旧人离梦中国石油大学（北京）远程教育学院
期 末 考 核 《石油工程概论》
一、综述题（共5小题，每小题20分，第1、2和3题选做两道，第4和第5题选做一道，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）
知识点提示：井深结构的主要内容包括套管的层次、各层套管下入深度、相应的钻头直径、套管外水泥返高等，请详细列出各内容所包含的具体内容，并画出简单的井深结构图。
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。
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） 知识点提示：
有杆抽油泵在上冲程的工作原理，并画出示意图。 有杆抽油泵在下冲程的工作原理，并画出示意图。
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：答：我国重大井喷事例
（1）重庆12·23特大井喷事故概况
2003年12月23日，重庆东北角的开县一片祥和宁静，人们沉浸在辞旧迎新的憧憬中，不少农民已在准备杀猪过年。但是，入夜后不久，一场巨大的灾难突然降临，使这个岁末的星期二忽然变得面目狰狞，成了147万开县人刻骨铭心的日子。 晚上9点15分左右，由中石油四川石油管理局川东钻探公司承钻的位于开县境内的罗家16号井，在起钻过程中发生天然气井喷失控，引发了一场特大井喷事故，从井内喷出的大量含有高浓度硫化氢的天然气，高于正常值6000倍的硫化氢如同一个从地下释放出来的魔鬼，从天而降，迅速向四周扩散，扑向毫无准备的村庄、集镇。虽然经过多方全力抢险救援，但仍然有243人因硫化氢中毒死亡，4000多人受伤，6万多人被疏散转移，9.3万多人受灾。直接经济损失已高达6432.31万元。 形成井喷的原因与危害
井喷产生的原因。井喷失控是钻井工程中的头等灾难性事故。钻开油气层后如果井底压力小于地层压力,地层流体将进入井筒并推动泥浆外溢，即发生溢流。若对溢流处理不及时或措 施不当,将会发生井喷，严重时造成井喷失控，这是发生井喷的根本原因。
井喷产生的后果。当钻开油气层,发生外溢量大，无法关井或者由于井控装置失灵，承压能力不够，甚至根本没有防喷器装置，或者压井措施不当等，造成井喷，一旦井喷失控，极易发生火灾或含硫油气田可能发生硫化氢泄露。
井喷产生的危害。因井喷失控产生的危害主要有两种。一是井喷失控着火，造成井架等井场设施烧毁,或导致人员伤亡；二是硫化氢泄露，造成人员中毒伤亡。 （一）形成井喷的原因
（1）井喷定义：地层流体(油气水)侵入井内致泥浆池体积增加谓之井涌，井涌进一步发展致钻井液或油气水,喷出地面谓之井喷。
（2）井喷原因：井内液柱压力当量密度小于地层流体压力当量密度导致井涌井喷。
1、井内钻井液密度小于地层流体压力当量密度。
2、起钻未按规定灌满钻井液，井内液面降低导致液柱压力小于地层流体压力。 3、在高压油气水层位置起钻过快，产生抽汲作用导致井内液柱压力低于地层流体的压力。
4、下钻速度过快把井压漏导致井内液柱压力低于地层流体的压力。
5、钻遇裂缝性地层破碎带地层时，高密度钻井液漏失而致井内液柱回压低于地层流体压力。
6、钻井液气侵严重，气全量太大,起钻前未将入侵气循环排除干净。 7、高压油气水层电测时间太长,导致气侵严重发生井喷。
（3）井喷预兆：
1、井口返出的钻井液量比泵入量大，泥浆池体积增加；
2、钻进时，钻井液返出量时大时小，一股一股的，返出量很不均匀； 3、钻进时有蹩跳现象，钻时突然加快甚至放空；
4、钻井液性能变坏，粘度切力猛增，密度降低，有时泥浆槽满外溢钻井液； 5、钻井液气侵严重，气全量猛增，氯根含量增加； 6、在同一泵速下，泵压下降之后泵冲增加； 7、由于钻井液密度降低浮力减少而致悬重增加； 8、钻进时井漏，随后发生溢流（井涌）或井喷；
9、起钻时灌入钻井液困难或灌入量比计算的少或根本灌不进去； 10、停泵后井口钻井液自助外溢。
（二）井喷的危害与损失
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
