鉆井與完井工程第八章完井

第八章完井1第八章完井第一節完井方法第二節完井方法的選擇第三節完井井口裝置機完井管柱第四節投產措施2第一節完井方法3完井(WellCompletion)，油氣井的完成方式，即根據油氣層的地質特性和開發開采的技術要求，在井底建立油氣層與油氣井井筒之間的合理連通渠道或連通方式，而這些連通渠道或連通方式的不同，也就構成了不同的完井方法。完井的定義4合理的完井方法應該滿足的要求①油、氣層和井筒之間應保持最佳連通條件，油、氣層所受的損害最小；②油、氣層和井筒之間應具有盡可能大的滲流面積，油、氣的入井阻力最小；③應能有效封隔油、氣、水層，防止氣竄或水竄，防止層間的相互干擾；④應能有效控制油層出砂，防止井壁垮塌，確保油井長期生產；5⑤應具備進行分層注水、注氣、分層壓裂、酸化等分層處理措施以及便于人工舉升和井下作業等條件；⑥對于稠油油藏，則稠油開采能達到熱采（主要蒸汽吞吐和蒸汽驅）的要求；⑦油田開發后期具備側鉆定向井及水平井條件；⑧施工工藝盡可能簡便，成本盡可能低。合理的完井方法應該滿足的要求6一、常規完井方法

常規完井方法主要有4種：射孔完井方法（perforating）裸眼完井方法(Open-hole)割縫襯管完井方法(SlottedLiner)礫石充填完井(GravelPacked)71．射孔完井方法射孔完井是國內外使用最為廣泛的一種完井方法，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。在射孔完井的油氣井中，射孔孔眼是溝通產層和井筒的唯一通道。

射孔過程一方面是為油氣流建立若干溝通油氣層和井筒的流動通道，另一方面又對油氣層造成一定的損害。一、常規完井方法－射孔完井81．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鉆頭鉆穿油層直至設計井深，然后下油層套管至油層底部并注水泥固井，最后射孔，射孔彈射穿油層套管、水泥環并穿透油層一定深度，從而建立油（氣）流的通道。一、常規完井方法－射孔完井91．射孔完井方法尾管射孔完井：鉆頭鉆至油層頂界后，下技術套管注水泥固井，然后用小一級的鉆頭鉆穿油層至設計井深，用鉆具將尾管送下并懸掛在技術套管上。尾管和技術套管重合段一般不小于50m。再對尾管注水泥固井，然后射孔。一、常規完井方法－射孔完井10水平井射孔完井一、常規完井方法－射孔完井1．射孔完井方法水平井射孔完井：一般技術套管下過直井段注水泥固井后，在水平井段內下入完井尾管，而后注水泥固井。完井尾管和技術套管宜重合100m左右。最后在水平井段射孔。11一、常規完井方法－射孔完井Thiscross-sectionalviewofawellboreillustratestheeffectofgunpositiononperforationgeometryDensityPenetrationPhasing12一、常規完井方法－射孔完井Perforatinggun:Perforatinggunsareconfiguredinseveralways.Ineachcase,thekeyobjectiveoftheselectionprocessistocreateapredefinedpatternofperforationsoverthecorrectwellboreinterval.13射孔完井適用的地質條件

①有氣頂、或有底水、或有含水夾層、易塌夾層等復雜地質條件，因而要求實施分隔層段的儲層；②各分層之間存在壓力、巖性等差異，因而要求實施分層測試、分層采油、分層注水、分層處理的儲層；③要求實施大規模水力壓裂作業的低滲透儲層；④砂巖儲層、碳酸鹽巖裂縫性儲層。一、常規完井方法－射孔完井14射孔關鍵技術射孔是完井工程的一個關鍵性環節。為此，采用先進的理論和方法，針對儲層性質和工程實際情況，優選射孔工藝和優化射孔設計，是搞好射孔完井必不可少的基本條件。采用恰當的射孔工藝和正確的射孔設計，就可以獲得較為理想的產能。需要對射孔工藝、射孔槍彈與儀器、射孔損害機理及評價方法、射孔優化設計以及射孔負壓和射孔液等問題進行理論、實驗和礦場試驗研究。一、常規完井方法－射孔完井

15

射孔工藝的選擇一般根據：（1）油藏和流體特性；（2）地層損害狀況；

（3）套管程序；

（4）油田生產條件。一、常規完井方法－射孔工藝

161）電纜輸送套管槍射孔工藝按采用的射孔壓差可以分為兩種方式：正壓射孔；負壓射孔。射孔壓差指的是射孔液在井底產生的液柱壓力與地層壓力之差。差值為正則為正壓射孔，差值為負則為負壓射孔。一、常規完井方法－射孔工藝

17①常規電纜套管槍正壓射孔工藝定義：射孔前射孔液在井底形成的液柱壓力高于地層壓力。優點：施工簡單，成本低、高孔密、深穿透。缺點：使射孔液中的固相和液相侵入儲層而導致儲層損害。為了減少正壓對地層的傷害，特別要求使用優質的射孔液。定位：磁性定位器測出定位套管接箍對比曲線，調整下射孔槍槍深度。

一、常規完井方法－射孔工藝

18②套管槍負壓射孔工藝這種工藝基本上與套管槍正壓射孔相同，只是射孔前將井筒液面降低到一定深度，以建立適當的負壓，主要用于低壓油藏。優點：負壓清洗和穿透較深，對地層的傷害減少到最小。缺點：油氣層厚度大的井需多次下槍射孔，不能保持以后射孔必要的負壓。

一、常規完井方法－射孔工藝

192）油管輸送射孔無電纜油管輸送射孔工藝是利用油管將射孔槍下到油層部位射孔，是目前國內外使用最多的一種射孔工藝。油管下部聯有壓差式封隔器、帶孔短節和引爆系統，油管內只有部分液柱造成射孔負壓。通過地面投棒引爆（重力引爆）、油管加壓引爆和環空加壓（壓差式引爆）或電纜濕式接頭引爆等各種方式使射孔彈爆炸而一次全部射完油氣層。定位：油管輸送射孔的深度校正一般采用較為精確的放射性校深方法。

一、常規完井方法－射孔工藝203）油管輸送射孔聯作工藝①油管輸送射孔和地層測試聯作

將油管輸送裝置的射孔槍、點火頭、激發器等部件接到單封隔器測試管柱的底部。管柱下到待射孔和測試井段后，進行射孔校深、座好封隔器并打開測試閥，引爆射孔槍后轉入正常測試程序。這種工藝特別適合于自噴井。②油管輸送射孔與壓裂、酸化聯作完井時下一次管柱，能完成射孔、測試、酸化、壓裂、試井等工序。一、常規完井方法－射孔工藝

214）電纜輸送過油管射孔

①常規過油管射孔②轉軸式（張開式）過油管射孔工藝③過油管深穿透射孔技術一、常規完井方法－射孔工藝3）油管輸送射孔聯作工藝③非自噴井油管輸送射孔與測試聯作工作管柱由射孔槍、封隔器、負壓閥、自動壓力計工作筒、固定閥以及配有特殊空心套筒的逆流射流泵組成。224)電纜輸送過油管射孔

①常規過油管射孔工藝：首先將油管下入工作層頂部，裝好采油樹和防噴管，射孔槍和電纜接頭裝入防噴管內，準備就緒后，打開清臘閘門下入電纜，射孔槍通過油管下出油管鞋，用電纜接頭上的磁定位器測出短套管位置，點火射孔。優點：可降低油管內液面，使之達到負壓射孔，減少儲層損害，尤其適合于生產井不停產補孔和打開新層位，避免了壓井和起下油管作業一、常規完井方法－射孔工藝

234)電纜輸送過油管射孔

①常規過油管射孔

缺點：射孔槍的直徑受油管內徑限制，無法實現高孔密、深穿透（彈尺寸小且射孔槍與套管間隙過大）。一次下槍長度受防噴管高度限制，厚油氣層需多次下槍，而以后幾槍無法保證負壓。就負壓本身而言也不能過大，以防射孔后油氣上沖而使電纜打結無法取出。

一、常規完井方法－射孔工藝

244)電纜輸送過油管射孔②轉軸式（張開式）過油管射孔工藝在改進常規過油管射孔技術基礎上，研制出轉軸式過油管射孔槍，轉軸槍包括一個控制頭和一個射孔槍。控制頭用于射孔槍張開。射孔槍由彈架、轉軸彈，兩個啟動桿和連接轉軸射孔彈的連接器、導爆索和雷管組成。射孔井段的長度增大，300mm~900mm。

③過油管深穿透射孔技術改進轉軸式過油管射孔工藝，可在油管內下入大直徑射孔彈，其裝藥量達24克以上，穿深達400～800mm，接近套管槍射孔深度。一、常規完井方法－射孔工藝

25(2)射孔參數優選射孔參數優選是指現有條件下，針對特定儲層使井產能達到最高的射孔參數優配組合，也涉及到實現這些參數的工藝要求。產能比是優選的目標函數。要獲得理想的射孔效果或產能，必須對射孔參數進行優化設計。進行正確而有效的射孔參數優選，取決于：對于各種儲層和地下流體情況下射孔井產能規律的量化認識程度；射孔參數、損害參數和儲層及流體參數獲取的準確程度；可供選擇的槍彈品種、類型的系列化程度。一、常規完井方法－射孔工藝

26(2)射孔參數優選1)射孔優化設計資料準備包括收集射孔槍、彈基本數據，射孔彈穿深、孔徑校正，鉆井損害參數的計算等方面。2)射孔參數優化設計方法：①建立各種儲層和產層流體條件下射孔完井產能關系的數學模型，獲得各種條件下射孔產能比定量關系；②收集本地區、鄰井和設計井有關資料和數據，用以修正模型和優化設計；一、常規完井方法－射孔工藝

27(2)射孔參數優選2)射孔參數優化設計方法③調查射孔槍、彈型號和性能測試數據；④校正各種彈的井下穿深和孔徑；⑤計算各種彈的壓實損害參數；⑥計算設計井的鉆井損害參數；⑦計算和比較各種可能參數配合下的產率比和套管抗擠毀能力降低系數，優選出最佳的射孔參數配合；⑧預測選擇方案下的產量、表皮系數。一、常規完井方法－射孔工藝

28(3)射孔負壓設計負壓射孔（UnderbalancedPerforating）就是指射孔時射孔液在井筒中造成的井底壓力低于油藏壓力。負壓值是負壓設計的關鍵。具體要求：保證孔眼清潔、沖刷出孔眼周圍的破碎壓實帶中的細小顆粒，滿足這一要求的負壓稱為最小負壓；負壓值不能超過某個值以免造成地層出砂、垮塌、套管擠毀、或封隔器失效和其它方面的問題，對應的這一臨界值稱為最大負壓。合理射孔負壓值的選擇應當是既高于最小負壓又不超過最大負壓。

一、常規完井方法－射孔工藝29美國Conoco公司射孔負壓設計計算方法

若產層有出砂史或含水飽和度高，則：△Prec＝0.8△Pmin＋0.2△Pmax若產層無出砂史，則：△Prec＝0.2△Pmin＋0.8△Pmax

式中△Prec─合理負壓，MPa;△Pmax─最大負壓，MPa；△Pmin─最小負壓，MPa；一、常規完井方法－射孔工藝

302．裸眼完井方法

裸眼完井就是井眼完全裸露，井內不下任何管柱。分先期裸眼完井和后期裸眼完井。適用條件為：①巖性堅硬致密，井壁穩定不坍塌的碳酸鹽巖或砂巖儲層；②無氣頂、無底水、無含水夾層及易塌夾層的儲層；③單一厚儲層，或壓力、巖性基本一致的多儲層；④不準備實施分隔層段、選擇性處理的儲層。一、常規完井方法－裸眼完井

31先期裸眼完井鉆頭鉆至油層頂界附近后，下技術套管注水泥固井。水泥漿上返至預定的設計高度后，再從技術套管中下入直徑較小的鉆頭，鉆穿水泥塞，鉆開油層至設計井深完井。此為先期裸眼完井。一、常規完井方法－裸眼完井

32后期裸眼完井

不更換鉆頭，直接鉆穿油層至設計井深，然后下技術套管至油層頂界附近，注水泥固井，此為后期裸眼完井。一、常規完井方法－裸眼完井

33水平井裸眼完井一、常規完井方法－裸眼完井

343．割縫襯管完井方法

割縫襯管完井是在裸眼完井的基礎上，在裸眼井內下入割縫襯管。在直井、定向井、水平井中都可采用。與裸眼完井相對應，割縫襯管完井方法也有兩種完井工序：先期固井和后期固井。一、常規完井方法－割縫襯管35割縫襯管完井（先期固井）鉆頭鉆至油層頂界后，先下技術套管注水泥固井，再從技術套管中下入直徑小一級的鉆頭鉆穿油層至設計井深。最后在油層部位下入預先割縫的襯管，依靠襯管頂部的襯管懸掛器(卡瓦封隔器)，將襯管懸掛在技術套管上，并密封襯管和套管之間的環形空間，使油氣通過襯管的割縫流入井筒。一、常規完井方法－割縫襯管36割縫襯管完井（后期固井）

用同一尺寸鉆頭鉆穿油層后，套管柱下端連接襯管下入油層部位，通過管外封隔器和注水泥接頭固井封隔油層頂界以上的環形空間。一、常規完井方法－割縫襯管37割縫襯管示意圖割縫襯管就是在襯管壁上沿著軸線的平行方向或垂直方向割成多條縫眼.一、常規完井方法－割縫襯管38割縫襯管縫眼的功能允許一定數量和大小的能被原油攜帶至地面的“細砂”通過。能把較大顆粒的砂子阻擋在襯管外面。這樣，大砂粒就在襯管外形成“砂橋”或“砂拱”。砂橋中沒有小砂粒，因為生產時此處流速很高，把小砂粒都帶入井內了。砂橋的這種自然分選，使它具有良好的通過能力，同時起到保護井壁的作用。一、常規完井方法－割縫襯管39割縫襯管的技術參數（1）縫眼的形狀縫眼剖面應該呈梯形，梯形兩斜邊的夾角與襯管的承壓大小及流通量有關，一般設計為12°左右。梯形的大底邊應為襯管內表面，小底邊應為襯管外表面。這種縫眼的形狀可以避免砂粒卡死在縫眼內而堵塞襯管。一、常規完井方法－割縫襯管40（2）縫口寬度梯形縫眼的小底邊寬度稱為縫口寬度。縫口寬度為：

e≤2d10

式中e---縫口寬度，mm；d10-----產層砂粒度組成累積曲線上，占累積重量為10％所對應的砂粒直徑，mm。

上式表明：占砂樣總重量為90％的細小砂粒被允許通過割縫縫眼，而占砂樣總重量為10％的大直徑承載骨架砂不能通過縫眼，被阻擋在襯管外面形成具有較高滲透率的“砂橋”。割縫襯管的技術參數一、常規完井方法－割縫襯管41（3）縫眼的排列形式

排列形式有沿襯管軸線的平行方向或沿襯管軸線的垂直方向割縫兩種縫口寬度。

割縫襯管的技術參數一、常規完井方法－割縫襯管42(4)割縫襯管的尺寸。根據技術套管尺寸，裸眼井段的鉆頭直徑，可確定割縫襯管外徑，如下所示：

技術套管

裸眼井段鉆頭

割縫襯管公稱直徑(in)套管外徑(mm)公稱直徑(in)鉆頭直徑(mm)公稱直徑(in)襯管外徑(mm)

7

177.8

6

1525～51/2127～140

85/8

219.1

71/2

19051/2～65/8140～168

95/8

244.5

81/2

21665/8～75/8168～194

103/4

273.1

95/8

244.575/8～85/8194～219一、常規完井方法－割縫襯管割縫襯管的技術參數43縫眼的長度應根據管徑的大小和縫眼的排列形式而定，通常為20～300mm。由于垂向割縫襯管的強度低，因此垂向割縫的縫長較短，一般為20～50mm。平行向割縫的縫長一般為50～300mm。小直徑高強度襯管取高值，而大直徑低強度襯管取低值。一、常規完井方法－割縫襯管割縫襯管的技術參數（5）縫眼的長度44(6)縫眼的數量縫眼的數量決定了割縫襯管的流通面積。在確定割縫襯管流通面積時，既要考慮產液量的要求，又要顧及割縫襯管的強度。縫眼的數量可由下式確定：

式中n---縫眼的數量，條/m；α--縫眼總面積占襯管外表總面積的百分數，一般取2％；

F---每米襯管外表面積，mm2/m；e---縫口寬度，mm；l---縫眼長度，mm。一、常規完井方法－割縫襯管45割縫襯管完井適用的地質條件①無氣頂、無底水、無含水夾層及易塌夾層的儲層；②單一厚儲層，或壓力、巖性基本一致的多儲層；③不準備實施分隔層段，選擇性處理的儲層；④巖性較為疏松的中、粗砂粒儲層。割縫襯管完井方法是當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，同時在一定程度上起到防砂的作用。由于這種完井方法的工藝簡單，操作方便，成本低，故而在一些出砂不嚴重的中粗砂粒油層中使用。

一、常規完井方法－割縫襯管464.礫石充填完井

對于膠結疏松出砂嚴重的地層，一般應采用礫石充填完井方法。它是先將繞絲篩管下入井內油層部位，然后用充填液將在地面上預先選好的礫石（礫石可以是石英砂、玻璃珠、樹脂涂層砂或陶粒）泵送至繞絲篩管與井眼或繞絲篩管與套管之間的環形空間內，構成一個礫石充填層，以阻擋油層砂流入井筒，達到保護井壁、防砂入井之目的。 礫石充填完井在直井、定向井中都可使用。但在水平井中應慎重，因為易發生砂卡，從而使礫石充填失敗，達不到有效防砂的目的。為了適應不同油層特性的需要，裸眼完井和射孔完井都可以充填礫石，分別稱為裸眼礫石充填和套管礫石充填。

一、常規完井方法－礫石充填47（1）裸眼礫石充填完井在地質條件允許使用裸眼，而又需要防砂時，就應該采用裸眼礫石充填完井方法。其工序是：鉆頭鉆達油層頂界以上約3m后，下技術套管注水泥固井。再用小一級的鉆頭鉆穿水泥塞，鉆開油層至設計井深。然后更換擴張式鉆頭將油層部位的井徑擴大到技術套管外徑的1.5至2倍，以確保充填礫石時有較大的環形空間，增加防砂層的厚度，提高防砂效果。一、常規完井方法－礫石充填48一、常規完井方法－礫石充填Openholegravelpack.Openholegravelpacksarecompletedwithoutcasingorlinertosupporttheformation.49一、常規完井方法－礫石充填裸眼礫石充填擴徑尺寸匹配表

上層套管尺寸井眼尺寸擴眼尺寸篩管尺寸(in)(mm)(in)(mm)(in)(mm)(in)(mm)51/2139.743/4120.61230527/88765/8～7168.3～177.857/8～61/8149.2～155.512～16305～4074～5117～14275/8～85/8193.7～219.161/2～77/8165.1～20014～18355.6～457.251/215595/8244.583/4222.216～20407～50865/8184103/4273.191/2241.318～20457.2～508719450裸眼礫石充填完井示意圖一、常規完井方法－礫石充填51（2）套管礫石充填完井

套管礫石充填的完井工序是：鉆頭鉆穿油層至設計井深后，下油層套管于油層底部，注水泥固井，然后對油層部位射孔。要求采用高孔密（30孔/m左右），大孔徑（20mm左右）射孔，以增大充填流通面積，有時還把套管外的油層砂沖掉，以便于向孔眼外的周圍油層填入礫石，避免礫石和地層砂混和增大滲流阻力。由于高密度充填（高粘充填液）緊實，充填效率高，防砂效果好，而且有效期長，故當前大多采用高密度充填。一、常規完井方法－礫石充填52一、常規完井方法－礫石充填套管規格篩管外徑(mm)(in)(mm)(in)139.751/27423/8168.365/88727/8177.878727/8193.775/810431/2219.185/81174244.595/813041/2273.1103/41425套管礫石充填篩管匹配表

53套管礫石充填完井示意圖一、常規完井方法－礫石充填54（3）礫石質量要求

1）礫石粒徑國內外推薦的礫石粒徑是油層砂粒度中值d50的5～6倍。2）礫石尺寸合格程度礫石尺寸合格程度的標準是大于要求尺寸的礫石重量不得超過砂樣的0.1%，小于要求尺寸的礫石重量不得超過砂樣的2％。一、常規完井方法－礫石充填55(3)礫石質量要求3）礫石的強度礫石強度的標準是抗破碎試驗所測出的破碎砂重量含量不超過下表所示的數值。礫石抗破碎推薦標準

一、常規完井方法－礫石充填充填砂粒度(目)破碎砂重量百分含量(%)8～16812～20416～30220～40230～50240～60256(3)礫石質量要求

4）礫石的球度和圓度：要求礫石的平均圓度應大于0.6。一、常規完井方法－礫石充填57(3)礫石質量要求5）礫石的酸溶度礫石酸溶度的標準是：在標準土酸(3％HF＋12％HCl)中礫石的溶解重量百分數不得超過1％。6）礫石的結團要求為：礫石應由單個石英砂粒所組成，如果砂樣中含有1％或更多個砂粒結團，該砂樣不能使用。一、常規完井方法－礫石充填58(4)繞絲篩管縫隙尺寸的選擇

礫石充填完井一般都使用不銹鋼繞絲篩管而不用割縫襯管。其原因有：

①割縫襯管的縫口寬度由于受加工割刀強度的限制，最小為0.250.5mm。因此，割縫襯管只適用于中、粗砂粒油層。而繞絲篩管的縫隙寬度最小可達0.12mm，故其適用范圍要大得多。②繞絲篩管是由繞絲形成一種連續縫隙，它的流通面積要比割縫襯管大得多，流體通過篩管時幾乎沒有壓力降。③繞絲篩管以不銹鋼絲為原料，其耐腐蝕性強，使用壽命長，綜合經濟效益高。

一、常規完井方法－礫石充填59(4)繞絲篩管縫隙尺寸的選擇

繞絲篩管應能保證礫石充填層的完整。故其縫隙應小于礫石充填層中最小的礫石尺寸，一般取為最小礫石尺寸的1/22/3。例如根據油層砂粒度中值，確定礫石粒徑為1630目，其礫石尺寸的范圍是0.581.19mm。所選的繞絲縫隙應為0.30.38mm。一、常規完井方法－礫石充填60礫石充填完井適用的地質條件裸眼礫石充填完井①無氣頂、無底水、無含水夾層的儲層。②單一厚儲層，或壓力、物性基本一致的多儲層。③不準備實施分隔層段，選擇性處理的儲層。④巖性疏松出砂嚴重的中、粗、細砂粒儲層。套管礫石充填完井①有氣頂、或有底水、或有含水夾層、易塌夾層等復雜地質條件，因而要求實施分隔層段的儲層。②各分層之間存在壓力、巖性差異，因而要求實施選擇性處理的儲層。③巖性疏松出砂嚴重的中、粗、細砂粒儲層。一、常規完井方法－礫石充填61一、常規完井方法小結

完井方法適用的地質條件

射孔完井①有氣頂、或有底水、或有含水夾層、易塌夾層等復雜地質條件，因而要求實施分隔層段的儲層。②各分層之間存在壓力、巖性等差異，因而要求實施分層測試、分層采油、分層注水、分層處理的儲層。③要求實施大規模水力壓裂作業的低滲透儲層。④砂巖儲層、碳酸鹽巖裂縫性儲層。

裸眼完井①巖性堅硬致密，井壁穩定不坍塌的碳酸鹽巖或砂巖儲層。②無氣頂、無底水、無含水夾層及易塌夾層的儲層。③單一厚儲層，或壓力、巖性基本一致的多儲層。④不準備實施分隔層段，選擇性處理的儲層。割縫襯管完井①無氣頂、無底水、無含水夾層及易塌夾層的儲層。②單一厚儲層，或壓力、巖性基本一致的多儲層。③不準備實施分隔層段，選擇性處理的儲層。④巖性較為疏松的中、粗砂粒儲層。裸眼礫石充填完井①無氣頂、無底水、無含水夾層的儲層。②單一厚儲層，或壓力、物性基本一致的多儲層。③不準備實施分隔層段，選擇性處理的儲層。④巖性疏松出砂嚴重的中、粗、細砂粒儲層。套管礫石充填完井①有氣頂、或有底水、或有含水夾層、易塌夾層等復雜地質條件，因而要求實施分隔層段的儲層。②各分層之間存在壓力、巖性差異，因而要求實施選擇性處理的儲層。③巖性疏松出砂嚴重的中、粗、細砂粒儲層。幾種主要完井方法適用的地質條件(垂直井)62

二、其它完井方法

1.貫眼套管（尾管）完井貫眼套管（尾管）完井也稱地面預鉆孔套管（尾管）完井，這是在地面按一定的布孔參數預先在套管（尾管）上鉆孔，然后象割縫襯管一樣完井。一般的布孔參數為：孔密2024孔/m，孔眼直徑10mm，相位角6090度，交錯布孔。貫眼套管（尾管）的加工成本要比割縫襯管低得多，適用于不出砂的碳酸鹽巖地層及其它裂縫性油藏。貫眼套管（尾管）完井在直井、定向井、水平井中都可使用。632.預充填礫石繞絲篩管完井預充填礫石繞絲篩管是在地面預先將符合油層特性要求的礫石填入具有內外雙層繞絲篩管的環形空間而形成的防砂管。將此種篩管下入裸眼井內或射孔套管內，對準出砂層位進行防砂。該種防砂方法其油井產能略低于井下礫石充填，但工藝簡便、成本低，國內外均經常采用。該種完井方法在直井、定向井、水平井中都可使用。二、其它完井方法

642.預充填礫石繞絲篩管完井預充填礫石粒徑的選擇，雙層繞絲篩管縫隙的選擇等，皆與井下礫石充填完井相同。外篩管外徑與套管內徑的差值應盡量小，一般10mm左右為宜，以增加預充填礫石層的厚度，從而提高防砂效果。預充填礫石層的厚度應保證在25mm左右。內篩管的內徑應大于中心管外徑2mm以上，以便能順利組裝在中心管上。

二、其它完井方法

653.其它防砂篩管完井（1）金屬纖維防砂篩管（2）多孔冶金粉末防砂篩管（3）多層充填井下濾砂器二、其它完井方法

663.其它防砂篩管完井（1）金屬纖維防砂篩管不銹鋼纖維是主要的防砂原件，由斷絲、混絲經滾壓、梳分、定形而成。它的防砂原理是：大量纖維堆集在一起時，纖維之間就會形成若干縫隙，利用這些縫隙阻擋地層砂粒通過，其縫隙的大小與纖維的堆集緊密程度有關。通過控制金屬纖維縫隙的大小（控制纖維的壓緊程度）達到適應不同油層粒徑的防砂要求。此外，由于金屬纖維富有彈性，在一定的驅動力下，小砂粒可以通過縫隙，避免金屬纖維被填死。砂粒通過后，纖維又可恢復原狀而達到自潔的作用。

二、其它完井方法

673.其它防砂篩管完井（1）金屬纖維防砂篩管二、其它完井方法

683.其它防砂篩管完井（1）金屬纖維防砂篩管優點：滲透率高，孔隙度大；

耐高溫、耐腐蝕，在井下的壽命長；

防砂效果好；

結構簡單，強度高，連接方便；

施工工藝簡單，動用設備少，防砂總成本低；應用范圍廣，適應性強。

二、其它完井方法

693.其它防砂篩管完井（2）多孔冶金粉末防砂篩管這種防砂篩管是用鐵、青銅、鋅白銅、鎳、蒙乃爾合金等金屬粉末作為多孔材料加工而成。二、其它完井方法

703.其它防砂篩管完井（3）多層充填井下濾砂器美國保爾(Pall)油井技術公司推薦一種多層充填井下濾砂器，它是由基管、內外泄油金屬絲網、3～4層單獨纏繞在內外泄油網之間的保爾(Pall)介質過濾層及外罩管所組成。該介質過濾層是主要的濾砂原件，它是由不銹鋼絲與不銹鋼粉末燒結而成的。因此可根據油層砂粒度中值，選用不同粒徑的不銹鋼粉末燒結，其控制范圍廣。該種完井方法在直井、定向井、水平井中都可使用。

二、其它完井方法

714.化學固砂完井化學固砂是以各種材料（水泥漿、酚醛樹脂等）為膠結劑，以各種硬質顆粒（石英砂、核桃殼等）為支撐劑，按一定比例拌合均勻后，擠入套管外堆集于出砂層位。凝固后形成具有一定強度和滲透性的人工井壁防止油層出砂。或者不加支撐劑，直接將膠結劑擠入套管外出砂層位，將疏松砂巖膠結牢固防止油層出砂。化學固砂雖然是一種防砂方法，但其在使用上有其局限性，僅適用于單層及薄層，防砂油層一般以5m左右為宜，不宜用在大厚層或長井段防砂。化學固砂完井主要在直井中使用。

二、其它完井方法

724.化學固砂完井二、其它完井方法

方法膠結劑支撐劑配方(重量比)適用范圍優缺點水泥砂漿人工井壁水泥漿石英砂水泥:水:石英砂＝1:0.5:4油水井后期防砂、低壓、淺井防砂原料來源廣、強度低、有效期短水帶干灰砂人工井壁水泥石英砂水泥:石英砂＝1:(2～2.5)高含水油井和注水井后期防砂。低壓油水井。原料來源廣、成本低、堵塞較嚴重柴油水泥漿乳化液人工井壁柴油水泥漿乳化液

柴油:水泥:水＝1:1:0.5油、水井早期防砂。出砂量少。淺井。原料來源廣、成本低、堵塞較嚴重酚醛樹脂人工井壁酚醛樹脂溶液

苯酚:甲醛:氨水＝1:1.5:0.05油、水井先期和早期防砂。中、粗砂巖油層防砂適應性強、成本高，樹脂儲存期短樹脂核桃殼人工井壁酚醛樹脂核桃殼樹脂:核桃殼＝1:1.5油、水井早期和后期防砂。出砂量少。膠結強度高、滲透率高、防砂效果好。原料來源困難，施工較復雜樹脂砂漿人工井壁酚醛樹脂石英砂樹脂:石英砂＝1:4油、水井后期防砂。膠結強度高、適應性強，施工較復雜酚醛溶液地下合成酚醛溶液

苯酚:甲醛:固化劑=1:2:(0.3～0.36)油層溫度在60℃以上的油、水井先期和早期防砂。溶液粘度低，易于擠入油層，可分層防砂樹脂涂層礫石人工井壁環氧樹脂石英砂樹脂:礫石＝1:(10～20)油層溫度在60℃以上的油、水井早期和后期防砂滲透率高、強度高、施工簡單735.壓裂礫石充填防砂完井在礫石充填工藝上的突破主要是將礫石充填與水力壓裂結合起來，稱為壓裂礫石充填技術，包括清水壓裂充填、端部脫砂壓裂充填、膠液壓裂充填等三種。其原理就是在射孔井上礫石充填之前，利用水力壓裂在地層中造出短裂縫，然后在裂縫中填滿礫石，最后，再在篩管與套管環空充填礫石。同樣，壓裂礫石充填完井在直井、定向井中都可使用。但在水平井中應慎重，因為搞不好易發生砂卡，從而使礫石充填失敗，達不到有效防砂的目的。

二、其它完井方法

746.欠平衡打開產層的完井

欠平衡打開產層時，井下鉆井液產生的液柱壓力小于地層壓力，其主要優點是可以避免鉆井液對地層產生損害。但由于欠平衡打開產層適應的地質條件有限（主要有裂縫性碳酸鹽巖地層、裂縫性變質巖地層、火山噴發巖地層、低滲致密砂巖等），所以目前能采用的完井方法主要有裸眼完井、割縫襯管完井、帶ECP的割縫襯管完井、貫眼套管完井等。二、其它完井方法

75第二節完井方法的選擇76按照鉆井后井眼是否裸露，可將完井方法分為兩大類：射孔系列完井和裸眼系列完井

裸眼系列完井射孔系列完井1、裸眼完井1、射孔完井2、割縫襯管完井2、射孔套管內下繞絲篩管完井3、帶管外封隔器的割縫襯管完井3、射孔套管內下預充填礫石篩管完井4、繞絲篩管完井4、射孔套管內金屬纖維篩管完井5、貫眼套管完井5、射孔套管內井下礫石充填完井6、裸眼預充填礫石篩管完井

7、裸眼金屬纖維篩管完井

8、裸眼井下礫石充填完井

一、完井方法分類77按照完井方法是否具備防砂的功能來分，則又可分成防砂型完井和非防砂型完井兩大類

非防砂型完井防砂型完井1、裸眼完井1、割縫襯管完井（*）2、割縫襯管完井2、繞絲篩管完井3、帶管外封隔器的割縫襯管完井3、裸眼預充填礫石篩管完井4、貫眼套管完井4、裸眼金屬纖維篩管完井5、射孔完井5、裸眼井下礫石充填完井

6、管內下繞絲篩管完井

7、管內預充填礫石篩管完井

8、管內金屬纖維篩管完井

9、管內井下礫石充填完井

10、化學固砂完井一、完井方法分類78二、生產過程中井眼的力學穩定性判斷

根據考慮中間主應力的Von.Mises剪切破壞理論，可以計算作用在井壁巖石上的剪切應力均方根（廣義剪應力）和有效法向應力：式中剪切應力均方根，MPa；

有效法向應力，MPa；σ1

作用在井壁巖石上的最大主應力，MPa；σ2

中間主應力，MPa。σ3

作用在井壁巖石上的最小主應力，MPa；Pr

地層孔隙壓力，MPa。79二、生產過程中井眼的力學穩定性判斷

根據Von.Mises剪切破壞理論，計算井壁巖石的剪切強度均方根，即：

式中---油層巖石的剪切強度均方根，MPa；---巖石材質常數，MPa,β---巖石材質常數,

Ch---油層巖石的內聚力，MPa,

φ---油層巖石的內摩擦角，（°）

σc

---油層巖石的單軸抗壓強度，MPa；

σt

---井壁巖石的最大切向應力，MPa。80

若計算出的剪切強度均方根大于由前式算出的剪切應力均方根，則表明不會發生力學上的不穩定，可以采用裸眼完井方法；反之將會發生井眼的力學不穩定，即有可能發生井眼坍塌，因而不能采用裸眼完井方法，必須采用能支撐井壁的完井方法。二、生產過程中井眼的力學穩定性判斷

811.地層出砂機理出砂的種類：游離砂和骨架砂。前者能疏通地層孔隙喉道，真正要防的是地層骨架砂的產出，因為一旦地層出骨架砂，可能導致地層的坍塌，使油井報廢。三、生產過程中地層出砂的判斷

骨架砂何時會產出？？82三、生產過程中地層出砂的判斷1.地層出砂機理什么情況下將產出骨架砂？按照巖石力學的觀點，地層出砂是由于井壁巖石力學結構被破壞所引起的。井壁巖石的應力狀態和巖石的抗張（拉）強度是地層出砂與否的內因。而開采工程中的生產壓差的大小及地層空隙壓力的變化是地層出砂與否的外因。如果井壁巖石所受到的最大張應力超過巖石的抗張強度，巖石就會發生張性斷裂或張性破壞，在開采過程中將造成地層出砂。83影響地層出砂的因素：

（1）地層巖石強度一般說來，地層巖石強度（抗拉強度）越低，地層出砂的可能性就越大。（2）地層的孔隙壓力衰減隨著地層孔隙壓力的下降，井壁巖石所受的應力就會增大，地層出砂的可能性就會隨著增大。（3）生產壓差生產壓差（或生產速度）越大，地層出砂的可能性越大。三、生產過程中地層出砂的判斷

84影響地層出砂的因素：（4）地層是否出水和含水率的大小生產過程中，隨著地層的出水和含水率的上升，地層出砂的可能性增大。（5）地層流體粘度地層流體粘度越大，地層出砂的可能性就越大。（6）不適當的措施或管理不適當的增產措施（如酸化或壓裂）或不當的管理（如造成井下過大的壓力激動）都會引起地層出砂。

三、生產過程中地層出砂的判斷

852.生產過程中地層出砂的判斷

生產過程中地層出砂的判斷就是要解決油井是否需要采用防砂完井的問題。其判斷方法主要有現場觀測法、經驗法及力學計算方法等。三、生產過程中地層出砂的判斷

86(1)現場觀測法判斷出砂

1)巖芯觀察疏松巖石用常規取芯工具收獲率低，很容易將巖芯從取心筒中拿出或巖芯易從取心筒中脫落；用肉眼觀察、手觸等方法判斷時，疏松巖石或低強度巖石往往一觸即碎、或停放數日自行破碎、或在巖芯上用指甲能刻痕；對巖芯浸水或鹽水，巖芯易破碎。如有上述現象，則說明生產過程中地層易出砂。三、生產過程中地層出砂的判斷

87(1)現場觀測法判斷出砂2)DST測試：如果DST測試期間油氣井出砂（甚至嚴重出砂），說明生產過程中地層易出砂；如果DST測試期間未見出砂，但仔細檢查井下鉆具和工具，在接箍臺階等處附有砂粒，或在DST測試完畢后，砂面上升，說明生產過程中地層易出砂。3)鄰井狀態同一油氣藏中，臨井生產過程中出砂，本井出砂的可能性大。三、生產過程中地層出砂的判斷

88(2)經驗法判斷出砂

1)聲波時差法聲波時差295s/m時，地層容易出砂。2)G/cb法根據力學性質測井所求得的地層巖石剪切模量G和巖石體積壓縮系數cb，可以計算G/cb值，其計算公式如下

當G/cb3.8107Mpa2時，油氣井不出砂；當G/cb3.3107Mpa2時，油氣井要出砂。三、生產過程中地層出砂的判斷

89(2)經驗法判斷出砂3)組合模量法根據聲速及密度測井資料，用下式計算巖石的彈性組合模量EC：

①EC

2.0104Mpa，正常生產時不出砂；②1.5104MpaEC

2.0104Mpa，正常生產時輕微出砂；③EC1.5104Mpa，正常生產時嚴重出砂。三、生產過程中地層出砂的判斷

90(3)力學計算法判斷出砂根據巖石破壞理論，當巖石的抗壓強度小于最大切向應力時，井壁巖石不堅固，將會引起巖石結構的破壞而出砂。計算方法：分別計算直井、定向井、水平井井眼條件下的井壁所收到的最大張應力和井壁巖石的抗張強度。比較井壁最大張應力和井壁巖石抗張強度的相對大小，判斷是否出砂。三、生產過程中地層出砂的判斷

91四、完井方法選擇的地質及采油工程依據

油、氣藏類型、油、氣層巖性不同，所選的完井方法就不同，即使在同一油、氣藏中，井所處的地理位置不同，所選完井方法也可能有差別。完井方法選擇必須依據油、氣田地質和油、氣藏工程特點，同時要考慮到采油(采氣)工程技術要求，要有預見性。921.注水我國的砂巖油田主要是陸相沉積，其特點是層系多、薄互層多，低滲透油層占有不小比例，油層壓力普遍偏低。油田大多采用早期注水開發，而且是多套層系同井開采，所以常采用分層注水工藝。由于注水貫穿于油田開發全過程，特別是深井低滲透油層注水壓力較高（注水壓力接近油層破裂壓力）。因此，在選擇完井方法時，不僅要求能分隔層段，而且還應保證注水井在長期承受高壓下正常工作。注水井一般采用射孔完井方法。四、完井方法選擇的地質及采油工程依據

932.壓裂、酸化砂巖地層大多需要壓裂投產或者注水開發后壓裂增產，又因為層系多需要采取分層壓裂。在從油管注壓裂液時，由于排量大摩阻高，因而施工壓力高，在選擇完井方法時只能選擇套管射孔完成。對于碳酸鹽巖，不論是裂縫性還是孔隙性地層，大多需要進行常規酸化投產，有時還需要進行大型酸化、酸壓，因此必須采用套管射孔完成。四、完井方法選擇的地質及采油工程依據

943.氣頂、底水控制

不論砂巖或碳酸鹽巖油氣田都存在氣頂和底水控制問題，有的油藏可能同時存在氣頂、底水，或者僅有氣頂或底水，完井時必須充分考慮如何發揮氣頂和底水的有利作用，同時又要能有效地控制其不利因素。四、完井方法選擇的地質及采油工程依據

954.注蒸氣熱采

稠油，特別是特稠油和超稠油，因地下粘度高，油幾乎不能流動，用常規方法無法開采，必須熱采。當前世界各國主要使用注蒸汽熱采。此外，由于稠油層大多為粘土或原油膠結，油層極易出砂，因而需要考慮防砂的問題。大厚稠油層，若無氣頂、底水、夾層水，可采用裸眼礫石充填完井。但另一方面，大厚油層裸眼完成難以調整吸氣剖面，采用裸眼完井應慎重考慮。一般來說，多采用套管射孔并在管內礫石充填完井。四、完井方法選擇的地質及采油工程依據

965.防砂

若判定油層生產時會出砂，則應選擇防砂型完井方法。一般情況下，厚油層、無氣頂、無底水時，可采用裸眼或套管射孔完井防砂。薄層或薄互層則應采用套管射孔完井防砂。根據出砂程度和砂粒直徑的大小可選擇不同的防砂方法。四、完井方法選擇的地質及采油工程依據

976.防腐硫化氫(H2S)或二氧化碳(CO2)含量較高的天然氣井，應考慮使用防腐套管和油管，完井時應下永久封隔器，防止腐蝕性氣體進入油、套管環形空間。有的油田地層水礦化度很高，如中原油田的地層水高達20～30萬mg/L，塔里木東河塘砂巖地層水礦化度達20～26萬mg/L。這些高礦化度地層水對套管腐蝕嚴重，完井時必須采用防腐套管，同時應下永久封隔器，開采時采取相適應的防腐措施保護套管。四、完井方法選擇的地質及采油工程依據

987.地層砂粒度大小及地層砂均質性

四、完井方法選擇的地質及采油工程依據

按地層砂的粒度大小，進行分級:粒徑≤0.1mm---特細砂或粉砂；粒徑介于0.1～0.25mm---細砂；粒徑介于0.25～0.5mm---中砂；粒徑介于0.5～1.0mm---粗砂；粒徑≥1.0mm---特粗砂。地層砂均質性指的是砂粒分選的均勻性，一般用均勻性系數c來表示。（C=d40/d90)c<3為均勻砂；c>5為不均勻砂；c>10為很不均勻砂

997.地層砂粒度大小及地層砂均質性

如果地層出砂，對粗砂地層，可用割縫襯管完井；對中、細砂粒的地層，可用繞絲篩管完井；而對細砂和粉砂地層，可用井下礫石充填完井、預充填礫石篩管完井及金屬纖維防砂篩管完井、多孔冶金粉末防砂篩管完井、多層充填井下濾砂器完井等。四、完井方法選擇的地質及采油工程依據

1008.層間差異大小

層間差異主要指滲透率差異和壓力差異。油層與氣層滲透率差異和壓力差異的劃分標準略有區別。

凡是層間差異不大的多儲層，在選擇完井方法時，可按一層來處理；否則，需按多層處理。四、完井方法選擇的地質及采油工程依據

101五、完井方法選擇的原則與思路

①根據井眼穩定性判據，從大的方面選擇是否采用能支撐井壁的完井方法；②根據地層出砂判據，從大的方面選擇是否采用防砂型的完井方法；③根據油氣藏類型、油氣層特性和工程技術及措施要求等幾方面的因素，從流程圖初步選擇完井方法；選出的完井方法可能有幾種。102五、完井方法選擇的原則與思路

④針對初選的幾種完井方法，對每一種完井方法進行完井產能預測；⑤根據每一種完井方法的完井產能預測結果，再進行單井動態分析；⑥根據單井動態分析，結合鉆井、完井投入與生產的收益進行經濟效益評價，最終優選出經濟效益最佳的完井方法。103砂巖地層多油氣層單一油氣層層間差異大層間差異小稠油稀油稀油稠油套管射孔，防砂，熱采套管射孔，分層開采或雙油管完井。也可按不同層系開發，每套層系按單一油氣層的流程選擇最合適的完井方式有底水時，采用7英寸的套管射孔，防砂，熱采。無底水時，采用裸眼系列完井方式，防砂，熱采。不出砂出砂無氣頂、底水時，采用裸眼系列完井方式，防砂。其他情況可采用射孔系列完井方式，防砂；或管外化學固砂低滲高滲有氣頂無氣頂有氣頂無氣頂有底水無底水有底水無底水射開產層中部1/3的射孔完井有底水無底水有底水無底水射開產層下部2/3的射孔完井射開產層上部2/3的射孔完井射開產層全段的射孔完井套管下過氣頂鉆至油水界面之上襯管完井或射開產層中部的射孔完井套管下過氣頂襯管完井或射開產層下部的射孔完井油水界面之上襯管完井或射開產層上部的射孔完井裸眼完井或襯管完井或全段射開產層射孔完井104第三節完井井口裝置及

完井管柱105一口井從上往下是由井口裝置、完井管柱和井底結構三部分組成。井口裝置的作用是懸掛井下油管柱、套管柱，密封油管、套管和套管與套管之間的環形空間以控制油氣井生產、回注（注蒸汽、注氣、注水、酸化、壓裂和注化學劑等）和安全生產的關鍵設備。完井管柱則包括油管、套管和按一定功用組合而成的井下工具。井底結構則是連接在完井管柱最下端的與完井方法相匹配的工具和管柱的有機組合體。

緒論106井口裝置套管頭、油管頭和采油（氣）樹三部分1071.采油樹及油管頭