钻井工程试题及答案(第七章)

第七章固井与完井

一、选择题

二、填空题

三、名词解释

1．何谓双向应力椭圆？

答：

在轴向上套管承受有下部套管的拉应力，在径向上存在有套管内的压力或管外液体的外挤力，套管处于双向应力的作用中。根据第四强度理论，列套管破坏的强度条件方程：

2 2 2 z + b t - b t b z=b

s

2 2 2

改写为: ( b z/b s)2-( b z b t)/ b s2+(b t/b s)2=1

得一椭圆方程。

用b z/ b s的百分比为横坐标，用（T t/ （T s的百分比为纵坐标，绘出的应力图，称为双向应力

椭圆。

2．何谓前置液体系？

答：前置液是注水泥过程中所用的各种前置液体的总称。前置液体系是用于在注水泥之前，向井中注入

的各种专门液体。

四、简答题

1．简述套管的的种类及其功用。

答：

（1）表层套管，表层套管是开始下入的最短最浅的一层套管，表层套管主要有两个作用：一是在其顶部安装套管头，并通过套管头悬挂和支承后续各层套管；二是隔离地表浅水层和浅部复杂地层，使淡水层不受钻井液污染。

（2）中间套管，亦称技术套管。介于表层套管和生产套管之间的套管都称中间套管，中间套管的作用是隔离不同地层孔隙压力的层系戒易塌易漏等复杂地层。

（3）生产套管。生产套管是钻达目的层后下入的最后一层套管，并给油气从

其作用是保护生产层，

产层流到地面提供通道。

（4）钻井衬管，亦称钻井尾管。钻井衬管常在已下入一层中间套管后采用，即只要裸眼井段下套管注水泥，套管柱不延伸至井口。采用钻井衬管可以减轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头的负荷，同时又可节省大量套管和水泥，降低固井成本。

2．井身结构设计的原则是什么？答：

进行井身结构设计所遵循的原则主要有：

1）有效地保护油气层，使不同地层压力的油气层免受钻井液的损害。

（2）应避免漏、喷、塌、卡等井下复杂情况的发生，为全井顺利钻进创造条件，以获得最短建井周期。

3）钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力不致压裂上层套管外最薄弱的裸露地

层。

（4）下套管过程中，井内钻井液柱的压力和地层压力之间的压力差，不致产生压差卡套管现象。

3．套管柱设计包括哪些内容？设计原则是什么？答：套管柱设计包括套管的强度计算；有效外在计算；及套管柱强度设计。

套管柱设计原则：

1）应能满足钻井作业、油气层开发和产层改造的需要；

在承受外载时应有一定的储备能力；经济性要好。

4．套管柱在井下可能受到哪些力的作用？主要有哪几种力？答：套管柱在井下可能受到的力包括：

轴向拉力：套管本身自重产生的轴向拉力、套管弯曲引起的附加应力、套管内注入水泥引起的套管

柱附加应力及动载和泵压变化等引起的附加应力。

外挤压力：主要有套管外液柱的压力，地层中流体的压力、高塑性岩石的侧向挤压力及其他作业时

产生的压力。

内压力：主要来自地层流体（油、气、水）进入套管产生的压力及生产中特殊

作业（压裂、酸化、注水）时的外来压力。

主要受：轴向拉力、外挤压力及内压力。

5．目前主要有几种套管柱的设计方法？各有何特点？答：

1）等安全系数法：它的设计思路是使各个危险截面上的最小安全系数等于或大于

4)规定的安全系数。

边界载荷法：它的优点是套管柱各段的边界载荷相等，使套管在受拉时，各段的拉力余量是相等的，这样可避免套管浪费。

最大载荷法：其设计方法是先按内压力筛选套管，再按有效外挤力及拉应力进行强度设计。该方法对外载荷考虑细致，设计精确。

AMOCO设计方法：该方法在抗挤设计中考虑拉力影响，按双轴应力设计，在计

算外载时考虑到接箍处的受力，在计算内压力时也考虑拉应力的影响。

BEB设计方法：设计特点是将套管分类进行设计。

前苏联的设计方法：设计思想是考虑外载按不同时期的变化，考虑不同井段的

抗拉安全系数不同，不考虑双向应力，但是当拉应力达到管体屈服强度的

时，把抗拉安全系数增加到10%。

6．何谓双向应力椭圆？何时考虑双向应力？答：

在轴向上套管承受有下部套管的拉应力，在径向上存在有套管内的压力或管外液体的外挤力，套管处于双向应力的作用中。根据第四强度理论，列套管破坏的强度条件方程：

2 2 2 (rz+^ t - (T t (T z=

(T s

2 2 2

改写为: ( T z/T s) -( T z T t)/ T s +(T t/T s) =1

得一椭圆方程。

用T z/ T s的百分比为横坐标，用T t/ T s的百分比为纵坐标，绘出的应力图，称为双向应力

椭圆。

轴向拉应力与外挤压力的联合作用，由于轴向拉力的存在使套管强度降低，因此此时考虑双向应力。

7．油井水泥的主要成分和性能是什么？答：

油井水泥的主要要成分有：

(1)硅酸三钙3CaC?SiO2(简称C3S)是水泥的主要成分，一般的含量为40%- 65%它对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。高早期强度水泥中C3S的含量可达60%-65% 缓凝水泥中含量在40%- 45%。

(2)硅酸二钙2CaC?SiO2(简称C2S)，其含量一般在24%- 30%＞间。C2S的水化反应缓慢，强度增长慢，但能在很长一段时间内增加水泥强度，对水泥的最终强度有影响。不影响水泥的初凝时间。

50%

（3） 铝酸三钙3CaC?Al 2Q （简称C a A ），是促进水泥快速水化的化合物，是决定水泥初

凝和稠化时间的主要因素。 对水泥的最终强度影响不大， 但对水泥浆的流变性及早期强度有 较大影响。它对硫酸盐极为敏感，因此抗硫酸盐的水泥，应控制其含量在 有较高早期强度的水泥，其含量可达

15%。

（4） 铁铝酸四钙 4CaQ?Al 2Q ?Fe 2Q （简称C 4AF ），它对强度影响较小，水化速度仅次 于C a A ，早期强度

增长较快，含量为

8%〜12%

除了以上四种主要成分之外，还有石膏、碱金属的氧化物等。

8． 水泥浆性能与固井质量有何关系？ 答：

水泥浆性能与固井质量关系密切：

水泥浆密度为1.80〜1.90g/cm 3

之间时对固井质量最好；水泥浆的稠化时间因不同的井 而时间长短要合理； 水泥浆的失水应当通过加入处理剂的方法使之尽量降低； 满足支撑和加强套管， 承受钻柱

的冲击载荷， 承受酸化、 压裂等增产措施作业的能力以及应 能抵抗各种流体的腐蚀。

9． 何谓前置液体系？有何作用？ 答：

前置液是注水泥过程中所用的各种前置液体的总称。前置液体系是用于在注水泥之前， 向井中注入的各种专门液体。其作用是将水泥浆与钻井液隔开，起到隔离、缓冲、清洗

答：

裸眼完井法：完井时井底的储集层是裸露的，只在储集层以上用套管封固的完 井方法。这种方法的

优点是储集层直接与井眼连通，油气流进入井眼的阻力最 小。但缺点是适应面狭窄，投产后难以实施酸化、压裂等增产措施。

射孔完井法：下入油层套管固产层后再用射孔弹将套管、水泥环、部分产层射 穿，形成油气流通道的完井方法。它适合于各种储集层，但最适用于非均质储 集层，是目前主要的完井方法。 防砂完井： 某些砂岩储集层在生产过程中， 由于砂岩胶结不良等原因导致出砂， 严重时会影响产量，使井报废，所以必须采用防砂完井。常见的方式有：裸眼 砾石充填完井、管内砾石充填完井、人工井壁完井。

简述水泥浆失重的原因， 提高注水泥顶替效率的措施有哪些？

3%以下，但对于

水泥石强度应 10．

油井完成有几种方法？各有何特点？

11．