水平井完井方式的选择

水平井完井方式的选择

目前，国内外常见的水平井方法主要有五种：裸眼井、切缝衬管井、通过管道外围环的切缝销管井、固井射孔固井、防砂含井石井。每一种完井方式都有自身的优点和缺点,在选择完井方式时要。1带管外封隔器的割缝衬管完井其中裸眼完井适用于碳酸岩及其它不易坍塌的地层,特别是一些垂直裂缝地层。工艺简单,钻水平井费用较低,但容易引起气、水串流,修井困难,无法进行油层改造,单纯的裸眼完井使用较少,一般采用裸眼砾石充填防砂完井,这种完井方式可以有效的防止油井出砂和一定的防止井眼坍塌的能力。在国外得到广泛应用,在国内由于其工艺复杂用的很少。割缝衬管完井适用于有气顶、无底水、疏松砂岩地层,这种完井方式成本相对较低,且储层不受水泥浆的损害,可防止井眼坍塌,但不能进行选择行增产增注作业,无法进行生产控制。带管外封隔器的割缝衬管完井,弥补了单纯的割缝衬管完井的一些缺陷,如可以进行选择行增产增注作业及生产控制,依靠管外分隔器实施层段分隔,可以在一定程度上避免层段之间的串通。固井射孔完井可以进行最有效的层段分离,完全避免层段之间的串通,可以进行有效的生产控制、生产检测和选择性增产增注作业,但完井成本较高、储层容易受水泥浆的损害、固井质量难保证、要求较高的射孔操作技术。砾石充填防砂分为裸眼砾石充填防砂和套管内砾石充填防砂两种。裸眼砾石充填防砂虽然这种方法比较经济,但由于受井壁稳定性、筛管居中性、充填液的漏失等因素的影响,实施难度大,风险高。套管内砾石充填防砂该技术关键是砾石的携带以及保证砾石在水平段不提前滞留形成砂桥或砂丘,进而保证水平段上侧充填密实。水平井砾石充填防砂技术与常规的悬挂滤砂管防砂技术相比具有防砂效果好、工作寿命长等优点,国外出砂油藏的水平井多采用砾石充填防砂完井。在国内,由于其工艺复杂,目前用的较少。2井壁防砂判据水平井完井方式的选择要考虑的因素很多,但首先是要对井眼是否稳定及是否出砂进行判断,在这个基础上在考虑其它因素如地质构造、储层性质、储层厚度、钻井目的、水平井的类型、钻井工艺及能力、测井方法和能力、人工举升方法和能力、井下作业方法和能力、油层污染及解除方法、增产措施、经济综合评价等等,最后确定合理的完井方式。井眼的稳定性受化学和力学稳定性的综合影响。油层可能夹有膨胀性强且容易坍塌的黏土层,石膏层、盐岩层,这些夹层在开采过程中遇水后极易膨胀和发生塑性蠕动,从而导致井眼坍塌,本文对化学稳定性问题不予讨论。下面将论述生产过程中油层部位井眼力学稳定性问题,研究生产过程中井壁岩石所受的剪应力与岩石抗剪强度的关系,以便确定是否采用支撑井壁的完井方式。根据考虑vonMises剪切破坏理论,可以计算作用在井壁岩石上的剪切应力的均方根(广义剪应力)和有效法向应力:J2=16[(δ1−δ2)2+(δ2−δ3)2+(δ3−δ1)2]−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√(1)J¯¯1=13(δ1+δ2+δ3)−PaJ2=16[(δ1-δ2)2+(δ2-δ3)2+(δ3-δ1)2](1)J¯1=13(δ1+δ2+δ3)-Ρa式中:J2为剪切应力均方根,MPa;J¯J¯1为有效法向应力,MPa;δ1为井壁岩石上的最大主应力,MPa;δ2为中间应力,MPa;δ3为作用在井壁岩石上的最小主应力,MPa;Pa为地层孔隙压力,MPa。J3=α+J¯¯1tanβ(2)α=3Ck(9+12tan2φ)1/2tanβ=3tanφ(9+12tan2φ)1/2J3=α+J¯1tanβ(2)α=3Ck(9+12tan2φ)1/2tanβ=3tanφ(9+12tan2φ)1/2式中:J3为油层岩石的剪切强度均方根,MPa;Ck为油层岩石的内聚力,MPa;φ为方位角。若计算出剪切强度均方根的J3的值大于剪切应力均方根J2,则说明井眼应力稳定,反之则说明井眼应力不稳定,要选择能支撑井壁完井方式。出砂判断防砂判据的研究就是要解决油井是否需要采用防砂完井的问题。对于出砂井,地层所出的砂分为两种,一种是地层中的游离砂,另一种是地层的骨架砂。对生产来说,真正要防的是地层骨架砂的产出,因为一旦地层出骨架砂,可能导致地层的坍塌,使油井报废。经过理论推导,可得出水平井的防砂判据为:C≥δ1=3−4v1−v(10.6ρgH−Ps)+2(Ps−Pwf)C≥δ1=3-4v1-v(10.6ρgΗ-Ρs)+2(Ρs-Ρwf)式中:δ1——井壁岩石的最大切向应力,MPa;C——地层岩石的抗压强度,MPa;υ——岩石的泊松比,小数;ρ——上覆岩层的平均密度,kg/m3g——重力加速度,m/s;H——地层深度,m;Pa——地层流体压力,MPa;Pwf——油井生产时的井底流压,MPa。如果上式成立则表明不会出砂,反之,在选择完井方式时要考虑防砂。但是,我们对上式分析可以得出几个结论:(1)油层是否出砂与生产压差有着密切的关系,当生产差增大之后井壁岩石的最大切向应力变大,原来不出砂的油层可能会开始出砂;(2)油井开采一段时间后地层孔隙压力下降,在生产压差不变的情况下,也可能导致油井出砂;(3)如果油层有膨胀性粘土含量较高,油层产水后使地层岩石的抗压强度降低也会使油井出砂;这可以解释为什么许多油井在初产阶段不出砂,但生产一段时间后(地层出水,地层压力下降,生产压差增大)开始出砂的现象。对于这种现象可以先采用先期全井固井完井即射孔完井方式或裸眼完井,后期在套管内下入各种防砂筛管如金属纤维筛管、TBS筛管、割缝筛管等的完井方式。3井处理方法的选择水平井完井方式的选择大致可分为三类,在判断了井壁的稳定性和出砂状况后,可以从以下三个方面考虑完井方式。3.1是否可以选择完井方式短曲率半径的水平井,当前主要是裸眼完井。主要在坚硬垂直裂缝的油层中裸眼完成,如美国的白垩系地层,或者是致密裂缝砂岩,因为这些地层都不易坍塌,虽然是裸眼仍能保持正常生产。水井平侧钻由于其曲率半径较小、下套管工艺复杂一般采用这种完井方式。中、长曲率半径的水平井则可以根据岩性、原油物性、增产措施等因素选择完井方式。水平井技术发展很快,水平井水平段也不断增长,在这些长水平段中,特别是在砂岩中,生产过程中地层难免不坍塌,因而不宜采用裸眼完井。通常采用的是割缝衬管加套管外分隔器完井或套管射孔完井。3.2充填管防砂对于稠油开采,加拿大在SASKATCHEWAN地区大量采用水平井注蒸汽开采稠油,其完井方式大多采用割缝衬管完成,再下金属纤维滤砂管或预充填绕丝筛管防砂。我国胜利油田采用了割缝衬管和套管射孔完井,下金属纤维管或其它方法防砂,稠油层胶结疏松,地层易坍塌,不能采用裸眼完井。对于一些地渗透油层的水平井,需要进行压裂措施,因而只能套管射孔完井,即使采用割缝衬管加套管外分隔器完井,因为分隔层段太长,只能进行小型酸化措施,而无法进行压裂措施。另一方面,高速携砂压裂液会将割缝管的缝隙刺大或破坏。3.3地层完井方式不同的油藏类型适应不同的完井方式,下面列出了几种油藏类型的推荐完井方式。①天然裂缝性油藏,储层以碳酸盐岩或灰岩为主,岩性致密。对于这类油藏以裸眼完井为主;②沙河街组的砂岩油藏,由于砂体胶结程度好,不易出砂,以预钻孔筛管和割缝筛管完井为主;③馆陶组砂岩油藏,砂体胶结疏松,易出砂,必须进行先期防砂,可采用固井射孔后滤砂管防砂完井;④稠油砂砾岩油藏,由于该类油藏原油性质比较稠,须注蒸汽热采,因此,一般采用固井射孔完井;⑤在注水开发后期,油藏水淹严重,油水关系复杂,为防止目的层与非产层(水层)互窜,则要采用套管外膨胀式封隔器完井或造斜段局部注水泥完井。另外,也要考虑对地层的认识,均质地层:这类地层完井设计相对简单而容易,水平段大多采取全井裸眼完成,依靠连续油管作业或射孔技术来解除井筒附近的伤害。非均质地层:由于地层的非均质性可能造成井筒的不同位置需要不同的处理强度,钻井作业高渗透地层中的泥浆和滤液侵入较深,伤害较重,这些地方需要采取大规模强化措施。因此,非均质地层中水平井的完井方式可采用下套管水泥固井射孔或下预制衬管不固井加套管外封隔器隔离分段的方式。天然裂缝发育的地层:这类地层水平井完井的关键是要保持一个无伤害的裂缝系统。一般情况下不采用下衬管水泥固井的方式,在依靠