固井基础知识及固井技术基础.doc

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第二部分固井基础知识

第一章基本概念

1、什么叫固井？

固井是指向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注以水泥浆，把套管与井壁紧固起来的工作。

2、什么叫挤水泥？

是水泥浆在压力作用下注入井中某一特定位置的施工方法。

3、固井后套管试压的标准是什么？

5英寸、51/2英寸试压15MPa，30分钟降压不超过 0.5MPa，7英寸，95/8英寸分别为10MPa和8MPa，30分钟不超过0.5MPa；103/4—133/8英寸不超过6MPa，30分钟压降不超0.5MPa。

4、什么叫调整井？

为挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果以及调整平面矛盾严重地段的开发效果所补钻井叫调整井。

5、什么叫开发井？

亦属于生产井的一种，是指在发现的储油构造上第一批打的生产井。

6、什么叫探井？

在有储油气的构造上为探明地下岩层生储油气的特征而打的井。

7、简述大庆油田有多少种不同井别的井？

有探井、探气井、资料井、检查井、观察井、标准井、生产井、调整井、更新井、定向井、泄压井等。

8、什么叫表外储层？

是指储量公报表以外的储层（即未计算储量的油层）。

包括：

含油砂岩和未划含油砂岩的所有含没产状的储层。

9、固井质量要求油气层底界距人工井底不少于多少米？

探井不少于多少米？

固井质量要求，调整井、开发井油、气层底界距人工井底不少于25米（探井不少于15米）。

10、调整井（小于等于1500米）按质量标准井斜不大于多少度？

探井（小于等于3000米）按质量标准井斜不大于多少度？

调整井按质量标准井斜不大于3度。

探井按质量标准井斜不大于5度。

11、调整井（小于等于1500米）井底最大水平位移是多少？

探井（小于等于3000米）井底最大水平位移是多少？

调整井井底最大水平位移是40米。

探井井底最大水平位移80米。

12、目前大庆油田常用的固井方法有哪几种？

（1）常规固井

（2）双密度固井（变密度固井）（3）双级注固井（4）低密度固井（5）尾管固井

13、目前大庆油田形成几套固井工艺？

（1）多压力层系调整井固井工艺技术。

（2）水平井固井工艺技术。

（3）斜直井固井工艺技术。

（4）小井眼固井工艺技术。

（5）深井及长封井固井工艺技术。

（6）欠平衡固井工艺技术。

14、水泥头是用来完成注水泥作业的专业工具，常用的有哪几种？

（1）简易水泥头；

（2）单塞水泥头；（3）双塞水泥头；（4）尾管固井水泥头。

15、51/2″水泥头销子直径为多少毫米？

51/2″水泥头销子直径为24mm。

16、常用的套管有哪些规格？

5″、51/2″、7″、75/8″、85/8″、95/8″、103/4″、123/4″、133/8″、20″等。

17、简述技术套管及油层套管的作用？

技术套管是封隔复杂地层，保证固井顺利进行，安装井口装置，支承油层套管重量，必要时可当油层套管使用。

油层套管是封隔油、气、水层与其它不同压力的地层，如因保护套管形成油气通道，满足开采和增产措施的需要。

18、常用扶正器的规格有哪些？

5×51/4，51/2×71/2，51/2×81/2，51/2×93/4，95/8×121/4，133/8×173/4。

19、上胶塞的作用是什么？

（1）在管内隔开水泥浆和泥浆或清水；

（2）刮掉管内壁上的泥浆和水泥浆混合物。

（3）传递替泥浆终止信号。

（4）进行油层套管试压。

20、实际施工时间和稠化时间的关系？

稠化时间所规定的稠度值一般取多少BC？

实际施工时间再加1个小时或1个半小时即稠化时间，稠化时间所规定的稠度值一般取50—70BC。

21、大庆长垣由北向南包括几个三级构造？

自北向南依次为顺序为：

喇嘛甸、萨尔图、杏树岗、高台子、太平屯、葡萄花、敖包塔等七个构造。

22、大庆油田中部含油组合的油层组有哪些？

大庆油田共有10个油层组，依次是萨零组、萨一组、萨二组、萨三组、葡一组、葡二组、高一组、高二组、高三组、高四组。

23、大庆油田的标准层是指哪一段，岩性是什么？

标准层是指嫩二段底部的一层劣质油页岩。

24、大庆油田的断层属于哪一类型？

主要属于断距不大，延伸不太长的正断层。

25、扶正器作用是什么？

目前使用类型有几种？

套管能下至预定井深并促使套管位于井眼中心。

目前使用的扶正器类型有弓形扶正器，弹性限位扶正器，刚性扶正器，旋流扶正器。

26、A级水泥使用深度及温度是多少？

A级水泥使用深度范围0—1828.8井深，温度至76.7℃。

27、G级水泥使用深度及温度是多少？

G级水泥使用深度范围0—2440米井深，温度至93℃。

28、固井后，出现水泥塞的可能原因有哪些？

（1）钻井液性能不好，石粉沉淀，出现假塞现象；

（2）套管长度与实际长度不符；

（3）浮箍、浮鞋失灵，敞压时管内回流水泥浆；

（4）替泥浆时，泥浆中混有水泥浆。

29、什么叫水泥浆“失重”现象？

固井后，水泥浆在凝固过程中由于胶凝和桥堵原因，其液柱压力降低的现象称为水泥浆“失重”。

30、什么叫多级注水泥固井？

根据井下条件，需利用双级箍实现两次或多次注水泥的特殊工艺固井方法。

31、使用封隔器的作用是什么？

（1）密封技术套管，防止下部灵敏地层受泥浆和水泥浆污染。

（2）防止高压层间的相互沟通。

（3）可隔离循环漏失层，减轻水泥对地层的压力。

（4）双级注水泥时，不必等待一级凝固时即可注入第二级水泥。

32、尾管固井有哪些特点？

（1）水泥浆稠化时间的确定：

从混配水泥浆起至多余水泥浆完全循环出井口为止。

考虑一定安全系数。

（2）对尾管悬挂器及短方钻杆等工具，要进行认真全面检查。

（3）下井钻杆要认真通内径。

（4）对下井套管内径要用通径规检查。

（5）尾管与套管重叠段选150-300米，对尾管挂进行悬挂能力校核。

（6）对钻具长度，钻杆收缩距，要认真计算。

（7）要进行流变学设计。

（8）在注水泥施工结束时，要保持回压、以防管外水泥浆倒返。

33．U型管效应是怎样形成的？

答：

所谓U型管效应即固井时套管内出现的真空现象，一般这种情况是由于水泥浆密度大于泥浆密度，由于密度不同在注水泥时造成管内外的静压差，当管内外的静压差大到一定值，使这个值足够克服整个流体的沿程阻力之和时，管内流体便会产生自由落体运动。

随着自由落体运动速度的增大，泵入的流体不能填满管内便形成一真空段，即发生了U型管效应。

34．生位到井底是如何规定的？

为什么？

答：

生位到井底这段距离一般约为每1000米井深为10米，这主要是为了替泥浆时胶塞刮掉套管内壁泥饼存于此而定的，一般认为1000米的管内泥饼约需10米的套管内容积。

35．高压异常地层（憋压层）会给固井质量造成一定的影响，目前常见的憋压层类型有哪些？

答：

常见的憋压层类型有：

（1）透镜体型

（2）砂岩层尖灭型（3）渗透率变化型（4）断层遮挡型（5）套断型（6）复合型（7）堵水型。

36．易漏井有哪几种施工工艺技术？

答：

主要是应用双级注注水泥工艺技术、双密度注水泥工艺技术，施工时主要是控制水泥密度和泵压、泵速。

37．固有高压层的井，主要有何种措施？

答：

主要是考虑使用套管外封隔器，使用抗窜的特种水泥和外加剂，隔离液要适当减少，水泥浆密度控制好。

38．流动阻力主要受哪几种因素影响？

答：

影响流动阻力的主要因素有：

流体的流速、密度和流度参数，以及流体通过的当量直径等。

39．隔离液的设计应注意哪些？

答：

隔离液的设计首先要考虑充分隔离开水泥浆和钻井液另外还要考虑隔离液的使用，因其一般密度较低，会对环空液柱压力造成一定影响，影响压稳。

40．有碰压显示，试不住压怎么办？

答：

即有碰压显示，说明已碰压，在排除假碰压可能的情况下，检查地面管汇和泵车管汇，看是否有短路部分，如果有整改后重新试压，确保地面无问题，可判定为套管串有短路部分，应停止试压活动。

第四章固井设计知识

固井设计包括套管柱设计和注水泥施工设计

一、套管柱设计

套管柱设计的目的在于保证套管安全下入，使套管柱满足注水泥作业和后期完井作业需要。

因此要求入井套管必须有足够的强度（但不浪费），合适的居中度。

（一）套管强度计算方法

套管柱强度包括：

抗拉强度、抗挤强度、抗内压强度

中油集团公司颁布的“固井技术规定”中要求，在设计套管柱时，抗拉强度必须大于1.6—1.8（技套、表层1.6以上）；抗挤强度大于1.125；抗内压强度大于1.1。

1、套管的轴向拉力及拉抗强度

F0=Σql×10-3

F0—套管承受的轴向拉力，KN

q—套管单位长度的各义重力，N/m

l—套管段长，m

上式计算为井口处套管所承受的轴向拉力。

实际上在一口井上，井口套管承受的轴向力最大，在抗拉强度设计中，井口最为关键。

在实际下套管过程中，套管要受到钻井液的浮力，因此套管上各处所受的拉力要比在空气中小，考虑浮力时，井口套管所受的拉力Fm，为

Fm=Σql（1-ρd/ρs）×10-3

式中：

ρd—钻井液密度，g/cm3

ρs—钢材（套管）密度（取7.8）g/cm3

我国在对套管设计时，一般不考虑浮力的减轻作用。

通常用套管在空气中的重力来考虑轴向拉力，认为浮力被套管柱与井壁之间摩擦抵销。

在定向井及水平井中，套管弯曲会引起附加应力。

当注入水泥浆量较大，在水泥浆未返出套管底部时，管内液体较重，将对套管产生一个附加接应力，Fc

Fc=h（ρc-ρd/1000）·d2cin·π/4

式中：

Fc—注水泥产生的附加力，KN；

h—管内水泥浆高度，m

ρc、ρd—水泥浆、钻井液密度，g/cm3

dcin—套管内径。

当注水泥过程中，流动套管时，应考虑该力。

其它附加力：

下套管过程中的动载，如上提时附加力；注水泥时泵压变化等。

这些附加力很难计算。

抗拉安全系数St计算

St=F/F0

F为双套管理论上能承受的最大拉伸力（接头拉伸强度），KN；

F0—计算点以下井段套管在空气中重力。

2、套管承受的外挤力及抗挤强度

套管承受的外抗压力，主要来自管外液柱压力，地层中流体压力，高塑性岩石的侧向力及其它作业时产生的压力。

一般情况下，在常规套管设计中，外抗压力按最危险的情况考虑，即按套管内全部掏空；套管承受钻井液柱压力计算，其最在外挤压力为：

Poc=9.81×ρd×D×10-2

P0c—套管承受的外挤力。

MPa

ρd—管外钻井液密度

D—计算的井深,m

从式中可以看出，套管底角所受的外挤力最大，井口处最小。

套管的抗挤强度：

指套管在外挤力作用下，失圆、挤扁时的最大外挤压力数值，一般从甲方手册查阅。

在有轴向载荷时的抗挤强度

在轴向力作用下，套管能够承受外挤或内压能力是会发生变化的，或者说，是与地面做的抗挤或抗内压强度是不一样的。

假定套管自重引起的轴各拉应力为σZ，由外挤或内压引起的圆周向应力为σr。

因套管为薄壁管，σr比σt小得多，可忽略不计，因此可只考虑轴向拉应力σZ和周向应力σt二维应力，按照第四强度理论，套管发生破坏的强度条件为：

σ2Z+σ2t-σZσt=σ2s

σs为套管钢材屈服强度，Mpa

（σZ/σs）2-σZσt/σs+（σt/σs）2=1

即为椭圆方程：

σZ/σs为横轴，σt/σs为纵轴，为画出应力图轴为双轴应力椭圆。

考虑轴向拉应力时，套管的抗挤强度计算为近的采用下式：

Pcc=Pc（1.03-0.74Fm/Fs）

式中:

Pcc—存在轴向拉力时的最大允许抗外挤强度，Mpa

Pc—原轴向力时的套管抗