钻井工程试题及答案

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1、第七章试题及答案一、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：σz2+σt2-σtσz=σs2改写为:(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。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

2、专门液体。二、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，其作用是保护生产层，并给油气从产层流到地面提供通道。（4）钻井衬管，亦称钻井尾

3、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

4、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。1．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；（2）在承受外载时应有一定的储备能力；（3）经济性要好。2．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

5、：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。3．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规定的安全系数。（2）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。（3）最大载荷法：其设计方法是先按

6、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。（4）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。（5）BEB设计方法：设计特点是将套管分类进行设计。（1）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50%时，把抗拉安全系数增加到10%。2．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

7、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：σz2+σt2-σtσz=σs2改写为:(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。3．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3CaO•SiO2(简称C3S)是

8、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2CaO•SiO2(简称C2S)，其含量一般在24%～30%之间。C2S的水化反应缓慢，强度增长慢，但能在很长一段时间内增