1、完井工程,Well Completion,目录,完井管柱,现场实践-碎屑岩油藏完井,完井工程概述,完井方式,完井技术,特殊完井技术,现场实践-碳酸盐岩储层完井方式研究,完井工程概述,定义 内容 系统设计,完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程,完 井,采油,钻井,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。,完井工程概述-定义,岩心分析及敏感性评价 钻开油层的钻井液 完井方式及方法 油管及生产套管尺寸的确定 生产套管设计 注水泥设计 固井质量评价 射孔及完井液选择 完井的试井评价 完井生产管柱 投产措施,完井工程概述-内容,完井工程概述-系统设计程序,完井方
2、式选择,包含两个内容： 完井方式 选择方法,射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式,完井方式选择-直、斜井完井方式,射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式,完井方式选择-直、斜井完井方式,射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式,完井方式选择-直、斜井完井方式,射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式,完井方式选择-直、斜井完井方式,水平井完井,与直井相比较，水平井完井应当多考虑：井眼弯曲程度对管柱的影响水平井段长度对井眼稳定性的影响 水平井完井方法,选择性完井非选择性完井,主要是用水泥封固油层的完井，
3、可在封固后选择性地射开某些层段,主要是裸眼及其变种的完井方式,射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 ECP割缝衬管完井 砾石充填完井方式,完井方式选择-水平井完井方式,对地层封隔良好 能采取各种增产措施 能选择性射开需要的层段 在中、短半径的水平井中应用受限制,射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 ECP割缝衬管完井 砾石充填完井方式,完井方式选择-水平井完井方式,井的完善系数高 产量高 污染易消除 岩石强度不高时，生产中会有井壁坍塌,射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 ECP割缝衬管完井 砾石充填完井方式,完井方式选择-水平井完井方式,能应用于各种半径水平井 能对弱
4、产层起支撑作用不能实施层段分隔 无法进行选择性增产作业,射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 ECP割缝衬管完井 砾石充填完井方式,完井方式选择-水平井完井方式,可实施层段封隔 可进行选择性增产增注作业 封隔层段的有效程度取决于水平井眼的规则程度、封隔器坐封和密封件的耐温耐压等因素,射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 ECP割缝衬管完井 砾石充填完井方式,完井方式选择-水平井完井方式,完井方式选择-考虑因素,完井方式选择-砂岩油气藏,完井方式选择-砂岩油气藏,完井方式选择-碳酸盐岩油气藏,完井方式选择-火成岩、变质岩油气藏,完井技术,完井液和射孔液 生产套管设计 射孔,完井技
5、术-完井液和射孔液,完井液体系 屏蔽暂堵技术 射孔液体系及应用,完井液体系,完井液-钻开油气层的钻井液,完井技术-完井液和射孔液,基本要求：,保持完井液与地层的相容性 控制完井液中固相含量及其级配 防止完井液对钻具及套管的腐蚀 对环境无污染或污染可消除 性能体系稳定，保证井下安全 成本低，应用工艺简单,功能：,保护油气层保证井下安全保证钻井工作顺利进行,完井液体系,完 井 液 体 系,气基类,水基类,油基类,空气、雾、泡沫、充气,无固相清洁盐水 无粘土有固相 改型钻井液,油基钻井液 油包水钻井液,完井技术-完井液和射孔液,屏蔽暂堵技术,利用封堵粒子在井壁周围快速形成渗透率为0的屏蔽环,阻挡钻井
6、液中的固液相进一步侵入油层,最后利用射孔将屏蔽环射开,完井技术-完井液和射孔液,屏蔽暂堵技术,特点 适用面广，成本低，工艺简单 将正压差这个不利条件转化为有利条件 反排时油层渗透率的恢复值高 消除了固井时水泥浆的伤害,完井技术-完井液和射孔液,射孔液,射孔液-射孔施工过程中的工作液 要求 保证与油层岩石和流体配伍 防止射孔过程对油层的进一步伤害 满足射孔施工工艺要求 成本低，配置方便,完井技术-完井液和射孔液,射孔液体系,无固相清洁盐水射孔液 聚合物射孔液 油基射孔液 酸基射孔液 乳化液射孔液,完井技术-完井液和射孔液,基本依据 安全准则抗拉设计抗挤设计抗内压设计 完井要求 抗腐蚀要求,完井技
7、术-生产套管设计,生产套管设计步骤,根据腐蚀环境选钢种 根据密封要求和载荷选螺纹 根据应力做强度设计选钢级和壁厚,完井技术-生产套管设计,复杂类型井-高温高压井,特殊套管螺纹 高温对套管强度的影响 抗内压,完井技术-生产套管设计,复杂类型井-酸性气体井,选用抗腐蚀套管钢种 接箍与螺纹应选用金属端面密封 下套管时应注意涂特殊螺纹密封脂 生产时油管底部下永久封隔器 油管与套管环空应定期注缓蚀剂,套管载荷应考虑热应力及热应力循环 套管螺纹采用多级密封或端面密封,完井技术-生产套管设计,复杂类型井-注蒸汽热采井,复杂类型井-盐岩层井,采用双轴应力方法进行强度设计 盐岩层段选用高抗挤强度套管 对盐岩层段
8、实行双层套管水泥环封固 采用金属密封螺纹,完井管柱,油管及生产套管的选定 投产措施及完井管柱 油气井井口装置,根据油层能量大小 考虑采油工程要求,确定不同采油方式下合理油管尺寸,选定可能的最小套管尺寸,完井管柱-油管及生产套管的选定,天然气井油套管尺寸,天然气井油、套管尺寸= maxT1，T2，T3 式中： T1从生产优化目的出发的油套管尺寸 T2满足增产措施要求的油套管尺寸 T3其它特殊工艺要求的油套管尺寸,完井管柱-油管及生产套管的选定,采油井油套管尺寸,常规采油井油、套管尺寸= maxt1，t2，t3，t4 式中： t1自喷阶段从生产优化目的出发的油套管尺寸 t2所选人工举升方式下所获得
9、的油套管尺寸 t3满足增产措施要求的油套管尺寸 t4其它特殊工艺要求的油套管尺寸,完井管柱-油管及生产套管的选定,采油井油套管尺寸,稠油开采井油、套管尺寸= maxTt1，Tt2，Tt3 式中： Tt1所选人工举升方式下所获得的油套管尺寸 Tt2满足稠油开采方式下所获得的油套管尺寸 Tt3其它特殊工艺要求的油套管尺寸,完井管柱-油管及生产套管的选定,低渗储层的投产措施水力压裂投产措施酸压裂作业技术高能气体压裂投产措施,完井管柱-投产措施,稠油、高凝油的投产措施稠 油 热力开采高凝油 水力活塞泵 电加热杆自控加热电缆,自喷井全井合采完井管柱,完井管柱-油井完井管柱,自喷井分层采油管柱,双管分采管
10、柱示意图,完井管柱-油井完井管柱,深井不压井作业管柱,有杆泵标准井下管柱示意图,有杆泵深抽井下管柱示意图,完井管柱-油井完井管柱,有杆泵生产管柱,完井管柱-油井完井管柱,全井段合采单管柱示意图,完井管柱-油井完井管柱,单层段分采管柱结构示意图,完井管柱-油井完井管柱,注气井完井管柱示意图,完井管柱-油井完井管柱,定向井抽油管柱示意图,水平井有杆泵抽油工艺管柱结构示意图,完井管柱-油井完井管柱,完井管柱-特殊完井技术,防砂 水平井完井 侧钻,防砂-油气井出砂机理,出砂类型 游离砂的析出 弱砂岩地层的出砂 砂岩骨架破碎出砂,完井管柱-特殊完井技术,出砂的危害,油气井出砂,引起井下套管损坏,引起设备
11、损坏,完井管柱-特殊完井技术,引起减产,造成环境污染,岩石性质对出砂的影响砂岩层出砂与砂岩的强度有直接关系砂岩层在流体冲击下出砂有速度极限 油气流动特性对出砂的影响稠油极易引起出砂油气井出砂与井的结构有关油气井出砂与产量有关 生产措施引起的出砂增产措施可能引起出砂地层压力降低可能引起出砂注水时储层水驱油介质的变化可能引起出砂强注强采可能加剧出砂,完井管柱-特殊完井技术,防砂-油气井出砂机理,出砂理论预报根据大量的实验资料和生产测试，当岩石强度关系为下式关系时一般不容易出砂G/Co5.6103kPa 组合模量法(Mobil公司方法) 9.94108rEc =tc2 式中 Ec岩石弹性组合模量，M
12、Pa;r 地层岩石体积密度,g/cm3;tc 纵波声波时差,s/m。Ec2.0104 MPa 正常生产时油井不出砂1.5104MPaEc2.0104 MPa 正常生产时油井轻微出砂Ec1.5104 MPa 正常生产时油井严重出砂,完井管柱-特殊完井技术,防砂-出砂的预测,控制井底压力方法2PwfgHcos( a)-C1-当井底压力小于上式右端计算结果值时，可能出砂。 声波时差法 采用声波在地层中的传播时差(tc)进行出砂预测。研究表明，当tc89.9s/ft（295s/m）时，正常生产时油井开始出砂。 出砂的生产探测生产中出砂是不可直接观察到的，可通过井下泵效率降低、产量降低、在地面设备中观察
13、到砂粒进行分析有效方法：在地面技术管线安装出砂探测器。,完井管柱-特殊完井技术,防砂-出砂的预测和探测,式中 Pwf采油井的井底压力，Pa； 岩层密度,kg/m3； 岩层压力传导系数；g 重力加速度,m/s2；H 产层深度,m；地层倾角；泊松比；a 岩石颗粒摩擦系数；C 岩石颗粒的内聚力,Pa。,防砂方法的选择,化学剂固砂 预处理手段机械过滤防砂 经常性措施,完井管柱-特殊完井技术,化学防砂,树脂预涂层砾石防砂工艺 树脂预包核桃壳防砂 树脂固砂工艺 热力熔融固砂工艺 “硅锁”法固砂,完井管柱-特殊完井技术,机械防砂,衬管 单层绕丝筛管 多层绕丝筛管 预充填筛管 多孔材料滤砂器 钢丝棉筛管,完井
14、管柱-特殊完井技术,水平井的完井原则,井能获得最高的油气产量 能防止井壁的不稳定，能在出砂层控制出砂 有利于减少修井次数 井下管柱在生产中保持不变形、腐蚀、结垢 井身条件能进行二、三次开发 经济性好,完井管柱-特殊完井技术,水平井的完井技术要求,封闭水或气的侵入 能进行生产测试 能采取增产措施 能修井 保证安全,完井管柱-特殊完井技术,水平井完井,长半径水平井完井可以采用所有的完井方法 主要问题是很长的水平裸眼井段的稳定性 中半径水平井完井完井方式的确定要看套管在弯曲段的受力情况而定。当套管在弯曲段穿过有一定危险时，不能用套管固井。 在不能下套管完井时，可选用裸眼完井、衬管完井、封隔器衬管完井
15、等方式完井 中短半径和短半径水平井完井完井方式只可选用裸眼完井、衬管完井、封隔器衬管完井等方式完井 超短半径水平井完井完井方式只可选用裸眼完井,完井管柱-特殊完井技术,侧钻,侧钻井完井 多底井完井 分支井完井,完井管柱-特殊完井技术,侧钻井完井,侧钻斜井眼完井可采用下尾管固井后射孔方式完井 侧钻水平井完井经常是不能下套管固井的,完井管柱-特殊完井技术,多底井完井,多底井完井多采用裸眼完井。由于所钻的同一层位，各井筒均在同一压力体系内，井筒之间无压力干扰，采用裸眼完井是有条件的。在同一井段有多个井筒，如果每个井筒都下管柱，管柱之间有干扰。因此多底井完井经常是不能下套管固井的。,完井管柱-特殊完井
16、技术,分支井完井,由于分支井开发不同层系，层间有压力差别，故每个井筒都应封固后完井。,完井管柱-特殊完井技术,主要内容,储层特征及伤害机理分析 储层岩石力学稳定性评价 碎屑岩储层出砂预测及试验评价 完井方式 完井管柱研究,碎屑岩油藏完井实践,研究区地质概况,河油田包括塔河1、2、3，4和6区，位于新疆维吾尔自治库车县和轮台县境内。,碎屑岩油藏完井实践,塔河油田产油层位有三叠系砂岩油藏储层、石炭系砂岩油藏储层、奥陶系碳酸盐岩油藏储层。,通过储层岩性特征、储层孔渗特征、孔隙结构特征研究分析，得到如下结论：,碎屑岩油藏完井实践,油田潜在的主要伤害类型以水（盐）敏、碱敏为主，酸敏需要实验具体评价，速敏
17、性可能较弱。 另外，整个油田砂岩中岩屑含量较高，压实作用明显，以线接触为主，属于低一中渗细喉型储层，可能会存在由毛管力引起的水锁损害， 同时其扁状较细喉为主的孔喉结构，也使各类敏感性伤害易于发生。,从力学角度出发，油气储层岩石力学状态及井壁稳定性主要取决于岩石的力学强度。在钻井工程问题中，其通常出现井壁坍塌、井眼漏失和井眼缩颈；疏松油藏开采中的出砂和套管损坏问题，就是井壁周围岩石变形与破坏的结果。试验是在美国TerraTek公司生产的三轴岩石力学测试系统上完成的。,储层岩石力学稳定性评价,碎屑岩油藏完井实践,试验表明，砂岩储层岩石的力学强度普遍较低，表现为软质和中硬岩石，如表5.1所示。 石炭
18、系砂岩储层表现为中硬岩石，三叠系砂岩储层软质岩石。,岩石全应力应变过程的渗透规律,试验所选岩样为石炭系的细砂岩和中砂岩, 试验是在围压4.0MPa，孔隙压3.8MPa条件下进行。,碎屑岩油藏完井实践,岩石全应力应变渗透曲线a细砂岩1#；b 细砂岩2#；c中砂岩1#；d中砂岩2#,在围压的作用下，三叠系砂岩储层的孔隙度或渗透率减小的速度和程度明显地高于石炭系砂岩储层，其关系式如表5.3所示。,式中：y为岩石的孔隙度或渗透率；孔隙度单位：%；渗透率单位：；x为侧向应力,单位：MPa；a和b为待定常数。,储层力学稳定性计算分析,运用美国明尼苏达大学和美国Itasca Consulting Group
19、 Inc.开发的三维有限差分计算机程序FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua)进行计算。 三维数值模拟计算的地质模型位于塔河油田3区的T301井 模型计算采用熟悉岩土的剪切破坏定律即Coulomb-mohr准则。,碎屑岩油藏完井实践,计算结果分析,井眼围岩变形破坏 井眼围岩位移整体向井眼方向移动，表现为沿最小水平主应力方向（Y方向）在井壁上最大，以井眼为中心位移对称分布，沿垂向上（Z方向）位移量较小; 由于岩性及其组合的不同，位移量大小存在差异;井眼围岩变形破坏的形态和程度存在差异。,碎屑岩油藏完井实践,三叠系阿克库勒组中油组井壁围岩位移分布图(深
20、度4673m水平切面),三叠系阿克库勒组泥岩井壁围岩塑性区分布图(深度4653m水平切面),三叠系阿克库勒组中油组井壁围岩塑性区分布图(深度4673m水平切面),储层出砂预测及试验评价,针对塔河油田三叠系、石炭系碎屑岩储层地质特征，采用室内出砂试验及出砂理论模型研究方法，包括组合模量法、出砂指数预测法及超临界流速驱替试验等三种方法预测储层出砂的可能性及其程度。综合以上计算和模拟结果，结合储层地质情况，塔河油田碎屑岩储层在正常的生产条件下不会出砂。因此在进行完井方式选择时，储层出砂不作为重点影响因素加以研究，不专门选择防砂完井管柱。,碎屑岩油藏完井实践,典型的临界出砂流量关系曲线图,水平井井段为
21、300m，全井段的临界流量约为450m3/d,图5-2 TK303井出砂预测,TK202H水平井完井,井号：塔河油田TK202H 井深：5036.12m 目标层位：三叠系中油组 综合考虑油气藏类型、储渗特性、采油工艺技术特点以及自身工艺技术的成熟性，虽然射孔完井具有较好的适应性，但就目前而言，为确保开局完井的成功率、完好率，完井方式确定割缝衬管完井。,碎屑岩油藏完井实践,TK202H完井管柱,碎屑岩油藏完井实践,TK202H割缝衬管研究,根据对储层的出砂粒度分析试验结果，考虑到产能优化及施工作业等因素，设计割缝衬管的参数如下： a、缝宽取实际最小割缝宽度0.38mm，公差为0.05mm。 b、
22、缝眼的排列采用沿衬管轴线的平行方向割缝。 c、缝眼的排列采用单缝交错分布的几何形状。 d、由于衬管尺寸较大，因而缝长取60mm。 e、缝眼的数量决定了割缝衬管的流通面积，取缝眼总面积为衬管外表总面积的1.5%，其数值为360380。,碎屑岩油藏完井实践,碎屑岩油藏完井实践,T206井身结构示意图,S95井身结构示意图,碳酸盐岩储层完井方式研究,1.储层地质特征 2.完井方式选择方法 3.完井方式选择 4.现场应用实例分析,1. 碳酸盐岩储层地质特征,1.1地质概况,不同井钻遇的储层存在极强的不均一性 储层内裂缝较为发育 钻井液密度窗口通常较小，喷漏矛盾比较突出，有时无法维持正常钻进 矿物成分主
23、要为方解石,储集空间有孔、洞、缝 储集类型有裂缝型、裂缝-孔洞型和裂缝-溶洞型,碳酸盐岩储层完井方式研究,1. 碳酸盐岩储层地质特征,孔洞缝均发育的I类好储层，此类储集岩在钻井过程中经常发生钻具放空、钻井液漏失及井涌等现象；只有裂缝发育的II类差储层；孔洞缝均不发育的III类非储层。,1.2储集岩类型划分,碳酸盐岩储层完井方式研究,1. 碳酸盐岩储层地质特征,1.3油、气、水分布,碳酸盐岩油气藏通常顶部为气顶，中部为原油区，下部地层水区。,碳酸盐岩储层完井方式研究,1. 碳酸盐岩储层地质特征,1.4储层应力敏感性,对于碳酸盐岩储层，有效应力的改变会导致裂缝通道发生变化，从而引起储层渗透率改变。
24、这种岩石的裂缝结构随应力改变而发生变化的性质就是储层的应力敏感性。,碳酸盐岩储层完井方式研究,变围压条件下的渗透率 与有效应力关系曲线,2.完井方式选择,裸眼完井，直接投产或酸压投产+后期酸压改造。,2.1高产单层,碳酸盐岩储层完井方式研究,前提： 受钻井技术方法的限制，无法完成继续钻进施工； 已经钻遇到优质储层并获得高产油气流，达到钻井的目的，可以转入投产。,2.完井方式选择,ECP或裸眼封隔器完井方式完井，直接投产或酸压投产+后期酸压改造；,2.2中高产多层,ECP完井井下管柱为永久性的，可靠程度较高；裸眼封隔器完井采用膨胀式裸眼封隔器，可回收式，具有一定的灵活性。,碳酸盐岩储层完井方式研究,2.完井方式选择,尾管射孔或裸眼封隔器完井方式完井，酸化压裂方式投产。,2.3中、低产多层,碳酸盐岩储层完井方式研究,2.完井方式选择,裸眼/射孔方式完井，酸压投产。,2.4低产单层的完井方式,碳酸盐岩储层完井方式研究,2.完井方式选择,如果改变井身结构，增大井眼尺寸，有3个问题应该考虑：钻井成本的大幅度上升水平井的实际应用效果或适应性完井作业难度鉴于此，建议先开展带直先导孔水平井的开发试验，应以中短半径水平井为主。相应的完井方式应为先期裸眼完井方式。,2.5水平井的完井,碳酸盐岩储层完井方式研究,谢 谢,
