水平井完井方式及其選擇

1、水平井完井方式及其選擇水平井完井方式可采用裸眼完井、割縫襯管、割縫襯管加管外封隔器、下套管注水泥射孔完成。圖1-1是水平井完井技術(shù)示意圖。(1)裸眼(2)割縫襯管完井(3)襯管管外分段封隔完井(4)水泥固井射孔完井圖1-1各種水平井完井技術(shù)示意圖上述方式主要取決于油氣藏物性和該地區(qū)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。完井方式對(duì)于水平井今后能否進(jìn)行正常生產(chǎn)或者進(jìn)行多種作業(yè)是非常重要的。某種鉆井方式只能適應(yīng)于某種完井方式。一、完井方式1、裸眼完井裸眼完井費(fèi)用不高，但局限于致密巖石地層，此外，裸眼井難以進(jìn)行增產(chǎn)措施，以及沿井段難以控制注入量和產(chǎn)量，早期水平井完井用裸眼完成，但現(xiàn)在已趨步放棄此方法。當(dāng)今只有在具有天然裂縫的碳

2、酸鹽巖油氣藏和油氣井的泄油半徑很小時(shí)才使用裸眼完井的方法。2、割縫襯管完井該方法是在水平段下入割縫襯管，主要目的是防止井眼坍塌。此外，襯管提供一個(gè)通道，在水平井中下入各種工具諸如連續(xù)油管。有三種類型的襯管可采用：1)穿孔襯管。襯管已預(yù)先預(yù)制好。2)割縫襯管。襯管已預(yù)先銃好各種寬度、深度、長(zhǎng)度的縫。3)礫石預(yù)充填襯管。割縫襯管要選擇孔或縫的尺寸，可以起到有限的防砂作用。在不膠結(jié)地層，則采用繞絲割縫篩能有效地防砂，另外在水平井采用礫石充填，也能有效防砂。割縫襯管完井的主要缺點(diǎn)是難以進(jìn)行有效的增產(chǎn)措施，因?yàn)橐r管與井眼之環(huán)形空間是裸眼，彼此連通，同樣，也不能進(jìn)行進(jìn)行分采。3、割縫襯管加管外封隔器該方法

3、是將割縫襯管與管外封隔器一起下入水平段，將水平段分隔成若干段，可達(dá)到沿井段進(jìn)行增產(chǎn)措施和生產(chǎn)控制的目的。由于水平井并非絕對(duì)水平，一口井一般都有多個(gè)彎曲處，這樣，有時(shí)難以下入襯管帶幾個(gè)封隔器4、下套管注水泥射孔該方法只能在中、長(zhǎng)曲率半徑井中實(shí)施。在水平井中采用水泥固井時(shí)，自由水成分較直井降低得更多，這是因?yàn)樗骄杏捎诿芏汝P(guān)系，自由水在油井頂部即分離，密度較高的水泥就沉在底部，其結(jié)果水泥固井的質(zhì)量不好。為避免這種現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)做一些相應(yīng)的試驗(yàn)。注：1、超短曲率水平井：半徑12ft,造斜角（45°60°）/ft;2、短曲率水平井：半徑2040ft,造斜角（2°5

4、6;）/ft;3、中曲率水平井：半徑300800ft,造斜角（6°20°）/（100ft）;4、長(zhǎng)曲率水平井：半徑10003000ft,造斜角（2°6°）/（100ft）。二、完井方式選擇在選擇完井方式時(shí)，必須重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面的問題：1、巖石地層若考慮裸眼完井，重要的是保證巖石是致密的，同時(shí)鉆井過(guò)程是穩(wěn)定的。經(jīng)驗(yàn)報(bào)告和文獻(xiàn)指出，若水平井方向是沿著水平最小應(yīng)力鉆井，則井筒顯示極好的穩(wěn)定性。2、鉆井方法短曲率半徑僅用裸眼或可能用割縫襯管完井。對(duì)于中、長(zhǎng)曲率半徑水平井，既可用裸眼，又可用裸眼下割縫襯管或水泥固井射孔完井。3、鉆井液由于水平井鉆井的特殊性，鉆

5、井液所造成的地層傷害較直井更大，特別是低滲透層和負(fù)壓地層。為了減少這種傷害，除了應(yīng)考慮泥漿的密度和性能外，還應(yīng)考慮水泥固井射孔完井這種情況，以便通過(guò)壓裂酸化解除這種傷害。4、增產(chǎn)措施若考慮酸化壓裂，對(duì)水泥固井射孔完井來(lái)說(shuō)，易于控制，可利用橋塞分段酸化；對(duì)裸眼井或割縫襯管完井則比較困難，因?yàn)檠鼐螢V失量太大，必要時(shí)應(yīng)利用連續(xù)油管減少均勻布酸的困難，利用化學(xué)轉(zhuǎn)換劑實(shí)現(xiàn)分段酸化（化學(xué)轉(zhuǎn)換劑過(guò)一段時(shí)間后可自行解堵）。5、生產(chǎn)機(jī)理對(duì)凝析氣層或氣水同產(chǎn)層，完井時(shí)應(yīng)盡量避免水平段的軌跡上下浮動(dòng)，以免凝析液或水積累在井筒的低部位，難以排出或?qū)⑻烊粴鈿怄i在弓形高部位。6、井下作業(yè)及修井應(yīng)根據(jù)油氣層的具體情況，分

6、析今后的氣液分布動(dòng)態(tài)，預(yù)見今后的井下作業(yè)及修井，以確定采用哪種完井方式。7、水平井報(bào)廢的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求作為完井設(shè)計(jì)人，必須預(yù)先知道水平井報(bào)廢的具體技術(shù)要求和有關(guān)特殊規(guī)定，以便作出評(píng)估。8、投資風(fēng)險(xiǎn)使用水泥固井不僅增加了完井費(fèi)用，延長(zhǎng)了作業(yè)時(shí)間，還必須射孔完井。盡管完井費(fèi)用的增加似乎還很難判斷是否合算，但如果考慮在過(guò)早的水淹和井壁產(chǎn)生坍塌的井中側(cè)鉆新的井眼這一問題，則注水泥固井這一做法還是意義深遠(yuǎn)的。與直井相比，水平井必須有一個(gè)更加完善的完井計(jì)劃。完井計(jì)劃的制訂主要受三個(gè)因素的制約。1、對(duì)地層的認(rèn)識(shí)1）均質(zhì)地層這類地層常見于重油砂巖。在正常情況下，它們不需要分段隔離，其完井設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單而容易，水平

7、段大多采取全井裸眼完成，依靠連續(xù)油管作業(yè)或射孔技術(shù)來(lái)解除井筒附近的傷害。2）非均質(zhì)地層這類地層中水平井完井設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。為了便于采取選擇性的增產(chǎn)措施，水平井筒將隔離成若干小段，并選擇合適的隔離工具（或隔離方式）。當(dāng)非均質(zhì)性嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)造成井筒的不同位置需要不同的處理強(qiáng)度，有些地方只需要輕微處理一下即可，而其它一些地方卻需要采取大規(guī)模的強(qiáng)化措施才行。由于超平衡鉆井作業(yè)，使高滲透地層中的泥漿和濾液侵入較深，傷害較重，因此，往往采取大規(guī)模強(qiáng)化措施的就是這些高滲透的地方。非均質(zhì)地層中水平井的完井方式可采用下套管水泥固井射孔或下預(yù)制襯管不固井加套管外封隔器隔（EP。離分段的方式（見圖1-2）。這些完井

8、方式可以進(jìn)行選擇性測(cè)試和分段強(qiáng)化處理。帶孔短節(jié)套管外封隔器圖1-2預(yù)制孔襯管不固井與套管外封隔器隔離分段完井3）發(fā)育天然裂縫的地層這類地層中水平井的完井設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。如果井筒水平段的延伸方向選擇適當(dāng)，且天然裂縫發(fā)育有足夠的密度，那么，其完井方式選擇裸眼完井或預(yù)制襯管不固井完井；當(dāng)天然裂縫發(fā)育較差，或者選擇的井筒取向不適當(dāng)時(shí)，井筒不能連通足夠的天然裂縫，完井方式就復(fù)雜多了。天然裂縫發(fā)育的地層中，水平井完井的關(guān)鍵是要保持一個(gè)無(wú)傷害的裂縫系統(tǒng)。固井時(shí)，水泥漿不但要侵入裂縫中，而且會(huì)封死裂縫，因此，一般情況下不采用下襯管水泥固井的方式完井。另一方面，如果天然裂縫發(fā)育的數(shù)量有限，氣井完全依靠天然裂縫達(dá)不

9、到經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)能力，企圖通過(guò)近井地帶的處理（如酸化）來(lái)提高氣井產(chǎn)能又不太可靠，這時(shí)，可能需要進(jìn)行一次水力壓裂。對(duì)于需要采取水力壓裂強(qiáng)化處理的井，可以采取套管水泥固井的方式完井，這樣才能實(shí)施分段壓裂產(chǎn)生多條水力裂縫。如果要了解裂縫的發(fā)育情況，則要求完井方案應(yīng)考慮在裸眼狀態(tài)下對(duì)水平段進(jìn)行評(píng)價(jià)，并且可以根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)完井方式進(jìn)行調(diào)整。最好的做法是在水平段下入不用水泥固井的襯管，該襯管只在靠近水平井筒末端處預(yù)制幾個(gè)孔眼，且襯管頂端不封死（見圖1-3）。拋光孔插座預(yù)制孔地層頂界引鞋密封襯管扶正器圖1-3可對(duì)水平段進(jìn)行裸眼評(píng)價(jià)并在評(píng)價(jià)后進(jìn)行固井、采取選擇性酸化措施的不固井襯管完井方式這種完井方式，在裸眼狀態(tài)下

10、，氣可以沿環(huán)空流向襯管頂部或油井末端的襯管預(yù)制孔進(jìn)入襯管內(nèi)。如果裸眼井產(chǎn)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則將一個(gè)密封裝置插入襯管頂部，然后在襯管上射孔完井；如果氣井產(chǎn)能低，需要對(duì)氣層進(jìn)行水力壓裂處理，則可將襯管鎖住，按普通水平井襯管固井的方法進(jìn)行襯管固井。為了提高固井質(zhì)量，襯管的適當(dāng)位置應(yīng)帶些扶正器。固井后即可射孔，進(jìn)行分段選擇性壓裂。2、油氣藏類型對(duì)于純氣藏，需要考慮何種程度的強(qiáng)化處理才具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值，并且，在下套管之前，是否能確定這種強(qiáng)化的程度。根據(jù)CanadianHunter的經(jīng)驗(yàn)，為使氣井具有開采價(jià)值，實(shí)際需要采取的強(qiáng)化措施可能要比計(jì)劃采取的措施在處理強(qiáng)度上要高一個(gè)等級(jí)，也就是說(shuō)，原計(jì)劃進(jìn)行小型基巖

11、酸化的，實(shí)際可能需要一個(gè)大型酸化；原計(jì)劃需要一個(gè)大型酸化的，實(shí)際可能需要一個(gè)酸壓或加砂壓裂。當(dāng)然，對(duì)水平井筒進(jìn)行裸眼評(píng)價(jià)是確定其需要處理強(qiáng)度的最好方法。這就需要對(duì)下套管程序進(jìn)行預(yù)先計(jì)劃，并且下套管的程序要有最大的靈活性，允許在進(jìn)行強(qiáng)化處理之前，采取不下套管或下入不固井襯管的狀態(tài)下進(jìn)行裸眼氣層的初始評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)完后，再重新下入套管固井，進(jìn)行選擇性強(qiáng)化處理。如果計(jì)劃可能對(duì)氣井進(jìn)行壓裂處理，在選擇井筒水平延伸方向時(shí)，必須有完井工程師參加。水平井筒中產(chǎn)生橫向裂縫還是縱向裂縫，這依賴于井筒方向相對(duì)于地層最小主應(yīng)力方向的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，低滲透地層中需要橫向裂縫，而高滲透地層中則最好壓成縱向裂縫。井筒方向平行

12、于最小主應(yīng)力方向產(chǎn)生橫向裂縫，否則產(chǎn)生縱向裂縫。對(duì)于底水氣藏，除了要考慮上述的一切問題之外，完井設(shè)計(jì)中還應(yīng)當(dāng)考慮到在發(fā)生水竄時(shí)的補(bǔ)救措施。由于水力壓裂產(chǎn)生的裂縫會(huì)加速水的竄進(jìn)，這種情況下不宜采取壓裂強(qiáng)化。從水竄的補(bǔ)救措施考慮，需要采用下套管或襯管選擇性地將井筒隔成若干小段，這種完井方式可以放棄過(guò)早進(jìn)入水竄狀態(tài)的井段。3、完井方式1）裸眼完井（包括擬裸眼完井）注：廣義上講，裸眼完井包括真裸眼完井和擬裸眼完井，而擬裸眼完井是指下入套管但不固井或下入襯管但不固井的方式。具體包括真裸眼完井、銃槽或預(yù)制孔襯管或套管完井、分隔的襯管或套管不固井完井。正常情況下，當(dāng)預(yù)計(jì)不需要采取強(qiáng)化措施或需要的強(qiáng)化措施處理

13、規(guī)模較小時(shí)，常采用不固井的完井方式。在不存在水錐進(jìn)的中高滲透率的致密地層中，常采用真裸眼完井的方式。在致密地層中，真裸眼完井也可作為評(píng)價(jià)氣層性質(zhì)的中間步驟。在這種情況下，氣井在裸眼狀態(tài)下生產(chǎn)，然后根據(jù)氣井動(dòng)態(tài)來(lái)確定最終是選擇真裸眼完井還是選擇可以采取必要的強(qiáng)化措施的下套管完井。為防止井筒坍塌，可以下入銃槽（割縫）的或預(yù)制孔的襯管。一般情況下，銃槽襯管用于非膠結(jié)地層，而預(yù)制孔襯管用于膠結(jié)地層，預(yù)制孔襯管比銃槽襯管便宜得多。如果在某些地方需要用襯管循環(huán)，則可以隨襯管下入一位于襯管內(nèi)的工作管柱，通過(guò)該管柱進(jìn)行循環(huán)（見圖1-4）。工作管柱是位于襯管鞋上部的密封襯套上，并且，一旦襯管到位之后，可用鉆柱起

14、出工作管柱。這種方法的缺點(diǎn)是在襯管內(nèi)下入同心管柱不方便。在解決循環(huán)的問題上，在威利斯頓盆地（WillistonBasin）已使用了一種更簡(jiǎn)單的方法（見圖1-5）。水平段鉆于該地區(qū)的Bakken頁(yè)巖中，真垂深為3048m,不下中間套管，直接下4572m的51/2套管。為了使裂縫性頁(yè)巖有最大的產(chǎn)能，只在井眼的垂直井段部分用水泥固井，而長(zhǎng)達(dá)610915m的水平段則采取不固井完成，但水平段上的51/2套管是預(yù)鉆了一些。25.4mm孔眼的套管，在預(yù)鉆孔上車有螺紋，用可以承受10.8MPa壓差的鋁制凹形塞子堵住。這樣，在不下入同心工作管柱的條件下，在適當(dāng)位置也可以進(jìn)行循環(huán)。這種完井方式中，鋁塞的巧妙應(yīng)用使

15、循環(huán)管柱和完井管柱合二為一，一旦套管到位后，磨平鋁塞即可投產(chǎn)。鋁塞突出套管內(nèi)壁25.4mm,在垂直段套管固井完成后，將突出的鋁塞磨掉。由于鋁塞是凹形的，所以，一旦突出部分磨掉后，其中心即可讓流體通過(guò)。這種方法減少了510萬(wàn)美元的射孔費(fèi)用。襯管下入工具套管環(huán)空封隔器套管鞋工作管柱密封皮碗裝置圖1-4襯管內(nèi)下工作管柱，定位于密封襯套，可進(jìn)行循環(huán)由73.02mm油管J.,139.7mm套管局部剖視套管外封隔器塞子按90。相位76.2mm1距螺旋分布圖1-5垂直段下套管固井，水平段下帶鋁塞的預(yù)制孔套管完井管柱分段隔離、下襯管不固井的方法是最成熟的擬裸眼完井方法，它可以進(jìn)行井筒裸眼評(píng)價(jià)，并且，如果有必要

16、的話，它還可以進(jìn)行選擇性的多次強(qiáng)化處理。當(dāng)將套管外封隔器與帶孔套管短節(jié)配合使用時(shí)，它們也可以提供一個(gè)方便而相互獨(dú)立的井筒分段系統(tǒng)，圖1-2是這種完井方式的一個(gè)例子。預(yù)制孔或銃槽襯管或套管與套管外封隔器配套分段，采用封閉管可以封堵（隔離）井段（見圖1-6）。從分隔的可靠性和長(zhǎng)期性考慮，宜采用水泥漿膨脹套管外封隔器。圖1-6帶套管外封隔器的銃槽襯管與套管封閉管配合，永久封隔一個(gè)井段2）下套管水泥固井完井這種完井方法是昂貴的，其費(fèi)用主要是花在射孔和強(qiáng)化處理作業(yè)上。對(duì)低滲透氣層，為了增產(chǎn)，必須采取壓裂處理，形成多條橫向裂縫。這樣，只有采取下套管水泥固井完井的方式，才能充分地封隔層段，進(jìn)行分段壓裂，產(chǎn)生

17、多條橫向裂縫。下套管固井后，射孔設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。根據(jù)文獻(xiàn)3,有以下四點(diǎn)結(jié)論：a）當(dāng)射孔段位于水平井踵端且長(zhǎng)度占水平段全長(zhǎng)的20%寸，井的產(chǎn)量為射孔段位于水平井趾端而長(zhǎng)度相同時(shí)的2倍。b）當(dāng)總長(zhǎng)占水平段全長(zhǎng)20%勺幾個(gè)水平段均勻分布在水平井筒上時(shí)，井的產(chǎn)量為同樣長(zhǎng)度射孔段位于水平井趾端時(shí)的34倍。c）對(duì)一給定的油藏，有一個(gè)能產(chǎn)生最大原油產(chǎn)量的最優(yōu)水平井長(zhǎng)度。d）對(duì)于0.3ft的小生產(chǎn)套管直徑，通過(guò)將射孔段長(zhǎng)度由占水平段全長(zhǎng)的20%曾大到80%產(chǎn)量的提高不超過(guò)20%-25%而使用0.6ft的生產(chǎn)套管時(shí)，產(chǎn)量則可提高75%對(duì)于小直徑套管，當(dāng)射孔段長(zhǎng)度增大超過(guò)40%寸，產(chǎn)量不再有明顯的提高。三、實(shí)例200

18、1年，長(zhǎng)慶油田在榆林區(qū)（亦稱對(duì)外合作區(qū)）完成了2口水平氣井，詳細(xì)作業(yè)程序和井身結(jié)構(gòu)見圖1-7、圖1-8、圖1-9。這2口井首先以直井方式完井，并進(jìn)行酸化壓裂測(cè)i式（儲(chǔ)層為砂巖），然后開窗側(cè)鉆水平段，以鉆眼襯管方式完井，酸浸后進(jìn)行測(cè)試。長(zhǎng)-1水平井直井完井測(cè)試無(wú)阻流量33.7X104m/d,水平井完井測(cè)試無(wú)阻流量44.3X104m/d,大于直井壓裂時(shí)的產(chǎn)量。長(zhǎng)-2水平井直井完井測(cè)試無(wú)阻流量54.6X104nf/d,水平井完井測(cè)試無(wú)阻流量30.3X104nf/d，小于直井壓裂時(shí)的產(chǎn)量。長(zhǎng)-1水平井作業(yè)程序鉆表層、下表套鉆12-1/4"和8-1/2"井眼，下9-5/8"和7"套管下3-1/2"油管及永久式封隔器射孔及壓裂測(cè)試1.割油管，打水泥塞，在9-5/8"套管中