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1、石油工程基础学习总结石油工程基础学习总结石油工程基础学习总结在本学期的专业选修课中，我选修了石油工程基础这门课。通过老师的精心授课和自己的努力学习，我作为一名非石油专业的学生，对石油工程的相关知识有了深入的了解，扩大了我的知识面。也为我们应用化学的学生以后就业，特别是石油方向，提供了很好的基础。石油工程主要为开采具有工业储量的石油，天然气资源提供技术基础。石油工程学本身具有广泛的基础，充分吸收了工程学、地质学、数学、物理学、化学、经济学和地质统计学的基础知识。作为工程学的一个分支，石油工程的特殊之处在于设计的基础来源于对生产动态的观察结果和由非常有限的岩样分析所得的油藏特征。石油工程不同于其他
2、工程学科，油藏不可能被设计成能够实现某一特定任务的目标，不过，对于尚未完全探明的天然油藏，只要认为有一定的商业价值（国内常讲工业价值），就可开采其相当部分的储量。经过一段时间的开发，人们积累了产油量和更多有关油藏的资料后，就可以改进开采方式，以采出更多的油，取得更好的经济效益。油气开发的基本目的：尽可能多的开采出地层深处的油、气资源。提高采收率，降低成本。采油原理：当通过钻井、完井射开油层时，由于井中的压力低于油层内部的压力，在井筒与油层之间就形成了一个指向井筒方向的压力降。在原始条件下，油层岩石与孔隙空间内的流体处于压力平衡状态，一旦钻开油层，这种平衡就被破坏。这时，由于压力降低引起岩石和流
3、体的弹性膨胀，其相应体积的原油就被驱向井中。如果地层压力足够的话，就可将原油举升到井口以上，形成自喷采油；如果地层压力不能将原油举升到井口，那么就需要借助某些人工举升的办法采油，或者向油层中注入某种流体提高地层压力，使油井生产能量有所改善。有的油藏经过一个时期自喷采油又转入人工举升，这主要决定于油藏本身的能量，也就是地层压力的高低。随着采出原油的增多，地层压力逐渐下降，油井就会出现停喷时就要利用人工举升办法采油。采油方法通常是指把流到井底的原油采到地面所用的方法，基本上可分为两大类：一类是依靠油藏本身的能量，使原油喷到地面，叫做自喷采油；另一类是借助外界能量将原油采到地面，叫做人工举升采油或者
4、叫做机械采油。一般情况下，天然能量不足的油田，有的没有自喷能力，有的即使有自喷能力，但自喷期限较短，只有1年左右的时间，最多的也不过35年，而一个油田的生产年限要延续20年至30年以上，因此，油层中的原油大部分是靠人工举升方式采出来的。人工举升采油包括：气举采油、抽油机有杆泵采油、潜油电动离心泵采油、水力活塞泵采油和射流泵采油等。一、油田开发，就是依据详探成果和必要的生产性开发试验，在综合研究的基础上对具有工业价值的油田，按照国家对原油生产的要求，从油田的实际情况和生产规律出发，制定出合理的开发方案并对油田进行建设和投产，使油田按预定的生产能力和经济效益长期生产，直至开发结束的全过程。一个油田
5、的正规开发一般要经过三个阶段：(1)开发前的准备阶段，包括详探、开发试验等；(2)开发设计和投产，其中包括油藏工程研究和评价、全面部署开发井、制订完井方案和注采方案以及方案的实施；(3)方案的调整和完善。二、钻井方法：顿钻钻井法：顿钻钻井法又叫冲击钻井法，是我们的祖先发明的，古书记载：十一世纪，就已比较完善了，欧洲是在十九世纪才开始这种方法钻井。钻头用钢丝悬吊，周期地将钻头提到一定的高度后，再释放以向下冲击井底，将井底岩石击碎，使井眼向下加深。在不断冲击的同时，向井内注水，使岩屑、泥土混合成泥浆水，当井内岩屑积累一定量时，将钻头自井内提出，下入捞砂筒捞出井内的泥水浆，使新的井底暴露出来，然后继
6、续下入钻头冲击钻井，这样交替进行。旋转钻井法：地面动力转盘旋转钻井法：工作原理是通过转盘将柴油机的垂直旋转，经方向轴或链条变成水平旋转，再带动转盘中的方钻杆转动，将动力传给井内的钻柱和井底的钻头，钻头在一定的压力的作用，旋转来破碎井底的岩石。循环系统提供高压的钻井液，从钻柱中流经钻头，冲洗井底，冷却钻头，并把岩屑带冲离井底带至地面，使钻头能接触新的井底岩石。井底动力钻具旋转钻井法将转动钻头的动力由地面移到井下，直接加在钻头之上。钻井时，钻柱不旋转，钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压，形成洗井通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩。动力是由电源和地面高压泥浆泵提供的，通过钻柱内孔传递到井下的具有一定
7、功能和压力的冼井液流体或交流电三、钻井液：各类钻井液中应用最广泛的是粘土与水混合后的悬浮液，所以原来称为泥浆。现在在正规的场合都称钻井液。钻井液的功用：清洁井底、携带钻屑、悬浮加重剂及岩屑、保护井壁、润滑钻柱，冷却钻头、控制井内高压、将地面功率以水力功率的形式传到井下、保护油气层、减轻钻柱或套管柱的悬重钻井液的类型：水基钻井液，水基钻井液以水为分散介质，其基本组分是粘土、水和化学处理剂，这类钻井液发展最早，使用最为广泛。油基钻井液，油包水乳化钻井液、油基钻井液气型钻井液，空气钻井液、泡沫钻井液。此外，还有MMH钻井液（正电胶钻井液）、合成基钻井液（简称SBM）、无渗透钻井液体系四、固井和完井固
8、井：在钻出的井眼内下入套管，并在套管与井眼之间注以水泥浆，使套管与井壁固结在一起的工艺过程。固井的目的:封隔地下各油、气、水层，使互不串通为井的投产建立生产通道封闭暂时尚不开采的油气层保证井自始自终处于人的控制之下，当遇紧急情况需要压井时，不会压裂地层增加问题的严重性。对海洋很重要为安装井口也喷装置创造条件封隔时钻井液要求相互矛盾的地层，如上边层要密度大，下边层要求小时对钻井时遇到的井塌、井漏、高压层等情况，用调速钻井液性能不易解决或不可能留有遗患时，用下套管、油水泥的办法封隔，清除隐患，保证钻井的顺利进行。油气井完成:针对目的层的地质条件，如有的坚硬，有的易坍塌，有的出砂严重，有的有底水等，
9、所采取的不同的油层部位的井眼结构形式不是完井方法钻开油气层：对低层要予以充分保护；对高压层，也要保护不使生产层受到伤害；对探井来说，见到油气层后，要立即电测，减少浸泡采用优质的保护油气层的钻井液，减少对产层的伤害。完井方法:是指一口井完钻后生产层与井眼的连通方式及井底结构形式。所有完井方法均须满足：能有效地连通油气层与井眼，油气流入井眼的阻力小；有效地封隔油气水层，防止互相窜扰；对不同性质的各油气层，能满足分层开采和管理的要求；克服油气层井壁坍塌和出砂影响，保证油气长期稳定的生产；能进行压裂、酸化等增产措施，便于参井；工艺简便，速度快，成本低。后期完井法：射孔完井：钻开油气层后，下油气层套管至
10、生产层底部固井。然后下入射孔器地油气层部位射孔，穿透套管和水泥环进入地层，使油气能流入井内尾管射孔完井法，钻至油气层顶部，下入油层（技术）套管，然后再钻开油气层，再在油气层段下入尾管，用射孔的方法与井眼连通，后勤裸眼完井法，用同一尺寸的钻头钻达油气层，再把套管下到油气层的顶部完井。贯眼完井法：如同后期裸眼完井法一样，用同一尺寸的钻头钻穿油气层，然后下套管到井底后注水泥固井。油层部位的套管是带孔眼的衬管，只在衬管上部注水泥固井。即在此处的套管外加一个水泥伞，在管内有一个倒置的凡尔，防止水泥流下至油层部位和衬管内。完了后用钻头把套管内的水泥塞钻掉。先期完井法：先期裸眼完井法：钻至油气层顶部后，下油
11、层套管固井，然后更换小尺寸钻头钻开油气层，完井后油层部直接与井眼连通，衬管完井法，同先期裸眼完井法一样，在钻达油气层之前即下套管固井，然后钻开油气层，再下衬管（即带割缝的套管），使缝眼对油气层部位。衬管可以直接承于井底上，适用于薄油气层，衬管情况砾石（充填）衬管完井法（GravelPacking）为了防止疏松的油气层出砂，更好地支撑井壁，在上述的衬管与井壁环形空间充填砾石试油：在油井完成后，在降低井内液柱压力的情况下，把油、气、水从地层中诱到地面上来，并经专门测试取得各种资料的工作，叫试油（气），它是对生产层的油气产量、水产量、地层压力及油气的物理化学性质的测定。五、自喷采油和气举采油自喷采油
12、法：油、气同时在井内沿油管向上流动，其能量主要消耗于重力和摩擦力。在一定的油层压力和油气比的条件下，每口井中的油管尺寸和深度不变时，有一个充分利用能量的最优流速范围，即最优日产量范围。必须选用合理的油管尺寸，调节井口节流器（常称油嘴）的大小，使自喷井的产量与油层的供油能力相匹配，以保证自喷井在最优产量范围内生产。为使井口密封并便于修井和更换损坏的部件，自喷井井口装有专门的采油装置，称采油树（见彩图）。自喷井的井身结构见图。自喷井管理方便，生产能力高,耗费小,是一种比较理想的采油方法。很多油田都采取早期注水、注气保持油藏压力的措施，延长油井的自喷期。气举采油法：将天然气从套管环隙或油管中注入井内
13、，降低井中流体的比重，使井内流体柱的压力低于已降低了的油层压力，从而把流体从油管或套管环隙中导出井外。有连续气举和间歇气举两类。多数情况下，采用从套管环隙注气、油管出油的方式。气举采油要求有比较充足的天然气源；不能用空气，以免爆炸。气举的启动压力和工作压力差别较大。在井下常需安装特制的气举阀以降低启动压力，使压缩机在较低压力下工作,提高其效率,结构和工作原理见图。在油管外的液面被压到气举阀以下时，气从A孔进入油管,使管内液体与气混合,喷出至地面。管内压力下降到一定程度时,油管内外压差使该阀关闭。管外液面可继续下降。油井较深时，可装几个气举阀，把液面降至油管鞋，使启动压力大为降低。六、机械采油机
14、械采油：当油层的能量不足以维护自喷时，则必须人为地从地面补充能量，才能把原油举升出井口。如果补充能量的方式是用机械能量把油采出地面，就称为机械采油。目前，国内外机械采油装置主要分有杆泵和无杆泵两大类。有杆泵地面动力设备带动抽油机，并通过抽油杆带动深井泵。无杆泵不借助抽油杆来传递动力的抽油设备。目前无杆泵的种类很多，如水力活塞泵、电动潜油离心泵、射流泵、振动泵、螺杆泵等。目前应用最广泛的还是游梁式抽油机深井泵装置。因为此装置结构合理、经久耐用、管理方便、适用范围广。七、注水井与油水井措施注水井：用来向油层注水的井。在油田开发过程中，通过专门的注水井将水注入油藏，保持或恢复油层压力，使油藏有较强的
15、驱动力，以提高油藏的开采速度和采收率。依据油藏的构造形态、面积大小、渗透率高低、油、气、水的分布关系和所要求达到的开发指标，选定注水井的分布位置和与生产井的相对关系（称注水方式）。注水井井距的确定以大多数油层都能受到注水作用为原则，使油井充分受到注水效果，达到所要求的采油速率和油层压力。注水井的吸水能力主要取决于油层渗透率和注水泵压，为使油层正常吸水，注水泵压应低于油层破裂压力注水井是注入水从地面进入油层的通道，井口装置与自喷井相似，不同点是无清蜡闸门，不装井口油嘴，可承高压。井口有注水用采油树，陆上油田注水采油树多用CYB-250型，其主要作用是：悬挂井内管柱；密封油套环形空间；控制注水和洗
16、井方式（如正注、反注、合注、正洗、反洗）和进行井下作业。除井口装置外，注水井内还可根据注水要求(分注、合注、洗井)分别安装相应的注水管柱。注水井可以是生产井转成的或专门为此目的而钻的井。通常将低产井或特高含水油井，边缘井转换成注水井。注水井的井下管柱结构、井下工具遵循简单原则。大多数情况下（笼统注水），注水井仅需配置一套管柱和一个封隔器，封隔器下到射孔段顶界50m处，对特定防腐要求的注水井，其管材应特殊要求，且必要时，油套环空采用充满防腐封隔液的方法加以保护。这种液体可以是油也可以是水，一般用防腐剂或杀菌剂进行处理或另加除氧剂等。分层注水的井下管柱可按需设计。水力压裂技术：它是利用地面高压泵组
17、（压裂车组），将高粘液体以大大超过油层吸收能力的排量注入井中，随即在井底附近蹩起高压，此压力超过井壁附近的地应力及岩石的抗张强度时，在井底附近地层将形成裂缝。继续将带有支撑剂的压裂液注入缝中，使裂缝向前沿伸，支撑剂沿裂缝分布填充。这样泵停止后，即可在油层中形成足够长度和一定宽及高度的填砂裂缝，具有很高的导流能力，大大降低了油气流入井内或注入水进入地层的阻力，从而达到增产、增注目的。另一方面还改变了井底附近的流体渗流状态。由于有垂直裂缝的存在，油气向井底的渗流由原来的径向流改变为先从油层基本上是单向流入裂缝，再由裂缝单向流入井筒的线性流，消除了径向节流损失，降低了能耗，因而油气井产量或注水井的注
18、入量会大幅提高。压裂还消除了井壁附近地层的堵塞情况。扩展阅读：石油工程基础学习心得袁浩石油工程基础学习心得应化10902班39袁浩202206447经过十五周的系统学习，在胡老师的指导下，从一个对石油工程懵懂无知的学生，逐渐成为一名对石油工程各方面略有了解的“知情人”！下面我将对自己在这十五周的学习感受，学习心得进行总结。在选课时，当我看到石油工程这几个字时，在想这会是一个什么样的课程。作为应化的学生，与油田挂钩的专业，这是必不可少的必备知识！在绪论部分老师为我们讲解了目前我国的石油工程的发展情况，分别从钻井和采油两个方面来阐述早期的钻井与采油技术到目前的三采所具备的钻井与采油技术，让我们了解
19、到石油工程的发展历史。此外还联系到我院的与油田合作情况，为我们作了详细阐述，同时作为一名应化的学生，也感到自己肩上的责任。现在石油的开采的难度越发的困难，对与其相关的专业的挑战也越发多。顾名思义，石油工程即为主要为开采具有工业储量的石油，天然气资源提供技术基础。石油工程学本身具有广泛的基础，充分吸收了工程学、地质学、数学、物理学、化学、经济学和地质统计学的基础知识。其主要内容是石油工程领域覆盖了油藏工程、钻井工程和采油工程三个独立又相互衔接的工程领域，也就是覆盖了石油开发生产的全过程，并交叉涉及到油气勘探的一些基本内容。石油是一个国家的重要能源物资，对于石油的形成，众说纷纭。主要两种不同的学说
20、即有机与无机生成，大部分专家认同有机生成学说。认为：古代生物的遗骸在浅海、海湾、内陆湖泊等地沉积下来，并被新的沉积物迅速埋藏起来，使这些有机物不被氧化而保存下来。随着上部沉积物的不断增厚，温度和压力的升高，有机物便在一定的温度、压力条件和特殊的环境下，经过复杂的物理化学变化，最后转变成石油和天然气。首先接触到的是油藏工程，说到油藏就要谈到油气藏。油气藏：石油工程的直接对象（或目的层）是油气的储集地，即油气藏。它通常被定义为：油气在单一圈闭中的聚体。油气在具体孔隙（裂缝）性和渗透性，并为同一动力学系统的最简单的岩层中聚集就形成了油气藏。条件是：有一定数量的运移着的油气、有遮挡物（不渗透性岩层）的
21、作用，阻止了它们继续运移，而在具有孔隙性（裂缝性）地层（又叫储集层）聚集起来。油藏主要是液态碳氢化合物，气藏主要是气态碳氢化合物。一个油田可以是一个油、气藏，也可以是包括多个油、气藏。结合作业现场对于身处地层的原油需要了解其处于地层中的原油的物性，地层油处于高温高压状态下，并溶解有大量的天然气，其物性与地面原油有很大的差别，如粘度、密度和压缩系数等。在油藏开采过程中，随压力、温度的降低以及油中溶解气的不断释出，地层油的性质也在不断变化，渗油计算及开采工艺设计等都是必不可少的。相继了解到地层原油的溶解气油比、地层原油的体积系数B、地层原油的压缩系数、地层原油的粘度等概念，它们都与地层的环境（温度
22、、压力等）有关。此外还需了解天然气的一些高压物性，即天然气的状态方程和压缩因子、天然气的体积系数和压缩系数、天然气的粘度等。在采油过程中，除了油与气之外，还含有大量的水，则必须了解在高压地层中水的性质。地层水包括油层水（底水、边水、层间水）和外来水，另外还有油藏中含油（气）部位的束缚水。底水、边水都是驱油能量，层间水和外来水对油井生产会带来不利的影响。因而我们了解这些水的性质，可以分析油井出水、原油性质变化的原因。地层水中主要为CaCl2和NaHCO3。其含量来表示地层水的矿化度。地层水虽然与地层原油一样处于高温高压下，但由于其中主要是含有大量的无机盐，所溶解的天然气量相对很少，因此，溶解气对
23、地层水高压物性的影响很小，即：地层水的高压物性对于压力、温度、溶解气等具有一定的稳定性。在学完地层中油气水的高压物性之后，还需知道油藏岩石的一些物理性质。这对钻井有重要的意义。相继懂得了油藏岩石的孔隙度和流体的饱和度、油藏岩石的压缩系数、油藏岩石的渗透率、油藏岩石的润湿性和油水的微观分布等概。接下来便接触到我最熟悉的一点，钻井油气钻井方法及工艺我们这个专业的主要方向就是研究钻也方面的。早在油田化学这门课程中就了解了许多与钻井有关的知识。石油钻井方法的发展历程：古老的人工挖掘（前三世纪到十一世纪）人力冲击顿钻钻井旋转钻井法井下的动力钻井法连续管钻井法。而连续管钻井在国内的应用并不广泛，我目前在和
24、老师一起做这个方面的项目，研究连续管钻井钻井液的配方。连续油管钻井技术具有许多独特的优点：能够不关井作业，实现真正欠平衡钻井；提高钻井自动化程度，降低人力需求和作业成本；连续油管可内置电缆，改善信号的随钻传输，实现完全的随钻测井，有利于实现闭环钻井。但连续油管钻井技术也存在一些局限性，主要表现在：施加钻压困难，钻水平井时水平延伸能力有限；所钻井眼直径较小，井眼清洗困难；连续油管疲劳寿命较低等。连续管钻井的应用前景非常大，针对它的一些缺点也是对钻井液提出的要求。选择钻井液时必须注意以下几个方面：保证远距离水平钻井的高润滑性能；具有好的井眼稳定性，对地层的损坏小；保持较低的固相含量以保证高的机械钻
25、速和降低摩阻；利用小的泥浆量能最快地去除细小钻屑；通过滤失控制防止由于高固相含量而导致的卡钻；保持低的磨擦压力保证最大的流速和最小的CT疲劳。除了不同的钻井方法，还有不同的井，按目的不同划分为：探井和开发井。按井眼轨迹来分就有：重直井、定向井、水平井、分支井、丛式井等。探井包括：地质浅井、地层探井、预测井、详探井、资料井等。开发井包括：浅油气井、油气井、注入井、检查井等。一口油井的建成要经过许多个工艺过程，主要分为三个阶段：即钻前准备、钻进和完井，而每个阶段又包括了许多具体的工艺过程。钻前准备包括：修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备的搬运和安装、井口准备、备足钻井所需的各种工具、器材，如钻杆
26、、钻铤、钻头以及泥浆泵必要的配件、洗井液处理剂等以及生活的必需物资。钻进包括：破岩、洗井、接单根、起下钻、更换钻头、开钻等。在整个钻井的过程中钻井液起着举足轻重的作用，故钻井也有了石油工程“血液”之称。钻井液具有携带和悬浮岩屑、稳定井壁和平衡地层压力、冷却和润滑钻头、钻具、传递水动力等作用。国内钻井液的研究水平达到了国际领先水平，钻井液的类型也是非常庞大。可分为：分散钻井液、钙处理钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻井液、聚合物钻井液、钾基聚合物钻井液、油基钻井液、合成基钻井液、气体型钻井流体、保护油气层的钻井液等等。与钻井液相配的处理剂又是数不胜数，简单的分类可分为：无机处理剂、有机处理剂、表面活
27、性剂；按其作用可分为：碱度剂和PH控制制、杀菌剂、除钙剂、腐蚀抑制剂、消泡剂、乳化剂、降失水剂、絮凝剂、起泡剂、堵漏材料、润滑剂、页岩稳定剂、表面活性剂、稀释剂和分散剂、增粘剂、加重剂等等。在一口井钻探完成之后，需要固井完井试油，之后便是采油的工作。常用的采油方式有：自喷和人工举升方式。自喷采油：如果能量足够大，开井后，原油能自动喷出地面，这种完全依靠天然能量将油采出地面的方法，称为自喷采油。人工举升方式采油：如果地层本身的能量较小，必须人为地补充能量，才能把油采出地面的，如气举、深井泵抽汲办法等，这种借助人工或叫借助机械的采油方式，称着人工举升采油或叫机械采油。气举采油基本原理：是利用人工举
28、升方法，把压缩气体注入油管底部，与地层液混合，靠气体在液体中膨胀，降低液体密度和油管中液柱重量，使油管内的流动压力梯度下降，从而降低井底流动压力，建立起将液体举升到地面的生产压差，这样一种方法叫，是最接近自喷采油的一种人工举升方法，气举所使用气体可以是天然气或氮气、空气，氮气成本较高，空气危险性大，所以常用天然气。优点：灵活性好，它的井口、井下设备比较简单，管理调节比较方便，特别适合于海上采油，深井、斜井，含砂和因不能下深井泵采油的油井；作业费用低；适应性广，大角度斜井，狗腿角大的井，出砂结蜡，结垢井。最后是一个最现实的问题，关系到经济效益的问题提高采收率！原油采收分为一采二采三采四采。所谓一
29、采即为利用地层的天然能量将原油驱出，二采即为采用人工注水，注气进行采油的方法。目前国内主要在采用三采，它是以化学的、物理的热力的或联合的作用为基础，来提高采收率的方法。四采即为微生物采油法，国内处于现场试验应用阶段。提高驱油的采收率的措施主要从两方面着手进行，一是提高驱油效率，二是提高波及效率。提高驱油效率是指由天然的或人工注入的驱替剂（液）波及范围内所驱替出的原油体积与波及范围的总含油体积的比值。它反映了驱替液的洗油能力。提高波及效率是指天然的或人工注入的驱替剂接触的部分油藏体积Vs与整个油藏含油体积（V）的比值。用E表示，在某种意义上：体积波及系数是平面波及系数与纵向波及系数的乘积。目前提
30、高油藏采收率的方法主要有：化学驱油法、混相驱油法、热力采油法和微生物采油法等。化学驱油法是指利用注入油藏的化学剂改善原油化学剂溶液岩石之间的物化特性，如降低界面张力、改善流度比等，而提高原油采收率的驱油法。化学驱包括：聚合物驱油法、碱水驱油法、微乳液驱。混相驱油法系指向油藏注入一种能与原油在地层条件下，完全或部分混相的流体驱替原油的开发方法。实际上为了消除驱动介质（水或气）与地层油的界面，而在驱油过程中于两者之间建立互溶混带，来提高采收率的方法，称为混相驱油。其包括：烃类混相驱、非烃类混相驱。热力采油法是向油藏注入热流体，或使油层就地发生燃烧形成移动热流，靠热能降低原油粘度，以增加原油流动能力的采油方法。热力采油法有火烧油层和注热流体法两种方法。微生物采油法是指注入合适的菌种及营养物，使菌株在油层中繁殖，代谢石油，产生气体或活性物，可以降低油水界面张力，以提高石油采收率的方法。在学完石油工程基础这一课程之后，对整个工程有了大致的了解，对于钻井采油的一些方法及其原理也有了更深的认识，同时对自己的专业也有了更清晰的认识。感谢老师胡老师在这学期的辛勤付出，在这堂课上的所学对我们今后的工作也会有很大的帮助！第 17 页 共 17 页