第八章完井

第八章完井

第八章完井 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机完井管柱第四节投产措施

第一节 完井方法

完井的定义 • 完井(Well Completion)，油气井的完成方式，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。

合理的完井方法应该满足的要求 ①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； ②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； ③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； ④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；

合理的完井方法应该满足的要求 ⑤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； ⑥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； ⑦油田开发后期具备侧钻定向井及水平井的条件 ⑧施工工艺尽可能简便，成本尽可能低。

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(Slotted Liner) • 砾石充填完井 (Gravel Packed)

一、常规完井方法－射孔完井 1．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 1．射孔完井方法 • 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。

水平井射孔完井 一、常规完井方法－射孔完井 1．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。

一、常规完井方法－射孔完井 • This cross-sectional view of a wellbore illustrates the effect of gun position on perforation geometry • Density • Penetration • Phasing

一、常规完井方法－射孔完井 • Perforating gun: Perforating guns are configured in several ways. • In each case, the key objective of the selection process is to create a predefined pattern of perforations over the correct wellbore interval.

一、常规完井方法－射孔完井 • Shaped charge. Shaped explosive charges provide an efficient perforation of the optimal diameter and penetration, while creating minimal debris or formation damage that may restrict production. • Detonate:引爆 • Primer:雷管

一、常规完井方法－射孔完井 射孔完井适用的地质条件 ①有气顶、或有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层 ②各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分层采油、分层注水、分层处理的储层。 ③要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层。 ④砂岩储层、碳酸盐岩裂缝性储层。

一、常规完井方法－射孔完井 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－射孔工艺 • 1)电缆输送套管枪射孔工艺 • 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 • ①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 • ②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 • 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(Tubing conveyed) ①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。 ②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。

一、常规完井方法－射孔工艺 4)电缆输送过油管射孔 ①常规过油管射孔(perforation through tubing) ②转轴式（张开式）过油管射孔工艺 ③过油管深穿透射孔技术 3)油管输送射孔联作工艺(tubing conveyed) ③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。

一、常规完井方法－射孔工艺 4)电缆输送过油管射孔 ①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 ①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 ②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。 ③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 (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： • ①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； • 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；

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） • ③调查射孔枪、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参数； • 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； • ⑧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（Underbalanced Perforating）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－裸眼完井 2．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： • ①岩性坚硬致密，井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩或砂岩储层。 • ②无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层。 • ③单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层。 • ④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。此为先期裸眼完井。

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。此为后期裸眼完井。

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－割缝衬管 3．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 割缝衬管的技术参数 (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”。

一、常规完井方法－割缝衬管 割缝衬管的技术参数 (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

技术套管 裸眼井段钻头割缝衬管公称直径(in) 套管外径(mm) 公称直径(in) 钻头直径(mm) 公称直径(in) 衬管外径(mm) 7 177.8 6 152 5～5 1/2 127～140 8 5/8 219.1 7 1/2 190 5 1/2～6 5/8 140～168 9 5/8 244.5 8 1/2 216 6 5/8～7 5/8 168～194 10 3/4 273.1 9 5/8 244.5 7 5/8～8 5/8 194～219 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: 割缝衬管的技术参数

一、常规完井方法－割缝衬管 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。割缝衬管的技术参数 (5)缝眼的长度

一、常规完井方法－割缝衬管 (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； α--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 • ①无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层。 • ②单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层。 • ③不准备实施分隔层段，选择性处理的储层。 • ④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－砾石充填 4.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 • Gravel pack. Gravel packing involves the complete placement of selected gravel across the production interval to prevent the production of formationfines or sand. Any gap or interruption in the pack coverage will enable undesirable sand or fines to enter the producing system.

一、常规完井方法－砾石充填 (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 • Openhole gravel pack. Openhole gravel packs are completed without casing or liner to support the formation.

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