在线考试——石油工程概论

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1、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3小题，每小题20分，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

2、，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）知识点提示：案例可以是近几年国内外发生的井喷事故，也可以是自己熟悉的钻井平台发生的井喷。先列举实例，然后分析事故发生的原因、造成的危害以及采取的应对措施。青海英东油田“419”井喷事故2013年4月19日7时15分，西部钻探工程有限公司青海钻井公司40520钻井队在处置青海油田分公司英东油田英9-4-A5井井漏过程中，发生井喷事故，4月19日20时05分关井成功，险情得到控制，历时12小时50分钟。事故未造成人员伤亡和设备损毁。二、事故经过（一）事故发生前工作情况英9-4-A5井是西部钻探青海钻井公司40520队

3、承钻的一口总包井，是该队今年承钻的第三口井。青海钻井公司英东项目组负责本区块钻井现场的协调管理。青海钻井公司监督监理公司派驻1名驻井HSE监督，青海油田监督监理公司派有1名巡井钻井监督。英东一体化项目部在油田现场驻有工作组。该井于4月11日4时一开，4月12日22时钻至井深355米，下入表层。一开至二开共用时79小时。其中，处理井漏2次，用时22小时，在14.86米处井漏失返，注水泥堵漏；在326米处发生井漏，用桥浆堵漏。钻进用时 20小时，下套管（244.5mm354.06m）、固井、装井口和试压用时37小时。4月14日 11时二开，采用带螺杆的复合钻具，216mm钻头钻至井深360米发生井

4、漏失返，钻井液密度1.06 g/cm3，粘度42s，漏失量为80m3，替入密度1.06 g/cm3堵漏浆40m3堵漏成功。钻至404.5米时再次发生漏失，抢钻至井深452.19米采用水泥浆封堵2次，恢复正常。4月19日0时，钻至井深1450米时发生井漏，漏速3m3/h；至1时20分继续钻进至1461米时井口失返，停钻，漏失钻井液50m3（密度1.14g/cm3，粘度42s）。事故发生经过第一阶段：无观察、无预防情况下发生溢流井喷4月19日1时20分，钻进至1461米时井口失返，停钻，值班干部宣建良（技术员）到距井场100多米外的驻井场值班房向队长张小军汇报。队长张小军电话请示青海钻井公司英东项

5、目组负责人秦立坚。秦立坚决定：起钻换钻具，进行挤水泥堵漏。钻井队在起钻前配密度1.121.14g/cm3 的堵漏浆30m3，从环空灌入堵漏浆18m3，环空未见液面。1时50分开始起钻，起钻过程中每起三柱钻杆或每起一柱钻铤，用钻井泵灌浆一次，共灌入钻井液5.91m3。此时，技术员宣建良在钻台，司钻郑文邦在操作刹把，副司钻李连祥和内钳工吴生龙在井口，井架工张生虎和外钳工哈得禄轮换在二层台操作，起到钻铤时，两人同时到二层台拉钻铤，泥浆工宗平生在循环罐坐岗。7时15分，起钻至井内剩余最后一柱钻铤时，司钻郑文邦下放游车，钻台上副司钻李连祥和内钳工吴生龙接钻铤提升短节，司钻郑文邦下放游车至钻台56米处刹停

6、等提升短节紧扣。副司钻李连祥和内钳工吴生龙用液压大钳上扣时，发现钳牙打滑，用高速旋紧扣后，副司钻李连祥和内钳工吴生龙更换钳牙，技术员宣建良协助。司钻郑文邦继续下放游车准备挂吊卡，这时从提升短节内溢出泥浆，接着立即从环空喷出一股泥浆，高23米；接连又喷出泥浆，喷高接近二层台，发生井喷。前期喷出物是泥浆，逐渐转变为油气混合物。井喷发生时，环空喷出泥浆经井口安全卡瓦折射打到司钻郑文邦身上，司钻郑文邦站稳后发出长鸣警报，继续下放游车，副司钻李连祥和内钳工吴生龙抢挂吊卡，因喷势过猛，抢挂吊卡未成功。这时，喷势越来越大，将井口一片大方瓦喷出，井内钻铤上顶，安全卡瓦挂在游车盖板上（钻具未落井）。副司钻李连祥

7、和技术员宣建良跑下钻台去远控台关井，副司钻李连祥随后跑到驻井场值班房向队长张小军汇报。井架二层台上作业的井架工张生虎和外钳工哈得禄听到长鸣警报后，发现喷高已接近二层台，迅速从井架扶梯下撤到地面。钻台上的内钳工吴生龙见抢挂吊卡无望，随即撤离钻台到紧急集合点。司钻郑文邦见喷势渐猛，刹住刹把并用铁链固定后，最后一个撤离钻台到集合点。司钻郑文邦在撤离前冷静处置，固定刹把，防止了游车落到钻台上，避免了事故复杂化。生井喷时，井内剩余钻具组合为：215.9mmPDC+172mm 1螺杆+ 214mm螺扶+158.8mm无磁钻铤 1根+158.8mm钻铤1根（共长27.55米），井喷时在岗人员所处位置及撤离路

8、线示意图如下：第二阶段：有效防控下的井喷4月19日7时30分，清点现场人员无伤亡，布置警戒线。10时15分至11时48分，组织救护车、吊车、消防车、水罐车、固井车和拖拉机等应急车辆到井，组织将井场外围的房子和驻井场值班房搬走。至12时40分，抢接压井管线，通过压井管线向井内注入清水，实施井口降温、防爆燃措施，防止事故扩大和发生次生事故。17时10分至20时05分，消防车向井口喷水掩护，同时固井车通过压井管汇向井内打水，用拖拉机拖拉绞车快绳起出井内钻具，当钻头提离全封闸板端面时，立即关闭全封闸板防喷器，井口得到有效控制。第三阶段：压井处置4月20日1时35分，开始平推法压井作业，至4时45分，分

9、8次共向井内注入密度1.80 g/cm3的重钻井液56m3，注压45 MPa；套压由4MPa降至2.8 MPa后维持不变，判断表层套管鞋处井漏。20日9时至21日15时，向井内注入1.251.30 g/cm3堵漏钻井液51m3，套压由2.2 MPa降至1.5MPa。堵漏不成功。21日15时40分至16时30分，向井内注入水泥浆22m3，密度1.86g/cm3，替入密度1.251.30g/cm3 钻井液10m3，预计在250450米形成水泥塞。22日7时05分，从节流管汇处泄压，无任何溢出物，套压为零，险情解除，井喷应急抢险工作结束。三、事故原因分析本次调查是在工程技术分公司前期调查的基础上，重

10、点开展了人员访谈。主要对青海油田分公司工程技术处、开发处、英东一体化项目部、监督监理公司、钻采工艺研究院，以及西部钻探公司的井控管理中心、青海钻井公司、英东项目组、40520钻井队、同地区其他8支钻井队等单位共42人进行了访谈。调阅了其它10余口井的地质和工程设计和其它10余口井的一开、二开及钻开油气层前的验收资料。经过事故调查组调查认为，本起事故是由于对井控管理工作不重视，现场管理不严格，钻井队在井漏处置过程中违章作业而导致的一起责任事故。（一）直接原因钻井队在发生井漏和随后起钻的处置中，措施不当，致使环空液柱压力小于地层压力，使已经打开油气层的地层流体进入井筒，发生井喷。（二）间接原因1.

11、 处理井漏时，已经揭开了多套油气层。该井地质设计中，9261620米为油气层段。同平台相邻的英9-4-A6井电测解释显示，345.5米进入油层，在1461米以上井段共解释储层196层，其中55层为油层、13层为油气同层、21层为油水同层。当环空液柱压力降低失衡后，这些油气就会进入井筒，导致溢流井喷。2. 灌浆不到位，溢流发现不及时。该井在钻进至井深1461米前的钻进和接单根工况中，井内压力正常，证明1.14 g/cm3的钻井液静液柱压力可以平衡地层压力。在发生失返井漏后，环空液柱压力降低，可能引发井筒压力不平衡。按照以往二开后漏失的堵漏经验，本地区经常发生井漏的井段为360500米，当液面在这

12、个井段时，井筒的液柱压力计算如下：液面在360米时：P1=1.14(1461-360)/100=12.55MPa液面在500米时：P1=1.14(1461-500)/100=10.96MPa而在地质设计中，邻井英试8-1井在井深1451米处实测静压13.21MPa。可见该井钻进到1461米时，发生失返井漏，井筒静液柱压力难以平衡地层压力。同时，该井在起钻过程中，采取起三柱钻杆或起一柱钻铤后，按照起出的钻柱体积灌一次泥浆。灌浆量只相当于起出钻具体积，在井漏的情况下没有考虑漏失损失，使得灌入泥浆量明显不足，导致井内液面下降，液柱压力不能平衡地层压力。另外，在井漏失返后，井筒上部存在空井段，地层流体

13、侵入井内后，先形成环空溢流。在溢流初期，地面难以观察到溢流显示。当溢流沿环空上升接近井口时，一些流体从振动筛返出，坐岗人员没有及时发现，失去了及时采取关井措施的机会，随后井内流体快速上升到转盘面，发生井喷。3. 应急处置不力，未能控制井口。在井喷初期喷出物为泥浆的情况下，班组人员没能成功用吊卡强行起出井口最后一柱钻铤，或抢接防喷单根，实施关井，失去了控制井喷的最后机会。（三）管理原因1. 钻井地质、工程设计风险提示不具体，措施针对性不强（1）钻井地质设计对井控相关风险提示不具体英9-4-A5井钻井地质设计章节设置及主要内容均符合股份公司开发井钻井设计编制规范要求，但该井地质设计中对可能油气层的

14、提示中，没有说明邻井英9-4-A6 井测井解释的13个油气同层段所处的具体井段（实际在645.5-913.1米，为本井非目的层段）；对油气层段的描述也未从926米（本井设计油气层的开始层位）开始，而仅是从本井设计的主要目的层1442米开始描述。（2）钻井工程设计未对井漏风险进行提示，部分措施针对性不强统计英东油田完成的107口井，一开后井漏53口井、83井次，二开后井漏24口井、35井次，二开后井漏段集中在350500米之间；同平台的英9-4-A6在二开后也发生3次井漏。钻井工程设计中没有对邻井的井漏复杂进行任何描述，没有对可能发生的井漏、漏转喷的风险进行提示，没有提出针对性预防和处理措施。本

15、次调查中，查阅英东地区10口井的钻井工程设计发现，对一开、二开、井下复杂情况的预防及处理（井漏、井塌）以及井控技术要求等内容均一致，没有针对单井具体地质情况进行个性化设计，措施针对性差。2. 表层套管没有封住全部易漏层英9-4-A5井位于英东油田的地表海拔较高部位，地表高差100米左右；该地区上部地层复杂，破碎带发育，漏失严重。英东油田的当前表套设计井深均为350米，由于断层的影响，山上的井在二开后漏失发生频次高，失返性漏失多。同平台邻井英9-4-A6井二开后钻进至450米、479米和1665米时发生失返性漏失，漏失位置均在350500米，通过注水泥方式堵漏成功。同平台的事故井在二开后，漏失3

16、次，漏失位置在350500米。由此可见，当前设计的350米表层套管没有封住全部易漏层，造成该区域的部分井在二开后发生失返性井漏，既加大了井控风险，也降低了钻井速度。针对此情况，青海油田监督监理公司和英东一体化项目部在2013年3月29日向青海油田工程技术处递交了关于英东油田表层套管下深变更的请示，要求将表层下深从350米调整为500米。至事故发生时，工程技术处还没有形成套管下深的研究结论。3. 井漏处置不科学、不规范英9-4-A5井钻至井深1450米时发生井漏，漏速3m3/h，钻井队没有停钻堵漏，却继续钻进至1461米，导致井漏失返。井漏失返出现后，没有先进行堵漏，而是采取了直接起钻，再下光钻

17、杆挤水泥堵漏的方案；虽然在起钻前从环空灌入堵漏泥浆18m3，但井口未见到液面，根本没有起到堵漏效果。在油气层已钻开的情况下，起钻前没有按照井控实施细则的规定进行短程起下钻，检测井筒是否平稳；起钻中没有执行工程设计进行连续灌浆的要求，而是按照习惯性做法，起三柱钻杆灌一次泥浆。在间断灌浆中，灌入泥浆量不足，使环空液面下降，导致环空液柱压力小于地层压力。在起钻到表层套管内时，没有进行静止观察是否有油气上窜，而是一次起完钻具，导致井喷。4. 漏喷转换的风险认识不足从2010年开始，英东油田已完井120多口，面对钻开油气层后高频次的井漏，从建设方到施工方，均认为本地区地层压力低，没有发生过溢流，不可能发

18、生井喷事故。在指导思想和技术措施上，只是从处理工程复杂出发，进行井漏处理，没有意识到井漏后，井筒压力失衡所产生的井控风险。针对这种多次发生的规律性的井漏问题，没有组织进行风险评估分析，没有制定针对性的起钻堵漏措施来预防井控风险，最终导致了井喷事故发生。5. 开钻和钻开油气层验收流于形式开钻和钻开油气层验收分别由青海钻井公司安全科组织自检和由英东一体化项目部委托的青海监督监理公司组织验收。但由于由各自主管单位自行组织，各自主管单位检查结果无沟通交流、相互无备案留底，难于促进现场工作。从调阅的一、二开资料和对若干井队技术员访谈中，可以认定，在实际验收过程中，由于制度不落实，出现检查不严肃、填写随意

19、、事后补签等现象。该井液面监测报警仪已坏，验收检查表显示合格；未安装司控台，检查表显示司控台正常；钻开油气层检查验收书无检查日期落款；未参加检查的甲方钻井监督事后补签名。验收走形式，未达到督促安全生产作用。6. 现场监督工作不到位40520钻井队现场驻有甲方巡井钻井监督李林峰和西部钻探HSE监督王角旦，在日常监督中，两人工作责任心不强，职责履行不到位，没有发挥应有的作用。一是监督管理存在薄弱环节。甲方钻井监督在4月8日报到后，青海油田监督监理公司作了面对面的个人经历和资质的询问，将油田监督管理的资料包拷贝给监督，没有做任何培训，就将监督派到现场开展工作。西部钻探公司HSE监督没有认真学习本公司

20、的监督管理办法，对自己在现场的权利义务不够清楚，监管弱化，没有发挥应有的作用。二是责任心不强。甲方钻井监督4月10日上岗在现场开展工作，对所监督井的情况了解不深，没有发挥有效的监督作用。在本井的一开和二开前，甲方钻井监督下达的一开和二开监督指令，是他在其它油田任监督时的文本，没有针对本井实际情况增加针对性要求，对该井的指导性差。甲方钻井监督同时负责两口井的巡监，居住在该队的驻井场值班房内。该井从4月11日开钻到4月19日井喷，甲方监督只参加过2次班前班后会，职责履行不到位。西部钻探公司HSE监督4月12日的检查记录中，在液面报警仪损坏的情况下，却将检查结果填写为合格。三是关键环节监督职责未履行

21、到位。甲方钻井监督和西部钻探公司HSE监督在本井发生井漏后起钻这样一个特殊作业中，均没有在现场进行旁站监督，使得井漏后起钻的高风险作业的双重监督功能无一起作用。 7. 管理流程不顺畅，管理职能交叉弱化青海钻井公司井控管理流程存在缺陷。西部钻探井控管理职能在工程技术与市场处，而青海钻井公司的井控管理职责由安全总监负责，井控管理办公室设在公司安全科。安全科主要对应的西部钻探管理部门为安全环保处，这样造成井控管理职能上下协调不够顺畅，不利于井控管理工作落实。8. 钻井队管理较差，执行力有待进一步提高40520队的指重表自动记录仪损坏、泥浆液面监测报警仪已失效，长期没有得到修复，专用泥浆灌浆罐长期废置

22、未用。现场施工中还存在没有认真执行井控实施细则及设计的现象：一是未落实青海油田石油天然气钻井井控实施细则第五十条“钻开油气层后发生井漏的处理”的系列措施、第十六条有关地层承压试验、低泵冲试验和短程起下钻的要求。二是未执行工程设计中“起钻时做好连续灌浆”的要求。由此反映出，该队的管理水平、业务素质较低，执行力较差。9. 井控意识不强，管理不到位自2010年该区块投入勘探开发以来，虽然上部地层频繁发生井漏，但通过采取适当堵漏措施均能够成功完钻，没有发生过溢流险情。无论是建设方还是施工方、管理者还是操作者均认为，该地区仅仅是单纯井漏，不会发生井喷事故，忽略了钻开油气层后“漏喷转换”诱发的井喷风险。同

23、时由于生产任务重，组织运行节奏快（当前该地区动用钻机19部，今年预计共钻新井225口，新建产能30万吨），也是本起事故的一个因素。因此，相关企业各级管理人员井控意识不强，普遍存在着思想上麻痹，管理上松懈，企业相关管理部门没有认真开展井漏风险辨识和井控风险评估，适当调整新区部分油气井风险级别；没有组织研究“井漏失返”和“漏喷转换”的风险控制措施；没有建立处理井下复杂情况的刚性操作程序，完全靠现场人员的个人能力处理复杂，随意性强；也不重视一、二开验收和钻开油气层检查制度，很多验收走形式；现场监督责任心不强，对关键环节没有起到旁站监督作用，关键环节监督职责履行不到位；未建立起有效的甲乙方监管约束机制，甲方监管力度不够，乙方井控制度落实不严，整体存在井控管理制度落实不到位的问题。二、论述题（40分）结合自己所学专业，谈谈你对石油工程的认识，字数不少于800字。