完井工程考试参考题目

完井工程:是从钻油层开始,到下套管,注水泥固井,射孔,下生产管柱,直至投产的一项系统工程.

完井: 从钻开生产层，下油层套管、注水泥固井、射孔到试采等一系列生产过程的总称

油气藏类型:按照油气储集空间和流体流动主要通道的不同 1）孔隙型油藏 2）裂缝型油藏 3）裂缝孔隙型油藏 4）孔隙裂缝型油藏5）洞隙型油藏 2. 油藏按几何形态分类1）块状油藏2）层状油藏3）断块油藏4）透镜体油藏3. 按原油分类:1）常规油藏2）稠油油藏3）高凝油藏

敏感性评价：速敏、水敏、酸敏、碱敏、盐敏

完井的原则要求：
（1）最大限度保护储集层，防止对储层伤害
（2）减小油气流入井筒内的流动阻力
（3）有效封隔油气水层，防止各层间干扰
（4）克服井塌或出砂，保障长期稳产，延长寿命
（5）可以实施注水、压裂、酸化等增产措施
（6）工艺简单、成本低

完井设计的内容：(1)、根据储集层的特点，提出井底结构的类型；
(2)、提出完井段的井眼尺寸，如井径、打开储集层的长度、口袋的长度等；
(3)、完井管柱的设计，有油层套管的直径、下入深度、水泥浆的返高；油层套管的射孔的参数；筛管和衬管的有关尺寸等；
(4)、完井液的设计，提出完井液的类型、参数、使用及调整方法等。

完井方法及适应选择：1）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。（2）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。（3）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。


完井方法选择的依据是什么？
答：油、气井的完井方法，主要依据油、气层的岩性特征及储集层性质决定的，完井方法是否合理直接关系到能否顺利投产和以后长期正常生产的大问题。因此，油气井完井方法选择的原则应该是：（1）能有效地连通油、气层与井眼，油、气流入井内的阻力要小；（2）能有效地封隔油、气、水层，防止互相串扰，并能满足分层开采和管理的要求；（3）有利于井壁稳固，保证油、气井长期稳定生产；4）所采用的完井方法工艺简单，完井速度快，成本低。



射

孔完井的优缺点：优点：(1) 能够比较有效地封隔和支撑疏松易塌产层；(2)能够分隔不同压力和不同性质的油气层；(3)可进行无油管完井和多管完井；(4)除裸眼完井法外，它是最经济的。缺点：(1) 钻井和固井时对油气层的损害较为严重；(2) 油气层与井底连通面积小、油气层流入井阻力较大。裸眼完井的优缺点：最大优点：油层或气层直接与井眼相通，油或气流入井内的阻力小；最经济。主要缺点：井壁易跨塌和油层易出砂；不能分层开采和分层进行油层改造(压裂、酸化)。


先期裸眼完井：钻头钻至油层顶界附近后，下套管注水泥固井。后期：钻头直接钻穿油层至设计井深，然后下套管至油层顶界限近，注水泥固井

井身结构设计的原则是什么？（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。

井身结构设计方法 ：1、求中间套管下入深度的初选点 2、验证中间套管下到深度D21是否有被卡的危险 3、求钻井尾管下入深度的初选点D31 4、校核尾管下入到D31是否有被卡的危险5、计算表层套管下入深度D1


套管的分类及作用
1、表层套管 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；
安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。 2、生产套管（油层套管）钻达目的层后下入的最后一层套管，用以保护生产层，提供油气生产通道。 3、中间套管（技术套管）在表层套管和生产套管之间由于技术要求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。主要用来封隔井下复杂地层。
4、尾管（衬管）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

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：（1） 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（2） 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。（3） 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。


等安全系数法：使各危险截面最小

安全系数等于或大于规定的安全系数



注水泥的基本要求：（l）水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合设计要求； （2）注水泥井段环形空间内的钻井液全部被水泥浆替走，不存在残留现象； （3）水泥石与套管及井壁岩石有足够的胶结强度，能经受住酸化压裂及下井管柱的冲击； （4）水泥凝固后管外不冒油、气、水，环空内各种压力体系不能互窜； （5）水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀

油井水泥的基本要求（1）水泥能配成流动性良好的水泥浆，且在规定的时间 内，能始终保持这种流动性。（2）水泥浆在井下的温度及压力条件下保持性能稳定；（3）水泥浆应在规定的时间内凝固并达到一定的强度；（4）水泥浆应能和外加剂相配合，可调节各种性能；（5）形成的水泥石应有很低的渗透性能等。


油井水泥的主要成分及作用:(1)、硅酸三钙对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响(2)、硅酸二钙 水化反应缓慢，强度增长慢；对水泥的最终强度有影响。 (3)、铝酸三钙 促进水泥快速水化；其含量是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素；对水泥浆的流变性及早期强度有较大影响；(4)、铁铝酸四钙），对强度影响较小，水化速度仅次于C3A，除了以上四种主要成分之外，还有石膏、碱金属的氧化物等

油井水泥的水化作用: 水泥与水混合成水泥浆后，与水发生化学反应，生成各种水化产物。水泥浆逐渐由液态变为固态，使水泥硬化和凝结，形成有一定强度的固体状物质――水泥石。


水泥的凝结和硬化三个阶段：1)、溶胶期：水泥与水混合成胶体液，此时水与水泥成分开始产生水化反应，水化产物的浓度开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶体析出，形成胶溶体系。此时水泥浆仍有流动性。2)、凝结期：水泥反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微晶体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水泥浆变稠，直到失去流动性。3)、硬化期：水泥的水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强度增加，已经硬化成为水泥石。


简述水泥浆失重的原因：水泥浆柱在凝结过程中对其下部或地层所作用的压力逐渐减小的现象称为水泥浆失重
引起失重的原因有两个：一是胶凝失重、二是桥堵失重


提高注水泥顶替效率的措施有：（1）采用套管扶正器，改善套管居中条件；（2）注水泥过程中活动套管；（3）调整水泥浆性能，提高顶替效率；（4）调整水泥浆在环空中的流速


特种水泥1、触变性水泥：当水泥浆静止时，形成胶凝状态，但在流动时，胶凝 状态被破坏，它的流动性是良好的

。 2、膨胀水泥：水泥浆凝固时，体积略有膨胀。一般用于高压气井。 3、防冻水泥：用于地表温度较低地区的表层套管固井。4、抗盐水泥：大段含盐层的固井；大段泥、页岩和膨胀性地层的固井。5、抗高温水泥：在水泥中加入石英砂或铝酸盐，用于高温条件固井。 6、轻质水泥：主要应用于低压井固井等场合。


水泥浆性能与固井质量有何关系？水泥浆性能与固井质量关系密切：水泥浆密度为1.80～1.90g/cm3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；水泥石强度应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。


水灰比对水泥浆性能有什么影响：水灰比就是水与水泥的重量之比。在现场施工时反映的是水泥浆的密度。在固井施工中，水灰比要求的一般范围是0.50～0.42，其相应的密度范围为1.80～1.92 g/cm3。水灰比过小，则水泥浆密度过大，水泥浆流动性变差，泵送困难。水灰比过大，则水泥浆密度过小，将使泥浆颗粒下沉或析出大量自由水，出现串槽现象，不利于水泥石的密封效果。


前置液：注入水泥过程中所用到各种前置液体的总称；
前置液体系：1.冲洗液2.隔离液。用于在注水泥浆之前，向井内注入的各种专门液体。作用：将水泥浆与钻井液隔开，起到隔离、缓冲、清洗的作用，可提高固井质量。

固井中常出现的固井质量问题①、井口有冒油、气、水现象；②、不能有效的封隔各种层位，开采时各种压力互窜，影响井的生产；③、因固结质量不良在生产中引起套管变形，使井报废等

1、固井质量的基本要求：
①、依照地质及工程设计要求，套管的下入深度、水泥浆返高和套管内水泥塞高度
符合要求；
②、注水泥井段环形空间内的钻井液全部被水泥浆替走，不存在残留现象；
③、水泥环与套管和井壁岩石之间的连接良好；
④、水泥石能抵抗油、气、水长期的侵蚀。

窜槽：在注水泥过程中，由于水泥浆不能将环空中的钻井液完全替走，使环形空间局部出现未被水泥浆封固住的现象。形成窜槽的原因：
①、套管的居中不好。
②、井眼不规则。
③、水泥浆性能及顶替措施不当
窜槽危害：会引起封固质量的下降，使套管失去水泥石的保护，受到岩石侧向变形的挤压，引起套管损坏；使水泥石中形成连通的通道，丧失封隔不同压力体系地层的作用，使套管外冒油、气、水或使地下压力窜通。这是一种常见的注水泥质量缺陷。


引起油气水上窜的原因

及措施：
①、水泥浆失重：水泥浆柱在凝结过程中对其下部地层所作用的压力逐渐减小的现象；
②、桥堵引起失重：
③、水泥浆凝结后体积收缩：收缩率小于0.2%；
④、套管内原来有压力，放压后使套管收缩；
⑤、泥饼的存在，影响地层—水泥间（第二界面）的胶结。措施：①、注完水泥后及时使套管内卸压，并在环空内加压；②、使用膨胀性水泥，防止水泥石收缩；③、采用多级注水泥技术或采用两种凝速的水泥；④、使用刮泥器，清除井壁泥饼。

提高注水泥质量的措施：（1）、提高顶替效率，防止窜槽①、加扶正器降低套管在井眼中的偏心程度；
②、注水泥时活动套管；
③、采用紊流或塞流流态注水泥；
④、采用前置液；
⑤、注水泥前调整钻井液性能；
⑥、增加紊流接触时间等。（2）、防止油气水上窜①、注完水泥后及时使套管内卸压，并在环空内加压；
②、使用膨胀性水泥，防止水泥石收缩；
③、采用多级注水泥技术或采用两种凝速的水泥；
④、使用刮泥器，清除井壁泥饼。


井身结构:主要包括套管层次和每层套管下入的深度.

窜槽;指在注水泥过程中,由于水泥浆不能将环空的钻井液完全替走,使环空局部出现末被水泥浆封固住的现象.

先期裸眼完井:在钻到预定产层这前先下入油层套管固井,然后换用打开油气层条件的优质钻井液钻开油气层裸眼完井的方法.

射孔：射孔枪在油层某一层段套管、水泥环和地层之间打开一些孔道，使地层中流体能流出。

射孔完井:指下入油层套管封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.

射孔参数包括：射孔密度，射孔孔道直径，孔道深度，射孔相位角，油层射开长度等

射孔液：射孔时充在井筒里的液体

何谓双向应力椭圆？何时考虑双向应力：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 (σz/σs)2-(σzσt)/ σs2+(σt/σs)2=1 得一椭圆方程。用σz/σs的百分比为横坐标，用σt/σs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。


1.某井油层信于2600m，预测地层压力的当量钻井液密度为1.30g/cm3，钻至200 m下表层套管，液压实验测得套管鞋外地层破裂压力的当量钻井液密度为1.85 g/cm3，问不下技术套管是否可以顺利钻达油层？已知：Sb=0.038 g/cm3, Sk=0.05 g/cm3, Sf=0.036 g/cm3, Sg=0.04 g/cm3。
破裂压力的当量钻井液密

度=地层压力的当量钻井液密度+sb+sf+sk乘油层深度/套管下入深度
破裂压力的当量钻井液密度=1.30+0.038+0.036+0.05*2600/200=0.9574kg/cm3
2． 某井用139.7mm，N-80钢级、9.17mm的套管，其额定抗外挤强度pc=60881kPa，管体抗拉屈服强度为2078kN，其下部悬挂194 kN的套管，试计算pcc。
答：
Pcc=Pc(1.03-0.74Fm/Fs)
=60881×(1.03-0.74×194/2078)=57023kMPa


4． 已知直径为139.7mm的P-110套管，壁厚7.72mm，管体屈服强度为2428.7kN ,抗挤强度为51.57MPa。试计算该套管受轴向拉力分别为500、1000 kN时的抗挤强度(单位：MPa)。
答：
轴向拉力为500 kN时的抗挤强度
Pcc=Pc（1.03-0.74W/Q）
=51.57(1.03-0.74X500/2428.7)
=45.26Mpa

轴向拉力为1000 kN时的抗挤强度
Pcc=Pc（1.03-0.74W/Q）
=51.57(1.03-0.74X1000/2428.7)
=37.40Mpa
或:

=37.56Mpa
5． 一井深4000米，固井过程中因意外停止了泥浆循环，这时环空中由比重1.4的钻井液1200米，1.5 的隔离液400米，1.7的水泥浆1400米以及密度为1.8 g/cm3 的水泥浆充满，计算井底压力的当量密度。
解：
首先分别计算出各段液体的压降，则井底压力为
井底压力=9.8*(1.4*2000+1.5*400+1.7*1400+1.8*1000=63308kpa
根据当量泥浆密度的概念计算井底压力当量泥浆密度：
=63308/9.8/4000=1.62g/cm3