第十章 完井与试油投产Word文档格式.docx

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为了降低完井及开发成本以利于经济地开发低产油层，又出现了永久完井法、无油管完井法以及多油管完井法等新工艺。

本节主要介绍裸眼完井法、射孔完井法、割缝衬管/筛管完井及砾石充填完井方式。

1.裸眼完井

裸眼完井（openholecompletion）分为先期裸眼完井、复合型完井和后期裸眼完井三种方法。

先期裸眼完成法（图10-1）是钻头钻至油层顶部附近后，取出钻具下套管注水泥浆固井，水泥浆从套管和井壁之间的环形空间上返至预定高度，待水泥浆凝固后，从套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞和油层，直至达到设计井深。

对于油层较厚、油层上部有气顶或顶界附近有水层时，此时可以将生产套管下过油气界面，用以封隔上部的气顶，然后下部裸眼完成，必要时可以再将上部的含油段射开。

这种类型的完井称为复合型完井法（图10-2）。

后期裸眼完井（图10-3）是当钻头钻至油层顶部附近后，不用更换钻头，用同一尺寸的钻头钻穿油气层直至设计井深，然后下套管至油气层顶部，注水泥固井。

为了防止固井时水泥浆损害套管鞋以下的油层，通常在油层段垫砂或替入低失水、高粘度的钻井液，防止水泥浆下沉。

裸眼完井方式的主要优点是产层完全裸露，产层具有最大的渗流面积，流线平直，符合平面径向渗流规律，这种井称为水动力学完善井，其产能较高。

此外，由于井底没有任何设备，也不需要诸如射孔、砾石充填等工序，因此工艺简便，成本低，完井速度快。

与后期裸眼井完井方式相比，先期裸眼完井还具有下述优点：

（1）先期完井由于在钻开之前已经完成了固井工序，因此在起钻、下套管、挤水泥浆期间，泥浆对产层没有任何影响。

即缩短了泥浆对产层的浸泡时间；

（2）消除了高压油气对固井的影响，有利于提高固井质量；

（3）钻开产层时已经排除了上部地层的干扰，为采用清水或其他符合产层特性的优质钻井液打开产层或采用平衡钻井创造了良好条件。

图10-1先期裸眼完井图10-2复合型完井图10-3后期裸眼完井

应当注意：

在地质情况不甚清楚的探区先期完井时，如果未能弄清油层部位，则有可能无法保证刚好将套管下至产层顶部。

套管下得过高，封不住上部坍塌地层，给今后的油井开采带来困难；

下得太低，一旦钻开油层，则等于后期完成，还有可能造成井喷事故。

可见，先期完成最重要的是弄清层位，卡准套管下入深度，确保套管下至产层顶部。

目前，后期裸眼井完井在现场中已经很少使用，它仅限于地层情况了解不够的探区。

裸眼完井方式存在如下主要缺点：

（1）不能克服井壁坍塌和油层出砂问题；

（2）不能克服整个生产层内不同压力油、气、水小层之间的相互干扰；

（3）不能进行选择性酸化或压裂等分层作业；

（4）不能实现分层开采和控制；

（5）先期裸眼完井法在下套管固井时不能全部掌握产层的真实资料，继续钻进时如遇特殊情况容易给钻进造成波动。

因此，裸眼完井仅能适用于岩层坚硬致密，无含水夹层，无易坍塌夹层的单一油气层或一些油气层性质相同、压力相似的多层油气层。

因裸眼完井方式难以进行增产措施、控制底水锥进和堵水，现多转变为套管射孔完井。

2.射孔完井

射孔完井（perforatedcompletion）是国内外应用最为广泛的一种完井方式，包括套管射孔完井和尾管射孔完井。

套管射孔完井（图10-4）是先钻开油层至设计井深，将油层套管下至油层底部注水泥固井，然后再下入射孔枪对准产层进行射孔，射孔弹射穿套管、水泥环并穿透油层一定深度，建立起油流入井通道。

尾管射孔完井（图10-5）是在钻头钻至油层顶界后，下套管注水泥固井，然后下小一级的钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在套管上，再对尾管进行注水泥固井，然后实施射孔。

尾管射孔完井在钻开油层以前上部地层已被套管封固，因此，可以采用与油层配伍的钻井液，采用平衡或欠平衡的方式钻开油层，有利于保护好油层；

同时此类完井可以减少套管的重量和固井水泥的用量，降低完井成本。

图10-4套管射孔完井示意图图10-5尾管射孔完井示意图

由于产层多数都存在层间干扰问题，加之射孔工艺技术的发展使完井的某些缺点已经得到克服。

因此，目前国内外90%以上的油气井都是采用套管射孔完成，对于较深的油、气井大多采用尾管射孔完成。

射孔完井的优缺点见表10-1。

表10—1射孔完井的优缺点

优点

①能比较有效地封隔和支撑疏松易塌的生产层。

②能比较有效地封隔和支撑含水夹层及易塌的粘土夹层，只要不射这些含水夹层和粘土夹层，就可以避免它们对生产的影响。

③能够分隔不同压力和不同特性的油气层。

可以选择性地打开产层，可以分层开采、分层测试、分层增产措施等。

④可进行无油管完井及多油管完井。

⑤除裸眼完井方式外，比其它各种完井方式都经济。

缺点

①在钻井和固井过程中，产层受泥浆和水泥浆浸泡时间较长，油层易受污染。

②射孔完井是水动力学性质不完善，产层的渗流面积只是井眼孔壁面积的总和。

流线在孔眼附近必然会发生弯曲、聚集，产生附加渗流阻力。

③对井深和射孔穿透深度要求严格，固井质量要求高。

④对于裂缝性油气藏，由于裂缝发育的不均匀性，孔眼与裂缝相遇的机会难以控制。

3.割缝衬管完井（slottedlinercompletion）

衬管是指割缝的钢管，筛管是指在钢管上预先打孔或割缝后，再用不锈钢丝绕制的防砂管。

衬管完井法有两种完井工序。

一是用同一尺寸钻头钻穿油层后，套管柱下端连接衬管下入油层部位，通过套管外封隔器和注水泥接头固井，封隔油层顶界以上的环形空间，如图10-6所示。

这种完井工序的缺点是井下衬管一旦损坏就无法修理或更换，目前基本不采用。

另一种完井工序和先期裸眼井完井法相似。

先钻至产层顶部，下套管注水泥固井，待水泥凝固后，再从套管中下入直径较小的钻头钻穿油、气层达设计井深。

和先期裸眼完井不同的是：

在油层部位下入预先割缝的衬管，依靠衬管顶部的衬管悬挂器把衬管的重量悬挂在套管上，并密封套管和衬管之间的环形空间，使油气只能通过衬管上的孔眼或割缝流入井内。

如图10-7所示。

图10-6割缝衬管完井示意图图10-7改进割缝衬管完井示意图

采用这种完井工序的油层不会受到固井泥浆的伤害，可以采用与油层相配伍的钻井液或其他保护油层的钻井技术钻开油层。

当衬管发生磨损和故障，还可以把它起出来进行修理或更换。

割缝衬管完井法是目前主要的完井方式之一。

它既起到裸眼完井的作用，又防止了裸眼井壁坍塌堵塞井筒，同时在一定程度具有防砂的作用。

由于这种完井方式的工艺简单，操作方便，成本低，因此在一些出砂不严重的中粗砂粒油层应用较多，特别是在水平井中使用较普遍。

4.砾石充填完井（gravelpcakcompletion）

对于胶结疏松出砂严重的地层，一般应采用砾石充填完井方式。

它是人为地在衬管和井壁之间充填一定尺寸的砾石，使之起防砂和保护生产层的作用。

充填砾石的方法可分为直接充填和预充填两种。

直接充填是先将绕丝筛管或衬管下入井内油层部位，然后用充填液将地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管（或衬管）与井眼或绕丝筛管与套管之间环形空间内，构成一个砾石充填层，以阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井的目的。

预充填砾石绕丝筛管是地面预先将符合地层特性要求的砾石填入具有内、外双层绕丝筛管的环形空间而制成的防砂管，将这种筛管下入井内，对准油层部位进行防砂。

与砾石充填相比，使用该防砂方法的油井产能低，防砂有效期短。

它不能像井下砾石充填那样，能防止油层砂进入井筒，只能是当油层砂进入井筒后阻止其不再进入油管。

该方法工艺简便、成本低，在一些不具备砾石充填条件的防砂井中，仍是一种有效的方法。

砾石充填完井一般都使用不锈钢绕丝筛管，而不使用割缝衬管，其原因是：

（1）割缝衬管的缝口宽度受割刀强度的限制，0.5mm以下割缝宽度加工较困难，因此，它只能用于中、粗砂岩的储层防砂。

绕丝筛管是由异形（三角形）不锈钢丝绕在割缝的中心衬管上进行防砂，缝隙宽度最小可达0.12mm，故其适用范围大。

（2）绕丝筛管是由连续绕丝形成的连续缝隙，其流通面积大，流体通过筛管时几乎没有压降，且绕丝筛管的断面为外窄内宽梯形，具有一定“自洁”的功能，轻微的堵塞可被产出流体疏通，其流通面积比割缝衬管大。

（3）绕丝筛管以不锈钢丝为原料，其耐腐蚀性强，使用寿命长。

虽然成本是割缝筛管的2~3倍，但综合效益高。

砾石充填防砂的优点是能有效地把地层砂限制在产层内，从而使地层保持稳定的力学结构。

并且较厚的砾石层和筛管组成的二级挡砂体系，可以非常有效地防止油层砂产出。

相反，衬管/筛管完井方式由于没有砾石层，在地层疏松、流速较高及时间较长时，地层有可能垮塌，缝隙可能被完全堵死。

因此，衬管/筛管完井只是一种短期防砂方法，并只适合于出砂不严重的地层和低产井。

而砾石充填是一种高效、长期的防砂方法，适宜于疏松地层及高产井。

当然，这种砾石充填完井，不论施工的难度和成本，都要比衬管/筛管完井高得多。

为了适应不同油层特性的需要，裸眼完井和射孔完井都可以充填砾石，分别称为裸眼砾石充填和套管内砾石充填两种方式。

（1）裸眼砾石充填完井（openholegravelpack）

在地质条件容许使用裸眼而又需要防砂时，就应该采用裸眼砾石充填完井方式。

其优点是渗流面积大，产量高，阻力小。

充填层因扩孔厚度大，结构稳定。

其缺点是工序复杂，井下滤饼使产量下降。

裸眼砾石充填完井工序是钻头钻达油层顶界以上约3m后，下技术套管注水泥固井，再用小一级的钻头钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深，然后更换扩张式钻头将油层部位的井径扩大到技术套管外径的1.5至2倍，以确保充填砾石时有较大的环形空间，增加防砂层的厚度，提高防砂效果。

如图8-5a所示。

（2）套管内砾石充填完井（casedholegravelpack）

对已下套管和射开多层或薄生产层的井或要求封隔气、水夹层及易坍塌层等的井，需要采用套管内砾石充填。

与裸眼井充填相比，管内充填井采油指数要低得多，为此应采用高孔密、大孔径、负压射孔。

套管内砾石充填完井的基本工序是：

钻头钻穿油层至设计井深后，下油层套管于油层底部，注水泥浆固井，然后对油层部位射孔。

要求采用高孔密（30孔/m左右）、大孔径（20mm左右）射孔，以增大充填流通面积，有时还把套管外的油层砂冲掉，以便于向孔眼外的周围油层填入砾石，避免砾石和地层砂混合增大渗流阻力。

如图8-5b所示。

以上主要介绍了不同完井方式的特点及其使用条件。

实际上，为了解决油层出砂问题，还可以采用金属纤维防砂筛管、陶瓷防砂筛管、多孔冶金粉末防砂筛管、多层充填井下滤砂器以及化学固砂等方法完井。

各种完井方法适用的地质条件见表10-2。

表10-2斜（直）井各种完井方式适用的地质条件

完井方式

适用的地质条件

裸眼完井

①岩性坚硬致密、天然裂缝发育、井壁稳定不坍塌的碳酸盐或砂岩储层

②无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层

③单一储层，或压力、岩性基本一致的多层储层

④不准备实施分隔层段及选择性处理的储层

射孔完井

①有气顶，或有底水，或有含水夹层及易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层

②各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分层采油、分层注水、分层处理的储层

③要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层

④含油层段长、夹层厚度大、不适合于裸眼完井的构造复杂的油气藏

割缝衬管完井

①无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层

②单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层

③不准备实施分隔层段及选择性处理的储层

④岩性较为疏松的中、粗砂粒储层

裸眼砾石充填

①无气顶、无底水、无含水夹层的储层

④岩性疏松且出砂严重的中、粗、细砂粒储层

管内砾石充填

②各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施选择性处理的储

③岩性疏松且出砂严重的中、粗、细砂粒储层

复合型完井

①岩性坚硬致密，井壁稳定不坍塌的储层

②裸眼井段内无含水夹层及易塌夹层的储层

③单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层

⑤有气顶或储层顶界附近有高压水层，但无底水的储层

二、水平井完井方式

目前常用的水平井完井方式主要有裸眼完井、割缝衬管完井、带管外封隔器（ECP）的割缝衬管完井、射孔完井、砾石充填完井和智能完井等，各种完井方式的优缺点如表10-3所示。

裸眼完井法是一种最简单的水平井完井方式，它把技术套管下至预计的水平段顶部，注水泥固井封隔，然后换小一级钻头钻水平井段至设计长度完井，如图10-8所示。

图10-8水平井裸眼完井示意图

裸眼完井主要适用于碳酸岩等坚硬、不易坍塌地层，特别是一些垂直裂缝地层。

如美国奥斯汀白垩系地层，具体可参见表10-3。

2.割缝衬管完井

割缝衬管完井法是将割缝衬管悬挂在技术套管上，依靠悬挂封隔器封隔管外的环形空间。

割缝衬管要加扶正器，以保证衬管在水平井眼中居中，如图10-9所示。

该完井方式简单，既可防止井塌，又具有较高渗流面积。

该完井方式也可用于分支井及多底井等复杂井底结构。

图10-9水平井割缝衬管完井示意图

3.带管外封隔器（ECP）完井

带管外封隔器（externalcasingpacker）完井法是依靠管外封隔器实施层段的分隔，可以按层段进行作业和生产控制。

其使用条件参见表10-3。

管外封隔器完井法有三种形式，如图10-10、图10-11和图10-12所示。

表10-3各种水平井完井方式的优缺点及使用条件

特征内容描述

①成本最低

②储层不受水泥浆的损害

③使用可膨胀式双封隔器，可以实施生产控制和分隔层段的增产作业

④使用转子流量计，可以实施生产检测

①疏松储层，井眼可能坍塌

②难以避免层段之间的串通

③可选择性的增产作业有限，如不能进行大型水力压裂作业等

④生产检测资料不可靠

适用

条件

①岩石坚硬致密，井壁稳定不坍塌的储层

②不要求层段分隔的储层

③天然裂缝性碳酸岩或硬质砂岩

④短或极短曲率半径的水平井

①成本相对较低

③可防止井眼坍塌

①不能实施层段的分隔，因而不能避免层段之间的串通

②无法进行选择性的增产增注作业

③无法进行生产控制，不能获得可靠的生产测试资料

适用条件

①井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层

③天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩储层

带ECP的割缝衬管完井

①相对中等强度的完井成本

③依靠管外封隔器实施层段分隔，可以在一定程度上避免层段之间的串通

④可以进行生产控制、生产检测和选择性的增产增注作业

管外封隔器分割层段的有效厚度取决于水平井眼的规则程度、封隔器的坐封、密封元件的耐压和耐温等因素

①要求不用注水泥实施层段分隔的注水开发储层

②要求实施层段分隔，但不要求水力压裂的储层

③井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层

④天然裂缝性或横向非均质的碳酸盐岩或硬质砂岩储层

①最有效的层段分隔，可以完全避免层段之间的串通

②可以进行有效的生产控制、生产检测和任何选择性的增产增注作业

①相对较高的完井成本

②储层受水泥浆的损害

③水平井的固井质量难以保证

④要求较高的射孔操作水平

①要求实施高度层段分隔的注水开发储层

②要求实施水力压裂的储层

③裂缝性砂岩储层

表10-3各种水平井完井方式的优缺点及使用条件（续）

裸眼预充填砾石筛管完井

①储层不受水泥浆的损害

②可防止疏松储层出砂和井眼坍塌

③特别适合于热采稠油油藏

③无法进行生产控制等

①岩性胶结疏松，出砂严重的中、粗、细粒砂岩储层

②不要求分隔层段的储层

③热采稠油油藏

套管预充填砾石筛管完井

①可防止疏松储层出砂及井眼坍塌

②特别适合于热采稠油油藏

③可以实施选择性层段作业

①储层受水泥浆的损害

②必须起出井下预充填砾石筛管后才能实施选择性的增产增注作业

②裂缝性砂岩储层

图10-10ECP+衬管完井示意图图10-11ECP+滑套完井示意图

4.射孔完井

射孔完井方式是将套管下过直井段，注水泥固井后在水平段内下入完井尾管，注水泥固井。

完井尾管和套管重合100m左右为宜，最后在水平井段实施射孔，如图10-12和图10-13所示所示。

这种完井方式将层段分隔开，可以进行分层增产及注水作业，可在稀油和稠油油藏中使用，是一种非常适用的方法。

使用条件参见表10-3。

图10-12ECP+射孔完井示意图图10-13水平井射孔完井示意图

5.砾石充填完井

在水平段内，无论是进行裸眼井下砾石充填还是套管内井下砾石充填，其工艺都很复杂。

水平井裸眼预充填砾石绕丝筛管完井，其筛管结构及性能同垂直井，但使用时应加扶正器，以使筛管在水平段居中，如图10-14所示。

水平井套管内预充填砾石绕丝筛管完井是先射孔完井，然后下入预充填绕丝筛管，如图10-15所示。

图10-14水平井裸眼预充填砾石筛管完井图10-15水平井套管内预充填砾石筛管完井

水平井防砂完井方式多采用预充填砾石筛管、金属纤维筛管或割逢衬管等方法，一般不采用井下砾石直接充填方式，主要原因是：

（1）裸眼井下砾石充填时，在砾石完全充填到位之前，井眼有可能已经坍塌；

（2）裸眼井下砾石充填时，扶正器有可能被埋在疏松地层中，因而很难保证筛管居中；

（3）裸眼及套管井下砾石充填时，充填液滤失量大，容易伤害储层，而且在现有泵送设备及充填液性能条件下，其充填长度受到限制（低于600m）。

砾石充填完井的适用条件及优缺点参见表10-3。

6.智能完井

智能完井（intelligentwellcompletion）技术是一种能在多层段（图10-16）或多分支井（图10-17）中，从地面进行控制、分析、管理油井的完井系统。

智能完井系统都带有井下传感器，能实时采集生产数据（如流体流量、压力和温度等），并通过水力式、电子式或者光纤─水力式操作阀或滑套开关对每个生产油层进行井下生产控制，实现油井和油田的实时控制和优化。

图10-16智能完井在直井中的应用

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图10-17智能完井在水平井中的应用

智能完井系统特别适用于包括海下油井、深水油井、多分支井、大位移水平井、远距离无人操作的油井等。

智能井技术是最近几年来生产技术中最尖端的突破之一，它具有以下优点：

（1）可以减少生产干扰，避免常规采油作业带来的风险，便于管理，适用于边远、偏僻地区。

智能完井可以在地面上识别流入控制位置，能在地面上选择性地开或关某一油层，实现在不关井的情况下进行井身结构重配。

（2）智能完井有实现地面远程遥控的功能，所以这项技术特别适合于管理沙漠或海上的油田。

（3）防止在生产层和混采层之间窜流，可以控制气、水锥进，改善生产能力，提高油田最终采收率。

智能完井上的传感器能够监测各油层油、气、水的流动状况，修正油井工作制度。

一旦生产过程中出现水或气的锥进时，可以通过油井配产来延缓水、气锥的发生，改善生产能力，提高油田最终采收率。

（4）智能完井具有实时监测的功能，获得生产层实时井下信息，并将监测到的信息资料传输到地面的计算机中存储起来，由于信息是长期持续记录的，从而可以克服不稳定试井分析引起的模糊性和不确定性。

（5）提高对油藏的认识程度，使作业人员对将来的井位和井网布置作出较好的决定。

（6）全面优化油藏管理和生产，减少各类井的数量，提高注入效率和最终采收率。

（7）提高电潜泵的性能，延长其寿命，缩短投资回收时间。

7.多分支完井（multilateralwellcompletion）

近年来在定向井、大斜度井和水平井技术上发展起来一项新技术，即分支井钻完井，该技术能够提高油田的开采速度以及油藏的最终采收率，降低油藏的综合开发成本。

分支井完井的主要要求：

（1）保证交汇处地层的稳定性，实现分支井眼与主井眼的机械连接；

（2）保证主、分支井眼的压力完整性，利用注水泥等方式实现液力封隔；

（3）在后期进行作业和其它增产措施时，能够选择性地进入任何一个分支井眼。

目前根据分支井眼与主井眼的连接关系及压力系统完整性不同，将分支井完井方式分为6级，如图10-18所示。

（1）TAML1级裸眼/无支撑连接，主井眼和水平井眼都是裸眼段或在两个井眼中用悬挂器悬挂割缝衬管。

（2）主井眼下套管并固井，水平井眼或裸眼或以悬挂方式下割缝衬管。

（3）主井眼下套管并固井，水平井眼下套管但不固井。

用悬