完井与砾石充填设计

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1、完井与砾石充填设计完井与砾石充填设计完井方式及选择完井方式及选择防砂方法防砂方法砾石充填设计砾石充填设计完井方式完井方式 完井方式是指油层与井筒的连通方完井方式是指油层与井筒的连通方式，不同的油藏地质和开采条件，其完式，不同的油藏地质和开采条件，其完井方式不同。井方式不同。 目前完井方式有多种类型，以满足目前完井方式有多种类型，以满足各种性质油气层有效开发的需要，但各各种性质油气层有效开发的需要，但各自都有其适用条件和局限性。不同完井自都有其适用条件和局限性。不同完井方式的井底结构和井口设备以及完井工方式的井底结构和井口设备以及完井工艺方面都有所不同。艺方面都有所不同。完井方式完井方式 射孔完

2、井方式射孔完井方式 裸眼完井方式裸眼完井方式 割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式砾石充填完井方式套管射孔完井套管射孔完井 套管射孔完井是钻穿油层直至设计井深，然后套管射孔完井是钻穿油层直至设计井深，然后下油层套管至油层底部注水泥固井，最后射孔，射下油层套管至油层底部注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层某一深度，孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层某一深度，建立起油流的通道。建立起油流的通道。 套管射孔完井既可选择性射开不同压力、不同套管射孔完井既可选择性射开不同压力、不同物性的油层，以避免层间干扰，还可避开夹层水、物性的油层，以避免层间干扰，还可避开夹层水、

3、底水、气顶和夹层的坍塌，具备实施分层注采和选底水、气顶和夹层的坍塌，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。择性压裂或酸化等分层作业的条件。 尾管射孔完井尾管射孔完井 尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后，下技术尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后，下技术套管注水泥固井，而后用小一级的钻头钻穿油层至设套管注水泥固井，而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技术套管上，尾计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上，尾管和技术套管的重合段一般不小于管和技术套管的重合段一般不小于50m50m，再对尾管注水再对尾管注水泥固井，最后射孔。泥固井，最后射孔。 尾管射孔完井由于

4、在钻开油层以前上部地层已被尾管射孔完井由于在钻开油层以前上部地层已被技术套管封固，因此可以采用与油层相配伍的钻井液技术套管封固，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重量和油井护油层。此外这种完井方式可以减少套管重量和油井水泥的用量，从而降低完井成本。目前较深的油气井水泥的用量，从而降低完井成本。目前较深的油气井大多采用此方法完井。大多采用此方法完井。完井方式完井方式 射孔完井方式射孔完井方式 裸眼完井方式裸眼完井方式 割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式砾石

5、充填完井方式 裸眼完井方式分裸眼完井方式分先期裸眼完井方式先期裸眼完井方式、复合型完复合型完井方式井方式和和后期裸眼完井方式后期裸眼完井方式。（1 1）先期裸眼完井先期裸眼完井：钻头钻至油层顶界附近后，下套管注：钻头钻至油层顶界附近后，下套管注水泥固井。水泥浆上返至预定的设计高度后，再从套管中水泥固井。水泥浆上返至预定的设计高度后，再从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。完井。（2 2）复合型完井复合型完井：有的厚油层适合于裸眼完成，但上部有：有的厚油层适合于裸眼完成，但上部有气顶或顶界临近又有水层时，也可以将技术套管

6、下过油气气顶或顶界临近又有水层时，也可以将技术套管下过油气界面，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，此类完井称为复合型完井方式。开其中的含油段，此类完井称为复合型完井方式。（3 3）后期裸眼完井后期裸眼完井：不更换钻头，直接钻穿油层至设计井：不更换钻头，直接钻穿油层至设计井深，然后下套管至油层顶界附近，注水泥固井。深，然后下套管至油层顶界附近，注水泥固井。裸眼完井的优点裸眼完井的优点 油层完全裸露，不会因井底结油层完全裸露，不会因井底结构而产生油气流向井底的附加渗流构而产生油气流向井底的附加渗流阻力。这种井称为水动力学完

7、善井，阻力。这种井称为水动力学完善井，其产能较高，完善程度高。其产能较高，完善程度高。 裸眼完井的缺点裸眼完井的缺点 不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响影响不能克服生产层范围内不同压力的油、气、不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰水层的相互干扰无法进行选择性酸化或压裂无法进行选择性酸化或压裂先期裸眼完井法在下套管固井时不能完全掌先期裸眼完井法在下套管固井时不能完全掌握该生产层的真实资料，以后钻进时如遇到握该生产层的真实资料，以后钻进时如遇到特殊情况，会给钻进和生产造成被动特殊情况，会给钻进和生产造成被动 完井方式完井方式 射孔完井方

8、式射孔完井方式 裸眼完井方式裸眼完井方式 割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式砾石充填完井方式割缝衬管完井割缝衬管完井 割缝衬管完井方式是钻头钻至油层顶界割缝衬管完井方式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，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（卡瓦封隔器），依靠衬管顶部的衬管悬挂器（卡瓦封隔器），将衬管悬挂在技术套管上，并密封衬管和套将衬管悬挂在技术套管上，并密封衬管和套管之间的环

9、形空间，使油气通过衬管的割缝管之间的环形空间，使油气通过衬管的割缝流入井筒。流入井筒。 完井方式完井方式 射孔完井方式射孔完井方式 裸眼完井方式裸眼完井方式 割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式砾石充填完井方式 对于胶结疏松出砂严重的地层，一般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应采用砾石充填完井方式/ /它是人为地在衬它是人为地在衬管和井壁之间充填一定尺寸的砾石，使之管和井壁之间充填一定尺寸的砾石，使之起防砂和保护生产层的作用。起防砂和保护生产层的作用。砾石充填完井砾石充填完井 为了适应不同油层特性的需要，裸为了适应不同油层特性的需要，裸眼完井和射孔完井都可以

10、充填砾石，分眼完井和射孔完井都可以充填砾石，分别称为别称为裸眼砾石充填裸眼砾石充填和和套管砾石充填套管砾石充填。 完井方式选择需要考虑的因素完井方式选择需要考虑的因素直井完井方式的选择直井完井方式的选择 相对来讲，直井完井的工艺技术较简单、相对来讲，直井完井的工艺技术较简单、建井周期短、造价低。油藏类型、渗流特征建井周期短、造价低。油藏类型、渗流特征和原油性质不同，完井方式也会不同。砂岩和原油性质不同，完井方式也会不同。砂岩油气藏的完井方式选择流程、碳酸盐岩袖气油气藏的完井方式选择流程、碳酸盐岩袖气藏的完井方式选择流程、火成岩、变质岩等藏的完井方式选择流程、火成岩、变质岩等油藏的完井方式选择流

11、程分别如图所示。油藏的完井方式选择流程分别如图所示。水平井及定向井的完井方式选择水平井及定向井的完井方式选择 水平井完井方式选择可分为两类：一是水平井完井方式选择可分为两类：一是按曲率半按曲率半径选择完井方式径选择完井方式，二是，二是按开采方式及增产措施选择完按开采方式及增产措施选择完井方式井方式。 对对短曲率半径短曲率半径的水平井，目前基本上是裸眼完井，的水平井，目前基本上是裸眼完井，它主要是在坚硬垂直裂缝的油层中完成，或是在致密它主要是在坚硬垂直裂缝的油层中完成，或是在致密裂缝砂岩中完成，因为这些地层不易坍塌；对裂缝砂岩中完成，因为这些地层不易坍塌；对中、长中、长曲率半径曲率半径的水平井可

12、根据岩性、原油物性、增产措施的水平井可根据岩性、原油物性、增产措施等因素选择完井方式。目前水平井技术发展很快，井等因素选择完井方式。目前水平井技术发展很快，井内水平段不断增长，因而不宜采用裸眼完井，通常采内水平段不断增长，因而不宜采用裸眼完井，通常采用的是割缝衬管加套管外封隔器完井或套管射孔完井。用的是割缝衬管加套管外封隔器完井或套管射孔完井。 水平井及定向井的完井方式选择水平井及定向井的完井方式选择 水平井完井方式选择可分为两类：一是水平井完井方式选择可分为两类：一是按曲率半径按曲率半径选择完井方式选择完井方式，二是，二是按开采方式及增产措施选择完井方式按开采方式及增产措施选择完井方式。 对

13、水平井采用注蒸汽开采稠油对水平井采用注蒸汽开采稠油，其完井方式大多采用，其完井方式大多采用割缝衬管完井，再下金属纤维滤砂管或预充填绕丝筛管防割缝衬管完井，再下金属纤维滤砂管或预充填绕丝筛管防砂，如我国胜利乐安油田采用了割缝衬管和套管射孔完井；砂，如我国胜利乐安油田采用了割缝衬管和套管射孔完井；对低渗透油层的水平井对低渗透油层的水平井，需进行压裂措施，因此只能采用，需进行压裂措施，因此只能采用套管射孔完井，即使采用割缝衬管加套管外封隔器完井，套管射孔完井，即使采用割缝衬管加套管外封隔器完井，也只能进行小型酸化措施，而无法进行压裂措施；至于也只能进行小型酸化措施，而无法进行压裂措施；至于定定向井向

14、井完井方式的选择，因其井料大致在完井方式的选择，因其井料大致在50度左右，其完井度左右，其完井方式基本上可以同直井一样进行选择。方式基本上可以同直井一样进行选择。水平井完井技术水平井完井技术 目的常见的水平井完井方式主要有裸眼完井、割缝目的常见的水平井完井方式主要有裸眼完井、割缝衬管完井、带管外封隔器衬管完井、带管外封隔器(ECP)(ECP)的割缝衬管完井、射孔完的割缝衬管完井、射孔完井和砾石充填完井五类，各种完井方式的优缺点见表所示。井和砾石充填完井五类，各种完井方式的优缺点见表所示。防防 砂砂地层出砂原因地层出砂原因地质因素地质因素 地质构造力的影响地质构造力的影响 颗粒胶结性质颗粒胶结性

15、质 流体性质流体性质开采因素 地层压降及生产压差 流速 含水上升及注水 地层伤害 蒸汽吞吐开采 其他完井因素完井因素 射孔孔道充填物射孔孔道充填物 射孔参数射孔参数防防 砂砂地层出砂机理地层出砂机理剪切破坏剪切破坏拉伸破坏拉伸破坏岩石破坏准则岩石破坏准则拉伸破坏准则拉伸破坏准则库仑库仑纳维尔准则纳维尔准则德鲁克德鲁克普拉格准则普拉格准则防防砂砂方方法法分分类类砾石充填设计砾石充填设计基本原则基本原则（1）注重防砂效果，正确选用防砂方法，合理）注重防砂效果，正确选用防砂方法，合理设计工艺参数和步骤，达到阻止地层出砂目的设计工艺参数和步骤，达到阻止地层出砂目的（2）采用先进工艺技术，减少对油井产能

16、影响）采用先进工艺技术，减少对油井产能影响（3）注重综合经济效益，提高设计质量和施工）注重综合经济效益，提高设计质量和施工成功率，降低成本成功率，降低成本砾石充填设计砾石充填设计施工分步设计程序施工分步设计程序砾石充填设计砾石充填设计1.充填方式选择充填方式选择 根据防砂油层、油井的特点和设计原则等，根据防砂油层、油井的特点和设计原则等，结合完井类型选择出最合适的砾石充填方式。结合完井类型选择出最合适的砾石充填方式。2.地层预处理设计地层预处理设计 根据油层砂样分析化验的结果和防砂井的具根据油层砂样分析化验的结果和防砂井的具体情况，确定酸化解堵和粘土稳定处理等措施，体情况，确定酸化解堵和粘土稳

17、定处理等措施，同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题。这一步同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题。这一步对于提高施工成功率、保证油井产能有着重要的对于提高施工成功率、保证油井产能有着重要的意义。意义。砾石充填设计砾石充填设计砾石设计砾石设计 砾石设计主要包括砾石设计主要包括砾石尺寸设计、砾石质量砾石尺寸设计、砾石质量控制、砾石用量控制、砾石用量计算三方面的内容。计算三方面的内容。 砾石尺寸设计砾石尺寸设计 在筛析实验室中取得防砂井油层砂样粒度中值d50后，根据计算公式求得所需用的砾石尺寸，即砾石的粒度中值D50。目前普遍使用的是索西埃(Saucier)公式： D50(56)d50 若地层砂非均质严重

18、，砂粒粒度分布范围广，可若地层砂非均质严重，砂粒粒度分布范围广，可扩大砾石尺寸范围，用下式计算：扩大砾石尺寸范围，用下式计算： D50(48)d50砾石充填设计砾石充填设计砾石设计砾石设计 砾石设计主要包括砾石设计主要包括砾石尺寸设计、砾石质量砾石尺寸设计、砾石质量控制、砾石用量控制、砾石用量计算三方面的内容。计算三方面的内容。 砾石尺寸设计砾石尺寸设计 若地层砂非均质严重，砂粒粒度分布范围广，可若地层砂非均质严重，砂粒粒度分布范围广，可扩大砾石尺寸范围，用下式计算：扩大砾石尺寸范围，用下式计算： D50(48)d50 具有使用价值的砾石尺寸确定方法是具有使用价值的砾石尺寸确定方法是Schwa

19、rtzSchwartz方方法法，适用于，适用于高产油井和水井高产油井和水井。该方法是考虑地层砂的。该方法是考虑地层砂的均匀程度和流体通过筛缝的流速来确定充填砾石的尺均匀程度和流体通过筛缝的流速来确定充填砾石的尺寸。寸。砾石充填设计砾石充填设计 砾石充填设计砾石充填设计 从图中可以看出：从图中可以看出： 当当D D5050/d/d50506 6时，砾石与油层砂界面清楚，砾石时，砾石与油层砂界面清楚，砾石挡住了油层砂，油气井无砂生产；挡住了油层砂，油气井无砂生产； 当当6 6 D D5050/d/d50 50 1414时，油层砂部分侵入砾石充时，油层砂部分侵入砾石充填层，造成砾砂互填层，造成砾砂互

20、混，砾石区渗透率下降，尽管油气井不出砂，但产混，砾石区渗透率下降，尽管油气井不出砂，但产量下降；量下降； 当当D D5050/d/d5050 1414时，油层砂可以自由通过砾石充时，油层砂可以自由通过砾石充填层，防砂无效。填层，防砂无效。砾石充填设计砾石充填设计 砾石充填设计砾石充填设计砾石设计砾石设计 砾石设计主要包括砾石设计主要包括砾石尺寸设计、砾石质量砾石尺寸设计、砾石质量控制、砾石用量控制、砾石用量计算三方面的内容。计算三方面的内容。 砾石质量控制砾石质量控制 砾石的质量要求主要有：砾石粒度均匀；砾石的质量要求主要有：砾石粒度均匀；圆度、球度好；在标准土酸中的酸溶度小于圆度、球度好；在

21、标准土酸中的酸溶度小于1 1；砾石试样水浊度不大于砾石试样水浊度不大于5050度；显微镜观察没有度；显微镜观察没有发现两个或多个颗粒结晶块；满足抗破碎试验发现两个或多个颗粒结晶块；满足抗破碎试验要求。要求。砾石充填设计砾石充填设计砾石设计砾石设计 砾石设计主要包括砾石设计主要包括砾石尺寸设计、砾石质量砾石尺寸设计、砾石质量控制、砾石用量计算控制、砾石用量计算三方面的内容。三方面的内容。 砾石用量计算砾石用量计算 砾石充填防砂所用的砾石数量要根据充填砾石充填防砂所用的砾石数量要根据充填部位的体积来确定。为了保证施工质量，设计部位的体积来确定。为了保证施工质量，设计用量时要考虑足够的附加量。一般以

22、多挤入为用量时要考虑足够的附加量。一般以多挤入为好，这样可提高防砂效果。好，这样可提高防砂效果。砾石充填设计砾石充填设计管柱设计管柱设计 （1）绕丝筛管与割缝衬管的比较与选择）绕丝筛管与割缝衬管的比较与选择（2）缝隙尺寸设计）缝隙尺寸设计（3）筛管直径设计）筛管直径设计（4）筛管长度设计）筛管长度设计（5）信号筛管设计）信号筛管设计（6）盲管与冲管设计）盲管与冲管设计（7）扶正器设计）扶正器设计（8）充填工具的选用）充填工具的选用砾石充填设计砾石充填设计携砂液设计携砂液设计 砾石充填用携秒液要求与其它完井和修井砾石充填用携秒液要求与其它完井和修井液一样，必须对地层无固相损害又能达到应用液一样，

23、必须对地层无固相损害又能达到应用目的，因此它在固相颗粒含量与颗粒大小、与目的，因此它在固相颗粒含量与颗粒大小、与油层液和油层矿物的配伍性、反应生成物不堵油层液和油层矿物的配伍性、反应生成物不堵塞油层孔隙等方面均有标准。携砂液种类和用塞油层孔隙等方面均有标准。携砂液种类和用量应根据油井的具体情况和工艺要求进行选择量应根据油井的具体情况和工艺要求进行选择和设计。和设计。砾石充填设计砾石充填设计施工工艺步骤施工工艺步骤 施工工艺应根据油气井的具体情况和施工施工工艺应根据油气井的具体情况和施工工具及设备进行设计，原则是要使操作有利于工具及设备进行设计，原则是要使操作有利于提高砾石充填的防砂质量和施工的顺利进行。提高砾石充填的防砂质量和施工的顺利进行。常规井的施工工艺步骤如图所示。常规井的施工工艺步骤如图所示。