The Oil & Gas Industry A Nontechnical Guide

331 Pages·2012·32.531 MB·English

by  Joseph Hilyard

O THE IL & GAS
INDUSTRY
A NONTECHNICAL
GUIDE
JOSEPH F. HILYARD
Disclaimer
The recommendations, advice, descriptions, and methods in this book
are presented solely for educational purposes. The author and publisher
assume no liability whatsoever for any loss or damage that results from
the use of any of the material in this book. Use of the material in this
book is solely at the risk of the user.
Copyright© 2012 by
PennWell Corporation
1421 South Sheridan Road
Tulsa, Oklahoma 74112-6600 USA
800.752.9764
+1.918.831.9421
[email protected]
www.pennwellbooks.com
www.pennwell.com
Director: Mary McGee
Managing Editor: Stephen Hill
Production Manager: Sheila Brock
Production Editor: Tony Quinn
Book Designer: Susan E. Ormston
Cover Designer: Charles Thomas
Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
Hilyard, Joseph.
The oil and gas industry : a nontechnical guide / Joseph F. Hilyard.
p. cm.
Includes bibliographical references and index.
ISBN 978-1-59370-254-0
1. Petroleum industry and trade. 2. Petroleum engineering. I. Title.
HD9560.5.H5125 2012
338.2’7282--dc23
2012007391
All rights reserved. No part of this book may be reproduced,
stored in a retrieval system, or transcribed in any form or by any means,
electronic or mechanical, including and recording, without the prior
written permission of the publisher.
Printed in the United States of America
1 2 3 4 5 16 15 14 13 12
To my two sons, Jonathan and Aaron,
whom I hereby direct to use wisely their share
of the petroleum products and natural gas
brought to market in the 21st century.

Contents
Preface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .xv
1 Origins of Oil and Gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
A Brief Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Subsea Burial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Hydrocarbon Generation within Source Rock . . . . . . . . . . . .3
Migration to Reservoir Rock. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Hydrocarbon Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Structural traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Stratigraphic traps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Combination traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2 Oil Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
General Composition of Crude Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Conventional Crude Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Classiication scheme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Benchmark crudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Crude oil prices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Unconventional Crude Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Tar sands/oil sands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Shale oil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Resources and Reserves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Recent Trends in U.S. Oil Production. . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Products Created from Oil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Recent Trends in Oil Consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Projected Trends in Oil Consumption. . . . . . . . . . . . . . . . . .25
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
The Oil & Gas Industry: A Nontechnical Guide
viii
3 Natural Gas Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Formation and Composition of Natural Gas . . . . . . . . . . . . .29
Conventional Natural Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
Unconventional Natural Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
Deep gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Tight gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Shale gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
Coal-bed methane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
Geopressurized gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
Methane hydrate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
Resources and Reserves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Recent Trends in Gas Production. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Projected Trends in Gas Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
Recent and Projected Trends in Gas Consumption . . . . . . . .44
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
4 Searching for and Evaluating Oil and Gas . . . . . . . . . . . .49
Obtaining Rights to Explore for and Produce Oil and Gas. . .49
Production-sharing agreement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
Service contract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
Production contract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
Exploration Activities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
Geologic methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Geochemical methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Geophysical methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Survey Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Gravimetric survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Magnetic survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Seismic survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
Exploratory Drilling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
Evaluation Methods and Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
Well logging. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
Real-time methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
Other evaluation methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
Making the Decision
to Begin Production. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
Development economics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
Technical and operational factors. . . . . . . . . . . . . . . . . . .65
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
Contents
ix
5 Drilling and Completion: Onshore . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
Site Preparation and Well Construction. . . . . . . . . . . . . . . . .67
Rotary Drilling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
Prime mover. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Hoisting equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Rotating equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
Drill bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
Circulating system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
Blowout prevention. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
Drilling techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
Drilling problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
Well Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
Onshore Well Completion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
Casing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89
Bottom-hole treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90
Tubing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
Wellhead and related equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92
Well Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
Acidizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
Hydraulic fracturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98
6 Drilling and Completion: Ofshore . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
Exploratory Drilling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
Drilling barge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Mobile ofshore drilling unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Well Completion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
Fixed Development and Production Platforms. . . . . . . . . . .105
Steel-jacket platform. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
Gravity-based platform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Tension-leg platform. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
Compliant-tower platform. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
Floating Development and Production Platforms. . . . . . . . .110
Semisubmersible vessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
Monohull platform (FPSO). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111
Spar platform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112
The Oil & Gas Industry: A Nontechnical Guide
x
7 Managing Oil and Gas Production . . . . . . . . . . . . . . . . .115
Start of Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
Artiicial Lift. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
Workover of a Well . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
Workover actions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
Sidetrack well. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
Recompletion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
Workover of ofshore wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
Improved Oil Recovery. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
Waterlood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
Gas injection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Chemical lood. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Thermal recovery. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Gas Production Management—an Overview . . . . . . . . . . .123
Initial Gas Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124
Gas Processing Operations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125
Removal of carbon dioxide and hydrogen sulide . . . . . .126
Removal of water vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126
Removal of heavier hydrocarbon gases. . . . . . . . . . . . . .126
Nitrogen removal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127
Helium removal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127
Other Environmental Issues in Gas Production . . . . . . . . . .127
When Production Ends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128
8 Transporting Oil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131
Preliminary Crude Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
Pipeline Networks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133
Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133
Pipe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135
Other components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139
Inspection and maintenance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
Ofshore Pipelines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
From wellhead to platform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
From platform to shore. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146
Oil Tanker Ships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
Railcars and Tank Trucks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
Oil Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152
SPRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155
Contents
xi
9 Transporting Natural Gas by Pipeline. . . . . . . . . . . . . . .157
Overview of Gas Transportation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
Transmission Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160
U.S. gas transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160
Basic pipeline equipment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
Gas storage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168
Inspection and maintenance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
Global gas transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171
Distribution Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
City gate station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
Piping network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
Piping materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
Minimizing gas leakage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176
Controlling corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
Peak-shaving. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
10 Transporting Natural Gas as LNG. . . . . . . . . . . . . . . . . .179
Background. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179
The Liquefaction Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182
LNG Storage Tanks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183
Ofshore Liquefaction Concepts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185
LNG Tanker Ships. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
Onshore Regasiication Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190
Ofshore Regasiication Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192
LNG Safety. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192
11 Converting Oil into Products. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
Overview of Reining. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
Separation/Distillation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197
Conversion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202
Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202
Combination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .206
Modiication. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207
Enhancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208
Hydroprocessing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209
Amine treating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209
Solvent extraction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209
Sweetening. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209