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1、第七章 固井與完井一、選擇題二、填空題三、名詞解釋1何謂雙向應(yīng)力橢圓?答:在軸向上套管承受有下部套管的拉應(yīng)力,在徑向上存在有套管內(nèi)的壓力或管外液體的外擠力,套管處于雙向應(yīng)力的作用中。根據(jù)第四強(qiáng)度理論,列套管破壞的強(qiáng)度條件方程: z2+t2-tz=s2改寫(xiě)為: (z/s)2-(zt)/ s2+(t/s)2=1 得一橢圓方程。用z/s的百分比為橫坐標(biāo),用t/s的百分比為縱坐標(biāo),繪出的應(yīng)力圖,稱為雙向應(yīng)力橢圓。2何謂前置液體系? 答:前置液是注水泥過(guò)程中所用的各種前置液體的總稱。前置液體系是用于在注水泥之前,向井中注入的各種專門(mén)液體。四、簡(jiǎn)答題1 簡(jiǎn)述套管的的種類(lèi)及其功用。答:(1)表層套管,表層套

2、管是開(kāi)始下入的最短最淺的一層套管,表層套管主要有兩個(gè)作用:一是在其頂部安裝套管頭,并通過(guò)套管頭懸掛和支承后續(xù)各層套管;二是隔離地表淺水層和淺部復(fù)雜地層,使淡水層不受鉆井液污染。(2)中間套管,亦稱技術(shù)套管。介于表層套管和生產(chǎn)套管之間的套管都稱中間套管,中間套管的作用是隔離不同地層孔隙壓力的層系戒易塌易漏等復(fù)雜地層。(3)生產(chǎn)套管。生產(chǎn)套管是鉆達(dá)目的層后下入的最后一層套管,其作用是保護(hù)生產(chǎn)層,并給油氣從產(chǎn)層流到地面提供通道。(4)鉆井襯管,亦稱鉆井尾管。鉆井襯管常在已下入一層中間套管后采用,即只要裸眼井段下套管注水泥,套管柱不延伸至井口。采用鉆井襯管可以減輕下套管時(shí)鉆機(jī)的負(fù)荷和固井后套管頭的負(fù)荷

3、,同時(shí)又可節(jié)省大量套管和水泥,降低固井成本。2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則是什么?答:進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所遵循的原則主要有:(1)有效地保護(hù)油氣層,使不同地層壓力的油氣層免受鉆井液的損害。(2)應(yīng)避免漏、噴、塌、卡等井下復(fù)雜情況的發(fā)生,為全井順利鉆進(jìn)創(chuàng)造條件,以獲得最短建井周期。(3)鉆下部地層采用重鉆井液時(shí)產(chǎn)生的井內(nèi)壓力不致壓裂上層套管外最薄弱的裸露地層。(4)下套管過(guò)程中,井內(nèi)鉆井液柱的壓力和地層壓力之間的壓力差,不致產(chǎn)生壓差卡套管現(xiàn)象。3 套管柱設(shè)計(jì)包括哪些內(nèi)容?設(shè)計(jì)原則是什么?答:套管柱設(shè)計(jì)包括套管的強(qiáng)度計(jì)算;有效外在計(jì)算;及套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)。套管柱設(shè)計(jì)原則:(1) 應(yīng)能滿足鉆井作業(yè)、油氣層開(kāi)發(fā)和

4、產(chǎn)層改造的需要;(2) 在承受外載時(shí)應(yīng)有一定的儲(chǔ)備能力;(3) 經(jīng)濟(jì)性要好。4 套管柱在井下可能受到哪些力的作用?主要有哪幾種力?答:套管柱在井下可能受到的力包括:(1) 軸向拉力:套管本身自重產(chǎn)生的軸向拉力、套管彎曲引起的附加應(yīng)力、套管內(nèi)注入水泥引起的套管柱附加應(yīng)力及動(dòng)載和泵壓變化等引起的附加應(yīng)力。(2) 外擠壓力:主要有套管外液柱的壓力,地層中流體的壓力、高塑性巖石的側(cè)向擠壓力及其他作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的壓力。(3) 內(nèi)壓力:主要來(lái)自地層流體(油、氣、水)進(jìn)入套管產(chǎn)生的壓力及生產(chǎn)中特殊作業(yè)(壓裂、酸化、注水)時(shí)的外來(lái)壓力。 主要受:軸向拉力、外擠壓力及內(nèi)壓力。5 目前主要有幾種套管柱的設(shè)計(jì)方法?各有

5、何特點(diǎn)?答:(1) 等安全系數(shù)法:它的設(shè)計(jì)思路是使各個(gè)危險(xiǎn)截面上的最小安全系數(shù)等于或大于規(guī)定的安全系數(shù)。(2) 邊界載荷法:它的優(yōu)點(diǎn)是套管柱各段的邊界載荷相等,使套管在受拉時(shí),各段的拉力余量是相等的,這樣可避免套管浪費(fèi)。(3) 最大載荷法:其設(shè)計(jì)方法是先按內(nèi)壓力篩選套管,再按有效外擠力及拉應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。該方法對(duì)外載荷考慮細(xì)致,設(shè)計(jì)精確。(4) AMOCO設(shè)計(jì)方法:該方法在抗擠設(shè)計(jì)中考慮拉力影響,按雙軸應(yīng)力設(shè)計(jì),在計(jì)算外載時(shí)考慮到接箍處的受力,在計(jì)算內(nèi)壓力時(shí)也考慮拉應(yīng)力的影響。(5) BEB設(shè)計(jì)方法:設(shè)計(jì)特點(diǎn)是將套管分類(lèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)。(6) 前蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)方法:設(shè)計(jì)思想是考慮外載按不同時(shí)期的變化,

6、考慮不同井段的抗拉安全系數(shù)不同,不考慮雙向應(yīng)力,但是當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到管體屈服強(qiáng)度的50%時(shí),把抗拉安全系數(shù)增加到10%。6 何謂雙向應(yīng)力橢圓?何時(shí)考慮雙向應(yīng)力?答: 在軸向上套管承受有下部套管的拉應(yīng)力,在徑向上存在有套管內(nèi)的壓力或管外液體的外擠力,套管處于雙向應(yīng)力的作用中。根據(jù)第四強(qiáng)度理論,列套管破壞的強(qiáng)度條件方程: z2+t2-tz=s2改寫(xiě)為: (z/s)2-(zt)/ s2+(t/s)2=1 得一橢圓方程。用z/s的百分比為橫坐標(biāo),用t/s的百分比為縱坐標(biāo),繪出的應(yīng)力圖,稱為雙向應(yīng)力橢圓。 軸向拉應(yīng)力與外擠壓力的聯(lián)合作用,由于軸向拉力的存在使套管強(qiáng)度降低,因此此時(shí)考慮雙向應(yīng)力。7 油井水泥的

7、主要成分和性能是什么?答:油井水泥的主要要成分有:(1)硅酸三鈣3CaOSiO2(簡(jiǎn)稱C3S)是水泥的主要成分,一般的含量為40%65%,它對(duì)水泥的強(qiáng)度,尤其是早期強(qiáng)度有較大的影響。高早期強(qiáng)度水泥中C3S的含量可達(dá)60%65%,緩凝水泥中含量在40%45%。(2)硅酸二鈣2CaOSiO2(簡(jiǎn)稱C2S),其含量一般在24%30%之間。C2S的水化反應(yīng)緩慢,強(qiáng)度增長(zhǎng)慢,但能在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)增加水泥強(qiáng)度,對(duì)水泥的最終強(qiáng)度有影響。不影響水泥的初凝時(shí)間。(3)鋁酸三鈣3CaOAl2O3(簡(jiǎn)稱C3A),是促進(jìn)水泥快速水化的化合物,是決定水泥初凝和稠化時(shí)間的主要因素。對(duì)水泥的最終強(qiáng)度影響不大,但對(duì)水泥漿的流

8、變性及早期強(qiáng)度有較大影響。它對(duì)硫酸鹽極為敏感,因此抗硫酸鹽的水泥,應(yīng)控制其含量在3%以下,但對(duì)于有較高早期強(qiáng)度的水泥,其含量可達(dá)15%。(4)鐵鋁酸四鈣4CaO2Al2O3Fe2O3(簡(jiǎn)稱C4AF),它對(duì)強(qiáng)度影響較小,水化速度僅次于C3A,早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快,含量為8%12%。除了以上四種主要成分之外,還有石膏、堿金屬的氧化物等。8 水泥漿性能與固井質(zhì)量有何關(guān)系?答:水泥漿性能與固井質(zhì)量關(guān)系密切:水泥漿密度為1.801.90g/cm3之間時(shí)對(duì)固井質(zhì)量最好;水泥漿的稠化時(shí)間因不同的井而時(shí)間長(zhǎng)短要合理;水泥漿的失水應(yīng)當(dāng)通過(guò)加入處理劑的方法使之盡量降低;水泥石強(qiáng)度應(yīng)滿足支撐和加強(qiáng)套管,承受鉆柱的沖擊載

9、荷,承受酸化、壓裂等增產(chǎn)措施作業(yè)的能力以及應(yīng)能抵抗各種流體的腐蝕。9 何謂前置液體系?有何作用?答: 前置液是注水泥過(guò)程中所用的各種前置液體的總稱。前置液體系是用于在注水泥之前,向井中注入的各種專門(mén)液體。其作用是將水泥漿與鉆井液隔開(kāi),起到隔離、緩沖、清洗10 油井完成有幾種方法?各有何特點(diǎn)?答:(1) 裸眼完井法:完井時(shí)井底的儲(chǔ)集層是裸露的,只在儲(chǔ)集層以上用套管封固的完井方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)集層直接與井眼連通,油氣流進(jìn)入井眼的阻力最小。但缺點(diǎn)是適應(yīng)面狹窄,投產(chǎn)后難以實(shí)施酸化、壓裂等增產(chǎn)措施。(2) 射孔完井法:下入油層套管固產(chǎn)層后再用射孔彈將套管、水泥環(huán)、部分產(chǎn)層射穿,形成油氣流通道的完井

10、方法。它適合于各種儲(chǔ)集層,但最適用于非均質(zhì)儲(chǔ)集層,是目前主要的完井方法。(3) 防砂完井:某些砂巖儲(chǔ)集層在生產(chǎn)過(guò)程中,由于砂巖膠結(jié)不良等原因?qū)е鲁錾?,?yán)重時(shí)會(huì)影響產(chǎn)量,使井報(bào)廢,所以必須采用防砂完井。常見(jiàn)的方式有:裸眼礫石充填完井、管內(nèi)礫石充填完井、人工井壁完井。11 簡(jiǎn)述水泥漿失重的原因,提高注水泥頂替效率的措施有哪些?答:水泥漿柱在凝結(jié)過(guò)程中對(duì)其下部或地層所作用的壓力逐漸減小的現(xiàn)象稱為水泥漿失重。引起失重的原因有兩個(gè):一是膠凝失重,即水泥與水混合后,在水泥漿水化、凝結(jié)、硬化過(guò)程中,在漿體內(nèi)部形成兩種不同類(lèi)型的三維空間網(wǎng)“凝聚結(jié)晶網(wǎng)”,正是由于這種網(wǎng)架的作用(膠凝作用),使水泥漿柱的一部分重

11、量懸掛在井壁和套管上,從而降低了水泥漿柱作用在下部地層的有效壓力;二是橋堵失重,即注水泥過(guò)程中,由于水泥漿失水形成的水泥餅、鉆井時(shí)井下未帶出的巖屑、注水泥時(shí)高速?zèng)_蝕下的巖塊以及水泥顆粒的下沉等因素,在滲透層或井徑和間隙較小的井段形成堵塞(即橋堵),使得橋堵段上部漿柱壓力不能繼續(xù)有效地傳遞至橋堵段下部的地層,而下部漿柱由于體積的減?。ㄋ嗨w積收縮和失水),橋堵前上部漿柱作用的壓力就失去了一部分(或全部),此時(shí)作用在下部地層的有效靜液壓力就減小了。提高注水泥頂替效率的措施有:(1)采用套管扶正器,改善套管居中條件;(2)注水泥過(guò)程中活動(dòng)套管;(3)調(diào)整水泥漿性能,提高頂替效率;(4)調(diào)整水泥漿

12、在環(huán)空中的流速。12 水灰比對(duì)水泥漿性能有什么影響?答:水灰比就是水與水泥的重量之比。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)反映的是水泥漿的密度。在固井施工中,水灰比要求的一般范圍是0.500.42,其相應(yīng)的密度范圍為1.801.92 g/cm3。水灰比過(guò)小,則水泥漿密度過(guò)大,水泥漿流動(dòng)性變差,泵送困難。水灰比過(guò)大,則水泥漿密度過(guò)小,將使泥漿顆粒下沉或析出大量自由水,出現(xiàn)串槽現(xiàn)象,不利于水泥石的密封效果。13 完井方法選擇的依據(jù)是什么?答:油、氣井的完井方法,主要依據(jù)油、氣層的巖性特征及儲(chǔ)集層性質(zhì)決定的,完井方法是否合理直接關(guān)系到能否順利投產(chǎn)和以后長(zhǎng)期正常生產(chǎn)的大問(wèn)題。因此,油氣井完井方法選擇的原則應(yīng)該是:(1)能有效

13、地連通油、氣層與井眼,油、氣流入井內(nèi)的阻力要小;(2)能有效地封隔油、氣、水層,防止互相串?dāng)_,并能滿足分層開(kāi)采和管理的要求;(3)有利于井壁穩(wěn)固,保證油、氣井長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn);(4)所采用的完井方法工藝簡(jiǎn)單,完井速度快,成本低。五、計(jì)算題14 某井油層信于2600m,預(yù)測(cè)地層壓力的當(dāng)量鉆井液密度為1.30g/cm3,鉆至200 m下表層套管,液壓實(shí)驗(yàn)測(cè)得套管鞋外地層破裂壓力的當(dāng)量鉆井液密度為1.85 g/cm3,問(wèn)不下技術(shù)套管是否可以順利鉆達(dá)油層?已知:Sb=0.038 g/cm3, Sk=0.05 g/cm3, Sf=0.036 g/cm3, Sg=0.04 g/cm3。答:15 某井用139.

14、7mm,N-80鋼級(jí)、9.17mm的套管,其額定抗外擠強(qiáng)度pc=60881kPa,管體抗拉屈服強(qiáng)度為2078kN,其下部懸掛194 kN的套管,試計(jì)算pcc。答: Pcc=Pc(1.03-0.74Fm/Fs) =60881×(1.03-0.74×194/2078)=57023kMPa1617 已知直徑為139.7mm的P-110套管,壁厚7.72mm,管體屈服強(qiáng)度為2428.7kN ,抗擠強(qiáng)度為51.57MPa。試計(jì)算該套管受軸向拉力分別為500、1000 kN時(shí)的抗擠強(qiáng)度(單位:MPa)。答:軸向拉力為500 kN時(shí)的抗擠強(qiáng)度Pcc=Pc(1.03-0.74W/Q) =51.57(1.03-0.74X500/2428.7) =45.26Mpa或: =45.43 Mpa軸向拉力為1000 kN時(shí)的抗擠強(qiáng)度Pc

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