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1、3 复杂结构井完井技术,中国石油大学(北京)石油工程学院,复杂结构井开发与开采,学生班级：石工2009级、2010级授课学时：32讲课教师：安永生E-MAIL： an_联系电话：89734339 13810184058,完井工程概述 水平井完井方式 分支井完井方式,主要内容,完井工程概述,完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油层开始，到下套管、注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液，直至投产的一项系统工程。,完井工程概述,完井工程系统内容,1. 岩心分析及敏感性评价 2钻开油层的钻井液 3完井方式及方法 4油管及生产套管尺寸的选定 5生产套管设计依据 6注水泥设计依据 7固井质
2、量评价 8. 射孔及完井液选择 9. 完井的试井评价 10. 完井生产管柱 11. 投产措施,完井方式选择,固井设计,完井参数选择,水平井完井方式,水平井完井方式,裸眼完井,衬管完井,带管外封隔器 (ECP）的衬管完井,射孔完井,（这里的衬管是指割缝管、打孔管和其他各类防砂管）,裸眼预充填砾石割缝筛管完井,套管内预充填砾石割缝筛管完井,水平井完井方式,裸眼完井,这是一种最简单的水平井完井方式。即：技术套管下至预计的水平段顶部，注水泥固井封隔。然后换小一级钻头钻水平井段至设计长度完井。裸眼完井适合于碳酸盐坚硬地层、硬质砂岩储层和不坍塌致密地层，特别是一些垂直裂缝地层，如美国奥斯汀白垩系地层；不要
3、求层段分隔的储层以及短或极短曲率半径的水平井。,水平井完井方式,优点：成本最低储层不受水泥浆侵害 油层完全裸露，具有最大的渗流面积，较高的产能 缺点：疏松储层，井眼可能坍塌；难以避免层段间的窜通；可选择的增产作业有限（如无法进行水力压裂）。,水平井完井方式,裸眼完井实例： A）塔河油田奥陶系油藏； B）塔里木奥陶系油田； C）胜利深层潜山油藏； D）大港千米桥潜山油藏； E）新疆石西裂缝性变质岩油藏； F）四川裂缝性碳酸盐岩气藏； G）川西低渗透裂缝性硬质砂岩气藏； H）南海流花111生物礁灰岩油藏。,水平井完井方式,衬管完井,衬管完井主要用于不宜用套管射孔完井，又要防止裸眼完井时地层坍塌而采
4、用此方法的井。,水平井完井方式,(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。,水平井完井方式,(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：,e2d10,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”。,
5、水平井完井方式,3)缝眼的排列形式,水平井完井方式,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20300mm。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2050mm。平行向割缝的缝长一般为50300mm。小直径高强度衬管取高值，大直径低强度衬管取低值。,(4) 缝眼的长度,水平井完井方式,优点：施工成本相对较低；储层不受水泥浆的损害；完井方式简单，可防止井壁坍塌。缺点：不能实施层段的分隔，不可避免层段间的窜流；无法进行选择性增产增注作业。,水平井完井方式,带ECP的衬管完井,优点： 相对中等的完井成本储层不受水泥浆的损害；可在一定程度上避免层间窜通。,缺点：管外封隔器
6、分隔层段的有效程度取决于井眼规则程度，封隔器的坐封和密封件的耐压、耐温等因素。,水平井完井方式,常规水力式封隔器下到设计井深后，打压坐封封隔器，当中心管内的压力达到封隔器的坐封压力时，打开阀的销钉被剪断，阀打开，流体通过单向阀、限压阀进入封隔器中心管与内胶筒之间的腔体，胶筒开始鼓胀，当胶筒内的压力达到限压阀设计值时，限压阀销钉被剪切，限压阀启动，永久关闭流体通道。外界压力不管如何变化，不会再开启阀系统流道，封隔器永久处于涨封状态。,常规水力胀封式管外封隔器结构工作原理,水平井完井方式,-遇油遇水膨胀式管外封隔器,新式管外封隔器,遇烃类物质或遇水即发生膨胀 遇水发生膨胀,水平井完井方式,GXG管
7、外封隔器是靠完井后期注蒸汽的温度完成膨胀 采用聚四氟作为密封材料 封隔器内腔内充满药品，后期热采过程中，管外封隔器药品遇热膨胀（达到120，即开始膨胀）,-热采井热膨胀式管外封隔器,新式管外封隔器,水平井完井方式精密滤砂管,精密复合滤砂管主要由中心基管、不锈钢网过滤层、外保护管组成，基管为标准油管或套管。除基管外，均采用优质不锈钢材料，耐腐蚀性能好。,水平井完井方式精密滤砂管,Wire Wrapped Screen on Base Pipe,Base Pipe,水平井完井方式精密滤砂管,Prepacked Screens on Base Pipe,Dual-screen prepack Sin
8、gle-screen prepack Slim-Pak,水平井完井方式精密滤砂管,Baker Excluder 2000 Screen on Base Pipe,水平井完井方式精密滤砂管,Halliburton PoroMax Screen on Base Pipe,Base Pipe,Sintered Laminate Filter Media,水平井完井方式可膨胀管,膨胀式割缝衬管是一种切割有一系列交错叠加的轴向缝的套管。割缝管比无缝管更容易膨胀。 膨胀管接在套管柱上。在油层位置用工具将膨胀衬管张开，紧贴井壁，支撑岩石，可防止井壁坍塌和出砂。 膨胀管可用在裸眼井段或套管内；或是在完井阶段代
9、替割缝衬管。,水平井完井方式可膨胀管,水平井完井方式可膨胀管,ESS（Expandable Sand Screen）,水平井完井方式可膨胀管,水平井完井方式可膨胀管,水平井完井方式可膨胀管,水平井完井方式可膨胀管,设计和加工难点 膨胀管的设计难点在于割缝形状的设计、割缝与管体的连接过渡段的设计和处理、膨胀量与不平整地层的配合以及管体材料的设计。应用于裸岩地层支撑的膨胀管，基本上是每一段地层岩石对应不同的割缝设计，以保证对地层岩石的支撑，保证能紧贴不平整的地层。对用作防砂筛管的膨胀管，应根据地层的疏松程度和出砂粒径设计。施工的难点在于使管体有效膨胀而不造成管体损坏，尤其是割缝与套管本体的过渡段应
10、力集中区和直径变化区的强度。,水平井完井方式,优点：有效地进行层段分隔，完全避免层段之间的窜通；可以进行有效的生产控制，采取各种选择性的增产措施。缺点：完井成本相对较高；储层受水泥浆的损害；在水平井中固井质量难以保证。,固井射孔完井,水平井完井方式,水平井完井方式,常用的射孔弹是聚能射孔弹，也有子弹式射孔弹。现在以聚能式射孔弹最多用。 聚能射孔的原理是将炸药点燃，形成高温高压气流，冲击到套管壁上，将障碍物击穿。,水平井完井方式,水平井完井方式,射孔的参数：1、射孔密度 一般为1039孔米；防砂的井，射孔密度可加大（孔道中充填砾石）。2、孔道直径 一般为1025毫米；实际的射孔孔道是近似于椭球体
11、，短长轴之比不超过0.8；4、射孔相位角 常用相位角是90180，个别为45和725、油层射开长度等。这些参数受岩石强度、产层性质影响、由油藏开发方案来决定。孔道沿螺旋状分布，在同一截面上不允许有一个以上的射孔孔道。射孔孔道的深度应超过产层伤害带。,水平井完井方式,液体的污染井中的液体是射孔液。在正压射孔中，井筒液体压力高于地层压力，孔道一形成，井筒内的液体马上侵入到孔道中，侵入地层孔隙，对产层造成污染。井筒液柱压力越高，污染越严重。在负压射孔时，孔道的形成是高速气流冲击而成，气流会携带液体，使液体冲击到地层，仍会进入地层孔隙内，对产层有污染。只是当地层流体冲出孔道时带走部分井筒内的液体，使污
12、染有所减轻。液体对孔道壁岩石的伤害，还与液体的性质有关。在射孔的总伤害中占比例是比较小的。尤其是在负压射孔中。,射孔的污染,水平井完井方式,射孔的污染,射孔残渣的污染 射孔时产生残渣，残渣包含有套管钢材、水泥、地层岩石，残渣呈碎屑状态存在。残渣随高速运动的气流冲到岩石上，细小的颗粒会进入地层的孔隙中堵塞孔隙，使岩石的孔隙度下降，造成污染。 在负压射孔中，部分残渣被从岩石孔隙中冲出的流体带出，污染减轻。在正压射孔中，残渣不能及时冲出，只有在试采时才能被带出，因此污染严重且不能及时清除。,水平井完井方式,射孔的污染,射孔孔道边壁的压实 射孔时，高速的气流冲击到岩石上，除破碎部分岩石之外，还对岩石施
13、加以极大的压力。岩石受到压力的冲击，会产生压缩变形。变形的结果是孔道边壁上的岩石被压紧，密度增加，孔隙缩小甚至闭合。这种现象称为孔道边壁岩石的压实。,水平井完井方式,水平井完井方式复合射孔,射孔与高能气体压裂复合工艺技术（简称复合射孔）是一项新型复合射孔技术。高能气体压裂技术是利用火药推进剂在井下燃烧产生的高能气体进人射孔孔眼，并对地层进行脉冲加载，使近井地层形成多条径向裂缝，从而有效解除近井地层污染，提高井筒附近导流能力。,复合射孔器有分体式、一体式、外套式等。分体式复合射孔它是在射孔枪下部加装高能气体压力发生器，通过射孔器引爆点燃火药，实现先射孔后气体压裂的射孔器。火药燃烧所产生的气体通过
14、射孔孔眼或预制泄压孔排出可对孔眼产生的高压冲击，从而压裂地层。一体式复合射孔器是在射孔弹的周围装有气体发生剂。,水平井完井方式超正压射孔,超正压射孔是20世纪90年代兴起的一项试油射孔新技术。 射孔前利用气体加压，使井底压力达到或高于地层破裂压力后再射孔。射孔后工作液和上部气体的快速膨胀并高速挤进射孔孔眼，使地层产生裂缝并使裂缝扩大和延伸（一般可达45m）。施加的气体可以是天然气、氮气、二氧化碳等，作用于油层的液体可以是盐水、原油、酸液等，甚至可以带支撑剂。超正压射孔能改善流动通道，可与地层酸化、树脂填充等同时作业，对增加油气产量，防止地层出砂方面效果更加明显。目前本技术主要应用在低渗透储层、
15、低压储层及泥岩含量高的储层。,水平井完井方式定向射孔,在裂缝性油气藏中，由于裂缝的分布具有方向性，对裂缝性储层需要定向射孔。射孔方向应与裂缝相垂直（沿最大水平主应力方向），使射孔孔眼能穿过更多的裂缝。在射孔完井的水平井中，由于防砂、控制水锥或气锥的早期产生，也要求采用定向射孔。定向射孔具有增加产能、预防出砂和控制水、气锥等特点。 目前哈利伯顿的OrientXact和斯伦贝谢的G-Force定向射孔系统具有较高的定向精度。,水平井完井方式水力喷砂射孔,在高压水射流中加入石英砂，就形成磨料射流。高速运动的坚硬的固体粒子对固体有极强的磨削作用。磨料射流能切割坚硬的固体材料。射流冲蚀一定时间，会将套管
16、、水泥石击穿，继续冲蚀，将地层岩石冲成孔道。将一个孔冲蚀成功后可提起卡瓦，改变深度或角度冲蚀另一个孔。 水力喷砂射孔的最大优点是没有孔道边壁岩石的压实，孔道的污染少。这种射孔只能用于浅井。,水平井完井方式,水平井完井方式,水平井完井方式,水平井完井方式,水平井完井方式,水平井完井方式,水平井完井方式,分支井完井方式,多分支井与定向井、水平井技术的主要差异表现在：复杂井有多个井底目标，各个分支井眼与主井眼都有特殊的连接装置。为了实现井下安全生产、作业，要求复杂井的完井特别是连接处要解决好三个关键技术： 力学完整性，即连接处有足够的机械支撑； 水力完整性，即连接处有足够的水力密封能力； 再进入能力，即可选择性进入任意分支井眼，进行后续增产或修井作业。 因此,复杂结构井完井是极富挑战性的新兴技术。,分支井完井方式,
