（油气井工程专业论文）水平井完井方式与参数优选.pdf

o p t i m 娩a t i o no f h o r i z o n t a l 、e l lc o m p l e “o nm e t h o d sa n dp a 仡m e t e 礴 z h a n gh u i ( o 订& g a sw e ne n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o fl i ur u i 、v e n a b s t r a c t 1 1 1r e c e n ty e a r s ，t h ef i e a t h e r e dd “e l o p m e n to fh o r i z o n t a lw e l ld r i l l i n ga 1 1 dc o m p l e t i o n t e c l m i q u eh a sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei no i la n dg a sf i e l de x p l o r a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，a n d a l s oh a sa 1 1o b v i o u sa d v a n t a g ei ne n l l a n c i n go i lr e c o v e r y t h ec o m p l e t i o no fh o r i z o n t a lw e ui s ac m c i a lp a no ft 1 1 e 、) 、，h o l eh o r i z o n t a lw e ut e c h n o l o g y 7 1 1 1 ec h 0 0 s i n go ft h ew e uc o m p l e t i o n m e t h o da i l dp a r 锄e t e r sw i l ld i r e c t l yi n n u e n c ct h e1 a t e rw h o l ep r o c e s so fh o r i z o n t a lw e l l e x p l o i t a t i o na n dp r o d u c t i o n s oi ti s s i g n i f i c a n tt os t u d ya 1 1 do p t i m i z ew e l lc o m p l e t i o n m e m o d sa n dp a r a m e t e r so fh o r i z o n 诅1w e l l s o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h ea d v a n t a g e sa l l dd i s a d v a n t a g e s ，t 1 1 ea d 印t i v eg e o l o g i c c o n d i t i o no fe a c hc u r r e n tc o m p l e t i o nm e t l l o da 1 1 dt h ea f r e c t i n gf a c t o r so fc o r n p l e t i o nc h o i c e ， 行o m 也ep o i n to fw e nc o m p l e t i o np r o je c t ，t 1 1 i sp a p e ro p t i m i z e df o u rc o m p l e t i o nm e t l l o d s ， w h i c ha r e p e 墒r a t e dc o m p l e t i o n ， s l o t t e dl i n e rc o m p l e t i o n ， o p e n - h 0 1 e伊a v e lp a c l ( i n g c o m p l e t i o na n do p e n - h o l ep r e p a c k e dg r a v e ls c r e e nc o m p l e t i o n o b t a i n e dt h ed e l i v e r a b i l i t y e q u a t i o n o ff o u rc o m p l e t i o nm e t h o d si ns a n d s t o n er e s e r v o i ra 1 1 dc a r b o n a t er e s e r v o i r a c c o r d i n gt o r e s o l v e n tf o 肌u l ao fe a c hc o m p l e t i o n ss k i nf a c t o r ， a n do p t i m i z e st h e i r p a r 锄e t e r so nt h eb a s i so f f o m l a t i o n sc h a r a c t e r a i m i n ga tt h ea b o v em e n t i o n e dc o n t e n t ，u s i n g s u a lb a s i cp r o c e s s e dc o m p u t e rp r o 铲a n l ， d e v e l o p e dt h eh o r i z o n t a lw e l lc o m p l e t i o na i l dp a r 锄e t e ro p t i m i z a t i o ns o r w a r e t h r o u g h a p p l i c a 缸o ni ns 锄p l ew e l l ，t h es o 讪a r eh a sb e e nc o n f i m e df e a s i b l ei nc a l c u l a t i o nm e t h o d s a 1 1 dc o m p l e t i o nc h o i c e ，a tt h es a m et i m e ，i n s u r e dt h et h e o r ys y s t e mf o u n d e db yt h i sp 印e r f o rt h er e s e n ，o i ro fc o n t a i n i n gb o t t o mw a t e r ，t h ec r i t i c a lp r o d u c t i o nr a t ea n db r e a k t h r o u g ht i m eo fw a t e rc r e s t i n gw a sc a l c u l a t e da n dt h ew a t e rc o n t r o lm e a s u r e m e n t sw e r e p r o p o s e d k e yw o r d s ：h o r i z o n t a lw e l l ，c o m p l e t i o nm e t h o d ，p a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n ，p r o d u c t i o n r a t ef o r e c a s t ，w a t e rc o n t r o lm e a s u r e m e n t 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：亟整!日期：年月 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期： 日期： 年 年 月 月 曰 日 中国石油人学( 华东) 硕十学位论文 1 1 研究意义 第一章前言弟一早月l j 苗 完井工程是一门涉及面广、覆盖范围宽且非常复杂的工艺技术。完井方式和完井参 数不仅与钻井工程密切相关，而且与采油工程、油田开发紧密相连。目前，水平井广泛 应用于各类油气藏的开发，具有明显经济效益。水平井完井方式的优劣直接影响到油气 井产量的大小和长期的稳产高产，直接关系到油田开发的整体经济效益。在完井工程的 整个工艺过程中，完井方法的优选尤为重要，因为如果方法选择不当，将会对储层产生 较大的污染和伤害，导致完井后不出油、气或产能大幅降低，从而引起油气勘探、开发 中的重大损失。 近年来，国内外水平井完井技术有了较大的发展【l 】，已由过去单一的固井射孔完井 技术逐步发展成为一套适合多种油藏类型、保护油气层、提高水平井产能及采收率的综 合工艺技术，并具有完善程度高、完井成本低、防止油层二次污染、提高油井产能及油 层采收率的优点。同时，对短半径侧钻水平井、分支水平井、大位移水平井等特殊水平 井完井技术进行了深入地研究和大胆地尝试，并获得了成功。由于受工艺和其它技术方 面的影响，国内在水平井完井中，往往偏重于工艺的熟练程度，而对完井方式与油藏适 应性考虑不够，绝大多数还是采用固井射孔完井，固井射孔完井占总完井数的9 0 以上。 单一的完井方式不利于水平井和复杂油气藏条件下提高油井产能和采收率。因此对水平 井完井方式和完井参数的研究具有重要的意义。 在残余油开采、稠油藏和裂缝型油气藏的开发过程中，水平井是最有效的开发手段。 随着油田开发的进一步深入，复杂油气藏钻探开发和特殊工艺井日益增多，这些都迫切 需要与之相适应的完井工艺技术，以便提高这些井的完善程度，达到保护油气藏、提高 开采效益的目的。随着水平井技术的不断发展，水平井完井正朝着降低成本、缩短施工 周期、保护油层、提高采收率的方向发展。 1 2 国内外完井方法发展状况 1 2 1 国外水平井完井方法发展状况 国外水平井技术始于2 0 世纪3 0 年代，8 0 年代得到迅速发展，9 0 年代以来，水平 井技术在国外已发展得相当成剥2 1 ，形成了从水平井设计到钻井、防砂、完井和射孔等 第一章前言 配套技术，并且已成为石油行业的一项常规技术，大规模应用于不同类型的油气藏，取 得了非常显著的经济效益。水平井己作为常规钻井技术应用于几乎所有类型的油藏，如 枯竭油藏、致密气藏、低渗油藏、边际油藏、高渗油藏等。截至2 0 0 0 年年底1 3 j ，世界上 已有6 9 个国家在各种油气藏中钻过水平井，总计达2 3 3 8 5 多口，其中多数在美国、加 拿大和前苏联，每年完钻1 0 0 0 口左右( 到2 0 0 0 年底，美国水平井数为1 0 0 6 6 口、加拿 大为9 6 6 5 口) 。水平井分布以裂缝性油藏为主，约占5 3 ，其次是底水和气顶油藏，约 占3 3 。近几年，随着膨胀管、智能完井等新技术的研究和应用，越来越多的国家和地 区应用水平井、分支井及大位移井等复杂结构井技术来开采难动用储量、海上油气田或 改善老区开发效果，都取得了明显的效果。目前，国外水平井最大水平位移达1 1 5 0 0 m ， 水平井最大垂深6 0 6 2 m ，多分支水平井总水平段长度达到11 3 4 2 m 。 油气勘探和开发技术发达的国家认为，要使油气井获得最佳的经济效益，必须优化 选择完井方法，因而十分重视对它的研究和应用。美国的油气井完井方法设计要收集工 程、地质、油层损害等方面的数据2 9 项，输入计算机，用完井设计程序进行处理，选择 出最优的完井方法。前苏联在8 0 年代中期也发展了完井底部结构的选择程序，并把产层 分为裂缝型、裂缝孔隙型、孔隙裂缝型和孑l 隙型四类，按产层的有效厚度、岩石强度、 渗透率、砂层粒度均匀性和压力梯度等数据，设计出十一种不同的完井底部结果。同时， 提出了若干项选择完井方法的具体指标，使完井方法的选择，进入了部分定量的阶段。 目前，国外使用的完井方法种类较多，国外现有的水平井完井方式大致可以分为五 种类型：裸眼完井、割缝衬管完井、砾石充填完井、封隔器完井和注水泥射孔完井。但 国外以套管射孔完井应用得最为广泛，约占完井总数的百分之九十以上。 水平井绕丝筛管砾石充填防砂完井技术受到了国内外普遍的重视，各国的石油公司 都加快了该项技术的研究。目前国内水平井绕丝筛管砾石充填防砂仅仅局限于数值模拟 和物理模拟室内阶段，还没有进入现场。国外在水平井砾石充填研究方面，s c h l 啪b e 唱e r 公司和b a l ( e r - h u 曲e s 公司技术比较领先，在美国墨西哥湾f 4 j 已成功地实施了一批油井， 防砂有效期有效延长；t e x a c o 公司2 0 0 0 年在哈萨克斯坦n o f t l lb u z a c h i 油田1 5 j 也成功进 行了一口水平裸眼井的砾石充填防砂施工，b j 公司也有类似的防砂管柱1 6 j 。通过对资料 进行研究分析，他们的施工管柱相当复杂，需用旁通管协助填砂，施工井段很长，成本 高，工艺仅限于管内砾石充填，在井段较长的情况下，使后边井段采油贡献率降低，因 此水平井分段开采，管内充填、管外挤压充填是今后水平井防砂工艺技术的发展方向。 水平井裸眼充填砾石完井技术作为较先进的防砂方法之一得到广泛应用。该工艺能 2 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 提高充填防砂强度，具有防砂效果好，油层伤害小，防砂后油井产量高、寿命长等特点。 s c h l 啪b e r g e r 、b a l ( e r - h u 曲e s 、b j 等公司技术趋于成熟。1 9 9 8 年b a k e ro i lt o o l s 【7 】公司在 北海油田完成了一口大位移井，开发浅层稠油，垂深9 1 4 m ，位移与垂深之比接近3 ，其 水平裸眼砾石冲填段1 7 6 9 m ，创下了世界之最。 智能完井系统( i m e l l i g e n tc o m p l e t i o ns y s t e m ) 是近年来新崛起的一项先进技术【8 】， 从监控系统，实时监测油井流动状态信息，根据油藏特性和动态生产条件地面通过电或 光纤仪器测量井下流体、油藏压力和温度，通过水力式、电子式或者电子水力式操作井 下阀或滑套，对每个生产层进行控制。即由技术人员通过地面优化油藏管理方案，并通 过遥控井下各个不同油水层的开关，实现油嘴或水嘴尺寸的控制以及更高效、更科学和 更灵活的油井管理。今后几年，智能井技术的研究开发重点仍将是通过模拟、计量和控 制井下发生的情况来优化生产。 b a k e ro i lt o o l s 公司有几种智能完井工具和系纠9 1 。液力控制开关的i n f o r c e 系统能 遥控液控滑套、油井封隔器和井下监测仪表。该系统能够人工操作，也可以利用s c a d a ( s u p e i s o 巧c o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ) 控制装置自动操作。井下石英仪表能向地面 p c 机系统实时输送压力和温度数据，对每一层段进行监测。一根电缆通过井口，向每 个仪表提供电力。用电力控制井下控制阀和油嘴的i n c h a r g e 系统，可以实时监测井底油 管和环空的压力和温度。系统利用一根1 4i n 控制电缆输送电力、传输指令和控制数据。 采用一个地面控制系统，一口井可以控制1 2 个层段。 b a l ( e r 公司正在将其多层完井技术与i n f o r c e 和i i l c h a r g e 系统相结合，新的智能砾 石充填系统正在开发之中，正在设计的光模块系统可代替并简化水下光纤装置，此外公 司还在开展声学、电磁、地震双向和单向通信等方面的研究。i n f o r c e 液压式智能完井 系统是利用地面的液控箱，通过液力开启标准液控滑套的进油口或调节油嘴式液控滑套 的油嘴大小，进行流量控制和油藏管理。 近几年膨胀管技术呈现爆炸式大发展，该技术对石油工业将产生革命性的影响。例 如等径井眼技术一旦成熟，将极大地降低油井成本，并完全消除常规套管程序的缩径效 应。油气井的钻井和完井成本在油田的勘探开发总成本中占有相当大的比例。可膨胀管 技术是国外正在大力发展的可降低钻井完井成本的一项新技术。从2 0 世纪8 0 年代起， s h e l l 公司就开始研究膨胀管技术【1 0 】。目前，提供膨胀管服务的公司有h a l l i b u n o n 公司、 b a k e ro i lt o o l s 公司和s c h l u m b e r g e r 公司等国外石油公司。 自1 9 9 8 年以来，w e a t h e r f o r d 公司一直在可膨胀防砂筛管领域居于业界领先地位】。 3 第一章前言 该公司的膨胀管技术分为三类：可膨胀割缝管、实体膨胀管、膨胀系统。w e a t h e r f o r d 公司研制出一种高柔曲性旋转扩管系统【l2 1 ，把上提和下压扩管改为旋转扩管，降低了 9 0 的扩管力。w b a t h e r f i o r d 公司的膨胀防砂网占到全球膨胀防砂网市场份额的9 0 。 膨胀防砂网能节省钻井费用2 0 ，提高产能7 0 。它能适应不规则井壁，减小二者的 间隙，降低由于近井地带颗粒混合造成的堵塞的危险性。w e a t h e 怕r d 公司早在1 0 年前 就开始研制替代套管系统。替代套管系统是钻进过程中使用的一种膨胀管技术，它能通 过封隔复杂井段来降低钻井费用。 w 色a t h e r f o r d 公司2 0 0 4 年正在开发的两项技术是小井眼膨胀衬管技术和膨胀管完井 系统【1 3 1 。小井眼膨胀管技术是发展单一直径井眼的基础，它可以降低建井费用。膨胀管 完井系统是一种防砂体系，它将实体膨胀管与膨胀防砂网合并为单行程完井系统，可在 下套管井和射孔井中进行层间封隔。 w e a t h e r f o r d 公司的最新成剁1 4 j 是把膨胀防砂网与层间封隔膨胀管用一段无缝管连 接在一起形成种联合系统。无缝管( 相当于套管) 控制了需要下常规封隔器、流量控 制器和智能完井装置的井段。如果不需要防砂，层间封隔膨胀管可以代替膨胀防砂网起 稳定井壁的作用。联合系统的主要优点是能够在长的大斜度井段或水平井段中完井。 h a l l i b u r t o n 能源服务公司利用实体膨胀管建大位移井取得成功1 1 5 】，h a l l i b u r t o n 公司 对其p o r o f l e x 膨胀防砂网系统和v e r s a f l e x 膨胀管系统都进行了改进。h a l l i b u i r t o n 公司 研制出防腐合金p 膨胀筛网完井系统。这种系统采用3 1 6 l 不锈钢衬管以及3 1 6 l 不锈钢或 2 0 号合金防砂网。这种防砂网高温环境下能够承受不同浓度的h 2 s 和c 0 2 。 b a l ( e ro i lt o o l s 公司利用膨胀管技术完成了1 0 口多分支井的6 级完井【1 6 】。b a k e ro i l t o o l s 公司在俄克拉何马州南部己损坏的1 7 7 8 套管内成功地安装了2 0 5 7 m 长的膨胀 管，修复后油井的增产效果明显；b a l 【e ro i lt o o l s 公司开发出几项膨胀管技术【1 7 】，其中 有e x p a t c h 膨胀式套管修补技术、s e e i e x x 裸眼井衬管技术和e x x “l l 系统，其中 e x x “l l 系统是用来临时隔离漏失带或在钻井过程中发生井壁失稳时用于支撑井壁的。 e n v e n t w e 全球技术公司进行了膨胀管穿过套管磨铣窗口的室内和现场试验并取得 成功【1 8 】。s c h l u m b e r g e r 等技术服务公司也利用膨胀管技术进行过多分支井的6 级完井。 1 2 2 国内水平井完井方法发展状况 中国是发展水平井钻井技术最早的几个国家之一。我国最早的有工业意义的水平井 于1 9 6 5 年在四川钻成，成为继美国、前苏联之后第三个钻成水平井的国家。由于未能 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 可持续发展，水平井技术在我国长期处于停滞状态。1 9 8 8 年，a m o c o 东方石油公司在 中国南海珠江口盆地钻成了海上第一口水平井【2 1 流花1 1 1 。6 井，该井采用当时世界 上先进的导向钻井系统、顶部驱动钻井装置、m w d 随钻测量工具以及低毒性矿物油基 泥浆等工艺技术，仅用2 0 天时间就完钻，经过1 8 0 天的e d s t ( e x t e n d e dd r i l ls t e mt e s t ， 延长钻杆试油) 测试，结果与直井相比其底水锥进慢、产量高，含水也只有垂直井的一 半。流花1 1 1 6 井的成功为今后同类油田的开发提供了重要依据，也鼓舞了八十年代中 国大陆水平井采油技术的开展。 现代水平井始于1 9 9 0 年，经过近1 0 年的研究与实践，我国的水平井技术有了长足的 进步。国内经过“八五”及“九五 的研究、试验和推广应用，水平井技术不断提高， 它已成为新油田开发、老油田挖潜及提高采收率的重要技术。油藏类型也从单一的砂砾 岩稠油油藏扩大到非稠油的边底水断块油藏、裂缝性油藏、整装高含水油藏、地层不整 合油藏和低渗透油藏等，从老油田挖潜转向新区产能建设和老区调整。 目前国内已钻水平井近千余口，其技术已达国际先进水平，并形成了一整套综合性 配套技术，已作为常规钻井技术应用于几乎所有类型的油藏，水平井与同期调整井或周 围直井相比，钻井费用约为直井的1 5 倍2 倍，产量约为直井的2 倍5 倍。我国的水平 井钻井成功率很高，为9 4 ，这说明我国已很好的掌握了长、中半径水平井的钻井完井 技术。中石油2 0 0 0 年完成的全国水平井应用情况调研报告中指出1 2 j ，国内水平井在各类 油藏中的应用都有成功的例子，其i 类开发井在除超稠油油藏、特低渗透油藏之外的油 藏中所占比例还是比较高的( i 类开发井指的是单井日产油量和累计产油量超过同区同 类直井两倍的井) 。目前我国陆地累计产油量最多的是塔中4 油田的第一口水平井 t z 4 一1 7 h 4 。 对于浅层出砂油藏，国内应用较多的还是水平井套管固井射孔、管内滤砂管防砂完 井技术。水平井套管内滤砂管防砂完井技术已形成了较为完善的悬挂式和平置式两大系 列水平井滤砂管防砂管柱，国内现场应用近3 0 0 口井【1 9 】。这两种管柱各具特点，悬挂式 滤砂管防砂可有效防止落物进入水平段造成打捞困难；平置式滤砂管防砂管柱是将防砂 工具置入水平段内，有利于下段生产完后不打捞防砂管柱就可进行上井段上返射孔防砂 投产。胜利油田水平井滤砂管防砂技术从1 9 9 4 年3 月进入现场以来，已累计进行防砂 施工2 0 0 余井次，施工成功率达1 0 0 ，累计增油1 2 1 5 1 0 6 t ，取得了明显的经济效益和 社会效益。 我国采用的完井方法亦以套管射孔完井为主，个别灰岩产层采用裸眼完井，少数热 5 第一章前言 采或出砂油气田采用砾石充填完井。然而，在完井方法的选择，尤其在某些参数的确定 上，科学性不够，与国外尚有一些差距。为此，西南石油学院特与加拿大联合建立了完 井技术中心，开展各项研究。近年来各油田也越来越认识到方法优选的重要性，这使得 完井技术有了长足的发展。 目前，在国内有些油田预测到膨胀管技术在钻井完井及修井方面的巨大潜力【2 0 】，已 开始引进和开发膨胀管技术。其中，西南石油学院对膨胀套管技术的机理进行了大量的 分析研究，首次成功地将坐标网格法运用于膨胀套管技术的机理研究，为膨胀套管的选 材提供了理论依据和指导思想。2 0 0 5 年底，中石油勘探开发研究院与大庆油田合作，进 行了长段膨胀管加固试验，并取得了成功。截至目前，大庆油田膨胀管加固技术已开展 现场实验5 0 口井，取得了很好的效果。冀东、塔里木、辽河、胜利等油田先后引进了 膨胀管技术。胜利油田目前己成功实施了4 6 口井的膨胀管补贴。 1 2 3 国内水平井完井存在问题 ( 1 ) 水平井的完井方式单一，完井方式与油藏适应性不强【2 1 】 国内如胜利油田由于受工艺和其它技术方面的影响，在实际操作中往往偏重于工艺 的熟练程度，而对完井方式与油藏适应性考虑不够，绝大多数还是采用固井射孔完井。 ( 2 ) 在固井完井方式中，目前只能采用全井固井或尾管固井，而不能进行1 次管柱 分( 层) 段多级固井，且固井质量难以保证。 ( 3 ) 水平井的地层流入动态、产能预测、生产系统优化设计有待于进一步研究和 完善。同时还存在着射孔井段与产能的优化不好，往往井眼穿过多少油层就射开多少油 层，造成浪费和后期无法实施增产措施的后果。 ( 4 ) 水平井的防砂方式单一，目前国内多采用射孔后管内悬挂滤砂管防砂，而国 外多采用水平井裸眼砾石充填或管内砾石充填防砂，后者防砂效果好，工作寿命长。 1 2 4 水平井完井技术的今后发展方向 ( 1 ) 单一完井方法向多元化发展； ( 2 ) 传统完井向有效配套发展； ( 3 ) 思路上，从短期行为向考虑长期效益发展； ( 4 ) 防砂完井方面，管内防砂向裸眼防砂发展； ( 5 ) 传统直井完井向水平井、多底井、分支井发展。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章水平井常用完井方式的特点及应用 水平井完井方式有多种，由于现有的各种完井方式都有其各自适应的条件和局限 性，因此了解各种完井方式的特点是十分重要的。水平井的完井方法有裸眼完井、割缝 衬管完井、射孔完井、带管外封隔器( e c p ) 的割缝衬管完井及砾石充填完井。其中裸 眼完井最主要特点是油层完全裸露，因而油层具有最大的渗流面积，油气流入井内的阻 力最小，产能较高，但使用局限很大，岩石强度不够高时，在生产中会有井壁坍塌，井 壁条件限制了增产措施的应用。裸眼完井有许多问题难以解决，如控制底水、边水和进 行酸化压裂及堵水等措施，特别是随着当前水平井段加长或钻分支水平井的应用，用裸 眼完井就更少了。 2 1 割缝衬管完井方式 2 1 1 割缝衬管完井方式 完井工序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【l 】，如图2 1 所示。 图2 1 割缝衬管完井示意图 f i g2 - l s c h e m a t i cd 瑚研n go fs l o t t e dh e r h o r i z o n 切1w e u c o m p i e t i o n 割缝衬管完井是较简单的完井方式，可以用于各种半径的井，使用较普遍。在水平 井眼中下割缝管，顶部用裸眼封隔器或套管封隔器挂在套管或裸眼地层上。衬管的作用 是支撑弱的岩层。衬管可不用水泥封固，也可在局部段注水泥。 ( 1 ) 割缝衬管完井的优点 成本相对较低： 储层不受水泥浆的损害； 7 第- 二章水平井常用完井方式的特点及应用 可防止井眼坍塌； 选择合适的割缝衬管尺寸，能有效地控制部分出砂。 ( 2 ) 割缝衬管完井的缺点 不能实施层段的分隔，因而不可避免层段之间的窜通和干扰； 无法控制割缝衬管与井眼之间的环空，故不能进行选择性增产增注作业； 无法实施生产控制，不能获得可靠的生产测试资料。 ( 3 ) 割缝衬管完井适用的地层条件 适用于天然裂缝碳酸盐岩或硬质砂岩储层； 单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层； 不准备实施分隔层段、选择性处理的储层； 岩性较为疏松的中、粗砂粒储层。 2 1 2 衬管顶部注水泥完井方式 目前，衬管顶部注水泥已经被广泛使用，加拿大7 0 的水平井使用该完井方式。衬 管顶部注水泥完井技术是将造斜段部分注水泥固井技术与带管外封隔器的衬管完井技 术结合在一起。衬管顶部注水泥工艺【1 9 】主要是采用管外封隔器、分级箍、盲管以及尾管 悬挂器等特殊完井工具配合下部的筛管共同实施的完井技术。在主要油层段采用筛管完 井，保持了油层的原始渗透率。在上部井段采用配合工具实施固井，可有效封隔水层等 异质层，兼顾了筛管完井和固井完井共同的特点。其结构如图2 2 所示。 图2 - 2 衬管顶部注水泥完井 f i g2 2 c e m e n t i n gi nt o po fl i n e rc o m p l e t i o n ( 1 ) 技术特点 多级管外封隔器加防砂筛管完井实现分段开采，提高了防砂效果； 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 坐封封隔器和注水泥一次管柱完成，节省施工时间； 防砂筛管内通径大、使用寿命长，便于后期作业； 避免水泥浆污染油层，同时节省完井费用。 ( 2 ) 衬管顶部注水泥完井优点 可防止注水泥漏失，防止油层污染； 保证上部地层有效封固，保证下部筛管有效固定； 可采用常规密度水泥浆固井； 消除了水泥侯凝时期高压油气对固井质量带来的影响。 ( 3 ) 衬管顶部注水泥完井缺点 工艺相对较复杂； 对工具可靠性要求较高； 衬管下井过程中无法建立循环。衬管在下入井底过程中与井壁的刮、拉造成管缝 被滤饼堵塞，加之下井过程中无法与井底建立循环，管内处于“真空 状态，因此筛管 外壁上的滤饼会很快形成，细小的砂粒被夹在缝隙处，形成永久堵塞。 2 2 射孑l 完井方式 射孔完井是目前国内外最为广泛采用的一种完井方法。它又分为套管射孔完井和尾 管射孔完井两种【1 】，如图2 3 所示。 图2 - 3 水平井射孔完井示意图 f i g2 - 3 s c h e m a t i cd 均w i n go fp e r f o r a t e dh o r i z o n t a lw e nc o m p l e t i o n 套管射孔完井的特点是在钻达预计产层深度之后，下入生产套管至油层底部注水泥 固井，然后射孔，射孔枪对准产层射穿套管、水泥环并穿透油层某一深度，建立起油流 9 第二章水甲”常用完井方式的特点及应用 的通道。这种方法使裸眼和衬管完井方法的缺陷都得到了克服，既可以选择性地射开不 同压力、不同物性的油层，以避免层间干扰，还可以避开夹层水、底水和气项，避开夹 层的坍塌，具备实施分层注、采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。套管射孔完井 的关键是固井质量必须得到保证，产层评价的测井技术必须过关，射孔深度必须可靠， 射孔的炮弹能达到规定的穿透能力。 尾管射孔完井是在钻头钻至油层项界后，下技术套管注水泥固井，然后用小一级的 钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上( 完井尾管和技术套 管宜重合1 0 0 m 左右) ，再对尾管注水泥固井，然后射孔。 从产层部位的套管结构及孔眼打开的方法来讲，尾管射孔完井与套管射孔完井方法 完全相同。不同点是管子顶部只延伸到生产套管内一部分，称之为超覆长度。最终井径 或管子尺寸比生产套管小一级。尾管射孔完井后，尾管是否需要回接到地面主要取决于 套管的抗压强度。 尾管射孔完井由于在钻开油层之前上部地层已被技术套管封固，因此可采用与油层 相配伍的钻井液以平衡压力、低平衡压力的方法钻开油层，有利于保护油层。此外，这 种完井方式可以减少套管重量和油井水泥的重量，从而降低完井成本，目前较深的油、 气井大多采用此方法完井。 2 2 1 射孔完井的优点 ( 1 ) 最有效的层段分隔，可以完全避免层段之间的窜通和干扰，如生产中可以选 择性的射开不同压力、不同物性的油层，也可以避免夹层水、底水和气项； ( 2 ) 可以进行有效的生产控制、生产检测和包括水力压裂在内的任何选择性增产 增注作业； ( 3 ) 在生产井段能选择性的进行修井作业； ( 4 ) 适合于多类型油藏完井。 2 2 2 射孔完井的缺点 ( 1 ) 相对较高的完井成本； ( 2 ) 储层受水泥浆的损害； ( 3 ) 水平井的固井质量目前尚难保证； ( 4 ) 要求较高的射孔操作技术。 1 0 中国石油大学( 华东) 硕+ 学位论文 2 2 3 射子l 完井适用的地层条件 ( 1 ) 有气顶、或有底水、或有含水夹层、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 ) 砂岩储层、碳酸盐岩裂缝性储层。 2 3 管外封隔器( e c p ) 完井方式 这种完井方式是把串接若干个e c p 的割缝衬管，按割缝衬管完井工序下入到井眼 中，然后挤水泥将第一个e c p 以上的环空封隔。此完井方式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，这对于注水开发的油田尤为重要。可分为套 管外封隔器及割缝衬管完井和套管外封隔器及滑套完井两种形式，如图2 4 和图2 5 所示。 一 ! _ i 龇豁 髟韬外 酝l 嚣，张1 8 。f 熏 鞍茹”长”k i j t 、j ： l ：抵瓤二：一j ；t 。| 0 - 夕：、。：i ：一i j ，? 必：；j ：一j - ，；。：。二 ；j 遵疼童季藏羔面霍蜘塞! 。： t o j 油0 0 ：j j j 。7 o 0 ：曩：j 。：o 一 图2 - 4 套管外封隔器及割缝衬管完井示意图 f i g2 - 4 s c h e m a t i cd r a w i n go fe x t e r n a lc a s i n gp a c k e ra n ds i o t t e dl i n e rc o m p i e t i o n o 图2 5 套管外封隔器及滑套完井示意图 f 追2 5 s c h e m a t i cd n w i n go fe x t e m a lc a s i n gp a c k e ra n ds u d i n gs l e e v ec o m p l e t i o n 第二章水甲) 1 ：常用完) 方式的特点及应用 2 3 1 管外封隔器( e c p ) 完井方式的优点 ( 1 ) 相对中等程度的完井成本； ( 2 ) 储层不受水泥浆的污染和损害； ( 3 ) 依靠管外封隔器实施层段分隔，可在一定程度上避免层段之间的窜通和干扰； ( 4 ) 可以进行生产控制、生产检测和选择性的增产增注作业。 2 3 2 管外封隔器( e c p ) 完井方式的缺点 管外封隔器分隔层段的有效程度，取决于水平井眼的规则程度、封隔器的坐封和密 封件的耐压、耐温等因素。 2 3 3 管外封隔器( e c p ) 完井方式适用的地层条件 ( 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。 2 4 砾石充填完井方式 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法。它是先将绕丝筛管 下入井内油层部位，然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或 绕丝筛管与套管之间的环形空间内，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、防砂入井之目的【。砾石充填完井有裸眼砾石充填完井、管内砾石充填完 井和砾石预充填完井之分。 2 4 1 裸眼砾石充填完井方式 裸眼砾石充填完井的工序是：钻头钻达油层顶界以上之后，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 倍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。 ( 1 ) 裸眼砾石充填完井的优点 储层不受水泥浆的损害； 可以防止疏松储层出砂及井眼坍塌； 特别适宜于热采稠油油藏。 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 ( 2 ) 裸眼砾石充填完井的缺点 不能实施层段的分隔，因而不可避免层段之间的窜通； 无法进行选择性增产增注作业； 无法进行生产控制等。 ( 3 ) 裸眼砾石充填完井适用的地层条件 无气顶、无底水、无含水夹层的储层； 单一厚储层，或压力、物性基本一致的多储层； 不准备实施分隔层段，选择性处理的储层； 岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。 国内外实践表明：在水平井段内，不论是进行裸眼砾石充填或是套管内砾石充填， 其工艺都是复杂的。采用常规的砾石充填工艺，一般充填效果不稳定，目前正处现场试 验阶段。在进行裸眼砾石充填时，有时砾石完全充填到位之前，井眼有可能已经坍塌； 扶正器有可能被埋置在疏松地层中，因而很难保证长筛管居中。裸眼及套管充填时，因 充填液的滤失量大，不仅会造成油层损害，而且在现有泵送设备及充填液性能的条件下， 其充填长度将受到限制。 目前水平井的防砂完井多采用预充填砾石筛管、金属纤维筛管或割缝衬管等方法。 其中预充填砾石绕丝筛管是在地面，预先将符合储层特性的高质量的砾石人工装入具有 内外绕丝筛管的环形空间而制成的防砂管，将此双层筛管下入水平井段，起挡砂屏障作 用。由于不需要进行砾石充填，所以没有充填液对油层的损害。该防砂方法的油井产能 低于砾石充填，防砂有效期不如砾石充填长，因其不能像砾石充填能防止油层砂进入井 筒，只能防止油层砂进入井筒后不再进入油管，但其工艺简单、成本低，在一些不具备 砾石充填的防砂井中，仍是一种有效方法。因而国外仍普遍采用。预充填砾石粒径的选 择及双层绕丝筛管缝隙的选择等，皆与砾石充填相同。外筛管外径与套管内径的差值应 尽量小，一般1o m m 左右为宜，以增加预充填砾石层的厚度，从而提高防砂效果。预充 填砾石层应保证在2 5 m m 左右。内筛管的内径应大于中心管外径2 m m 以上，以便能顺利 组装在中心管上。 裸眼水平井预充填砾石绕丝筛管完井，使用时应加扶正器，以便使筛管在水平段居 中，如图2 6 所示。 1 3 第二章水平井常用完井方式的特点及应用 图2 _ 6 水平井裸眼预充填砾石筛管完井示意图 f i g2 - 6 s c h e m a 6 cd 均w i n go fo p e nh o l ep r e - p a c k e dl i n e rc o m p l e t i o n 2 4 2 套管砾石充填完井 套管砾石充填完井工序是：钻头钻穿油层至设计井深后，下油层套管于油层底部， 注水泥固井，然后对油层部位射孔。要求采用高孔密( 3 0 4 0 孔m ) ，大孔径( 2 0 2 5 4 删n ) 射孔，以增大充填流通面积，有时还把套管外的油层砂冲掉，以便向孔眼外 围油层填入砾石，避免砾石和地层砂混合增大渗流阻力。 套管砾石充填完井和裸眼砾石充填完井的防砂机理是一样的。充填在井底的砂砾层 起着滤砂器的作用，它只允许流体通过，而不允许地层砂砾通过。其防砂的关键是必须 选择与出砂粒粒径匹配的绕丝筛管及油、油层岩石颗粒组成相匹配的砾石尺寸。选择原 则是既要能阻挡油层出砂，又要使砾石充填层具有较高的渗透性能【l 】o ( 1 ) 套管砾石充填完井的优点 可以防止疏松储层出砂及井眼坍塌； 特别适宜于热采稠油油藏； 可以实施选择性的射开层段。 ( 2 ) 套管砾石充填完井的缺点 储层受水泥浆的损害； 必须取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。 ( 3 ) 套管砾石充填完井适用的地层条件 有气顶、底水、含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的 储层； 各分层之间存在压力、岩性差异，因而要求实施选择性处理的储层； 岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 2 5 可膨胀式衬管完井 可膨胀管技术就是将管柱下入井底，以机械或液压的方法，由上到下或由下往上， 通过拉力或压力使管柱发生永久塑性变形，从而达到增大采油管柱或井眼内径的目的。 可膨胀管可应用于钻井、完井及采油、修井等作业全过程，被认为是2 1 世纪石油钻采行 业的核心技术之一，该项技术的几个应用领域在国外均投入到工业实施。 膨胀衬管包括普通的可膨胀式割缝衬管、可膨胀式筛管和其它特殊类型的防砂膨胀 管。特殊类型的膨胀防砂管由膨胀外套、膨胀基管、过滤层等组成。膨胀衬管下入后通 过膨胀锥使其径向膨胀贴紧井壁，减小了筛管与井壁之间的间隙，增大了过流面积，减 小了渗流阻力。膨胀衬管完井与常规衬管相比具有明显的优点，如图2 7 所示。 图2 - 7 膨胀筛管与常规防砂筛管对照图 f i g2 7 p a r a e it a b l eo fe x p a n d a b l eh n e ra n do o n v e n t i o n a ls a n dc o n t i 。o il i n e r 壳牌公司认为可膨胀式衬管完井工具有以下几项优势吲： ( 1 ) 与非膨胀式衬管或筛管比有较大的内径，在生产段高液体流速下可降低压降； ( 2 ) 膨胀后的筛管可作为裸眼的直接支撑，使地层坍塌造成的防砂筛管堵塞尽可 能少： ( 3 ) 带有射孔固体基管的筛管具有较高的抗破坏坍塌值； ( 4 ) 膨胀筛管可减少堵塞，并减少对筛管未堵部分的冲蚀破坏，可提高筛管防砂 效果，延长筛管防砂寿命； ( 5 ) 在适宜的储层和地层条件下，可膨胀式筛管不需要充填砾石。 2 5 1 膨胀管机理 膨胀管包括膨胀割缝管和膨胀实体管，膨胀实体管如图2 8 ( a ) 所示。后来又在膨 15 木| 1j 常川完j l 打的特 廊1 胀* 屿| 管的堆础i ：发展了片 r 防砂的膨胀防砂筛管见图2 8 ( b ) 所不。削缝膨胀