頁巖氣井完井現(xiàn)狀論文

1、重慶科技學院畢業(yè)設計（論文） 題 目 頁巖氣完井技術現(xiàn)狀 學 院 石油與天然氣工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 學號 指導教師 職稱 副教授 評閱教師 職稱 2015年 6月 8日學生畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明本人以信譽聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在導師的指導下進行的設計（研究）工作及取得的成果，設計（論文）中引用他（她）人的文獻、數(shù)據、圖件、資料均已明確標注出，論文中的結論和結果為本人獨立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學院或其它教育機構的學位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對本設計（研究）所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。畢業(yè)設計（論文）作者（簽字）： 年 月

2、 日摘要 近年來，水平井鉆完井技術的飛速發(fā)展對頁巖氣田的勘探開發(fā)起到了巨大的推動作用，該技術在提高原油采收率等方面具有明顯的優(yōu)勢。水平井的完井技術是整個水平井技術中至關重要的組成部分，水平井完井方式及完井參數(shù)是否選擇得當，將直接關系到今后水平井開發(fā)開采的全過程能否順利進行及能否提高頁巖氣井的產量，因此對水平井完井方式、完井參數(shù)的研究和優(yōu)選具有重要意義。 在分析目前水平井各完井方式的優(yōu)缺點、適應的地質條件及影響完井方法選擇因素的基礎上，針對水平井的射孔完井、割縫襯管完井、裸眼礫石充填完井和裸眼預充填礫石篩管完井四種完井方式，從完井工程的系統(tǒng)角度出發(fā)，進行了完井方法的優(yōu)選。關鍵詞：水平井 完井方法

3、 參數(shù)優(yōu)選 產能預測 控水措施 ABSTRACTInrecentyears,therapiddevelopmentofhorizontalwelldrillingandcompletiontechnologyhasplayedahugeroleintheexplorationanddevelopmentofshalegasfield,whichhasobviousadvantagesinimprovingtheoilrecovery.Horizontalwellcompletiontechnologyistheimportantpartofthehorizontalwelltechnology

4、,andifthehorizontalwellcompletionmethodandthecompletionparametersarechosenproperlywillbedirectlyrelatedtotheexploitationofhorizontalwelldevelopmentinthewholeprocesscanproceedsmoothlyandcanimprovetheyieldofshalegaswellsinthefuture.Soithasgreatsignificancefortheresearchandoptimizationofthehorizontalwe

5、llcompletionandcompletionparameters.Intheanalysisoftheadvantagesanddisadvantagesofallhorizontalwellcompletionmethod,geologicconditionandinfluencecompletionmethodselectionfactorsbasedon,forhorizontalwellperforationcompletion,slottedlinercompletion,openholegravelpackcompletionandopenholeprepackedgrave

6、llinercompletionfourcompletion,completionoftheprojectfromthepointofviewofsysteInrecentyears,therapiddevelopmentofhorizontalwelldrillingandcompletiontechnologyhasplayedahugeroleintheexplorationanddevelopmentofshalegasfield,whichhasobviousadvantagesinimprovingtheoilrecovery.Horizontalwellcompletiontec

7、hnologyistheimportantpartofthehorizontalwelltechnology,andifthemethodsofhorizontaliswellcompletionandwellcompletionparametersischosenproperly,willdirectlyrelatedtotheexploitationofhorizontalwelldevelopmentinthewholeprocesscanproceedsmoothlyandcanimprovetheyieldofshalegaswells,inthefuture.duetothecom

8、pletionforhorizontalwell,completionparametersresearchandoptimizationhasimportantsignificance.Intheanalysisoftheadvantagesanddisadvantagesofallhorizontalwellcompletionmethod,geologicconditionandinfluencecompletionmethodselectionfactorsbasedon,forhorizontalwellperforationcompletion,slottedlinercomplet

9、ion,openholegravelpackcompletionandopenholeprepackedgravellinercompletionfourcompletion,completionoftheprojectfromthepointofviewofsystemofwellcompletionmethodoptimization.Keywords：Horizontal well；Completion method；Parameter optimization；Productivity forecast；Control water measure目錄摘要IABSTRACTII1 前言1

10、1.1 研究意義11.2 國外水平井完井方法發(fā)展狀況21.3 國內水平井完井方法發(fā)展狀況51.3.1 國內水平井完井存在問題72 水平井常用完井方式的特點及應用82.1 割縫襯管完井方式82.1.1 割縫襯管完井方式8圖2-1割縫襯管完井示意圖82.1.2 襯管頂部注水泥完井方式92.1.3 射孔完井方式112.2 射孔完井的優(yōu)點122.2.1 射孔完井的缺點122.2.2 射孔完井適用的地層條件122.3 管外封隔器（ECP）完井方式122.3.1 管外封隔器（ECP）完井方式的優(yōu)點132.3.2 管外封隔器（ECP）完井方式的缺點142.3.3 管外封隔器（ECP）完井方式適用的地層條件1

11、42.3.4 礫石充填完井方式142.3.5 裸眼礫石充填完井方式142.3.6 套管礫石充填完井162.4 可膨脹式襯管完井172.4.1 膨脹管機理172.4.2 可膨脹式襯管完井的優(yōu)點182.4.3 可膨脹式襯管完井的缺點193 水平井的完井方式選擇193.1 影響完井方法選擇的因素193.1.1 地質特征193.1.2 水平井生產過程中井眼穩(wěn)定性判斷203.1.3 出砂預測及判斷方法223.1.4 工程措施243.2 選擇的原則及依據253.2.1 優(yōu)選完井方法的原則253.2.2 優(yōu)選完井方式的依據264 結論27致 謝28參考文獻291 前言1.1 研究意義 完井工程是一門涉及面廣

12、、覆蓋范圍寬且非常復雜的工藝技術。完井方式和完井參數(shù)不僅與鉆井工程密切相關，而且與采油工程、油田開發(fā)緊密相連。目前，水平井廣泛應用于各類油氣藏的開發(fā)，具有明顯經濟效益。水平井完井方式的優(yōu)劣直接影響到油氣井產量的大小和長期的穩(wěn)產高產，直接關系到油田開發(fā)的整體經濟效益。在完井工程的整個工藝過程中，完井方法的優(yōu)選尤為重要，因為如果方法選擇不當，將會對儲層產生較大的污染和傷害，導致完井后不出油、氣或產能大幅降低，從而引起油氣勘探、開發(fā)中的重大損失。 近年來，國內外水平井完井技術有了較大的發(fā)展，已由過去單一的固井射孔完井技術逐步發(fā)展成為一套適合多種油藏類型、保護油氣層、提高水平井產能及采收率的綜合工藝技

13、術，并具有完善程度高、完井成本低、防止油層二次污染、提高油井產能及油層采收率的優(yōu)點。同時，對短半徑側鉆水平井、分支水平井、大位移水平井等特殊水平井完井技術進行了深入地研究和大膽地嘗試，并獲得了成功。由于受工藝和其它技術方面的影響，國內在水平井完井中，往往偏重于工藝的熟練程度，而對完井方式與油藏適應性考慮不夠，絕大多數(shù)還是采用固井射孔完井，固井射孔完井占總完井數(shù)的90%以上。單一的完井方式不利于水平井和復雜油氣藏條件下提高油井產能和采收率。因此對水平井完井方式和完井參數(shù)的研究具有重要的意義。在殘余油開采、稠油藏和裂縫型油氣藏的開發(fā)過程中，水平井是最有效的開發(fā)手段。隨著油田開發(fā)的進一步深入，復雜油

14、氣藏鉆探開發(fā)和特殊工藝井日益增多，這些都迫切需要與之相適應的完井工藝技術，以便提高這些井的完善程度，達到保護油氣藏、提高開采效益的目的。隨著水平井技術的不斷發(fā)展，水平井完井正朝著降低成本、縮短施工周期、保護油層、提高采收率的方向發(fā)展。1.2 國外水平井完井方法發(fā)展狀況國外水平井技術始于20世紀30年代，80年代得到迅速發(fā)展，90年代以來，水平井技術在國外已發(fā)展得相當成熟，形成了從水平井設計到鉆井、防砂、完井和射孔等配套技術，并且已成為石油行業(yè)的一項常規(guī)技術，大規(guī)模應用于不同類型的油氣藏，取得了非常顯著的經濟效益。水平井已作為常規(guī)鉆井技術應用于幾乎所有類型的油藏，如枯竭油藏、致密氣藏、低滲油藏、

15、邊際油藏、高滲油藏等。截至2000年年底，世界上已有69個國家在各種油氣藏中鉆過水平井，總計達23385多口，其中多數(shù)在美國、加拿大和前蘇聯(lián)，每年完鉆1000口左右（到2000年底，美國水平井數(shù)為10066口、加拿大為9665口）。水平井分布以裂縫性油藏為主，約占53%，其次是底水和氣頂油藏，約占33%。近幾年，隨著膨脹管、智能完井等新技術的研究和應用，越來越多的國家和地區(qū)應用水平井、分支井及大位移井等復雜結構井技術來開采難動用儲量、海上油氣田或改善老區(qū)開發(fā)效果，都取得了明顯的效果。目前，國外水平井最大水平位移達11500m，水平井最大垂深6062m，多分支水平井總水平段長度達到11342m。

16、油氣勘探和開發(fā)技術發(fā)達的國家認為，要使油氣井獲得最佳的經濟效益，必須優(yōu)化選擇完井方法，因而十分重視對它的研究和應用。美國的油氣井完井方法設計要收集工程、地質、油層損害等方面的數(shù)據29項，輸入計算機，用完井設計程序進行處理，選擇出最優(yōu)的完井方法。前蘇聯(lián)在80年代中期也發(fā)展了完井底部結構的選擇程序，并把產層分為裂縫型、裂縫孔隙型、孔隙裂縫型和孔隙型四類，按產層的有效厚度、巖石強度、滲透率、砂層粒度均勻性和壓力梯度等數(shù)據，設計出十一種不同的完井底部結果。同時，提出了若干項選擇完井方法的具體指標，使完井方法的選擇，進入了部分定量的階段。目前，國外使用的完井方法種類較多，國外現(xiàn)有的水平井完井方式大致可以

17、分為五種類型：裸眼完井、割縫襯管完井、礫石充填完井、封隔器完井和注水泥射孔完井。但國外以套管射孔完井應用得最為廣泛，約占完井總數(shù)的百分之九十以上。 水平井繞絲篩管礫石充填防砂完井技術受到了國內外普遍的重視，各國的石油公司都加快了該項技術的研究。目前國內水平井繞絲篩管礫石充填防砂僅僅局限于數(shù)值模擬和物理模擬室內階段，還沒有進入現(xiàn)場。國外在水平井礫石充填研究方面，Schlumberger公司和Baker-Hughes公司技術比較領先，在美國墨西哥灣已成功地實施了一批油井，防砂有效期有效延長；Texaco公司2000年在哈薩克斯坦North Buzachi油田也成功進行了一口水平裸眼井的礫石充填防砂

18、施工，BJ公司也有類似的防砂管柱。通過對資料進行研究分析，他們的施工管柱相當復雜，需用旁通管協(xié)助填砂，施工井段很長，成本高，工藝僅限于管內礫石充填，在井段較長的情況下，使后邊井段采油貢獻率降低，因此水平井分段開采，管內充填、管外擠壓充填是今后水平井防砂工藝技術的發(fā)展方向。 水平井裸眼充填礫石完井技術作為較先進的防砂方法之一得到廣泛應用。該工藝能提高充填防砂強度，具有防砂效果好，油層傷害小，防砂后油井產量高、壽命長等特點。Schlumberger、Baker-Hughes、BJ等公司技術趨于成熟。1998年Baker Oil Tools公司在北海油田完成了一口大位移井，開發(fā)淺層稠油，垂深914m

19、，位移與垂深之比接近3，其水平裸眼礫石沖填段1769m，創(chuàng)下了世界之最。 智能完井系統(tǒng)（Intelligent Completion System）是近年來新崛起的一項先進技術，從監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測油井流動狀態(tài)信息，根據油藏特性和動態(tài)生產條件地面通過電或光纖儀器測量井下流體、油藏壓力和溫度，通過水力式、電子式或者電子水力式操作井下閥或滑套，對每個生產層進行控制。即由技術人員通過地面優(yōu)化油藏管理方案，并通過遙控井下各個不同油水層的開關，實現(xiàn)油嘴或水嘴尺寸的控制以及更高效、更科學和更靈活的油井管理。今后幾年，智能井技術的研究開發(fā)重點仍將是通過模擬、計量和控制井下發(fā)生的情況來優(yōu)化生產。 Baker

20、Oil Tools公司有幾種智能完井工具和系統(tǒng)。液力控制開關的Inforce系統(tǒng)能遙控液控滑套、油井封隔器和井下監(jiān)測儀表。該系統(tǒng)能夠人工操作，也可以利用SCADA（Supervisory ControlAnd DataAcquisition）控制裝置自動操作。井下石英儀表能向地面PC機系統(tǒng)實時輸送壓力和溫度數(shù)據，對每一層段進行監(jiān)測。一根電纜通過井口，向每個儀表提供電力。用電力控制井下控制閥和油嘴的InCharge系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測井底油管和環(huán)空的壓力和溫度。系統(tǒng)利用一根1/4 in控制電纜輸送電力、傳輸指令和控制數(shù)據。采用一個地面控制系統(tǒng)，一口井可以控制12個層段。 Baker公司正在將其多層

21、完井技術與InForce和InCharge系統(tǒng)相結合，新的智能礫石充填系統(tǒng)正在開發(fā)之中，正在設計的光模塊系統(tǒng)可代替并簡化水下光纖裝置，此外公司還在開展聲學、電磁、地震雙向和單向通信等方面的研究。InForce液壓式智能完井系統(tǒng)是利用地面的液控箱，通過液力開啟標準液控滑套的進油口或調節(jié)油嘴式液控滑套的油嘴大小，進行流量控制和油藏管理。 近幾年膨脹管技術呈現(xiàn)爆炸式大發(fā)展，該技術對石油工業(yè)將產生革命性的影響。例如等徑井眼技術一旦成熟，將極大地降低油井成本，并完全消除常規(guī)套管程序的縮徑效應。油氣井的鉆井和完井成本在油田的勘探開發(fā)總成本中占有相當大的比例?？膳蛎浌芗夹g是國外正在大力發(fā)展的可降低鉆井完井成

22、本的一項新技術。從20世紀80年代起，Shell公司就開始研究膨脹管技術。目前，提供膨脹管服務的公司有Halliburton公司、Baker Oil Tools公司和Schlumberger公司等國外石油公司。 自1998年以來，Weatherford公司一直在可膨脹防砂篩管領域居于業(yè)界領先地位。該公司的膨脹管技術分為三類：可膨脹割縫管、實體膨脹管、膨脹系統(tǒng)。Weatherford公司研制出一種高柔曲性旋轉擴管系統(tǒng)12，把上提和下壓擴管改為旋轉擴管，降低了90%的擴管力。Weatherford公司的膨脹防砂網占到全球膨脹防砂網市場份額的90%。膨脹防砂網能節(jié)省鉆井費用20%，提高產能70%。它

23、能適應不規(guī)則井壁，減小二者的間隙，降低由于近井地帶顆?；旌显斐傻亩氯奈ｋU性。Weatherford公司早在10年前就開始研制替代套管系統(tǒng)。替代套管系統(tǒng)是鉆進過程中使用的一種膨脹管技術，它能通過封隔復雜井段來降低鉆井費用。 Weatherford公司2004年正在開發(fā)的兩項技術是小井眼膨脹襯管技術和膨脹管完井系統(tǒng)13。小井眼膨脹管技術是發(fā)展單一直徑井眼的基礎，它可以降低建井費用。膨脹管完井系統(tǒng)是一種防砂體系，它將實體膨脹管與膨脹防砂網合并為單行程完井系統(tǒng)，可在下套管井和射孔井中進行層間封隔。Weatherford公司的最新成果是把膨脹防砂網與層間封隔膨脹管用一段無縫管連接在一起形成一種聯(lián)合系統(tǒng)

24、。無縫管（相當于套管）控制了需要下常規(guī)封隔器、流量控制器和智能完井裝置的井段。如果不需要防砂，層間封隔膨脹管可以代替膨脹防砂網起穩(wěn)定井壁的作用。聯(lián)合系統(tǒng)的主要優(yōu)點是能夠在長的大斜度井段或水平井段中完井。Halliburton能源服務公司利用實體膨脹管建大位移井取得成功，Halliburton公司對其PoroFlex膨脹防砂網系統(tǒng)和VersaFlex膨脹管系統(tǒng)都進行了改進。Halliburton公司研制出防腐合金P膨脹篩網完井系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用316L不銹鋼襯管以及316L不銹鋼或20號合金防砂網。這種防砂網高溫環(huán)境下能夠承受不同濃度的H2S和CO2。Baker Oil Tools公司利用膨脹管

25、技術完成了10口多分支井的6級完井。Baker OilTools公司在俄克拉何馬州南部已損壞的177.8套管內成功地安裝了205.7m長的膨脹管，修復后油井的增產效果明顯；Baker Oil Tools公司開發(fā)出幾項膨脹管技術，其中有EXPatch膨脹式套管修補技術、seeIEXX裸眼井襯管技術和EXXdrill系統(tǒng)，其中EXXdrill系統(tǒng)是用來臨時隔離漏失帶或在鉆井過程中發(fā)生井壁失穩(wěn)時用于支撐井壁的。Enventure全球技術公司進行了膨脹管穿過套管磨銑窗口的室內和現(xiàn)場試驗并取得成功18。Schlumberger等技術服務公司也利用膨脹管技術進行過多分支井的6級完井。1.3 國內水平井完井

26、方法發(fā)展狀況中國是發(fā)展水平井鉆井技術最早的幾個國家之一。我國最早的有工業(yè)意義的水平井于1965年在四川鉆成，成為繼美國、前蘇聯(lián)之后第三個鉆成水平井的國家。由于未能可持續(xù)發(fā)展，水平井技術在我國長期處于停滯狀態(tài)。1988年，Amoco東方石油公司在中國南海珠江口盆地鉆成了海上第一口水平井流花11-1-6井，該井采用當時世界上先進的導向鉆井系統(tǒng)、頂部驅動鉆井裝置、MWD隨鉆測量工具以及低毒性礦物油基泥漿等工藝技術，僅用20天時間就完鉆，經過180天的EDST（Extended Drill Stem Test，延長鉆桿試油）測試，結果與直井相比其底水錐進慢、產量高，含水也只有垂直井的一半。流花11-1

27、-6井的成功為今后同類油田的開發(fā)提供了重要依據，也鼓舞了八十年代中國大陸水平井采油技術的開展?，F(xiàn)代水平井始于1990年，經過近10年的研究與實踐，我國的水平井技術有了長足的進步。國內經過“八五”及“九五”的研究、試驗和推廣應用，水平井技術不斷提高，它已成為新油田開發(fā)、老油田挖潛及提高采收率的重要技術。油藏類型也從單一的砂礫巖稠油油藏擴大到非稠油的邊底水斷塊油藏、裂縫性油藏、整裝高含水油藏、地層不整合油藏和低滲透油藏等，從老油田挖潛轉向新區(qū)產能建設和老區(qū)調整。目前國內已鉆水平井近千余口，其技術已達國際先進水平，并形成了一整套綜合性配套技術，已作為常規(guī)鉆井技術應用于幾乎所有類型的油藏，水平井與同期

28、調整井或周圍直井相比，鉆井費用約為直井的1.5倍2倍，產量約為直井2倍5倍。我國的水平井鉆井成功率很高，為94%，這說明我國已很好的掌握了長、中半徑水平井的鉆井完井技術。中石油2000年完成的全國水平井應用情況調研報告中指出，國內水平井在各類油藏中的應用都有成功的例子，其類開發(fā)井在除超稠油油藏、特低滲透油藏之外的油藏中所占比例還是比較高的（類開發(fā)井指的是單井日產油量和累計產油量超過同區(qū)同類直井兩倍的井）。目前我國陸地累計產油量最多的是塔中4油田的第一口水平井TZ4-17-H4。對于淺層出砂油藏，國內應用較多的還是水平井套管固井射孔、管內濾砂管防砂完井技術。水平井套管內濾砂管防砂完井技術已形成了

29、較為完善的懸掛式和平置式兩大系列水平井濾砂管防砂管柱，國內現(xiàn)場應用近300口井。這兩種管柱各具特點，懸掛式濾砂管防砂可有效防止落物進入水平段造成打撈困難；平置式濾砂管防砂管柱是將防砂工具置入水平段內，有利于下段生產完后不打撈防砂管柱就可進行上井段上返射孔防砂投產。勝利油田水平井濾砂管防砂技術從1994年3月進入現(xiàn)場以來，已累計進行防砂施工200余井次，施工成功率達100%，累計增油1.215106t，取得了明顯的經濟效益和社會效益。我國采用的完井方法亦以套管射孔完井為主，個別灰?guī)r產層采用裸眼完井少數(shù)熱采或出砂油氣田采用礫石充填完井。然而，在完井方法的選擇，尤其在某些參數(shù)的確定上，科學性不夠，與

30、國外尚有一些差距。為此，西南石油學院特與加拿大聯(lián)合建立了完井技術中心，開展各項研究。近年來各油田也越來越認識到方法優(yōu)選的重要性，這使得完井技術有了長足的發(fā)展。目前，在國內有些油田預測到膨脹管技術在鉆井完井及修井方面的巨大潛力，已開始引進和開發(fā)膨脹管技術。其中，西南石油學院對膨脹套管技術的機理進行了大量的分析研究，首次成功地將坐標網格法運用于膨脹套管技術的機理研究，為膨脹套管的選材提供了理論依據和指導思想。2005年底，中石油勘探開發(fā)研究院與大慶油田合作，進行了長段膨脹管加固試驗，并取得了成功。截至目前，大慶油田膨脹管加固技術已開展現(xiàn)場實驗50口井，取得了很好的效果。冀東、塔里木、遼河、勝利等油

31、田先后引進了膨脹管技術。勝利油田目前已成功實施了46口井的膨脹管補貼。1.3.1 國內水平井完井存在問題（1）水平井的完井方式單一，完井方式與油藏適應性不強國內如勝利油田由于受工藝和其它技術方面的影響，在實際操作中往往偏重于工藝的熟練程度，而對完井方式與油藏適應性考慮不夠，絕大多數(shù)還是采用固井射孔完井。 （2）在固井完井方式中，目前只能采用全井固井或尾管固井，而不能進行1次管柱分（層）段多級固井，且固井質量難以保證。（3）水平井的地層流入動態(tài)、產能預測、生產系統(tǒng)優(yōu)化設計有待于進一步研究和完善。同時還存在著射孔井段與產能的優(yōu)化不好，往往井眼穿過多少油層就射開多少油層，造成浪費和后期無法實施增產措

32、施的后果。（4）水平井的防砂方式單一，目前國內多采用射孔后管內懸掛濾砂管防砂，而國外多采用水平井裸眼礫石充填或管內礫石充填防砂，后者防砂效果好，工作壽命長。1.2.4水平井完井技術的今后發(fā)展方向（1）單一完井方法向多元化發(fā)展；（2）傳統(tǒng)完井向有效配套發(fā)展；（3）思路上，從短期行為向考慮長期效益發(fā)展；（4）防砂完井方面，管內防砂向裸眼防砂發(fā)展；（5）傳統(tǒng)直井完井向水平井、多底井、分支井發(fā)展。 2 水平井常用完井方式的特點及應用水平井完井方式有多種，由于現(xiàn)有的各種完井方式都有其各自適應的條件和局限性，因此了解各種完井方式的特點是十分重要的。水平井的完井方法有裸眼完井、割縫襯管完井、射孔完井、帶管外

33、封隔器（ECP）的割縫襯管完井及礫石充填完井。其中裸眼完井最主要特點是油層完全裸露，因而油層具有最大的滲流面積，油氣流入井內的阻力最小，產能較高，但使用局限很大，巖石強度不夠高時，在生產中會有井壁坍塌，井壁條件限制了增產措施的應用。裸眼完井有許多問題難以解決，如控制底水、邊水和進行酸化壓裂及堵水等措施，特別是隨著當前水平井段加長或鉆分支水平井的應用，用裸眼完井就更少了。2.1 割縫襯管完井方式2.1.1 割縫襯管完井方式完井工序是將割縫襯管懸掛在技術套管上，依靠懸掛封隔器封隔管外的環(huán)形空間。割縫襯管要加扶正器，以保證襯管在水平井眼中居中，如圖2-1所示。圖2-1割縫襯管完井示意圖割縫襯管完井是

34、較簡單的完井方式，可以用于各種半徑的井，使用較普遍。在水平井眼中下割縫管，頂部用裸眼封隔器或套管封隔器掛在套管或裸眼地層上。襯管的作用是支撐弱的巖層。襯管可不用水泥封固，也可在局部段注水泥。（1）割縫襯管完井的優(yōu)點成本相對較低；儲層不受水泥漿的損害；可防止井眼坍塌；選擇合適的割縫襯管尺寸，能有效地控制部分出砂。（2）割縫襯管完井的缺點 不能實施層段的分隔，因而不可避免層段之間的竄通和干擾； 無法控制割縫襯管與井眼之間的環(huán)空，故不能進行選擇性增產增注作業(yè)； 無法實施生產控制，不能獲得可靠的生產測試資料。（3）割縫襯管完井適用的地層條件適用于天然裂縫碳酸鹽巖或硬質砂巖儲層；單一厚儲層，或壓力、巖性

35、基本一致的多儲層；不準備實施分隔層段、選擇性處理的儲層；巖性較為疏松的中、粗砂粒儲層。2.1.2 襯管頂部注水泥完井方式目前，襯管頂部注水泥已經被廣泛使用，加拿大70%的水平井使用該完井方式。襯管頂部注水泥完井技術是將造斜段部分注水泥固井技術與帶管外封隔器的襯管完井技術結合在一起。襯管頂部注水泥工藝主要是采用管外封隔器、分級箍、盲管以及尾管懸掛器等特殊完井工具配合下部的篩管共同實施的完井技術。在主要油層段采用篩管完井，保持了油層的原始滲透率。在上部井段采用配合工具實施固井，可有效封隔水層等異質層，兼顧了篩管完井和固井完井共同的特點。其結構如圖2-2所示。圖2-2襯管頂部注水泥完井（1）技術特點

36、 多級管外封隔器加防砂篩管完井實現(xiàn)分段開采，提高了防砂效果； 坐封封隔器和注水泥一次管柱完成，節(jié)省施工時間； 防砂篩管內通徑大、使用壽命長，便于后期作業(yè)； 避免水泥漿污染油層，同時節(jié)省完井費用。（2）襯管頂部注水泥完井優(yōu)點 可防止注水泥漏失，防止油層污染； 保證上部地層有效封固，保證下部篩管有效固定； 可采用常規(guī)密度水泥漿固井； 消除了水泥侯凝時期高壓油氣對固井質量帶來的影響。（3）襯管頂部注水泥完井缺點 工藝相對較復雜； 對工具可靠性要求較高； 襯管下井過程中無法建立循環(huán)。襯管在下入井底過程中與井壁的刮、拉造成管縫被濾餅堵塞，加之下井過程中無法與井底建立循環(huán)，管內處于“真空”狀態(tài)因此篩管外壁

37、上的濾餅會很快形成，細小的砂粒被夾在縫隙處，形成永久堵塞。2.1.3 射孔完井方式 射孔完井是目前國內外最為廣泛采用的一種完井方法。它又分為套管射孔完井和尾管射孔完井兩種，如圖2-3所示。圖2-3水平井射孔完井示意圖 套管射孔完井的特點是在鉆達預計產層深度之后，下入生產套管至油層底部注水泥固井，然后射孔，射孔槍對準產層射穿套管、水泥環(huán)并穿透油層某一深度，建立起油流,的通道。這種方法使裸眼和襯管完井方法的缺陷都得到了克服，既可以選擇性地射開不同壓力、不同物性的油層，以避免層間干擾，還可以避開夾層水、底水和氣頂，避開夾層的坍塌，具備實施分層注、采和選擇性壓裂或酸化等分層作業(yè)的條件。套管射孔完井的關

38、鍵是固井質量必須得到保證，產層評價的測井技術必須過關，射孔深度必須可靠，射孔的炮彈能達到規(guī)定的穿透能力。 尾管射孔完井是在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（完井尾管和技術套管宜重合100m左右），再對尾管注水泥固井，然后射孔。 從產層部位的套管結構及孔眼打開的方法來講，尾管射孔完井與套管射孔完井方法完全相同。不同點是管子頂部只延伸到生產套管內一部分，稱之為超覆長度。最終井徑或管子尺寸比生產套管小一級。尾管射孔完井后，尾管是否需要回接到地面主要取決于套管的抗壓強度。 尾管射孔完井由于在鉆開油層之前上部地層已被技術套

39、管封固，因此可采用與油層相配伍的鉆井液以平衡壓力、低平衡壓力的方法鉆開油層，有利于保護油層。此外，這種完井方式可以減少套管重量和油井水泥的重量，從而降低完井成本，目前較深的油、氣井大多采用此方法完井。2.2 射孔完井的優(yōu)點（1）最有效的層段分隔，可以完全避免擇性的射開不同壓力、不同物性的油層，也可避免夾層水、底水和氣頂；（2）可以進行有效的生產控制、生產檢增注作業(yè)；（3）在生產井段能選擇性的進行修井作業(yè)（4）適合于多類型油藏完井。2.2.1 射孔完井的缺點（1）相對較高的完井成本；（2）儲層受水泥漿的損害；（3）水平井的固井質量目前尚難保證；（4）要求較高的射孔操作技術。2.2.2 射孔完井適

40、用的地層條件2.3 管外封隔器（ECP）完井方式 這種完井方式是把串接若干個ECP的割縫襯管，按割縫襯管完井工序下入到井眼中，然后擠水泥將第一個ECP以上的環(huán)空封隔。此完井方式是依靠管外封隔器實施層段的分隔，可以按層段進行作業(yè)和生產控制，這對于注水開發(fā)的油田尤為重要?？煞譃樘坠芡夥飧羝骷案羁p襯管完井和套管外封隔器及滑套完井兩種形式，如圖2-4和圖2-5所示。圖2-4套管外封隔器及割縫襯管完井示意圖 圖2-5套管外封隔器及滑套完井示意圖2.3.1 管外封隔器（ECP）完井方式的優(yōu)點（1）相對中等程度的完井成本；（2）儲層不受水泥漿的污染和損害；（3）依靠管外封隔器實施層段分隔，可在一定程度上避免

41、層段之間的竄通和干擾；（4）可以進行生產控制、生產檢測和選擇性的增產增注作業(yè)。2.3.2 管外封隔器（ECP）完井方式的缺點 管外封隔器分隔層段的有效程度，取決于水平井眼的規(guī)則程度、封隔器的坐封和密封件的耐壓、耐溫等因素。2.3.3 管外封隔器（ECP）完井方式適用的地層條件（1）要求不用注水泥實施層段分隔的注水開發(fā)儲層；（2）要求實施層段分隔，但不要求水力壓裂的儲層；（3）井壁不穩(wěn)定，有可能發(fā)生井眼坍塌的儲層；（4）天然裂縫性或橫向非均質的碳酸鹽巖或硬質砂巖儲層。2.3.4 礫石充填完井方式 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

42、液將在地面上預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，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。礫石充填完井有裸眼礫石充填完井、管內礫石充填完井和礫石預充填完井之分。2.3.5 裸眼礫石充填完井方式 裸眼礫石充填完井的工序是：鉆頭鉆達油層頂界以上之后，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倍2倍，以確保充填礫石時有較大的環(huán)形空間，增加防砂層的厚度，提高防砂效果。（1）裸眼礫石充填完井的優(yōu)點 儲層不受水泥漿的損害； 可以防止疏松儲層出砂及井眼坍塌；

43、特別適宜于熱采稠油油藏。（2）裸眼礫石充填完井的缺點 不能實施層段的分隔，因而不可避免層段之間的竄通； 無法進行選擇性增產增注作業(yè)； 無法進行生產控制等。（3）裸眼礫石充填完井適用的地層條件 無氣頂、無底水、無含水夾層的儲層；單一厚儲層，或壓力、物性基本一致的多儲層； 不準備實施分隔層段，選擇性處理的儲層； 巖性疏松出砂嚴重的中、粗、細砂粒儲層。 國內外實踐表明：在水平井段內，不論是進行裸眼礫石充填或是套管內礫石充填，其工藝都是復雜的。采用常規(guī)的礫石充填工藝，一般充填效果不穩(wěn)定，目前正處現(xiàn)場試驗階段。在進行裸眼礫石充填時，有時礫石完全充填到位之前，井眼有可能已經坍塌；扶正器有可能被埋置在疏松地

44、層中，因而很難保證長篩管居中。裸眼及套管充填時，因充填液的濾失量大，不僅會造成油層損害，而且在現(xiàn)有泵送設備及充填液性能的條件下，其充填長度將受到限制。 目前水平井的防砂完井多采用預充填礫石篩管、金屬纖維篩管或割縫襯管等方法。其中預充填礫石繞絲篩管是在地面，預先將符合儲層特性的高質量的礫石人工裝入具有內外繞絲篩管的環(huán)形空間而制成的防砂管，將此雙層篩管下入水平井段，起擋砂屏障作用。由于不需要進行礫石充填，所以沒有充填液對油層的損害。該防砂方法的油井產能低于礫石充填，防砂有效期不如礫石充填長，因其不能像礫石充填能防止油層砂進入井筒，只能防止油層砂進入井筒后不再進入油管，但其工藝簡單、成本低，在一些不

45、具備礫石充填的防砂井中，仍是一種有效方法。因而國外仍普遍采用。預充填礫石粒徑的選擇及雙層繞絲篩管縫隙的選擇等，皆與礫石充填相同。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。 裸眼水平井預充填礫石繞絲篩管完井，使用時應加扶正器，以便使篩管在水平段居中，如圖2-6所示。圖2-6水平井裸眼預充填礫石篩管完井示意圖2.3.6 套管礫石充填完井 套管礫石充填完井工序是：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。

46、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，有時還把套管外的油層砂沖掉，以便向孔眼外圍油層填入礫石，避免礫石和地層砂混合增大滲流阻力。套管礫石充填完井和裸眼礫石充填完井的防砂機理是一樣的。充填在井底的砂礫層起著濾砂器的作用，它只允許流體通過，而不允許地層砂礫通過。其防砂的關鍵是必須選擇與出砂粒粒徑匹配的繞絲篩管及油、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。（1）套管礫石充填完井的優(yōu)點 可以防止疏松儲層出砂及井眼坍塌； 特別適宜于熱采稠油油藏；可以實施選擇性的射開層段。（2）套管礫石充填完井的缺

47、點 儲層受水泥漿的損害； 必須取出井下預充填礫石篩管后，才能實施選擇性的增產增注作業(yè)。（3）套管礫石充填完井適用的地層條件 有氣頂、底水、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； 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； 巖性疏松出砂嚴重的中、粗、細砂粒儲層。2.4 可膨脹式襯管完井 可膨脹管技術就是將管柱下入井底，以機械或液壓的方法，由上到下或由下往上，通過拉力或壓力使管柱發(fā)生永久塑性變形，從而達到增大采油管柱或井眼內徑的目的?？膳蛎浌芸蓱糜阢@井、完井及采油、修井等作業(yè)全過程，被認為是21世紀石油鉆采行業(yè)的核心技術之一，該項技術的幾個應用領域在國外

48、均投入到工業(yè)實施。膨脹襯管包括普通的可膨脹式割縫襯管、可膨脹式篩管和其它特殊類型的防砂膨脹管。特殊類型的膨脹防砂管由膨脹外套、膨脹基管、過濾層等組成。膨脹襯管下入后通過膨脹錐使其徑向膨脹貼緊井壁，減小了篩管與井壁之間的間隙，增大了過流面積，減小了滲流阻力。膨脹襯管完井與常規(guī)襯管相比具有明顯的優(yōu)點， 殼牌公司認為可膨脹式襯管完井工具有以下幾項優(yōu)勢： （1）與非膨脹式襯管或篩管比有較大的內徑，在生產段高液體流速下可降低壓降；（2）膨脹后的篩管可作為裸眼的直接支撐，使地層坍塌造成的防砂篩管堵塞盡可能少；（3）帶有射孔固體基管的篩管具有較高的抗破壞坍塌值；（4）膨脹篩管可減少堵塞，并減少對篩管未堵部分

49、的沖蝕破壞，可提高篩管防砂效果，延長篩管防砂壽命；（5）在適宜的儲層和地層條件下，可膨脹式篩管不需要充填礫石。2.4.1 膨脹管機理 膨脹管包括膨脹割縫管和膨脹實體管，膨脹實體管如圖2-8（a）所示。后來又在膨脹割縫管的基礎上發(fā)展了用于防砂的膨脹防砂篩管，見圖2-8（b）所示。割縫膨脹管主要用于封隔復雜層段、代替常規(guī)割縫襯管和防砂。而實體膨脹管主要用于修補套管、建井、多分支井和單一井徑油井的建井。實體套管膨脹技術與割縫管膨脹技術的原理基本相同，都是基于管材的三維塑性變形。以割縫管膨脹技術簡要說明其膨脹原理。膨脹工具為膨脹錐和心軸，在裸眼井內下入割縫管，割縫管的本體上有許多交錯排列且相互重疊的軸

50、向割縫。用拉力或壓力，使膨脹錐從上往下或從下往上膨脹，達到使管柱膨脹的目的。圖2-7膨脹實體管和膨脹防砂篩管2.4.2 可膨脹式襯管完井的優(yōu)點（1）膨脹襯管緊貼在井壁，對防止井壁垮塌，起到了有效的支撐作用，同時還可防止地層砂在近井范圍內的運移，降低了因砂粒運移對防砂管的沖蝕，提高了滲流能力；（2）施工工藝簡單，地面設備少，有利于在水平井、大斜度井和分支井中的應用；（3）防砂段內徑大、過流面積大，降低了油流阻力，有利于后續(xù)的措施作業(yè)；（4）節(jié)省一次油層套管作業(yè)和減少，固井、射孔步驟能減輕地層傷害程度，提高了完井時效；（5）利用管外封隔器實現(xiàn)分層開采和卡堵水作業(yè)；2.4.3 可膨脹式襯管完井的缺點

51、（1）對于井眼不規(guī)則井，膨脹襯管在膨脹后，無法對整個防砂段實現(xiàn)“零間隙”，防砂效果難以得到保證；（2）在膨脹過程中對井下條件要求較高，膨脹一旦中斷，難以得到有效處理；（3）膨脹襯管本身的抗拉強度較低，處理井下阻、卡時受到限制。 3 水平井的完井方式選擇3.1 影響完井方法選擇的因素 完井方法的選擇是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要綜合考慮各方面的因素，主要是油氣田地質和油氣藏工程特點、生產過程中井眼是否穩(wěn)定、生產過程中地層是否出砂、采油工程要求、完井產能的大小等。在影響選擇完井方式的各因素中，需要對各種因素進行綜合的系統(tǒng)分析，有些因素需要進行定量判斷，科學嚴密的完井方式優(yōu)選及系統(tǒng)的完井設計是完井優(yōu)化的

52、前提，下面對前四個因素進行分析。3.1.1 地質特征（1）底水和氣頂控制無論砂巖還是碳酸鹽巖塊狀油田大都存在底水和氣頂問題，有的油藏可能同時存在底水和氣頂，或者僅有其中之一，完井時必須充分考慮如何發(fā)揮底水和氣頂?shù)挠欣矫妫瑫r又能控制其不利因素。這類油氣藏在完井時，必須考慮到頂氣和底水可能帶來的影響。雖然水平井具有延緩水脊發(fā)生的優(yōu)點，但當水平段相對較長時，由于地層滲流流速的不均勻性，在開采后期，隨著地層的不斷沖刷可能形成局部地層滲透率的加大，從而造成底水的局部脊進。控制底水或邊水侵入水平井，應能實現(xiàn)段間封隔，防止局部的水脊造成整口井的水淹，并在可能的情況下采取適當?shù)呐潘捎痛胧?，因為當油流量?/p>

53、足時，產層水將逐漸在井筒里及井底近區(qū)積聚，會導致產油量急劇下降，危害極大。（2）地層砂粒度大小及地層砂均質性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0.10.25mm細砂；粒徑介于0.250.5mm中砂；粒徑介于0.5l.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(shù)C來表示： (3-1) 式中d40地層砂篩析曲線上占累積重量40%的地層砂粒徑； d90地層砂篩析曲線上占累積重量90%的地層砂粒徑； C地層砂均勻性系數(shù)。一般地，C5為不均勻砂；C10為很不均勻砂。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

54、；而對細砂和粉砂地層，可用礫石充填完井、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。3.1.2 水平井生產過程中井眼穩(wěn)定性判斷 與鉆井不同的是完井所要考慮的是生產過程中的井眼穩(wěn)定性問題。優(yōu)選完井方式中所涉及的井眼穩(wěn)定性是研究在生產過程中，井底流壓低于地層壓力時，井眼是否會擠毀而垮塌的問題。從能否支撐井壁來看，完井方法可分為能支撐井壁的完井方法（如射孔完井、割縫襯管完井、繞絲篩管完井、預充填篩管完井等）和不能支撐井壁的完井方法（即井眼完全裸露的裸眼完井）。生產過程中井眼的力學穩(wěn)定性判斷的目的就是要判定該井是采用能支撐井壁的完井方法還是裸眼完井。 造成井眼失穩(wěn)的原因，包括天然因素和人為因素兩個方面。在天然因素方面有地質構造類型和原地應力，地層的巖性和產狀，含粘土礦物的類型，弱面的存在及其傾角，層面的膠結情況，地層強度，裂隙節(jié)理的發(fā)育情況，孔隙度，滲透性及孔隙中的流體壓力等；在人為因素方面有鉆井液的性能（失水、粘度、流變性、密度），鉆井液的成分與泥頁巖化學作用的強弱（水化、膨脹作用），井周鉆井液侵入帶的深度和范圍，井眼裸露時間，鉆井液的環(huán)空返速及對