《采油工程原理与设计》复习思考题与习题修改稿.docx

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《采油工程原理与设计》复习思考题与习题修改稿

采油工程原理与设计

复习思考题与习题集

编写：

陈德春张红玲

审核：

张琪

中国石油大学（华东）石油工程学院

2012年9月

第一章油井流入动态与井筒多相流动计算2

第二章自喷与气举采油5

第三章有杆泵采油7

第四章无杆泵采油.10

第五章注水10

第六章水力压裂技术.11

第七章酸处理技术.15

第八章复杂条件下的开采技术.17

第九章完井方案设计与试油17

第十章采油工程方案设计概要18

第一章油井流入动态与井筒多相流动计算

复习思考题

1.1何谓油井流入动态？

试分析其影响因素。

1.2何谓采油（液）指数？

试比较单相液体和油气两相渗流采油（液）指数计算方法。

1.3试分析Vogel方法、Standing方法、Harrison方法的区别与联系。

1.4试推导油气水三相流入动态曲线Iqomax,qtmax1段近似为直线时的斜率。

1.5试述多层合采井流入动态曲线的特征及转渗动态线的意义。

1.6试比较气液两相流动与单相液流特征。

1.7何谓流动型态？

试分析油井生产中各种流型在井筒中的分布和变化情况。

1.8何谓滑脱现象和滑脱损失？

试述滑脱损失对油井井筒能量损失的影响。

1.9试推导井筒气液多相混合物流动的管流通用的压力梯度方程。

1.10综述目前国内外常用的井筒多相流动计算方法。

习题

1.1某井位于面积45000m2的矩形泄油面积中心，矩形的长宽比为2:

1，井径匚=0.1m，原油体积系数Bo=1.2，原油粘度=4mPas，地面原油

密度=860kg/m，油井表皮系数s=2。

试根据表1-1中的测试资料绘制IPR曲线，并计算采油指数J和油层参数koh，推算油藏平均压力r。

表1-1某井测试数据表

井底流压FWf,MPa,

20.11

16.91

14.37

12.52

油井产量Qo,t/d

24.4

40.5

53.1

62.4

1.2某井位于面积A=1440000m2的正方形泄油面积中心，井径口二0.1m,

2

原油体积系数Bo=1.4，原油粘度丄。

=2mPas，地面原油密度=850kg/m,

油井表皮系数s=「3，油层为胶结砂岩。

试根据表1-2中的测试资料用非达西渗

流二项式求油层渗透率及有效厚度。

（油藏平均地层压力Pr=40MPa）

表1-2某井测试数据表

井底流压Pwf,MPa

34.22

28.36

22.42

16.39

油井产量Qo,m/d

60

120

180

240

1.3已知某井的油藏平均压力Pr=15MPa，当井底流压FWf=12MPa时对应产量q。

=25.6m3/d。

试利用Vogel方程计算该井的流入动态关系并绘制IPR曲

线。

1.4某溶解气驱油藏一口油井测试平均油藏压力R=21.0MPa,产量

Q。

=60t/d,FE=0.9,Pwf=15MPa。

试根据Standing方法计算和绘制此井的IPR曲线。

1.5某溶解气驱油藏压力Pr=30MPa,流动效率FE=0.8,在流压Pwf=20MPa时，油井产量为20t/d，试绘制该井IPR曲线，并求出流压为

15MPa时的油井产量。

1.6某井平均油藏压力巨=20.0MPa,Pb=15MPa，测试得产量Qo=30t/d时对应的井底流压Pwf=13MPa,FE-1,试计算和绘制此井的IPR曲线。

1.7已知平均油藏压力冃=20.0MPa,流动效率FE=0.8,在某一产量下实

-Psk。

际非完善井的流压PwfTOMPa，求该产量下非完善井的表皮附加压力降

1.8某井地层压力R=23.85MPa,油层有效厚度he=2.3m,原油粘度

=1.5mPas，饱和压力Pb=10.2MPa,体积系数B。

=1.15，地面原油密度

3

。

=850kg/m，油井供油半径Re=200m,油井半径R^12.4cm,油井表皮系数S=5.2，该井的系统试井数据见表1-3。

表1-3某井的系统试井数据

井底流压巳f,MPa

23.35

22.85

22.30

22.1

21.80

21.35

油井产量Qo,t/d

21.0

42.5

64.0

72.0

82.0

95.0

⑴绘出采油指示曲线（用坐标纸绘制）；

⑵写出该油层的流动方程；

⑶求出生产压差.牢=1MPa,厶巳=2MPa时的采油指数。

⑷求出地层油相渗透率。

1.9已知某井产液量qi二20t/d，含水率fw二40%，油藏压力Pr=30MPa井底流压Pwf=20MPa，饱和压力Pb=10MPa，试绘制该井IPR曲线，并计算产液指数和采油指数。

1.10已知某井P、〒下的油、水、气的体积流量为q。

=4.1^10，m3/s，

qw=2.210，m3/s,qg-8.610，m3/s，P、t下液体密度为叫=900kg/m3,表面张力二i=3010”N/m，油管流动截面直径Dt二0.062m，试应用Orkiszewski相关式判断流动型态，并写出在该流型下计算含气率Hg的方法和公

y

式。

1.11在井筒中某处，流型为泡流，气液总体积流量为qt=110“m3/s，液

体的体积流量qi=410°m3/s，管子流通截面积Ap=10，m2，气相存容比

Hg=0.5，求气液滑脱速度。

1.12某自喷井地面脱气原油密度=850kg/m3，生产气油比Rp二60m3/m3，标准状况下气体密度爲二0.9kg/m3，油井不含水，产油量

q。

=86.4m3/d，油井稳定生产，试求井筒压力为10MPa，温度为60C处混合

物的总质量流量。

第二章自喷与气举采油

复习思考题

2.1试述自喷井生产的四个基本流动过程及其流动特性。

2.2试分析自喷井生产系统的流体压力损失组成。

2.3何谓节点系统分析方法？

试述节点系统分析方法在油井生产系统设计与动态预测中的主要作用。

2.4何谓节点、求解节点和功能节点？

求解节点如何选择？

2.5试述协调曲线的构成，并以井底求解点为例说明其计算过程。

2.6何谓临界流动？

如何使油嘴后的压力波动不影响油井的正常生产？

简述其理由。

2.7试述气举采油的工作原理，并分析气举的启动过程。

2.8何谓启动压力、工作压力？

试分析降低启动压力的措施及其工作原理。

2.9试述定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量的计算步骤。

2.10试述定注气量和井口压力下确定注气点深度和油井产量的计算步骤。

习题

3

2.1某无水自喷井，油管直径62mm，油层采油指数为5m/（dMPa），气油

比为20m3/m3。

设计要求井口压力必须稳定在1MPa，试用图解法求：

⑴当油藏压力为14MPa时，该井能以多大产量自喷生产？

⑵当油藏压力为12MPa时，该井能以多大产量自喷生产？

提示：

用多相管流相关式计算出在井口压力为1MPa，气油比20m3/m3时，

产量与流压的关系见表2-1

表2-1某井井底流出动态关系数据表

产量，m/d

5

10

20

40

60

井底流压，MPa

12.5

11.5

10.0

9.5

9.0

2.2试作出油层一油管一油嘴流动协调曲线，并说明作图步骤。

2.3试用自喷井协调曲线说明油管直径大小对自喷井生产的影响。

2.4某井油藏压力为P；，饱和压力为Pb（Pb:

:

:

Pr）。

自喷生产，油井回压为Ph，

试写出确定生产油管直径及选用油嘴直径的计算步骤并绘出相应曲线示意图（原油物性已知）。

2.5某自喷油井，用油管畅喷（无油嘴），油流直接进入地面油池中，测得

产油量为Qo。

已知油藏中为稳定流（水驱），油藏压力为耳，油管直径Dt，井深H，油管下到油层中部（L=H），其它高压物性资料均已知。

⑴如何确定油井畅流时的井底流压Pwf，生产压差：

P和井筒中压力损失.\Pw；

⑵如果此井为用油嘴控制生产，油嘴直径为d，试说明预测稳定生产时产油

量的方法和步骤（要求绘出示意图）。

2.6已知某井注气点深度Li=1000m,天然气相对密度g=0.7，井口注气压

力P-5.0MPa，井筒平均气体温度Tg=50C，天然气压缩因子Z=0.9，试计算静

气柱压力。

2.7已知：

井深2500m，要求产量50m3/d，油管内径62mm,井口油压1MPa,井底静压20MPa，采油指数5m3/（dMPa），溶解气油比30m3/m3，注入气相对密度0.7，地面工作压力6MPa，地面油的相对密度0.85，井底温度100C,地面温

度30Co（多相流动压力梯度方程只考虑克服流体重力的压力损失）

⑴计算：

①注气点；

②平衡点。

⑵绘制：

①IPR曲线；

2油管中压力分布曲线；

3环空中压力分布曲线

第三章有杆泵采油

复习思考题

3.1试述有杆抽油泵采油系统的组成与工作原理。

3.2试对比普通式和前置式游梁式抽油机的结构和应用特点。

3.3试对比杆式泵和管式泵的结构和应用特点。

3.4试分析游梁式抽油机悬点运动规律的特征。

3.5试述悬点载荷组成，并分析出现光杆最大载荷和最小载荷的时间。

3.6试分析抽油机不平衡的原因与危害、平衡原理及平衡方式。

3.7何谓扭矩因数、曲柄平衡扭矩、曲柄净扭矩？

3.8何谓抽油机结构不平衡值？

何谓抽油机有效平衡值？

3.9何谓等值扭矩？

3.10抽油机平衡的判别方法有哪些？

并简要地加以比较。

3.11何谓水力功率、光杆功率？

3.12试述深井泵抽稠油时，泵径、冲程、冲数、下泵深度的选择原则及理由。

3.13何谓泵的理论排量和泵效？

并分析影响泵效的因素和提高泵效的措施。

3.14何谓泵的充满程度？

说明深井泵的气锁现象是否可以自动解除？

为什

么？

3.15试述抽油杆柱的受力特征及强度计算方法。

3.16何谓抽油杆柱初变形期？

初变形期的特点是什么？

3.17试绘出有杆泵采油生产系统设计的流程图。

3.18试对比普通抽油杆与玻璃钢抽油杆在使用中的主要异同点。

3.19何谓动液面、静液面、沉没度？

3.20何谓示功图？

试述示功图的用途。

3.21何谓抽油机井计算机诊断技术？

试述其原理。

3.22试分析地面示功图与泵的示功图主要区别？

习题

3.1某抽油机井井下泵泵径56mm，冲程1.8m，冲数6rpm，原油密度870.1kg/m3，试计算该深井泵的理论排量。

3.2CYJ8-3-48B的基本尺寸如下：

a=3m，b=2.5m，L=3.2m，r=1.2m、

1.09m、0.975m、0.86m、0.74m，s=3m、2.7m、2.4m、2.1m、1.8m（符号参见图3-17），H—G=3.2m，I=2.4m。

计算和绘制s=3m，n=12rpm时的悬点位移、速度、加速度曲线。

3.3某井用CYJ8-3-48B抽油机，设计下泵深度1200m，泵径44mm，冲程3m，冲数12rpm，用单级22mm抽油杆，油管内径62mm,外径73mm，油管内混合物平

均密度850kg/m3，试分别用教材111页公式3-31和116〜117页公式n和公式W

计算悬点最大载荷（计算中忽略井口回压、沉没压力和摩擦阻力的影响）。

3.4试计算在习题3.3所给条件下，井内液体平均粘度分别为20mPas和

200mPas时杆柱和液柱间的摩擦力F"及液体通过游动阀孔时所产生的下行阻力

Fv（阀孔直径为25mm）。

3.5某井使用CYJ5-1.2-12B型抽油机，已知泵径56mm，泵挂深度900m,冲程1.8m，冲数9rpm，杆径19mm，井内液体平均密度900kg/m3，试计算悬点的

最大、最小载荷。

3.6已知流动效率为0.8，油藏压力为20MPa，饱和压力为10MPa，有一测试点流压为15MPa，相应液量为40t/d，目前本抽油井产液量为48t/d，泵径

56mm,冲程3m，冲次9rpm，下泵深度1000m，井深1200m，泵下管内混合物平均密度为800kg/m3,抽油杆直径22mm，井口回压1.0MPa，计算：

⑴井底流压；

⑵悬点最大载荷。

（不考虑弹性和摩擦作用）

3.7某抽油井油管为内径为62mm,外径为73mm，抽油杆直径19mm，泵

径56mm，泵深1200m，动液面深度500m，冲程2.1m，冲数6rpm，液体平均密度900kg/m3，试计算静载荷作用的冲程损失■>惯性载荷作用的冲程损失■i

和柱塞的有效冲程sp。

r

3.8某抽油井测得的动液面声波反射曲线上，井口炮响记录点A与音标反射

记录点B之间的距离为94mm，A与液面反射记录点C间距离为202mm，已知回音标深度289.66m，套压为0.3MPa，原油相对密度800kg/m3，试求折算动液面深度。

3.9已知抽油井产液量为30t/d，相应的抽汲参数为泵径56mm，冲程3m，

冲次6rpm，试求其泵效。

3.10某井实测悬点最大载荷30kN，最小载荷20kN，第一级抽油杆直径

25mm，试用奥金格方法和修正古德曼图法检查其安全性。

（许用折算应力

L_‘丄」-110N/mm2,抗张强度T=810N/mm2,使用系数SF=0.9）

3.11某井用CYJ8-3-48B抽油机，由实测示功图得到最大和最小载荷分别

发生在曲柄转角为45°和270°处，其值为80kN和20kN，冲程s=3m，试计算

需要的最大平衡扭矩Mcmax、平衡半径R及相应于最大和最小载荷位置时的曲柄净

扭矩（计算中取Wb=0，Wcb=40kN，Wc=17.6kN，0.61m，B=1.5kN）。

3.12根据题3.11所给数值用公式3-69>3-72、3-73计算最大扭矩，并与3.11

计算结果加以比较。

S

3.13试推导计算曲柄扭矩公式MP-Cesin-:

。

2.14试说明API-RP-11L方法中1/Kr、F0/Kr、F0/SKr的物理意义。

3.15已知某井Fo/S&=0.2,N/No=0.155,Wf=21kN,F°=30kN，抽

油杆直径22mm,抗拉强度T=630N/mm，试用API-RP-11L方法计算悬点最大最小载荷，并校核抽油杆强度。

第四章无杆泵采油

复习思考题

4.1试分析有杆泵采油与无杆泵采油的主要区别。

4.2电潜泵采油装置主要由哪几部分组成？

并说明其工作原理及作用。

4.3试绘出电潜泵采油井生产系统设计的程序框图。

4.4试述水力活塞泵的工作原理。

4.5简要分析水力活塞泵井下机组的组成及各部分的主要作用。

4.6试述水力活塞泵采油系统的开式循环与闭式循环的特点和使用条件。

4.7试述水力射流泵的工作原理。

4.8根据射流泵无量纲特性曲线，如何选择喷嘴与喉管的面积比？

第五章注水

复习思考题

5.1试述油田注水对水质的基本要求。

5.2试述常用注入水处理措施的作用与工艺。

5.3简述注水井投注程序及其目的。

5.4何谓注水井指示曲线、吸水指数、视吸水指数？

5.5试分析造成注水井吸水能力降低的原因及其恢复措施。

5.6测试注水井分层指示曲线的方法有哪几种？

指示曲线有何用途?

5.7为什么要分层注水？

如何实现分层注水？

5.8简述新投注井水嘴的选择步骤。

5.9何谓注水井调剖？

试分析注水井调剖方法及主要机理。

习题

5.1根据图5-1注水指示曲线分析注水层发生的变化，并说明产生这种变化

的原因（图5-1中曲线为某井注入同一层位的两条注水指示曲线，1为前期测得,

n为半年后测得）

注水量

图5-1某井注水指示曲线

5.2某注水井下入内径为62mm，外径为73mm的油管，用由475-8封隔器

和745-5封隔器组成的管柱分三个层进行分层测试，其结果见表5-1o各层段要求

的配注量：

Q=20m3/d,Q=100m3/d,Q=80m3/d，设计井口压力为12.0MPa。

表5-1某井分层测试数据表

井口注入压力,MPa

9.0

8.0

7.0

6.0

5.0

层段注入量

3m/d

I

18

15

13

10

7

n

135

123

111

99

87

出

54

48

43

37

31

⑴绘制该井的分层指示曲线；

⑵计算各层的吸水指数、视吸水指数。

第六章水力压裂技术

复习思考题

6.1试述水力压裂增产增注的基本原理。

6.2为什么深地层压裂多出现垂直裂缝，而浅地层压裂多出现水平裂缝?

6.3压裂液的滤失主要受哪几种因素控制？

哪一个因素起着主要作用？

试推

导综合滤失系数的公式并说明公式中各符号的意义。

6.4简述压裂液的性能要求。

6.5在压裂过程中，按不同施工阶段的任务，压裂液可分为几种类型？

各自的

作用是什么？

6.6沉降式支撑剂在垂直缝裂缝高度上的分布可分为哪几个区？

并说明当携

砂液流速增加时，各区厚度的变化。

6.7影响支撑剂选择的主要因素有哪些？

6.8何谓填砂裂缝的导流能力？

利用麦克奎尔一西克拉曲线（增产倍数曲线）

说明对不同渗透率地层如何得到好的压裂效果。

6.9试说明以吉尔兹玛公式为基础进行压裂设计的基本步骤。

习题

6.1试分析无液体渗滤时形成垂直裂缝的造缝条件。

6.2写出无渗滤时形成水平裂缝的破裂压力计算公式并标出各符号的意义。

如有渗滤，破裂压力是增加还是降低？

6.3某地层深3500m，上覆岩石平均平均密度2350kg/m3，水平方向最大、

最小应力分别为50.0MPa及40.0MPa，岩石骨架压缩系数为1X10-4MPa」，岩

石体积压缩系数为1.25x10-4MPa」，地层压力为35.0MPa，试求当井底压力为

40.0MPa时井壁周向应力最大值和最小值（取泊松比-0.2）。

6.4禾U用题6.3数据，假定地层岩石抗张强度为1.4MPa,试求：

⑴有滤失存在时，地层的破裂压力、破裂梯度；

⑵无滤失存在时，地层的破裂压力、破裂梯度；

⑶形成的裂缝是水平缝还是垂直缝，为什么？

6.5某硬灰岩地层压力层段深2500m，地层压力为28MPa，地层岩石抗张

强度为3.5MPa,上覆岩石平均密度2300kg/m3,据该地区其它压裂井统计破裂

压力梯度为0.019MPa/m,求该井的破裂压力梯度。

取泊松比空-0.2,Biot系数

:

=0.8。

6.6某浅油层深度为950m，地层岩石抗张强度为3MPa，地层压力为

12MPa,上覆岩石平均密度为2300kg/m3,该地区统计破裂压力梯度为

0.025MPa/m，求该井的破裂压力梯度。

取泊松比.-0.2，Biot系数〉=0.8

6.7已知裂缝中某处压裂液的综合滤失系数为1.210JmT.min，试求此处

接触压裂液4min时的滤失速度。

6.8某地层渗透率为0.005」m2，孔隙度为20%地下原油粘度为4mPa$,

流体压缩系数为6X10-4MPa二,裂缝内外压差为14MPa,压裂液在裂缝中的粘度

为40mPas，由实验得c3=410min，求综合滤失系数。

6.9某井压裂层段深1370m，油层破裂压力梯度为0.0162MPa/m，油层有效厚度为9.15m。

油层压力为12.9MPa，孔隙度为0.2,渗透率为10X10-3」m2,地层流体粘度为2mPas,地层流体压缩系数为1.43x10-4MPa」，压裂液为粘度

500mPas的原油，泵注排量为2.5m3/min,c3=2.1X10」m/pmin，试问：

从滤失的角度考虑，该压裂液是否适宜使用？

6.10某井压裂层段深450m，用内径为51mm的油管进行压裂，排量为

1.2m3/min;压裂液相对密度为1.01,稠度系数为0.221Pa-sn,流态系数为

0.508，试计算管流摩阻压降（按层流计算）。

6.11在一宽度为5mm,缝高为15m的裂缝中，请计算直径为0.84mm的砂粒（密度2650kg/m3）,在n=0.6,k=0.09576PaY高温压裂液中的干扰沉降速度（设Cs0=300kg/m3）。

6.12某井压裂施工采用n=0.45,k=0.0976PaJ的非牛顿型压裂液，拟定

加入12〜30目石英砂，砂比15%（体积比），设宽度为6mm、缝高为20m。

求

最大砂粒在压裂液中的干扰沉降速度。

6.13已知某井配产为20t/d，现产量为10t/d，已知地层渗透率为10x

10-3Jm2，地层厚度为20m，要达到配产要求，试写出压裂施工的设计计算步骤。

6.14地层渗透率为0.005・m2的某井需压裂增产，施工的最大加砂比为40%,

裂缝长为150m，试写出获取较大增产倍数的压裂施工设计计算步骤。

6.15某井需进行水力压裂，基本参数如下:

⑴油层深度：

2000m

油层厚度：

15m

油层压力：

21MPa

生产流压：

15MPa

孔隙度：

15%

渗透率：

20x10-3Jm

井径：

9?

”

油管直径：

2?

〃

套管直径：

5?

”（内径119.7mm,壁厚10mm）

油层流体压缩系数：

6X10-3MPa亠地层岩石弹性模量：

2.5x104MPa

初滤失量:

0

造壁滤失系数

C3=510~m/.min

⑶施工参数

地层破裂梯度:

18kPa/m

泵排量：

3m3/min

计划加砂量：

10m3

砂子粒径：

0.42〜0.84mm

密度:

1000kg/m3

地面平均加砂比：

0.15

试计算：

⑴前置液、携砂液、顶替液的最低用量及总用量;

⑵总注入时间；

⑶裂缝最大动态尺寸（顶替完毕时裂缝尺寸）

⑷填砂裂缝的导流能力；

⑸增产倍数。

要求编写成计算机程序上机运行。

提示：

⑴按双翼垂直裂缝计算，缝高取油层厚度；

⑵取裂缝充填长度为动态裂缝的80%;

⑶砂粒密度为2650kg/m3，砂子充填在缝内后的孔隙度取0.35;

⑷裂缝导流能力根据闭合压力及缝面上砂子浓度查图6-11，如果砂子浓度

不是4.87kg/m3及9.75kg/m3时可用内插法；

⑸施工时采用油套管合压。

6.16某浅油层压裂层段深度为450m，油层破裂压力梯度为0.034MPa/m,

岩石剪切系数为1x104MPa，用粘度4mPas的原油作压裂液，压裂液滤失系数

C=0.33810-m/min，排量为4.8m3/min。

计算地层破裂后10、20、30、40min

时的裂缝尺寸。

6.17某井压裂层段深为1370