石油工程(上)复习题

图3.5岩体的应力-应变曲线cs0ABCD应变应力1）OA：岩石内部裂隙逐渐压密2）AB：它的斜率为常数或接近于常数，其斜率定义为岩石的弹性模量E。3）BC：裂缝进入不稳定发展状态，这是破坏的先行阶段。4）CD：裂缝发生了不稳定传播，新的裂隙分叉发展，使岩石开始解体。1.某井实测悬点最大载荷为45000N，最小载荷为14500N，采用直径为19mm的抽油杆，其许用应力为90N/mm2，试运用强度理论分析该抽油杆是否满足强度要求。解：计算可得抽油杆截面面积分别为Ar=285.023mm2，则max=Wmax/Ar=45000/285.023a=(Wmax-Wmin)/2Ar=(45000-15000)/2×285.023c=max×a=由于抽油杆折算应力稍大于许用应力，可以认为基本上满足强度要求。但该抽油杆工作在满负荷状态下，将降低抽油杆的使用寿命。2．已知泵径为70mm，光杆冲程为S=2.7m，冲次n=9min-1，井液密度ρ1=960kg/m3。如果采用7/8in、许用应力（б-1）为90N/mm2的抽油杆，试求其最大下入深度（r/l=0.20）。解：由计算得抽油杆与活塞的截面面积分别为Ar=387.984mm2，Ap=3848.451mm2。由基本载荷公式Wmax=Wr′+Wr″+(Wrsn2/1790)(1+r/l)Wmin=Wr′-(Wrsn2/1790)(1-r/l)计算得：Wmax=66.825L(N)，Wmin=23.295L(N)。则：max=Wmax/Ar=17.225×10-2（N/mm2）a=(Wmax-Wmin)/Ar=5.610×10-2（N/mm2）maxca=L=[б-1/бc]=3.岩石的应力—应变曲线一般由哪几个阶段组成？答：一般由岩石被压密阶段、弹性（曲服）变形阶段、不稳定发展阶段和岩石解体阶段。由于岩石中孔洞、裂纹、节理等细观结构的存在，岩石在各种外界荷载和外界环境的作用下，产生各种缺陷，导致岩石物理力学性质的劣化。岩石在受压力载荷作用时，微孔洞、裂纹等会首先产生闭合，对应于图3.5OA段；之后岩石中的微孔洞、裂纹将几乎不发生变化，岩石表现出近似线弹性性质，对应于AB段；随着载荷的进一步增加，岩石进入裂纹稳定扩展阶段，此时岩石中裂纹的扩展趋势大于闭合趋势，岩石的强度逐渐降低，对应于BC段；随后当达到峰值强度后，岩石内的裂纹大量产生与扩展，岩石迅速破坏，对应于CD段。4.伊利石的晶体结构及特点如何？对产层有何影响?答：伊利石晶体构造与蒙脱石相似，也是由两个硅氧四面体夹一个铝氧八面体组成，即为2：1型粘土.不同的是：其品格取代多发生在硅氧四面体上，所缺的正电荷由K＋补偿.K＋的直径为2.66A，四面体表面氧组成的六角环内切园直径为2.8A，K＋正好进入六角环中，阻止水分子进入.同时K＋与晶格取代发生的位置近，相邻晶层与K＋产生较强的静电引力，使各晶层间拉得较紧，即使在水分子存在的情况下晶层也不易分开。因K＋不参加交换，同时本身水化较弱，因此其吸水能力比蒙脱石小得多，膨胀性也较差.伊利石在地层中较为常见，从形态上看大多数以搭桥式存在，将大孔隙变成细孔隙，具有较大的吸水区，外来液体侵入后造成含水饱和度增加，使油的相对渗透率下降.同时毛发状伊利石当流体流动时将被打碎并随流体运移，堵塞喉道.5.选择钻井完井液应遵守哪些原则？答：钻井完井液的选择.从油层保护的角度来说，应考虑地层的特点，遵守下列原则：①对速敏地层.主要问题是微粒运移，因此应首先应选用具有的低的高温高压失水量的钻井液，使进入油层的滤液量少，流速低，不超过其临界流速.②对于水敏性地层，主要问题是粘土水化膨胀。最好采用不滤失的油基钻井或气体钻井液，其次可采用抑制性钻井液，③化学敏感性地层。主要问题是化学沉淀.应选用与地层水相配伍的钻井液。④对于一些引起水锁、贾敏效应和润湿反转等物理变化的储层，一是减少滤失量、二是避免使用能发生润湿反转和易生成乳状液的表面活性剂.6.对完井方法有哪些要求？答：完井方法有以下几点共同要求:①有效地减少油气流入井底的阻力，减少对储层的损害②要妥善地封隔油汽水层，防止各层之间互相窜槽.③克服井塌或油井出砂，保证油气井长期稳定延长油井寿命.④能够进行压裂、酸化等增产措施，以及便于修井.⑤工艺简便易行，完井速度高，经济效益好.7.试述岩石抗拉伸强度的实验方法及原理？答：岩石抗拉强度的试验方法有两种，一种是直接试验法，一种是间接试验法。（1）直接试验法：是把岩样加工成拉伸试样，置于材料拉伸试验机上进行简单应力状态下的拉伸试验。岩样拉断时的应力值，即为岩石的抗拉伸强度。（2）间接试验法：通常用筒形抗内压胀裂试验和岩石的巴西劈裂抗拉伸试验两种。岩石的筒形抗内压胀裂试验是对圆筒状岩样施加均匀内压，直到圆筒胀裂的试验方法，通过拉梅理论简接计算得出。岩石的巴西劈裂抗拉伸试验是把盘形岩样立放于试验机的工作台面和加载平板之间进行压缩加载。岩盘的破裂是从盘中心开始沿加载直径向上、下两面方面扩展开来，从而使岩盘在加载联线上呈现清晰的破裂痕迹。岩盘的破裂是由垂直于加载方向上的拉应力达到极限值引起的，可由岩盘破裂时的载荷计算出。8.常用完井方法有哪些？对储层有什么影响？裸眼完井法，裸眼完井法分先期裸眼完井和后期裸眼完井两种.先期裸眼完井是在油层顶部下入技术套管并固井，然后打开油层.后期裸眼完井是先钻开储层.然后将套管下至油层顶部并固井.裸眼完井法的最大优点是储层直接与井底相遇，油气流入井内的阻力小.先期裸眼完井还减少了水泥浆对储层的影响.裸眼完井不能克服井壁坍塌和油层出砂，储层结构物性不一致，不能克服产层内油气的互相干扰.后期裸眼完井未能消除水泥泺不储层的不良影响.射孔完井方法射孔完井法的实质是钻穿油气层后，将套管下至油层底部固井，然后用射孔器射穿套管和水泥环，并射入地层一定深度，使井筒与储层之间构成通道.这种完井法的影响是：第一，不能消除钻井液与水泥浆对储层产生的损害.第二，由于射孔数目和深度有限，油气层与井底连通面积小，动气流入井内的阻力较大.3.衬管完井法这种完井法是将油层套管下至油层顶部进行固井·然后钻开油气层，在油层部位下入预先打好孔眼的衬管.这种完井法能减少完井过程中水泥浆和射孔液对油气层的损害。但无法封隔油气水层相互窜通.4.筛管完井法这种完井法是在钻穿油气层后，把带筛管的管柱下入油层部位，然后封隔油层顶界以上的环形空间.这种完井方法能避免完井过程中水泥泺和射孔作业中对油层的损害。砾石充填完井法：这种完井方法是人为地在衬管和井壁之间充具有一定尺寸砾石，使之起防砂和保护储层的作用.这种完井法可消除注水泥和射孔作业以储层的影响。9.常见三类油气层特点及应选用的完井液技术？答：第一类，低压低渗透油气层特点：孔隙压力低;孔隙低渗透率低;粘土及敏感性粘土含量高;产量低.应选用的完井液;首先要确定合理的密度，尽可能维持近平衡钻井。可选用泡沫等低密度流体.其次要分析地层敏感生评价数据.对敏感矿物含量高需在完井液组份上慎重选择.可根据地层敏感生选择水落性或油溶性桥堵剂.2.稠油层特点：水敏性强，注入蒸汽冷凝后.与水敏性粘土相遇，造成粘土水化膨胀;岩性松散.胶结物主要是沥青质;地层中含高岭石量多，易造成微粒运移:地层水与外来水易形成化学沉淀.选择完井液:首先考虑对付水敏性问题，加一定的抑制剂、粘土稳定剂减少粘土膨胀.其次要防止微粒运移及胶结物溶解后出砂问题.可通过改善完井液滤液性质.加入阳离子聚合物等方法，稳定和固着砂岩表面微粒，防止胶结物完全溶解.第二，要能及时防止和解除沥青及石蜡堵塞油层问题.3.低渗气藏特点:孔隙度低、渗透率低;高应力敏感性，地表测得的渗透率高很多倍;高水敏性.主要原因是具有较高的毛管力，水锁严重;高含水饱和度特征，在气层中天然气与水对岩石表面润湿性差异很大，水作为润湿性，气体则为非润湿相.低渗气层岩石颗粒小.此表面大，对水有吸附性更强，气驱水效率低，外来水侵入越多，含水饱和度越高.对于这种储层，设计完井液时，首先要降低滤液产生的水锁效应，选择低滤失量完井液，同时添加降低表面张力的活性剂.其现选用合理的桥堵剂，降低完井液滤失量.同时桥堵剂也可减少完井液中固相颗粒进入地层.最后对完井液的含盐量及PH进行优选.10.岩石的强度特征：是指岩石在载荷作用下开始破坏时的最大应力以及应力与破坏之间的关系，它反映了岩石抵抗破坏的能力和破坏规律。11.扬氏弹性模量：对于单轴压缩试验，岩石的弹性模量E为轴向应力б与轴向应变ε的比值。对于三轴压缩试验，E为向应力差△б与应变差△ε的比值。12.岩石的可钻性:岩石的可钻性一般理解为岩石破碎的难易性。13.射孔完井法：钻穿油气层后，将套管下至油层底部固井.然后用射孔器射穿套管和水泥环，并射入储层内一定的深度，使井筒与储层之间构成通道。14.岩石的变形规律包括岩石的（弹性变形）、（塑性变形）、（粘性流动）和破坏规律。15.岩石的强度由大到小的一般规律是：（抗压强度）、（抗剪切强度）。16.岩石的应力—应变曲线一般由（压密阶段）、（弹性变形阶段）、（不稳定发展阶段）和（岩石解体阶段）组成。17.岩石的强度由大到小的一般规律是（抗压强度）、（抗剪切强度）、（抗弯强度）、（搞拉强度）。