中石油11春《 石油钻采设备及工艺概论 》纸质作业资料 满分

久爱奥鹏晓林

《 石油钻采设备及工艺概论 》

第一章
作业题：（重点了解钻井工艺过程，明确钻井工艺对钻井机械及设备的要求）

§1-1石油地质知识

1、石油生产有哪四个环节？
石油勘探，石油开发，油气储运，石油炼制
2、岩石分类，石油和天然气生成在哪种岩石中？
岩石依成因的不同可分三大类：火成岩、变质岩、沉积岩。
石油与天然气储存在沉积岩中。
3、解释渗透性的概念。
由于岩石存在孔隙，在压力差作用下能通过油、气、水，此称渗透性。
4、解释各种地质构造的概念。
背斜构造：是指岩层向上弯曲的褶曲，其核部地层比外圈地层老。
向斜构造：是指岩层向下弯曲的褶曲，其核部地层比外圈地层新。
单斜构造是指岩层向单一方向倾斜。
断层：岩层因地壳运动而断裂，在断裂面两侧的岩层发生了显著的相对位移，称这种断裂为断层。
5、人们一般根据原油的哪些物理特性评价原油的性质。
人们一般根据原油的颜色、比重、粘度、溶解性和凝固点等物理特性来评价原油的性质。
6、解释原油重度、溶解性、凝固点的概念。
原油在20℃的重量与同体积的4℃的纯水的重量之比叫原油重度。
原油流动时，分子间产生摩擦阻力，用粘度表示这种阻力的大小。
原油溶解于有机溶剂的性质称为溶解性。
原油冷却到失去流动性的温度称为凝固点。
7、解释生油层的概念及储油构造的概念和特点。
有机淤泥中的有机物质，在成岩过程中逐渐变成了石油或天然气，此有机淤泥层叫生油层。
生油层中分散存在的石油或天然气，当遇有适宜的地质构造条件时，便发生运移和聚集，形成有工业价值的油、气藏。聚集油气的构造称储油构造，其特点是有不渗透的岩层把聚集的油、气圈闭起来。
8、解释油气田的概念。
我们把同一面积范围内的油、气藏称为油气田。同一油气田可以具备同一类型的油、气藏，也可以由多种类型的油、气藏所组成。
9、目前常用的找油方法有哪些？
目前常用的找油方法有三种，即地质法、地球物理勘探法和钻探法。
(1).地质法
地质法，即地面地质调查法，就是直接观察地表的地质现象，看是否有露在地面的“油气苗”，研究岩石、地层情况，分析地下是否有储油构造。
(2).地球物理勘探法
不同的岩石，具有不同的物理性质〈如密度、磁性、电性、弹性等〉。在地面上利用各种精密仪器进行测量，了解地下的地质构造情况，以判断是否有储油构造，此即所谓的地球物理勘探法。常用的有重力勘探、磁力勘探、电法勘探和地震勘探四种。
(3).钻探法
钻探法，即钻井法，就是在通过地质法、地球物理勘探法，初步查明的储油构造上钻井，看是否有油、气，并通过地质录井，能取得第一手地质资料。
10、何谓地质录井工作？目前常用的方法有哪些？
钻井过程中收集地下地质资料的工作叫做地质录井工作。通过地质录井，可以掌握第一手资料，搞清地下的地质情况。常用的地质录井工作有:
(1).砂样录井；(2).岩芯录井；(3).钻时录井；(4).泥浆录井；(5).地球物理测井

§1-2钻井方法

1、简述转盘旋转钻井法中起升系统的组成及功能。
起升系统：由井架、天车、游车、大钩及绞车组成，以悬持、提升和下放钻柱。
2、简述转盘旋转钻井法破碎岩石、取出岩屑的过程。
破碎岩石：（1）工作时，动力机驱动转盘，通过方钻杆带动井中钻杆柱，从而带动钻头旋转。（2）控制绞车刹把，可调节由钻杆柱重量施加到钻头上的压力（钻压）大小，使钻头以适当压力压在岩石面上，连续旋转破碎岩层。
取出岩屑：在连续旋转破碎岩石的同时，动力机驱动钻井泵，使泥浆经由地面管汇－水龙头－钻杆柱内腔－钻头－井底－环形空间－泥浆槽－泥浆池，进行钻井液循环，以连续带出被破碎的岩屑。
3、钻井的实质是什么？
从地面钻一孔道直达油层，即钻井。究其实质，钻井就是：
（1）破碎岩层；（2）设法取出岩屑，继续加深钻进。
4、简述涡轮钻具的工作原理。
涡轮钻具是一种特殊结构的井下动力钻具。它下接钻头，上接钻杆柱。工作时，钻井泵将高压钻井液经钻杆柱内腔泵入涡轮钻具中，驱动转子并通过主轴带动钻头旋转，实现破岩钻进。
涡轮钻具钻井的地面设备同转盘钻。但钻杆柱是不转动的，故节约了功率，磨损小，事故少，使用寿命长，特别适用于钻定向井和丛式井。
5、简述螺杆钻具的工作原理。
螺杆钻具是一种由高压钻井液驱动的容积式井下动力钻具。
原理：压力钻井液驱动转子（螺杆）在衬套中转动，带动装在下端的钻头破岩钻进。
特点：钻杆柱不转动，特别适用于定向井、丛式井，且可做成小尺寸钻具，用于小井眼和超深井钻井；螺杆钻具结构简单，工作可靠，能提供大扭矩、低转速。
6、转盘旋转钻井法与井下动力钻具旋转钻井法的主要区别是什么？
转盘旋转钻井法是通过地面动力驱动转盘带动钻杆柱旋转从而带动井下钻头旋转破碎岩石，随着钻井深度的增加，钻杆柱在井中旋转不仅要消耗过多的功率，且容易引起钻杆折断事故；而井下动力钻具钻井法是利用其它动力带动井下钻头旋转破碎岩石，而钻杆不转动。

§1-3钻井工艺过程

1、        一口井从开钻到完钻，实质上是要做好哪几件事？
一口井从开钻到完钻，实质上是要做好如下三件事：
一是破碎岩石；二是取出岩屑，保护井壁；三是固井和完井，形成油流通道。
2、简述井身结构的概念。
井身结构指的是下入井中套管层数、尺寸、规格和长度以及各层套管相应的钻头直径。一口井的井身结构是根据已掌握的地质情况和要求的钻井深度在开钻前拟定的。  
3、简述钻井过程中下入导管、表层套管、技术套管和油层套管的目的或作用。
导管：防止地表土层垮塌，引导钻头入井，并导引上返的钻井液流入钻井液池。导管下入的深度通常为20～40m。
表层套管：下入表层套管的目的在于加固上部疏松岩层的井壁和安装防喷器，为下一步钻井提供良好条件，一般深度为30～100m，最深可达300～400m。
技术套管：位于表层套管以内的套管。下技术套管是为了隔绝上部的高压油、气、水层或漏失层及坍塌层。（1）深井、超深井及地质情况复杂时，需下多层技术套管。（2）在满足钻井工艺要求的前提下，为节省钢材，应少下或不下技术套管。
油层套管：下入井内的最后一层套管，形成坚固的井筒，使生产层的油或气由井底沿这层套流至井口。
4、        简述钻具组合的概念。
钻具组合，或叫钻具配合：指根据地质条件与井身结构、钻具来源等，决定钻井时用什么样的钻头、钻铤、钻杆和方钻杆配合连接起来组成钻柱。合理的钻具配合是确保优质快速钻井的重要条件。
5、钻前工程中井口准备工作都有哪些内容？鼠洞和小鼠洞的主要用途各是什么？
第一平井场，打水泥基础；第二钻井设备的搬迁和安装。第三井口准备工作：下导管和钻鼠洞。第四备足钻井所需各种器材，如钻杆、钻铤、钻头及钻井泵必要的配件等。
鼠洞是用来在钻井过程中存放方钻杆。小鼠洞是用来在钻进过程中接单根时存放单根。
6、何谓固井？固井工作包括哪些内容？
在钻成的井眼内下入一串轴心线重合的套管柱，并在套管柱与井壁的环形空间里注入水泥进行封固，即称固井。依井身结构不同，钻井过程中一般需要进行多次固井工作。
整个固井工作包括套管柱设计，下套管和注水泥。
7、        何谓完井？常用的完井方法有哪些？
固井后，油层被水泥和套管封固着，必须设法使油〈气〉层和井筒沟通。相应的工作称为完井。
常用的油井完成方法有：〈1〉射孔完成法；〈2〉裸眼完成法；〈3〉贯眼完成法；〈4〉衬管完成法；〈5〉堵塞器完成法。
完井后还必须进行诱导油流的工作。当完成了诱导油流的工作后，一口井的钻井工作才告结束。

§1-4钻井中的几种事故

1、        简述井漏的原因、表现、及应对措施。
造成井漏更具体的原因：钻遇疏松地层，开泵过猛而蹩漏；钻遇渗透性地层，如渗透性良好的砂岩，发生渗透性漏失；钻遇地层断裂带或裂缝，如石灰岩裂缝发育地层，或右灰岩大溶洞时，发生井漏。
井漏会使泥浆池液面下降，井口返出泥浆量减少，甚至循环失灵。
发生井漏时首先应设法提高泥浆粘度、切力，相应降低泥浆比重和泵的排量。
严重漏失时，应在泥浆中加入堵漏物质，封堵漏失层。
2、简述井喷的原因及预防措施。
当钻遇到高压油、气、水层时，由于油、气、水层的压力大于钻井液柱压力，容易造成井喷。
为防止井喷，除应事前做好地质预告工作外，尚应在钻井时采取调整钻井液性能，安装井口设备〈防喷器〉。
3、简述卡钻的主要类型及其原因。
卡钻是井中常发生的事故，依成因不同可分为：
沉砂卡钻；落石卡钻；地层膨胀卡钻；泥饼卡钻；键槽卡钻；其它尚有泥包卡钻，落物卡钻等。

§1-5钻井技术

1、简述机械钻速及其影响因素。
机械钻速指的是纯钻进时每小时进尺数，米/小时。
影响机械钻速的因素很多，除了钻头类型、水力功率利用等因素外，主要是钻压、转速、排量和钻井液性能。
一般说来，钻速随钻压增大而加快。
机械钻速基本上随转速成比例地提高，在浅井软地层更是如此。
井底岩屑未被钻井液及时冲洗干净之前，增大排量可使钻速随之提高。当排量大到己足以洗净井底、并携带岩屑上返地面时，再增大排量对钻速的影响就不显著了 。
钻井液性能
比重大，井中液柱对岩石的压力加大，岩石被压愈紧，愈难以破碎，机械钻速会下降。
粘度和切力大，清洗井底的能力减弱，也会使钻速下降。
此外，钻井液中固相物质含量少，钻井液中含少量原油〈15%～20%〉则能提高机械钻速 。
2、钻井液的性能通常用哪些指标表示？
钻井液性能通常用比重、粘度和切力表示。
3、简述钻井液在钻井过程中的主要作用及对机械钻速的影响。
钻井液被称为钻井的血液。在钻井过程中，它起着冲洗井底、携带岩屑、保护井壁、冷却钻头和平衡地层压力的作用。
比重大，井中液柱对岩石的压力加大，岩石被压愈紧，愈难以破碎，机械钻速会下降。
粘度和切力大，清洗井底的能力减弱，也会使钻速下降。
此外，钻井液中固相物质含量少，钻井液中含少量原油〈15%～20%〉则能提高机械钻速 。
4、        钻头水眼处流出的喷射流可以用哪些参数表征？
钻头水眼处流出的喷射流，可以用喷射速度、冲击力和水功率三个参数来表征。
5、喷射式钻井主要有哪些工作方式？
三种工作方式：最大喷射速度、最大冲击力、最大钻头水功率。
6、简述满眼钻井原理。
满眼钻井法，又叫刚性配合法，这是我国在石油矿场广泛采用的快速钻直井的重要措施。
钻具下部的钻铤，在钻压作用下会产生弯曲，使钻具在井内不居中，导致产生井斜。通过在钻铤弯曲处加上扶正器〈用硬质合金块焊成〉增加受压部分刚度，使钻具居于井眼中心，防止井斜，此即满眼钻井原理 。

§1-6定向钻井与丛式钻井

1、        何谓定向钻井？何谓丛式钻井？
采用专门的造斜工具，配合一定的工艺措施，使井眼按照预定方向偏斜的钻井方法叫定向钻井。运用定向钻井技术，采用丛式钻机在同一井场钻多口井，叫丛式钻井。
定向钻井的应用：
(1)在岸上打定向井，勘探开发浅滩近海地区的油田。
(2)油层上方地面不宜安装钻机打井〈如城市建筑、文化古迹、沼泽地等〉。
(3)油层地质条件不适宜于直井开采，采用定向钻井法打水平井、多底井。
(4)处理事故。例如钻具折断无法打捞时，可在落鱼顶部打水泥塞另钻侧井达目的层完成钻井。
丛式钻井的应用：
(1)海洋丛式钻井：在一座固定式钻井平台上采用定向钻井法可钻24口以上的丛式井，大大提高了钻井平台和设备的利用率，降低了钻井成本。
(2)陆上丛式钻井：近年来陆上丛式钻井发展很快，在同一井场可钻40口井，在沼泽、沙漠等地面条件恶劣地区打丛式井，能满足勘探开发新油田的需要。在森林、农业地区打丛式井可大大节约占地面积，减少钻井设备搬迁安装时间和钻前工程量。丛式井采油可减少集输计量站、集输管线和油建工程量，便于实现自动化管理。
2、简述定向井剖面组成。
定向井剖面是由直井段，增斜、稳斜、降斜井段依用途采取不同的组合而成。





第二章
作业题：（重点了解钻机的结构组成、类型、特点，驱动类型，传动方式，基本参数及我国石油矿场正在使用的几种石油钻机，并了解几种机械驱动和电驱动钻机的特点和技术性能）

1、一套钻机主要由哪八大系统组成？
一套钻机主要由：起升系统、旋转系统、泥浆循环系统、动力设备、传动系统、控制系统、钻机底座、钻机的辅助设备等八大系统组成。

2、试叙述一台钻机的八项主要参数的意义。
(1).可钻最大井深
指的是该型钻机所具有的钻井能力和下套管能力。
(2).最大起重量
指的是钻机起升系统中大钩允许的最大静载荷。
(3).额定钻柱重量
指的是钻机在可钻最大井深时，所用额定尺寸的钻柱重量形成的大钩静载荷。
(4).绞车功率
绞车在起升工作中，使用一定的游动系统时大钩最低速度〈I档〉能够起升的额定钻柱重量所需的功率，称为绞车功率。
(5).转盘开口直径
指的是转台中心孔内径。
(6).转盘工作扭矩、转速和功率
转盘钻井时，为了带动地面设备、井下钻具和钻头旋转钻进〈破岩〉，需要产生不同扭矩的转速和输入功率。
(7).泵的排量、泵压和功率
泵的排量和泵压是泵在工作时使用最小缸套尺寸时的排量和允许的最高工作压力，在上述工作情况下泵输入端所需的功率称泵的功。
(8).钻机配备总功率
一部钻机所需的动力总功率，依驱动方式的不同计算方法也不一样。常用钻机驱动方式有：单独驱动、统一驱动、分组驱动等。现代大型钻机总功率已配备到数千千瓦。
作业题：（重点了解钻机井架的功能、钻井工艺对井架的要求、钻机井架的类型和特点）

§3-1钻井井架

1、        钻机井架的功能有哪些？
井架是钻采机械的重要组成部分之一。用它来安放天车、悬吊游车、大钩、吊钳、吊环、吊卡等起升设备与工具，其主要作用是起下、悬持和存放钻具。
（1）安放天车，游动滑车，大钩及专用工具（如吊钳）等。在钻井过程中进行起下钻具操作、下套管。
（2）起下钻过程中，用以存放立根。能容纳立根的总长度称为立根容量。
2、钻井工艺对井架有哪些要求？
（1）足够的承载能力：保证能起下一定深度的钻杆柱和下放一定深度的套管柱；其中足够意即，与钻机大钩公称起重量（最大钻杆柱重量）及大钩最大起重量相适应；
（2）足够的工作高度和空间、足够的钻台面积：工作高度越高，起下的立根长度越长，可以节省时间；
（3）拆装方便、安全，移运迅速。
3、钻机井架有哪些类型？各有何特点？
常见的井架类型有：塔型井架、前开口井架、A型井架、桅型井架、动力井架。
前开口井架：结构简单，拆装安全、方便，移运迅速，整体稳定性优于A形井架；
A形井架：拆装方便、安全，移运迅速，钻台宽敞，司钻视野开阔；
塔型井架：制造容易，整体稳定性好，承载能力大，井架内部空间大，司钻视野较好。

§3-2天车、游车、大钩和钢丝绳

1、        钻机游动系统由哪些部分组成？其特点是什么？
天车、 游车、钢丝绳和大钩，通常称为游动系统。
天车、游动滑车用钢丝绳联系起来组成复滑轮系统。
它可以大大降低快绳拉力，从而大为减轻钻机绞车在钻井各个作业（起下钻、下套管、钻进、悬持钻具）中的负荷和起升机组发动机应配备的功率。
2、钻井作业对大钩的功能有哪些要求？
钻井工作对大钩的要求：应具有足够的强度和工作可靠性；钩身能灵活转动，以便上、卸扣；大钩弹簧行程应足以补偿上、卸钻杆扣时的距离；钩口和侧钩的闭锁装置应绝对可靠、启闭方便；大钩应有缓冲减震功能，减小拆卸立根时的冲击。

§3-3钻井绞车

1、        钻机绞车由哪些主要部件组成？
（1）滚筒、滚筒轴总成，这是绞车的核心部件；
（2）制动机构，包括机械刹车和水刹车（电磁刹车）；
（3）猫头和猫头轴总成，用以紧卸丝扣、起吊重物；重型钻机绞车上还包括捞砂滚筒，用以提取岩心筒；
（4）传动系统，引入并分配动力和传递运动，对于内变速绞车除传动轴及滚筒轴、猫头轴外，还包括链条、齿轮、轴系零件及转盘中间传动轴等；
（5）控制系统，包括牙嵌、齿式、气动离合器、司钻控制台，控制阀件等，属于钻机控制系统的组成部分；
（6）润滑系统，包括黄油润滑、滴油润滑和密封传动、飞溅或强制润滑；
（7）支撑系统，有焊接的框架式支架或密闭箱壳式座架。
2、钻机绞车的功用有哪些？
（1）起下钻具、下套管；
（2）钻进过程中控制钻压、送进钻具；
（3）借助猫头，上、卸钻具丝扣，起吊重物及进行其他辅助工作；
（4）充当转盘的变速机构或中间传动机构；
（5）整体起放井架。
3、如何选用钻机绞车？
一台钻机采用何种结构类型的绞车与多种因素有关，主要有：
（1）功率大小，主滚筒是否上钻台，如何安装移运；
（2）变速方式，绞车内还是绞车外变速，这与整机传动方案有关，需统一考虑：轻中型多为绞车外变速；重型、超重型钻井绞车多采用绞车内变速；
（3）倒车方式（绞车外还是绞车内倒车）；
（4）猫头种类和数量；猫头轴是否惯性刹车；离合器数量及布置；
（5）是否充当传动盘的中间结构、变速结构；
（6）润滑方式，黄油、滴油、飞溅或是强制润滑；
（7）控制方式（一般采用集中气控制、气排挡）；
（8）驱动类型。

第四章
作业题：（了解钻井工艺对转盘、水龙头及泥浆净化系统的基本要求及相关设备的结构特点）

§4-1转盘

1、        钻机转盘要完成的主要工作有哪些？
钻井过程中，转盘要完成如下工作：
（1）转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速；
（2）下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱重量；
（3）完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；
（4）涡轮钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。
2、钻井作业对钻盘的基本要求有哪些？
为保证转盘能实现上述职能，要求：
（1）转盘的主轴承有足够的强度和寿命；
（2）转台和锥齿轮能传递足够大的扭矩，能倒转，能可靠地制动；
（3）密封性好，严防外界的泥浆、油水污液渗入转盘内部，减缓齿轮和轴承的磨损。
3、钻机转盘的主要特性参数有哪些？
（1）通孔直径
转盘通孔直径是转盘的主要几何参数，比第一次开钻时最大号钻头直径至少大10mm；
（2）最大静载荷
转盘上能承受的最大重量，应与钻机的最大钩载相匹配；该载荷经转台作用到主轴承上，因此决定着主轴承的规格；
（3）最大工作扭矩
转盘在最低工作转速时应达到的最大工作扭矩，决定着转盘的输入功率及传动零件的尺寸；
（4）最高转速
转盘在轻载荷下允许使用的最高转速；
（5）中心矩
转台中心至水平轴链轮第一排轮齿中心的距离。

§4-2水龙头

1、钻机水龙头要完成的主要工作有哪些？
水龙头通过提环挂在大钩上，可随大钩运行而上提下放；下部接方钻杆，连接下井钻具；上部通过鹅颈管与水龙袋相连。水龙头是提升、旋转、循环三大工作机组相汇交的“关键”部件
2、钻井作业对水龙头的基本要求有哪些？
对水龙头的要求：
（1）水龙头的主轴承必须具有足够的强度和寿命（因为水龙头的主轴承几乎是在全部钻具重量下振动、旋转，工作条件十分恶劣）；
（2）高压钻井液密封系统（或称冲管总成）必须工作可靠，寿命长，更换快速、方便；
（3）机油密封良好，能制动补偿工作过程中密封元件的磨损；
（4）各承载零件，如提环、壳体、中心管等，应具有足够的强度和刚性。
3、钻机水龙头的主要特性参数有哪些？
（1）最大静载荷：水龙头的主要受力件，如主轴承、提环等，所能承受的最大载荷，它应等于或大于钻机的最大钩载。水龙头常以最大静载荷定型号，如SL-450（tf）等。
（2）中心管通孔直径：国产水龙头中心管、冲管直径均为75mm。
（3）最高转速：水龙头许用最高转速，应与转盘的最高转速相一致；
（4）最大工作压力：水龙头最大工作压力应与钻井泵、高压管汇、水龙带相匹配；
（5）中心管接头下端螺纹规格、轴承型号和尺寸等。
4、水龙头的功用有哪些？
（1）悬持旋转着的钻杆柱，承受大部分乃至全部钻具重量；
（2）向转动着的钻杆柱内引输高压钻井液；

§4-3顶驱钻井系统

1、        顶驱钻机有何主要优点？
和转盘－方钻杆旋转钻井法相比，顶驱钻井系统旋转钻井法具有下述主要特点：
（1）系统直接采用立根（28m）钻进，减少了2/3钻柱连接时间；
（2）起下钻时，顶驱钻井系统可在任意高度立即循环钻井液，实行倒划眼起钻和划眼下钻，大大减少了卡钻事故；
（3）系统具有遥控内部防喷器（IBOP），钻进或起钻如有井涌迹象，可即时实施井控，大大提高了在复杂地层、钻井事故地区钻井的安全性。
（4）顶驱系统以28m立根钻定向井、丛式井、斜井时，不仅减少了钻柱连接时间，还减少了测量次数，容易控制井底马达的造斜方位，节省了定向钻井时间，提高了钻井效率；
（5）顶驱系统配备了钻杆上卸扣装置，实现了钻杆上卸扣操作机械化，快捷便捷、安全可靠。不用转盘、方钻杆，避免了接单根钻进的频繁常规操作，不仅节省了时间，且大大减轻了钻井工人的体力劳动强度，降低发生人身事故的机率。
（6）系统可连续取芯28m，改善了取芯条件，提高了取芯质量；
2、交流变频顶驱系统有何优点？
AC变频顶驱系统的主要优点（相对于AC-SCR-DC直流电机驱动）
（1）AC电动机效率可高达96％～97％，经济性好；
（2）AC电动机没有电刷，工作时不会产生火花，防爆，钻井安全；经久耐用，维护保养简单；质量轻、体积小、占用空间少；
（3）AC变频驱动，可精确调节工作转速与输出扭矩，具有更好的调节性能。
（4）AC变频驱动零转速时具有全制动扭矩，可保证钻井安全，过载能力强，1min内可承受额定载荷150％过载载荷。

§4-4泥浆净化装置

1、泥浆净化系统一般有哪些主要部分组成？
泥浆净化装置是钻井液循环系统中的重要组成部分，其基本作用是减少或控制泥浆中固体颗粒的含量，以便改善钻井泵和其它设备的工作条件，提高钻井效果。
钻井过程中，从井底返回地面的泥浆中含有大量的岩屑和砂粒，经过泥浆池和沉淀池的自然沉降，其中的固相颗粒只能稍稍减少，继续使用这种泥浆，必然会有相当一部分岩屑和砂粒随泥浆进入钻井泵，并被再次送入井底，造成钻井泵易损件和钻头寿命大大缩短，钻头进尺减少，钻速显著降低，甚至会造成钻井过程中钻杆遇卡事故。
采用合适的泥浆净化（或固相控制）系统，设法控制和尽可能降低泥浆中的固相含量，使泥浆净化，对于改善钻井泵、钻头和钻具的工作条件、钻井时改善涡轮钻具的工作条件、减少磨损等，都具有十分重要的意义。
泥浆振动筛是固控系统中的关键设备，自井筒中返回的泥浆首先进入筛中，清除掉较大的固体颗粒。
水力旋流器
离心分离机主要用于回收加重泥浆中的重晶石，及非加重泥浆中的液体或化学药剂，清除0～8um左右的细粉砂。
泥浆除气器
离心分离机

第五章
作业题：（了解钻机驱动设备的类型及工作特点）

1、什么叫动力机的外特性曲线
所谓动力机的外特性，指的是扭矩M随转速n而变化的规律性，即M=f（n），常用曲线描述，称为外特性曲线。
2、柴油机用作钻井设备动力的主要特点是什么？
（1）不受地区限制，具有自持能力（只要自带燃料都可工作）。
（2）产品系列化后，不同级别钻机，可采用所谓“积木式”，即增加相同类型机组数目的办法，以增加总装机功率，从而减少柴油机品种。
（3）在性能上，转速可平稳调节，能防止工作机过载，避免出设备事故。装上全制式调速器，油门手柄处于不同位置时，即可得到不同的稳定工作转速。当外载增加超过Mmax时，柴油机便越过外特性上稳定工作点而灭火，不致造成传动机构或工作机因过载而损坏。
（4）结构紧凑，体积小，重量轻，便于搬迁移运，适于野外流动作业。
（5）不足：扭矩曲线较平坦，适应性系数小（1.05~1.15），过载能力有限；转速调节范围窄（1.3~1.8）；噪音大，影响工人健康；与电驱动比较，驱动传动效率低，燃料成本高等。

第六章
作业题：（了解往复泵的分类、了解往复泵的瞬时流量和平均流量及流量不均度的概念，掌握往复泵的工作原理、结构特点以及流量、压力、功率、效率的计算方法，了解往复泵空气包的作用及原理）

1、往复泵按用途可分为哪些类型？
按用途的不同，石油矿场用往复泵往往被冠以相应的名称，例如：
在钻进过程中，为了携带井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力，用于向井底输送和循环钻井液的往复泵，称钻井泵或泥浆泵；
为了固化井壁，向井底注入高压水泥浆的往复泵，称固井泵；
为了造成油层的人工裂缝，提高原油产量和采收率，用于向井内注入含有大量固体颗粒的液体或酸碱液体的往复泵，称压裂泵；
向井内油层注入高压水驱油的往复泵，称注水泵；
在采油过程中，用于在井内抽汲原油的往复泵，称抽油泵。
2、什么叫往复泵的瞬时流量？平均流量？
往复泵在单位时间内理论上应输送的液体体积，称作泵的理论平均流量，它与泵的活塞截面积F、活塞冲程长度S，以及活塞每分钟在缸套中往复的次数，即泵的冲次n有关。
由于往复泵的活塞运动速度是变化的，故每个液缸和泵的流量也是变量。往复泵在某一旋转角度时所输送的液体体积，称作泵的瞬时流量。
3、什么叫往复泵的流量不均度？
理论瞬时流量的最大差值与平均流量的比值，称作往复泵的流量不均匀度
4、说明往复泵的工作原理。
往复式泵主要由液缸、活塞、吸入阀、排出阀、阀室、曲柄或曲轴、连杆、十字头、活塞杆，以及齿轮、皮带轮和传动轴等零部件组成。
当动力机通过皮带、齿轮等传动件带动曲轴或曲柄以角速度ω按某方向，从左边水平位置开始旋转时，活塞向右边即泵的动力端移动，液缸内形成一定的真空度，吸入池中的液体在液面压力的作用下，推开吸入阀，进入液缸，直到活塞移到右死点为止，为液缸的吸入过程。曲柄继续转动，活塞开始向左即液力端移动，缸套内液体受挤压，压力升高，吸入阀关闭，排出阀被推开，液体经排出阀和排出管进入排出池，直到活塞移到左死点时为止，为液缸的排出过程。曲柄连续旋转，每一周（0～3600）内活塞往复运动一次，单作用泵的液缸完成一次吸入和排出过程。
5、说明往复泵空气包的作用及原理。
曲柄连杆机构传动往复泵工作时，每个液缸在一个冲程中排出或吸入的瞬时流量，都近似地按正弦规律变化，即使有几个液缸交替工作，总的流量也达不到均匀程度。而总流量的不均匀，必然导致压力波动，进而引起吸入和排出管线振动，吸入条件恶化，破坏管线和机件，甚至使泵不能正常工作。为了消除流量不均匀和压力波动，往复泵通常都安装有各种减振装置。空气包是一种常见、有效的减振装置。
当液缸排出瞬时流量增加，液体压力加大时，胶囊内气体受压缩，空气包储存来自液缸内的一部分液体；当液缸排出的瞬时流量减少，液体压力减小时，胶囊内气体膨胀，空气包放出一部分液体；始终使进入排出管内的液体变化不大，从而保持排出管内压力趋于均匀。
吸入空气包的作用是使吸入管中的液体流量趋于均匀，保持吸入压力稳定。


第七章
作业题：（掌握离心泵的工作原理、结构特点以及流量、压力、功率、效率、比转数的计算方法，了解平衡离心泵的工况调节、轴向力的平衡方法、离心泵的特性曲线及其变化规律、离心泵的选择方法）

1、简述离心泵的工作原理？
离心泵 由叶轮、泵轴、、蜗壳等组成。
当动力机通过联轴器和泵轴带动叶轮旋转时，叶片就带动叶片间流道中的液体作圆周运动；在离心力的作用下，液体以较大的速度和较高的压力，沿着叶片形成的流道，自中心向外缘运动，并通过蜗壳和扩散管流向排出管。由于液体不断被排出，在泵壳内叶轮中心和吸入管内形成真空，吸入池中的液体在大气压或液罐内压力的作用下，源源不断地流进吸入管或叶轮；蜗壳则收集从叶轮中高速流出并具有一定压力的液体，并引向扩散管和排出管；扩散管的过流面积是逐渐增大的，起着降低流速和进一步增加液体压力的作用，从而使泵形成连续的吸入和排出过程，不断地排出高能量的液体。
2、简述离心泵与往复泵的异同？各有何特点？
离心泵是最典型的叶片式机械，在石油矿场上应用广泛，主要用于输送原油、向井底注水、油井采油，以及作为往复泵的灌注泵和生活供水泵等。
离心泵的工作原理和结构与往复泵完全不同：
往复泵主要通过改变工作腔的容积，将机械能主要转变为液体的压力能；
而离心泵则主要靠改变工作腔内液体的运动速度，将机械能转变为液体的动能和压能。
3、平衡离心泵轴向推力的方法有哪些？
离心泵工作时，由于叶轮受力的非对称性而产生的轴向力，只靠轴向止推轴承难以完全承受，必须安装有平衡轴向力的装置。
常用的平衡离心泵轴向推力的方法有：
（1）利用叶轮的对称性平衡轴向力
（2）改造叶轮结构平衡轴向力。包括：平衡孔法；平衡管法；在叶轮背面加平衡叶片法
（3）安装专用的平衡装置。包括：自动平衡盘平衡轴向力；平衡鼓平衡轴向力；平衡盘与平衡鼓组合装置平衡轴向力
4、什么叫离心泵的特性曲线？其变化规律如何？
离心泵的特性曲线是指一定转速n下的H－Q、Na－Q等关系曲线，主要是H－Q特性曲线。
特性曲线是选择和使用离心泵的基本依据。
变化规律略。








第八章
作业题：（了解原油的开采方法及特点、常用的机械采油装置的种类、结构组成及特点，了解油田修井、注水、压裂、酸化作业以及油气集输的主要设备及工作内容）

§8-1自喷井采油及设备

1、原油的开采方法有哪两类？各有何特点？
按照油层内部的天然能量、油层渗透性能和原油性质等，原油开采的方法有自喷井采油法和机械采油法两大类型。
自喷井采油法是利用地层本身的能量，由井底向地面举升原油；
机械采油法用于不能自喷的油井，主要用机械的方法，提高井下原油的能量，并将其举升到地面，故又称人工举升法采油。
2、常用的油井诱喷方法有哪些？
钻井作业完成后，原油和天然气还不能自动喷到地面上来，因为这时井眼内还充满着泥浆，液柱作用于井底的压力大于油层压力，油气不能流入井筒内；
同时，钻井和射孔过程中，油层会被泥浆污染，堵塞部分孔隙，也阻碍油气流入井筒内。
因此，采油之前应设法降低井筒内液柱压力，清除堵塞油层的污物，使油气能畅流到地面。这种作业过程叫做诱喷或诱流。
通常采用的诱喷方法有：替喷法；抽汲法；气举法；提捞法；
3、自喷过程中油气沿井筒内流动的流态有哪几种？变化的原因是什么？
自喷过程中，油气在井筒内的流态是动态变化的，分为纯油流、泡流、段塞流、环流和雾状流等。
这主要是因为井筒内不同井段的压力发生变化的缘故。
4、自喷井的采油井口装置主要由哪几部分组成？
采油（气）井口装置是引导和控制油、气混合物的流动方向、流量大小和进行油、气生产的重要地面设备，
主要由套管头、油管头和采油树三部分组成。
5、常用的油井清蜡方式有哪几种？
在原油开采过程中，无论蜡在油层内还是在油管、集输管道内析出，都会增加油流阻力，甚至堵死油流通道，严重影响生产。
因此，开采过程中，除采取一定的防蜡措施外，还应有一定的清蜡措施。
常用的清蜡方法有三种：机械清蜡、热力清蜡和化学清蜡。我国油田主要采用机械和热力清蜡。

§8-2机械采油及设备

1、什么叫机械采油法？机械采油装置有哪些种类？
当自喷油井处于开采晚期，油层压力降低到某种程度，油层流到井底的油气所具有的剩余能量已不足以使油液喷出地面时，或油田开发之初，油层的原始压力很低，油液难以喷出地面时，通常向井底下入专用的设备－抽油泵装置，将油井中的油液举升到地面，保持井底和油层之间油液流动的压力差，保证油气源源不断地流向井底。这种采油方式，称作机械采油法或人工举升法。
按动力传动方式，抽油泵装置可分为有杆抽油泵装置和无杆抽油泵装置
有杆泵（如抽油机－抽油泵装置）的动力，由地面通过抽油机、抽油杆传动油井下的泵装置，实现举升油液的运动。
无杆泵装置（如水力活塞泵、电动潜油离心泵等），其动力源由液体、电等传到井底，使井下泵实现举升油液运动。
此外，利用地面压气机，向井内注入高压气体，使油液升到地面，即所谓气举法采油，也是一种机械采油方法。
2、什么叫“三抽”设备？
抽油机－抽油泵装置包括三部分：地面部分－抽油机，井下部分－抽油泵，抽油机与抽油泵连接部分－抽油杆，习惯上称作“三抽”设备。
3、游梁式抽油机的主要组成部分有哪些？其作用是什么？
游梁式抽油机－抽油泵装置，其动力一般由电动机（或柴油机、天然气发动机等）发出，通过减速箱、曲柄连杆机构和游梁等，将高速旋转运动变为抽油机驴头的低速上下往复运动。驴头的往复运动通过悬绳器、光杆和抽油杆带动装有游动阀的活塞，在深井泵筒中作上下往复运动，实现抽油。
常规型游梁式抽油机，由动力机、齿轮减速箱、曲柄、平衡块、连杆、游梁、支架和驴头等组成。
作用：略。
4、抽油机型号是如何标注的？
  
5、游梁式抽油机的机械平衡方式有哪些？
抽油机的平衡采用机械平衡和气动平衡两种方式。
机械平衡：根据平衡重装设的位置，可以分为：
游梁平衡（平衡重装在游梁尾端）
曲柄平衡（平衡重在装在曲柄上）
复合平衡（游梁平衡和曲柄平衡同时采用）
改变平衡重位置或重量，可以调节平衡的效果
6、柱塞式抽油泵分为哪些种？各有何特点？
抽油泵主要有三类：管式泵（油管泵）、杆式泵（插入泵）、套管泵（大尺寸插入泵）。它们都是由工作筒、柱塞、固定（吸入）阀、游动（排出）阀组成。
有杆式抽油机的抽油泵主要由工作筒〈外筒和衬套〉、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀〉组成。按照抽油泵在油管中的固定方式，抽油泵可分为管式泵、杆式泵和套管泵。
管式泵的特点是：把外筒和衬套在地面组装好并接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。管式泵的结构简单、成本低，在相同油管直径下允许下入的泵径较杆式泵大，因而排量大。但检泵时必须起出油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大、产量较高的油井。
杆式泵的特点是将整个泵在地面组装好并接在抽油杆柱的下端，整体通过油管下入井内，然后由预先装在油管预定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。杆式泵检泵方便，但结构复杂，制造成本高，在相同油管直径下允许下入的泵径比管式泵小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。
套管泵的特点是用套管代替油管出油时所用的抽油泵，都属于套管泵，它实际上是一种较大型的杆式泵，与一般杆式泵的安装及操作方式基本相同。套管泵用抽油杆下入井中，并在泵筒的底部或顶部装有封隔器，以便在泵筒和套管之间建立液体密封。套管泵排量大，适用于浅井特别是高产井。  
7、水力活塞泵装置由哪些部分组成？各起什么作用？
水力活塞泵装置是通过高压动力液向井底传递动力并实现抽汲井液的一种无杆抽油设备，由地面部分、井下部分和联系地面井下的中间部分所组成；实际上相当于将液压抽油机的驱动油缸及换向阀移动到井下，直接与抽油泵相连，从而取消了抽油杆的一种抽油设备。
井下部分是主要机组，由液动机（亦即井下马达）、活塞泵和控制滑阀三部分组成，统称作水力活塞泵。水力活塞泵下到井中液面以下，起着抽汲原油并向地面输送的作用。
地面部分包括地面泵组、井口装置、加热装置、沉析罐、分离器及控制阀等，起着向井下水力活塞泵供给高压动力液及处理动力液的作用。
地面和井下的中间联系部分包括各种专用管道及油管，起着将地面动力液输送到井下水力活塞泵以及将抽出的原油和工作过的废动力液排回地面的作用。
8、电动潜油离心泵装置由哪些部分组成？各起什么作用？
电潜泵系统包括电动机、保护器、吸入口（或气体分离器）、多级沉没离心泵、电缆、控制屏和变压器等；附属件有将电缆固定到油管上的电缆卡子、油管挂（井口装置）、检测井底压力和温度的仪表、单流阀、卸油阀及电缆滚筒等。
通常情况下，统称泵、电机和保护器等井下机组为“电泵”。电泵接在油管上，用油管柱下入井中，沉没在井液下面抽油。它可适用于垂直井，弯曲井和定向井。
电潜泵的井下机组下入到射孔之上的某一位置，进入井筒的地层液经过电机向上流动，将电机产生的热量带走，使电机冷却。
井下机组中，保护器起着电机平衡室的作用，即电机工作时，电动机油受热膨胀，一部分电机油进入保护器；当电机停转时，电机油冷却收缩，由保护器向电机内充油。保护器使得井液和电机油的压力相连通，并且密封电机壳体的动力端，使井液不能进入电机。
油气分离型吸入口或油气分离器，是用于分离井液中的游离气体，并使游离气进入油、套管环形空间。

§8-3油田注水、压裂、酸化及其设备

1、为什么要进行油田注水作业？
原油所以能流到井底，并自喷到地面，主要是靠地层的弹性压力、气顶区气体的压力、边水或底水的压力以及溶解气的驱动力等的推动。
当原油所受驱动力大于油气层孔隙阻力、井筒内液柱重量及井壁摩擦力时，油井可以实现自喷；
当原油所受的驱动力只能克服孔隙阻力时，就要靠抽油的方法采油；
如果驱动力不能克服孔隙阻力，油井就将枯竭。
一般说来，油田开发初期，原油所受的驱动力较大，即地层压力较高。但随着原油不断地被采出，压力会不断地降低。
为了保持或提高油层的压力，进而保证油田长期稳产高产，并提高最终采收率，从油田开发早期起，除了钻采油井外，还钻有一批注水井，专门用于从地面向油层注入高压水，以补充采油过程中不断消耗的天然能量。这种作业过程，称作油田注水。
2、油田注水作业流程包括哪些？
油田注水全部流程包括：水源净化系统、注水站、配水间及注水井等。
3、为什么要进行油层水力压裂？
油层水力压裂是利用液体的传压作用，在油层中扩大或造成裂缝，提高油层的渗透性，主要目的是改造油层，提高油气产量；对于注水井，则是为了提高注水井的吸水性，增加注水效果。
4、压裂施工中的主要设备有哪些？
主要设备包括：井口装置、压裂车、混砂车、供油罐（车）、拉砂车及高低压管汇（或管汇车）等。此外，还配有平衡车、仪表车、消防车以及作业机等。
平衡车是用来平衡上封隔器的压力。作业机用来进行必要的起升作业等
在这些设备中，压裂车和混砂车是压裂施工中的关键设备。
5、为什么要进行油田酸化作业？
油层酸化处理是利用酸液能溶解岩层中所含盐类的特性，提高近井地带油层的渗透率，改善油、气流动状况，以增加油、气产量。
根据酸液在地层中的作用，酸化一般可分为两类。
一类是注酸压力低于油、气层破裂压力的常规酸化，主要是靠酸液的化学腐蚀作用，扩大与之接触的岩石的孔、缝、洞；
另一类是注酸压力高于油、气层破裂压力的酸化，称作压裂酸化，酸液在油层中同时发挥化学作用和水力压裂作用，扩大、延伸、压开、沟通裂缝，形成延伸更远、流通能力更高的油、气渗流通道。
6、酸化作业的主要设备有哪些？
对油、气层进行酸化处理时，常用的地面设备有压裂车、高压井口管汇和各种辅助车辆。
压裂车：对酸液加压、并挤入油层。
高压井口管汇：连接压裂车出口管和井口，使高压酸液安全注入井中。
运酸车：将按比例混配好附加剂的浓酸液运到井场，并通过离心泵，将浓酸液转输到储酸车上。
储酸车：按所需酸液的浓度，在储罐中放入适当数量的清水，当浓酸液转输到储酸车后，打开上水阀和回水阀，开动离心泵，配好酸液。
供酸车：施工时，将其进水管同各台储酸车串联，出水管同压裂车的上水管相连，由离心泵统一向压裂车供酸。

§8-4修井设备

1、什么叫修井作业？修井作业的主要内容有哪些？
在油井自喷或抽油过程中，常会发生一些油井或设备故障，造成油井减产，甚至停产。为了恢复油井的正常生产，必须采取相应的措施，排除故障；
有时，由于井况发生变化，需要对井下设备进行更换，以调整油井参数。
这种排除故障或调整油井参数，恢复油井正常生产等的作业，称作修井。
修井作业的内容：
（1）更换抽油杆、油管和深井泵；
（2）清除砂堵（捞砂或冲砂）和防砂（造人工井壁等）；
（3）清除蜡堵或蜡卡；
（4）封堵外来水（上层水或下层水）和本层水，一般可采用挤水泥或下附加套管然后注水泥的办法予以隔绝；
（5）修补套管；
（6）打捞：
（7）回采上部或上部生产层。
2、什么叫不压井修井？其主要设备有哪些？
不压井修井作业是利用特殊的修井设备，在井口有压力的情况下，实现安全起下作业。
这套设备应能解决两方面的工艺问题，
一是在起下油管柱和其它作业过程中，要保证油管及油、套管环形空间不喷油，即所谓的密封问题；
二是在初放下若干根油管或起至最后若干根油管时，能够对油管施加下压力或控制力，以克服井内压力对油管的上顶力，保证这若干根油管正常起出或下放。

§8-5油气集输及设备

1、什么叫油气集输？
从地下采出的原油中，一般伴有大量的天然气及其它杂质（砂子、水、盐类等），这不仅会使输送困难，腐蚀输油管线，加剧设备的磨损，更主要的是会给炼油厂及化工厂的生产带来困难。
因此，必须在石油矿场上对从井底采出的油气进行收集、输送、储存、计量和初步净化处理等一系列工作，这些工作总称为油气集输。
2、油气集输工作的主要内容是什么？
石油矿场的油气集输工作主要包括下述内容：
（1）集油和集气，就是将各油井产出的油和气汇集起来，经过计量，输送到集油站（联合站或处理场），进行分离、脱水等净化处理。对于高粘度、高凝固点原油，还要采用加热、化学或物理等方法进行降粘、降凝处理，以保证在允许的压差条件下将原油输送到集油站，而不至于凝固在管道内。
（2）油、气、水初步分离。油、气的分离主要在油气分离器中进行，视情况采用一级或二级分离方式；油、水分离一般在沉降罐中进行，也可在油气分离器中进行；其它杂质一般与油、水分离同时进行。
（3）油、气、水的净化处理。分离后的原油要进行脱水、除砂、脱盐、脱气等处理。分离后的天然气要在压气站或炼化系统净化处理，去掉小油珠、水蒸气和硫等；分离后的水还应清除油、泥、砂等物质，才能再用于回注入油层或外排。油气中的轻质油还必须提取出来，并单独运输和储存
（4）油、气、水的计量分为三级：油田外输计量，作为商品交接，为一级；处理场（联合站）内部交接计量，为二级；计量站（油井）计量，为三级。计量级别不同，精度也不同。
（5）油、气、水的转输和储存。井中产出的原油经收集、转输和净化等过程后，就作为成品输出，途中要经过多次转输和储存。
3、什么叫油气集输流程？油气集输流程主要有哪些？
油气集输流程是指油田上从各个油井到集输站，进行收集、转输、储运、分离和净化处理等全部的工艺流程，基本上包括油井流程、计量站和转油站等。
根据油井到计量站或集输中转站的油气集输和保温形式的不同，油气集输流程可分为单管流程、双管流程、三管和多管流程等。


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