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出版者:Gulf Publishing Company

作者:Dr. Robello Samuel

出品人:

页数:504

译者:

出版时间:2009-07

价格:USD 195.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781933762340

丛书系列:

图书标签:

• Engineering
• Drilling
• Advanced
• 钻井工程
• 石油工程
• 钻井技术
• 钻井优化
• 钻井流体
• 井身轨迹
• 井控
• 钻井风险
• 岩石力学
• 钻井设备

《石油工程概论》 一、 引言：石油工程的广阔天地 《石油工程概论》旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解石油工程这一复杂而至关重要的领域。本书并非一本孤立的技术手册，而是将石油工程置于更宏观的能源产业背景下进行考察，探讨其历史演变、核心挑战、技术进步以及对全球经济和社会发展的影响。我们相信，对石油工程有清晰的认识，对于理解现代能源格局、预测未来发展趋势、乃至在相关行业中做出明智的职业选择都具有不可估量的价值。 石油工程，顾名思义，是关于如何安全、高效、经济地从地下开采石油和天然气的一门学科。然而，其内涵远不止于此。它涉及地质学、物理学、化学、数学、机械工程、材料科学、环境科学等多个学科的交叉融合，要求工程师不仅具备扎实的理论基础，还需要拥有出色的实践能力和解决复杂问题的创新思维。从勘探到生产，从井筒设计到油气分离，每一个环节都充满了挑战与机遇。 本书的编写目标是： 建立系统认知： 帮助读者构建一个关于石油工程的整体框架，理解其各个组成部分之间的内在联系。 揭示核心原理： 深入浅出地阐述石油工程的关键概念和基本原理，让读者掌握解决实际问题的“钥匙”。 展示技术前沿： 介绍当前石油工程领域的热点技术和发展方向，展望未来的可能突破。 强调安全与环保： 突出石油工程在安全生产和环境保护方面的责任与挑战，倡导可持续发展理念。 启发职业思考： 为有志于投身石油工程行业的读者提供职业规划的参考，展示该领域的职业前景。 我们将以清晰的逻辑、丰富的案例、严谨的论证，带领读者走进石油工程的世界。无论您是地质学、化学、机械工程等相关专业的学生，还是能源行业的从业者，抑或是对能源问题充满好奇的普通读者，《石油工程概论》都将为您打开一扇理解石油工业运作的窗户。 二、 勘探的艺术：寻找地下宝藏 石油和天然气的形成是一个漫长而复杂的地质过程，需要特定的地质条件才能得以富集。因此，石油勘探的首要任务就是寻找那些具备产油潜力的地质构造。这一过程集合了科学的严谨性与艺术的直觉，是一项充满挑战的工作。 1. 地质学基础： 沉积岩的形成与演化： 了解油气生成的基本载体——沉积岩的形成过程，包括沉积物的搬运、堆积、压实、成岩作用等。 生油岩与成熟度： 探讨有机质在特定温度和压力下转化为油气的生油岩作用，以及有机质成熟度对油气生成种类和数量的影响。 圈闭（Traps）： 油气生成后，需要被“圈闭”起来才能聚集形成油藏。本书将详细介绍各类圈闭，如构造圈闭（背斜、断层）、地层圈闭（不整合、尖灭）和岩性圈闭（岩性变化）等，并分析它们的形成机制。 盖层（Caprock）： 解释致密、不渗透的盖层在阻止油气向上运移、保持油藏形成中的关键作用。 储集层（Reservoir Rock）： 介绍具有良好孔隙度（储存油气空间）和渗透率（油气流动通道）的岩石类型，如砂岩、碳酸盐岩等，并分析其物性特征。 2. 地球物理勘探技术： 地震勘探： 这是最核心的勘探手段。本书将介绍地震波的产生、传播、接收和成像原理，重点讲解二维、三维地震数据采集、处理和解释，如何利用地震波识别地下地层界面、构造形态和潜在的油气藏。 重力勘探与磁力勘探： 阐述利用地球重力场和磁场异常来推断地下地质构造的方法，虽然精度不如地震，但在大范围的区域普查中具有重要作用。 电法勘探： 简要介绍利用地下岩石的电学性质差异进行勘探的原理。 3. 地质钻探与测井： 勘探井钻探： 介绍钻探过程中对岩心、岩屑的采集和分析，以及钻井过程中对地层压力、温度、岩性等信息的初步判断。 测井技术（Well Logging）： 这是获取地下地层详细信息至关重要的手段。本书将详细介绍各种测井方法，包括电测井（电阻率、自然电位）、声波测井、密度测井、中子测井、核磁共振测井等，以及它们如何用来评价岩石的孔隙度、渗透率、含油饱和度，并区分不同类型的岩石和流体。 地质解释： 综合运用勘探数据（地震、重磁、测井、岩心等）进行地质解释，绘制地质图、剖面图，评价油气藏的规模、品位和可采性。 三、 钻井工程：深入地层建造通道 钻井工程是连接地表与地下油气藏的桥梁，其核心目标是以最经济、最安全的方式钻达目标层位，并为后续的生产作业创造条件。这是一项技术密集、工程复杂的系统工程。 1. 钻井规划与设计： 井位选择： 根据勘探结果，选择最佳的钻井位置，考虑地质、工程、环境等因素。 井身结构设计： 涉及套管（Casing）的设计、固井（Cementing）的规划，旨在保证井筒的稳定性，隔离不同地层，防止井涌和井漏。 钻头选择： 根据地层岩性、钻井深度、井眼直径和钻井液性能，选择最合适的钻头类型（如牙轮钻头、截齿钻头、金刚石钻头）。 钻井液（Drilling Fluid）/泥浆（Mud）的设计与性能： 详细阐述钻井液在冷却钻头、携带岩屑、稳定井壁、平衡地层压力、抑制井涌（Blowout）等方面的重要作用，以及其组成、性能测试（密度、粘度、触变性、失水率等）和循环系统。 2. 钻井作业流程： 钻机的组成与工作原理： 介绍陆地和海洋钻井平台的主要设备，如动力系统、起升系统、旋转系统、井架、钻井泵等。 钻进过程： 描述钻头旋转、钻杆连接、岩屑的产生和携带、钻井液的循环过程。 井下工具与技术： 介绍定向钻井（Directional Drilling）、水平钻井（Horizontal Drilling）、多分支井（Multilateral Wells）等复杂井眼轨迹控制技术，以及随钻测量（MWD）和随钻成像（LWD）技术，它们能实时监测井眼轨迹和地层参数。 钻井作业中的风险与应对： 重点讲解井涌（Blowout）、井漏（Lost Circulation）、井壁垮塌（Wellbore Instability）、井下复杂（BHA Stuck, Casing Stuck）等常见风险，以及相应的预防和处理措施，强调安全的重要性。 3. 完井工程： 完井方式： 介绍裸眼完井、砾石充填完井、筛管完井等不同完井方式，以适应不同储集层的需求。 射孔（Perforation）： 解释如何通过射孔枪在套管和水泥环上制造通道，使油气能够流入井筒。 生产管柱（Production String）的安装： 描述油管（Tubing）和其他下井设备的安装过程。 完井液（Completion Fluid）的选择： 介绍完井液在完井过程中保持储层渗透性、防止地层损害的作用。 四、 采油工程：让地下油气涌动 采油工程是油气生产的核心环节，其目标是将地下油藏中的油气以最高效、最经济的方式提取到地表。随着油藏的开发，原油产量通常会逐渐下降，因此需要采用各种提高采收率（Enhanced Oil Recovery, EOR）的技术。 1. 油气藏的流动原理： 多相流（Multiphase Flow）： 探讨油、气、水在多孔介质中的复杂流动行为，以及它们之间的相对渗透率和驱动力。 渗流力学基础： 介绍达西定律（Darcy's Law）及其在油藏流动分析中的应用。 驱动机制： 分析驱动油气流动的各种能量，如溶解气驱、气顶驱、水驱、重力驱等。 2. 油气举升（Artificial Lift）技术： 地面生产能力限制： 当油藏能量不足以将油气举升到地表时，需要人工举升。 机械采油（Rod Pumping）： 详细介绍游梁式抽油机的工作原理，包括抽油杆、抽油泵等部件。 气举（Gas Lift）： 解释通过向井筒注入气体来降低液柱密度、减轻压力，从而帮助油气上举的原理。 电潜泵（Electric Submersible Pump, ESP）： 介绍在井筒深处安装的离心泵，适用于高产量、高扬程的油井。 其他举升方法： 如射流泵、气液环管泵等。 3. 油藏工程与提高采收率（EOR）： 油藏认识与模拟： 利用测井、岩心、生产数据等信息建立油藏模型，预测油藏的剩余油分布和开发动态。 三次采油（EOR）： 当一次、二次采油（注水、注气）效果下降后，采用更复杂的技术来提高采收率。 热力采油（Thermal EOR）： 如蒸汽驱（Steam Flooding）、火烧油层（In-Situ Combustion），通过提高原油的流动性来开采重质油。 化学采油（Chemical EOR）： 如聚合物驱（Polymer Flooding）、表面活性剂驱（Surfactant Flooding）、碱驱（Alkaline Flooding），通过改善油水流度比、降低界面张力来提高采收率。 气体驱（Gas Injection EOR）： 如二氧化碳驱（CO2 Flooding）、氮气驱（Nitrogen Flooding），通过与原油发生相态变化、膨胀作用来提高采收率。 水平井与多分支井在提高采收率中的应用： 探讨这些复杂井型如何更有效地接触储层，提高开发效果。 五、 油气集输与处理：从井口到终端 油气从井口出来后，还需要经过一系列的处理和分离过程，才能达到销售或进一步加工的标准。 1. 井口设备： 采油树（Christmas Tree）： 介绍其在控制井口压力、流量，以及进行作业时起到的关键作用。 管汇（Manifold）： 汇集多口井的油气，并将其输送到集输站。 2. 油气分离： 三相分离器（Three-Phase Separator）： 解释如何利用重力、压力差等原理，将原油、天然气和水进行初步分离。 其他分离设备： 如除砂器、过滤器等。 3. 原油处理： 脱水（Dehydration）： 去除原油中的水分，以满足运输和炼油的要求。 脱盐（Desalting）： 去除原油中的盐分，防止设备腐蚀。 原油稳定： 调整原油的压力，使其在运输过程中不产生过多的气体。 4. 天然气处理： 脱水（Dehydration）： 去除天然气中的水分，防止管道腐蚀和水合物生成。 脱硫（Desulfurization）： 去除有害的硫化氢（H2S），保护设备并符合环保要求。 脱烃（Dehydration）： 去除重质烃类（如C5+），以提高天然气的热值和产品纯度。 液化天然气（LNG）和压缩天然气（CNG）： 简要介绍用于储存和运输的特殊处理方式。 5. 输送与储存： 管道运输： 介绍油气管道的设计、建设和安全运行。 油轮与罐车： 介绍海上及陆上油气运输工具。 储罐： 介绍不同类型的原油和天然气储罐。 六、 安全、环保与可持续发展：石油工程的责任 石油工程的发展与安全、环保和社会责任密不可分。本书将特别强调这些方面的重要性。 1. 安全生产： 井控（Well Control）： 深入探讨井涌（Blowout）的成因、预防和应急处理，这是石油工程领域最严重的事故之一。 设备安全： 设备的定期检查、维护和失效分析。 人员安全： 作业流程的安全培训、应急预案和个体防护。 海上作业安全： 特殊的海上环境下的安全挑战与应对。 2. 环境保护： 防止溢油（Oil Spill）： 陆地和海洋溢油的预防、监测和应急响应。 废水处理： 油田生产过程中产生的含油废水、采出水（Produced Water）的处理与排放。 废气排放： 天然气燃烧、硫化氢排放等的控制。 土地复垦与生态修复： 钻井、管道建设等对地表环境的影响及恢复措施。 碳排放与气候变化： 石油工业与温室气体排放的关系，以及降低碳足迹的努力。 3. 可持续发展： 资源优化利用： 提高采收率，减少无效开采。 技术创新： 研发更清洁、更高效的开采和处理技术。 能源转型： 石油工业在向低碳能源转型的过程中所扮演的角色与面临的挑战。 社会责任： 与当地社区的关系，以及对社会经济发展的贡献。 七、 结论：面向未来的石油工程 《石油工程概论》将以对石油工程未来发展趋势的展望作为结尾。我们将探讨： 非常规油气资源（Unconventional Resources）的开发： 如页岩油气、致密油气等，及其带来的技术挑战和机遇。 数字化与智能化： 大数据、人工智能、物联网等技术在油气勘探开发中的应用，如智能油田、自动化钻井等。 深海与极地开发： 更具挑战性的地理环境下的勘探开发技术。 新能源的融合： 石油工程技术在地热能、氢能等新能源领域的潜在应用。 我们希望通过本书，读者能够对石油工程有一个系统、全面、深入的理解，认识到它的复杂性、重要性以及在现代社会能源供应中的关键地位，同时也深刻理解其在追求经济效益的同时，肩负着保障安全、保护环境、实现可持续发展的重大责任。

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这本书简直是为石油工程专业的学生量身定做的圣经！我翻开第一页，就被作者深入浅出的讲解方式所折服。它并非那种干巴巴的教科书，而是像一位经验丰富的老教授在手把手教你如何应对钻井现场的复杂挑战。特别是关于地层评价和井眼轨迹控制的那几个章节，真是让我茅塞顿开。很多我之前在课堂上怎么也想不明白的理论问题，通过书中的实例分析和图表展示，一下子就清晰了。比如，书中对定向井的规划和实施步骤的描述细致入微，结合了最新的随钻测量技术（MWD/LWD），让读者能真切感受到现代钻井工程的脉搏。我尤其欣赏作者在讲解复杂地层穿越时的策略分析，比如如何处理高压、高裂缝性地层，书中给出的风险评估模型和应急预案，即便是初学者也能快速掌握要点。这本书的排版也很人性化，关键公式和概念都有重点标记，方便查阅和复习。毫不夸张地说，自从有了这本书，我的课堂笔记都精简了不少，因为它把最核心、最实用的知识点都提炼出来了。这绝对是一本值得反复研读，并在未来工作中随时翻阅的案头宝典。

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我必须承认，我一开始对这本书抱有怀疑态度，毕竟“高级”这个词在工程领域有时意味着晦涩难懂。但事实证明，我的担忧是多余的。作者在处理高阶热力学和岩石力学交叉领域的阐述上，展现了非凡的驾驭能力。比如，书中对地层孔隙压力预测模型（如 Eaton 法的改进应用）的讨论，不仅回顾了经典理论，还结合了地质导向和实时地层评价工具的最新数据反馈机制，使得预测的准确性得到了质的飞跃。最让我印象深刻的是，它对“安全包络线”（Safe Operating Envelope）概念的构建过程进行了详尽的推导，这对于理解和避免井喷事故的发生至关重要。它没有回避复杂的数学推导，但每一步推导后都紧跟着明确的工程意义解释，确保读者不会迷失在公式的海洋里。对于那些准备考取专业资格证书或希望在钻井优化领域深造的读者来说，这本书提供的理论深度和实践结合的平衡点，简直是完美的。它迫使你思考，而不仅仅是记忆。

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作为一个在行业摸爬滚打了十几年的老工程师，我对于市面上充斥的各种“速成”或“浮于表面”的钻井技术书籍早已审美疲劳。然而，这本著作却给了我极大的惊喜。它的深度和广度都达到了一个令人敬佩的水平。我特别关注了其中关于井下流体动力学和岩屑运移效率优化的章节。作者没有止步于传统的雷诺数和湍流模型，而是引入了非常前沿的非牛顿流体在复杂井筒几何结构中的数值模拟结果，这一点对于优化大斜度井和水平井的钻井液设计至关重要。书中对钻井振动和摩阻扭矩的分析，更是提供了极具操作性的解决方案，远超我之前阅读过的任何一本参考书。很多我们日常工作中遇到的“老大难”问题，比如钻头振动导致的钻具疲劳失效，这本书都给出了详尽的力学分析和工程对策。阅读它，感觉就像是在跟一位顶尖的研发团队进行深度技术研讨会，每一页都充满了扎实的工程智慧和对工程细节的极致追求。这已经超越了教材的范畴，更像是一部系统的、面向实践的工程手册。

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作为一个追求技术前沿的科研人员，我通常更关注那些聚焦于特定新兴技术的专著。但读完这本《Advanced Drilling Engineering》后，我发现它提供了一个无可替代的“全局观”。它对新技术的融入非常及时，比如对可回收套管技术和自动化钻井系统的初步探讨，展现了作者对行业未来发展的敏锐洞察力。书中对钻井过程中环境影响和可持续性钻井（Green Drilling）的讨论，虽然篇幅不长，但立意高远，将工程效率与社会责任紧密结合起来。最让我感到惊喜的是，它对数据科学在钻井优化中的应用潜力进行了探讨，虽然没有深入到代码层面，但指明了未来钻井工程师需要掌握的核心能力方向。这本书的语言风格介于严谨的学术论述和坦诚的工程经验分享之间，使得即便是接触了前沿研究的读者，也能从中找到共鸣和新的启发点。它不仅仅是关于“如何钻井”，更是关于“如何用更智能、更安全的方式钻井”。

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这本书的结构设计非常严谨，逻辑链条清晰得令人赞叹。我注意到作者在章节衔接上花费了大量心力，使得从钻井规划到钻具选择，再到钻井液性能测试的整个流程，都呈现出高度的系统性。尤其值得称赞的是，它对于固井工程的介绍部分，不再是草草带过，而是深入探讨了水泥浆流变学、固井质量评价的声波测井解释，以及如何处理复杂的环空流动问题。很多同类书籍为了追求篇幅，常常牺牲固井的细节，但这本书却将其视为与钻井同样重要的环节来详细论述。我个人非常喜欢它引入的案例研究，这些案例都来源于真实世界的复杂井场，其中对钻井参数调整的“时间序列”分析，让我清晰地看到了理论如何在瞬息万变的现场得到验证或修正。这本书的价值在于，它教会我们如何进行系统性的、全生命周期的钻井设计，而不是仅仅关注某一两个技术点。它培养的是一种全面的工程思维。

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