完井基本知识讲座.ppt

完井 WellCompletion 完井工程 完井工程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 到完井作业 下生产管柱 排液 直至投产的一项系统工程 完井 第一节完井方法第二节完井方法的选择第三节完井井口装置及完井管柱第四节投产措施 完井 WellCompletion 油气井的完成 即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 一口井钻成之后 主要的工作就是在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道 也就是完井 在井底建立的油气层与油气井井筒之间的连通渠道不同 也就构成了不同的完井方法 完井的定义 第一节 完井方法 合理的完井方法应该满足的要求 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 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 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 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 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 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 油田开发后期具备侧钻定向井及水平井的条件 施工工艺尽可能简便 成本尽可能低 合理的完井方法应该满足的要求 一 常规完井方法 常规完井方法主要有4种 射孔完井方法 perforating 裸眼完井方法 Open hole 割缝衬管完井方法 SlottedLiner 砾石充填完井 GravelPacked 1 裸眼完井方法 裸眼完井就是井眼完全裸露 井内不下任何管柱 分先期裸眼完井和后期裸眼完井 适用条件为 岩性坚硬致密 井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩或砂岩储层 无气顶 无底水 无含水夹层及易塌夹层的储层 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 一 常规完井方法 裸眼完井 先期裸眼完井 是钻头钻至油层顶界附近后 下技术套管注水泥固井 水泥浆上返至预定的设计高度后 再从技术套管中下入直径较小的钻头 钻穿水泥塞 钻开油层至设计井深完井 一 常规完井方法 裸眼完井 后期裸眼完井 不更换钻头 直接钻穿油层至设计井深 然后下技术套管至油层顶界附近 注水泥固井 一 常规完井方法 裸眼完井 裸眼完井的优点 1 产层完全裸漏 渗流面积最大 油气流入井阻力最小 产能最高 这种井称为水动力学完善井 2 排除了上部地层干扰 可采用与产层配伍的完井液 也可采用平衡压力 欠平衡压力钻井方法打开油气层 产层污染轻 3 打开储集层遇到复杂情况 可及时将钻具体到套管内进行处理 4 缩短了钻井液的浸泡时间 5 消除了高压油气对固井质量的影响 避免了固井作业对产层的污染 一 常规完井方法 裸眼完井 2 裸眼完井的缺点 1 不能防止井壁坍塌和油层出砂 2 不能克服不同性质地层的相互干扰 3 无法进行选择性酸化 压裂 分层开采 分层注水等作业 4 固井时尚未掌握产层的真实资料 容易给下一步的作业造成被动 一 常规完井方法 裸眼完井 水平井裸眼完井 一 常规完井方法 裸眼完井 2 割缝衬管完井方法 割缝衬管完井是在裸眼完井的基础上 在裸眼井内下入割缝衬管 在直井 定向井 水平井中都可采用 与裸眼完井相对应 割缝衬管完井方法也有两种完井工序 先期固井和后期固井 一 常规完井方法 割缝衬管 割缝衬管完井 先期固井 钻头钻至油层顶界后 先下技术套管注水泥固井 再从技术套管中下入直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深 最后在油层部位下入预先割缝的衬管 依靠衬管顶部的衬管悬挂器 卡瓦封隔器 将衬管悬挂在技术套管上 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 常规完井方法 割缝衬管 割缝衬管完井 后期固井 用同一尺寸钻头钻穿油层后 套管柱下端连接衬管下入油层部位 通过管外封隔器和注水泥接头固井封隔油层顶界以上的环形空间 一 常规完井方法 割缝衬管 割缝衬管示意图 割缝衬管就是在衬管壁上沿着轴线的平行方向或垂直方向割成多条缝眼 一 常规完井方法 割缝衬管 割缝衬管缝眼的功能 允许一定数量和大小的能被原油携带至地面的 细砂 通过 能把较大颗粒的砂于阻挡在衬管外面 这样 大砂粒就在衬管外形成 砂桥 或 砂拱 砂桥中没有小砂粒 因为生产时此处流速很高 把小砂粒都带入井内了 砂桥的这种自然分选 使它具有良好的通过能力 同时起到保护井壁的作用 一 常规完井方法 割缝衬管 割缝衬管的技术参数 1 缝眼的形状缝眼的剖面应该呈梯形 梯形两斜边的夹角与衬管的承压大小及流通量有关 一般设计为12 左右 梯形大的底边应为衬管内表面 小的底边应为衬管外表面 这种缝眼的形状可以避免砂粒卡死在缝眼内而堵塞衬管 一 常规完井方法 割缝衬管 2 缝口宽度梯形缝眼小底边的宽度称为缝口宽度 缝口宽度为 e 2d10式中e 缝口宽度 mm d10 产层砂粒度组成累积曲线上 占累积重量为10 所对应的砂粒直径 mm 上式表明 占砂样总重量为90 的细小砂粒被允许通过割缝缝眼 而占砂样总重量为10 的大直径承载骨架砂不能通过缝眼 被阻挡在衬管外面形成具有较高渗透率的 砂桥 割缝衬管的技术参数 一 常规完井方法 割缝衬管 3 缝眼的排列形式排列形式有沿衬管轴线的平行方向或沿衬管轴线的垂直方向割缝两种缝口宽度 割缝衬管的技术参数 一 常规完井方法 割缝衬管 4 割缝衬管的尺寸 根据技术套管尺寸 裸眼井段的钻头直径 可确定割缝衬管外径 如下表所示 一 常规完井方法 割缝衬管 割缝衬管的技术参数 缝眼的长度应根据管径的大小和缝眼的排列形式而定 通常为20 300mm 由于垂向割缝衬管的强度低 因此垂向割缝的缝长较短 一般为20 50mm 平行向割缝的缝长一般为50 300mm 小直径高强度衬管取高值 大直径低强度衬管取低值 一 常规完井方法 割缝衬管 割缝衬管的技术参数 5 缝眼的长度 6 缝眼的数量 缝眼的数量决定了割缝衬管的流通面积 在确定割缝衬管流通面积时 既要考虑产液量的要求 又要顾及割缝衬管的强度 缝眼的数量可由下式确定 式中n 缝眼的数量 条 m 缝眼总面积占衬管外表总面积的百分数 一般取2 F 每米衬管外表面积 mm2 m e 缝口宽度 mm l 缝眼长度 mm 一 常规完井方法 割缝衬管 割缝衬管完井适用的地质条件 无气顶 无底水 无含水夹层及易塌夹层的储层 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 割缝衬管完井方法是当前主要的完井方法之一 它既起到裸眼完井的作用 又防止了裸眼井壁坍塌堵塞井筒的作用 同时在一定程度上起到防砂的作用 由于这种完井方法的工艺简单 操作方便 成本低 故而在一些出砂不严重的中粗砂粒油层中使用 一 常规完井方法 割缝衬管 3 砾石充填完井 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 砾石可以是石英砂 玻璃珠 树脂涂层砂或陶粒 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 砾石充填完井在直井 定向井中都可使用 但在水平井中应慎重 因为易发生砂卡 从而使砾石充填失败 达不到有效防砂的目的 为了适应不同油层特性的需要 裸眼完井和射孔完井都可以充填砾石 分别称为裸眼砾石充填和套管砾石充填 一 常规完井方法 砾石充填 一 常规完井方法 砾石充填 Gravelpack Gravelpackinginvolvesthecompleteplacementofselectedgravelacrosstheproductionintervaltopreventtheproductionofformationfinesorsand Anygaporinterruptioninthepackcoveragewillenableundesirablesandorfinestoentertheproducingsystem 1 裸眼砾石充填完井 在地质条件允许使用裸眼 而又需要防砂时 就应该采用裸眼砾石充填完井方法 其工序是 钻头钻达油层顶界以上约3m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至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 一 常规完井方法 砾石充填 一 常规完井方法 砾石充填 Openholegravelpack Openholegravelpacksarecompletedwithoutcasingorlinertosupporttheformation 一 常规完井方法 砾石充填 裸眼砾石充填扩径尺寸匹配表 裸眼砾石充填完井示意图 一 常规完井方法 砾石充填 2 套管砾石充填完井 套管砾石充填的完井工序是 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 30孔 m左右 大孔径 20mm左右 射孔 以增大充填流通面积 有时还把套管外的油层砂冲掉 以便于向孔眼外的周围油层填入砾石 避免砾石和地层砂混和增大渗流阻力 由于高密度充填 高粘充填液 紧实 充填效率高 防砂效果好 有效期长 故当前大多采用高密度充填 一 常规完井方法 砾石充填 一 常规完井方法 砾石充填 套管砾石充填筛管匹配表 套管砾石充填完井示意图 一 常规完井方法 砾石充填 3 砾石质量要求 1 砾石粒径国内外推荐的砾石粒径是油层砂粒度中值d50的5 6倍 2 砾石尺寸合格程度砾石尺寸合格程度的标准是大于要求尺寸的砾石重量不得超过砂样的0 1 小于要求尺寸的砾石重量不得超过砂样的2 一 常规完井方法 砾石充填 3 砾石质量要求 3 砾石的强度砾石强度的标准是抗破碎试验所测出的破碎砂重量含量不超过下表所示的数值 砾石抗破碎推荐标准 一 常规完井方法 砾石充填 3 砾石质量要求 4 砾石的球度和圆度 要求砾石的平均圆度应大于0 6 一 常规完井方法 砾石充填 3 砾石质量要求 5 砾石的酸溶度砾石酸溶度的标准是 在标准土酸 3 HF 12 HCl 中砾石的溶解重量百分数不得超过1 6 砾石的结团要求为 砾石应由单个石英砂粒所组成 如果砂样中含有1 或更多个砂粒结团 该砂样不能使用 一 常规完井方法 砾石充填 4 绕丝筛管缝隙尺寸的选择 砾石充填完井一般都使用不锈钢绕丝筛管而不用割缝衬管 其原因有 割缝衬管的缝口宽度由于受加工割刀强度的限止 最小为0 25 0 5mm 因此 割缝衬管只适用于中 粗砂粒油层 而绕丝筛管的缝隙宽度最小可达0 12mm 故其适用范围要大得多 绕丝筛管是由绕丝形成一种连续缝隙 它的流通面积要比割缝衬管大得多 流体通过筛管时几乎没有压力降 绕丝筛管以不锈钢丝为原料 其耐腐蚀性强 使用寿命长 综合经济效益高 一 常规完井方法 砾石充填 4 绕丝筛管缝隙尺寸的选择 绕丝筛管应能保证砾石充填层的完整 故其缝隙应小于砾石充填层中最小的砾石尺寸 一般取为最小砾石尺寸的1 2 2 3 例如根据油层砂粒度中值 确定砾石粒径为16 30目 其砾石尺寸的范围是0 58 1 19mm 所选的绕丝缝隙应为0 3 0 38mm 一 常规完井方法 砾石充填 砾石充填完井适用的地质条件 一 常规完井方法 砾石充填 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 常规完井方法 射孔完井 1 射孔完井方法套管射孔完井 套管射孔完井是用同一尺寸的钻头钻穿油层直至设计井深 然后下油层套管至油层底部并注水泥固井 最后射孔 射孔弹射穿油层套管 水泥环并穿透油层一定深度 从而建立起油 气 流的通道 一 常规完井方法 射孔完井 尾管射孔完井 在钻头钻至油层顶界后 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 尾管和技术套管的重合段一般不小于50m 再对尾管注水泥固井 然后射孔 一 常规完井方法 射孔完井 水平井射孔完井 一 常规完井方法 射孔完井 4 射孔完井方法水平井射孔完井 一般是技术套管下过直井段注水泥固井后 在水平井段内下入完井尾管 注水泥固井 完井尾管和技术套管宜重合100m左右 最后在水平井段射孔 孔密 DEN 10 40孔 m SPF 孔径 DP 10 25mm in 孔深 LP 200 450mm 最深可达800mm in 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 2 射孔参数 一 常规完井方法 射孔完井 一 常规完井方法 射孔完井 Thiscross sectionalviewofawellboreillustratestheeffectofgunpositiononperforationgeometryDensityPenetrationPhasing 一 常规完井方法 射孔完井 Perforatinggun Perforatinggunsareconfiguredinseveralways Ineachcase thekeyobjectiveoftheselectionprocessistocreateapredefinedpatternofperforationsoverthecorrectwellboreinterval 一 常规完井方法 射孔完井 Shapedcharge Shapedexplosivechargesprovideanefficientperforationoftheoptimaldiameterandpenetration whilecreatingminimaldebrisorformationdamagethatmayrestrictproduction Detonate 引爆Primer 雷管 射孔参数对产能的影响 孔深 孔密对油井产能的影响 孔隙性油藏 射孔参数对产能的影响 不同各向异性油层时孔密对产能比的影响 射孔参数对产能的影响 相位角和各向异性对产能比的影响 射孔参数对产能的影响 孔径 穿透深度对产能比的影响 射孔关键技术 射孔是完井工程的一个关键性环节 为此 采用先进的理论和方法 针对储层性质和工程实际情况 优选射孔工艺和优化射孔设计 是搞好射孔完井必不可少的基本条件 采用恰当的射孔工艺和正确的射孔设计 就可以获得较为理想的产能 需要对射孔工艺 射孔枪弹与仪器 射孔损害机理及评价方法 射孔优化设计以及射孔负压和射孔液等问题进行理论 实验和矿场试验研究 一 常规完井方法 射孔完井 1 电缆输送套管枪射孔工艺 WCG 按采用的射孔压差可以分为两种方式 正压射孔负压射孔射孔压差指的是射孔液在井底产生的液柱压力与地层压力之差 差值为正则为正压射孔 差值为负则为负压射孔 一 常规完井方法 射孔工艺 常规电缆套管枪正压射孔工艺定义 射孔前射孔液在井底形成的液柱压力高于地层压力 优点 施工简单 成本低 高孔密 深穿透 缺点 使射孔液中的固相和液相侵入储层而导致储层损害 为了减少正压对地层的伤害 特别要求使用优质的射孔液 定位 磁性定位器测出定位套管接箍对比曲线 调整下射孔枪枪深度 一 常规完井方法 射孔工艺 套管枪负压射孔工艺这种工艺基本上与套管枪正压射孔相同 只是射孔前将井筒液面降低到一定深度 以建立适当的负压 这种方法主要用于低压油藏 优点 负压清洗和穿透较深 对地层的伤害减少到最小 缺点 油气层厚度大的井需多次下枪射孔 不能保持以后射孔必要的负压 一 常规完井方法 射孔工艺 2 油管输送射孔 TCP 这种无电缆油管输送射孔工艺是利用油管将射孔枪下到油层部位射孔 是目前国内外使用最多的一种射孔工艺油管下部联有压差式封隔器 带孔短节和引爆系统 油管内只有部分液柱造成射孔负压 通过地面投棒引爆 重力引爆 油管加压引爆和环空加压 压差式引爆 或电缆湿式接头引爆等各种方式使射孔弹爆炸而一次全部射完油气层 定位 油管输送射孔的深度校正一般采用较为精确的放射性测井校深方法 一 常规完井方法 射孔工艺 3 油管输送射孔联作工艺 Tubingconveyed 油管输送射孔和地层测试联作将油管输送装置的射孔枪 点火头 激发器等部件接到单封隔器测试管柱的底部 管柱下到待射孔和测试井段后 进行射孔校深 座好封隔器并打开测试阀 引爆射孔枪后转入正常测试程序 这种工艺特别适合于自喷井 一 常规完井方法 射孔工艺 一 常规完井方法 射孔工艺 3 油管输送射孔联作工艺 tubingconveyed 油管输送射孔与压裂 酸化联作完井时下一次管柱 能完成射孔 测试 酸化 压裂 试井等工序 非自喷井油管输送射孔与测试联作工作管柱由射孔枪 封隔器 负压阀 自动压力计工作筒 固定阀以及配有特殊空心套筒的逆流射流泵组成 4 电缆输送过油管射孔 TTP 常规过油管射孔 perforationthroughtubing 转轴式 张开式 过油管射孔工艺 过油管深穿透射孔技术 一 常规完井方法 射孔工艺 4 电缆输送过油管射孔 常规过油管射孔工艺 首先将油管下入工作层顶部 装好采油树和防喷管 射孔枪和电缆接头装入防喷管内 准备就绪后 打开清腊闸门下入电缆 射孔枪通过油管下出油管鞋 用电缆接头上的磁定位器测出短套管位置 点火射孔 优点 可降低油管内液面 使之达到负压射孔 减少储层损害 尤其适合于生产井不停产补孔和打开新层位 避免了压井和起下油管作业 一 常规完井方法 射孔工艺 4 电缆输送过油管射孔 常规过油管射孔 续 缺点 射孔枪的直径受油管内径限制 无法实现高孔密 深穿透 弹尺寸小且射孔枪与套管间隙过大 一次下枪长度受防喷管高度限制 厚油气层需多次下枪 而以后几枪无法保证负压 就负压本身而言也不能过大 以防射孔后油气上冲而使电缆打结无法取出 一 常规完井方法 射孔工艺 4 电缆输送过油管射孔 转轴式 张开式 过油管射孔工艺在改进常规过油管射孔技术基础上 研制出转轴式过油管射孔枪 转轴枪包括一个控制头和一个射孔枪 控制头用于射孔枪张开 射孔枪由弹架 转轴弹 两个启动杆和连接转轴射孔弹的连接器 导爆索和雷管组成 射孔井段的长度增大 过油管深穿透射孔技术改进转轴式过油管射孔工艺 可在油管内下入大直径射孔弹 其装药量达24克以上 穿深达400 800mm 接近套管枪射孔深度 一 常规完井方法 射孔工艺 高压液体射流射孔 利用高压液体配合机械打孔装置在套管上钻孔 并以高压射流穿透地层 大喷嘴的软管便喷进边向前进 射孔后收回 其孔径为14 25 最大穿透深度可达3 最早美国Penertrators公司研制 1989年Lance 矛式 投入商业应用 后又研制了Pauch Jet 打孔射流 工具 穿深0 15 0 9 一 常规完井方法 射孔工艺 一 常规完井方法 射孔工艺 6 水力喷砂射孔 高压液携砂 携砂浓度约为 左右 利用高压喷砂液体将套管射穿 继而射向地层 因射流压力过高 若地层不是坚硬地层 可能射成一个洞穴 不利于今后正常生产 故很少使用此法 2 射孔参数优选 射孔参数优选是指现有条件下 针对特定储层使井产能达到最高的射孔参数优配组合 也涉及到实现这些参数的工艺要求 产能比是优选的目标函数 要获得理想的射孔效果或产能 必须对射孔参数进行优化设计 进行正确而有效的射孔参数优选 取决于 对于各种储层和地下流体情况下射孔井产能规律的量化认识程度 射孔参数 损害参数和储层及流体参数获取的准确程度 可供选择的枪弹品种 类型的系列化程度 一 常规完井方法 射孔工艺 2 射孔参数优选 1 射孔优化设计资料准备包括收集射孔枪 弹基本数据 射孔弹穿深 孔径校正 钻井损害参数的计算等方面 2 射孔参数优化设计方法 建立各种储层和产层流体条件下射孔完井产能关系的数学模型 获得各种条件下射孔产能比定量关系 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 一 常规完井方法 射孔工艺 2 射孔参数优选 2 射孔参数优化设计方法 续 调查射孔枪 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参数 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率比和套管抗挤毁能力降低系数 优选出最佳的射孔参数配合 预测选择方案下的产量 表皮系数 一 常规完井方法 射孔工艺 3 射孔负压设计 负压射孔 UnderbalancedPerforating 就是指射孔时射孔液在井筒中造成的井底压力低于油藏压力 负压值是负压设计的关键 具体要求 保证孔眼清洁 冲刷出孔眼周围的破碎压实带中的细小颗粒 满足这一要求的负压称为最小负压 负压值不能超过某个值以免造成地层出砂 垮塌 套管挤毁 或封隔器失效和其它方面的问题 对应的这一临界值称为最大负压 合理射孔负压值的选择应当是既高于最小负压又不超过最大负压 一 常规完井方法 射孔工艺 美国Conoco公司射孔负压设计计算方法 若产层有出砂史或含水饱和度高 则 Prec 0 8 Pmin 0 2 Pmax若产层无出砂史 则 Prec 0 2 Pmin 0 8 Pmax式中 Prec 合理负压 MPa Pmax 最大负压 MPa Pmin 最小负压 MPa 一 常规完井方法 射孔工艺 一 常规完井方法小结 一 常规完井方法小结 二 其它完井方法 1 贯眼套管 尾管 完井贯眼套管 尾管 完井也称地面预钻孔套管 尾管 完井 这是在地面按一定的布孔参数预先在套管 尾管 上钻孔 然后象割缝衬管一样完井 一般的布孔参数为 孔密20 24孔 m 孔眼直径10mm 相位角60 90度 交错布孔 贯眼套管 尾管 的加工成本要比割缝衬管低得多 适用于不出砂的碳酸盐岩地层及其它裂缝性油藏 贯眼套管 尾管 完井在直井 定向井 水平井中都可使用 2 预充填砾石绕丝筛管完井 预充填砾石绕丝筛管是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形成的防砂管 将此种筛管下入裸眼井内或射孔套管内 对准出砂层位进行防砂 该种防砂方法其油井产能略低于井下砾石充填 但工艺简便 成本低 国内外均经常采用 该种完井方法在直井 定向井 水平井中都可使用 二 其它完井方法 2 预充填砾石绕丝筛管完井 预充填砾石粒径的选择 双层绕丝筛管缝隙的选择等 皆与井下砾石充填完井相同 外筛管外径与套管内径的差值应尽量小 一般10mm左右为宜 以增加预充填砾石层的厚度 从而提高防砂效果 预充填砾石层的厚度应保证在25mm左右 内筛管的内径应大于中心管外径2mm以上 以便能顺利组装在中心管上 二 其它完井方法 3 其它防砂筛管完井 1 金属纤维防砂筛管 2 多孔冶金粉末防砂筛管 3 多层充填井下滤砂器 二 其它完井方法 3 其它防砂筛管完井 1 金属纤维防砂筛管不锈钢纤维是主要的防砂原件 由断丝 混丝经滚压 梳分 定形而成 它的防砂原理是 大量纤维堆集在一起时 纤维之间就会形成若干缝隙 利用这些缝隙阻挡地层砂粒通过 其缝隙的大小与纤维的堆集紧密程度有关 通过控制金属纤维缝隙的大小 控制纤维的压紧程度 达到适应不同油层粒径的防砂要求 此外 由于金属纤维富有弹性 在一定的驱动力下 小砂粒可以通过缝隙 避免金属纤维被填死 砂粒通过后 纤维又可恢复原状而达到自洁的作用 二 其它完井方法 3 其它防砂筛管完井 1 金属纤维防砂筛管 二 其它完井方法 3 其它防砂筛管完井 1 金属纤维防砂筛管优点 渗透率高 孔隙度大 耐高温 耐腐蚀 在井下的寿命长 防砂效果好 结构简单 强度高 连接方便 施工工艺简单 动用设备少 防砂总成本低 应用范围广 适应性强 二 其它完井方法 3 其它防砂筛管完井 2 多孔冶金粉末防砂筛管这种防砂筛管是用铁 青铜 锌白铜 镍 蒙乃尔合金等金属粉末作为多孔材料加工而成的 二 其它完井方法 3 其它防砂筛管完井 3 多层充填井下滤砂器美国保尔 Pall 油井技术公司推荐一种多层充填井下滤砂器 它是由基管 内外泄油金属丝网 3 4层单独缠绕在内外泄油网之间的保尔 Pall 介质过滤层及外罩管所组成 该介质过滤层是主要的滤砂原件 它是由不锈钢丝与不锈钢粉末烧结而成的 因此可根据油层砂粒度中值 选用不同粒径的不锈钢粉末烧结 其控制范围广 该种完井方法在直井 定向井 水平井中都可使用 二 其它完井方法 4 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 挤入套管外堆集于出砂层位 凝固后形成具有一定强度和渗透性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位 将疏松砂岩胶结牢固防止油层出砂 化学固砂虽然是一种防砂方法 但其在使用上有其局限性 仅适用于单层及薄层 防砂油层一般以5m左右为宜 不宜用在大厚层或长井段防砂 化学固砂完井主要在直井中使用 二 其它完井方法 4 化学固砂完井 二 其它完井方法 5 压裂砾石充填防砂完井 在砾石充填工艺上的突破主要是将砾石充填与水力压裂结合起来 称为压裂砾石充填技术 包括清水压裂充填 端部脱砂压裂充填 胶液压裂充填等三种 其原理就是在射孔井上砾石充填之前 利用水力压裂在地层中造出短裂缝 然后在裂缝中填满砾石 最后再在筛管与套管环空充填砾石 同样 压裂砾石充填完井在直井 定向井中都可使用 但在水平井中应慎重 因为搞不好易发生砂卡 从而使砾石充填失败 达不到有效防砂的目的 二 其它完井方法 6 欠平衡打开产层的完井 欠平衡打开产层时 井下钻井液产生的液柱压力小于地层压力 其主要优点是可以避免钻井液对地层产生损害 但由于欠平衡打开产层适应的地质条件有限 主要有裂缝性碳酸盐岩地层 裂缝性变质岩地层 火山喷发岩地层 低渗致密砂岩等 所以目前能采用的完井方法主要有裸眼完井 割缝衬管完井 带ECP的割缝衬管完井 贯眼套管完井等 二 其它完井方法 第二节 完井方法的选择 按照钻井后井眼是否裸露 可将完井方法分为两大类 射孔系列完井和裸眼系列完井 一 完井方法分类 按照完井方法是否具备防砂的功能来分 则又可分成防砂型完井和非防砂型完井两大类 一 完井方法分类 1 生产过程中地层出砂的判断 生产过程中地层出砂的判断就是要解决油井是否需要采用防砂完井的问题 其判断方法主要有现场观测法 经验法及力学计算方法等 三 生产过程中地层出砂的判断 1 现场观测法判断出砂 1 岩芯观察疏松岩石用常规取芯工具收获率低 很容易将岩芯从取心筒中拿出或岩芯易从取心筒中脱落 用肉眼观察 手触等方法判断时 疏松岩石或低强度岩石往往一触即碎 或停放数日自行破碎 或在岩芯上用指甲能刻痕 对岩芯浸水或盐水 岩芯易破碎 如有上述现象 则说明生产过程中地层易出砂 三 生产过程中地层出砂的判断 1 现场观测法判断出砂 2 DST测试 如果DST测试期间油气井出砂 甚至严重出砂 说明生产过程中地层易出砂 如果DST测试期间未见出砂 但仔细检查井下钻具和工具 在接箍台阶等处附有砂粒 或在DST测试完毕后 砂面上升 说明生产过程中地层易出砂 3 邻井状态同一油气藏中 临井生产过程中出砂 本井出砂的可能性大 三 生产过程中地层出砂的判断 2 经验法判断出砂 1 声波时差法声波时差 295 s m时 地层容易出砂 2 G cb法根据力学性质测井所求得的地层岩石剪切模量G和岩石体积压缩系数cb 可以计算G cb值 其计算公式如下当G cb 3 8 107Mpa2时 油气井不出砂 当G cb 3 3 107Mpa2时 油气井要出砂 三 生产过程中地层出砂的判断 2 经验法判断出砂 3 组合模量法根据声速及密度测井资料 用下式计算岩石的弹性组合模量EC EC 2 0 104Mpa 正常生产时不出砂 1 5 104Mpa EC 2 0 104Mpa 正常生产时轻微出砂 EC 1 5 104Mpa 正常生产时严重出砂 三 生产过程中地层出砂的判断 3 力学计算法判断出砂 根据岩石破坏理论 当岩石的抗压强度小于最大切向应力时 井壁岩石不坚固 将会引起岩石结构的破坏而出砂 计算方法 分别计算直井 定向井 水平井井眼条件下的井壁所收到的最大张应力和井壁岩石的抗张强度 比较井壁最大张应力和井壁岩石抗张强度的相对大小 判断是否出砂 三 生产过程中地层出砂的判断 四 完井方法选择的地质及采油工程依据 油 气藏类型 油 气层岩性不同 所选的完井方法就不同 即使在同一油 气藏中 井所处的地理位置不同 所选完井方法也可能有差别 完井方法选择必须依据油 气田地质和油 气藏工程特点 同时要考虑到采油 采气 工程技术要求 要有预见性 1 注水 我国的砂岩油田主要是陆相沉积 其特点是层系多 薄互层多 低渗透油层占有不小比例 油层压力普遍偏低 油田大多采用早期注水开发 而且是多套层系同井开采 所以常采用分层注水工艺 由于注水贯穿于油田开发的全过程 特别是深井低渗透油层其注水压力较高 注水压力接近油层破裂压力 因此 在选择完井方法时 不仅要求能分隔层段 而且还应保证注水井在长期承受高压下正常工作 注水井一般采用射孔完井方法 四 完井方法选择的地质及采油工程依据 2 压裂 酸化 砂岩地层大多需要压裂投产或者注水开发后压裂增产 又因为层系多需要采取分层压裂 在从油管注压裂液时 由于排量大摩阻高 因而施工压力高 在选择完井方法时只能选择套管射孔完成 对于碳酸盐岩 不论是裂缝性还是孔隙性地层 大多需要进行常规酸化投产 有时还需要进行大型酸化 酸压 因此必须采用套管射孔完成 四 完井方法选择的地质及采油工程依据 3 气顶 底水控制 不论砂岩或碳酸盐岩油气田都存在气顶和底水控制问题 有的油藏可能同时存在气顶 底水 或者仅有气顶或底水 完井时必须充分考虑如何发挥气顶和底水的有利作用 同时又要能有效地控制其不利因素 四 完井方法选择的地质及采油工程依据 4 注蒸气热采 稠油 特别是特稠油和超稠油 因地下粘度高 油几乎不能流动 用常规方法无法开采 必须热采 当前世界各国主要使用注蒸汽热采 此外 由于稠油层大多为粘土或原油胶结 油层极易出砂 因而需要考虑防砂的问题 大厚稠油层 若无气顶 底水 夹层水 可采用裸眼砾石充填完井 但另一方面 大厚油层裸眼完成难以调整吸气剖面 采用裸眼完井应慎重考虑 一般来说 多采用套管射孔并在管内砾石充填完井 四 完井方法选择的地质及采油工程依据 5 防砂 若判定油层生产时会出砂 则应选择防砂型完井方法 一般情况下 厚油层 无气顶 无底水时 可采用裸眼或套管射孔完井防砂 薄层或薄互层则应采用套管射孔完井防砂 根据出砂程度和砂粒直径的大小可选择不同的防砂方法 四 完井方法选择的地质及采油工程依据 6 防腐 硫化氢 H2S 或二氧化碳 CO2 含量较高的天然气井 应考虑使用防腐套管和油管 完井时应下永久封隔器 防止腐蚀性气体进入油 套管环形空间 有的油田地层水矿化度很高 如中原油田的地层水高达20 30万mg L 塔里木东河塘砂岩地层水矿化度达20 26万mg L 这些高矿化度地层水对套管腐蚀严重 完井时必须采用防腐套管 同时应下永久封隔器 开采时采取相适应的防腐措施保护套管 四 完井方法选择的地质及采油工程依据 7 地层砂粒度大小及地层砂均质性 四 完井方法选择的地质及采油工程依据 按地层砂的粒度大小 进行分级 粒径 0 1mm 特细砂或粉砂 粒径介于0 1 0 25mm 细砂 粒径介于0 25 0 5mm 中砂 粒径介于0 5 1 0mm 粗砂 粒径 1 0mm 特粗砂 地层砂均质性指的是砂粒分选的均匀性 一般用均匀性系数c来表示 C d40 d90 c5为不均匀砂 c 10为很不均匀砂 7 地层砂粒度大小及地层砂均质性 如果地层出砂 对粗砂地层 可用割缝衬管完井 对中 细砂粒的地层 可用绕丝筛管完井 而对细砂和粉砂地层 可用井下砾石充填完井 预充填砾石筛管完井及金属纤维防砂筛管完井 多孔冶金粉末防砂筛管完井 多层充填井下滤砂器完井等 四 完井方法选择的地质及采油工程依据 8 层间差异大小 层间差异主要指渗透率差异和压力差异 油层与气层渗透率差异和压力差异的划分标准略有区别 凡是层间差异不大的多储层 在选择完井方法时 可按一层来处理 否则 需按多层处理 四 完井方法选择的地质及采油工程依据 五 完井方法选择的原则与思路 根据井眼稳定性判据 从大的方面选择是否采用能支撑井壁的完井方法 根据地层出砂判据 从大的方面选择是否采用防砂型的完井方法 根据油气藏类型 油气层特性和工程技术及措施要求等几方面的因素 从流程图初步选择完井方法 选出的完井方法可能有几种 五 完井方法选择的原则与思路 针对初选的几种完井方法 对每一种完井方法的完井产能进行预测 根据每一种完井方法的完井产能预测结果 再进行单井动态分析 根据单井动态分析 结合钻井 完井投入与生产的收益进行经济效益评价 最终优选出经济效益最佳的完井方法 砂岩油藏完井方式选择流程 碳酸盐岩油藏完井方式选择流程 火成岩 变质岩油藏完井方式选择流程 水平井完井方式选择流程 第三节 完井井口装置及完井管柱 一口井从上往下是由井口装置 完井管柱和井底结构三部分组成 井口装置的作用是悬挂井下油管柱 套管柱 密封油管 套管和套管与套管之间的环形空间以控制油气井生产 回注 注蒸汽 注气 注水 酸化 压裂和注化学剂等 和安全生产的关键设备 完井管柱则包括油管 套管和按一定功用组合而成的井下工具 井底结构则是连接在完井管柱最下端的与完井方法相匹配的工具和管柱的有机组合体 绪论 井口装置包括套管头 油管头和采油 气 树三部分 一 井口装置 1 采油树及油管头 采油树是阀门和配件的组成总成 用于油气井的流体控制 并为生产管柱提供入口 它包括油管头上法兰以上的所有设备 可以对采油树总成进行多种不同的组合以满足任何一种特殊用途的需要 采油树按不同的作用可分为采油 自喷 人工举升 采气 注水 热采 压裂 酸化等专用装置 并根据使用压力等级的不同而形成系列 油管头安装于采油树和套管头之间 其上法兰平面为计算油补距和井深数据的基准面 一 井口装置 1 采油树及油管头 油管头的功用是 支撑井内油管的重力 与油管悬挂器配合密封油管和套管的环形空间 为下接套管头 上接采油树提供过渡 通过油管头四通体上的两个侧口 接套管闸门 完成注平衡液及洗井等作业 一 井口装置 Cyb 250S723型采油树及油管头 一 井口装置 抽油井采油树及油管头1 密封盒 2 胶皮阀门 3 生产阀门 4 油压表 5 套管阀门 6 套压表 7 三通 8 油管头上法兰 9 油管头 10 温度计 一 井口装置 2 套管头 套管头是连接套管和各种井油管头的一种部件 用以支持技术套管和油层套管的重力 密封各层套管间的环形空间 为安装防喷器 油管头和采油树等上部井口装置提供过渡连接 并且通过套管头本体上的两个侧口 可以进行补挤水泥 监控井沉和注平衡液等作业 套管头由本体 套管悬挂器和密封组件组成 套管头按悬挂套管的层数分为单级套管头 双级套管头 三级套管头 一 井口装置 单级套管头示意图1 油管头 2 套管头 3 套管悬挂器 卡瓦式 4 悬挂套管 5 连接套管 表层套管 一 井口装置 双级套管头示意图1 上部套管头 2 下部套管头 3 油管头 4 上部套管悬挂器 卡瓦式 5 上部悬挂套管 6 下部套管悬挂器 卡瓦式 7 下部悬挂套管 8 连接套管 表层套管 一 井口装置 三级套管头示意图1 油管头 2 上部套管头 3 中部套管头 4 下部套管头 5 上部套管悬挂器 卡瓦式 6 上部悬挂套管 7 中部套管悬挂器 卡瓦式 8 中部悬挂套管 9 下部套管悬挂器 卡瓦式 10 下部悬挂套管 11 连接套管 表层套管 一 井口装置 组合式三级套管头示意图1 油管头 2 上部组合式套管头 3 下部套管头 4 上部套管悬挂器 螺纹式 5 上部悬挂套管 6 中部套管悬挂器 螺纹式 7 中部悬挂套管 8 下部套管悬挂器 卡瓦式 9 下部悬挂套管 10 连接套管 表层套管 一 井口装置 独立螺纹式套管头示意图1 油管头 2 止动压盖3 套管头 4 套管悬挂器 螺纹式 5 悬挂套管 6 连接套管 一 井口装置 TGA型双层套管头示意图1 油层套管 2 技术套管 3 表层套管 4 下四通 5 10 14 19 钢圈 6 15 16 侧法兰 7 下悬挂器 8 17 主密封 9 18 顶丝 10 钢圈 11 试压孔 12 下层副密封 13 上四通 20 上层副密封 21 转换法兰 22 试压孔 23 上接油管头 一 井口装置 二 几种典型完井管柱 下入完井管柱使生产井或注入井开始正常生产是完井的最后一个环节 井的类型 采油井 采气井 注水井 注蒸汽井 注气井 不一样 完井管柱也不一样 即使都为采油井 采油方式不同 完井管柱也不同 目前的采油方式主要有自喷采油和人工举升 有杆泵 水力活塞泵 潜油电泵 气举 采油 1 自喷井完井管柱 全井合采管柱结构简单 就是一根光油管 下接喇叭口 下至油层中部 它适用于单层系的油井或层数不多 层间差异不大的油井 分层开采管柱结构较复杂 主要由封隔器 配产器和其它配套的井下工具组成 主要用于层间差异大的自喷井 解决层间的干扰和矛盾 充分发挥各层段的潜力 提高采油速度 2 有杆泵井完井管柱 有杆泵井完井管柱主要由泵 有杆泵 杆 抽油杆 管 油管 和其它井下工具组成 为提高泵效 有杆泵深抽管柱的油管需用油管锚锚定 有杆泵井标准完井管柱示意图 有杆泵深抽井完井管柱示意图 2 有杆泵井完井管柱 有杆泵井生产管柱型式 3 水力活塞泵井完井管柱 4 潜油电泵井完井管柱 9 投产措施 3 砂岩地层解堵 增产 1 常规加砂水力压裂2 端部脱砂水力压裂3 泡沫压裂 清洁压裂液压裂4 水力压裂复合酸化技术 进攻型压裂完井 第四节 投产措施 完井投产措施 1 排液 1 抽汲排液 降低井底回压 2 N2气举排液 包括连续油管注气 降低井底回压 3 气化水排液 降低井底回压 4 泡沫排液 降低井底回压 2 解堵 1 砂岩油层 盐酸 土酸 氟硼酸 磷酸 地下自生酸 小型压裂及其它方法 如高能气体压裂等 油层清洗 2 碳酸盐岩 盐酸 缓速盐酸 稠化酸 胶凝酸 乳化酸 泡沫酸等 投产措施 3 砂岩地层解堵 增产 1 常规加砂水力压裂2 端部脱砂水力压裂3 泡沫压裂 清洁压裂液压裂4 水力压裂复合酸化技术 进攻型压裂完井 投产措施 4 碳酸盐岩地层解堵 增产 1 酸压 常规酸压 前置液酸压 交替酸压 泡沫酸酸压 稠化酸酸压 胶凝酸酸压 乳化酸酸压 2 水力压裂 酸压复合技术 3 水力压裂 裂缝酸化技术 4 水力压裂 裂缝清洗技术 5 闭合酸压技术 6 带砂酸压技术 投产措施 5 控缝高的压裂工艺目的 1 控制裂缝向高度方向的发展 减少向上和向下的无效填砂 尽可能让裂缝往长度上发展 增加裂缝有效支撑长度 实现在较低施工规模的情况下达到开发所要求的裂缝长度 从而大大降低施工成本 2 对油层附近有水层的油田 控制裂缝向高度方向的发展 减少裂缝向上和向下发展 防止水窜 投产措施 5 控缝高的压裂工艺关键技术 1 利用测井资料和岩石力学参数实验 建立纵向上的地应力和岩石力学参数剖面 2 缝高形态描述和影响缝高因素分析 主要研究油层与隔层原地应力差异 油层与隔层岩石弹性模量差异 油层与隔层岩石泊松比差异 油层与隔层断裂韧性差异 压裂液稠度系数 压裂液流态指数 压裂液滤失系数对裂缝垂向扩展的影响 3 裂缝高度与施工规模的关系研究 施工排量与裂缝高度的关系研究 4 控制缝高的其他综合措施 如转向剂技术 研究 投产措施 6 低渗地层整体压裂改造关键技术 1 施工规模的优化 2 压裂液与支撑剂的优选 3 地应力与压裂裂缝走向 4 压裂裂缝走向与井网合理布置 5 压裂与酸化复合技术 达到少打井 多产油的目的 投产措施 7 高渗 稠油地层压裂技术关键技术 1 施工过程中的降滤技术 压裂暂堵 2 压裂液与支撑剂的优选 3 压出相对长的裂缝 4 高导流能力的形成 5 压后配套的解堵问题