油气井工程管理与评价01

《油气井工程管理与评价》讲义第一章石油的重要作用第一节石油是一种重要的能源能源的定义：根据物理学的定义，能源泛指自然界能够释放某种能量的物质（木材、煤炭、石油、水力等）。我们所讲的能源一般是经济学意义上的能源，是指拥有某种形式的能量，在一定条件下可以转换成人类生产、生活所需的燃料和动力来源的物质和物质运动形式（风力、水力等）。能源是人类赖以生存和进行生产的重要物质基础，人类社会发展的历史与人类认识和利用能源的历史密切相关，文化科学、工程技术越进步、社会越发展、人类对能源的依赖程度就越强烈。人类的衣食住行都离不开能源。在当代，能源资源及其开发利用不仅直接影响人类文明和社会经济的发展而且对国际政治也产生着越来越大的影响，正是在这种意义上，人们对能源的研究与关注已远远超越了能源本身。能源分类：能源的种类很多，并且其范围随着人类社会生产和科学技术的发展而不断扩大。能源按照不同的生成方式：可分为一次能源和二次能源。一次能源又称初级能源，是自然界现成存在、可以直接获取成为可用能源而不改变其基本形态的能源、煤炭、石油、天然气、水力、风力、太阳能等等都属于一次能源；二次能源又叫次级能源，是指由一次能源经过加工转换形成另一种形态的能源，电能、汽油、煤油、柴油、沼气、酒精等均属二次能源。一次能源按照能源的形成和再生性，可分为再生能源和非再生能源。再生能源一般指不会随人类的开发利用而递减的能源，如水力、潮汐、太阳能、风力、地热能等，取之不尽，用之不竭；非再生能源一般是指经过漫长的地质时代生成，一旦开采后在人类可预见的时期内难以再生成的能源：如矿物能源（石油、天然气等）。能源是现代经济的“血液”，在社会经济体系中占据着突出重要的地位，英国著名经济学家E﹒F﹒舒尔茨在1964年就指出“能源是无可替代的，现代生活完全是架构于能源之上，虽然能源可以象任何其他货物一样买卖，但并不只是一种货物而已，而是一切货物的先决条件，是和空气、水和土同等的要素”。舒尔茨的这段论述毫不夸张地说明了能源在人类生活中的作用。经济发展对能源的高度依赖，决定了国家为了获得经济发展必须首先保证充足的能源供应。能源战略成为国家决策中应优先考虑的重大问题之一。同时，能源对世界经济所起到的决定性作用，也使其与国际政治产生了千丝万缕的联系。能源已成为国际政治体系中拥有举足轻重影响的因素。第二节世界能源的发展自从原始人发现使用火以后，能源的开发利用就成为人类社会发展的重要物质基础。近代，由于能源技术的重大突破，促使人类能源消费结构发生变化，能源消费结构变化是人类文明向前发展的重要标志，而不同能源资源的开发利用是能源消费结构转变的基础和前提。从主要的能源资源的使用来看，人类社会已经经历了三个能源时期：薪柴时代、煤炭时代、石油时代。人类社会有史以来，作为主导能源的资源已经历了两次大的转变：第一次是18世纪60年代由英国首先开始的第一次产业技术革命（蒸汽机的发明），由“薪柴时代”转向“煤炭时代”；第二次是20世纪20年代，首先从美国开始的第二次产业革命，由“煤炭时代”转向“石油时代”。下面我分别加以介绍。18世纪，人类学会了将热能转换为机械能，发明了蒸汽机，推动了人类历史由农业社会进入工业社会，并促使能源消费结构发生了一次历史转变，即主要能源由薪柴转向煤炭，导致这一转变的主要原因是人类生产力发展提出的高的能源需求，其中蒸汽机的发明对此起到了巨大的推动作用，由于有了蒸汽机，人类生产活动由过去的手工作业发展到机器作业。机器大工业的产生，给能源利用提出了两新问题：首先，需要有充足的燃料保证大规模发展冶金业以生产机器所需的金属材料。在机器工业时代，随着机器制造技术的进步和机器的大规模应用机器本身不再用手工制造，而是使用机器来制造，由于运转速度的提高，操作强度的加强，机器就必须以金属而不是木材作为制造原料。当时，冶金工业主要是指钢铁工业，而铁的冶炼直到１８世纪中叶在英国还几乎全部使用木炭，随着森林不断地被采伐，木材资源越来越少，冶金工业的能源危机也越来越危及着生产力的发展，人们日渐希望寄托在当时已经在家庭使用的燃料——煤炭这种矿物能源上。随着焦碳取代木炭用于炼铁，炼铁业的生产效率迅速提高，生产成本也大幅度降低，铁得到了更广泛的应用。再者，机器的普遍使用需要有充足的能源推动机器的运转，随着工业革命的深入发展，机器从最初的纺织工业拓展到其他更广阔的领域，并且每一个领域里的机器都成为系列化体系，这些相互联系的机器体系又构成了庞大的工业社会若干生产工具的技术革命，引起了动力和传动机械的变革。要带动机器并使之不停地转动，单靠人力和畜力是肯定不够的，而水力和风力的应用又受到自然地理条件的限制，蒸汽机的发明解决了这一问题。蒸汽机能生产出完全受人控制的动力，并且蒸汽机可随意移动，突破了自然地理条件的限制，由于蒸汽机能够普遍应用到各种行业的各种工艺中，因而强有力地推动了所有工业部门的发展，从此发动机、传动机、工作机就组成了工业生产的系列，这是人类生产技术的一次重大飞跃。随着蒸汽机和以蒸汽机为原理及动力的其他机械的广泛应用，煤炭的消费量逐渐增加，煤炭在世界能源消费中的地位也越来越重要，煤炭成为１９世纪资本主义工业化的动力基础，从１８００到１９００的１００年间，世界一次能源总消费量增加了１．４倍，其中煤炭消费量增加了４．５倍，到１９世纪７０年代煤炭在世界一次能源消费中的比重上升到２４％，到２０世纪初又上升到６０％１９１３年世界煤炭产量为１．３２亿吨，１９２０年煤炭占世界商品能源的构成的８７％，这样，到19世纪末，基本上完成了由薪柴向煤炭的世界范围的转变，人类进入了煤炭时代。20世纪20年代，人类迎来了第二次产业技术革命，这次革命中，电气化和内燃机的发明是第二次产为技术革命的主要标志。从１８５９年到２０世纪初，现代石油产业的生产力还较低下，石油中大量的汽油馏分及重油无法利用，内燃机的发明改变了这一切，内燃机使汽油馏分成为动力机车、飞机、坦克、军舰的重要燃料，石油进入了动力时代。石油作为动力能源首先应用于汽车工业。美国石油工业的发展为汽车工业的兴起提供了充足的动力，汽车工业的发展又为石油工业提供了坚实的保证。１９００——１９１２年间美国私用汽车保有量由８０００辆猛增至９０．２万辆，随着工业锅炉、列车、轮船均开始以石油作为燃料和动力原料，巨大的石油市场逐渐形成了。此外，第一次世界大战前，出于争霸世界的需要以英、德为主的欧洲列强纷纷将军事装备由使用煤炭改为使用石油，这大大刺激了对石油的需求。而且，因为石油的战略价值已在第一次世界大战中充分体现出来，所以，在二战期间，石油成为异常重要的战略物资，其需求量远远超过以往任何时期。二战后，世界经济恢复发展更拉动了对能源的巨大需求，而石油具有可燃性好、热值高、易运输等特点，同时石油价格长期低于煤炭价格，因此石油不断排挤煤炭，世界石油工业进入了一个飞速发展时期。战后１４年，世界原油产量年均递增７．６％石油消费增长基本与之同步。１９６７年石油在一次能源消费结构中的比例达到４０．４％，超过了煤炭３８．８％。从此，人类社会完成了由煤炭向石油的转变进入了石油时代。从1967年到现在，石油在全球一次能源生产和消费结构中一直占４０％左右。第二节石油对世界的影响石油的最初用途步入“石油时代”以前，人类同石油打交道已有五千年的历史，但是人类用现代手段开采石油的历史，却只有一百三十余年。在对其进行商业开采之前，石油的用途是极为有限的。人们对石油最初的认识是将其用作盖房筑路、兴修水利、镶嵌装饰、当油漆堵船缝，且由于天然沥青含有硫磺和其他物资，人们把它当作灵丹妙药，用以治疗疾病等等。19世纪50年代，在美国向西、向南大规模进行领土扩张以后，居住在宾夕法尼亚等地的创业者们开始了用先进手段从地下开采石油的尝试，经过长达八年的艰苦努力，1859年，世界第一口油井——“德雷克油井”诞生。此后，作为能源意义上的石油资源正式登上历史舞台。当时，石油主要被用作照明。由于石油较当时所用的煤油成本低廉，导致其高额利润的产生。石油业带来的高额利润促进了类似淘金狂热时代的来临，到1860年11月，即德雷克发现油田十五个月之后，大约有七十五口井在采油。但该时期采油量都不高，在1861年4月情况有了变化，当钻机第一次钻到饱藏石油的油层时，石油以每天三千桶的惊人数量喷出来，产量随之急剧上升——从1860年的45万桶增加到1862年的300万桶。市场的发展不能迅速适应大量增长的石油。油价从1861年1月的十美元一桶跌到7月份的五十美分一桶，到了1861年年底继续下跌到十美分一桶，许多石油生产商纷纷破产了。但低廉的石油价格很快将煤馏油和其它照明油逐出了市场，从而使石油完全占据了照明用途的燃料市场。市场扩大，需求和供给取得了平衡，油价也迅速回升，引起了新的石油开采投机热潮。为了最求高额回报，石油开采业开始了一场大量生产的竞争。这种投机和疯狂的超量生产必然导致市场供求失衡及价格严重下滑的恶果。1866年和1867年的经济萧条吞噬了石油工业，油价下跌到2.40美元一桶。同时，新的发电技术的出现引出了照明工业的兴起，严重威胁着石油业的主要市场，石油开采与炼油企业纷纷倒闭，日益陷入困境的石油工业必须开拓新的消费市场。2．内燃机的诞生与新的石油时代十九世纪八十年代，内燃机诞生，取代了马匹和以煤为燃料的蒸汽机，解决了交通工具的发动机问题。石油被当作燃料，开始大量用于汽车、轮船和工厂。内燃机的诞生给日益萧条的石油工业找到了新的市场，也为石油垄断行业及西方国家现代商业的兴起和发展奠定了基础。1885年，德国人卡尔·本茨成功地制造出第一辆由内燃机驱动的汽车。内燃机车、远洋轮船、飞机等也得到迅速发展。内燃机的发明，还推动了石油开采业的发展和石油化工工业的产生。20世纪初，以汽油为动力的汽车击败了竞争对手蒸汽机车和电力机车，建立了绝对统治地位。随着汽油发动机的应用，汽车工业开始迅速发展起来。1900年，美国油汽车8000辆，1912年猛增到90.2万辆。此后，各工业部门纷纷引入新的以石油产品为燃料的动力装置，使石油的消费量迅速增加。同时，随着西方列强为争夺世界霸权纷纷研制新式武器，以石油为动力的坦克、飞机、舰艇、装甲运兵车等先进武器先后问世。与军事工业及铁路运输的迅速发展同步，石油作为一种商品与国家战略、全球政治和实力紧密地交织在一起，并逐步成为了影响国家权力和地位的重要因素。二、一战前世界石油格局的初步形成1、美国作为世界石油中心的形成一战前，美国作为世界石油中心的地位主要体现在其开采方式和石油产量上。首先，美国是世界最早使用现代钻井手段获取石油的国家。1859年8月美国第一口现代油井——德雷克油井的诞生向全世界证明：石油可以用钻探手段探明，并且可以大量地获得。它为当时美国新兴工业——石油工业的兴起奠定了技术基础。其次，美国石油的产量占世界总产量的高额比重决定了其石油中心的地位。19世纪60年代正值美国南北战争爆发，战争对石油的大量需求促进了石油工业的迅速发展。战后不久，从宾夕法尼亚西部到毗邻的俄亥俄东部，先后发现了许多新油田。美国石油开采能力迅速扩大，炼油能力发展更快，克利夫兰、匹兹堡、纽约和费城先后变成了美国的炼油中心。石油开采能力也迅速攀升，1871年为523万桶，到1888年，美国国内石油总产量2774万桶，到1899年美国国内石油总产量上升到6360万桶。1899年到1919年是美国石油生产大发展的时期，其石油产量年均增长率达45%，美国成为当时世界上头号产油大国。1901年，美国石油产量占世界石油总产量的41%；1904年到1918年，这个比例上升到60％～70％。到了20世纪初期，形成了以美国为中心的世界石油格局。2、石油垄断组织——托拉斯（七姊妹）对市场的控制19世纪末到20世纪初，石油是世界上最大和最普及的商业，也是十九世纪末兴起的最大的工业，并在此基础上形成了以七大跨国石油公司为首的行业垄断组织，从而世界石油价格和生产方面的决策主要是由各大国际石油公司根据它们自己的商业利益而制定，加强了对世界石油市场的垄断。其中最具代表性的便是十九世纪末