第08章固井完井与试油--2h.ppt

1、1,固井、完井与试油统称为完井工程，是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油层到固井、完井、下生产管柱、排液、诱导油流，直至投产的工艺过程组成的系统工程。,第八章 固井、完井与试油,固井,油气井完成,试油投产,主要内容,2,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,3,一、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,4,二、井身结构,井身结构内容

2、,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。,5,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 Intermediate casing,表层套管 Surface casing,导 管 Conducto

3、r,生产套管 Production casing,6,三、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,7,套管是用无缝钢管制成，长约10米/根，两头有螺纹。,套管规范：直径、壁厚、钢级、螺纹,1.套管规范,套管实物,8,2、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,9,3、套管柱下部结构,套管附件,引鞋 套管鞋

4、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。,10,引鞋,套管鞋,旋流短节,回压凡尔,承托环,扶正器,水泥伞,11,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（12h）、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

5、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,12,1 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ABCDEFGH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

6、的水泥是G级。,硅酸三钙3CaOSiO2(比例：40%65%)； 硅酸二钙2CaOSiO2(24%30%)； 铝酸三钙3CaOAl2O3(3%15%)； 铁铝酸四钙4CaO2Al2O3Fe2O3(8%12%)。,13,2. 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：(water cement ratio)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

7、来设计水泥浆密度。,14,（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。,15,(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

8、直井套管注水泥API失水为100200ml,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。,16,3 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,17,a、循环钻井液 b、注隔离液和水泥浆 c、压塞 d、替浆 e、碰压,18,

9、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。,19,一、钻开油气层,油气层的两个突出特点： 储集有一定压力的油气水； 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： 保护油气层，防止钻井液污染； 控制油气层，防止不必要的井喷，安全钻开储集层。,20,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

10、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。,21,（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,22,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

11、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。,23,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,24,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,25,(一)裸眼完井方式,先期裸眼完井方式,复合型完井方式,后期

12、裸眼完井方式,26,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：,27,(二)射孔完井方式,28,(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,29,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,30,缝眼形状：剖面呈梯形

13、，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。 e2D10,割缝缝眼形状,31,绕丝筛管剖面,32,(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。,33,裸眼砾石充填,套管内砾石充填,34,（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

14、，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。,35,（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

15、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,36,（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,37,二、完井方式选择,38,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, 收集射孔枪、弹的基本数据, 进行射孔弹穿深、孔径校正, 计算钻井损害参数,39,2.射孔参数优选过程, 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

16、产能比定量关系；, 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；, 调配射孔枪、弹型号和性能测试数据；, 校正各种弹的井下穿深和孔径；, 计算各种弹的压实损害系数；, 计算设计井的钻井损害参数；, 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。,40,射孔参数,孔密（DEN）1040孔/m 孔径（DP）1025mm 孔深（LP）200450mm，最深可达800mm 相位角（PHA）0，45，60，90，120，180 0.7Kz/Kr1.0，产率从高低顺序： 9012060451800 0.3Kz/Kr0.7，120

17、相位时产能最高，0最差 Kz/Kr0.2，产率高低依次为：1801209060450,41,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,42,二、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,43,电缆套管枪射孔,

18、电缆输送过油管负压射孔,油管输送负压射孔,44,射孔液对油层可能造成损害, 射孔液固相颗粒损害, 射孔液滤失造成损害, 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, 密度可调节, 腐蚀性小, 高温下性能稳定, 无固相, 低滤失, 成本低、配制方便,射孔液性能要求,45,射孔液体系, 无固体清洁盐水射孔液, 聚合物射孔液, 油基射孔液, 酸基射孔液,46,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, 外来流体与储层岩石矿物不配伍造成的损害；, 外来流体与储层流体不配伍造成的损害；, 毛细现

19、象造成的损害；, 固相颗粒堵塞引起的损害。,47,二、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”,48,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,49,一、试油的任务及工作内容,主要任务：

20、,(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,50,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,51,诱导油流方法应遵循的基本原则： 把井底和井底周围地层的脏物排出，使油层孔隙畅道，以利于油气流入井筒； 能建立起足够大的