完井及修井设备工.ppt

完井及修井设备工具,第一部分、油气井完井方法,第二部分、油水井作业设备工具简介,第一部分、油气井完井方法,钻井、测井、下套管、固井、完成方法、下油管装井口、诱流。,固井,钻井,下套管,井,油气井,完井,一、井身结构,（1)定义采油目的层以上井段须下入专用套管的层次、深度以及相应的井眼（钻头）尺寸。,1、井身结构,（2)复杂地质条件的井身结构,高压地层（油、气、水）易坍塌地层,一、井身结构,1、加固地表松软地层、流砂层，保证钻井工作顺利进行。2、承担以后几层套管的部分重量。表层套管外的水泥必须返至地面。一般300400m,1、保护井口附近地表层；2、保证钻具正常钻进，及井眼垂直。240m,封固高压气、水层，低压漏失层、易坍塌的层。防喷防漏。下入深度根据复杂层位置而定。,也称生产套管，其作用是保护井壁，形成油气通道，隔绝油、气、水层，达到分层开采、分层测试、分层改造的目的。保证油井的正常生产。,一、井身结构,井身结构图,二、完井概述,1、多年之前，完井工程处于两不管的地位。A、石油院校分钻井、采油两个专业；B、油田上，分钻井、采油两大阵营；C、开发方案上没有完井工程方案（最多几句话）。1）钻井的说，这应该由搞采油的来做；2）采油的说，这应该由搞钻井的来做；共同的理解是：认为完井仅仅是：钻井下套管、固井、射孔。这是简单理解。因为当时的完井方法简单和单调，主要以射孔为主。,2、完井的定义：完井，顾名思义，指的就是油气井的完成(WellCompletion)。科学地讲是根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式。,二、完井概述,3、完井工程的定义:完井的过程就是完井工程，包括完井前的设计、完井方法、完井工艺和完井投产。是衔接钻井工程和采油（气）工程而又相对独立的一门技术工程。具体地讲，是从钻开油（气）层开始，到完井方法优选、完井作业、下生产管柱、排液，直至投产的一项系统工程。其中:完井方法不一样,具体的完井作业也不一样，完井工艺也就千差万别。,二、完井概述,4、海上油气田完井是海上油气田开发中的一个重要环节，它是衔接海上钻井、工程和采油采气工艺，而又相对独立的系统工程。它涉及油藏、钻井、海洋工程、采油采气等诸多专业，涵盖上述各个专业的有关内容。作为油气井投产前的最后一道工序，完井工作的优劣直接影响到海上油气田开发的经济效益。,二、完井概述,钻开油气层,确定完井方式,安装井口及井底装置,试油,5完井的过程,二、完井概述,6、完井方法优选决定油气通过什么渠道（连通方式）流入井筒的问题。7、井筒尺寸大小（生产套管尺寸）合理设计决定用多大的井筒来生产的问题。显然，连通方式不一样、井筒大小不一样，成本也不一样，产出效果和整体经济效益也不一样。,二、完井概述,三、合理的完井方法应该满足的要求,1、油、气层和井筒之间应保持最佳的连通条件，油、气层所受的损害最小；2、油、气层和井筒之间应具有尽可能大的渗流面积,，油、气入井的阻力最小；3、应能有效地封隔油、气、水层，防止气窜或水窜,，防止层间的相互干扰；4、应能有效地控制油层出砂，防止井壁垮塌，确保油井长期生产；,5、应具备进行分层注水、注气、分层压裂、酸化等分层处理措施，便于人工举升和井下作业等条件；6、对于稠油油藏，则稠油开采能达到热采（主要蒸汽吞吐和蒸汽驱）的要求；7、油田开发后期具备侧钻定向井及水平井的条件8、施工工艺尽可能简便，成本尽可能低。,三、合理的完井方法应该满足的要求,（一）、常用完井方法,1、裸眼完井法2、割缝衬管完井法3、砾石充填完井方式4、射孔完井法5、联作完井法,三、油气井完井方法,1、裸眼完井方式,裸眼完井方式分为,先期裸眼完井,复合型完井方式,后期裸眼完井,（一）、常用完井方法,1、裸眼完井方式先期裸眼完井方式,先期裸眼完井方式是钻头钻至油气层顶界附近后，下套管注水泥固井。水泥浆上返至预定的设计高度后，再从套管中下入直径较小的钻头，钻开油气层至设计井深完井,（一）、常用完井方法,1、裸眼完井方式后期裸眼完井方式,不更换钻头，直至钻穿油气层至设计井深，然后下套管至油气层顶界附近，注水泥固井。,（一）、常用完井方法,1、裸眼完井方式复合型完井方式,有的厚油气层适合于裸眼完成，但上部有气顶或顶界附近又有水层时，可以将生产套管下过油气界面，使其封隔油气的上部，然后裸眼完井，必要时再射开其中的含油段，称之为复合型完井方式。,（一）、常用完井方法,裸眼完井方式适用地质条件,1）、岩性坚硬致密，井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩储层2）、无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层,3）、单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层4）、不准备实施分隔层段，选择性处理的储层,（一）、常用完井方法,裸眼完井优点,油气层完全裸露，油气层具有最大的渗流面积，产能较高，完善程度高。,裸眼完井缺点,不能克服井壁坍塌和油气层出砂对油井生产的影响不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰,无法进行选择性酸化或压裂,（一）、常用完井方法,2、割缝衬管完井方式改进前,用同尺寸钻头钻穿油气层后，套管柱下端连接衬管下入油气层部位，通过套管外封隔器和注水泥接头固井封隔油气层顶界以上的环形空间,（一）、常用完井方法,2、割缝衬管完井方式改进后,钻头钻至油气层顶界后，先下套管注水泥固井，再从套管中下入直径小一级的钻头钻穿油气层至设计井深，最后在油气层部位下入预选的割缝衬管，依靠衬管顶部的衬管悬挂器，将衬管挂在套管上，并密封衬管和套管之间的环形空间，使油气通过衬管的割缝流入井筒。,（一）、常用完井方法,油气层不会遭受固井水泥浆的损害；可以采用与油气层相配伍的钻井液或其他保护油气层的钻井技术钻开油气层；当割缝衬管发生磨损或失效时也可以起出修理或更换。,割缝衬管完井优点:,（一）、常用完井方法,割缝衬管完井适用地质条件,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,（一）、常用完井方法,3、砾石充填完井方式,（一）、常用完井方法,钻开产层之前下套管固井，钻开产层并在产层段扩眼，下筛管，井眼与筛管间环空充填砾石。砾石和筛管对地层的出砂起阻挡作用。,3.1裸眼砾石充填完井,（一）、常用完井方法,裸眼砾石充填完井适用地质条件,1）、无气顶、无底水、无含水夹层的储层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）、岩性疏松且出砂严重的中、粗、细砂粒储层,（一）、常用完井方法,3.2套管砾石充填完井,在套管射孔完井的出砂井段下筛管，筛管和油层套管之间环空中充填砾石。砾石直径：68倍砂粒中径砾层厚度：8倍砾石直径裸眼砾石充填砾层厚30mm套管砾石充填砾层厚15mm,（一）、常用完井方法,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层岩性疏松且出砂严重的中、粗、细砂粒储层,套管内砾石充填完井适用地质条件,（一）、常用完井方法,4、射孔完井方法射孔完井是国内外使用最为广泛的一种完井方法，在直井、定向井、水平井中都可采用。射孔完井包括套管射孔完井和尾管射孔完井。在射孔完井的油气井中，射孔孔眼是沟通产层和井筒的唯一通道。射孔过程一方面是为油气流建立若干沟通油气层和井筒的流动通道，另一方面又对油气层造成一定的损害。,（一）、常用完井方法,（一）、常用完井方法,射孔动画,射孔完井多数油藏都能适用，占90%。分为单管射孔完井、多管射孔完井、尾管射孔完井、封隔器射孔完井等。孔密：1020孔/m，最多36孔/m孔径：一般1016mm，最大25mm孔深：0.83.0m相位：7201800螺旋分布,（一）、常用完井方法,4.1、射孔完井方式套管射孔完井,套管射孔完井是钻穿油气层直至设计井深，然后下生产套管至油气层底部注水泥固井，最后射孔。射孔弹射穿油气层套管，水泥环并穿透油气层至某一深度，建立起油流的通道,（一）、常用完井方法,可选择性的射开不同压力，不同物性的油气层，以避免层间干扰可避开夹层水，底水和气顶，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,套管射孔完井优点,缺点：出油面积小，完善程度差对井深和射孔深度要求严格对固井质量要求高，水泥浆可能损害油气层,（一）、常用完井方法,4.2、射孔完井方式尾管射孔完井,尾管射孔完井是在钻头钻至油气层顶界后，下套管注水泥固井，然后用小一级的钻头钻穿油气层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在套管上，再对尾管注水泥固井，然后射孔,（一）、常用完井方法,可以采用与油气层相配伍的钻井液，以平衡压力，欠平衡压力的方法打开油气层，有利于保护油气层；可以减少套管重量和固井水泥的用量，从而降低完井成本,尾管射孔完井优点,（一）、常用完井方法,射孔完井方式适用地质条件：,（1）有气顶或有底水、或有含水夹层、易坍塌夹层等复杂地质条件，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，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、碳酸盐裂缝性储层,（一）、常用完井方法,主要完成射孔和排液工序。1）管柱结构控制头+油管+校深短节+油管4根+水力泵+托砂皮碗+投捞式压力计及球座装置+卡瓦式封隔器+筛管+减震器+油管4-6根+点火头+射孔枪（+泄压装置）。,1、“TCP+JET”联作工艺技术,油层,筛管,减震器,人工井底,托砂皮碗,定位短节,水力泵,点火头,封隔器,枪身,投捞式压力计及球座装置,2联作施工程序,投泵芯水力泵排液,井筒准备,测试求产,射孔,结束测试,洗压井起出联作管柱,自喷求产,测液面、洗井求产,关井测压力恢复,喷,不喷,测井校深后，座封调整管柱并完成射孔枪，座好采油树，投棒点火射孔。,通井、刮削后汽化水负压,将联作管柱下至预定位置,工具入井,水力泵排,酸化施工,洗出泵芯酸化施工,3）管柱功能及特点投捞式压力计及球座装置是射孔结束后从井口投入的，具有单向流动和自动关井作用，在洗井或排液过程中阻止井筒液体进入地层，在一定程度上对油气层起到了保护作用；当排液或测压结束后可以用试井钢丝捞出也可以用水力泵芯捞出，然后进行酸化施工作业。酸后排液时可以再次投入。,油层,筛管,减震器,人工井底,托砂皮碗,定位短节,水力泵,点火头,封隔器,枪身,投捞式压力计及球座装置,3）管柱功能及特点本套管柱结构简单，成本低，点火方式为投棒方式（但也可以设计为环空加压方式）。在下枪前先负压实现负压射孔。射孔求产后可以利用这套管柱进行酸化或酸压施工，然后立即进行排液，即这套管柱可以实现“射孔-测液面恢复求产-排液-测压-酸化-再排液排液”等多个工序施工。,油层,筛管,减震器,人工井底,托砂皮碗,定位短节,水力泵,点火头,封隔器,枪身,投捞式压力计及球座装置,（二）特殊工艺井完井方法,油藏类型多：高压、高渗低压、低渗稠油、裂缝，断块底水油藏和注水开发油藏等。已开发老油田中，死油区，厚油层未全部动用。发展了水平井、侧钻井、大位移井（Extendedreachwell）、侧钻水平井、小井眼井、重钻井（Reentrywell）、自动旋转导向钻井（AutoRotarysteeralledrillingsystem）和多分枝井（Muti-branchwell）等。,三、油气井完井方法,（二）特殊工艺井完井方法,（二）特殊工艺井完井方法,1、多分枝井完井方法多分枝井国际上按难度和功能分为6级，完井方法各不相同。2、水平井完井敞开和封闭两大类八种：裸眼、筛管或衬管、筛管或衬管带封隔器、衬管或套管固井完井等。3、大位移井(Extended-reachwell)完井方法大位移井是指井的水平位移与垂深之比等于或大于2的定向井。大位移井具有很长斜度稳斜段，大斜度稳斜角大于60。4、海洋特殊完井,（二）、特殊工艺井完井方法,1、多分支井完井技术,（二）、特殊工艺井完井方法,多分支井的定义,国外在20世纪90年代后期大力发展多分支井，被认为是21世纪石油工业领域的重大技术之一。所谓多（底）分支井，是指在一口主井眼的底部钻出2口或多口进入油气藏的分支井眼（二级井眼），甚至再从二级井眼中钻出三级子井眼。主井眼可以是直井，定向斜井、水平井。分支井眼可以是定向斜井，水平井或波浪式分支井眼。,（二）、特殊工艺井完井方法,多分支井的优越性,多分支井和原井再钻能够大幅度地提高油气井的效益、降低吨油开采成本、提高单井产量、实现少井高产。也有利于提高最终采收率。其主要优越性如下：1多分支井的一个显著特点是享有共同的井口和上部井段，因而可以缩短钻井时间，降低钻井成本。2可以有效的开采多产层油藏，提高油气产量。3最大限度的减轻井场准备、修复以及通往井场道路修筑的作业量，节省井台，降低成本。,（二）、特殊工艺井完井方法,4以多翼中等长度的分支井代替单口水平段较长的水平井，增加泄油面积和裂缝油藏暴露，另一方面可以降低井底流动压力，减少地层损害，提高产量和采收率。5可以在一口主井眼中实施提高采收率的计划（如蒸气辅助重力驱油），可以一翼分支井作为注入井，而将另一翼分支井作为生产井。6.可以降低单位井眼长度（与产层接触井段）的钻井成本。7.减少开发某一油藏的井数，从而减轻对环境敏感地区的影响。,多分支井的优越性,（二）、特殊工艺井完井方法,多底井完井技术概况：TAML分级,在英国壳牌EricDiggins“技术进步多底井TAML”的论坛1997年春天在苏格兰的阿伯丁举行。,1）、一级完井特点：侧向穿越长度产量控制是受限的。完井作业不对各产层分隔，也不能对层间压差进行任何处理。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,2）、二级完井二级完井是主井眼下套管注水泥固井，分支井裸眼或只下筛管不注水泥。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,2）、二级完井特点：主一分井筒连接处保持裸眼或者可能的话在分支井段使用“脱离式”筛管（“drop-off”liner），即只将筛管（衬管）放入分支井段中而不与主井筒套管进行机械连接，也不注水泥。与一级完井相比，可提高主井筒的畅通性并改善分支井段的重返潜力。二级完井通常要用磨铣工具在套管内开窗，也可使用预磨铣窗口的套管短节Anadrill公司有为二级完井的快速钻穿窗口技术。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,3）、三级完井三级完井是主井眼和分支井眼下套管，主井眼注水泥固井，分支井不注水泥。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,3）、三级完井特点：三级分支井技术提供了连通性和可及性。分支井衬管通过悬挂器或者其它锁定系统固定在主井眼上，但不注水泥。主一分井筒连接处没有水力整体性或压力密封，但有主一分井筒的可及性。三级完井可用快速连接系统（Rapidconnect）为分支井和主井眼提供机械连接，为不稳定地层提供强度连接。三级完井还可用预钻的衬管或割缝衬管，是预制的不是砾石充填的滤砂管。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,4）、四级完井四级完井是主井眼和分支井眼都在连接处下套管注水泥固井。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,4）、四级完井特点：这就提供了机械支撑连接，但没有水力的整体性，意思是液体水力是隔离的。事实上分支井的衬管是由水泥固结在主套管上的。侧钻作业尽管使用了套管预铣窗口装置，但仍然取决于造斜器辅助的套管窗口磨铣作业。分支井衬管和主套管的接口界面没有压力密封，但是主井眼和分支井都可以全井起下进入。这种级别的多底井技术虽然复杂和风险高且仍处于发展阶段，但是在全世界范围内的多底井完井中已获成功。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,5）、五级完井五级完井具有三级和四级分支井连接技术的特点，还增加了可在分支井衬管和主管连接处提供压力密封的完工井装置。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,5）、五级完井特点：主井眼全部下套管且连接处是水力隔离。从主井眼和分支井眼都可以进行侧钻。可以通过在主套管井眼中使用辅助封隔器、套管和其它完井装置来对分支井和生产油管进行跨式连接（Straddle）以实现水力隔离。五级完井的分支井具有水力隔离、连通性和可及性特点。多底井技术的最难点是高压下的水力隔离和水力整体性。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,6）、六级完井六级完井连接处压力整体性连接部压力与井筒压力一致，是一个整体性压力，可通过下套管取得，而不依靠井下完井工具。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,6）、六级完井特点：六级完井系统在分支井和主井筒套管的连接外具有一个整体式压力密封。耐压密封的连接部是为了获得整体密封特征呈金属整体成型或可成型而设计。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,7）、六S级完井六S级完井系统在导管中（Downholesplitter）或者在技术套管中（Deepsetsplitter）有一个井下分流头，从分流头可以钻两口井并完井。,（二）、特殊工艺井完井方法-分支井完井类型,国外实例德克萨斯州奥斯汀白垩岩钻双分支井,概况：奥斯汀白垩岩走向带是裂缝性碳酸盐岩，陆上水平钻井始于1990.7，至1993.3止已钻成41口水平井。*Pearsall油田白垩岩水平井3口；*Giddings油田白垩岩水平井19口；*Giddings油田裂缝性碳酸盐岩水平井8口；*NewHope油田砂岩水平井2口；*Brookeland油田白垩岩两分支井8口；*Brookeland油田白垩岩单分支井1口；,多底分支井国外应用实例,2、水平井完井敞开和封闭两大类八种：裸眼、筛管或衬管、筛管或衬管带封隔器、衬管或套管固井完井等。,（二）特殊工艺井完井方法,（二）特殊工艺井完井方法,2.1水平井裸眼完井技术套管下至预计水平段顶部，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。主要用于碳酸盐岩等坚硬不坍塌地层，特别是有一些垂直裂缝的地层。,（二）特殊工艺井完井方法,裸眼完井,2.2水平井割缝衬管完井,割缝衬管悬挂在技术套管上，靠悬挂封隔器封隔管外环形空间，扶正器保证割缝衬管居中。有助于裸眼完井防塌，方法简单。,（二）特殊工艺井完井方法,2.3水平井管外封隔器完井,管外封隔器层间封隔，按层作业。可管外封隔器与割缝衬管完井，也可管外封隔器与滑套完井。,（二）特殊工艺井完井方法,2.4水平井射孔完井,技术套管下过直井段，注水泥封固；水平段下尾管，注水泥封固，尾管靠悬挂器挂技术套管内，然后尾管水平段射孔。可分层酸化、压裂及分层注水，稀油、稠油均可使用。,（二）特殊工艺井完井方法,2.5水平井砾石充填完井水平井防砂多采用预充填砾石筛管、金属纤维完井。裸眼水平井预充填绕丝筛管完井，结构同直井，使用时要加扶正器；套管射孔水平井预充填砾石绕丝筛管完井。,（二）特殊工艺井完井方法,水平井裸眼预充填砾石筛管完井示意图,2.5水平井砾石充填完井,（二）特殊工艺井完井方法,水平井套管内预充填砾石筛管完井示意图,2.5水平井砾石充填完井,（二）特殊工艺井完井方法,3、大位移井(Extended-reachwell)完井方法大位移井是指井的水平位移与垂深之比等于或大于2的定