完井方法及其选择

完井方法及其选择 主讲人：闰从山单位：西南石油大学 ● 石油工程学院邮箱：rcs0817@126.com 联系方式：15828316241 028-83032065 完井方法及选择

完井方法及其选择 一、完井方法 1、完井的概念完井，顾名思义指的是油气井的完成，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不同连通渠道，也就构成了不同的完井方法。所以，本讲的内容主要介绍完井方法及其选择。目前，国内外各油气田所采用的完井方法有很多种类型，但都有各自的适用条件和局限性。经过研究与实践，人们认识到只有根据油气藏类型和油气层的特性并考虑开发开采的技术要求去选择最合适的完井方法，才能有效地开发油气田、延长油气井寿命、提高采收率、提高油气田开发的总体经济效益。完井方法及选择

完井方法及其选择 合理的完井方法应满足的要求：（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；完井方法及选择

完井方法及其选择 合理的完井方法应满足的要求：（5）应具备进行分层注水、注气、分层压裂、酸化等分层措施以及便于人工举升和井下作业等条件；（6）如为稠油油田，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。完井方法及选择

完井方法及其选择 二、常规的完井方法常规的完井方法是指目前国内外油气田用得最多的完井方法，主要有4种，下面对其做简要介绍： 1.射孔完井方法（1）套管射孔完井（2）尾管射孔完井（3）水平井射孔完井完井方法及选择

完井方法及其选择 套管射孔完井完井方法及选择

完井方法及其选择 尾管射孔完井完井方法及选择

完井方法及其选择 水平井射孔完井示意图完井方法及选择

完井方法及其选择 射孔完井的重要性概述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。如果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。多年来，人们对射孔工艺、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进行了大量的理论、实验和矿场试验研究，使射孔技术取得了迅速的发展。人们已经认识到，射孔是完井工程中的一个关键性环节。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。完井方法及选择

完井方法及其选择 射孔工艺（1）电缆输送套管枪射孔工艺 ①常规电缆套管枪正压射孔射孔前用高密度射孔液造成井底井底压力高于地层压力。在井口敞开的情况下，利用电缆下入套管射孔枪。通过接在电缆上的磁性定位器测出定位套管接箍对比曲线，调整下枪深度，对准层位，在正压差下对油、气层部位射孔。取出射孔枪后，下油管并装好井口，进行替喷、抽汲，或气举等诱喷，或直接采用人工举升方法，以使油气井投产。完井方法及选择

完井方法及其选择 常规电缆套管枪正压射孔的优缺点优点：施工简单，成本低，高孔密、深穿透缺点：正压会使固相和液相侵入储层而导致较严重的储层损害，因此，为了减少正压对地层的损害，特别要求使用优质的射孔液。完井方法及选择

完井方法及其选择 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。该方法具有负压清洗和穿透较深的双重优点。但是对于油气层厚度大的井需要多次下枪射孔，则不能保持以后射孔必要的负压。完井方法及选择

完井方法及其选择 (2)油管输送射孔这种无电缆油管输送射孔工艺上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。油管下部连有压差式封隔器、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，压力或压差式引爆，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。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。在管柱总成的定位短节内放置一粒放射性同位素，校深仪器下到预置深度（约在定位短节以上100m），开始下测一条带磁定位的放射性曲线，超过定位短节约15m停止。将测得的放射性曲线与以前测得的校正的放射性曲线对比，换算出定位短节深处，并在井口利用油管短节进行调整。完井方法及选择

完井方法及其选择 （3）油管输送射孔联作工艺 ①油管输送射孔工艺和底层测试联做。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、坐好封隔器并打开测试阀，引爆射孔后转入正常测试程序。这种工艺特别适合于子喷井。 ②油管输送射孔与压裂、酸化联做。完井时下一次管柱，能完成射孔、测试、酸化、压裂、试井等工序。 ③非自喷井油管输送射孔与测试联做。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。完井方法及选择

完井方法及其选择 （4）电缆输送过油管射孔 1、常规过油管射孔这是最早使用的负压射孔工艺，首先将油管下至油层顶部，装好采油树和防喷管，射孔枪和电缆街头装入防喷管内，准备就绪后，打开清蜡闸门下入电缆，射孔枪通过油管下出油管鞋。用电缆街头上的磁定位器测出短套管位置，点火射孔。过油管射孔具有负压射孔、减少储层损害的优点，尤其适合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。但过油管射孔枪的直径受油管内径限制，无法实现高孔密、深穿透，并且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。由于这些缺点，目前常规过油管射孔已使用得很少了，仅在海上和一些不能停产的井用于补孔。完井方法及选择

完井方法及其选择 2、转轴式（张开式）过油管射孔工艺过油管射孔的主要缺点，如前所述，是枪小弹小，从而射孔穿深浅。鉴于这个原因，过油管射孔的孔深均难以超过100mm，而目前套管枪射孔深度可达300-900mm。完井方法及选择

完井方法及其选择 3、过油管深穿透射孔技术这是对转轴式过油管射孔工艺的改进，可在油管内下入大直径射孔弹，其转药量达24g以上，穿深是原用枪的4倍以上，达400-800mm，接近套管枪射孔深度。完井方法及选择

完井方法及其选择 二、射孔参数优选要获得理想的射孔效果，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，取决于一下几个方面：一是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；二是射孔参数、损害参数和储层及流体参数获取的准确程度；三是可供选择的枪弹品种、类型的系列化程度，这里谈到的射孔参数优选是指现有条件下针对特定储层的使井产能达到最高的射孔参数优配组合，也涉及实现这些参数的工艺要求。产能比是目标函数。完井方法及选择

完井方法及其选择 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三个方面。 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；完井方法及选择

完井方法及其选择 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。完井方法及选择

完井方法及其选择 3、射孔负压设计完井设计要求在既安全又经济的条件下保证完井段压力损失最小、产量最高。负压射孔能改善井的生产能力，目前已在世界范围内获得广泛应用。负压射孔是指在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，在所设计的负压值一方面要保证孔眼清洁、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；另一方面，负压值又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他方面的问题，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能超过最大负压。完井方法及选择

完井方法及其选择 目前主要使用的美国Conoco公司计算方法如下：式中——油层的最小负压力，MPa; ——气层的最小负压力，MPa; K——产层渗透率，。完井方法及选择

完井方法及其选择 而（最大负压力）则根据声波时差来计算，其公示为：也可根据相邻泥岩体积密度来计算，其公式为：完井方法及选择

完井方法及其选择 式中 ——最大负压力，MPa; ——相邻泥岩声波时差； ——相邻泥岩体积密度； ——井下管柱或水泥环最大安全负压，MPa。综合上述，可按照以下公式选择合理负压。若产层有出砂史或含水饱和度高，则：若产层无出砂史，则：小结：射孔完井完井方法及选择

完井方法及其选择 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。裸眼完井有两种完井工序：一是钻头钻至油层顶界附近后，下技术套管注水泥固井。水泥浆上返之预定的设计高度后，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，见图8-4。另一种工序是不更换钻头，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，见图8-5，水平裸眼完井见图8-6。裸眼完井在直井、定向井、水平井中都可采用。完井方法及选择

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完井方法及其选择 3、割缝衬管完井方法割缝衬管完井方法是在裸眼完井的基础上，在裸眼井内下入割缝衬管而已，在直井、定向井、水平井中都可采用。与裸眼完井相对应，割缝衬管完井也有两种完井工序。一是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，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，如图8-7。二是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，如图8-8。完井方法及选择

完井方法及其选择 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，如图8-9。缝眼的功能是：一方面允许一定数量和大小的能被原有携带至地面的“细沙”通过，另一方面能把较大颗粒的砂于阻挡在衬管外面。这样，大沙粒就在衬管外形成“砂桥”或“砂拱”，如图8-10。砂桥中没有小砂粒，因为生产时此处流速很高，把小沙粒都带入井内了。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。完井方法及选择

完井方法及其选择 割缝衬管的技术参数如下： 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度左右、梯形大的底边应为衬管的内表面，小的底边应为衬管的外表面。这种缝眼的形状可以避免砂粒卡死在缝眼内而赌塞衬管。 2）缝口的宽度梯形衬管小底边的宽度称为缝口宽度。缝口宽度为：式中 e——缝口宽度，mm； ——产层砂粒度组成累积曲线上，占累积质量为10%所对应的砂粒直径，mm。完井方法及选择

完井方法及其选择 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”。 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，见图8-9 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，可确定割缝衬管的外径。 5）缝眼的长度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。完井方法及选择

完井方法及其选择 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； ——缝眼总面积占衬管外表面积的百分数，一般取2%； F——每米衬管外表面积，； e——缝口宽度，mm； l——缝眼长度，mm。完井方法及选择

完井方法及其选择 4、砾石充填完井砾石充填完井一般都使用不锈钢绕丝筛管而不用割缝称管，其原因有：割缝衬管的缝口宽度由于受加工割刀的限制，最小为0.25~0.5mm，因此，割缝衬管只适用与中、粗砂粒油层。而绕丝筛管的缝隙宽度最小可达到0.12mm，故其适用范围要大得多；绕丝筛管是由绕丝形成一种连续缝隙，它的流通面积要比割缝衬管大得多，流体通过筛管时几乎没有压力降；绕丝筛管以不锈钢丝为原材料，其耐腐蚀性强，适用寿命长，综合经济效益高。完井方法及选择

完井方法及其选择 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：钻头钻达油层定界以上约3m后，下技术管套注水泥固井，再用小一级的钻头钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深，然后使用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，增加防砂层厚度，提高防砂效果。套管砾石充填完井套管砾石充填完井的完井工序是：钻头钻穿油层至设计井深后，下油层套管于油层底部，注水泥固井，然后对油层部位射孔。完井方法及选择

完井方法及其选择 砾石质量要求充填砾石的质量直接影响防砂效果及完井产能。因此，砾石的质量控制十分重要。砾石质量包括一下几个参数： ①砾石粒径； ②砾石尺寸的合格程度； ③砾石的强度； ④砾石的球度和圆度 ⑤砾石的溶解度 ⑥砾石的结团。完井方法及选择

完井方法及其选择 二、其他完井方法 1、贯眼套管（尾管）完井 2、预充填砾石绕丝筛管完井 3、其他防砂筛管完井 ①金属纤维防砂筛管 ②多孔冶金粉末防砂筛管 ③多层充填井下滤砂器 ④化学固砂完井 ⑤压裂砾石充填防砂完井 ⑥欠平衡打开产层的完井完井方法及选择

完井方法及其选择 • 第二节完井方法的选择 • ●完井方法分类 • ●生产过程中井眼的力学稳定性判断 • ●生产过程中地层出砂的判断 • ●完井方法选择的原则与思路完井方法及选择

完井方法及其选择 完井方法分类如上节所述，目前国内外最常见的完井方法有套管（或尾管）射孔完井、割缝衬管完井、裸眼完井、砾石充填完井（包括裸眼井下砾石充填或管内井下砾石充填）等。由于现有的各种完井方法都有其各自适用的条件和局限性，因此，了解各种完井方法的特点及适用的地质条件是十分重要的。按照钻井后井眼是否裸露，可将完井方法分为两大类：射孔系列完井和裸眼系列完井。一般来讲，裂缝性碳酸盐岩地层、变质岩地层、硬质砂岩地层、火山喷发岩地层采用裸眼系列完井的较多，而剩余的其他各类地层采用射孔系列完井的居多。由于许多地层胶结疏松的油气井（特别是地下原油粘度较高的情况）在生产过程中要出砂，为了保证油气生产的顺利，必须实施防砂完井。目前，不论是在裸眼井内还是在射孔套管内均可实施有效的防砂，所以按照完井方法是否具备防砂的功能来分，则又可分为防砂型完井和非防砂型完井两大类。完井方法及选择

完井方法及其选择 生产过程中井眼的力学稳定性判断从能否支撑井壁来看，完井方法又可分为能支撑井壁的完井方法（例如，射孔完井、割缝衬管完井、绕丝筛管完井、预充填筛管完井等）和不能支撑井壁的完井方法(即井眼完全裸露的裸眼完井)。生产过程中井眼的力学稳定性判断的目的就是要判断该井是采用能支撑井壁的完井方法还是裸眼完井。完井方法及选择

完井方法及其选择 生产过程中地层出砂的判断油气井出砂会造成井下设备、地面设备及工具（如泵、分离器、加热器、管线）的磨损和损害，也会造成井眼的堵塞，降低油气井产量或迫使油气井停产。所以，弄清油气井出砂机理及正确的判断地层是否出砂，对于选择合理的防砂完井方法及搞好油气田的开发开采是非常重要的。完井方法及选择

完井方法及其选择 Ⅰ、地层出砂机理及出砂的影响因素对于出砂井，地层所出的砂分为两种，一种是地层中的游离砂，另一种是地层中的骨架砂。石油界对防砂的观点也随着技术的进步和认识的深化在不断变化。在此之前,一些防砂的理论主要是针对地层中的游离砂，防砂设计也是为了能阻挡地层中的游离砂产出来。但是，近几年来，人们的看法有了较大的变化，认为地层产出游离砂并不可怕，反倒能疏通地层孔隙喉道，对提高油井产量有利。真正要防的是地层骨架砂的产出，因为一旦地层出骨架砂，可能导致地层坍塌，使油井报废。那么，什么时候地层会产出骨架砂呢？按岩石力学观点，地层出砂是由于井壁岩石结构被破坏所引起的。而井壁岩石的应力状态和岩石的抗张强度（主要受岩石的胶结强度——也就是压实程度的高低、胶结疏松还是致密的影响）是地层出砂与否的内因。开采过程中产生压差的大小及地层孔隙压力的变化是地层出砂与否的外因。如果井壁岩石所受的最大张应力超过岩石的抗张强度，则会发生张性断裂或张性破坏，其具体表现在井壁岩石不坚固，在开发开采过程中将造成地层出骨架砂。完井方法及选择

完井方法及其选择 因此，影响地层出砂的因素归结起来主要有： 1、地层岩石强度。一般说来，地层岩石强度越低，地层出砂的可能性就越大。 2、地层孔隙压力的衰减。随着地层孔隙压力的下降，井壁岩石所受的应力就会增大，地层出砂的可能性就会随着增大。 3、生产压差。一般说来，生产压差（或生产速度）越大，地层出砂的可能性就越大。 4、地层是否出水和含水率的大小。生产过程中，随着地层的出水和含水率的上升，地层出砂的可能性增大。 5、地层流体粘度。地层流体粘度越大，地层出砂的可能性就越大。 6、不适当的措施或管理。不适当的增产措施（如酸化或压裂）或不当管理（如造成井下过大的压力激动）都会引起地层出砂。完井方法及选择

完井方法及其选择 Ⅱ、生产过程中地层出砂的判断众所周知，生产过程中地层出砂的判断就是要解决油井是否需要采用防砂完井的问题。其判断方法主要有现场观测法、经验法及力学计算方法等。完井方法及选择

完井方法及其选择 1、现场观测法判断出砂（1）岩心观察疏松岩石用常规取心工具收获率低，很容易将岩心从取心筒中拿出或岩心易从取心筒中脱落；用肉眼观察、手触等方法判断时，疏松岩石或低强度岩石往往一触即碎，或停放数日自行破碎，或在岩心上用指甲能刻痕；对岩心浸水或盐水，岩心易破碎。如有上诉现象，则说明生产过程中地层易出砂。（2）DST测试如果DST测试期间油气井出砂（甚至严重出砂），说明生产过程中地层易出砂。如果DST测试期间未见出砂，但仔细检查井下钻具和工具，在接箍台阶等处附有砂粒，或在DST测试完毕后，砂面上升，说明生产过程中地层易出砂。（3）临井状态同一油气藏中，临井生产过程中出砂，本井出砂的可能性大。完井方法及选择

完井方法及其选择 2、经验法判断出砂（1）声波时差法声波时差时，地层容易出砂。（2）法根据力学性质测井所求得的地层岩石剪切模量G和岩石体积压缩系数，可以计算值，其计算公式如下：完井方法及选择

完井方法及其选择 式中 G——地层岩石剪切模量， ——压缩体积压缩系数， ——岩石泊松比，小数 ——岩石密度， ——声波时差，当 >3.8时，油气并不出砂；当 <3.3时，油气井要出砂。完井方法及选择

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