鉆井工程試題及答案(七)

1、第七章 試題及答案一、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： 矚慫 潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴。2 2 2(T z+莎 t - (T t (T z= C s改寫為：(T z/ T s) 2-( T zT t)/ T +( T J T s)'=1得一橢圓方程。用T z/ T s的百分比為橫坐標(biāo)，用T t/ 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

2、泥之前， 向井中注入的各種專門液體。 聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。二、簡(jiǎn)答題1 簡(jiǎn)述套管的的種類及其功用。答：(1) 表層套管，表層套管是開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。 殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。(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。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。(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

3、到地面提供通道。 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。(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，同時(shí)又可節(jié)省大量套管和水泥，降低固井成本。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。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、（4）下套管過程中，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)、油氣層開發(fā)和產(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。 駢時(shí)盡繼價(jià)騷。（ 2） 外擠壓力：

5、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)的外來壓力。 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。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)。 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。（3）最大載荷法：其設(shè)計(jì)方法是先按內(nèi)壓力篩選套

6、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。 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。廈礴懇蹣預(yù)頌圣鉉（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。儐歲齦訝驊糴。(5) BEB設(shè)計(jì)方法：設(shè)計(jì)特點(diǎn)是將套管分類進(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，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%。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。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)

7、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：鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。2 2 2(T z + t - (T t (T z= C s改寫為：(T z/ T s) -( T z T t )/ T s +( T t / T s) =1得一橢圓方程。用T z/ T s的百分比為橫坐標(biāo)，用 T t/ 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3Ca

8、(?SiO2(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%擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。( 2)硅酸二鈣 2CaO?SiO2( 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。 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。(3) 鋁酸三鈣3CaO?Al2O (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

9、大， 但對(duì)水泥漿的流變性及早期強(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%。 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。(4) 鐵鋁酸四鈣 4CaO?Al2Q?Fe2Q (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%。 蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。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 答：水泥漿性能與固井質(zhì)量有何關(guān)系？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/cm之間時(shí)對(duì)固井質(zhì)量最好；水泥漿的稠化時(shí)間因不冋的井而時(shí)間長(zhǎng)短要合理； 水泥漿的失水

10、應(yīng)當(dāng)通過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。 買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。9 何謂前置液體系？有何作用？答：前置液是注水泥過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液體。其作用是將水泥漿與鉆井液隔開，起到隔離、緩沖、清洗 綾鏑 鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。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

11、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。 驅(qū)躓髏彥浹 綏譎飴憂錦。（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。 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。（3）防砂完井： 某些砂巖儲(chǔ)集層在生產(chǎn)過程中， 由于砂巖膠結(jié)不良等原因?qū)е鲁錾埃?嚴(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。 鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。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)過程中對(duì)其下部或地層所作用的壓

12、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 程中，在漿體內(nèi)部形成兩種不同類型的三維空間網(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

13、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。 構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。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 。輒嶧陽(yáng)檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。水灰比過小，則水泥漿密度過大，水泥漿流動(dòng)性變差，泵送困難。水灰比

14、過大， 則水泥漿密度過小， 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。 堯側(cè)閆繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。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)的大問題。因此， 油氣井完井方法選擇的原則應(yīng)該是： 識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。（1）能有效地連通油、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。

15、三、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/cm 3，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/cm3,3Sg=0.04 g/cm 3。 凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。答：15. 某井用139.7mm, 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。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。答

16、：Pcc=Pc(1.03-0.74Fm/Fs)=60881 X (1.03-0.74 X 194/2078)=57023kMPa16.17.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)。鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫(kù)。答：軸向拉力為500 kN時(shí)的抗擠強(qiáng)度Pcc=Pc( )=51.57(1.03-0.74X500/2428.7)=45.26Mpa或：Pc2251.572 2428.7Pcc 五(何)-3Tb -Tb)(.(2 2428.7)2 -3 500 500)=45.43 Mpa軸向拉力為1000 kN時(shí)的抗擠強(qiáng)度Pcc=Pc( )=51.57(1.03-0.74X1000/2428.7)=37.40Mpa或：Pc22Pcc =2Q(.,(2Q) -3Tb -Tb)5157( . (2 2428.7)2 -3 10002 -1000)2 2428.7=37.56Mpa18. 一井深4000米，固井過程中