中国石油学会
石油与天然气资源，既是当今世界主要的优质能源，又是保障一个国家政治、经济、军事安全的重要战略物资。石油与天然气工程（Petroleum Engineering），就是围绕石油与天然气资源的钻探、开采及储运而实施的知识、技术和资金密集型工程，是石油天然气勘探开发的核心业务，包括钻井、完井、油藏、生产及储运等主要业务内容，涉及力学、化学、地质、材料、机电及管理等多学科领域。在世界范围内，石油天然气勘探开发的巨额花费主要用在石油与天然气工程方面，包括油气勘探总成本的大部分(55％80%)及油气田开发与油气储运工程的全部花费。
石油与天然气工程学科的发展水平，不仅取决于本学科以往发展的积累，而且与经济社会的发展和需求密切相关。近年来，由于各国对石油和天然气不断增长的巨大需求，国际性的石油与天然气勘探开发事业呈现出空前繁荣的发展局面，从而使石油与天然气工程学科面临许多新的机遇和挑战。
一、本学科国内外发展状况
近年来，伴随石油与天然气工业的快速发展，国内外对石油与天然气工程越来越重视，科技投入逐年增加，高等教育规模不断扩大。在世界范围内，由于对石油和天然气的消费急剧增加及石油价格的不断飚升，各国及相关公司在油气勘探与开发利用方面的投资和活动明显增加，从而对石油与天然气工程科技及专业人才提出迫切需求。因此，石油与天然气工程科技和教育在国内外呈现出加速发展的态势。在国内，石油与天然气工程学科建设在国家“211工程”带动下也取得了重要进展，目前已有3个石油与天然气工程学科点(中国石油大学、大庆石油学院、西南石油大学)被评选为国家一级重点学科(2007年)，而且中国石油大学的石油与天然气工程学科点已被选入国家“优势学科创新平台项目”重点建设计划(2006年)。
我国以学科建设为龙头，以市场需求为动力，对工程科技和教育的发展产生了巨大的推动作用。在石油与天然气工程学科领域，不仅本科生和研究生教育规模有明显扩大，而且在海洋石油大位移井开发工程、西部超深井钻探工程、复杂油气藏开发、提高油田采收率及油气管道长输等方面取得了丰硕的科技创新成果，其中部分成果已在现场获得推广应用，产生了巨大的经济和社会效益。
二、本学科国内发展的主要科技成就
近三年来（2005、2006、2007），国内在石油与天然气工程学科领域显示出许多重大科技成果，获国家技术发明二等奖3项及国家科技进步奖16项（其中一等奖1项、二等奖15项），标志着我国在石油与天然气工程领域的科技水平不断提高，科技实力进一步增强。
（一）油气井工程科技进展
（1）近海高水垂比大位移井工程。为挽救南中国海流花11-1油田，在311m水深条件下采用原有的浮式钻采平台和水下井口独立设计与实施了5口高水垂比大位移井工程，创造了5 634 m水平位移、6.13水垂比(从泥线算起)等国际高新指标，形成了一套先进的大位移钻井技术与实施准则，包括大斜度长裸眼延伸极限预测与控制、管柱摩阻/扭矩预测与控制、套管磨损预测预防、井眼清洁及导向钻井控制等，标志着我国在海洋石油大位移井工程领域已经走在世界的前列。
（2）欠平衡和气体钻井技术。在欠平衡与气体钻井装备与工具的配套和国产化、欠平衡与气体钻井技术的配套与规模应用、及时发现与保护储层、解决井下复杂和大幅度提高钻速等方面取得了一系列成果，应用于川渝油气田磨溪、七里北等地区，提高钻速5～15倍，创造了“磨溪速度”和“七里北奇迹”。
（3） 地质导向钻井系统。研发出一套带近钻头传感器（电阻器、自然伽马、井斜）的地质导向钻井系统－CGDS-1系统，形成了适用于生产的地质导向钻井配套新技术，具有我国的自主知识产权，总体上达到国外20世纪90年代的技术水平。CGDS-1系统由3个子系统组成，即CGMWD无线随钻测斜仪、CAIMS测传导向马达、CFDS地面信息处理与决策软件包。
（4） 深部盐膏层蠕变规律的研究与应用。形成了深层地应力高精度综合测量技术，建立了深层复杂地层盐膏岩蠕变新模式，基于三维地层变形的盐层套管载预测技术，阐明了深部盐膏岩井眼变形规律，提出了合理钻井液密度的设计方法。研究成果在我国80％的盐膏层油气田得到应用。
（5） 超深井钻探技术与装备。塔深1井，是中国石化集团为实施“塔河之下找塔河”战略而部署的第一口超深探井，于2006年7月12日完钻，实际井深达到8 408m，是目前亚洲地区钻井最深的油气探井。2007年，我国首台拥有自主知识产权的12 000m超深井钻机由中国石油集团研制成功，这也是国内外第一台陆地用12 000m交流变频电驱动钻机。
（6） 油气井套管损坏预防理论与技术。从建井和管材源头上入手，找到一条预防复杂条件下油气井套管损坏的新途径，并在国内外率先研发出“新型高抗挤套管与复合管柱技术”等新产品和新技术，为有效解决油气井套管损坏这一国内外普遍存在的重大技术难题产生了重要推动作用。本研究提出复杂油气井套管柱优化设计理论和方法，详细研究了非均匀载荷对套管强度的影响规律；采用内径一致、外径变化的复合管柱设计，针对复杂地层井段研制和使用新型高抗挤套管，真正实现了“既安全又经济”的优化准则，在油田已推广应用上千口开发井，取得了良好的综合开发效益。
（7） 新型射流理论和技术研究与应用。建立了喷嘴结构优化设计模型，揭示了围压下自振空化射流结构和特性，发展了自振空化射流理论，先后研制成功了自振空化射流钻头、高压旋转射流处理地层和自激波动注水技术，在全国多个油田大规模推广应用，平均提高机械钻速12.1%～23.1%，油井单井增油20％～30％，注水井单井增注30%～130％，累计创经济效益10多亿元。
（8） 油层保护与改造新技术。研发新型油层无损害钻井“油膜法”暂堵技术，减轻钻井液对不同渗透性油层的损害；研发可水解高弹性修井液及注水过程中脉冲电磁水处理技术，减轻修井液、注入水对油层的损害；研究模拟油层条件的损害机理，开发定量诊断及解堵优化技术；研发系列防砂工具和方法，建立油层连续出砂空间定量模拟及防砂优化技术，提高防砂有效期，现场应用成功率达100％，防砂有效期高于国内外技术220％以上，获得了显著的经济效益。
（二）油气田开发工程科技进展
（1） 聚合物驱后化学驱提高采收率技术，主要包括“化学驱提高石油采收率基础研究与应用”和“泡沫复合驱技术”。前者成功地研制出烷基苯磺酸盐及新型耐温抗盐梳形聚合物，使我国拥有具有自主知识产权的驱油用表面活性剂及聚合物产品，同时形成了一套油田开发后期储层精细建模方法；后者既具有与三元复合驱相同的提高驱油效率的优点，同时具有较强的扩大波及体积的作用，而且其扩大波及体积的作用具有选择性，可提高石油采收率30%左右，并使聚合物用量降低，从而减少了体系的化学剂用量。
（2） 水驱油藏剩余油富集区预测技术。建立了“分割控油、弱驱富集”的剩余油富集理论体系，形成了“断层分割控油、夹层分割控油、优势通道控油”理论。该理论体系对有效挖潜剩余油、提高水驱采收率有重要的指导作用。研究期间，该成果在胜利油区的190个开发单元推广应用，累计增油875万t，增加可采储量4 335万t。
（3） 复杂油藏开发技术，主要包括低渗透油田开发配套技术和复杂碳酸盐岩油田高效配套技术。前者研发出虚拟井约束的储层预测技术、非达西井网优化设计方法、裂缝性油藏井网优化设计方法、超薄油层水平井开发技术，使特低渗透、特低丰度及强水敏储层等低品位油藏得到有效开发，使大庆油田外围年产原油突破500万t，创净利润45.64亿元；后者形成了一套具有巨厚盐丘异常高压特低渗透复杂碳酸盐岩油田高效开发配套技术，应用该技术使前苏联原认为不可动用的上亿吨地质储量转变为高效开发的优质储量。
（4） 高压凝析气田开发技术。已形成了高压凝析气藏“先期采油、气液同采、后期蒸油”的23种开发模式，指导了柯克亚、牙哈和吉拉克—桑南三类油气藏的高效开发。通过研究，塔里木油田采用循环注气的开采技术，保持了地层压力，使我国最大整装高压凝析气田牙哈凝析油采收率达到54.7%，不仅成功打开了我国油气藏开发的一个崭新领域，而且创造了巨大的经济社会效益。
（5） 海洋复杂油气藏开发技术。形成了渤海海域复杂油藏储量综合评价、开发井随钻综合研究、河流相储层精细描述、随机三维地质建模、三维可视化技术等18项具有核心竞争力的配套技术。自2002年以来，通过各种优化调整并结合先进的钻完井技术，日产量提高了8 212 m3，年增产油200多万 m3。
（6） 节能型高效采油工程技术。螺杆泵占地面积仅为抽油机井的1/3，比传统抽油机节约钢材1/4，节电40%以上。截至2004年，螺杆泵采油技术服务于哈萨克斯坦、吉林、玉门等十几个油田，取得直接经济效益8亿多元。中国陆上石油工业一半左右的油井可以采用这种螺杆泵，将产生巨大的经济和社会效益。
（三）油气储运工程科技进展
（1） 百万吨级海上油田浮式生产储运系统(Floating Production & Storage and Offloading systems，简称“FPSO系统”)的研发。在FPSO系统设计和建造技术上取得重大突破，自行设计建造了8艘FPSO系统，使我国成为目前世界上新造和拥有FPSO系统数量最多的国家之一。目前在役的FPSO系统支持着海洋近75%的原油产能，8艘自行设计和建造的FPSO系统先后服务于10个油田，使我国海上油田累计增加产量12 434万t。
（2） 浅海海底管线电缆检测与维修装置。成功研制出国际首个适用于浅海海域的海底管线、电缆检测与维修装置。该装置既能水面航行又能潜入20米水深，对埋入泥面下的管线和电缆进行连续探测与自动追踪，还可以智能坐落于海底，用水下螺旋锚固定，将可伸缩的维修舱插入泥下，形成保压的无水空间，便于维修人员进行管线检修。该装置投产后已在胜利浅海油田对海底管线和电缆进行了数次巡线检测，还对海底管线进行了打卡作业维修，使用效果良好。
（3） 压力管道安全检测与评价技术。成功解决了油气输送管道检测中的一系列技术问题，研发出油气输送管道二维漏磁检测系统，研制成功便携式油气管道γ射线检测仪。这些成果和技术产品不但达到国外同类产品的水平，而且在盲区消除、标记准确性、信号噪声比的提高、消磁的彻底性以及缺陷信号的传送与识别方法等方面还超过了国外同类产品。
（4） 原油管道泄漏检测与定位技术。针对我国原油大多是易凝高粘、必须加热输送的特点，在提高泄漏检测灵敏度和漏点定位精度、减少误报率、停输状态下的泄漏检测及检测系统的软硬件设计等方面，解决了一系列关键技术难题，申请6项国家发明专利。截止2005年12月，该检测系统已在我国4 677 km的原油管道上安装使用，有效地遏制了打孔盗油犯罪，保证了原油管道的安全生产。
三、国内本学科与国际先进水平之间的差距
（1）在深海油气资源钻探与开发领域，国外最活跃海域是墨西哥湾、西非海域、巴西近海和北海，目前的最大钻井水深已超过3 000 m，而我国仍处在起步阶段，深海钻探能力仅达到600m水深，开发作业能力只有503 m水深。
（2）在连续管技术、膨胀管技术及套管钻井技术等方面，美国等发达国家一直走在我国的前面，国内不仅缺少自主研发的技术装备，而且工程应用也较少，甚至在连续管钻井和膨胀管钻井方面仍处于空白。
（3）在复杂结构井的油气藏设计及钻完井等方面，美国、加拿大等西方发达国家拥有一整套先进的技术和工具，并在油气田开发中得到推广应用，而我国无论是在核心技术创新还是在应用规模上，都与国际先进水平存在较大差距。
（4）随钻测量(包括几何、地质、力学等测量)、随钻地震、旋转导向钻井、智能管、智能完井、油田数字化等一系列高新技术，是表征油气钻采工程信息化、智能化及自动化的重要内容，目前这方面最先进的技术几乎被美国等西方发达国家所垄断，而我国则长期处于难以摆脱的落后被动局面。
（5）在石油与天然气工程学科建设方面，国内在高水平人才队伍、实验平台条件、科研水平、人才培养质量及国际学术影响等方面，与国际先进水平相比仍存在一定差距，具有国际重大影响的原创性科技成果较少。
四、本学科国内外发展的趋势与特点
（1） 在油气井工程领域，进入21世纪后，旋转钻井仍将是石油天然气勘探开发中最主要的钻井方法。为了减少“钻进间断”，必须深入研究新的旋转钻井方式及其理论基础，不断提高整体技术与装备水平，尤其是信息化、智能化及自动化钻完井系统的研发，需要不断加强。同时，油气井工程学科将更加注重多学科交叉融合，以有利于提高油气勘探发现率及油气田开发采收率，还要不断满足深海油气资源、海相油气资源和特殊油气藏的高效钻探与开发需求。
（2） 在油气田开发领域，国内未来的发展主要集中在进一步提高老油田原油采收率及特殊油气藏的开发两个方面。前者重点研究油藏的精细描述及油藏剩余油富集区预测、油层深部调驱以及聚合物驱后提高采收率、复杂结构井井网调整、高含水油田井下油水分离、抽油机井杆管偏磨防治及节能技术等；后者重点研究低渗透油气藏、稠油及煤层气等低品位油气资源的高效开发、高危气田安全开发、深海油气资源的有效开发、天然气水合物的开发利用等。
（3） 在油气储运方面，保证大型油气管道网络的安全、经济运行，保障油气供应，是目前国内外油气储运系统面临的新的重大课题，这需要研究大型管网系统的优化设计和运行控制、油气管道和其他储运设施安全检测及完整性评价和管理、大型地下油气储库的建设和运行管理、液化天然气(LNG)储运等一系列技术，同时需要培养一大批高素质的专业技术人才作为根本保障。
（4） 石油与天然气工程的学科发展特点表现为：① 有关地质-油藏-采油-钻井-经济-安全-环境-节能多学科协同工作方式越来越明显，并呈现出良好效果；② 在进一步提高老油田原油采收率基础上，针对特殊油气藏的钻探、开采与储运工程科技研究越来越受到重视；③ 从国内外发展趋势看，石油与天然气工程各主要环节均朝着信息化、智能化及自动化方向发展。
五、促进本学科国内发展的措施与建议
随着国内石油与天然气勘探开发程度的不断提高，剩余的石油和天然气资源大多分布在高原、山地、沙漠、黄土塬和海洋(尤其是深海)覆盖地区，地面环境和地质条件都比较复杂，而且大多属于低品位油气资源，勘探开发难度加大。同时，国内油气资源已明显不能满足国家需求，客观上要求我国必须积极开发利用国外的油气资源。因此，石油与天然气工程学科的未来发展面临新的机遇和挑战，需要我们认真把握与应对。
（1）在油气井工程方面，应强化成熟技术的完善和规模应用，加强瓶颈技术的重点攻关与现场试验，适当引进国外的先进技术与装备，同时应注意加大基础理论和前沿储备技术的研究力度，逐渐缩小与国际先进水平的差距。
（2）在油气田开发方面，遵循“稳定东部、发展西部、气体换代、跨国共享”的原则，充分发挥东部老油田进一步提高采收率的技术优势，挖掘西部地区特殊油气藏开发潜力，重视气体能源的规模开发利用，应用优势技术进行国外油气资源开发权的竞争，全方位保障国家油气发展的重大需求及国民经济的快速发展。
（3）在油气储运工程方面，应积极构建开放式的科技创新体系，通过多学科专业协同攻关研究，全面推动油气储运工程科技的创新发展，不断满足日益增长的油气储运建设与生产对高新技术的需求。
（4）根据国内现有基础，整合优势资源，进一步加大科教投资力度，在相关高等学校和科研院所建立若干各具特色的“石油与天然气工程学科创新平台”，有效提高本学科在科学研究和人才培养方面的创新能力，为满足国家油气发展的重大需求提供人才和科技支撑。
Petroleum Engineering
Petroleum engineering is a technology and capital intensive engineering for oil & gas. It includes drilling & completion, reservoir engineering, production, storage and transportation, and a comprehensive research area related to mechanics, chemistry, geology, material science，machinery & electron, management and so on. It is the kernel operations for petroleum exploration and exploitation. In the past three years, there are fruitful achievements gained in China including three national-grand awards for technical invention and 16 national-grand awards for scientific-technical progress.
1. Progress in drilling & completion for oil & gas
Five high horizontal-vertical ratio extended-reach wells in Liuhua 11-1 oil field have been finished with the highest horizontal-vertical ratio of 6.13 and high profitability at deepwater area of South China Sea. It is indicated that China has ranked among the world front line in extended-reach well engineering field under deepwater condition.
Research and applications on technologies of under-balanced drilling and gas drilling have created the “Moxi speed” and “Qilibei miracle” phenomenon.
The geosteering drilling system with autonomous intellectual property right has been developed in China.
Significant achievements have been obtained by Chinese researchers and engineers in the study and application of creep deformation of the gypsum-salt formation in the deep well.
A 12,000 meter rig for ultra deep well has been designed and manufactured. It has an autonomous intellectual property. This is the first one for Chinese petroleum industry.
The well Tashen-1 which is the deepest exploration well in Asia at present has been drilled successfully to reach total depth of 8,408 meter in Westen China.
The high collapse resistance casing and combined casing string technology have been first presented both in domestic and abroad which find a new way to prevent the casing from failure under complex geological conditions by means of the optimal designs of well construction and tubular material used.
Advanced water jet flow technology has been widely used in domestic oil fields which can increase the average ROP of 12.1%～23.1%, raise crude oil production of 20%-30% for single oil well, augment injection volume of 30%～130％ for single injection well.
New technologies on protection and stimulation of oil reservoir have made good effects on some oilfields.
2. Progress in exploitation engineering for oil & gas field
The study on enhanced oil recovery ratio by chemical drive after polymer drive has gained significant progress fundamentally. The new foam-drive process can increase the recovery ratio about 30%.
The new technology of research on residual oil distribution is applied to 190 reservoirs of Shengli oilfield. It increased the oil production in accumulation of 8.75 million tons and the recoverable reserve of 43.35 million tons.
The exploitation technology for low-permeability reservoir is applied to Daqing oilfield and increased the oil production of 5 million tons annually in its periphery.
The exploitation technology for complex carbonate reservoirs is applied to former Russia oil field and changed more than 100 million tons of its unrecoverable oil reserve into the recoverable reserve.
The exploitation technology for high-pressure condensate reservoirs is used in Yaha gas field that is the largest one in China to make the recovery ratio of reservoir reach 54.7%.
The advanced exploitation technology for complex offshore oilfields is successfully applied to Behai oilfield. It includes reserve evaluation, in spot study of exploitation wells, oil reservoir characterization for fluvial deposition, and so on.
The energy-saving screw pump technique is used at more than 10 oilfields in China as well as in Kazakhstan, and earned benefit over RMB 800 million Yuan.
3. Progress in transportation and storage engineering for oil & gas
Eight Floating Production & Storage and Offloading (FPSO) systems for processing and storing crude oil were deigned and manufactured independently in China. They have been applied to 10 offshore oilfields in China to increase the oil output in accumulation of 124.34 million tons.
The pipeline system used for shallow sea area and the corresponding maintenance equipment were invented by Chinese engineers. It is used successfully in shallow sea area of Shengli oilfield.
The checking device of magnetic leakage for transportation pipe line and the portable γ-ray detector were designed and manufactured in China. The technical performance index reaches international advance level.
The leakage checking and locating system for oil transportation pipeline was invented and used in the pipeline with long distance of 4,677 km in China. This system can be used to provide a strong technical support for the safe operations of the oil transportation pipeline.
A calculation system for pipeline safety evaluation and risk analysis has been developed in order to have a breakthrough in applications of X70/X80 pipeline steel and steel pipe. And the technology for corrosion and protection of pipeline has made a notable progress simultaneously in China.
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