石油工程概论第四章 油气井工程2资料
石油工程概论第四章油气井工程1
种设备组成的一套大功率重型联合工作机组。
（1）动力系统
或称驱动及传动系统
– 功能： • 产生动力；
•
将动力传递分配给泥浆泵、绞车和转盘。
– 组成：动力机和传动部分。
6.1 油气钻井方法 三、旋转钻井方法 1.钻机系统
（2）起升系统 – 功能：下放、悬吊或起升钻 柱、套管柱和其他井下设备。 – 组成：井架、天车、游动滑 车、大绳、大钩及绞车。 （3）旋转系统 – 功能：给钻头提供破岩扭矩； 旋转钻柱；接、卸钻柱和钻 具。 – 组成：水龙头和转盘。
6.1 油气钻井方法 2.钻头
三、旋转钻井方法
– 钻头的分类
按结构特 点和破岩 机理分：
刮刀钻头
牙轮钻头
金刚石钻头 全面钻进钻头
按钻切岩 石面积及 形状分：
取心钻头 特种钻头
6.1 油气钻井方法 2.钻头
三、旋转钻井方法
（1）刮刀钻头 – 刮刀钻头的组成： 钻头体、刀翼和 水眼
钻头体
刀翼 水眼
6.1 油气钻井方法 2.钻头
(3)金刚石钻头 – 金刚石钻头的分类： 钻头的结构形状 – 金刚石钻头的破岩形式
PDC钻头 表镶金刚石钻头 金刚石镶装特点 孕镶金刚石钻头
研磨、铣削岩石
1 主要适用于坚硬地层，PDC钻头适用于软到中硬地层； 2 损坏主要为金刚石切削齿的热损坏、胎体被冲蚀、 切削齿受冲击而产生的碎裂。
6.1 油气钻井方法 3.钻柱 钻柱
6.1 油气钻井方法
三、旋转钻井方法
5.定向钻井
（3）定向井造斜方法 • 井下动力钻具造斜 – 弯接头、弯外壳、偏心垫块
目前最 常用的 造斜工 具。
6.1 油气钻井方法
三、旋转钻井方法
石油工程概论
Z=1实际气体成为理想气体 Z>1实际气体较理想气体难压缩
第一节 油藏流体物理性质
天然气压缩因子，可根据天 然气组成和所处温度、压力条 件查相应图版获得。
拟对比压力PPr： ppr
p ppc
拟对比温度TPr：TP r
T Tpc
第一节 油藏流体物理性质
地层水中含有大量的无机盐(inorganic salt)
定义：单位体积地层水中所含各种离子、分子、盐类、胶体的总 含量，称为地层水矿化度，以mg/L或mol/L表示。
第一节 油藏流体物理性质
五、地层水高压物性
分类：石油工业通常采用苏林分类法将水分为CaCl2、MgCl2、
NaHCO3和Na2SO4四种类型； 地层水主要为NaHCO3和CaCl2两种类型，而我们的地面水主
❖高温高压，且石油中溶解有大量的烃类气体； ❖随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也会发生变化。 同时会出现原油脱气、析蜡、地层水析盐或气体溶解等相态 转化现象。 ❖烃类流体的密度小，比水轻。
第一节 油藏流体物理性质
一、油气的相态
相：某一体系或系统中具有相同成分，相同物理、化学性质的均匀物质部分。
特稠油
10000～50000 >0.950（<17ºAPI）
超稠油（天然沥青） >50000
>0.980（<13ºAPI）
第一节 油藏流体物理性质
油田名称
大庆油田某层 华北油田某层 胜利油田某层 中原油田某层 罗马什金(俄)
油层温度 (℃) 45 90 65 109 40
某些油田原油物性参数
油层压力 泡点压力 溶解气油
石油工程2大版
名词解释1.IPR曲线：表示产量与流压关系的曲线称为流入动态曲线，简称IPR曲线，又称指示曲线。
2.采油指数：在单相液体渗流条件下，其数值等于单位生产压差下的油井产量，用Jo表示。
3.自喷采油法：利用油层自身的能量使油到地面的方法称为自喷采油法。
4.人工举升法：当油层能量低不能自喷时，需要利用一定的机械设备给井底的油流补充能量，从而将油采到地面，这种采油方法称为人工举升或机械采油法。
5.流动型态：流动过程中，油气在管线内的分布状态称为流动型态，简称流型。
6.滑脱：在气液垂直管流中，由于气液密度差引起的气体超越液体的流动。
7.分层开采：指在多油层条件下，为充分发挥各油层的生产能力，调整层间矛盾，面对各小层分别控制开采，称为分层开采。
分为（单管分采）（多管分采）。
8.光杆冲程：指悬点或活塞在上下死点间的位移，称为光杆冲程。
9.平衡方法：在抽油机游梁平衡后臂上加一重物使游梁平衡。
在下冲程，以某种方式将能量储存起来，在上冲程，让重物储存的能量释放，帮助电动机做功。
10.冲程损失：由于抽油杆住与油管柱的弹性伸缩使活塞冲程小于光杆冲程的值，称为冲程损失。
11.气锁：当气体影响严重时，由于气体在泵内的压缩和膨胀，使得吸入阀无法打开而抽不出油，这种现象称为气锁。
12.注水指示曲线：是表示注水井在稳定流条件下，注水压力与注水量之间的关系曲线。
13.吸水指数：是指单位注水压差下的日注水量，是反映注水井或油层吸水能力的指标。
14.压裂液的滤失：是指在裂缝与储层的压差作用下压裂液向储层中的滤失。
15.酸化：是靠酸液的化学溶蚀作用以及向地层挤酸时的水力作用来提高地层渗透性能的工艺措施。
16.活性酸的有效作用距离：酸液由活性酸变成残酸之前所流经裂缝的距离。
17.土酸：以10%-15%浓度的盐酸和3%-8%浓度的氢氟酸与添加剂按不同比例所组成的混合酸称为土酸。
18.油井出砂：是指构成储层岩石部分骨架颗粒产生移动，并随地层流体流向井底的现象。
《石油工程概论》(油气井部分)
《石油工程概论》（油气井部分）一、名词解释：1.深井、超深井；深井，是指完钻井深为4500～6000米的井；超深井是指完钻井深为6000米以上的井。
深井、超深井技术，是勘探和开发深部油气等资源的必不可少的关键技术。
2.地层孔隙压力；地层孔隙压力：指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地层压力。
3.地层破裂压力地层破裂压力：地层承受压力的能力是有限的，使地层产生破裂的液体压力，称为地层破裂压力。
4.井斜角；井斜角：井眼轴线的切线与铅垂线之间的夹角。
5.井斜方位角；井斜方位角：井眼轴线上某点切线的水平投影与正北方向的夹角，以正北方向为始边。
6. 岩石可钻性岩石可钻性：岩石破碎的难易程度，可以理解为在一定的钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
7.岩石各向异性；岩石各向异性：岩石性质随方向的不同而不同。
8.机械钻速；机械钻速：单位纯钻时间内的钻头进尺数，以米/小时表示。
9.欠平衡钻井；欠平衡钻井：指钻井液柱压力小于地层孔隙压力的钻井。
二、填空题1. 岩石可以分为三大类，包括岩浆岩、变质岩、沉积岩，其中，(沉积岩)是钻井中常遇到的岩石。
2. 钻机的三大系统包括起升系统、旋转系统、循环系统。
3. 井眼轨迹的基本要素为：井深、井斜角和方位角。
4. 目前石油钻井中常用的钻头分为刮刀钻头、牙轮钻头及金刚石钻头三大类。
5、钻柱包括方钻杆、钻杆、钻铤以及各种接头。
6. 钻具连接必须满足的三个基本条件是尺寸相等、扣型相同、公母相配。
7. 钻井八大件包括：天车、游车、大钩、水龙头、转盘、绞车、泥浆泵、井架。
8. 定向井井身剖面的四个基本段为：垂直段、增斜段、稳斜段、降斜段。
9. 常用的气体钻井方式包括干气体、雾化、泡沫以及充气钻井等。
10. 钻井过程中常见的复杂情况有井喷、井漏、卡钻、钻具事故等。
三、判断题：正确打“√”，错误打“╳”1. 钻进过程中，固相含量及其分散性会影响钻速。
（√）2. 定向井与直井的最大区别在于定向井的井眼弯曲度较大。
石油工程概论智慧树知到答案章节测试2023年中国石油大学(华东)
绪论单元测试1.关于石油工程的理解，说法正确的是（）。
A:开展石油工程研究与工作和油气生成、油气藏类型及其特征等无关B: 石油工程包括油气藏工程、钻井工程、油气开采工程、地面工程等多方面内容C:石油工程是石油天然气工业体系中的重要一环D:石油工程是经济有效地将深埋于地下的油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称答案:BCD第一章测试1.油藏流体是指存在于地下油藏岩石中的石油、石油伴生气(天然气)和地层水；随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也会发生变化。
（）A:错B:对答案:B2.多组分烃类系统相图中的三线包括（）。
A:露点线B:等压线C:等液量线D:等温线E:泡点线答案:ACE3.地层油的粘度随着温度增加而降低，随着压力增加而增加。
（）A:对B:错答案:B4.表征天然气与理想气体差异的主要参数是（）。
A:天然气的体积系数B:通用气体常数C:天然气的压缩系数D:天然气的压缩因子答案:D5.关于地层水的高压物性说法正确的是（）。
A:同样温度压力条件下，溶有天然气的地层水较不含气的地层水的压缩性大B:地层水的体积系数可近似视为1C:地层水的压缩系数与地层油的压缩系数定义形式相似D:地层水中溶解的天然气量一般比较少答案:ABCD第二章测试1.岩石的孔隙度是指岩石孔隙体积与岩石外表体积之比，可分为绝对孔隙度、有效孔隙度、流动孔隙度等。
（）A:错B:对答案:B2.关于流体饱和度的说法正确的是（）。
A:同一油气藏中，含油、含气、含水饱和度之和小于1B:剩余油饱和度不随时间变化C:残余油饱和度是指被工作剂驱洗过的地层中被滞留或闭锁在岩石孔隙中的油的体积占孔隙体积的比例D:油藏中若已知束缚水饱和度就可以求出原始含油饱和度答案:CD3.岩石的压缩系数是指单位体积岩石中孔隙体积随有效压力的变化值；该值很小，油田开发过程中常被忽略（）。
A:错B:对答案:A4.关于油藏岩石渗透率的说法正确的是（）。
石油工程概论考试复习知识点
石油被誉为工业的“血液”、机器的“粮食”。
石油和天然气是优质的能源、润滑油料及化工原料，也是重要的战略物资。
有“国民经济的血液”之称。
欧佩克成员国的石油储量占全球的78.2% ,沙特阿拉伯位列世界石油储量之首。
天然气估算探明储量为173.08万亿立方米,欧佩克成员国的天然气储量约占世界总储量的52％。
俄罗斯位列世界天然气储量之首。
俄罗斯、伊朗和卡塔尔是世界三大资源国，证实储量分别占世界总量的27.2％、15.8％和14.7％。
(我国石油储量)33亿吨，占世界的2.3%，排名第11位；世界人均石油23吨，我们只有2.5吨，占世界人均的11%；(我国天然气储量)3.5万亿立方米，占世界的2.5%，排名第20位；世界人均天然气23200m3，我们只有1080m3，占世界人均的4.6%。
油区：20多个{陆上（如大庆、胜利、辽河、新疆、华北大港、吉林四川、青海、塔里木、克拉玛依、长庆、玉门、中原等）海上（如渤海、东海、南海东部、南海西部等）}“加大石油天然气资源勘探力度。
加强油气资源调查评价，扩大勘探范围，重点开拓海域、主要油气盆地和陆地油气新区，“加快深海海域和塔里木、准噶尔、鄂尔多斯、柴达木、四川盆地等地区的油气资源开发。
“实施…走出去‟的跨国经营战略……”石油的化合物组成烃类化合物（即碳氢化合物）是石油主要成分，约占80％以上。
含有氧、硫、氮的化合物（非烃化合物）有时可达30％。
不利于石油的开采、炼制和加工。
石油的元素组成由碳、氢两种元素组成：碳约占80％一88％；氢约占10％一14％；氧、硫、氮约占0.3％一7％。
石油中若碳、氢元素含量高，且碳／氢值低，则油质好；若氧、硫、氮元素含量高，则油质相对较差石油组分组成：i 油质ii 胶质iii 沥青质iv 碳质石油的物理性质1颜色（石油一般呈棕色、褐色或黑色，也有无色透明的凝析油。
）2密度3粘度（地下采出的石油在提炼前称原油。
地层粘度大于50 mPa·S、密度大于0.92的原油称为稠油。
石油工程概论
1石油工程的主要内容：以弄清的油气田地质资料为基础，对油气层进行分类排队，选定油田开发方式；选定油田开发方式；根据地下油气藏的结构和压力特点，选择合理的布井方式，确定保持生产层能量的方法和技术措施。
2油气层的形成过程：石油生成——运移——聚集——保存3油气藏形成的条件可归纳为四个必要条件：生油层、储油层、盖层和保护层。
4孔隙度：岩石孔隙体积与岩石的外形体积之比5流体饱和度： 油的饱和度：r O PO O V V V V S Φ== 水的饱和度：r w Pww V V V V S Φ== 气的饱和度：r g P gg V V V V S Φ==地质储量：()o wi B Ahr S N /1Φ-=6渗透率只与岩石本身性质有关，与流体无关。
7润湿性的判断：θ=0º岩石表面完全水湿θ＜90°岩石表面亲水θ＝90°岩石表面中间湿润θ＞90°岩石表面亲油θ=180°岩石表面完全油湿8油田正规的开发阶段：开发前准备阶段；开发设计和投产；开发方案的调整和完善。
9油藏驱动方式：①弹性驱动主要依靠岩石和流体的弹性膨胀能驱油；②地层压力低于饱和压力后，原来溶解在原油中的溶解气就会分离出来，主要依靠这种不断分离出的溶解气的弹性来驱油成为溶解气驱③当油藏存在边水、底水或注入水时则会形成水压驱动④当油藏在气顶且气顶中的压缩气为主要的驱油能量时为气压驱动⑤主要靠自身的重力将油驱向井底时则为重力驱动。
一个地层原始压力高于饱和压力的油田如果不向地层补充能量地开发，可能存在的驱动方式有弹性水驱。
弹性气驱主要用的地层气顶膨胀的能量。
10钻井工艺过程：钻前准备、钻进和完井，各项过程的任务。
11洗井液密度增大，“压持效应”增加，阻碍钻进；粘度降低，增快钻进速度；固相含量及分散性对钻头的磨损。
12大位移井是指水平位移与垂深之比等于或大于2的井。
13在钻出的井眼内下入套管柱，并在套管柱与井壁之间注入水泥浆，使套管与井壁固结在一起的工艺过程称之为固井。
石油工程概论第四章 油气井工程2资料
四、 完井
• 5.完井试油气 • 完井作业的最后工序是试油气。可分成探井试
油气和生产井试油气。 • 探井试油气主要是了解地层的真实情况和生产
能力，为勘探的情况和生产能力做出评价。探 井试油气一般采用分层测试，从下到上，试完 一层封闭一层。如果试油气有生产价值，可保 持该油气井，进行临时弃井作业。
四、 完井
下深：几十米到几百米，通常30~100m； 管外水泥返高： 返至地面。
三、 固井
技术套管（中间套管）的功用 – 封隔洗井液难以控制的复杂地层，如漏失层、高 压水层、严重坍塌层； – 封隔非目的层的油气层或压力相差悬殊的油气层。
下深：下至复杂地层以下； 管外水泥返高：返至要封隔的复杂地层100m以上，若为高 压气层，需返至地面。 视具体情况，可以不下，也可以下一层，甚至更多层。
三、 固井
2. 注水泥
（3）注水泥设备和工具
下灰车
供水车
撬装式水泥设备
三、 固井
2. 注水泥
（3）注水泥设备和工具 • 注水泥工具包括：水泥 头、顶胶塞和底胶塞。
底胶塞
三、 固井
2. 注水泥
（4）注水泥工艺流程 装水泥头、循环洗井
放下底胶塞、打隔离液
注水泥浆
压顶胶塞
井筒中替换成洗井液
碰压
三、 固井
• 过油管射孔是将聚能弹串联在一起，通过坐封 后油管柱的内管道，用电缆把射孔弹下到预定 深度射孔。过油管射孔因受油管内径的限制， 射孔弹的直径较小，火力较低，射穿套管后进 入油气层的距离较短，在使用上受到一定的限 制。
四、 完井
• 4.油气井的射孔方法 • 另一种是用油管送射孔弹下井射孔。这种
方法是将事先配好的射孔枪接在油管柱的 下部，下入到井下预定深度，用调整油管 深度的办法使射孔枪的射孔弹对准油气层 的射孔层位，封隔器坐封和装好采油树后， 打开清蜡闸门和总闸门，用投捧或环形空 间如压的办法起爆射孔。油管输送射孔有 许多优点，应用较多。
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6.2 油气井工程工艺流程
一 口
一、钻前准备
井
的
二、钻进
基
本
工
三、固井
艺
过
四、完井
程
一、钻前准备
• （1）修公路。建立通向井场 的运输通道，以保证钻井设备、 器材和原材料的运输、供应。
• （2）平井场及打基础。根据 井的深浅、设备的类型及设计 要求，平整井场、进行设备基 础施工，为设备的安装创造可 靠条件。
3. 井口安装
• 下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装 井口。表层套管的顶端要安套管头的壳体。各 层套管的顶端都挂在套管头内，套管头主要用 来支撑技术套管和油层套管的重量，这对固井 水泥未返至地面尤为重要。套管头还用来密封 套管间的环形空间，防止压力互窜。套管头还 是防喷器、油管头的过渡连接。陆地上使用的 套管头上还有两个侧口，可以进行补挤水泥、 监控井况、注平衡液等作业。
下深：几十米到几百米，通常30~100m； 管外水泥返高： 返至地面。
三、 固井
技术套管（中间套管）的功用 – 封隔洗井液难以控制的复杂地层，如漏失层、高 压水层、严重坍塌层； – 封隔非目的层的油气层或压力相差悬殊的油气层。
下深：下至复杂地层以下； 管外水泥返高：返至要封隔的复杂地层100m以上，若为高 压气层，需返至地面。 视具体情况，可以不下，也可以下一层，甚至更多层。
• （3）钻井设备的搬迁和安装。
一、钻前准备
• （4）井口准备。井口准备主要包括打导 管（即打一圆孔井，下入导管）和钻鼠 洞。在井口中央掘一圆形井，下入导管， 并用水泥砂浆固结。
• 钻井常用大小两个鼠洞： • 大鼠洞：当不使用方钻杆而从大钩上卸
下时，用于放置方钻杆和水龙头的洞， 位于钻台左前方井架大腿与井口的连线 上。
三、 固井
• 生产套管的功用
– 将油气层与其它地层，以及不同压力的地层分 隔开；
– 为油气生产提供长期稳定的通道。
下深：取决于目的层的深度和完井方法； 管外水泥返高：返至所封隔的油气层以上100m。
三、 固井
• 一口井开钻前根据该井 的钻探目的，本地区的地 质条件及钻井工艺技术水 平所确定的套管层次、尺 寸、各层套管的下入深度、 管外水泥返高及每层套管 相对应的钻头尺寸，称之 为该井的井身结构。
封井器
三、 固井
• 套管的种类 • 按使用目的不同分为： • 表层套管固井起的是“泥浆通路，
油气门户”的作用。 • 技术套管固井，它起的是“巩固
后方，安全探路”的作用。 • 油层套管起的是“严密封隔，油
气门户”的作用。
三、 固井
• 表层套管的功用 – 封隔上部松软的易塌、易漏地层； – 安装防喷器等井口装置，控制钻开高压层时可 能发生的井喷现象； – 支撑技术套管和生产套管的重量。
三、 固井
1.下套管
（2）套管柱下部结构 自下而上的顺序是： 引鞋+套管鞋+旋流短节+回压 凡尔+承托环+扶正器+套管+ 扶正器+…… （3）下套管 基本工艺过程与下钻相同
三、 固井
2. 注水泥
用一套专用设备将设计用量的干水泥和水配制成合适的 水泥浆注入井内，并使其返至套管外设计的位置称为注水泥。
• 小鼠洞位于井口的正前方，用于预先放 置钻杆单根的洞，以加快接单根操作。
• （5）备足钻井所需要的各种工具、器材。
二、钻进
• 钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程，是用足够 的压力把钻头压到井底岩石上，使钻头牙齿吃入岩石 中并旋转以破碎井底岩石的过程。在井底产生岩屑后， 流经钻柱内孔和钻头喷嘴的洗井液，冲击井底，随时 将井底岩屑清洗、携带到地面，这一过程称之为洗井。
三、 固井
1.下套管
将按强度要求设计好的套管及其附件组成的套管 柱下入到一钻出的井眼内的工艺过程称为下套管。
（1）套管
• 用优质钢材制成的 一种无缝钢管，长 度在10m左右；
• 两端车有螺纹，用 套管接箍联接；
• 为了满足钻井的需 要，套管具有不同 的直径、壁厚和钢 级。
三、 固井
1.下套管
（2）套管柱下部结构 •引鞋：引导套管入井， 防止套管插入井壁或刮削 井壁。 •套管鞋：引导钻具顺利 进入套管，防止钻具的接 头、钻头被套管底部挂住。
三、 固井
1.下套管
（2）套管柱下部结构
•旋流短节：使水泥浆旋流上返， 以利于提高顶替效率，保证注水 泥质量。 •回压凡尔：下套管过程中减轻套 管重量；注水泥过程中防止水泥 浆倒流，保证水泥浆上返高度。 •承托环：控制水泥塞高度。
三、 固井
1.下套管
（2）套管柱下部结构
• 扶正器：使套管在井内 居中，保证管外水泥环 均匀分布。分为弹性扶 正器和刚性扶正器。
二、钻进
• 由于钻头在井底破碎岩石，钻头会逐渐 磨损，当磨损到一定程度后需要更换钻 头，这样就必须将全部钻柱从井内起出 来，更换新钻头，之后再重新将全部钻 柱下入井中，这一过程称之为起下钻。 有时为了处理井下事故、测井斜等特殊 情况，也需要起下钻。
二、钻进
• 要使井眼能够继续向下加深，保持所形成的井 眼稳定，保证上部强度低的地层不被井内洗井 液压裂，在必要的时候必须采用特定的工艺， 将已钻出的井眼用下套管后再注入水泥浆的方 法加以封固，将已钻穿的地层与井眼分隔开来， 然后再在已封固的井眼内下一较小尺寸的钻头 继续向下钻出新井段。每改变一次钻头尺寸， 开始钻一新的井段的工艺叫开钻。
（1）油井水泥 • 为硅酸盐水泥的一种； • 油井水泥需要具有： – 耐高温、高压能力； – 较高的早期强度； – 较短的候凝时间； – 较强的耐腐蚀能力。
三、 固井
2. 注水泥
（2）水泥浆性能 • 密度 • 稠化时间：水泥浆从配置开始到其稠度达到规定值 所用的时间。 • 凝结时间：水泥浆从配置开始到变为固态所用的时 间。 • 失水：水泥浆中的自由水通过井壁渗入地层的现象。 • 水泥石强度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、 固井
2. 注水泥
（3）注水泥设备和工具
下灰车
供水车
撬装式水泥设备
三、 固井
2. 注水泥
（3）注水泥设备和工具 • 注水泥工具包括：水泥 头、顶胶塞和底胶塞。
底胶塞
三、 固井
2. 注水泥
（4）注水泥工艺流程 装水泥头、循环洗井
放下底胶塞、打隔离液
注水泥浆
压顶胶塞
井筒中替换成洗井液
碰压
三、 固井
• 在转盘钻井的整个钻进过程中，不管钻头是否破碎岩 石，钻柱是否在旋转，洗井都是始终在进行的，除非 是在接单根、起下钻或其他无法循环的特殊情况下， 洗井液的循环不能停止，否则将会造成井下事故。
二、钻进
• 在钻进过程中，随着岩石的破碎，井眼 在不断加深，因此钻柱也需要及时接长。 钻柱主要由钻杆组成，每当井眼加深了 一根钻杆的长度时，就向钻柱中接入一 根钻杆，此过程叫做接单根。