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一文了解油氣勘探開發生產全流程

發布日期:2019-10-30 作者:333 點擊:

一個油田或氣田從勘探、發現,到全方位地進行油氣田的開發與開采,常常要經歷3年、5年,或者10年甚至更長時期。進入2019年以來,國內各地發現新的油氣田捷報頻傳,包括渤海渤中19-6區塊的千億方大氣田(2019年2月)、南海西部樂東深水區塊(2019年9月)、甘肅慶城鄂爾多斯盆地10億噸級大油田(2019年9月)以及四川盆地的長寧——威遠與昭通地區的萬億方頁巖氣大氣區(2019年9月)。

事實上,在捷報頻傳的背后,是漫長的拼搏過程。一個油田或氣田從勘探、發現,到全方位地進行油氣田的開發與開采,常常要經歷3年、5年,或者10年甚至更長時期。而一個油氣田正式外輸油氣的準備時間越長,前期工作越細致,正式生產后的油氣田開采效率越高,整體運行質量越好,油氣田的開采周期越長。

國際上近10年來興起一個有關油氣田發現到生產的全新理論,稱之為“油氣田生產生命周期(Production life cycle of oil and gas fields)”理論。這個理論告訴我們,一個油氣田從發現到生產過程,與機械制造生產廠有本質的不同。油氣田的成長過程,更像一個自然界“鮮活”的生命體,有其自身成長、壯年與衰竭的過程。

今天的文章我們將介紹開發一個新的油氣田,需要經歷哪些準備階段,并在其中完成哪些技術與生產程序。      


01. 油氣勘探評價


什么是油田“勘探”?“勘探”就是在某一個地域鉆井找石油,或者在一個初步認定有石油的地域,通過鉆若干口井,以確定有石油的地域面積有多大。

石油工作者要將一個經過初步勘探、已經證實為一個新的油氣田的區域,建設成為可以正常與連續對外輸出原油或天然氣的標準油氣田,所做的第一件事,就是對這塊區域進行“油氣勘探評價”,即為編制油氣田勘探計劃與開展相關作業。

在建設新油氣田的“油氣勘探評價”階段,石油工作者主要進行3個步驟:

一是進行油氣田的勘探決策,包括編制“中長期”油氣勘探規劃;

二是油氣田的勘探方案的科學與工藝研究

三是主持油氣田的勘探作業,例如在新的油氣田地域,為勘探目的而開展鉆井作業與完井作業等。



1

油氣田勘探決策

在石油工作者的油氣田勘探決策階段,有2個重要概念,即“勘探”與“評價”


所謂油氣“勘探”,類似于通過鉆一口井,以證實地層是否存在油氣資源;而油氣“評價”,則是通過鉆井,證實這一新發現的油氣田,其邊緣位置在何處,這一新發現的油氣田的確實面積為多少?


石油工作者進行油氣田勘探決策,主要是通過履行油氣田的“探礦權”管理程序,以及油氣田的“儲量”管理程序,落實油氣田的油氣資源“戰略選區”目標,從而制定年度或者中長期的油氣“勘探”計劃,以及油氣“評價”計劃。


1)“探礦權”,即地下油氣資源的開采權

從世界范圍說,除了美國之外,西方國家絕大多數國家的地下地層的油氣資源的“探礦權”,即國家領土內的所有地下資源,無論地面建筑設施的歸屬結構如何,全部屬于國家所有。


美國則是在“地面土地,包括建筑的權益歸誰所有,則地下資源歸誰所有”的法律原則下,執行“探礦權”相關法律。美國政府管理“探礦權”的部門也比較多,對美國本土的油氣資源有“探礦權”法定管理權的政府部門,包括美國內政部,農業部,能源部,環保署,國防部,美國國家基金會等。


中國實行的地下資源歸屬形式,與世界上多數國家一致。國家的地下地層的油氣資源的“探礦權”,即國家領土內的所有地下資源,無論地面建筑設施的歸屬結構,全部屬于國家所有。


2)實行油氣田的“儲量”管理

根據《中華人民共和國礦產資源法》第16條,對于石油與天然氣等特種礦產資源的儲量管理,為經過國務院授權的有關部門進行審批。其中儲量管理方面,需要經過國務院礦產儲量審批機構審批。


1999年國家“礦產資源儲量評審中心石油天然氣專業辦公室”,簡稱“油氣儲量評審辦公室”,掛靠中國石油天然氣集團公司;業務上直接受國土資源部儲量司領導,主要承擔全國石油、天然氣,以及煤層氣的儲量報告的評審工作。


3)油氣資源“戰略選區”。全國“油氣資源戰略選區”是國家財政投入,由國土資源部組織實施的公益性、基礎性、先導性前期的油氣資源戰略調查工作。主要任務是對于陸地和海域油氣資源調查程度低的新區域、新層系,采用新技術與新方法,通過實施“地球物理勘探”,以及鉆探“科學探索井”等實際工作,優選新的地質目標區和勘探接續區,促進國家油氣重大突破和新發現。

在進行新的油氣田建設時,需要借鑒國家“油氣資源戰略選區”項目獲得的技術成果,甚至有可能經過論證獲得國家“油氣資源戰略選區”項目的財政支持。


4)制定年度油氣“勘探”計劃

石油工作者編制年度油氣勘探計劃,主要強化油氣田的油氣資源評價。方法是在勘探技術可行性與經濟評價的基礎上,運用各種方式進行勘探目標的優選。

具體說來,在編制年度油氣勘探計劃過程中,主要精力放在精心優選勘探目標,以及制定勘探方案,以確保實現勘探目標的可實施性與經濟性。此外,還要合理部署本年度的勘探工作量,以及規劃完成勘探儲量的進度,以確保油氣田管理公司的勘探效益的穩步增長。

5)制定年度油氣“評價”計劃

在建設新的油氣田過程中,勘探領域的鉆井類型有2種,一是地質“發現井”,二是地質“評價井”。


地質發現井是在原本不是油氣田的領域,鉆井后發現新的油氣田。而“評價井”則是在“發現井”已經獲得成果基礎上,沿著油氣田可能的邊緣,或者重要部位,鉆若干口“勘探井”,以基本搞清此油氣田的面積與大致儲量。


美國地質調查局(USGS, United States Geological Survey)從1879年成立以來,負責美國本土油氣資源評價工作。從上世紀70年代開始,美國地質調查局 (USGS)每5年或者6年就進行一次全國性油氣資源評價工作。相關技術成果提供給各油氣田參考或使用。


所以,在美國建設一個新的油氣田,所進行的勘探評價工作量較少,因為相對來說,美國石油與天然氣行業的各類數據開放性程度較高,著手建設新的油氣田時,可以減少部分數據收集工作量。

6)進行勘探井的“井位”論證

勘探井的“井位”論證是一個復雜過程。在新的油氣田建設中,是否能夠獲得優選與合適的勘探井井位,是提高油氣田勘探與開發效率與水平的關鍵因素之一。

進行井位論證時,需要參照同一地區已經進行的鉆井作業、測井作業、試油與試采作業、地球物理勘探的成果與數據,以及室內的化驗與分析數據與資料。還要考慮“井位”目標區的構造、儲層、油氣水的地層分布與油氣產能等因素。


2

油氣田勘探的相關科學與工藝研究


石油工作者要建設一個新的油氣田,需要進行一系列與“勘探”相關的科學研究,以及作業工藝研究。

首先,進行石油地質研究,包括地質學的“盆地”油氣評價,地質學的“區帶(play assessment)”油氣評價,開展地質學的“圈閉”油氣評價,開展地質學的“油藏”評價。

1) 開展地質學的“盆地”油氣評價

“盆地”是地球巖石圈表面,相對長時期沉降的區域,因整個地形外觀與盆子相似而得名。

2) 開展地質學的“圈閉”油氣評價

“圈閉”是一種能阻止油氣繼續運移,并能在其中聚集的場所。

3) 開展地質學的“區帶(play assessment)”油氣評價

“區帶”介于“盆地”與“圈閉”之間的地質構造。

4) 開展地質學的“油藏”評價

“油藏”是指油在單一圈閉中具有同一壓力系統的基本聚集。


其次,還要開展石油工程研究,具體說來,包括制定物探鉆探方案,進行地震處理解釋,測井解釋,制定試油試采方案等。

1) 制定“物理勘探”的鉆探方案

2) 進行地震處理解釋,測井解釋等

3) 制定試油試采方案

3

油氣田勘探作業


石油工作者要建設一個新的油氣田,需要在現場進行系列實地施工與作業。


這些作業,包括進行野外地質勘察,開展物探作業。在地質研究與物探結果分析的基礎上,確定勘探井與評價井的井位。


石油工作者在確定勘探井與評價井的井位之后,進行作業現場的鉆井作業。在鉆井作業期間,開展錄井作業,測井作業。鉆井作業結束之后,開始試油作業。除此之外,還要進行實驗室內各種地質樣品測試與試驗。

1) 野外地質勘察

2) 油氣田勘探的物探作業


“物探”是地球物理勘探的簡稱。是指用物理的方法,對地球進行勘探的學科。其功能包括尋找礦藏,即包括油氣藏,煤,金屬等。


以物探手段用以勘探油氣藏的方式,有陸海三維地震、二維地震、二維高分辨地震、重磁測量等。此外,還有淺地層剖面調查、側掃聲納掃測、多波束水深測量,以及地形測繪、地震數據處理等服務。


3) 勘探井與評價井的井位部署

4) 油氣田勘探的鉆井作業

5) 油氣田勘探的錄井作業

6) 油氣田勘探的測井作業

7) 油氣田勘探的試油作業

8) 實驗室內地質樣品試驗


02.  油田開發建設


什么是油田“開發”?“開發”就是在某一個已經過“勘探”確定有石油的地域,研究打幾口井,在哪些地方打井,或者以哪種方式打井,能夠以最小的成本,將地下石油全部采到地面上來。

石油工作者要將一個經過初步勘探,已經證實為一個新的油氣田的區域,建設成為可以正常與連續對外輸出原油或天然氣的標準油氣田,所做的第二個件事,就是對這塊區域進行“油田開發建設”,詳細說來即為編制油氣田開發計劃與開展相關作業。

在建設新油氣田的“油氣開發建設”階段,石油工作者主要進行3個步驟:

一是進行進行油氣田的開發決策,包括編制“中長期”油氣開發規劃等;

二是開發油氣田的開發方案的科學研究

三是主持油氣田的開發生產作業,例如在新的油氣田地域,為開發目的而開展鉆井作業與完井作業等。

1

油氣田開發決策


石油工作者在建設一個新的油氣田過程中,需要進行采礦權的管理,以及油氣層儲量復核。除此之外,還要進行“中長期”油氣田開發規劃的制定,年度產能建設計劃制定,還要進行油氣田開發方案論證。

1) 進行采礦權管理

2) 進行油氣層儲量復核

3) 制定中長期油氣田開發規劃

4) 制定年度油氣產能建設計劃

5) 進行油氣田開發方案論證


2

油氣田開發的相關科學與工藝研究


石油工作者在籌備一個新油氣田的過程中,還要開展一系列與油氣田開發相關科學與工藝研究。


例如,開展油氣田的油藏地質研究油氣田的油藏工程研究油氣田的采油工程研究開展油氣田地面工程研究


在此基礎上,石油工作者還要開展油氣田的地質情況解釋油氣藏的評價精細油氣藏的描述工作。最后,啟動重要的油氣田開發方案編制工作。


通常在必要時候,根據油氣田開發的進展情況,還要對已經編制的油氣田開發方案進行微調


1) 開展油氣田的油藏地質研究

“油藏地質”研究是利用地質學方法,探討“油藏”形成過程的研究。其研究目的是獲取地層內油氣運移與存貯機理,為提高油氣開采效率打下基礎。


2) 開展油氣田的油藏工程研究

“油藏工程”研究,是利用油層物理、油氣層滲流力學,探討油藏開發過程中油、氣、水的運動規律和驅替機理的研究。其研究目的是擬定相關工程措施,以求合理地提高油氣開采速度與采收率。


3) 開展油氣田的采油工程研究

采油工程(oil extraction engineering)是油田開采過程中,針對地下油藏所采取的各項工程技術措施的總稱。對采油工程研究的目的,是實現油氣開采的基本過程,并取得采收效率的最大化。


4) 開展油氣田地面工程研究

油氣田地面工程包括與石油與天然氣開采的工程項目與機械裝備,例如,采油站,注水站等工程設施,或者油氣分離器,電潛泵,抽油泵等機械裝備。


油氣田地面工程有4方面的功能,一是實現油氣井的產能建設目標;二是體現油氣開發技術水平;三是記錄油氣開發數據;四是實現油氣產品外輸。


5) 地質解釋

所謂“地質”是地層構造與演變歷史的總稱。而地質解釋則是通過各種不同方法,研究與解釋地層的物質組成、構造變動、發展歷程等。

僅就石油行業來說,地質解釋廣泛用來尋找不同地質結構中油氣資源的生成、運移與貯存規律,從而為提高油氣開采成功率,以及提高油氣采收率打下理論基礎。


6) 油藏評價

所謂“油藏評價”,是對油氣藏形成的可能性、特性、儲量、質量等各種形態特征,適時作出定量的概率分析,以及進行工程、經濟方面的定性評價的工作與過程。


7) 精細油藏描述

所謂“精細油藏描述”,是利用各種近代與現代的科學方法,對于油氣田的地下儲層,進行定量化和精細化研究。


特別是針對油氣田開發的“中后期”階段的儲層逐步枯竭的條件,進行精細研究,以挖潛剩余油氣資源,提高油氣田的整體與最終采收率。


8) 編制油氣田開發方案

“油氣田開發方案”的主要內容,是在指定的油氣田的油氣蘊藏面積內,按照一定的開發井網、開發程序、開采方法,將(石)油或(天然)氣由地下采出到地面全過程,或者稱為開發工程的總體方案。


“油氣田開發方案”是油氣田開發的總體規劃,以及具體實施的全面系統的計劃、部署,同時也是油氣田的油藏項目的投入開發的基礎原則和經濟計算依據。


9) 開發方案微調

“油氣田開發方案”微調,是在油氣田開發的實際進程中,根據油氣田開發活動的技術與工藝信息反饋,對原來編制的“油氣田開發方案”進行非原則性修改與補充。


油氣田的生產過程較為復雜,石油工作者對于地下儲層的認識難以一次完成。隨著開發過程中地下油藏狀態的變化,及作業者對儲層認識程度的加深,難免出現原有開發方案不符合地下儲層狀況的情況。


因而石油工作者對于原有油氣田開發方案進行個別調整與補充,也稱為開發方案的微調,或者“開發調整方案”。


“開發調整方案”內容包括調整原因、調整基礎、調整依據的論證,以及調整內容、調整方法、調整結果的闡述。


3

油氣田開發生產



石油工作者在開創一個新油氣田的工作中,還要開展油氣田開發生產活動,即有關油氣田開發的具體施工部署。


在油氣田開發生產活動中,還包括油氣田開發方面的物探作業。技術人員在地質研究與物探結果分析的基礎上,確定油氣田新增加的鉆井井位。


確定油氣田開發井的井位之后,進行作業現場的鉆井作業。此外還開發錄井作業,測井作業。在鉆井作業結束之后,開始試油作業。


此外,還需要開展系列油氣田開發的地面工程建設。

1) 油氣田開發的部署

2) 油氣田鉆井作業

包括陸地油田與海上油田的鉆井作業。

3) 油氣田開發錄井作業

“錄井作業”是在鉆井過程中,用巖礦分析、地球物理、地球化學等方法,觀察、采集、收集、記錄、分析隨鉆過程中的固體、液體、氣體等井眼返出物信息,以此建立錄井地質剖面、發現油氣顯示、評價油氣層,并為石油工程建設提供鉆井信息服務。

4) 油氣田開發測井作業

5) 油氣田開發完井作業

6) 油氣田開發試油作業

7) 油氣田開發中新井投產

8) 油氣田開發的地面工程建設


03. 油氣生產作業


什么是油氣田“生產”?“生產”就是在某一個已經過“勘探”確定有石油,并且經過制定“開發”方案確定如何獲取石油的地域,研究以什么速度“采出”石油,從而提高此油田的最終石油采收率,或者說最終盡可能多地將地下石油“采到”地面上來


石油工作者要將一個經過初步勘探,已經證實為一個新的油氣田的區域,建設成為可以正常與連續對外輸出原油或天然氣的標準油氣田,所做的第三個件事,就是對這塊區域進行“油氣生產作業”,詳細說來即為編制油氣生產作業計劃與開展相關作業。


在建設新油氣田的油氣生產作業階段,石油工作者主要進行3個步驟:

一是進行油氣田生產決策,包括編制“中長期”油氣勘探規劃;

二是開展油氣田的生產措施科學研究

三是主持油氣田的油氣生產運營

1

油氣田生產決策


石油工作者在建設一個新油氣田的工作中,還要開展油氣田生產活動,即提出有關油氣田生產的具體作業措施決策。


在油氣田制定生產方式與生產措施活動中,石油工作者要制定油氣田生產生命周期戰略,作出油氣田階段性運營計劃,提出油氣田年度生產計劃,其中包括配產、配注等具體指標與作業工藝。


此外,石油工作者還要開展油氣田開發調整論證,油氣田油藏地質研究,油氣田油藏工程研究,油氣田采油工藝研究,以及油氣田的增產措施研究等。


1) 油氣田生產生命周期戰略

“生產生命周期(Production life cycle)”概念是1974年英國皇家測量師學會專家A. Gordon提出,2011年美國全國石油委員會 (NPC, The National Petroleum Council)發布有關“油氣田生產生命周期(Production life cycle of oil and gas fields)”的專門研究報告。


英美專家研究中發現,油氣田生產過程與制造工廠車間的生產的不同表現在:

① 油氣田生產的對象是不可再生的地下資源;

② 油氣田是在地面實施開采作業,而油氣藏本身的壓力和滲流速度始終變化與衰減著;

③ 油氣田要增加新產能,彌補產量的自然遞減以保持穩產,即用“擴大再生產”的辦法去維持“簡單再生產”;

④ 油氣田的成本越來越高,最終達到作業者承受的經濟極限。此時油氣田尚有相當部分油氣未被采出,然而此油氣田也必須關閉。


這一過程類似于生物的生命周期,故稱為油氣田的生命期。


油氣田的“生命期”分為:快速增長期,相對穩產期,快速下降期,衰亡期。油氣田作業者可以采取相應措施,改變油氣田某一期產量變化速度,以延長或縮短油氣田生存時間。但不能改變其生命發展過程的總趨勢。


提出油氣田生命周期理論意義,是奠定油氣田開發方案的編制基礎,以及提供油氣田產量預測的依據。

2) 油氣田階段性運營計劃

3) 油氣田年度生產計劃(配產、配注等)

 “配產”是“配置地下儲層的油氣產能”的簡稱,而“配注”則是“配置地下儲層的注水能量”的簡稱。

所謂油氣田的年度“配產”,就是優化某油藏的未來一年油氣產出能力。

所謂油氣田的年度“配注”,就是為實現,配注是為實配油氣田的年度“配產”效果,而實施的油氣田的地下儲層的注水能量的配置。

4) 油氣田開發調整論證

5) 油氣田油藏地質研究

6) 油氣田油藏工程研究

7) 油氣田采油工藝研究

8) 增產措施研究

號:oilsns

2

油氣田生產的相關科學與工藝研究

石油工作者在創建一個新油氣田的過程中,還要開展一系列與油氣田生產相關科學與工藝研究。例如,油氣田生產中的動態分析,油氣田生產中的精細油藏描述,油氣田開發效果評價,油氣田增產措施,以及油氣田調整方案。


1) 油氣田動態分析

“油氣田動態分析”,是利用油氣田生產數據和各種監測方法,將采集到的地下油藏資料進行分析。用以研究地層水運動規律,以及發展變化。除此之外,還用以檢驗開發方案及其有關措施可行性,并且預測油氣田開發效果。


油氣田動態分析,包括“開發動態分析”,“生產動態分析”。油氣田“生產動態分析”,也稱“單井分析”,包括“油氣井動態分析”和“注水井動態分析”。

2) 油氣田精細油藏描述

3) 油氣田開發效果評價

4) 油氣田增產措施

“油氣田增產措施”有壓裂、酸化、油井解堵、油井化學堵水、注水井調驅調剖、注水井降壓增注、注水井擠堵等。

5) 油氣田調整方案


3

油氣田生產運營

石油工作者在建設一個新的油氣田時,還要從事系列油氣田的生產運營工作。


具體來說,包括各種與油氣田生產相關的管理,作業與油氣采收措施。例如,油氣田生產運行與調度指揮,油氣田的產量管理,油氣田的采油工藝管理,油氣田作業措施管理,油氣田的“三次采油”管理,油氣田的生產測試,以及油氣田的實驗室化驗。


1) 油氣田生產運行與調度指揮

2) 油氣田產量管理

3) 油氣田采油工藝管理

4) 油氣田作業措施管理

5) 油氣田“三次采油”管理

油氣田的“三次采油”是利用物理、化學和生物等新技術提高最終原油采收率的重要油氣開采技術。

主要內容是利用各種方式與介質,從地下儲層驅油到地面上來,以提高油氣田產量。主要驅替類型,有烴類驅、化學驅、熱驅、CO2驅等。

6) 油氣田生產測試

“油氣田生產測試”是動態監測油氣田地下儲層的重要手段。是深入認識與正確評價油氣藏的基本方法之一。

“油氣田生產測試”主要有2大類,生產測井與生產測試。其中生產測井,例如油氣井的產出與注入測井,飽和度測井等;生產測試,例如壓力測試等。

7) 油氣田實驗室化驗


04. 啟示


進入2019年以來,國內各地發現新的油氣田捷報頻傳,國內民眾被我國的陸海石油行業的新成就所鼓舞,更加增強建設國家,再創新的業績的信心。然而,通過我們回顧全世界油氣行業開發油氣田的全套程序,可以得到以下啟示。


(1) 勘探與開發一個完整成熟的油氣田,是一項長期、艱苦與細致的工作開發一個油氣田,需要千萬與油氣勘探開發有關的專業人士默默與耐心工作,才可能完成。


(2)勘探與開發一個完整成熟的油氣田,必須遵守其獨特運營規律。一個完整成熟的油氣田,具有類似于自然界個體生命周期那樣的演變歷程,而與多數工業界的制造工廠與車間進化歷程不相同。即世界上各處的油氣田具有單獨特殊的“生產生命周期”。這是1970年代由英國專家提出,2011年由美國石油全國委員會(NPC)提出專門報告,近年來才逐漸引起我國石油行業工作者重視的“油氣田生命周期”理論。


這種理論指出,所發現的油氣田的生命周期,與世界上的生物生命周期有些類似,而不同于多數機械設備制造工廠的“建設與運營周期”。


比如,某國家在某地建設一個年產30輛臺汽車的工廠,幾年后在另一處建設年產50輛臺汽車的工廠;這樣,此國家的總的汽車生產能力為80萬臺。


而某國原來發現一個年產1億噸油田,后來又發現一處年產3000萬噸油田,卻不能說這個國家年產原油能力為1.3億噸。因為原有的老油田有產量遞減。也許新發現的3000萬噸油田,正好將老油田的產量遞減抵銷了。所以,對于油氣田開發來說,不能使用簡單加減法評估業績,而要實行“具體問題,具體分析”。


(3)勘探與開發一個完整成熟的油氣田,要有專業齊全,分工精細,服務到位的油田服務隊伍。開發一個大中型陸地或海上油田,需要近100個專業的油田服務隊伍協同合作,共同努力,才能最終達到經濟與技術工藝目標,為人類社會獲得利益。所以,開發一個大中型油氣田,實際上是動員全社會力量,運用全人類的智慧,來向大自然索要財富。團結與協作,奮斗與奉獻,則是建設與開發一個完整成熟的油氣田主要途徑之一。


我們堅信,國內石油工作者將繼續發揮實事求是,勇于探索,艱苦奮斗,繼往開來的創新精神,充分利用當今世界先進科學與工藝技術,為祖國的經濟繁榮與發展,尋找更多的油氣田,貢獻更多能源。










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