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1、第一章 油井完井与试油,完井是指裸眼井钻达设计井深后，使井底和油层以一定结构连通起来的工艺。它是钻井工程最后的一个重要环节，又是采油工程的开端，与以后采油、注水及整个油气田的开发是紧密联系的。而油井完成质量的好坏直接影响到油井的生产能力与经济寿命，甚至关系到整个油田能否得到合理的开发。因此，了解有关完井的知识，对采油技术人员来说显得十分重要。,第一节 油井完井,完井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。,一、井身结构,井深结构是指油井钻完后，所下人套管的层次、直径、下人深度及相应的钻头直径和各层套管外水泥浆
2、的上返高度等。,图11 井身结构示意图 1方补心；2套管头；3导管；4表层套管；5表层套管水泥环；6技术套管；7技术套管水泥环;8油层套管；9油层套管水泥环;10油层上线;11油层下线；12人工井底；13胶木塞;14承托环；15套管鞋;16完钻井底。 注：油补距指转盘方补心上平面到套管四通上平面的距离,(一)导管,导管使钻井一开始就建立起泥浆循环，保护井口附近的地层，引导钻头正常钻进。下人深度取决于第一层较坚硬岩层所在的位置，通常为240m。导管下部要用混凝土稳固地固定于坚硬的岩层上。所用导管的直径尺寸一般为450mm和375mm等。,(二)表层套管,表层套管4又叫地面套管、隔水层套管，它的作
3、用是用来封隔地下水层，加固上部疏松岩层的井壁，保护井眼和安装封隔器。其下入深度取决于上部疏松岩层的位置，一般在30150m之间。它的直径尺寸为400mm和324mm等。表层套管外的水泥返至地面。,(三)技术套管,技术套管6又叫中间套管，用来保护和封隔油层上部难以控制的复杂地层。下入深度根据复杂层位置而定。但是，下技术套管会使完井成本大幅度增加，因此，实践中很少采用。,二、钻开油气层,钻开油气层是完井的首要工序，是钻井工程的关键一步。这一工作的好坏直接影响到一口井生产能力，关系到是否能够正确迅速地取得油层的各项资料。 当油层被打开时， 1、防止井喷等严重事故；泥浆柱的压力小于油层的压力，且井口又
4、控制不当时 。 2、防止油层损害 泥浆柱压力大于地层压力时，则泥浆中的水、粘土颗粒以及其他有害物质，会侵入油层造成损害，使井筒附近的渗透率降低，影响油井产量，有时甚至不出油。 因而钻开油层时应根据油层压力的高低和岩石性能严格选择压井液，以保证安全生产，不损害或尽可能少损害油层。通常钻高压油层采用密度较大的压井液(性能指标依地层而异)，对于压力较低的油层，应当减小压井液的密度，以免损害油层。,三、完井方式,完井方式是指油层与井底的连通方式、井底结构及完井工艺。对于不同地层性质、不同类型的井所采取的完井方式是不同的。 不论采用那种方法，都需要满足以下几个方面的要求： (1)油层和井筒之间应保持最佳
5、的连通条件，油层所受的损害小； (2)油层和井筒之间应具有尽可能大的渗流面积，油气流人井筒阻力最小； (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)能有效地防止油层出砂，防止井壁坍塌，确保油井长期生产； (5)应具备便于人工举升和井下作业等条件； (6)工艺简便、先进、安全可靠，成本低。,(一)裸眼完井方式,裸眼完井是指在钻开的生产层位不下人套管的完井方式。裸眼完井有两种： 先期裸眼完井和后期裸眼完井。 先期裸眼完井是钻头钻至油层顶界附近后，下套管注水泥固井。水泥浆上返至设计高度后，再从套管中下人直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深完井。,图1-2先期
6、裸眼完井示意图 1表层套管；2技术套管；3水泥环；4井眼；5油层,后期裸眼完井,是不更换钻头，先钻开油层至设计井深，再将套管下至油层顶部，注水泥固井，固井时，为防止水泥浆损害套管鞋以下的油层，通常在油层段垫砂或者替人低失水、高粘度的钻井液，以防止水泥浆下沉。,图14 后期裸眼完井示意图 1表层套管；2技术套管；3水泥环；4套管外封隔器； 5井眼；6油层,复合型完井,有的厚油层适合于裸眼完成，但上部有气顶或顶界附近又有水层时，也可以将套管下过油气界面，使其封隔油层的上部，然后裸眼完井，必要时再射开其中的含油段，此类完井可称复合型完井为方式。,图13 复合型完井方式 1表层套管；2水泥环；3技术套
7、管；4气顶；5射孔孔眼；6油层；7裸眼井壁,裸眼完井特点分析,1、最大特点是油气井与井底直接连通，整个油层完全裸露，油层与井底没有任何障碍，所以油气流人井内的阻力很小，其产能较高， 2、裸眼完井的适用范围很小，仅能适用于岩层非常坚固稳定，又无油气水夹层的单一油层或油层性质相同的多油层井。 3、砂岩油、气层的中、低渗透层大多数需要压裂改造，裸眼完井无法进行压裂施工； 4、砂岩中大都有泥页岩夹层，遇水多易坍塌而堵塞井筒，有油、气、水的井无法进行分层开采和分层改造。 因此，中低渗透的砂岩油层、具有泥页岩夹层的砂岩油层和有油、气、水的井的油层都不适合裸眼完井。碳酸盐岩油气层，包括裂缝性油气层，如20世
8、纪70年代中东的不少油田，我国的华北任丘油田古潜山油藏，四川气田等大多适用裸眼完井。因为裸眼完井无法进行增产措施、控制底水锥进和堵水，以及射孔技术的改进，所以多转变为套管射孔完井。,(二)射孔完井方式,射孔完井是国内外最为广泛和最主要使用的一种完井方式，射孔完井包括套管射孔完井和尾管射孔完井。 1、套管射孔完井是钻穿油层直至设计井深；然后下套管到油层底部注水泥固井；最后射孔。射孔弹射穿套管、水泥环并穿至油层某一深度，建立起油流通道，如图15所示。,图1-5套管射孔完井方式示意图 1表层套管；2油层套管；3水泥环；4一射孔孔眼； 5油层,套管射孔完井优、缺点,优点： 套管射孔完井既可以选择性地射
9、开不同压力、不同物性的油层，以避免层间干扰，又可以避开夹层水、底水和气顶，避开夹层的坍塌，具备实施分层注、采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。 缺点：出油面积小、完善程度较差，对井深和射孔深度要求严格，固井质量要求高，水泥浆可能损害油气层。,2、尾管射孔完井,是在钻头钻至油层顶界后，下套管注水泥固井，然后用小一级的钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在套管上，再对尾管注水泥固井，然后射孔，如图16所示。 尾管射孔完井由于在钻开油层以前上部地层已被套管封固，因此，可以采用与油层相配伍的钻井液以平衡压力、欠平衡压力的方法钻开油层，有利于保护油层。此外，这种完井方式可以减少套管用量和油井
10、水泥的用量，从而降低完井成本。目前较深的油井大多采用此方法完井。,图1-6尾管射孔完井示意图 1表层套管；2技术套管；3尾管；4射孔孔眼；5油层；6悬挂器；7水泥环,(三)衬管完井方式,衬管完井方式是钻头钻至油层顶界后，先下套管注人水泥固井，再从套管中下人直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深。最后在油层部位下人预选割缝的衬管，依靠衬管顶部的衬管悬挂器(卡瓦封隔器)，将衬管挂在套管上，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人井筒，如图17所示。,a、采用悬挂器 b、直接承坐 图17 衬管完井示意图 1表层套管；2技术套管；3水泥环；4衬管悬挂器；5割缝衬管；6油层,衬管置于井底的方
11、式,对于不同的油、气层，衬管置于井底的方式应该不同。 1、薄层采用短衬管，衬管直接坐于井底，如图1-7(b)所示。 2、若油、气层的厚度大，采用长衬管时，需要使用悬挂器将衬管悬挂于套管下部，并用堵塞器来分隔油层与上部井眼的连通。也可以采用卡瓦式封隔器来代替悬挂器和堵塞器，将衬管悬挂固定在油层套管上，并把油层套管与衬管的环形空间间隙堵塞住，如图1-7(a)所示,衬管完井的特点及适用范围,特点： 1、这种完井工序油层不会遭受固井水泥浆的损害，可以采用与油层相配伍的钻井液或其他保护油层的钻井技术钻开油层，当割缝衬管发生磨损或失效时也可以起出修理或更换。 2、它既起到裸眼完井的作用，又防止了裸眼井壁坍
12、塌堵塞井筒，同时在一定程度上起到防砂的作用。衬管完井方式是当前主要的完井方式之一。 适用范围：由于这种完井方式的工艺简单，操作方便，成本低，故而在一些出砂不严重的中、粗砂油层中广泛使用，特别在水平井中使用较普遍。,(四)砾石充填完井方式,对于胶结疏松出砂严重的地层，一般应采用砾石充填完井方式。即先将绕丝筛管下人井内油层部位，然后用充填液把在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼，或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，构成一个砾石填充层，以阻挡油层砂流人井筒，达到保护井壁、防砂的目的。,砾石充填完井示意图,使用不锈钢绕丝筛管而不使用割缝衬管的原因,(1)割缝衬管的缝口宽度由于受加工割刀强度的限制，
13、最小为05mm，因此割缝衬管只适用于中、粗砂油层，而绕丝筛管的缝隙宽度最小可以达012mm，故其使用范围广； (2)绕丝筛管是由绕丝形成的一种连续缝隙，流体通过筛管时几乎没有压降，且绕丝筛管的断面为梯形，外窄内宽，且有一定的“自洁作用”，轻微的堵塞可被产出的流体疏通，其流通面积比割缝衬管大得多； (3)绕丝筛管以不锈钢为原料，其耐腐性强，使用寿命长，综合经济效益高。,裸眼砾石充填 套管砾石充填,在地质条件允许，使用裸眼完井而又需要防砂时，就应采用裸眼砾石充填完井方式。其工序是钻头钻达油层顶界以上约3m后，下套管注水泥固井，再用小一级的钻头钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深，然后更换钻头，将油层部位
14、的井径扩大到套管外径的152倍，以确保充填砾石时有较大的环形空间，增加防砂层的厚度，提高防砂效果，如图18所示,图1-8裸眼砾石充填完井示意图 1技术套管；2铅封；3-筛管； 4,6-扶正器；5-砾石；7-油层；8-丝堵,套管砾石充填,完井工序是：钻头钻穿油层至设计井深后，下套管至油层底部，注水泥固井，然后对油层部位射孔。要求采用高孔密、大孔径射孔，以增加充填流通面积，有时还把套管外的油层砂冲掉，以便向射孔外的周围油层填人砾石，避免砾石和油层砂混合增大渗流阻力，如图19所示。,图19 套管砾石充填完井示意图 1油层套管；2铅封；3砾石；4扶正器；5，7油层；6夹层；8筛管,预充填砾石绕丝筛管防
15、砂完井,该方法是在地面预先将符合油层特性要求的砾石填入具有内外双层绕丝筛管的环形空间而制成的防砂管，将此种筛管下人井内，对准出砂油层进行防砂。该防砂方法其油井产能低于井下砾石充填，防砂有效期不如砾石充填长，它不能像砾石充填那样防止油层砂进入井筒，只能防止油层砂进入井筒后不再进入油管，但其工艺简单、成本低，对一些不具备砾石充填的防砂井，仍是一种有效的防砂完井方法。如图110所示。,图110 预充填绕丝筛管 1接箍；2压盖；3内丝筛管； 4砾石；5外绕丝筛管；6中心管,其它防砂完井,为解决油层出砂问题，还可采用金属纤维防砂筛管、陶瓷防砂滤管(如图1-11所示)，多孔冶金粉末防砂滤管、多层充填井下滤砂器以及化学固砂等方法完井等,图111 陶瓷防砂滤管结构示意图 1接箍；2密封圈；3外管；4陶瓷管； 5悬挂封隔器；6陶瓷滤管；7油层,
