油气田开发工程发展史

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flyingdragon 3/19 13:12:17

油气田开发工程发展史

在20世纪初，油气田开发工程所能依据的理论、方法和采用的手段还十分有限，油气田基本上是依靠天然能量开采，对油气层及其中能量的研究和认识还停留在一个初级水平上。20世纪40年代以来到现在的半个多世纪，油气田开发工程这门学科有了根本性的改变。一方面是由于对油气藏进行研究的手段和方法有了根本性的改变，另一方面也由于开采和测试手段有了彻底的更新。因此，对油气藏进行总体解剖和研究成为可能，进而又可从整体上进行规划、部署和开发。目前，油气田开发事业已发展成为应用现代先进的科学技术和装备建设起来的综合工业部门，成为整个石油工业中极为重要的环节。

自从近代美国于1859年开始采油以来，油田开发事业已经历了140多年的发展过程，油气田开发工程随着油田的开发和开采而逐步发展和成熟起来。分析100多年油田开采和开发的历史，大体上可以划分为如下几个阶段。

一、第一阶段

这一阶段是从开始采油到1930年前后。这一阶段大约经历了70来年的发展过程。其主要特点是没有也不可能把油田看成一个整体，而是一块一块地进行开采。在这个阶段里，石油工业处于开始的阶段，油田数目少，油层浅，面积小，在当时的科学技术和工业装备的条件下，加上油田的不同区域是归不同的资本家所有，所以不可能把油田当成一个统一的整体来考虑。在这一期间，钻井生产几乎是惟一的开发手段。因此，当时的石油科技工作者所研究的主要问题是关于井网密度的问题。20世纪的20年代前后，美苏等国的石油科技工作者，曾发表了大量的关于井网密度对油层和油井产率等影响方面的文献和著作。在美国具有代表性的理论是B•柯脱列尔等人提出的。他们主张用密井网来进行油田的开发，认为井网越密，也就是整个油田上的井数越多，虽然平均每口井的总产油量下降了，但单位面积上的产油量增加了，因而整个油田的产量将会增加。这种理论在美国油田开发中一个相当长的时间里，一直是占上风的。1925年11月在莫斯科召开了“保护和合理使用油藏”的讨论会，前苏联的一些学者提出了与前述观点不同的论点。M.B.阿勃拉莫维奇在他的“合理开发油田原则”的报告中，主张建立一种有根据的合理开发油藏的理论，并确定油田上合理的井数。

应当指出，在井网密度的研究方面，虽然有错误意见，但也创立了一些研究方法，如根据油井平均产油率、当前产油率、油井初产量和开发速度等实际生产数据，来研究它们与井网密度之间的关系等。

这一阶段除了研究井网密度方面的问题外，对于计算原油储量和油井初产量方面的问题也进行了一定的研究。

二、第二阶段

这一阶段是从1930年至1940年前后。这个阶段的特点是有的国家开始把油田看着一个整体来进行开发。1933年，前苏联举行了全苏第一届石油工作者会议，会上著名学者古勃金等指出有许多油田开发工作者“好像不是在开采整个油层和整个油田，而是像管理机器设备那样，像对待孤立的对象那样开采油井。”在这一时期，美国著名学者M.马斯凯特在其1937年所出版的一本著作中也指出，要提高油田的开采效率，必须研究影响开采过程的因素。

随着所开发油田数目的增多，人们发现了油藏中存在着各种各样的能量，从而创立了油藏驱动能量的学说。一些学者开始把地下流体力学的理论应用到油田开发中来。例如A. C.列宾荪研究了依靠气体的膨胀压力或边水压力，将流体从孔隙介质中驱出的情况，并导出了许多有关排油和布井等方面的计算公式。M.马斯凯特也提出应根据油层压力、岩心渗透率和油层之间的相互关系等因素，来预算油井的产量等。B. M.巴磊歇夫等从1938年至1942年进行了一系列的试验研究，他们的试验证明：①如果以环形井排沿圆形油田任一等高线钻了足够数量的井，那么这些井会截住所有从含油边缘地区流来的液流；②在水压驱动油藏上，当井网密度达到一定程度后，再增加井数，如果回压不变，油藏的累积产油量也不会提高。

在这一期间，作为油田开发基础理论之一的油层物理学的研究也取得重要进展。美国人G. H.法奇等首先于1933年进行了油层物理的研究。1934年R. D.乌索夫和M.马斯凯特等，在达西渗滤方程式的基础上，提出了测量油层岩样渗透率的方法。1935年，R. J.西尔绍斯研究了井底取样器和测量所取样品物理性质的方法。这些测量性质包括：压力-体积-温度之间的关系、饱和度与饱和压力、油中溶解的总气量、不同温度和不同压力下游离出来的气体量以及原油在溶解气分离后的收缩程度等。1936年，西尔绍斯根据这些基础数据首次导出了油藏的物质平衡方程式。该方程式以后为不少学者所发展和完善，成为进行油藏动态分析计算最重要的工具之一。

三、第三阶段

这一阶段是从1940年至1950年前后。该阶段的主要特点是进一步建立了油田开发的理论基础，同时进行了规模不断扩大的人工注水开发实践。

在前人进行了大量的油田开发实践的基础上，前苏联著名学者克雷洛夫从事了巨大的油田开发理论的研究和综合工作。1948年他出版了《油田开发科学原理》，该书综合运用了油矿地质学、地下流体力学和专业经济学的基本理论和基本方法，来研究和解决油田开发中的问题，从而建立了比较完整的油田开发理论。

在这一期间，世界上已有不少油田采用了注水的方式来进行油田的开发。美国在20世纪40年代初开始注水采油。前苏联也在此后不久实施油田人工注水，但主要是通过各种形式的边缘注水来补充油田的能量。即使如此，通过注水方式来开发油田也已显示出其明显的优越性。

在此期间，关于水驱油的基本理论的研究工作已获得重要成果。从1940年以后，美国人S. E.巴克来和M. C.列维瑞特等连续发表了油水两相和油气水三相流动的研究报告和论文，为水驱油等两相和多相渗流理论的建立作出了重要贡献，使人们对于发生在油层内部流体运动规律的认识大大提高了一步。

四、第四阶段

第四阶段是从20世纪50年代开始。20世纪50年代以后，油田开发事业已开始进入现代化的发展阶段，其发展概况可以归纳为如下几个方面：

（1）进入20世纪50年代以后，油田开发的科学原理和油田开发实践都得到了新的发展。作为油田开发理论基础之一的地下流体力学及其在油田开发设计计算和在开发分析方面的应用取得重要进展。在油田开发实践方面，不仅根据实际情况发展了边缘注水方式，而且于1956年前苏联首次在罗马什金大油田采用了内部切割注水方式来进行油田开发，这是油田开发史上的又一个创举，它为大规模地进行油田的人工改造翻开了新的一页。这种新的注水方式，以后为很多国家所采用，获得了很好的开发效果。

（2）各种先进的观察和测量仪器仪表以及模拟实验技术与装备的应用，极大地加深了人们对油层及其中流体从宏观到微观方面的认识，为深入揭示油层的性质和其中流体运动的规律并进而从事油层改造创造了极为有利的条件。

（3）各种数学模拟研究油层的方法，从20世纪50年代也有了进一步的发展，特别是1953年美国人G.H.布儒斯等首次把电子计算机应用于油田开发问题的研究之后，计算机在油田开发方面的应用有了迅速的发展。1959年美国学者J．道格拉斯和D.W.皮斯曼等，应用数值方法和电子计算机求解了描述两相多维渗流的复杂偏微分方程组，为计算机在油田开发方面的应用开创了新的阶段。此后，计算机在油田开发各个方面的应用，特别是在渗流规律研究方面的应用，诸如在求解三维三相渗流方程和双重介质渗流方程方面，都取得了重要进展。

（4）开发和采油的工艺技术取得了新的成就。世界上的大多数油田都是多层系的，但以往多采取笼统开采的工艺技术。进入20世纪60年代后，美国已有数量可观的油田，采用不同井网分采不同层系的新工艺。前苏联也在20世纪 60年代以后采用了该项工艺技术。为了减少井数和投资，美苏还发展了一井分采不同层系的工艺技术。

（5）为提高油田的采收率而开展了各种新的开发方式的研究，并取得一定的成效。目前提高采收率的主要途径是热力驱油和化学驱油。热力驱油主要包括向油层注入热蒸汽和火烧油层等；化学驱油主要包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱性驱和三元复合驱。近年来还采用微生物来提高原油的采收率。