河南理工大学完井工程期末复习.doc

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1、河南理工大学 完井工程期末复习 1. 地应力与完井工程的关系。 （1）地应力为完井方式优选和完井设计提供依据； （2）地应力状态决定水力压裂所产生的裂缝形态：对I类地应力地层，垂向应力为最大主应力，水力压裂产生的裂缝与最小主应力方向垂直，这类地层的压裂裂缝总是垂直缝；对II类地应力地层，垂向应力为最小主应力、水力压裂产生的裂缝总是水平缝。 2. 不同结构煤的特点。 瓦斯地质学中根据煤体的破坏程度不同，将煤分为原生结构、碎裂结构、碎粒结构和糜棱结构四大类，其中前两种为硬煤，后两种为软煤。 硬煤具有较高的力学强度，易于进行储层强化改造；软煤基本没有任何残余强度，不易于储层的强化改造。 3. 各种伤

2、害对射孔井产能的影响。 （1）射孔压实伤害，聚能射孔时的高温、高压冲击波会在孔眼周围产生压实带。 （2）如果能射穿钻井伤害带，则钻井伤害程度对产能比的影响不严重；若无法射穿伤害带，则钻井伤害程度的影响非常严重。因此在钻井过程中尽量使用优质钻井液控制伤害深度，使用深穿透射孔弹射穿伤害带。 4. 裂缝导流能力及其影响因素。 裂缝的导流能力是指在储层的闭合压力下，充填支撑剂的裂缝可以使流体通过的能力，定义为裂缝支撑剂层的渗透率Kf与裂缝支撑缝宽Wf的乘积，以(KW)f来表示，单位为 裂缝导流能力的测试可以采用短期导流能力试验（几个小时）和长期导流能力试验（至少30天），其中前者结果的0.3倍约等于后

3、者；在进行短期导流能力试验时，可分为等质量法与等体积法两种。所谓等质量法，是指同一粒径尺寸的各种支撑剂尽管各自的体积密度不同，但它们在导流室内的单位面积上的质量(即铺置浓度)是相等的，但这种试验存在假象弊端；等体积法是指规定粒径尺寸相同而体积密度不同的支撑剂，在导流室内单位面积上的体积应当相等，即要求各种支撑剂在相等的初始支撑缝宽下开始近行导流能力试验，相比之下等体积法的试验结果更具代表性。 影响裂缝导流能力的因素有： （1）闭合应力过大会使支撑剂发生破碎从而堵塞裂缝，导致裂缝导流能力下降； （2）支撑物的强度越高，其抗压能力越强，可以保证较高的导流能力； （3）支撑液浓度越大，裂缝导流能力相

4、应增加； （4）支撑剂的圆球度越好，可承受压力越高，导流能力越稳定；粒径越大，导流能力越高； （5）支撑剂的杂质含量越高，小颗粒越多，裂缝的导流能力越差； （6）压裂液残渣、不破胶的稠化剂、固体降滤失剂、粘土膨胀和运移对导流能力均有较大的影响。 5. 裂缝的监测手段。 （1）井温测井：通过对压裂后储层温度的测量来反映裂缝高度的发育情况； （2）示踪测井：通过对压裂后储层放射性的监测反映裂缝高度的发育情况； （3）微地震测量：用以得到裂缝的方位、长度以及延伸情况等参数； （4）大地电位测量：通过监测分析压裂后储层内电阻率的变化情况反映裂缝的 方位，长度以及延伸情况等。 6. 裂缝破裂的PKN和K

5、GD模型的比较。 PKN模型假设在压裂层与上下岩层的边界层面上不产生滑移，而KGD模型则假设边界面上有滑移产生，具体的区别包括： （1）裂缝的几何形态：PKN模型的裂缝的垂直剖面是椭圆形的，KGD模型的裂缝的垂直剖面是矩形的； （2）裂缝宽度的扩展方程：PKN模型的裂缝宽度与裂缝高度有关，KGD模型的裂缝宽度与裂缝长度有关； （3）裂缝中压力行为：PKN模型在压裂过程中，井底压力随着缝长的延伸而增加；KGD模型在压裂过程中，井底压力随着缝长的延伸而减小； （4）裂缝特征：PKN模型的裂缝是长而窄的，KGD模型的裂缝是短而宽的。 PKN和KGD两模型都可以满足施工规模较小，地层条件较为简单的压裂

6、施工要求，但不能正确地反映大型压裂施工和复杂地层的裂缝延伸，液体滤失和支撑剂输送等状况，具有一定的适用局限性。 7. 压裂液的性能评价。 压裂液应该具备的性能包括：滤失少；携砂能力强；摩阻低；稳定性好；与油气层的配伍性好；残渣少；耐温耐剪切；要求易于返排，价格便宜。 压裂液的性能评价主要从下述两个方面考虑： 1. 压裂液在工程中的作用 （1）高速率传递压力，以克服地层的天然应力，并引起地层岩石的破裂，因而压裂液应该具有低的管路摩擦压降，低的液体流过裂缝的黏性压降和低的液体由裂缝向地层滤失造成的压降；（2）高砂液比悬带支撑剂，完成裂缝饱满填砂的工艺目的，因而压裂液应具有较高的黏弹性能，良好的抗剪

7、切性能和抗温性能。 2. 压裂液对于储层渗透率的保护 （1）岩石物理化学性质对压裂液性能的要求： 岩石存在的孔隙和裂缝要求压裂液具有造璧防滤失能力； 由于地层岩石的狭窄孔隙喉道、高毛管压力以及低地层能量，要求压裂液低残渣、低残胶和低表面张力，以防止不溶物堵塞和水锁； 针对储层中所含的粘土矿物，要求压裂液具有稳定粘土的能力； 根据岩层的润湿性，要求压裂液能防止油润湿。 （2）储层流体物理化学性质对于压裂液性能的要求： 储层所含油、气和水与水基压裂液或油基压裂液不产生油水黏乳液； 储层所含油、气和水与压裂液不产生沉淀。 压裂液性能的测试主要包括：压裂液的滤失性测试；压裂液对基岩渗透率的伤害测试；压

8、裂液的流变特性测试。 8. 分层选择性压裂技术的类型及特点。 分层选择性压裂主要应用于多层油气井当中，包括： （1）填砂分层压裂：可进行分层试气求产，现场施工较为方便，但作业时间较长，上下气层的封堵效果相对较差，携砂流体会对储层造成一定的污染。 （2）封隔器分层压裂：按照封隔器种类可分为桥塞封隔器分层压裂和滑套封隔器分层压裂。桥塞封隔器分层压裂施工安全，不易发生砂卡事故，但施工较为复杂，有桥塞掉入井内的风险；滑套封隔器分层压裂效果显著，对油气层伤害较小，但管柱结构较为复杂，施工起来比较麻烦。 （3）投球封堵分层压裂：现场施工作业简便，但封堵效果较差，特别是受投球的密度以及作业液体流量的影响较大

9、，低密度投球高流量会取得比较好的封堵效果。 （4）水力喷射分层压裂：适用于低渗薄层压裂，或封隔器不易坐封的井，常用于裸眼或筛管水平井和直井，若结合投球或滑套的使用，能够实现分层压裂，但施工工艺较为复杂，且压裂效果受地应力的影响较大。 （5）限流分层压裂：通过控制各层的孔眼数量和直径，尽可能提高注入排量，利用最先压开层的孔眼所产生的摩阻，从而使其他各层被压开，因此对于施工操作提出更高求，否则会导致压裂失败。 （6）蜡球选择性分层压裂：多用于油井中压裂低渗储层，油井投产后，蜡球就会逐渐被溶解，既免去了回收蜡球的操作也不会对储层造成污染。 9. 高能气体压裂与常规水力压裂的区别。 与常规水力压裂相比

10、，高能气体压裂具有以下特点： （1）高能气体压裂形成的是多条径向裂缝，提高了井筒附近地层的导流能力，增加了沟通天然裂缝的可能性。但由于所产生的气体能量有限，形成的裂缝长度较短； （2）高能气体压裂是利用岩石破裂时产生的颗粒和裂缝两侧地层在剪应力作用下产生的微小错位形成支撑，因此不加支撑剂裂缝也不致完全闭合； （3）推进剂燃烧产生的气体不会对油气层造成污染，有利于保护油气层； （4）能量释放过程若控制得当，不会对套管造成破坏，因而不仅可用于裸眼井，也可用于套管井； （5）使用的地面设备少，施工时间短，施工后不需进行排液，成本较低。 10. 套管柱：由同一外径、相同或不同钢级及不同壁厚的套管用接箍

11、连接组成的，应符合强度及生产的要求。 套管柱所受的基本载荷可分为轴向拉力、外挤压力及内压力。 11. 水泥硬化三阶段。 （1）溶胶期：水泥与水混合成胶体液，开始发生水化反应，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：水化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：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强度增加，硬化成为水泥石。水泥石由无定性物质、氢氧化钙晶体和未水化的水泥颗粒三部分组成。 12. 水泥浆性能。 (1)

12、水泥浆密度：干水泥密度在3.053.20之间，水泥浆密度在1.801.90之间。 (2) 水泥浆稠化时间：水泥浆从配置开始到其稠度达到其规定值所用的时间。 (3) 水泥浆的失水：一般用30分钟失水量表示。 (4) 水泥浆的凝结时间：从液态转变为固态的时间。 (5) 水泥石强度：能支撑和加强套管；能承受钻柱的冲击载荷；能承受酸化，压裂等增产措施作业的压力。 (6) 水泥石的抗蚀性：主要应抗硫酸盐腐蚀。（水灰比：水与干水泥重量之比） 13. 触变性水泥：是指静止时成凝胶状态，在受到扰动时原有的凝胶状态会被破坏就会具有良好的流动性的触变性良好的水泥。 14. 窜槽：是指在注水泥过程中，由于水泥浆不能

13、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。窜槽发生的原因包括：套管不居中；井眼不规则；水泥浆性能及顶替措施不当；接触时间、顶替速度及流态、水泥浆流变性等。 15. 水泥浆失重：随着水泥的固化，水泥浆的重力逐渐传递到套管及岩石上，水泥浆的静液柱压力也慢慢降低，对地层的压力也逐渐变小。当水泥的重力完全挂在两个交界面上，就丧失了静液柱压力对地层压力的平衡作用。 16. 分级固井：在井内套管柱某一设定位置安装一个分级接箍，通过特殊工艺对分级接箍上、下部井段套管外环状空间分别进行固井的工艺。 18. 分级箍：安装在完井管柱中，完成两极或多级注水泥作业的装置。它通过打开和关闭注水

14、泥孔，来进行水泥顶替和封固水泥浆（分为机械式和机械压差式）。 19. 射孔工艺分类：分为正压射孔和负压射孔；按传输方式分为电缆输送和油管输送射孔。 20. 射孔负压设计：负压射孔就是指射孔时造成的井底压力低于油藏压力。一方面要保证孔眼清洁、冲刷出孔眼周围的破碎压实带中的细小颗粒，满足这一要求的负压称为最小负压；另一方面，负压值又不能超过某个值以免造成地层出砂、垮塌、套管挤毁或封隔器失效和其它方面的问题，对应的这一临界值称为最大负压。合理射孔负压值的选择应当是既高于最小负压又不超过最大负压。 21. 绕丝筛管是由绕丝形成一种连续缝隙，流体通过筛管时几乎没有压力降，具有一定的“自洁”作用。 22.

15、 裂缝高度控制技术。 （1）利用地应力高的泥质隔层控制缝高；（2）利用施工排量来控制缝高；（3）利用压裂液的黏度和密度控制缝高；（4）利用漂浮式转向剂控制裂缝向上延伸； （5）利用重质沉降式转向剂控制裂缝向下延伸；（6）同时使用漂浮式和沉降式两种转向剂来控制裂缝高度；（7）利用冷水水力压裂（降低地应力）控制裂缝高度（油层中特别适用）。 23. 顶替效率：水泥浆注入段水泥浆体积与该段环空体积的百分比。 24. 压裂液类型：（1）按压裂液配制材料和液体性状分为：水基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液、泡沫压裂液、酸基压裂液、醇基压裂液；（2）按压裂作业中不同工艺作用分为：清孔液、前置液、预前置液、前垫

16、液、携砂液、顶替液。 -125. 压裂液的粘温曲线：将70s下的表现粘度与温度的关系绘成图，即可得到 压裂液的温度稳定性曲线。 26. 压裂液的粘时曲线：测定压裂液在170s-1下的表现粘度与测定时间曲线，反映压裂液的剪切稳定性。 27. 压裂液的粘时、粘温叠加曲线反映：初始粘度；最高粘度；最低粘度；到达油层温度的时间；施工结束时间。 28. 泡沫压裂的优点：（1）视粘度高，携砂和悬砂性能好；（2）滤失系数低，液体滤失量小；（3）液体含量低，对地层伤害小；（4）摩阻损失小，比清水可降低40-60；（5）压裂液效率高，在相同液量下裂缝穿透深度大；（6）压裂液返排速度快，排出程度高。 29. 泡沫

17、压裂液特征值：指气体体积和泡沫总体积的比值，又称泡沫干度。 30. 泡沫压裂半衰期：指一定体积的泡沫破坏一半所需的时间。 31. 端部脱砂技术：在水力压裂过程中有控制的使支撑剂在裂缝的端部脱出、架桥，形成端部砂堵，从而阻止裂缝进一步在缝长方向延伸；继续注入高砂比混 砂液，将沿缝壁形成全面砂堵，缝中储液量增加，泵压增大，促使裂缝膨胀变宽，缝内填砂增大，从而造出一条具有高导流能力的裂缝。 32. 强制裂缝闭合技术：在压后减少关井时间，减少缝长的继续延伸，使裂缝快速的闭合加速压裂液的返排，同时防止支撑剂的沉降堵塞裂缝底部。 33. 水马力（hhp）：又称水功率，是指喷射钻井时，消耗于钻头喷嘴处的水力

18、能量。 1. 储层敏感性评价包括哪些？在煤层气开发时，应该采取什么措施来避免？ 储层敏感性伤害是最主要的和最为常见的油气层伤害因素，储层的敏感性主要包括：流速敏感性、水敏感性、盐度敏感性、碱敏感性、酸敏感性等五类，对于煤储层来说还具有应力敏感性，储层的伤害程度用渗透率下降的程度来表示。 在开发过程中，要在保证施工效率的前提下严格控制注入井内的液体流量，以免因流量过大而产生速敏效应；注水时应该尽量选用地层水以免发生水敏效应；严格控制工作用液的矿化度，既不能过高也不能过低，防止因矿化度的影响而使储层发生盐敏效应；工作液的pH值需要根据特定地层情况合理控制，避免过酸造成酸敏效应，过碱造成碱敏效应；对

19、于受应力条件影响较大的煤储层来说，施工时要严格保证井内应力的平衡，以免因应力差异过大对煤层渗透率造成影响。 2.如何提高固井质量？ （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）调节注水泥速度，使水泥浆在环空呈紊流状态；（4）调整水泥浆性能，加大钻井液与水泥浆的密度差；（5）降低钻井液粘度和切力；（6）采用多级注水泥或两种拧速的水泥；（7）注完水泥后及时使套管内卸压，并在环空加回压；（8）使用膨胀性水泥，防止水泥收缩；（9）使用刮泥器，清除井壁泥饼。 3. 固井对于煤层气储层的伤害；如何消除储层伤害。 固井过程中煤储层伤害包括： (1) 水泥浆中固相对煤储层的伤害：

20、水泥浆中的固相颗粒若进入煤储层会堵塞气体运移的通道，从而对煤储层造成严重伤害。 (2) 水泥浆的滤失对煤储层的伤害：煤气储层基质孔隙系统的强吸水性及裂隙孔隙系统的高渗透性使得水泥浆的滤失量很大，煤吸收液体并导致基质膨胀和渗透率的降低。 (3) 煤储层压力低，在固井过程中易发生井漏：固井时水泥浆密度过大或施工不当时, 环空静液柱压力与流动阻力之和很容易超过地层破裂压力而造成水泥浆的漏失，既影响封固质量，也会造成煤储层的堵塞。 (4) 过平衡压力大，造成煤储层渗透率的降低：当环空液柱压力大于煤储层压力时, 会使作用在井筒附近的净应力降低, 从而增大了钻井液与水泥浆对煤层的侵入速度与浸入半径, 造成

21、煤储层渗透率的下降。 为了尽量消除固井给煤储层带来的伤害： (1) 应根据煤储层的特性和实际的井下条件筛选出失水量小、低温下强度发展快、对煤层的伤害小、与煤层胶结良好的水泥浆配方。 (2) 煤层埋藏浅,井底温度低,为提高固井质量,必须研究适合于低温情况的外加剂,加快低温下水泥的水化速度。 (3) 为了防止固井过程中对储层的污染,应尽量降低水泥浆的密度和滤失量,尽量控制水泥浆的液柱压力,实现近平衡压力固井。 (4) 采用合适的固井工艺,如双级固井技术，塞流顶替技术、绕煤层固井技术等，以提高煤层气井固井质量,减少固井过程及后续开采阶段对煤储层的伤害。 5.固井质量如何检测？提高固井质量在注水泥之前

22、使用的液体称为什么？压裂时三个阶段液体称为什么？ (1) 声波测井CBL：没有水泥固结的自由套管能够振动并发生强信号；如果水泥将地层和套管固结牢固，则收不到套管振动信号，只能接收到套管处的地层信号。 (2) 变密度测井VDL：为了准确地判断水泥胶结质量，特别是第二界面的情况，可考虑采用(3) 声波波列的变密度记录测井方法与声波测井配对使用。 为提高固井质量在注水泥之前使用的液体为前置液，将水泥浆与钻井液隔开，起到隔离、缓冲、清洗的作用，可以分为隔离液和冲洗液。 (4) 压裂液由三部分组成： 前置液：加入5%轻质粉砂，起到扩张裂缝，降温储层，减少滤失等作用； 携砂液：用以进一步扩伸裂缝，悬带支撑

23、剂进入裂缝，在总液量中携砂液占的比例最大，是压裂液的主液体； 顶替液：用以将地面管汇和井内的携砂液顶替至裂缝中，用量要求精准，不可顶替过量，一般为井筒的容积。 6.射孔参数包括什么？正压、负压射孔、射孔液的概念？ 射孔参数：孔眼大小、孔深、射孔密度、射孔方式、相位角、射孔产生的压实带及钻井泥浆的污染带。 正压射孔：是指井内液柱压力高于储层压力的射孔技术。 负压射孔：是指井内液柱压力低于储层压力的射孔技术。 射孔液：是指射孔施工过程中采用的工作液，也可用于完井作业。 7.煤层气行业常用的压裂液类型、特点及适用条件。 (1) 活性水压裂液：其施工排量大，用液量大，摩阻大，滤失量大，加砂量相对较少，

24、有时产生砂堵，但对煤层的污染较小。 (2) 清洁压裂液：易于彻底破胶、流变性好、携砂能力强，可以提高压裂规模且对地层伤害较小。配制简单，无毒、无腐蚀性。配制完成后，黏度在2540 mPas之间。 (3) 冻胶压裂液：具有较大的黏度，支撑剂的沉降速率小，携砂能力好，但对于煤储层来说，破胶温度较高导致破胶困难，且破胶后的残渣会对储层造成伤害。 (4) 线性胶压裂液：黏度值和pH值适中，密度接近于水，与煤储层的配伍性较好，具有良好的耐温耐剪切性能，破胶性能和助排性能，但滤失较大。 (5) 泡沫压裂液：常用的有CO2与N2泡沫压裂液，具有优质低损害压裂液体系，具有黏度高、滤失低、清洁压裂裂缝、对储集层

25、损害小、易返排等特点，特别适用于低压、水敏性储集层。 8.支撑剂的评价指标。 支撑剂的评价主要从其物理性质来进行，包括：支撑剂的圆度和球度，支撑剂 的表面光滑度，支撑剂的浊度（质量），支撑剂的酸溶解度，支撑剂的密度，支撑剂的抗压强度，支撑剂的温度稳定性以及支撑剂的杂质含量和货源和价格。 具体来说，包括：（1）强度高，密度适中，在较高的闭合压力下不破碎；（2）颗粒均匀，球度圆度好；（3）应具有一定的化学和温度稳定性；（4）质量高，即所含杂志含量小；（5）货源广，价格低。 9.支撑剂的类型、特点及作用。 支撑剂主要有三大类： (1) 石英砂：在对低闭合压力的各类储层，石英砂取得一定的增产效果；圆、

26、球度较好的石英砂破碎后呈小碎块状，但仍可保持一定的导流能力；100目的粉砂可做为压裂液的固体防滤添加剂，它在裂缝延伸过程中可以充填那些与主裂缝沟通的天然裂缝，降低压裂液的滤失，并起到一定增产作用；相对密度较低，便于施工泵送；便宜，就地取材；但强度较低，不能用于中、高闭合压力的压裂层中使用；抗压强度低，破碎后将大大降低裂缝的导流能力。 (2) 人造陶粒：陶粒有很高的强度，在相同的闭合压力下，与石英砂比具有破碎率低，导流能力高的性能；具有抗盐、耐温性能；随闭合压力的增加或承压时间的延长，陶粒的破碎率要比石英砂低很多，导流能力的递减率也要慢得多；但其相对密度较高，对压裂液的性能及泵送条件都提出了更高

27、的要求；物料选择与制造过程都比其它支撑剂要严格、复杂得多；受开采及加工困难的限制，价格较贵。 (3) 树脂包层砂：较低的密度；较高的强度；颗粒接触点的应力降低；优越的防返吐特性；独特的防潜入能力；不同的破碎机理；树脂膜刚度小于常规支撑剂，低闭合压力下导流能力相对低，高闭合压力下破碎体包覆在树脂膜内，减少可移动微粒数量，增加导流能力；灵活的化学性能调节功能；较大的使用范围较高的性价比。 10.软煤又称为“突出煤”，严重威胁煤矿安全生产，但地面煤层气开发十分困难，分析在这种煤层中进行煤层气开发的难点？利用所学知识，提出自己认为合理的开采方法（要言之有理，且目前技术可行）。 软煤也称构造煤，软煤发育

28、的地区既是井下瓦斯灾害的多发区，也是地面煤层气开采的禁区。 （1）软煤储层往往具有“三低”的特点，即低渗透率，低含气饱和度和低临储比，这三个不利条件便决定了在该类煤层难以取得煤层气的高产。 （2）软煤储层属于不可强化的储层，在水力压裂过程中，除了支撑剂嵌入无法形成有效裂缝外，还会发生严重水敏，增加储层的启动压力梯度，不利于煤层气的扩散和产出。 （3）由于煤层力学强度小于岩层，特别是软煤更是如此，在钻井过程中容易扩径，固井水泥环过厚导致射孔无法穿透，在水力压裂时裂缝就容易窜至煤层顶底板。 （4）若煤层顶底板又是富水岩层，在水力压裂过程中，很容易贯穿含水层，导致气井变水井，从而大大降低了气的产量。

29、 针对软煤层存在的上述影响煤层气高效开发的因素，并结合自己所学知识，提出以下几点： （1）采用新型压裂液体系，进一步完善储层改造技术。如采用强氧化剂（二氧 化氯）作为高黏压裂液的破胶剂，既能够保证压裂液的携砂能力，也能提高压裂液在煤储层温度下的破胶速率。 （2）采用变排量施工方法。借鉴裸眼洞穴法完井的储层强化机理，在压裂过程中采用变排量泵注施工，除在最大主应力方向形成张性支撑裂缝外，还形成周缘裂缝与最小主应力方向上的剪切裂缝。 （3）采用“虚拟储层”的开发模式。即针对软煤发育的储层，考虑通过对顶底板岩层实施压裂强化，建立一条煤层气运移产出的高速通道，使煤层中赋存的煤层气只需以扩散的形式运移到顶底板裂隙，然后运移到井筒产出。 4.煤层气常用的完井方法及其各自的优缺点。