn)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)?! ∈烷_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(jì)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(jī)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(jì)末到20世紀(jì)30年代。隨著內(nèi)燃機(jī)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(biāo)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(jì)、壓力計(jì)等。