石油工程(上)復(fù)習(xí)題

1、1.某井實(shí)測(cè)懸點(diǎn)最大載荷為45000N，最小載荷為14500N，采用直徑為19mm的抽油桿，其許用應(yīng)力為90N/mm2，試運(yùn)用強(qiáng)度理論分析該抽油桿是否滿足強(qiáng)度要求。解：計(jì)算可得抽油桿截面面積分別為Ar=285.023mm2，則smax=Wmax/Ar=45000/285.023sa=(Wmax- Wmin) /2Ar=(45000-15000)/2285.023sc=smaxsa = 由于抽油桿折算應(yīng)力稍大于許用應(yīng)力，可以認(rèn)為基本上滿足強(qiáng)度要求。但該抽油桿工作在滿負(fù)荷狀態(tài)下，將降低抽油桿的使用壽命。2已知泵徑為70mm，光桿沖程為S=2.7m，沖次n=9min-1，井液密度1=960kg/m3

2、。如果采用7/8in、許用應(yīng)力（-1）為90N/mm2的抽油桿，試求其最大下入深度（r/l=0.20）。解：由計(jì)算得抽油桿與活塞的截面面積分別為Ar=387.984mm2，Ap=3848.451mm2。由基本載荷公式Wmax= Wr+ Wr+( Wrsn2/1790)(1+r/l)Wmin= Wr- ( Wrsn2/1790)(1-r/l)計(jì)算得：Wmax=66.825L(N)，Wmin=23.295L(N)。則：smax=Wmax/Ar=17.22510-2（N/ mm2） sa=(Wmax- Wmin) /Ar=5.61010-2（N/ mm2）=L=-1/c=3. 巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線一般

3、由哪幾個(gè)階段組成？答：一般由巖石被壓密階段、彈性（曲服）變形階段、不穩(wěn)定發(fā)展階段和巖石解體階段。由于巖石中孔洞、裂紋、節(jié)理等細(xì)觀結(jié)構(gòu)的存在，巖石在各種外界荷載和外界環(huán)境的作用下，產(chǎn)生各種缺陷，導(dǎo)致巖石物理力學(xué)性質(zhì)的劣化。巖石在受壓力載荷作用時(shí)，微孔洞、裂紋等會(huì)首先產(chǎn)生閉合，對(duì)應(yīng)于圖3.5 OA段；之后巖石中的微孔洞、裂紋將幾乎不發(fā)生變化，巖石表現(xiàn)出近似線彈性性質(zhì)，對(duì)應(yīng)于AB段；隨著載荷的進(jìn)一步增加，巖石進(jìn)入裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段，此時(shí)巖石中裂紋的擴(kuò)展趨勢(shì)大于閉合趨勢(shì)，巖石的強(qiáng)度逐漸降低，對(duì)應(yīng)于BC段；隨后當(dāng)達(dá)到峰值強(qiáng)度后，巖石內(nèi)的裂紋大量產(chǎn)生與擴(kuò)展，巖石迅速破壞，對(duì)應(yīng)于CD段。 圖3.5 巖體的應(yīng)力

4、-應(yīng)變曲線scss0ABCD應(yīng)變e應(yīng)力s1）OA：巖石內(nèi)部裂隙逐漸壓密2）AB：它的斜率為常數(shù)或接近于常數(shù)，其斜率定義為巖石的彈性模量E。3）BC：裂縫進(jìn)入不穩(wěn)定發(fā)展?fàn)顟B(tài)，這是破壞的先行階段。4）CD：裂縫發(fā)生了不穩(wěn)定傳播，新的裂隙分叉發(fā)展，使巖石開始解體。 4. 伊利石的晶體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如何？對(duì)產(chǎn)層有何影響?答：伊利石晶體構(gòu)造與蒙脫石相似，也是由兩個(gè)硅氧四面體夾一個(gè)鋁氧八面體組成，即為2：1型粘土.不同的是：其品格取代多發(fā)生在硅氧四面體上，所缺的正電荷由K補(bǔ)償.K的直徑為2.66A，四面體表面氧組成的六角環(huán)內(nèi)切園直徑為2.8A，K正好進(jìn)入六角環(huán)中，阻止水分子進(jìn)入.同時(shí)K與晶格取代發(fā)生的位置近，

5、相鄰晶層與K產(chǎn)生較強(qiáng)的靜電引力，使各晶層間拉得較緊，即使在水分子存在的情況下晶層也不易分開。因K不參加交換，同時(shí)本身水化較弱，因此其吸水能力比蒙脫石小得多，膨脹性也較差.伊利石在地層中較為常見，從形態(tài)上看大多數(shù)以搭橋式存在，將大孔隙變成細(xì)孔隙，具有較大的吸水區(qū)，外來液體侵入后造成含水飽和度增加，使油的相對(duì)滲透率下降.同時(shí)毛發(fā)狀伊利石當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)將被打碎并隨流體運(yùn)移，堵塞喉道.5. 選擇鉆井完井液應(yīng)遵守哪些原則？答：鉆井完井液的選擇.從油層保護(hù)的角度來說，應(yīng)考慮地層的特點(diǎn)，遵守下列原則：對(duì)速敏地層.主要問題是微粒運(yùn)移，因此應(yīng)首先應(yīng)選用具有的低的高溫高壓失水量的鉆井液，使進(jìn)入油層的濾液量少，流速低

6、，不超過其臨界流速.對(duì)于水敏性地層，主要問題是粘土水化膨脹。最好采用不濾失的油基鉆井或氣體鉆井液，其次可采用抑制性鉆井液，化學(xué)敏感性地層。主要問題是化學(xué)沉淀.應(yīng)選用與地層水相配伍的鉆井液。對(duì)于一些引起水鎖、賈敏效應(yīng)和潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)等物理變化的儲(chǔ)層，一是減少濾失量、二是避免使用能發(fā)生潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)和易生成乳狀液的表面活性劑.6. 對(duì)完井方法有哪些要求？答：完井方法有以下幾點(diǎn)共同要求:有效地減少油氣流入井底的阻力，減少對(duì)儲(chǔ)層的損害要妥善地封隔油汽水層，防止各層之間互相竄槽.克服井塌或油井出砂，保證油氣井長(zhǎng)期穩(wěn)定延長(zhǎng)油井壽命.能夠進(jìn)行壓裂、酸化等增產(chǎn)措施，以及便于修井.工藝簡(jiǎn)便易行，完井速度高，經(jīng)濟(jì)效益好.7.

7、 試述巖石抗拉伸強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)方法及原理？答：巖石抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法有兩種，一種是直接試驗(yàn)法，一種是間接試驗(yàn)法。（1）直接試驗(yàn)法：是把巖樣加工成拉伸試樣，置于材料拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下的拉伸試驗(yàn)。巖樣拉斷時(shí)的應(yīng)力值，即為巖石的抗拉伸強(qiáng)度。（2）間接試驗(yàn)法：通常用筒形抗內(nèi)壓脹裂試驗(yàn)和巖石的巴西劈裂抗拉伸試驗(yàn)兩種。巖石的筒形抗內(nèi)壓脹裂試驗(yàn)是對(duì)圓筒狀巖樣施加均勻內(nèi)壓，直到圓筒脹裂的試驗(yàn)方法，通過拉梅理論簡(jiǎn)接計(jì)算得出。巖石的巴西劈裂抗拉伸試驗(yàn)是把盤形巖樣立放于試驗(yàn)機(jī)的工作臺(tái)面和加載平板之間進(jìn)行壓縮加載。巖盤的破裂是從盤中心開始沿加載直徑向上、下兩面方面擴(kuò)展開來，從而使巖盤在加載聯(lián)線上呈現(xiàn)清晰的破裂

8、痕跡。巖盤的破裂是由垂直于加載方向上的拉應(yīng)力達(dá)到極限值引起的，可由巖盤破裂時(shí)的載荷計(jì)算出。8.常用完井方法有哪些？對(duì)儲(chǔ)層有什么影響？裸眼完井法，裸眼完井法分先期裸眼完井和后期裸眼完井兩種.先期裸眼完井是在油層頂部下入技術(shù)套管并固井，然后打開油層.后期裸眼完井是先鉆開儲(chǔ)層.然后將套管下至油層頂部并固井.裸眼完井法的最大優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)層直接與井底相遇，油氣流入井內(nèi)的阻力小.先期裸眼完井還減少了水泥漿對(duì)儲(chǔ)層的影響.裸眼完井不能克服井壁坍塌和油層出砂，儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)物性不一致，不能克服產(chǎn)層內(nèi)油氣的互相干擾.后期裸眼完井未能消除水泥濼不儲(chǔ)層的不良影響.射孔完井方法射孔完井法的實(shí)質(zhì)是鉆穿油氣層后，將套管下至油層底部固

9、井，然后用射孔器射穿套管和水泥環(huán)，并射入地層一定深度，使井筒與儲(chǔ)層之間構(gòu)成通道.這種完井法的影響是：第一，不能消除鉆井液與水泥漿對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生的損害.第二，由于射孔數(shù)目和深度有限，油氣層與井底連通面積小，動(dòng)氣流入井內(nèi)的阻力較大.3.襯管完井法這種完井法是將油層套管下至油層頂部進(jìn)行固井然后鉆開油氣層，在油層部位下入預(yù)先打好孔眼的襯管.這種完井法能減少完井過程中水泥漿和射孔液對(duì)油氣層的損害。但無法封隔油氣水層相互竄通.4.篩管完井法這種完井法是在鉆穿油氣層后，把帶篩管的管柱下入油層部位，然后封隔油層頂界以上的環(huán)形空間.這種完井方法能避免完井過程中水泥濼和射孔作業(yè)中對(duì)油層的損害。礫石充填完井法：這種完井

10、方法是人為地在襯管和井壁之間充具有一定尺寸礫石，使之起防砂和保護(hù)儲(chǔ)層的作用.這種完井法可消除注水泥和射孔作業(yè)以儲(chǔ)層的影響。9. 常見三類油氣層特點(diǎn)及應(yīng)選用的完井液技術(shù)？答：第一類，低壓低滲透油氣層特點(diǎn)：孔隙壓力低;孔隙低滲透率低;粘土及敏感性粘土含量高;產(chǎn)量低.應(yīng)選用的完井液;首先要確定合理的密度，盡可能維持近平衡鉆井?？蛇x用泡沫等低密度流體.其次要分析地層敏感生評(píng)價(jià)數(shù)據(jù).對(duì)敏感礦物含量高需在完井液組份上慎重選擇.可根據(jù)地層敏感生選擇水落性或油溶性橋堵劑.2.稠油層特點(diǎn)：水敏性強(qiáng)，注入蒸汽冷凝后.與水敏性粘土相遇，造成粘土水化膨脹;巖性松散.膠結(jié)物主要是瀝青質(zhì);地層中含高嶺石量多，易造成微粒運(yùn)

11、移:地層水與外來水易形成化學(xué)沉淀.選擇完井液:首先考慮對(duì)付水敏性問題，加一定的抑制劑、粘土穩(wěn)定劑減少粘土膨脹.其次要防止微粒運(yùn)移及膠結(jié)物溶解后出砂問題.可通過改善完井液濾液性質(zhì).加入陽離子聚合物等方法，穩(wěn)定和固著砂巖表面微粒，防止膠結(jié)物完全溶解.第二，要能及時(shí)防止和解除瀝青及石蠟堵塞油層問題.3.低滲氣藏特點(diǎn):孔隙度低、滲透率低;高應(yīng)力敏感性，地表測(cè)得的滲透率高很多倍;高水敏性.主要原因是具有較高的毛管力，水鎖嚴(yán)重;高含水飽和度特征，在氣層中天然氣與水對(duì)巖石表面潤(rùn)濕性差異很大，水作為潤(rùn)濕性，氣體則為非潤(rùn)濕相.低滲氣層巖石顆粒小.此表面大，對(duì)水有吸附性更強(qiáng)，氣驅(qū)水效率低，外來水侵入越多，含水飽和

12、度越高.對(duì)于這種儲(chǔ)層，設(shè)計(jì)完井液時(shí)，首先要降低濾液產(chǎn)生的水鎖效應(yīng)，選擇低濾失量完井液，同時(shí)添加降低表面張力的活性劑.其現(xiàn)選用合理的橋堵劑，降低完井液濾失量.同時(shí)橋堵劑也可減少完井液中固相顆粒進(jìn)入地層.最后對(duì)完井液的含鹽量及PH進(jìn)行優(yōu)選.10. 巖石的強(qiáng)度特征：是指巖石在載荷作用下開始破壞時(shí)的最大應(yīng)力以及應(yīng)力與破壞之間的關(guān)系，它反映了巖石抵抗破壞的能力和破壞規(guī)律。11. 揚(yáng)氏彈性模量：對(duì)于單軸壓縮試驗(yàn)，巖石的彈性模量E為軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變的比值。對(duì)于三軸壓縮試驗(yàn)，E為向應(yīng)力差與應(yīng)變差的比值。12. 巖石的可鉆性:巖石的可鉆性一般理解為巖石破碎的難易性。13. 射孔完井法：鉆穿油氣層后，將套管下至油層底部固井.然后用射孔器射穿套管和水泥環(huán)，并射入儲(chǔ)層內(nèi)一定