石油工程概论中国石油大学(北京)远程教育学院期末考核《石油工程概论》一、综述题(共3小题，每小题20分，共60分)(综述题请根据知识点提示结合课件组织答案，每道题目不少于500字。

照抄知识点提示不得分。

)1. 阐述井身结构的主要内容，说出各内容所包括的具体知识，并画出基本的井深结构图。

(20分)答:井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。

包括井中套管的层数及各种套管的直径、下入深度和管外的水泥返深，以及相应各井段钻进所用钻头直径。

井身结构是钻井施工设计的基础。

(一)井身结构的组成及作用井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成。

1.导管:井身结构中下入的第一层套管叫导管。

其作用是保持井口附近的地表层。

2.表层套管:井身结构中第二层套管叫表层套管，一般为几十至几百米。

下入后，用水泥浆固井返至地面。

其作用是封隔上部不稳定的松软地层和水层。

3.技术套管:表层套管与油层套管之间的套管叫技术套管。

是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管，其层次由复杂层的多少而定。

作用是封隔难以控制的复杂地层，保持钻井工作顺利进行。

4.油层套管:井身结构中最内的一层套管叫油层套管。

油层套管的下入深度取决于油井的完钻深度和完井方法。

一般要求固井水泥返至最上部油气层顶部100,150米。

其作用封隔油气水层，建立一条供长期开采油气的通道。

5.水泥返高:是指固井时，水泥浆沿套管与井壁之间和环形空间上返面到转盘平面之间的距离(二)相关名词及术语1.完钻井深:从转达盘上平面到钻井完成时钻头所钻井的最后位置之间的距离。

2.套管深度:从转盘上平面到套管鞋的深度。

3.人工井底:钻井或试油时，在套管内留下的水泥塞面叫人工井底。

其深度是从转盘上平面到人工井底之间的距离。

4.水泥塞:从完钻井底至人工井底的水泥柱。

(三)井身结构图2. 分别阐述有杆抽油泵在上冲程和下冲程的工作原理，并画出示意图。

(20分) 答:有杆抽油泵在上冲程的工作原理:抽油杆柱向上拉动柱塞，柱塞上的游动阀受油管内液柱压力而关闭。

此时，柱塞下面的下泵腔容积增大，泵内压力降低，固定阀在其上下压差作用下打开，原油吸入泵内。

与此同时，如果油管内已逐渐被液体所充满，柱塞上面的液体沿油管排到地面。

所以，上冲程是泵内吸入液体，而井口排出液体的过程。

造成吸液进泵的条件是泵内压力(吸入压力) 低于沉没压力。

有杆抽油泵在下冲程的工作原理: 抽油杆柱带动柱塞向下运动。

柱塞压缩固定阀和游动阀之间的液体:当泵内压力增加到大于泵沉没压力时，固定阀先关闭，当泵内压力增加到大于柱塞以上液体压力时，游动阀被顶开，柱塞下面的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。

由于有相当于冲程长度的一段光杆从井外进入油管，将排挤出相当于这段光杆体积的液体。

原来作用在柱塞以上的液体重力转移到固定阀上，因此引起抽油杆柱的缩短和油管的伸长。

所以，下冲程是泵向油管内排液的过程，造成泵排出液体的条件是泵内压力高于柱塞以上的液柱压力。

上下冲程示意图:(a)上冲程示意图、 (b)下冲程示意图1-游动阀,2-活塞,3-衬管,4-固定阀 3.请列举一个现场实例，分析井喷的原因、危害、处理措施。

(20分) 答:一、吉林红岗油田6.5井喷事故: 2007年6月5日零时50分左右，吉林红岗油田红 G+4-52井在起钻过程中发生一起井喷失控事故，井喷事故未造成人员伤亡，事故经济损失257.6万元。

事故发生经过:红 G+4-52井是红岗油田高台子油层的一口加密调整井，由原吉林石油集团公司第二钻井工程公司20931(1)钻井队承钻。

红 G+4-52井于2007年6月1日15时开钻。

6月5日零时25分钻进至1310米时突然发生井漏。

钻井队立即组织抢灌泥浆，零时30分钻井队确认环空灌满后，随即卸掉方钻杆，准备起5柱钻杆静止堵漏，零时50分左右，起到第三柱坐上吊卡准备卸扣时，泥浆从环空喷出，喷势强烈。

二、事故发生的原因红 G+4-52井在钻井过程中由于高台子油层漏失严重而发生严重井漏，钻井队在处置井漏过程措施不当，导致浅气层流体(气、水)大量涌入井筒引发井喷;由于没有安装封井器，致使井喷无法有效处置而失控。

6.5井喷事故暴露出吉林油田对井控工作重视不够，井控管理和井控措施不到位，开发井地质设计和工程设计沿袭历史形成的捆绑式区块设计。

设计简单、粗放、钻井泥浆密度设计不合理，对钻遇浅气层的开发井不设计安装封井器;钻井监督力量不足，监管不力，造成钻井过程中一些重要环节监督不到位。

钻井队无资质，应急处置能力不够，没有制定有效的防漏防喷措施，最终导致井喷事故失控事故发生。

三、井喷的危害在钻井过程中，井喷喷出物主要就是原油、天然气、地层水和钻井时所使用的钻井液。

对于气井而言，之所以一些气井发生井喷或井喷失控后造成比较大的环境影响和危害，重要原因就是喷出的天然气含有较高浓度的有毒气体H:S。

1、天然气和H，S的物理化学性质天然气主要组分为甲烷，通常占90,以上，还含有一些乙烷、丙烷丁烷及戊烷等烃类，并且有少量的二氧化碳、氮气、硫化氢、氢气等非烃类组分。

天然气相对密度:0(55,0(75;闪点:一218~C;自燃点:500—700~C(典型干气);爆炸下限:3(6, 一6(5, ;爆炸上限:13, ,17, 。

硫化氢:无色、有“臭鸡蛋”气味、强酸性有毒气体，分子量34，嗅阀值为2 mg,m 。

H2S的毒性较一氧化碳的毒性大5,6倍，几乎与氰化物同样剧毒。

它的相对密度为1(196，较空气重，它容易聚集在地势低洼处，空气不流通的地方并能扩散至相当远的地方，熔点:一82(9~C;沸点:一61(8~C;饱和蒸气压:2 026(5 kPa(25(5~C);临界温度:100(4~C;临界压力:9(01 MPa。

与空气混合能形成爆炸性混合物(爆炸极限的下限为4，3,，上限为4 5(5,)，遇明火、高温能引起燃烧爆炸。

2(井喷的环境影响和危害天然气的主要成份为甲烷，‘甲烷本身无毒，为单纯窒息性气体。

天然气之所以会对人体健康造成重大影响和危害，主要原因就是含硫气田钻井所获天然气含有较高浓度的有毒气体H，S，井喷或井喷燃烧后会对人体健康和环境等造成影响与危害。

2、对人体健康的影响和危害井喷喷出的含H S的天然气对人体健康的危害，主要体现在天然气中的H:S经人体呼吸道粘膜吸收后危害中枢神经系统和呼吸系统，亦可对心脏等多器官造成损害，对其毒害作用最敏感的组织是脑和粘膜接触部位。

接触高浓度H:S，眼结膜会发生水肿和角膜溃疡，接触极高浓度H S(1 000 mg,m 以上)时可在数秒钟内突然昏迷，呼吸骤停，继而心跳骤停，发生闪电型死亡。

此外，含H，S天然气对动物的危害也基本与对人体的危害相似，原罗家16H井井喷喷出大量高浓度H:S的天然气，致使井场周边出现大量动物死亡可说明此点，特别是一些飞越井场上空的鸟，在河流中游弋的鸭也没有幸免。

3、对空气的污染和影响含H S天然气喷入空气中或被点火燃烧后(H S将被氧化生成二氧化硫和三氧化硫)，都会造成严重的大气污染，如果大气中同时有颗粒物质存在，颗粒物质吸附了高浓度的硫氧化物，人体吸入后将进入肺的深部，将会加大硫氧化物对人体的危害程度。

硫的氧化物在高空中为雨雪冲刷溶解而形成为酸雨，这些酸性气体成为雨水中杂质，危害也十分大。

如果井喷含H:S天然气被点火燃烧，天然气中的主要成份甲烷将被燃烧成为CO 和CO，而CO 是全球变暖的主要温室气体。

4、对水体的污染和影响如井喷喷出的是石油，石油将在水面形成油膜而阻碍水体与大气之间的气体交换，使水质更容易恶化;油类粘附在鱼类、藻类和浮游生物上，致使生物死亡;石油污染还会使水产品品质下降(造成经济损失;若含油废水的排入超过了水体的自净能力，则易形成油污染，这些污染使河流、湖泊水体以及底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化(从而会降低水体的使用价值，甚至危害到人的健康。

5、对土壤的污染和影响由于钻井液中含有一些有毒重金属和其它污染物，井喷喷出的钻井液将会使放喷点处的土壤受到较严重的污染，并可通过食物链而最终影响到人类健康。

若井喷喷出的是石油，由于石油会迅速渗透到土壤中，杀死土壤中的微生物，从而改变土壤成分，改变地表生态，遭受污染的地区可能在几十年甚至上百年的时问内都会寸草不生。

许多研究表明(一些石油烃类进入动物体内后，对哺乳类动物及人类有致癌、致畸等作用。

土壤的严重污染会导致石油烃的某些成分在粮食中积累，影响粮食的品质，并通过食物链，危害人类健康。

井喷喷出的天然气点火燃烧时将会对放喷点处及周边的土壤造成严重的危害和影响，可能一二十年都难以恢复原有的土质肥力，除非移植新土。

6、对井场周边声环境的污染和影响当井喷喷出的天然气产量较大时，放喷管线喷出的天然气对空气的蠕动会产生很高的气流噪声。

放喷点火后，大量天然气的燃烧也将引起很大的噪声。

离放喷口(即点火处)60—80 m进行的噪声测试显示，其值可达100 dB左右。

高强度的噪声，不仅严重影响到井场员工和附近村民的身心健康，使其心情烦躁不安，同时也造成井场员工语言交流困难，给施工作业带来不便，并容易造成安全事故，此外也会对放喷点火口周边的家禽造成一定的危害和影响。

7、对井场周边植物的污染和影响当井喷发生时，一般都会喷出一定量的钻井液于放喷管线周边的农作物上，使农作物受到一定程度的污染，并可能通过食物链而影响到人类健康;对喷出的天然气进行点火燃烧，将产生强大的热辐射，进而造成热辐射污染，使周边的农作物受到灼伤。

四、处理措施1、开钻前深刻了解和准确掌握异常地层压力有关预报资料，做好预防井涌井喷的思想准备和物资准备，宁可信其有，不可信其无;2、开钻前了解有关邻井的实钻和测井资料，准确掌握地层压力梯度及异常高压地层的深度孔隙压力等重要资料;3、新探区. 野猫井为防浅层气井喷，一开应用小尺寸钻头钻进，待钻开浅层气地层后再扩眼至表层套管鞋深度;4、钻开高压.油气水层前,必须将井内钻井液调到能平衡且稍高于地层孔隙压力的密度,这是最重要的防喷措施;5、钻开高压.油气水层前储备足够数量的重晶石粉和加重钻井液;油气水层前,修好三除一筛和加重系统,特别是除气器.除泥器.除砂器 6、钻开高压.要求运转完好;7、钻开高压油气水层前,天然气.二氧化碳.硫化氢等报警装置必须完好灵敏,各种防毒面具及空气呼吸器必须准备充分;8、钻开高压油气水层后,加强泥浆录井,坚持24小时监测气全量,遇钻时突然加快,气全量猛增及泥浆总体积增减时应立即报告司钻.钻井监督;9、起钻必须按规定灌入钻井液,且用计量罐计量,要求灌入量至少等于起出的钻柱钢的体积;10、起钻开始及在高压油气水层上下起钻时必须用低档,防止抽汲井喷;11、下钻到高压油气水层上下时不可过快,慢一点下,防止激动压漏而后导致井喷;12、钻开高压油气水层时,钻2~5米必须停钻大排量循环排气一周以上,无井涌井喷显示时再钻第二个2~5米;13、起完钻后立即下钻,防止发生空井井喷;14、电测井时间的长短必须控制在安全静止时间内,否则停止电测,下钻通井循环排气;15、钻头上必须安装浮阀,管内防喷器,投入单流阀等应放在钻台上规定的地方;16、按规定每班应做一次低泵速泵压试验,并记录到钻井日报表上;17、钻开高压油气水层前后直至完钻应按规定每周进行一次防喷组.井口头压力实验,并记录到钻井日报上;18、如要停钻检修保养时,钻头必须下到技术套管鞋处,同时钻柱上装好管内防喷器和关好BOP;19、钻开高压油气水层后,要密切注意钻进时钻时加快,悬重增加.泵压下降.泵速增加.钻井液密度降低.粘度切力增加.泥浆池体积增加及停泵外溢.起钻灌不进钻井液等异常现象;20、钻开高压油气水层前后直至完钻,必须坚持每周进行一次各种情况下的防喷防火演习,提高钻井队员对井喷的反应速度和熟悉井控程序操作;21、气全量大于10,以上时禁止起钻;22、钻开高压油气水层后,起钻前及下钻到套管鞋处时应进行一次溢流检查。