1、现代完井工程,刘 刚,长江大学石油工程学院,2005 完 井 工 程 授 课,第四章 完井方式的选择,4.1 直、斜井完井方式4.1.1、射孔完井方式 4.1.2、裸眼完井方式 4.1.3、割缝衬管完井方式 4.1.4、砾石充填完井方式 4.1.5、其他防砂筛管完井,概述,完井方式是油田开发中的一项重要工作，油藏开发方案和井下作业措施都要通过完井管柱来实现。目前完井方式有多种类型，但都有其各自的适用条件和局限性。只有根据油气藏类型和油气层的特性去选择最合适的完井方式，才能有效地开发油气田，延长油气井寿命和提高其经济效益。,概述,合理的完井方式应该根据油田开发方案的要求，做到充分发挥各油层段的潜
2、力，油井管柱既能满足油井自喷采油的需要，又要考虑到后期人工举升采油的要求，同时还要为一些必要的井下作业措施创造良好条件。,1)油、气层和井筒之间应保持最佳的连通条件。油、气层所受的伤害最小； 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，防止井壁坍塌，确保油井长期生产;,对完井方式的要求,5)油井管柱既能适应自喷采油的需要，又要考虑到与后期人工举升采油相适应； 6)应具备进行分层注水、注气、分层压裂、酸化以及堵水、调剖等井下作业措施的条件； 7)稠油开采能达到注蒸汽热采的
3、要求； 8)油田开发后期具备侧钻的条件； 9)施工工艺简便，经济效益好。,对完井方式的要求,4.1.1、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。其中包括套管射孔完井和尾管射孔完井。1套管射孔完井套管射孔完井是钻穿油层直至设计井探，然后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，建立起油流的通道。如图21所示。,套管射孔完井既可选择性地射开不同压力、不同物性的油层，以避免层间干扰，还可避开夹层水、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。 2尾管射孔完井尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后
4、，下技术套管注水泥固井，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技术套管上。尾管和技术套管的重合段一般不小于50m。再对尾管注水泥固井，然后射孔。如图2-2 所示。,返回,NEXT,尽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以平衡压力、低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。射孔完井对多数油藏都能适用，其具体的使用条件见表28。,4.1.2、裸眼完井方式,裸眼完井方式有两种完井工序:一是钻头钻至油层顶界附近后，下技术
5、套管注水泥固井。水泥浆上返至预定的设计高度后，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。如图23所示。有的厚油层适合于裸眼完成，但上部有气顶或顶界邻近又有水层时，也可以将技术套管下过油气界面，使其封隔油层的上部分然后裸眼完井。必要时再射开其中的含油段，国外称为复合型完井方式，如图24所示,返回,NEXT,裸眼完井的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。固井时，为防止水泥浆伤害套管鞋以下的油层，通常在油层段垫砂或者替入低失水、高粘度的钻井液，以防水泥浆下沉。或者在套管下部安装套管外封隔器和注水泥接头，以承托环空的水泥
6、浆，防比其下沉，这种完井工序一般情况下不采用。见图25所示。,裸眼完井的最主要特点是油层完全裸露，因而油层具有最大的渗流面积。这种井称为水动力学完善井，其产能较高。裸眼完井虽然完善程度高，但使用局限很大。砂岩油、气层，中、低渗透层大多需要压裂改造，裸眼完成则无法进行。同时，砂岩中大都布泥页岩夹层，遇水多易坍塌而堵塞井筒。碳酸盐岩油气层，包括裂缝性油、气层如70年代中东的不少油田，我国华北任丘油田古潜山油藏，四川气田等大多使用裸眼完井；后因裸眼完井难以进行增产措施和控制底水锥进和堵水，以及射孔技术的进步，现多转变为套管射孔完成。,水平井开展初期，80年代初美国奥斯汀的白垩系碳酸盐岩垂直裂缝地层的
7、水平井大多为裸眼完井，其他国家的一些水平井也有用裸眼完井，但80年代后期大多为割缝衬管或带管外封隔器的割缝衬管所代替。特别是当前水平井段加长或钻分支水平井，用裸眼完井就更少了。因为裸眼完井有许多技术问题难以解决。,4.1.3 、割缝衬管完井方式,割缝衬管完井方式也有两种完井工序。一是用同一尺寸钻头钻穿油层后，套管柱下端连接衬管下人油层部位，通过套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26所示。,由了此种完井方式井下衬管损坏后无法修理或更换，因此一般都采用另一种完井工序，即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
8、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人井筒。如图27所示。,这种完井工序油层不会遭受固井水泥浆的伤害，可以采用与油层相配伍的钻井液或其它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。割缝衬管的防砂机理是允许一定大小的，能被原油携带至地面的细小砂粒通过，而把较大的砂粒阻挡在衬管外面，大砂粒在衬管外形成“砂桥”，达到防砂的目的。如图28所示。由于“砂桥”处流速较高，小砂粒不能停留在其中。砂粒的这种自然分选使“砂桥”具有较好的流通能力，同时又起到保护井壁骨架砂的作用。割缝缝眼的
9、形状和尺寸应根据骨架砂粒度来确定。,返回,NEXT,缝眼的剖面应呈梯形，如图29所示。 梯形两斜边的夹角与衬管的承压大小及流通量有关，一般为12度左右。梯形大的底边应为衬管内表面，小的底边应为衬管外表面。,1缝眼的形状,返回,这种缝眼的形状可以避免砂粒卡死在缝眼内而堵塞衬管。,梯形缝眼小底边的宽度称为缝口宽度。割缝衬管防砂的关键就在于如何正确地确定缝口宽度。根据实验研究，砂粒在缝眼外形成“砂桥”的条件是：缝口宽度不大于砂粒直径的两倍，即此处e代表缝口宽度，D10代表在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。这就表明：占砂样总质量为90的细小砂粒允许通过缝眼，而占砂样总质量为
10、10%的大直径承载骨架砂不能通过，被阻挡在衬管外面形成具有较高渗透率的“砂桥”。,2缝口宽度,缝眼的排列形式有沿着衬管轴线的平行方向割缝或沿衬管轴线的垂直方向割缝两种(见图29)。由于垂直方向割缝的衬管比平行方向割缝的衬管强度低，因此一般都采用平行方向割缝。其缝眼的排列形式以交错排列为宜，如图210所示。 每条割缝母线上的纵向缝距为0.7L。沿衬管圆周方向，每隔度均布一条割缝母线。n,l的物理含义见式(22)。,3缝眼的排列形式,根据技术套管尺寸、裸眼井段的钻头直径，可确定应下的割缝衬管外径，如表21所示：,4割缝衬管的尺寸,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
11、。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。6缝眼的数量缝眼的数量决定了割缝衬管的流通面积。在确定割缝衬管流道面积时，既要考虑产液量的要求，又要顾及割缝衬管的强度。其确定原则应该是：在保证衬管强度的前提下，尽量增加衬管的流通面积。国外一般取缝眼的总面积为衬管外表总面积的2。,5缝眼的长度,式中 n缝眼的数量，条m；缝眼总面积占衬管外表总面积的百分数，一般取2%； F每米衬管外表面积，mm2m；e缝口宽度，mm；l缝眼长度，mm。割缝衬管完井方式是当前主要的完井方式之一。它既起到裸眼
12、完井的作用，又防止了裸眼井壁坍塌堵塞井筒的作用，同时在一定程度上起到防砂的作用。由于这种完井方式的工艺简单，操作方便，成本低，故而在一些出沙不严重的中粗砂粒油层中不乏使用，特别在水平井中使用较普遍，其具体使用条件见表28。,缝眼的数量可由下式确定：,4.1.4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。它是先将绕丝筛管下入井内油层部位，然后用充填液将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，构成一个砾石充填层，以阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井之目的。砾石充填完井一般都使用不锈钢绕丝筛管而不用割缝衬管。其原因如下：,1)
13、割缝衬管的缝口宽度由于受加工割刀强度的限制，最小为05mm。因此，割缝衬管只适用于中、粗砂粒油层。而绕丝筛管的缝隙宽度最小可达012mm，故其适用范围要大得多。2)绕丝筛管以不锈钢丝为原料，其耐腐蚀性强，使用寿命长，综合经济效益高。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充填砾石，分别称为裸眼砾石充填和套管砾石充填。,3)绕丝筛管是由绕丝形成一种连续缝隙，见图211(a)，流体通过筛管时几乎没有压力降。绕丝筛管的断面为梯形，外窄内宽，具有一定的“自洁”作用，轻微的堵塞可被产出流体疏通，见图211(b、c)。而图211(d)是无自洁作用的绕丝筛管。它们的流通面积要比割缝衬管大得多，见
14、图212。,返回,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式。其工序是钻头钻达油层顶界以上约3m后，下技术套管注水泥固井，再用小一级的钻头钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深，然后更换扩张式钻头将油层部位的井径扩大到技术套管外径的1.52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。一般砾石层的厚度不小于50mm。裸眼扩径的尺寸匹配见表22。 扩眼工序完成后，便可进行砾石充填工序。如图213所示。裸眼砾石充填完井方式的适用条件见表28。,1裸眼砾石充填完井方式,套管砾石充填的完井工序是：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
15、对油层部位射孔。要求采用高孔密(3040孔m)，大孔径(2025.4mm)射孔，以增大充填流通面积，有时还把套管外的油层砂冲掉，以便于向孔眼外的周围油层填入砾石，避免砾石和地层砂混合增大渗流阻力。套管砾石充填 如图214所示油层套管与绕丝筛管的匹配 如表23所示。 套管砾石充填完井方式的使用条件见表28。,2套管砾石充填完井方式,虽然有裸眼砾石充填和套管砾石充填之分，但二者的防砂机理是完全相同的。充填在井底的砾石层起着滤砂器的作用，它只允许流体通过，而不允许地层砂粒通过。其防砂的关键是必须选择与出砂粒径匹配的绕丝筛管及与油层岩石颗粒组成相匹配的砾石尺寸。选择原则是既要能阻挡油层出砂，又要使砾石
16、充填层具有较高的渗透性能。,返回,返回,因此，绕丝筛管和砾石的尺寸、砾石的质量、充填液的性能、高砂比充填要求砂液体积比达到(0.81):1及施工质量是砾石充填完井防砂成功的技术关键。,返回,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。质量包括：砾石粒径的选择、砾石尺寸合格程度、砾石的球度和圆度、砾石的酸溶度、砾石的强度等。 1)砾石粒径的选择：国内外推荐的砾石粒径是油层砂粒度中值的56倍。 2)砾石尺寸合格程度：API砾石尺寸合格程度的标准是大于要求尺寸的砾石质量不得超过砂样的0.1，小于要求尺寸的砾石质量不得超过砂样的2。,3砾石质量要求,3)砾石的强度：API砾
17、石强度的标准是抗破碎试验所测出的破碎砂质量含量不得超过表2-4所示的数值。 4)砾石的球度和圆度：API砾石圆、球度的标准是砾石的平均球度应大于0.6，平均圆度也应大于0.6。图215是评估球度和圆度的目测图. 5)砾石的酸溶度：其API砾石酸溶度的标准是在标准土酸(3HF+12HCL)中砾石的溶解质量百分数不得超过1。 6)砾石的结团：API的标准是砾石应由单个石英砂粒组成，如果砂样中含有1或更多个砂粒结团，该砂样不能使用。,绕丝筛管应能保证砾石充填层的完整。故其缝隙应小于砾石充填层中最小的砾石尺寸，一般取为最小砾石尺寸的1/2一2/3。例如根据油层砂粒度中值，确定砾石粒径为16 30目，其
18、砾石尺寸的范围是0.58 1.19mm。所选的绕丝缝隙应为0.3 0.38mm。或查砾石与绕丝缝隙之匹配表2 5。,4绕丝筛管缝隙尺寸的选择,对于一个多层且需要防砂的油井，应按照油藏开发的要求，将油层划分为几个层段分段防砂。这样作的优点是在油井生产过程中，通过钢丝作业和井下作业对各层可以分层控制和分层采取措施。有利于控制含水上升和提高油井产量，从而提高油田采收率。分段防砂方法如下。,4绕丝筛管缝隙尺寸的选择,(1)逐层充填法首先从最底层开始，逐层往上进行。其作业过程与单层油井充填过程一样，只是在每层之间的封隔器中多下一个相应的堵塞器，堵塞器形状见图216。它起一个临时桥塞作用，以免伤害下部油层
19、。这样可以在封隔器以上进行试压、射孔和清洗等作业。在上层射孔作业完成后，必须将堵塞器捞出，然后下入防砂筛管，进行防砂作业。这样一层一层地往上进行。,5多层砾石充填工艺,(2)一次多层砾石充填法一次一趟或一次两趟管柱充填二三层，南海某油田有28个油层段，每个层段都需要防砂。为了减少充填作业时间，采用一次两趟管柱防砂二三层的方法。所谓两趟管柱是指第一趟把筛管及封隔器坐封工具总成的管柱下入井内，并在全部封隔器坐封、验封后起出此管柱，然后下入第二趟管柱，即砾石充填管柱对二三层分别进行防砂。见图217、图218。当下部二三层充填完毕后，以同样的程序继续充填上部油层段。,1)一次两趟多层井下固定部分的总成
20、包括：底部封隔器插入密封总成、下层绕丝筛管、盲管、隔离封隔器总成(定位指示接头、密封短节、滑套、隔离封隔器)、绕丝筛管、盲管、顶部防砂封隔器总成(定位指示接头、密封短节、滑套、密封短节、内密封套筒、顶部防砂封隔器)。 2)一次两趟多层坐封工具总成包括：盲堵、弹性爪指示器、冲管、密封短节、带孔短节、密封短节头、冲管、液压坐封工具总成。,其井下固定部分、坐封工具总成、充填工具总成及充填工艺如下:,3)一次两趟多层充填工具总成包括：密封短节、带孔短节、冲管、滑套开关，冲管、弹性爪指示器，冲管、变扣(内装单向球)、密封件，循环短节、密封件、冲管，限位接头、冲管，内密封套下入工具和密封套筒，顶部作业工具
21、。4)充填工具：将防砂井下固定部分及坐封工具总成下到预定位置，投球加压坐封顶部封隔器，验封后右转上提将作业工具脱手，继续上提到反循环位置，反循环出坐封球。然后起出坐封工具总成，下入充填管柱，对各层分别进行防砂。一次一趟或一次两趟管柱多层砾石充填工艺的优点：减少起下钻次数，节省作业时间，特别对多层防砂井，经济效益好。利用水力封隔式封隔器(不带卡瓦)对各层进行封隔。几乎所有井下工具都不需转动，坐封后右转脱手是唯一转动。因而在斜井中作业安全可靠。,例1： 渤海油田分3段防砂，油层为东营组砂岩，油层井深为14501700m，原油相对密度为0.950.96，地下原油粘度为70mPas，含油井段长达100
22、200m，油井自喷能力差。在试油过程中曾用电动潜油泵求产，油井出砂严重，套管内砂柱高达20多米。由于油层井段长、油层多、油井出砂严重，在完井方式上，采用套管内绕丝筛管砾石充填完井。生产套管为9 5/8in或7in，每米射39孔。在9 5/8in套管内下入外径6.05in、内径4.95in的绕丝筛管，在7in套管内下入外径4.62in、内径3.94in的绕丝筛管。,两个完井防砂实例,根据油层的层组划分,分3段进行砾石充填防砂。上部两个防砂井段装有滑套，最下一段装有堵塞器工作筒，必要时可关闭任何一个生产并段。油管直径为3 in,砾石充填完成后，将电动潜油泵下入1000m深度处。自1993年投产以来
23、，平均单井日产100130t，电动潜油泵生产压差为4MPa，生产两年来没有发现出砂问题。渤海某油田防砂分采“Y”接头电潜泵管柱见图219。,例2 南海某油田多层防砂管柱完井。该油田位于珠江口水域水深99m，含油层系为上第三系韩江组和珠江组地层。该油田共有27个小层，分5个油层组油藏埋深为16072843.2m，含油井段长达1200多米。储层为海相砂岩，孔隙连通好，有效渗透率高达(170018000)10-3um2，原油相对密度为0.870.91，油层出砂，但油井产量高。,为了有效地开发这个油田，将油层划分为4套层系，每套层系每口井都进行了防砂。有的层系多达11个小层总有效厚度为30.5m，单层
24、有效厚度为1.55.4m，有效渗透率为(5221761.7)10-3um2，各小层的油水界面也不完全一致。为了更好地发挥各小层的生产能力和便于控制小层高含水，在这套开发层系中，将11个小层划分为8个防砂层段。每个防砂段之间都有封隔器，封隔器之间装有滑套。,在防砂工艺上采用一次两趟管柱多层砾石充填完井，完井后下入大排量电动潜油泵。由于油井有自喷能力，初期自喷日产油600多立方米，自喷6个月后改用电动潜油泵生产，日产油8001000m3，油井生产已达23年，单井累计产油(8090)104m3，累计产水（1720）104m3，没有发现油井出砂现象，说明多层砾石充填防砂效果是好的。,这套管柱除具备防砂
25、功能外，其优点是：可以分层段进行生产测井，了解各小层的产量、压力和含水情况；还可以根据某一二层段出现的高含水，关闭滑套进行控制，减少出水层段对油井生产的干扰影响。多层防砂管柱完井见图2 20。,近来，贝壳休斯公司推出两项水力压裂砾石充填技术：高排量水砾石充填(HRWP)和端部脱砂预充填(TSOPrepack)。这两项技术都是用海水或盐水将油层压裂开形成短裂缝进行砾石充填，可根据不同类型油层采用其中一项技术。其共同特点是通过压裂穿过油层伤害带，在近井地区充填砾石，形成高导流能力区。防止聚合物高粘度携砂液在将砾石输送到长裂缝过程中形成空穴，也避免了聚合物携砂液破胶不彻底而降低裂缝导流能力，同时节约
26、了作业成本。,6水力压裂砾石充填技术,此法适用于层状油层需要防砂的油井。施工前，预先对地层进行试压，证明海水或盐水可将地层压裂开，然后高排量注水，排量为1.59m3/min，先将第一层压裂开，裂缝长度抑制在1.53m；紧接着泵入稀砂浆，含砂浓度为120244kg/m3，直至端部脱砂，压力上升，则“自行分流”压裂开第二层。再充填第二层，直至全部射孔井段都充填完。由于这一“自行分流”的特征，高排量水砾石充填在处理长达137m的井段中，已经取得了效果。高排量水砾石充填过程示意图见图22l。,(1)高排量水砾石充填(HRWP),例3 高排量水砾石充填实例处理井深11881322m；井底压力为13.1M
27、Pa；酸处理(砾石充填前)为10盐酸、5醋酸5.7m3；注入排量为1.59m3min ，地面压力为19. MPa；稀砂浆质量为5818kg，4060目砾石；生产套管厚10.36mm；完井液CaCl2型1282kgm3。处理后油井自喷产量202.2m3d试井资料计算表皮系数为-2.7，渗透率为5010-3um2，油层净厚度为76m。,端部脱砂预充填方法，用于油层伤害严重而又漏失的油井，对这类井不宜采用高排量水砾石允填。端部脱砂预充填是采用冲洗炮眼的前置液，该前置液中加入与地层孔隙尺寸匹配的碳酸钙颗粒和聚合物桥堵剂。它能控制滤失，可迅速地在裂缝面上形成滤饼，将裂缝面上以及压开地层的漏失减少至最低程
28、度，待前置液建立压力场后，再将地层压裂开，紧接着以低排量0.8m3min泵水，采用低携砂比(59.9287.5kg/m3)充填，最后端部脱砂。,(2)端部脱砂预充填(TSOPrepack ),形成36m的支撑裂缝，充填厚度应小于30m，上下隔层厚度不小于3m。水力压裂端部脱砂还可在尾砂中加入树脂包砂，以防止压后吐砂，有时还可以与酸化联作。此工艺主要用作预处理，即预处理后再在套管内进行砾石充填，也可在端部脱砂后即投产，如图222所示。,(2)端部脱砂预充填(TSOPrepack ),例4 端部脱砂(TS0)预充填实例。处理井深为516542m(垂直深度445453m)；井斜73度；注入排量为0.
29、8m3/min；前置液（PERF FLOW）体积为11.4m3；携砂液体积为20.8m3；携砂液浓度为59.9287.5kgm3：支撑剂用量为3311kg，处理后油井自喷产量为159318m3d；电动潜油泵抽油产量为127m3d；油井测试分析表明地层渗透率为2200*10-3um2，表皮系数为06。,五、其他防砂筛管完井,1预充填砾石绕丝筛管预充填砾石绕丝筛管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。将此种筛管下入井内，对准出砂层位进行防砂。使用该防砂方法的油井产能低于井下砾石充填的油井产能，防砂有效期不如砾石充填长，因其不象砾石充填能防止油层砂进入
30、井筒，只能防止油层砂进入内筒后不再进入油管。,其工艺简便、成本低，在一些不具备砾石充填的防砂井，仍是一种有效方法。国外仍普遍采用，特别在水平井中更常使用。其结构如图223所示预充填砾石粒径的选择及双层绕丝筛管缝隙的选择等皆与井下砾石充填相同。外筛管外径与套管内径的差值应尽量小一般10mm左右为宜，以增加预充填砾石层的厚度，从而提高防砂效果。预充填砾石层的厚度应保证在25mm左右。内筛管的内径应大于中心管外径2mm以上，以便能顺利组装在中心管上。,金属纤维防砂筛管的基本结构如图224所示。不锈钢纤维是主要的防砂材料，由断丝、混丝经滚压、梳分、定形而成。它的主要防砂原理是：大量纤维堆积在一起时，纤
31、维之间就会形成若干缝隙，利用这些缝隙阻挡地层砂粒通过，其缝隙的大小与纤维的堆积紧密程度有关。通过控制金属纤维缝隙的大小(控制纤维的压紧程度)达到适应不同油层粒径的防砂。此外，由于金属纤维富有弹性，在定的驱动力下，小砂粒可以通过缝隙，避免金属纤维被填死。砂粒通过后，纤维又可恢复原状而达到自洁的作用。,2金属纤维防砂筛管,在注蒸汽开采条件下，要求防砂工具具备耐高温(360)、耐高压(18.9MPa)和耐腐蚀(PH值为812)等性质，不锈钢纤维材质特性符合以上要求。辽河油田使用的不锈钢纤维的丝径为50120um，纤维过滤层的厚度为1525mm，压缩系数为2228MPa-1。这种纤维过滤层的渗透率大于
32、1000um2，孔隙度大于90出砂量不超过0.01。可适用于裸眼、套管、直井和水平井的防砂。,2金属纤维防砂筛管,胜利油田研制的陶瓷防砂滤管，其过滤材料为陶土颗粒，其粒径大小以油层砂中值及渗透率高低而定，陶粒与无机胶结剂配成一定比例，经高温烧结而成。形状为圆筒形，装入钢管保护套中与防砂管连结，即可下井防砂。陶瓷滤管结构示意图和渗流性能曲线图分别见图225和图226。该滤砂管具有较强的抗折抗压强度，并能耐高矿化度水、土酸、盐酸等腐蚀。现已在油田现场推广使用。,3陶瓷防砂滤管,4多孔冶金粉末防砂滤管,这种防砂滤管是用铁、青铜、锌白钢、镍、蒙乃尔合金等金属粉末作为多孔材料加工而成的。它具有以下特点：
33、 1)可根据油层砂粒度中值的大小，选用不同的球形金属粉末粒径(20300um)烧结，从而形成孔隙大小不同的多孔材料，因而其控砂范围大，适用广。 2) 一般渗透率在10um2左石,孔隙度在30左右。不 仅砂控能力强，而且对油井产能影响较小。 3) 一般采用铁粉烧结，因而成本低。 4)用铁粉烧结的防砂管，其耐腐蚀性较差，应采取防腐处理。,美国保尔(Pall)油井技术公司推荐一种多层充填井下滤砂器，它是由基管、内外泄油金属丝网、三四层单独缠绕在内外泄油网之间的保尔(Pall)介质过滤层及外罩管所组成。该介质过滤层是主要的滤砂元件，它是由不锈钢丝与不锈钢粉末烧结而成的。因此可根据油层砂粒度中值、选用不
34、同粒径的不锈钢粉末烧结，其控制范围广。,5多层充填井下滤砂器,贝克休斯公司近期推出的外导向罩滤砂筛管，是绕丝筛管与滤砂管结合于一体的新产品。既具有绕丝预充填筛管，又具有滤砂管的性能，而且优于其各自的性能。该滤砂筛管由4个部件组成，一是带孔的基管，其外面是绕丝筛管，但钢丝由原来的梯形改为圆形的断面。筛管外面包以由细钢丝编织绕结的网套，代替原先的预充填砂粒，再外面是一外导向罩，用于保护滤砂筛管。这一结构提供的最优的生产能力。并延长了筛管的寿命。可用于垂直井、水平井的套管射孔或裸眼完成井。外导向罩滤砂筛管示意图见图2 27。,6外导向罩滤砂筛管,(1)外导向罩外导向罩起着保护筛管和导向的作用。在筛管
35、下井时可防止井眼碎屑、套管毛刺损害筛管，一旦油井投产，导向罩流入结构可使地层产出携带砂的液体改变流向，以减弱对筛管冲刺，因而延长了筛管的寿命，外导向罩结构示意图见图228。,(2)钢丝编织滤砂网套钢丝编织滤砂网套，它比预充填筛管的流入面积大10倍，提供了最大的流入面积和均匀的孔喉，有助于形成一个可渗透的滤饼，此外，携带砂的液体再一次改变流向，而减少对筛管冲刺。更重要的是此滤砂网套可以反冲洗，可清除吸附在滤砂网套上的细砂泥饼。钢丝编织滤砂网套及绕丝筛管示意图见图2 29。,(3)绕丝筛管携砂的液体先进入外导向罩，再通过钢丝编织滤砂网套，最后通过绕丝筛管，将油层出砂防在整套滤砂筛管外，而让流体进入
36、筛管中心管的孔眼，再进入油管产出地面。此绕丝筛管与原来绕丝筛管一样，都是焊接在骨架上，其不同之处是绕丝的断面由梯形改为圆形，可充分利用圆形的全部表面积，改变液体转向，从而减弱冲蚀，提高了使用寿命。,其技术规范如下：绕丝间隙25um；毁坏试验达到41.4MPa；拉伸载荷伸长率2；破碎试验达到原直径60；扭矩试验扭曲3.3度m。由于该筛管改进了结构，改善材质和制造工艺，可防粗、中、细粒度的砂，提高了防砂效果，延长了使用寿命.,六、化学固砂完井,化学固砂是以各种材料(水泥浆、酚酷树脂等)为胶结剂，以轻质油为增孔剂，以各种硬质颗粒石英砂、核桃壳等)为支撑剂，按一定比例拌合均匀后，挤入套管外堆集于出砂层
37、位。凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁防止油层出砂。或者不加支撑剂，直接将胶结剂挤入套管外出砂层中，将疏松砂岩胶结牢固防止油层出砂。,化学固砂虽然是一种防砂方法，但在使用上有其局限性，仅适用于单层及薄层，防砂油层一般以5m左有为宜，不宜用在大厚层或长井段防砂。化学防砂的适用范围及优缺点见表27。有关详细内容可参阅第七分册“防砂技术”。各种完井方式适用的条件见表28。,4.2 水平井完井方式,一、裸眼完并方式 二、割缝衬管完井方式 三、射孔完井方式 四、管外封隔器(ECP)完井方式五、砾石充填完井方式六、分支水平井及大位移井完井实例,目前常见的水平井完井方式有裸眼完井、割缝衬管完井、带管外
38、封隔(ECP)的割缝衬管完井、射孔完井和砾石充填完井5类。水平井按其造斜和曲率半径可分为短、中、长3类。如表29所示。由于水平井的各种完井方式有其各自的适用条件，故应根据油藏具体条件选用。,4.2.1、裸眼完井方式,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，注水泥固井封割。然后换小一级钻头钻水平井段至设计长度完井。如图230所示。裸眼完井主要用于碳酸盐岩等坚硬不坍塌地层，特别是一些垂直裂缝地层，如美国奥斯汀白垩系地层，可参见表210和表211。,4.2.2、割缝衬管完井方式,完井工序是将割缝衬管悬挂在技术套管上，依靠悬挂封隔器封隔管外的环形空间。割缝衬管要加扶正器，以保
39、证衬管在水平井眼中居中，如图231所示。目前水平井发展到分支井及多底井，其完井方式也多采用割缝衬管完井，如图232所示。 割缝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的井。因此完井方式简单，既可防止井塌，还可将水平井段分成若干段进行小型措施，当前水平井多采用此方式完井。其适用条件见表210和表211。,4.2.3、射孔完井方式,技术套管下过直井段注水泥固井后，在水平井段内下入完井尾管、注水泥固井。完井尾管和技术套管宜重合100m左右，最后在水平井段射孔，如图233所示。这种完井方式将层段分隔开，可以进行分层增产及注水作业，可在稀油和稠油层中使用是一种非常实用的力法。适用条
40、件见表210和表211 。,4.2.4、管外封隔器(ECP)完井方式,这种完井方式是，依靠管外封隔器实施层段的分隔，可以按层段进行作业和生产控制，这对于注水开发的油田尤为重要。其适用条件见表210和表211。管外封隔器的完井方法，可以分两种形式。见图234、图235。,4.2.5、砾石充填完井方式,国内外的实践表明，在水平井段内，不论是进行裸眼井下砾石充填或是套管内井下砾石充填，其工艺都很复杂，目前正处在矿场试验阶段。 裸眼井下砾石充填时，在砾石完全充填到位之前，井眼有可能已经坍塌。 裸眼井下砾石充填时，扶正器有可能被埋置在疏松地层中，因而很难保证长筛管居中。,水平井裸眼及套管完井井下砾石充填
41、时，因井段太长，充填液的滤失量过大，充填过程中不仅易造成脱砂，造成砂堵而充填失败，而且会造成油层伤害，出而长井段水平井砾石充填一直处于试验阶段。近年来，国外在此方面有了技术改进，裸眼完成井，在钻井液中，加入暂堵剂将地层全部暂堵住。,水平井砾石充填的技术问题可以解决，但工艺较复杂，成本高，因而，水平井的防砂完井目前仍多采用预充填砾石筛管，金属纤维筛管或割缝衬管等方法完成。,4.2.5、砾石充填完井方式,裸眼水平井预充填砾石绕丝筛管完井，其筛管结构及性能同垂直井一样，但使用时应加扶正器，以便使筛管在水平段居中，如图236所示。 套管射孔水平井预充填砾石绕丝筛管完井如图237所示。 预充填砾石完井方
42、式的优缺点及其适用条件见表210和表211。,4.2.6、分支水平井及大位移井完井实例,1分支水平井在泰国湾海上的邦库特油气田，是一个河道砂及砂坝型多断层油气藏。其中有一个断块为气顶底水凝析气藏，闭合高度42m，气柱高度17m，油杆高度10m，下部为底水。石油地质储量为349x104m3，天然气储量为226x108m3，油气界面深度为1089m ，油水界面为1099m，边底水活跃。经模拟研究，决定在同一油层平面上、钻一口分支水平井，该分支水平井的夹角为60度，每一水平井段的长度为1000m左右，并保持水平井段位于油气界面以下2m处。其完井结构为：,1) 7in割缝衬管分别下入两个水平井段。 2
43、) 下3 in油管，从油管挂直到第二个井眼割缝衬管的顶部。 3) 在9 5/8 in套管深度1179m处下入单生产封隔器。 4) 在251m处下入可起出式井下安全阀。 5) 装采油树。两个水平井眼，同时通过3 in油管进行生产，完井管柱如图238所示。,(1) 生产高峰期长单一水平井日产量约为标准斜井的3倍，而分支水平井可将高峰生产时间延长一倍以上，该井产油633m3d，稳产时间2年以上。(2)延缓含水上升速度在该油田中有一 口标准斜井投产4个月后，含水达到25，1年之后含水达到40。而分支水平井可将含水上升速度延缓两年。(3)提高采收率与标准斜井相比，单一水平井的采收率为标准斜井的2倍，而分
44、支水平井采收率将为标准斜井的3倍。,采用分支水平井的优点如下：,南海西江241油田，水深100m，距目前已投入开发的西江243油田8.2km。西江241油田1986年初发现，含油面积4.4km2，石油地质储535x104t，共有14个油藏其中3个为底水油藏，11个为层状油藏，油柱高度分别为1.514m，是一个边际型的小油田。经反复论证研究，决定利用西江243油田平台上剩余井槽，向西江241油田钻一口大斜度水平位移井西江243一A14井。,2一口大斜度水平井开发一个油田,钻井总深度9238m(总垂直深度2985.8m)，最大井斜79度33分，水平距离长度8062.7m，用88d时间一次性降斜钻穿
45、14个油层，层层中靶。下入7in尾管至8552m，固井射孔后下入4 in油管完井，1997年6月投产，产油711.8m3d，预计可采储量可达75122x104t，西江243A14井垂向剖面示意图如图239所示。,2一口大斜度水平位移井开发一个油田,4.3完井方式选择,完井方式的选择主要是针对单井而言，即便单井属于同一油藏类型，但其所处构造位置不同，完井方式也不尽相同。如油藏有气顶、底水，若采用裸眼完成，技术套管则应将气顶封隔住，再钻开油层，而不钻开底水层。若采用套管射孔完成，则应避射气顶和底水。,4.3 完井方式选择,如油藏有边水，采用套管射孔完成时，要充分利用边水驱动作用，避免射开油水过渡带
46、。本节结合油田地质和油藏工程的特点就直井、定向井及水平井两大类型的完井问题、完井方式选择进行叙述。完井方式选择需要考虑的主要因素见图240。,4.3 完井方式选择,4.3.1、直井完井方式选择 1. 砂岩油气藏 2. 碳酸盐岩油气藏 3.火成岩、变质岩等油藏 4.3.2、水平井及定向井完井方式选择 1. 按曲率半径选择完井方式2. 按开采方式及增产措施选择完井方式,4.3.1、直井完井方式选择,直井完井方式是国内外自石油开发至今的完井基本方式，今后也将会如此，直井完井适应范围广、工艺技术简单、建井周期短、造价低。按油、气井地层岩性可分为砂岩、碳酸盐岩和其他岩性3大类，这3大类型岩性均可以采用直
47、井完井。 本节的选择方法已综合了油藏类型、渗流特征和原油性质进行了完井方式选择，现就不同岩性特点阐述选择完井方式。,砂岩油气藏完井方式选择流程，如图241所示。1)砂岩油藏分为层状、块状和岩性油藏。在陆相沉积地层中，层状油藏所占比例大。块状或岩性油藏中其物性、原油性质和压力系统大致是一致的，因而完井方式无须作特殊考虑。但层状油藏，特别是多套层系同井合采时，就应认真考虑其完井方式。,1砂岩油气藏,首先考虑的是各层系间压力、产量差异，若差异不大，则可同井合采；若差异大，特别是层间压力差异大，因层间干扰大，高压层的油将向低压层灌，多套层系开采的产量反而低于单套层系的产量，在这种情况下，即应按单套层系
48、开采；但有时单套层系的储量丰度又不足以单独开采，此时只能采用同井双管采油，每根油管柱开采一套层系，以消除层间干扰，保证两套层系都能正常生产。如南海油田某井即是采用双管完井的。,1砂岩油气藏,某井第一套层系油层井深24402466m，为层状油藏，局部地区顶部有气顶，测试日产200t。第二套层系，油层井深24682538m，为块状油藏，测试日产400500t。若同井合采因两套层系之间产量差距大，同时这两个层系不是一个压力系统，压力也有差异，势必互相干扰。,南海某油田双管采油实例：,若就两套层系的单井产量而论，是可以分别开采的，但其储量丰度又不足以供单独层系开发，同时海上油田建设周期长，建井投资大，
49、经济上是不合算的，因而采用双管开采。见图242。技术套管为9 5/8in，下挂7in衬管，用2 7/8in油管开采第一层系，另用3in油管开采第二套层系，油井停喷后拟转气举采油。该井双管完成后生产正常，取得很好的效益。,南海某油田双管采油实例：,双管采油虽然解决了层间干扰的问题，但其使用有局限性。因双管采油时，两根油管柱所采的层系，自喷期不一定是同期的，可能其中一套层系先停喷，这里就有个人工举升接替问题。由于受套管直径限制，两套有杆泵或电动潜油泵都因工具直径大无法同时下进井筒内。若采用气举接替则两套气举管柱一同在完井时下人井内，当一根油管停喷，可立即用气举接替，则可以保持双管开采的优势，否则，油田开发初期是双管采油，后期则变为单管采油了。,双管采油必须具备下述3个条件：技术套管 9 5/8in悬挂衬管 7in可以下两根油管。具有天然气资源可足以提供气举采油之用停喷后可以及时接替生产。完井时即下入两根油管气举采油的生产管柱及工具两根油管不论那一根油管停喷都可以气举(因为双管采油时，不太可能在一根油管停喷时，去压井换井下管柱)。,
