固井完井与试油

固井完井与试油第一页，共五十四页，2022年，8月28日1第一节固井

定义：在已钻成的井眼内按设计要求下入套管柱，并在套管柱与井壁形成的环形空间注入水泥浆使之固结在一起的工艺过程。固井包括：下套管和注水泥第二页，共五十四页，2022年，8月28日2一、固井目的安装井口装置巩固疏松井段，隔离复杂地层避免压漏地层封隔高压层，使油气水互不串通为油气生产建立长期的通道封闭暂不开采的油气层。油层气层套管柱水泥环第三页，共五十四页，2022年，8月28日3二、井身结构井身结构内容套管的层次每层套管的尺寸和深度相应井段的井径水泥返高1.概念：一口井开钻前根据该井的钻探目的，本地区地质条件及钻井工艺技术水平所确定的套管层次、各层套管尺寸和下深、每层套管相应的钻头尺寸和管外水泥返高。第四页，共五十四页，2022年，8月28日4井身结构示意图保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的洗井液体冲垮.巩固上部比较疏松易塌的不稳定岩层；安装防喷器等井口设备，控制钻开高压层时可能发生的井喷现象.封隔某些难以控制的复杂地层，以便能顺利地钻达预定的生产目的层封隔油、气、水层，保证油井的正常生产.技术套管Intermediatecasing表层套管Surfacecasing导管Conductor生产套管Productioncasing第五页，共五十四页，2022年，8月28日5三、下套管将设计好的套管及附件组成的套管柱下入到已钻出的井眼内的工艺叫下套管。分为四个方面：套管规范选择套管柱设计套管柱下部结构设计下套管作业第六页，共五十四页，2022年，8月28日6套管是用无缝钢管制成，长约10米/根，两头有螺纹。套管规范：①直径、②壁厚、③钢级、④螺纹1.套管规范套管实物第七页，共五十四页，2022年，8月28日72、套管柱设计套管柱设计主要指强度设计，强度设计以受力环境和受力状态为基础。强度设计抗拉强度:（丝扣是薄弱处）抗挤强度:承受外挤的能力抗内压强度：套管切向应力达到屈服极限时的内应力外载轴向拉力外挤力内压力第八页，共五十四页，2022年，8月28日83、套管柱下部结构套管附件引鞋套管鞋旋流短节回压凡尔承托环扶正器水泥伞要把设计好的同壁厚、不同钢级的套管柱顺利、安全下入预定深度，以及为了提高固井质量，必须在套管柱下部安装一些附加装置，这些装置统称下部结构，也称为套管附件。第九页，共五十四页，2022年，8月28日9引鞋套管鞋旋流短节回压凡尔承托环扶正器水泥伞第十页，共五十四页，2022年，8月28日10在地面用专门设备将水泥浆（水泥和水的混合物）注入井壁与套管柱形成的环空中，使套管柱与地层岩石固结的作业过程。注水泥特点：注水泥作业是一次性工程，时间短（1～2h）、费用高（约占全井费用10%）、工序多，质量不好一般难以补救，所以在现场，把注水泥作业称为一锤子买卖。可以说注水泥在整个油气井建井过程中的地位是举足经重的。注水泥作业一般由专业服务公司来完成。注水泥技术所涉及内容1.选择水泥2.设计水泥浆性能3.注水泥工艺设计四、注水泥技术第十一页，共五十四页，2022年，8月28日111．油井水泥选择油井水泥是波特兰水泥（也即硅酸盐水泥）的一种，它是将石灰与粘土矿物或其它含氧化硅、氧化铝及氧化铁的物质均匀混合，在一定温度下锻烧，然后磨粉制得的产品。油井水泥主要成分水泥中各种成分的含量对水泥的性能具有较大影响，所以可以通过调节水泥中各种成分的比例来得到不同类型的水泥。油井水泥的类型，按API标准，根据其性能和适用井深可以分为A\B\C\D\E\F\G\H共八种级别。随级别的增加，所适用的井深范围越深。水泥的选择主要是根据井深温度及地层特性来确定，现场最为常用的水泥是G级。硅酸三钙3CaO·SiO2(比例：40%～65%)；硅酸二钙2CaO·SiO2(24%～30%)；铝酸三钙3CaO·Al2O3(3%～15%)；铁铝酸四钙4CaO2·Al2O3·Fe2O3(8%～12%)。第十二页，共五十四页，2022年，8月28日122.水泥浆性能设计为了满足现场施工和固井质量要求，需要对水泥浆的性能进行设计，水泥浆性能设计内容包括：密度、流变性、稠化时间、凝固时间、失水、游离液、强度和抗腐蚀性能等。（1）密度。先定义一个概念：水灰比：(watercementratio)水与干水泥的重量比。水泥浆是由干水泥、配浆水、外加剂和外掺料组成。密度取决于配浆水和外掺料的用量，一般根据钻井液密度和地层破裂压力来设计水泥浆密度。第十三页，共五十四页，2022年，8月28日13（2）稠化时间稠化时间是指水泥浆在流动过程中丧失流动的时间，即指水泥浆从配制开始到其稠度达到规定值所用的时间。稠度用来表征水泥浆的流动特性，单位是Bc。稠度随时间的变化曲线叫稠化曲线，如下图表示。第十四页，共五十四页，2022年，8月28日14(3)凝结时间

水泥浆从液态向固态转变的时间。分为初凝时间和终凝时间。初凝为水泥浆丧失流动开始的时间，而终凝是水泥浆完全失去塑性，并开始具有一定强度的时间。(4)失水失水是指压差作用下从水泥浆中析出的自由水。水泥浆失水量一般用API标准测量方法测得(6.9MPa压差，30min）。失水量与浆体质量和固井质量密切相关，不同类型的注水泥作业，对失水量要求不同。如常规直井套管注水泥API失水为100～200ml,而水平井、尾管注水泥，API失水要求小于50ml。(5)强度

表示水泥石强度的主要指标是抗压、抗拉和胶结强度，其中胶结强度又分为水力胶结强度和剪切胶结强度，水力胶结强度指的是第一、第二界面的抗渗透能力的大小；而剪切强度则指界面抗滑脱的剪切应力。胶结强度主要用来衡量水泥浆的防窜性能。第十五页，共五十四页，2022年，8月28日153注水泥工艺注水泥工艺方法一般分为常规注水泥和非常规注水泥，常规注水泥包括一次注水泥、分级注水泥、尾管注水泥；非常规注水泥如外管注水泥、反循环注水泥等。例：常规注水泥作业过程第十六页，共五十四页，2022年，8月28日16

a、循环钻井液b、注隔离液和水泥浆c、压塞d、替浆e、碰压第十七页，共五十四页，2022年，8月28日17第二节油气井完成油气井完成钻开油气层确定完井方法安装井底及井口装置油井完成是钻井工作的最后一个环节。第十八页，共五十四页，2022年，8月28日18一、钻开油气层油气层的两个突出特点：①储集有一定压力的油气水；②地层孔隙和裂缝比较发育，具有较好的原始渗透率。对钻开储集层的技术要求：①保护油气层，防止钻井液污染；②控制油气层，防止不必要的井喷，安全钻开储集层。第十九页，共五十四页，2022年，8月28日19钻开后储集层洗井液对油气层的伤害泥侵：钻井液中固相物质侵入储层的现象。水侵：钻井液中的自由水侵入储层的现象。(1)泥侵对油气层的损害泥侵机理：泥饼形成以前，固相颗粒进入孔隙通道，堵塞孔隙通道或减小孔隙通道的有效直径。影响因素：

压差的大小：压差↑→泥侵↑

生产层的性质：油层渗透率K↑→泥侵↑外泥饼内泥饼稠泥浆沉淀的固体颗粒

泥侵洗井液固相含量：固相含量越多，颗粒越细→堵塞越严重。第二十页，共五十四页，2022年，8月28日20（2）水侵对油气层的损害水侵机理：油气层中泥质成分吸水膨胀，使油气流通道截面积减小；泥浆滤液与地层中可溶性盐类反应产生化学沉淀堵塞孔隙通道；破坏油气流的连续性，产生水锁效应。水锁效应示意图影响因素：

压差的大小：压差↑→水侵↑

生产层的性质：油层渗透率K↑→水侵↑

失水量的大小：失水量↑→水侵↑第二十一页，共五十四页，2022年，8月28日21保护油气层的措施采用合理的钻井液体系：

-配伍性；

-提高矿化度；

-采用无固相或低固相完井液；

-在完井液中加入桥堵剂；

-使用表面活性剂处理采用合理的钻井液密度：

-使用平衡压力或近平衡压力钻井技术采用合理的井身结构和完井方法其他生产环节中的防止污染。第二十二页，共五十四页，2022年，8月28日22完井方式：油层与井筒的连通方式完井方式要求：(1)保持最佳的连通条件，油层所受的损害最小；(2)应具有尽可能大的渗流面积，入井的阻力最小；(3)有效地封隔油、气、水层，防止窜槽及层间干扰；(4)有效防止油层出砂和井壁坍塌，确保油井长期生产；(5)应具备便于人工举升和井下作业等条件；(6)施工工艺简便，成本低。二、完井方式第二十三页，共五十四页，2022年，8月28日23完井方式分类：套管或尾管射孔完井割缝衬管完井裸眼完井裸眼或套管内砾石充填完井滤砂管完井化学固砂完井第二十四页，共五十四页，2022年，8月28日24(一)裸眼完井方式先期裸眼完井方式复合型完井方式后期裸眼完井方式第二十五页，共五十四页，2022年，8月28日25优点：油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高，完善程度高。缺点：不能克服井壁坍塌和油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等。裸眼完井方式的主要特点：第二十六页，共五十四页，2022年，8月28日26(二)射孔完井方式套管射孔完井方式优点可选择性地射开油层，避免层间干扰；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。缺点出油面积小、完善程度较差，对井深和射孔深度要求严格，固井质量要求高，水泥浆可能损害油气层。尾管射孔完井方式特点有利于保护油层，可以减少套管重量和固井水泥的用量，从而降低完井成本。第二十七页，共五十四页，2022年，8月28日27(三)割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式改进后的割缝衬管完井方式第二十八页，共五十四页，2022年，8月28日28割缝衬管防砂机理允许一定大小的、能被原油携带到地面的细小砂粒通过，而把较大的砂粒阻挡在衬管外面，大砂粒在衬管外形成砂桥，达到防砂目的。衬管外自然分选形成“砂桥”示意图1-油层；2-砂桥；3-缝眼；4-井筒

第二十九页，共五十四页，2022年，8月28日29缝眼形状：剖面呈梯形，衬管内表面为梯形大的底边。缝口宽度：梯形小底边的宽度不大于砂粒直径的两倍。e≤2D10割缝缝眼形状第三十页，共五十四页，2022年，8月28日30绕丝筛管剖面

第三十一页，共五十四页，2022年，8月28日31(四)砾石充填完井方式直接充填先将绕丝筛管或衬管下入油层部位，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，形成砾石充填层，阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井的目的。预制充填在地面预先将符合油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，将筛管下入井内，对准出砂层位进行防砂。第三十二页，共五十四页，2022年，8月28日32裸眼砾石充填套管内砾石充填第三十三页，共五十四页，2022年，8月28日33（五）防滤砂管完井防砂原理：采用不同介质作滤砂材料，只让油通过，而将砂挡在滤砂管外。防滤砂管种类：预充填绕丝筛管、金属纤维、陶瓷、多孔冶金粉末、金属烧结模滤管等。特点：（1）在油井出砂不严重、产液量不高的裸眼或套管完井中使用；（2）油井产能低于砾石充填、有效期不如砾石充填长，不能像砾石充填那样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；（3）工艺简单、成本低。第三十四页，共五十四页，2022年，8月28日34（六）化学固砂完井化学固砂是以各种材料（水泥浆、酚醛树脂等）为胶结剂，以轻质油为增孔剂，以各种硬质颗粒（石英砂、核桃壳等）为支撑剂，按一定比例拌合均匀后，挤入套管外堆积于出砂层位，靠油层温度凝固后形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，防止油层出砂。或者不加支撑剂，直接将胶结剂挤入套管外出砂层中将疏松砂岩胶结牢固亦可。渗透性可凝固材料：胶结剂+增孔剂+支撑剂水泥酚醛树脂石英砂核桃壳轻质油第三十五页，共五十四页，2022年，8月28日35（七）水平井完井（1）裸眼完井（2）割缝衬管完井（3）带管外封隔器的割缝衬管完井（4）射孔完井（5）砾石充填完井第三十六页，共五十四页，2022年，8月28日36二、完井方式选择第三十七页，共五十四页，2022年，8月28日37第三节射孔方案设计一、射孔参数设计主要考虑的问题：参数组合的产能比、套管损害情况和孔眼的力学稳定性1.资料准备①收集射孔枪、弹的基本数据②进行射孔弹穿深、孔径校正③计算钻井损害参数第三十八页，共五十四页，2022年，8月28日382.射孔参数优选过程①建立各种储层和产层流体条件下射孔完井产能关系数学模型,获得各种条件下射孔产能比定量关系；②收集本地区、邻井和设计井有关资料和数据，用以修正模型和优化设计；③调配射孔枪、弹型号和性能测试数据；④校正各种弹的井下穿深和孔径；⑤计算各种弹的压实损害系数；⑥计算设计井的钻井损害参数；⑦计算和比较各种可能参数配合下的产能比、产量、表皮系数和套管抗挤毁能力降低系数，优选出最佳的射孔参数配合。第三十九页，共五十四页，2022年，8月28日39射孔参数孔密（DEN）——10~40孔/m孔径（DP）——10~25mm孔深（LP）——200~450mm，最深可达800mm相位角（PHA）——0°，45°，60°，90°，120°，180°

0.7≤Kz/Kr≤1.0，产率从高低顺序：90°120°60°45°180°0°0.3≤Kz/Kr＜0.7，120°相位时产能最高，0°最差

Kz/Kr≤0.2，产率高低依次为：180°120°90°60°45°0°

第四十页，共五十四页，2022年，8月28日40图9-24孔深、孔密与油井产能比关系曲线图9-25相位角和各向异性与油井产能比关系曲线图9-26孔径与油井产能比关系曲线图9-27油井射孔压实程度与产能比关系曲线影响油井射孔产能的因素孔深、孔密、孔径、相位角、伤害程度、伤害深度、压实程度、压实厚度及非均质性等第四十一页，共五十四页，2022年，8月28日41二、射孔工艺设计射孔方式、射孔枪、弹和射孔液选择（一）射孔方式选择电缆输送套管枪射孔油管输送射孔(TCP)油管输送射孔联作电缆输送过油管射孔(TTP)超高压正压射孔高压喷射和喷砂射孔第四十二页，共五十四页，2022年，8月28日42电缆套管枪射孔电缆输送过油管负压射孔油管输送负压射孔第四十三页，共五十四页，2022年，8月28日43射孔液对油层可能造成损害①射孔液固相颗粒损害②射孔液滤失造成损害③射孔液速敏造成损害（二）射孔枪、弹选择有枪身射孔和无枪身射孔（三）射孔液选择①密度可调节②腐蚀性小③高温下性能稳定④无固相⑤低滤失⑥成本低、配制方便射孔液性能要求第四十四页，共五十四页，2022年，8月28日44射孔液体系①无固体清洁盐水射孔液②聚合物射孔液③油基射孔液④酸基射孔液第四十五页，共五十四页，2022年，8月28日45第四节油气层保护一、油气层损害入井流体与储层及其流体不配伍时造成近井地带油层渗透率下降的现象。损害机理①外来流体与储层岩石矿物不配伍造成的损害；②外来流体与储层流体不配伍造成的损害；③毛细现象造成的损害；④固相颗粒堵塞引起的损害。第四十六页，共五十四页，2022年，8月28日46二、储层敏感性指储层对可能造成损害的各种因素的敏感程度储层敏感性评价：通过岩心流动实验，考察油气层岩心与各种外来流体接触后所发生的物理化学作用对岩石性质（主要是对渗透率）的影响及其影响程度。油气层敏感性评价实验速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏——“五敏实验”第四十七页，共五十四页，2022年，8月28日47第五节试油试油：根据地质录井资料和测井资料解释结果、钻井过程中油气显示等资料，利用一套专用的设备和方法，对可能出油的层位的油气水产量、温度、压力及油气水性质进行直接测量，以鉴别和认识油气水层的工作。试油目的：为勘探开发提供依据第四十八页，共五十四页，2022年，8月28日48一、试油的任务及工作内容主要任务：(1)了解储层及流体性质，为附近同一地层的其它探井提供重要的地质资料；(2)查明油、气田的含油面积及油水或气水边界以及驱动类型，为初步计算油气工业储量提供必要的资料；(3)了解储层产油气能力和验证测井资料解释的可靠程度；(4)整理和分析试油资料结果，确定油井合理工作制度，为制定油田开发方案时确定单井生产能力提供依据。主要工作：诱导油流和测试第四十九页，共五十四页，2022年，8月28日49完井后通常井内充满泥浆(或其它液体)，所以进入试油阶段的第一步就是要设法降低井底压力，使井底压力低于油藏压力，让油气流入井内，这一工作称为诱导油流。诱导油流的工作目的是为了清除井底砂粒和泥浆等污物，降低井底及其周围地层对油流的阻力。降低井底压力的方法，通过降低井内液柱高度或井内液体相对密度来实现。

二、诱导油流方法第五十页，共五十四页，2022年，8月28日50诱导油流方法应遵循的基本原则：

①

把井底和井底周围地层的脏物排出，使油层孔隙畅道，以