结案报告
垂直井眼是垂直钻进，在规定的倾角和方位角内到达目的层，对井眼曲率和井底相对井口的水平位移也有一定要求(图1)。生产井底水平位移过大，会打乱油田开发的布井方案；探井底部水平位移过大，可能钻不到预期目的层。过大的井全角变化率会增加钻井和采油的难度，容易导致井下事故。影响井斜角和方位角的因素有:地质条件、钻具组合、钻井技术措施、操作工艺和设备安装质量。为了防止井斜角和井眼曲率过大，必须选择合理的BHA。有两种常用类型:刚性孔眼钻井组件(图2)和钟摆钻井组件(图3)。前者可采用较大的WOB钻井，有利于提高机械钻速，井眼曲率小，但不能纠斜。后者需要控制一定的WOB来提高钻速，但可以用来纠偏。
定向井是沿着预先设计的钻孔方向(倾角和方位角)钻到目标层位的井。主要用于:①受地面地形限制，如埋在城镇、山区、湖泊或良田下的油田；②海上丛式钻井；(3)由于特殊的地质构造(如断层、破碎层或倾角过大等。)，钻定向井有利于油气藏的勘探开发；④处理井下事故，如侧钻、为阻止井喷着火而钻的救援井等。
定向井剖面设计一般由垂直段、造斜段、稳定段和倾斜段组成。由井下动力钻具(涡轮钻具或螺杆钻具)的弯曲接头组成的倾斜钻具，常用于偏斜和扭曲井段(图4)。当井斜最终达到或接近水平时，称为水平井。定向钻进时，必须经常监测钻孔的倾斜度和方位，并随时绘制钻孔轨迹图，以便及时调整。常用的测斜仪有单点和多点磁摄像测斜仪和陀螺测斜仪。近年来，随钻测斜仪也被用来在不起钻的情况下随时了解钻孔的倾斜和方位。根据信号传输方式，有有线和无线两种。前者利用电缆传输信号，后者利用泥浆脉冲、电磁、声波。
丛式井，也称为密井和分组井(图5)，用于在一个位置和有限的井场从不同方向钻几口到几十口定向井，使每口井都能沿着自己的设计井轴到达目的层。通常用于海上平台或城市、良田、沼泽等地区，可节省大量投资，占地少，便于集中管理。
喷射钻井由泥浆泵输送的高压泥浆形成高速冲击射流(一般在m/s以上)，直接作用于井底，充分利用水力能量(一般50%以上的泵送功率作用于井底)，使钻屑及时从井底冲走或直接破开地层，可大大提高钻井速度。合理的工作方式是采用较高的泵压、较低的排量和较小的钻头喷嘴直径。
在分析钻井资料、优化钻井参数的基础上，以电子计算机为手段，运用优化方法，将各种可控因素(如钻头类型、WOB、转速、泥浆性能、水力因素等。)等影响钻井速度的因素，并编制了计算程序。优化配合，使钻井工作达到高质量、高速度、低成本。
地层孔隙压力预测和平衡压力钻井综合分析数据(机械钻速、页岩密度、泥浆比重、温度等。)地震、测井、钻井过程中，预测地层孔隙压力，判断可能的异常压力地层，及时采取措施，防止井喷、井漏、井塌等井下突发并发症。根据已知的地层孔隙压力和地层破裂压力，确定合理的泥浆比重和套管程序。当井内泥浆柱压力与地层孔隙压力大致平衡时，钻井称为平衡压力钻井。可以显著提高机械钻速，也有利于发现油气藏。
井控技术当钻遇异常高压地层，发生泥浆气侵或井涌时，采用计算方法和相应的技术措施，调整泥浆比重和流动特性，利用水力高压防喷设备控制和消除井内溢流，防止井喷。
根据设计要求，从地下钻取所需层位的岩样(岩心)，为油气勘探开发获取原始数据。常用的取心工具主要由取心钻头、岩心筒、岩心爪和接头组成。取心钻进时，钻头不断环形切削井底岩石，使钻出的柱状岩心不断进入岩心筒。为了满足特殊需要，有密封取心、保压取心和用于极松散破碎地层的取心工具(橡胶取心工具)。
胜利油田钻井院承担的国家863项目“旋转导向钻井系统关键技术研究”，经过近三年的攻关，9月底在胜利油田试验成功，标志着该项研究取得突破。
旋转导向钻井技术是上世纪末发展起来的新型自动化钻井技术，是降低油气开发成本、提高油气采收率的有效技术。被称为目前钻探技术的最高水平。国际上旋转导向钻井技术的研发始于20世纪90年代初，已有20多家公司参与该技术的研发。到目前为止，全球最大的技术服务公司只有三家形成了现场应用能力。
为了适应油气开发的需要，提高国内钻井技术水平，参与世界范围的钻井市场竞争，胜利钻井院于1998开始了旋转导向钻井技术的前期研究，2002年进入旋转导向钻井系统关键技术研究和样机研制阶段。钻井院旋转导向项目组与Xi安尤氏大学建立了联合开发项目组，实现了技术优势互补。钻井院与Xi安尤氏大学联合进行了数百项设计变更和数十项关键机组室内模拟试验，研发了三套旋转导向钻井井下工具系统样机，进行了四轮20余次地面试验。2006年8月22-23日，在英12-谢225井进行了包括旋转导向钻井井下工具系统、MWD随钻测量系统、信息上传系统和地面监控系统在内的整个旋转导向钻井系统的联合现场试验，目的是测试在斜井中保持原始方位实现造斜的功能，测试造斜过程中的控制和存储，测试机械结构的综合性能。
下面比较好。
海上油气开发海上油气开发与陆上差别不大，但建设采油平台的工程费用要高得多，因此油气田范围的评估要更加谨慎。要进行风险分析，准确选择平台位置和建设规模。避免对地下储层认识不清或推断不准造成的损失。自20世纪60年代以来，海洋石油开发取得了巨大进展。海上油田的石油产量已达到世界石油总产量的20%左右。形成了海上开采和集输成套专用设备和技术。平台的建造已能抵御风、浪、冰流、地震等各种灾害，油气田水深已超过200米。
目前，世界上仍有许多地区未被开发或充分开发。海洋深层和深水的油气勘探才刚刚开始，还会发现更多的油气藏。利用强化采油技术可以从已开发的油气藏中提取的原油量也相当大。这些都预示着油气开采科学技术将有更大的发展。
石油是深埋在地下的流体矿物。起初，人们把自然界中产生的油性液体矿物称为石油，可燃气体称为天然气，固体可燃矿物称为沥青。随着对这些矿物研究的深入，人们认识到它们在成分上都是碳氢化合物，在成因上是相互联系的，因此统称为石油。65438+1983年9月的11世界石油大会提出，石油是由自然界中存在的气态、液态和固态碳氢化合物以及少量杂质组成的复杂混合物。因此，石油开采也包括天然气开采。
石油在国民经济中的作用石油是一种重要的能源。与煤相比，它具有能量密度高(等重量石油的燃烧热比标准煤高50%)、运输和储存方便、燃烧后对大气污染小等优点。从石油中提取的燃料油是交通运输、电站锅炉、冶金工业和建材工业中各种窑炉的主要燃料。以石油为原料的液化气和管道煤气是城市居民日常生活的优质燃料。飞机、坦克、舰船、火箭等航天器也消耗大量石油燃料。因此，许多国家将石油列为战略物资。
自20世纪70年代以来，石油在世界能源消耗的构成中已经超过了煤炭。1979占45%，估计到21世纪初这种情况不会有太大改变。石油产品也广泛用作各种机械的润滑剂。沥青是道路和建筑的重要材料。石化产品广泛应用于农业、轻工业、纺织工业和医疗卫生部门，如合成纤维、塑料、合成橡胶制品等，已成为人们的日常用品。
1982年世界石油产量26.44亿吨，天然气15829亿立方米。自1973以来，三次油价上涨和1982油价下跌引起了世界经济的巨大波动(见世界石油工业)。
油气在地壳中生成后，以分散状态存在于生烃层中，运移进入储层，聚集在保存条件较好的地质圈闭中，形成油气藏。一个地质构造中可以有多个油气藏，组合成油气田。
有储存空间的岩层，储存油气，并允许油气流通过。储层中的空间包括岩石碎片之间的孔隙、岩石裂缝中的裂缝和由溶解形成的洞穴。孔隙一般与沉积作用有关，裂隙多与构造变形有关，洞穴往往与古岩溶有关。裂缝的大小、分布和连通性影响油气的流动，并决定油气开采的特征(见石油开发地质学)。
油气驱动模式在石油开采过程中，油气从油藏流到井底，再从井底上升到井口。主要有:①水驱油藏，周围水体有地表水补给形成的静压头；(2)弹性注水、周围封闭水体和储集岩的弹性膨胀；(3)溶解气驱，油中溶解的气体逸出时压力降低的膨胀效应；(4)气顶驱动，即气顶存在时，气顶随压力下降而膨胀；⑤重力驱和重力驱油。当上述天然能量充足时，油气可以从井口喷出；当能量不足时，需要采取人工举升措施将油流驱离地面(见自喷采油法和人工举升采油法)。
石油开采的特点与一般的固体矿产相比，有三个显著的特点:①开采对象在整个开采过程中是不断流动的，油藏情况是不断变化的，必须针对这种情况采取一切措施。因此，油气田开采的全过程是一个不断认识、不断改进的过程；(2)矿工一般不与矿体直接接触。油气的开采、油气藏情况的了解以及影响油气藏的各种措施，都必须通过专门的测井来进行；③在生产过程中，甚至在大量钻井之后，必须认识油气藏的某些特征。因此，勘探和生产阶段往往交织一段时间(见油气田开发规划和设计)。
为了开发好油气藏，必须充分认识它，钻一定数量的探井，确定油气藏的各种边界(油水边界、油气边界、裂断层、尖灭线等。)与地球物理勘探资料。需要钻一定数量的评价井，了解油气藏的性质(通常取岩心)，包括油气藏厚度变化特征、储层物性特征、储层流体及其性质、储层温度和压力分布等，进行综合研究，对油气藏有更全面的认识。在油气藏研究中，不仅要研究油气藏本身，还要研究相邻含水层及其连通性(见油藏物理学)。
在开采过程中，需要通过生产井、注水井和观察井对油气藏进行开采、观察和控制。油气的流动有三个相互联系的过程:①油气从油层流入井底；(2)从井底到井口；③从井口流入集油站，经分离脱水后流入油气输送终端，外输至矿区(见油藏工程)。
石油开采技术
在测井工程中应用地球物理方法，将已钻遇的岩层和油气层的原始状况和变化信息，特别是油藏中油、气、水的分布和变化情况，通过电缆传输到地面，综合判断和确定应采取的技术措施(见工程测井、生产测井和饱和度测井)。
钻井工程在油气田开发中起着非常重要的作用。在一个油气田的建设中，钻井工程往往占总投资的50%以上。油气田的开发通常包括钻数百口甚至数千口或更多的井。对于用于开采、观察和控制等不同目的的井(如生产井、注水井、观察井和专门用于检查洗油效果的检查井)有不同的技术要求。要保证所钻的井对油气层污染最小，固井质量高，在几十年的开采中能经受住各种井下作业的影响。提高钻井技术和管理，提高钻井速度是降低钻井成本的关键(见钻井方法、钻井技术和完井)。
采油工程是将油气从井底提升到井口的全过程。油气的上升可以依靠地层能量的自发注入，也可以依靠抽油泵、气举等人工补充能量。各种有效的修井措施可以消除结蜡、出水、出砂等常见故障，保证油井的正常生产。增产措施，如水力压裂或酸化，可以提高因储层渗透率低或钻井技术措施不当污染和损害油气层而降低的产能。对于注水井，是提高注入能力(见采油方法、采气技术、分层开采技术、油气井增产技术)。
油气集输工程是油田中油气集输、分离、处理、计量、储存和输送的完整技术。井内产出的油、气、水等混合流体在矿井中进行分离和初步处理，以获得尽可能多的油气产品。水可以回注或用于防止环境污染。减少无效损失(见油田油气集输)。
石油开采中学科与工程技术的关系如图所示。
石油生产
石油开采技术的发展，石油和天然气的大规模开采和应用，是近百年的事情。美国和俄罗斯在20世纪50年代开始了各自的现代石油和天然气开采工业。其他国家稍微晚一点。石油开采技术的发展与数学、力学、地质学、物理学、机械工程、电子学等学科的发展密切相关。大致可以分为三个阶段:
初始阶段是19年底到30年代。随着内燃机的出现，对石油的需求越来越迫切。在这个阶段，主要的技术标志是开采自然能源。平均采油率只有15 ~ 20%，钻井深度不大。观察储层的唯一手段是简单的温度计和压力计。
第二阶段，从20世纪30年代末到50年代末，以油田开发理论体系的建立为标志。主要内容有:①岩石力学是钻井工程的理论基础；②油藏物理和渗流力学体系基本建立，普遍采用人工补充油藏能量的注水技术。苏联广泛应用早期注水维持地层压力技术，使最终采收率从20世纪30年代的15 ~ 20%提高到30%以上，发展了以电测井法为中心的测井技术和4500米以上超深井钻井技术。基于油气相平衡理论的稳油技术广泛应用于油田集输工艺中。基本建立了与油气田开发和开采相关的应用科学和工程技术体系。
第三阶段始于20世纪60年代，以计算机和现代科学技术在油气田开发中的广泛应用为标志，开发技术发展迅速。主要表现在:(1)各油层沉积相模型提高了预测油气藏非均质性和连续性的能力，从而可以更经济有效地安排井位和开发工作；②将现代物理学中的核技术应用于测井，形成放射性测井技术，与原有的电法测井技术和新的生产测井系列一起，可以直接确定油藏的油气水分布，在不同的开发阶段可以采取更有效的措施；(3)对油气生产过程中起作用的表面现象和多孔介质多相渗流规律有了更深入的认识，并根据物理模型和数学模型对这些现象进行了从定性到定量的解释(见油藏数值模拟)，尝试和开发了除注水以外的提高采收率的新技术；④以喷射钻井和平衡钻井为基础的优化钻井技术发展迅速。钻井速度大大提高了。可以钻各种特殊类型的井，包括丛式井、定向井甚至水平井，可以加入优质泥浆，最大限度减少钻井过程中对油层的污染；⑤大规模酸化压裂技术的应用，使许多过去没有经济价值的油气藏，特别是致密气藏得以投入开发，大大提高了自然资源的利用率。油井出砂、结蜡、高含水带来的困难在很大程度上得到了解决(见稠油开采、油井防蜡清蜡、油井防砂清砂、水油比控制)；⑥油层注蒸汽和热采技术的应用使许多稠油油藏投入开发；⑦油气分离技术和气体处理技术的自动化和电子监控，可以减少矿井油气集输中的损耗，提供更高质量的产品。
利用油藏本身或人工提供的能量将石油从井底提升到地面的方法。20世纪50年代末，出现了专门开采石油的油井。早期油井浅，用桶抽。后来随着井深的增加，采油方式越来越复杂，分为自注采油法和人工举升采油法两种。后者包括气举采油法和泵采油法(又称深井泵采油法)。
自发注采法:当油藏压力高于井内液柱压力时，油藏中的油通过油管和采油树自行举升出井。石油中大量的伴生天然气会降低井内流体的比重，降低液柱压力，使油井更容易发生自喷。油藏压力和气油比(中国油田俗称油气比)是油井流动能力的两个主要指标。
油气在井内同时沿油管向上流动，其能量主要被重力和摩擦力消耗。在油藏压力和油气比一定的条件下，当各井油管尺寸和深度不变时，存在一个充分利用能量的最佳流速范围，即最佳日产油范围。需要选择合理的油管尺寸，调整井口油嘴(常称为油嘴)的尺寸，使自喷井的产量与油层的供油能力相匹配，以保证自喷井的产量在最佳生产范围内。
为了密封井口，方便修井和更换损坏部件，自喷井的井口装有一种特殊的采油装置，称为采油树(见彩图)。自喷井的井筒结构如图所示。自喷井是一种管理方便、产能高、消耗低的理想采油方法。许多油田都采取了早期注水和注气(见注水)的措施来维持油藏压力，延长油井的自喷期。
人工举升采油法:在油井底部人为加入能量，将油藏中的油举升到井口的一种方法。随着总产油量的不断增加，油藏压力日益降低；在注水开发的油田中，油井产出的水的百分比逐渐增加，这增加了流体的比例。这两种情况都使得油井的自喷能力逐渐减弱。为了提高产量，需要采用人工举升采油(也称机械采油)，这是油田开采的主要方式，特别是在油田开发后期，有两种采油方式:抽油采油和气举采油。
气举采油法:从套管环空或油管向井中注入天然气，降低井中流体比重，使井中液柱压力低于降低后的油藏压力，从而将流体从油管或套管环空引出井外。有连续气举和间歇气举两种类型。大多数情况下，采用套管环空注气和油管采油。气举采油需要相对充足的天然气源；你不能用空气来避免爆炸。气举的启动压力和工作压力差别很大。往往需要在井下安装专门的气举阀来降低启动压力，使压缩机在较低的压力下工作，提高效率。结构和工作原理如图所示。当油管外的液面被压到气举阀以下时，气体从A孔进入油管，使管内液体与气体混合喷向地面。当管内压力下降到一定程度时，油管内外的压力差使阀门关闭。管外的液位会继续下降。当油井较深时，可以安装几个气举阀，将液面降低到油管鞋，这样就大大降低了启动压力。
气举采油法:
气举井产出的油气分离后，气体在矿用压气站集中压缩后送回井口。对于一些低产油井，可以采用间歇气举来节约用气，有时活塞气举可以循环使用。
气举法生产能力高。井下装置简单，无运动部件，使用寿命长，管理方便。虽然压缩机站房和地面管道铺设的一次性投资较高，但与抽油机、电潜泵或水力活塞泵相比，总投资和管理费用最低。气举法应用时间短，一般在15 ~ 30%左右；单位产出能耗高，需要大量天然气；仅适用于有天然气气源和上述条件的地区，具有一定储层压力的高产油井和定向井。当油藏压力下降到某个最小值时，就不合适了。效率低。
抽油采油法:人工举升采油法的一种(见人工举升采油法)。通过运行油井中的抽油泵将油藏中产出的液体抽到地面的方法，简称抽油泵法。该方法使用的油泵按动力传递方式分为有杆和无杆两种。
有杆泵是最常用的单缸单作用抽油泵(图1)，其排量取决于泵径、冲程和泵的冲程数。杆式泵分为杆式泵和管式泵。一个完整的有杆泵机组包括抽油机、抽油杆柱和有杆泵(图2)。
泵送采油方法
抽油机主要是将动力机(通常是电机)的圆周运动转化为往复直线运动来驱动抽油杆和泵。有两种类型的抽油机:游梁式和无游梁式。前者应用最为广泛，国内一些矿山使用的链条抽油机属于后者(见彩图)。抽油杆柱是连接抽油机和抽油泵的长杆柱，有一千米多长。由于交变载荷引起的振动和弹性变形，抽油杆悬点的冲程与泵柱塞的冲程有很大的不同。应根据每口油井的生产特点，通过设计计算优化抽油泵的直径、冲程和冲次。在泵的入口处安装气体分离装置——气锚，或增加泵的下入深度，以减少流体中气体含量对抽油泵充满度(即容积效率)的影响。
泵采油法
有杆泵是一种自重系统。当抽油杆截面增加时，其载荷也增加。由各种材料制成的抽油杆的下入深度受到限制。为了增加泵的下入深度，必须改变抽油杆的材料、热处理工艺和阶段。在选择工作制度时，应根据抽油杆的弹性和地层流体的特性，选择冲程和冲次的有利组合。国外有杆泵工作深度已超过3000米，抽油机负载已超过25t。泵排量与井深有关。部分浅井日排量可达400m3，中深井日排量可达200m3，但抽油机井产量主要取决于油层生产能力。有杆抽油机的主要优点是结构简单，维护管理方便。中深井泵效50%左右，适用于中低产井。目前世界上85%以上的油井都是机械采油，大部分使用有杆泵。
无杆泵适用于产量大的中深井或深井、斜井。工业上使用电潜泵、液压活塞泵和液压喷射泵。
电潜泵是一组多级离心泵和电机直接连接的泵组。电力电缆将电力传送到地下电机，以驱动离心泵，并将井中的流体泵送到地面。由于泵组用在套管中，泵的直径有限，所以采用细长形(图3)。为了防止井下流体(尤其是水)进入电枢而使电机失效，应采用特殊的密封装置，并在泵与电机的连接处安装保护器。泵的排量受到井眼尺寸的限制，而扬程则由泵级决定，这两者都取决于电机的功率。电潜泵适用于中高液量、低含气、低含砂量的油井。一般在日排量100 ~ 1000m3，扬程在2000m以内时，效率较高，可用于斜井。建井简单，管理方便，免维护期长，泵效60%左右。但不适用于含气量高、流体腐蚀性强的井。泵的排量下井后无法调整，泵的成本高，起下钻操作和维护复杂。
泵采油法
液压活塞泵利用地面泵注入的液体驱动井下液压马达驱动井下泵，将井下液体抽出地面。液压活塞泵的工作原理与有杆泵类似，只是往复运动是由液压马达和换向阀来实现的(图4)。液压活塞泵井下泵有单作用和双作用两种，地面泵都采用高压活塞泵。有两个过程:①开放过程。单管结构，以低粘度原油为动力液，既能降低管道摩阻，又能降低采出油的粘度，与采出液混合产出地面。②封闭过程。使用轻油或水作为动力液，用水时加入润滑剂和防腐剂，自行循环，不与产出液混合，工作时只需少量补充。水力活塞泵可以单井作业，也可以建成泵组集中管理，排量范围大，从几十立方米/天到几千立方米/天，适用于深井、高扬程井、稠油井和斜井。优点是排量可任意调节，泵不举油管，操作管理方便。泵效可达85%以上。缺点是地面需要建高压管线，动力液需要处理，增加了建井和管理的成本。
泵采油法
带喷嘴和扩散器的液压喷射泵抽油泵(图5)。水力喷射泵无运动部件，结构简单，成本低，管理方便，但效率较低，不高于30 ~ 35%，导致生产压差太小，只适用于高压高产井。一般只用于液压柱塞泵的前期，即油井压力高、排量大的时候；当压力降低，排量减小时，则改用液压活塞泵。