采油工程原理与设计试卷(附答案)

采油工程原理与设计试卷(附答案)一、单项选择题（本大题共15小题，每小题2分，共30分。在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填在括号内）1.在自喷井管理中，当油井的井底流压低于饱和压力时，溶解气会从原油中分离出来，此时井筒内混合物的流动型态通常会出现（）。A.纯液流B.泡流C.雾流D.单相气流2.关于Vogel方程的应用范围，下列说法正确的是（）。A.仅适用于井底流压高于饱和压力的油井B.仅适用于井底流压低于饱和压力的油井C.适用于任意流动压力下的油井D.仅适用于气油比极高的油井3.在抽油机悬点载荷计算中，造成悬点最大载荷增加的主要因素之一是（）。A.抽油杆柱在液体中的重量B.柱塞与泵筒之间的摩擦力C.抽油杆柱的惯性载荷D.液柱通过游动阀的阻力4.电潜泵（ESP）选型设计时，为了防止电机过热，通常要求通过电机外套的流体流速不低于（）。A.0.1m/sB.0.3m/sC.1.0m/sD.3.0m/s5.气举采油中，连续气举与间歇气举的主要区别在于（）。A.注气压力的高低B.注气气量的大小C.注气方式是连续还是周期性注入D.气举阀安装深度的不同6.在水力压裂设计中，支撑剂的作用主要是（）。A.降低压裂液粘度B.提高地层渗透率C.保持裂缝开启，形成高导流能力通道D.溶解岩石孔隙中的堵塞物7.当抽油井发生“气锁”现象时，柱塞的下行阻力通常（）。A.减小B.增大C.不变D.忽大忽小8.节点系统分析中，解节点通常选择在（）。A.井底B.井口C.分离器D.系统中的任何压力连续点，视分析方便而定9.抽油机井的平衡条件是（）。A.上冲程和下冲程电动机做功相等B.上冲程和下冲程悬点载荷相等C.上冲程和下冲程曲柄轴扭矩相等D.上冲程和下冲程电动机电流相等10.在进行有杆泵井的系统效率分析时，光杆功率是指（）。A.电动机输入功率B.光杆提升液体的有效功率C.光杆处的瞬时功率D.光杆提升液体并克服摩擦所做的功11.对于高气油比油井，为了提高泵效，通常在泵入口处安装（）。A.砂锚B.气锚C.滤砂管D.尾管12.螺杆泵采油中，定子橡胶衬套的损坏主要原因是（）。A.摩擦生热B.气侵C.溶胀、磨损及疲劳D.液体腐蚀13.基质酸化处理的主要目的是（）。A.制造高导流能力的长裂缝B.解除近井地带的堵塞，恢复或提高渗透率C.压实岩石骨架D.封堵高渗透层14.在注水井中，为了防止注入水腐蚀油管，常采用的措施是（）。A.增加注入压力B.加入缓蚀剂C.提高注入水矿化度D.减小注入量15.抽油杆柱设计中的“使用系数”主要考虑了（）。A.抽油杆材料的抗拉强度B.抽油杆柱的腐蚀疲劳程度C.抽油杆的长度D.抽油机型号二、多项选择题（本大题共10小题，每小题3分，共30分。在每小题列出的五个备选项中有两个至五个是符合题目要求的，请将其代码填在括号内。多选、少选、错选均不得分）1.影响自喷井油嘴生产特性的主要因素有（）。A.油压B.套压C.井底流压D.油气比E.地层压力2.下列属于造成有杆泵井泵效降低的原因有（）。A.抽油杆柱的弹性伸缩B.气体的影响C.漏失（柱塞与泵筒、游动阀与固定阀）D.供液不足（充满系数低）E.油井含水率过高3.电潜泵机组的主要组成部分包括（）。A.潜油电机B.保护器C.多级离心泵D.油气分离器E.地面控制屏4.选取水力压裂压裂液时，需要考虑的性能包括（）。A.携砂能力B.摩阻特性C.滤失性能D.破胶性能E.对地层的伤害性5.节点系统分析可以用于解决（）。A.预测油井产能B.优选生产管柱尺寸C.确定合理的注水压力D.分析注采系统平衡E.计算油井地质储量6.气举采油的优点包括（）。A.举升深度大B.适应性强，适合高气油比井C.检修周期长，维护费用相对较低D.受井斜影响小E.系统效率最高7.抽油机井发生“碰泵”的原因可能是（）。A.抽油杆柱组合不当B.防冲距调整过小C.液面过高造成柱塞下不去D.最大载荷超过抽油机额定载荷E.地面流程堵塞8.稠油开采常用的热采方法包括（）。A.蒸汽吞吐B.蒸汽驱C.火烧油层D.水驱E.溶剂驱9.在进行分层注水设计时，常用的配水工具包括（）。A.封隔器B.配水器C.球座D.筛管E.单流阀10.影响油井流入动态（IPR）曲线的因素有（）。A.油层渗透率B.供给半径C.原油粘度D.表皮系数（S）E.井底流压三、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分。请在每小题的空格中填上正确答案）1.油井流入动态关系曲线描述了____与____之间的关系。2.在多相垂直管流计算中，Beggs-Brill方法主要适用于____流动。3.抽油机悬点载荷计算中，最大载荷通常出现在上冲程的____。4.电潜泵的轴功率与排量和扬程成正比，其计算公式为N=______。5.气举阀的打开压力是指____。6.水力压裂设计的三要素是指裂缝____、裂缝____和裂缝导流能力。7.有杆泵井的示功图是____与____的关系曲线。8.在注水井吸水能力下降的分析中，造成堵塞的主要原因包括机械杂质堵塞、____堵塞和细菌堵塞。9.螺杆泵采油中，转子和定子的头数之差通常为____。10.采油工程方案设计通常包括油藏工程基础、____、____和地面工程建设规划四个部分。四、名词解释（本大题共6小题，每小题4分，共24分）1.采油指数2.气锁3.系统效率4.裂缝导流能力5.冲程损失6.临界产量五、简答题（本大题共6小题，每小题8分，共48分）1.简述自喷井的四种主要流动压力损失及其产生原因。2.分析影响抽油泵泵效的主要因素，并提出提高泵效的措施。3.简述电潜泵采油的适用范围及选型设计步骤。4.什么是节点系统分析？简述其基本步骤。5.简述水力压裂的支撑剂类型及其选择原则。6.在注水井中，什么是吸水剖面？为什么要调整吸水剖面？六、计算与分析题（本大题共4小题，共98分）1.（25分）某一口溶解气驱油井，原始地层压力为25MPa，饱和压力为20MPa。当井底流压为15MPa时，测得油井产量为50m³/d。(1)假设该井符合Vogel方程，计算该井的最大无阻流量（Qmax）。(2)绘制该井的IPR曲线示意图。(3)计算当井底流压为10MPa时的油井产量。(4)若将井底流压降至5MPa，产量增加的幅度与流压降至10MPa时相比，是变大还是变小？请说明原因。2.（25分）某抽油机井，使用常规游梁式抽油机，冲程长度S=3m，冲次n=9min⁻¹。泵径D=56mm（泵径系数f_p=0.002464m²），抽油杆柱组合为多级混合杆柱，加权平均弹性常数E_r=2.5×10⁻⁵m/(kN·m)，液柱密度ρ=900kg/m³，泵挂深度L=1000m，沉没度h=200m。(1)计算该井的理论排量（m³/d）。(2)计算作用在柱塞上的液柱载荷W_l（kN）。（取g=9.81m/s²）(3)计算抽油杆柱的静变形伸长量λ（m）。(4)计算柱塞的有效冲程S_p（m）。(5)若泵的充满系数β=0.85，漏失系数B_l=0.95，计算该井的实际产量Q（m³/d）。3.（23分）某电潜泵井设计，已知油井产液量为150m³/d，泵挂深度处的压力为10MPa，井口压力为1.0MPa，垂直管多相流压力梯度计算平均值为0.01MPa/m。泵吸入口压力为5MPa。(1)计算该电潜泵所需的扬程H（m）。（假设流体密度为1000kg/m³，g=9.81m/s²）(2)若电潜泵的效率η_p=0.6，计算泵的轴功率P（kW）。(3)若电缆损耗为5kW，电机效率η_m=0.85，变压器效率η_t=0.95，计算该井的系统总效率η_sys。(4)简述在电潜泵运行过程中，如何根据电流卡片判断泵是否发生气锁或抽空。4.（25分）某油田一口新井，已知地层压力P_r=30MPa，饱和压力P_b=28MPa。油井采用2½英寸油管（内径62mm）生产，分离器压力P_sep=0.2MPa。试进行节点系统分析：(1)选取井底为解节点，写出流入节点（Inflow）和流出节点（Outflow）的压力函数关系表达式。(2)简述如何通过改变油嘴尺寸来调节油井产量，并说明油嘴对生产动态曲线的影响。(3)若该井采用注水开发，当注水井地层压力上升至35MPa，而采油井地层压力保持不变，这对采油井的IPR曲线有何影响？请在坐标系中定性描述变化前后的IPR曲线。(4)结合节点分析原理，解释为什么对于高含水井，放大生产压差不一定能显著提高产量。参考答案及解析一、单项选择题1.B2.B3.C4.B5.C6.C7.B8.D9.A10.D11.B12.C13.B14.B15.B二、多项选择题1.ACD2.ABCD3.ABCDE4.ABCDE5.ABCD6.ABCD7.BC8.ABC9.AB10.ABCDE三、填空题1.井底流压；产量（或油井产量）2.倾斜管3.开始瞬间或死点4.ρgQH/1000（或γQH/102）5.气举阀阀芯受气室压力和油管压力作用刚刚打开瞬间的油管压力6.长度；宽度7.悬点载荷；悬点位移8.Fe（铁）或水垢（或沥青质）9.110.采油工程；完井工程四、名词解释1.采油指数：单位生产压差下的油井日产液量，反映油井向井筒供液能力的大小，J=Q/(P_rP_wf)。2.气锁：在抽油泵井中，大量气体进入泵筒，使得固定阀和游动阀无法及时关闭，泵内充满气体而无法充满液体，导致泵排量急剧下降甚至排不出液体的现象。3.系统效率：在机械采油过程中，将地面的电能传递到井下并用于举升液体的能量利用效率。通常指有效举升液体所做的功与电动机输入电能之比。4.裂缝导流能力：在压裂裂缝闭合后，支撑剂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积（KfW），表征裂缝允许流体通过的能力。5.冲程损失：由于抽油杆柱和油管柱在交变载荷作用下发生弹性伸缩，导致光杆冲程与柱塞冲程之间的差值。6.临界产量：指为了避免底水或气顶锥进进入井筒，维持油井无水、无气生产所允许的最大产油量。五、简答题1.自喷井的四种主要流动压力损失：(1)地层渗流压力损失：流体从地层边缘流向井底的压力降，取决于地层物性和流体性质。(2)井筒多相垂直管流压力损失：流体从井底流向井口的重力损失、摩擦损失和动能损失。(3)油嘴节流压力损失：流体通过油嘴时由于流速剧增产生的急剧压降，主要用于控制产量。(4)地面集输管流压力损失：流体从井口流向分离器的摩擦阻力损失。2.影响抽油泵泵效的因素：(1)气体影响：气体占据泵筒体积，降低充满系数。(2)漏失：柱塞与泵筒间隙、阀球密封不严导致液体漏失。(3)抽油杆和油管的弹性伸缩：造成冲程损失，减小柱塞实际冲程。(4)供液不足：地层供液能力小于泵的排液能力，导致充满系数低。(5)原油粘度：高粘度增加摩擦阻力和气体分离难度。提高泵效的措施：(1)合理选择泵径、冲程、冲次，使抽汲参数与地层供液能力匹配。(2)使用气锚、井下油气分离器减少气体进泵。(3)采取防砂、防蜡措施，减少漏失。(4)对于稠油井，采取掺稀、电加热降粘。(5)使用长冲程、低冲次，减少惯性载荷和气体影响。3.电潜泵采油的适用范围及选型设计步骤：适用范围：(1)排量范围大（几十到几千方/天），适用于高产井。(2)下泵深度大（可达3000米以上），适用于深井、斜井。(3)适用于海上油田、高气油比井（配合分离器）及高含水井。选型设计步骤：(1)收集油井基础数据（产能、流体物性、井身结构等）。(2)进行节点系统分析，确定产量和所需的总动压头。(3)根据总动压头和排量，选择合适的泵型（计算级数）。(4)根据泵的功率和排量，选择合适的电机。(5)选择保护器、电缆及地面控制柜。(6)进行功率因数和电压降校核。4.节点系统分析：定义：将油井从地层到分离器的整个生产系统划分为若干部分，并在各部分连接处设置节点。通过计算压力在各节点处的分布关系，求解系统生产参数的一种分析方法。基本步骤：(1)建立生产系统模型：明确流入（地层）、流出（井筒+地面）各部分。(2)确定解节点：通常选在井底或井口。(3)计算流入曲线：在解节点处，计算压力与流量的关系（IPR）。(4)计算流出曲线：在解节点处，计算从分离器压力开始反向推导至解节点的压力与流量关系。(5)绘制流入与流出曲线，交点即为该系统工况下的产量和压力。(6)改变系统参数（如油嘴、管径），进行敏感性分析，优化生产制度。5.水力压裂支撑剂类型及选择原则：类型：(1)天然支撑剂：石英砂（强度低，适用于浅井、低闭合应力）。(2)人造支撑剂：陶粒（高强度，抗腐蚀，适用于中深井、高闭合应力）；树脂包覆砂（防砂、回流）。选择原则：(1)强度要求：支撑剂强度必须大于地层闭合应力，防止破碎导致导流能力丧失。(2)导流能力要求：选择粒度均匀、圆度球度好的支撑剂以获得高渗透率。(3)经济性：在满足强度和导流能力前提下，成本最低。(4)介质匹配：考虑压裂液性质和地层流体性质（如酸溶性）。6.吸水剖面及调整原因：吸水剖面：注水井在吸水过程中，各层（或层内各段）吸水量的分布情况，通常用吸水指数或相对吸水量表示。调整原因：(1)层间非均质性：高渗透层吸水多，低渗透层吸水少，导致注入水单层突进，波及体积小，驱油效率低。(2)改善水驱效果：通过调整吸水剖面，强制注入水进入低渗透层，启动新层，提高原油采收率。(3)缓解矛盾：防止高渗透层过早水淹，控制含水上升速度。六、计算与分析题1.解：(1)根据Vogel方程：已知=25MPa，=15MPa，代入得：0.8=≈(2)IPR曲线示意图：纵坐标为井底流压(0~25MPa)，横坐标为产量Q(0~84.46m³/d)。曲线为凹向原点的曲线，过点(0,25)和(84.46,0)。当==25时，Q=0；当(3)当=10QQ=(4)计算当=5==84.46增加幅度Δ=增加幅度Δ=结论：随着井底流压的降低，单位生产压差下的产量增加幅度变小。原因：Vogel曲线是非线性的，随着流压降低，脱气严重，原油粘度增加，相对渗透率下降，导致采油指数降低。2.解：(1)理论排量：==1440(2)液柱载荷：柱塞面积==举升高度H===0.002464×800(3)抽油杆柱静变形伸长量λ：λ=题目给出为单位长度单位载荷的伸长量（即柔度），或者定义为λ=。通常λ=若=2.5λλ=(注：若按钢杆E=2.1e11Pa计算，需杆截面积，此处按题目给定常数计算)。(4)柱塞有效冲程：=S(5)实际产量Q：QQQQ≈3.解：(1)计算扬程H：总动压头H=(泵挂深度压力吸入口压力)+(井口压力泵挂处回压对应的液柱高度?)通常简化为：H=泵排出口压力近似为井口压力+垂直管总压降。垂直管总压降ΔP深度L：已知泵挂处压力10MPa，吸入口5MPa，泵压差5MPa。也可以直接利用压头公式：H=Δ==+深度L=泵吸入口压力MPa。泵排出口压力=10扬程H=(2)泵轴功率P：P=Q=PP=(3)系统总效率：输入功率=(假设轴功率已包含电缆损耗？通常轴功率是泵输出功率，电机输入>轴功率)。修正：电机输出功率=泵轴功率+电缆损耗？不，电缆损耗是传输损失。设=ρgQ泵轴功率=14.52电机输出功率=+系统输入功率=/系统效率=。(4)电流卡片判断：气锁：电流卡片显示电流值较低且波动幅度极小，呈平滑直线状，说明泵内充满气体，负载极轻且稳定。抽空：电流卡片呈规则的“锯齿状”波动，电流周期性地升高（正常举升）然后突然降至接近空载电流，随后缓慢上升，表明液