完井方法選擇

1、煤層氣11級(jí) 現(xiàn)代完井工程完井方式選擇1為什么對(duì)完井方式要進(jìn)行選擇？ (1) 地層能量的充分利用 油氣從地層井底的滲流過(guò)程中，需要克服各種滲流阻力，這就必然要消耗地層的能量。這種消耗體現(xiàn)在井眼周圍的壓力降低上。 根據(jù)滲流力學(xué)原理，不可壓縮液體在平面徑向穩(wěn)定滲流時(shí)的壓力分布：概要2 從整個(gè)地層看，壓降面像一個(gè)漏斗狀曲面，習(xí)慣稱為“壓降漏斗”?？梢?jiàn)，壓力損失集中在井眼附近。如井眼半徑為0.1m，泄油半徑為100m，地層壓力25MPa。當(dāng)井底壓力為15MPa，則在離井壁3m處，其壓力損失即為全程的一半。3對(duì)于可壓縮的氣體，在平面徑向穩(wěn)定滲流時(shí)，壓力分布為： 由圖可見(jiàn)，從井壁至供給邊緣，其壓力分布也是

2、一個(gè)漏斗曲面，但與液體比較，其壓力損失集中在井底附近的現(xiàn)象更為顯著。如上述同樣條件，但在離井壁2m處，壓力損失即為全程的一半。4 由上述油氣滲流過(guò)程可見(jiàn)，地層大部分的能量損失都集中在井底附近。因此，井底附近連通條件的好壞，對(duì)油氣井生產(chǎn)有重要影響。 如果在完井方式或完井作業(yè)中，使井底附近的地層受損害，則在油氣滲流至井底過(guò)程中，將會(huì)產(chǎn)生額外的能量損失，導(dǎo)致油氣井的產(chǎn)能（PI = Q0/P）大大降低。5 (2)防止地層出砂，延長(zhǎng)油氣井正常生產(chǎn)壽命 砂粒逐漸在井筒內(nèi)聚集，砂面上升直至掩蓋油氣流入井底的通道而阻礙油氣流，甚至使油氣井停產(chǎn)。嚴(yán)重時(shí)，也有可能引起井底坍塌損壞套管。 產(chǎn)層開(kāi)采后隨地層流體的流出

3、，產(chǎn)層孔隙壓力逐漸降低，上覆地層壓力隨之逐漸傳到承載巖石骨架上，有可能破壞骨架砂粒間的膠結(jié)，造成出砂，最終引起上覆地層下沉，導(dǎo)致套管變形和毀壞，如圖示。 油井出砂會(huì)增加井下設(shè)備磨損，如抽油泵進(jìn)出口凡爾、活塞、襯套等，以及地面設(shè)備的磨損，如油嘴、彎頭、閘門、管匯等。因此需要經(jīng)常更換井下和地面設(shè)備，增加成本。6油層出砂引起地層坍塌示意圖 (a)地層壓力處于平衡狀態(tài)。 (b)開(kāi)采后油層壓力減小，上覆地層壓力下傳，破壞骨架砂粒膠結(jié)，產(chǎn)層出砂，打破了地層壓力的平衡狀態(tài)。 (c)產(chǎn)層進(jìn)一步出砂，上覆地層下沉，套管變形。 (d)上覆地層嚴(yán)重下沉而擠毀套管，油井報(bào)廢。7易出砂地層的膠結(jié)方式 易出砂的油層巖石以

4、“接觸膠結(jié)”方式為主，膠結(jié)數(shù)量少，膠結(jié)物中含有粘土。這種產(chǎn)層的孔隙度大，滲透率高。 在其它條件相同時(shí)，滲透率愈高，砂巖強(qiáng)度愈低，愈容易出砂。 原油粘度高、密度大的油層容易出砂。因原油流動(dòng)阻力大，攜砂能力強(qiáng)。8(3)不同壓力儲(chǔ)層分層開(kāi)采，封隔水夾層不同壓力儲(chǔ)層或水夾層不封隔，或封隔不好的后果。較高壓力層油氣流入低壓地層中，造成部分油氣資源散失，導(dǎo)致流到地面的油氣產(chǎn)量減少。夾層水竄入井內(nèi)，造成油含水率高。油氣有序流入井內(nèi)油氣在地下散失油氣有序流向地面低壓地層或儲(chǔ)層水層水混入流向地面9將不同壓力儲(chǔ)層和夾層水封隔。既可使不同壓力儲(chǔ)層實(shí)現(xiàn)分層開(kāi)采，又防止了地層水竄入井內(nèi)。低壓地層或儲(chǔ)層水層油氣有序流向地

5、面油氣有序流入井內(nèi)水泥環(huán)10合理完井方式的要求(1)油氣層與井底之間應(yīng)具有最佳的連通條件，油氣層受損害最低；(2)油氣層與井底間應(yīng)具有盡可能大的滲流面積，最小的油氣滲流阻力；(3)有效封隔地層、防止地層出水、油氣竄流和層間相互干擾；(4)有效控制出砂、防止井壁坍塌、保證正常生產(chǎn)壽命；11(5)應(yīng)具備實(shí)施選擇性壓裂酸化等增產(chǎn)措施，以及便于人工舉升和井下修井等作業(yè)的條件；(6)稠油井能滿足熱采要求；(7)在油田開(kāi)發(fā)后期具備側(cè)鉆條件；(8)施工工藝簡(jiǎn)便，成本較低。12完井方式 射孔完井、割縫襯管完井、裸眼完井、礫石充填完井等。1、射孔完井 鉆穿生產(chǎn)層，下套管至油氣層底部后固井，射孔完井。分兩種方式：

6、套管射孔和尾管射孔。13套管射孔完井尾管射孔完井單管和多管射孔完井封隔器射孔管完井射孔完井法14(1)套管射孔完井：套管射孔完井是鉆穿油層直到設(shè)計(jì)井深，然后下油層套管至油層底部注水泥固井，最后射孔，射孔彈射穿油層套管、水泥環(huán)并穿透油層某一深度，建立起油流的通道。如圖2-1。15完井方法(Completiom)1、射孔完井oil zoneoil zone2、裸眼完井16(2)尾管射孔完井：在鉆頭鉆至油層頂界后，下技術(shù)套管注水泥固井，然后用小一級(jí)的鉆頭鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深，用鉆具將尾管送下并懸掛在技術(shù)套管上，尾管和技術(shù)套管的重合段一般不小于50m。再對(duì)尾管注水泥固井，然后射孔。如圖2-2。17單管和

7、多管射孔完井法單管：特點(diǎn)一口井內(nèi)下一根油管，一次開(kāi)采一層或性能和壓力相近的多層油氣層。 18多管： 也稱多層完井法或平行管多層完井法，系在油層套管內(nèi)下入兩根以上油管柱，以便同時(shí)開(kāi)采壓力、性質(zhì)不同的幾個(gè)油層或氣層。19射孔完井的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1) 能夠比較有效地封隔和支撐疏松易塌產(chǎn)層；(2) 能夠分隔不同壓力和不同性質(zhì)的油氣層；(3) 可進(jìn)行無(wú)油管完井和多管完井； (4) 除裸眼完井法外，它是最經(jīng)濟(jì)的。缺點(diǎn)：(1) 鉆井和固井時(shí)對(duì)油氣層的損害較為嚴(yán)重；(2) 油氣層與井底連通面積小、油氣層流入井阻力較大。20完井方式的選擇2、裸眼完井 不下套管柱支撐井壁，油氣直接從地層經(jīng)過(guò)井壁流入井內(nèi)。裸眼完井

8、方式有兩種完井工序：先期和后期裸眼完井。21完井方法(Completiom)1、射孔完井oil zoneoil zone2、裸眼完井22完井方式的選擇(1)先期：鉆頭鉆至油層頂界附近后，下套管注水泥固井。水泥漿上返至預(yù)定的設(shè)計(jì)高度后，再?gòu)奶坠苤邢氯胫睆捷^小的鉆頭，鉆穿水泥塞，鉆開(kāi)油層至設(shè)計(jì)井深完井。如圖。2324(2)后期：鉆頭直接鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深，然后下套管至油層頂界限近，注水泥固井。如圖。25復(fù)合型完井 裸眼完井與射孔完井相結(jié)合的一種完井方式。 主要針對(duì)有氣頂或頂部有夾層水的適合裸眼完井的厚油層。26最大優(yōu)點(diǎn)：油層完全裸露，油層或氣層直接與井眼相通，具有最大的滲流面積，油或氣流入井內(nèi)的阻

9、力小，其產(chǎn)能較高，最經(jīng)濟(jì)。主要缺點(diǎn)：井壁易跨塌和油層易出砂；不能分層開(kāi)采和分層進(jìn)行油層改造(壓裂、酸化)。裸眼完井的優(yōu)缺點(diǎn)273、割縫襯管完井 鉆頭鉆開(kāi)油氣層后，在油氣層部位下入帶縫眼的襯管完井。分兩種完井工序。28oil zone割縫襯管完井(slotted Liner)29(1)套管下部直接接襯管： 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(guò)套管外封隔器和注水泥接頭固井，封隔油層頂界以上的環(huán)形空間。如圖示。30(2)懸掛襯管：鉆頭鉆至油層頂界后，先下套管注水泥固井，再?gòu)奶坠苤邢氯胫睆叫∫患?jí)的鉆頭鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深，然后在油層部位下入預(yù)先割縫的襯管。如圖。31 這種完井工

10、序油層不會(huì)遭受固井水泥漿的傷害，可以采用與油層相配伍的鉆井液或其它保護(hù)油層的鉆井技術(shù)鉆開(kāi)油層，當(dāng)割縫襯管發(fā)生磨損或失效時(shí)也可以起出修理或更換。 割縫襯管的防砂機(jī)理是允許一定大小的，能被原油攜帶至地面的細(xì)小砂粒通過(guò)，而把較大的砂粒阻擋在襯管外面，大砂粒在襯管外形成“砂橋”，達(dá)到防砂的目的。如圖28所示。 由于“砂橋”處流速較高，小砂粒不能停留在其中。砂粒的這種自然分選使“砂橋”具有較好的流通能力，同時(shí)又起到保護(hù)井壁骨架砂的作用。割縫縫眼的形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)骨架砂粒度來(lái)確定。 3233縫眼的剖面應(yīng)呈梯形，如圖29所示。 梯形兩斜邊的夾角與襯管的承壓大小及流通量有關(guān)，一般為12度左右。梯形大的底邊應(yīng)為

11、襯管內(nèi)表面，小的底邊應(yīng)為襯管外表面。1縫眼的形狀返回這種縫眼的形狀可以避免砂?？ㄋ涝诳p眼內(nèi)而堵塞襯管。34 梯形縫眼小底邊的寬度稱為縫口寬度。割縫襯管防砂的關(guān)鍵就在于如何正確地確定縫口寬度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，砂粒在縫眼外形成“砂橋”的條件是：縫口寬度不大于砂粒直徑的兩倍，即 此處e代表縫口寬度，D10代表在產(chǎn)層砂粒度組成累積曲線上，占累積質(zhì)量為10所對(duì)應(yīng)的砂粒直徑。這就表明：占砂樣總質(zhì)量為90的細(xì)小砂粒允許通過(guò)縫眼，而占砂樣總質(zhì)量為10%的大直徑承載骨架砂不能通過(guò)，被阻擋在襯管外面形成具有較高滲透率的“砂橋”。 2縫口寬度35364、礫石充填完井 將繞絲篩管下入井內(nèi)油層部位，然后用充填液將在地面上

12、預(yù)先選好的礫石泵送至繞絲篩管與井眼或繞絲篩管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)礫石充填層，以阻擋油層砂流入井筒，達(dá)到保護(hù)井壁、防止砂流入井內(nèi)。37oil zoneoil zone裸眼礫石充填完井套管礫石充填完井grabed packed38 繞絲篩管是由繞絲形成一種連續(xù)縫隙，見(jiàn)圖211(a)，流體通過(guò)篩管時(shí)幾乎沒(méi)有壓力降。繞絲篩管的斷面為梯形，外窄內(nèi)寬，具有一定的“自潔”作用，輕微的堵塞可被產(chǎn)出流體疏通，見(jiàn)圖211(b、c)。而圖211(d)是無(wú)自潔作用的繞絲篩管。它們的流通面積要比割縫襯管大得多，見(jiàn)圖212。3940 在地質(zhì)條件允許使用裸眼而又需要防砂時(shí)，就應(yīng)該采用裸眼礫石充填完井方式。其工序

13、是鉆頭鉆達(dá)油層頂界以上約3m后，下技術(shù)套管注水泥固井，再用小一級(jí)的鉆頭鉆穿水泥塞，鉆開(kāi)油層至設(shè)計(jì)井深，然后更換擴(kuò)張式鉆頭將油層部位的井徑擴(kuò)大到技術(shù)套管外徑的1.52倍，以確保充填礫石時(shí)有較大的環(huán)形空間，增加防砂層的厚度，提高防砂效果。一般礫石層的厚度不小于50mm。 1）裸眼礫石充填完井方式41 套管礫石充填的完井工序是：鉆頭鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深后，下油層套管于油層底部，注水泥固井，然后對(duì)油層部位射孔。要求采用高孔密(3040孔m)，大孔徑(2025.4mm)射孔，以增大充填流通面積，有時(shí)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合增大滲流阻力。 2）套管礫石充

14、填完井方式42 雖然有裸眼礫石充填和套管礫石充填之分，但二者的防砂機(jī)理是完全相同的。充填在井底的礫石層起著濾砂器的作用，它只允許流體通過(guò)，而不允許地層砂粒通過(guò)。其防砂的關(guān)鍵是必須選擇與出砂粒徑匹配的繞絲篩管及與油層巖石顆粒組成相匹配的礫石尺寸。選擇原則是既要能阻擋油層出砂，又要使礫石充填層具有較高的滲透性能。435、水平井完井 裸眼完井、割縫襯管完井、帶管外封隔器的割縫襯管完井、射孔完井和礫石充填完井五類。水平井按其造斜和曲率半徑可分為短、中、長(zhǎng)三類。44割縫襯管完井示意圖45水平分支井示意圖46水平井射孔完井示意圖47套管外封隔器及割縫襯管完井示意圖48套管外封隔器及滑套完井示意圖49套管外

15、封隔器及襯管射孔完井示意圖50水平井裸眼預(yù)充填礫石篩管完井示意圖51各種完井方法適用的地質(zhì)條件 由前分析可見(jiàn)，各種完井方法都有其優(yōu)點(diǎn)與不足，受到油氣層地質(zhì)條件的限制。因此，確定油氣井的完井方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)油藏巖石是否堅(jiān)固，多油層的壓力和性質(zhì)是否一致，以及是否有夾層水、底水、邊水、氣頂?shù)?，選擇適當(dāng)?shù)耐昃椒ā?歸結(jié)起來(lái)，各種完井方法適應(yīng)的地質(zhì)條件如下：52裸眼完井適應(yīng)的地質(zhì)條件（1）巖石堅(jiān)硬致密，井壁穩(wěn)定不坍塌的儲(chǔ)層；（2）不要求層段分隔的儲(chǔ)層；（3）天然裂縫性碳酸鹽巖或硬質(zhì)砂巖；（4）短或極短曲率半徑的水平井。53割縫襯管完井適應(yīng)的地質(zhì)條件（1）井壁不穩(wěn)定，有可能發(fā)生井眼坍塌的儲(chǔ)層；（2）不要求

16、層段分隔的儲(chǔ)層；（3）天然裂縫性碳酸鹽巖或硬質(zhì)砂巖儲(chǔ)層。54帶管外封隔器的割縫襯管完井適應(yīng)的地質(zhì)條件 （1）要求不用注水泥實(shí)施層段分隔的注水開(kāi)發(fā)儲(chǔ)層； （2）要求實(shí)施層段分隔，但不要求水力壓裂的儲(chǔ)層； （3）井壁不穩(wěn)定，有可能發(fā)生井眼坍塌的儲(chǔ)層； （4）天然裂縫性或橫向非均質(zhì)的碳酸鹽巖或硬質(zhì)砂巖儲(chǔ)層。55射孔完井適應(yīng)的地質(zhì)條件 （1）要求實(shí)施高度層段分隔的注水開(kāi)發(fā)儲(chǔ)層； （2）要求實(shí)施水力壓裂作業(yè)的儲(chǔ)層； （3）裂縫性砂巖儲(chǔ)層。56裸眼預(yù)充填礫石篩管完井適應(yīng)的地質(zhì)條件 （1）巖性膠結(jié)疏松，出砂嚴(yán)重的中、粗、細(xì)粒砂巖儲(chǔ)層； （2）不要求分隔層段的儲(chǔ)層； （3）熱采稠油油藏。57套管預(yù)充填礫石篩管

17、完井適應(yīng)的地質(zhì)條件 （1）巖性膠結(jié)疏松，出砂嚴(yán)重的中、粗、細(xì)粒砂巖儲(chǔ)層； （2）裂縫性砂巖儲(chǔ)層； （3）熱采稠油油藏。58完井方法選擇完井方法的選擇原則 油氣井是連通油氣藏的唯一通道，每口油氣井的完井設(shè)計(jì)必須以獲得最大的綜合利潤(rùn)為前提。選擇完井方法所要考慮的問(wèn)題相當(dāng)廣泛，但可找出其中的主要因素。 這些因素有： (1)儲(chǔ)集層的類型：例如孔隙性、裂縫性或復(fù)合型、孔隙裂縫或裂縫孔隙。59 (2)儲(chǔ)集層的均質(zhì)程度：均質(zhì)產(chǎn)層是指在整個(gè)產(chǎn)層厚度內(nèi)滲透率等巖性相同，沒(méi)有含水及易坍塌夾層，沒(méi)有被分隔為許多壓力不同的油氣層的單一產(chǎn)層，或者即使被分隔成為許多層但各分層的壓力相近。非均質(zhì)產(chǎn)層是指存在壓力、巖性各不相同的若干小分層之間的層間干擾或存在含水夾層、易坍塌粘土夾層等。60 (3)產(chǎn)層巖石的穩(wěn)定性。 (4)產(chǎn)層附近有無(wú)底水或氣頂。 (5)產(chǎn)層的滲透性等。61確定完井方法的要求 (1)必須適應(yīng)油氣藏的地質(zhì)特征，從而使油氣井的正常生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率高。 (2)必須滿足油氣井在長(zhǎng)期生產(chǎn)階段的種種工程要求。例如：二次采油階段要求油井能進(jìn)行選擇性地注水或采油；增產(chǎn)措施作業(yè)要求油井具備可分隔層段的井底結(jié)構(gòu)，完井過(guò)程中要求對(duì)儲(chǔ)集層的傷害最小且完井成本最低。62適應(yīng)各種地質(zhì)特征和工程要求的完井方法63 由上表可見(jiàn)