9完井方案设计与试油课件

第九章完井方案设计与试油主要内容完井方式射孔方案设计油气层保护试油第九章完井方案设计与试油主要内容完井方式射孔方案设计1完井工程：是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油层到固井、完井、下生产管柱、排液、诱导油流，直至投产的工艺过程组成的系统工程。完井工程设计的任务对油气层潜在损害进行评价，提出相应保护措施，尽可能减少对储层的损害，使油气层与井筒间保持良好的连通条件，最大程度发挥其产能；通过节点分析，优化压力系统，根据油藏工程和油田开发全过程特点以及开发过程中所采取的各项措施来选择完井方式、方法和选定套管尺寸。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2完井工程系统设计框图完井工程系统设计框图3第一节完井方式完井方式：油层与井筒的连通方式完井方式要求(1)保持最佳的连通条件，油层所受的损害最小；(2)应具有尽可能大的渗流面积，入井的阻力最小；(3)有效地封隔油、气、水层，防止窜槽及层间干扰；(4)有效防止油层出砂和井壁坍塌，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)施工工艺简便，成本低。第一节完井方式完井方式：油层与井筒的连通方式完井方式要求(4一、井身结构保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的洗井液体冲垮巩固上部比较疏松易塌的不稳定岩层；安装防喷器等井口设备，控制钻开高压层时可能发生的井喷现象封隔某些难以控制的复杂地层，以便能顺利地钻达预定的生产目的层封隔油、气、水层，保证油井的正常生产生产套管技术套管表层套管导管一、井身结构保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的洗井液体5二、完井方式套管或尾管射孔完井割缝衬管完井裸眼完井裸眼或套管内砾石充填完井二、完井方式套管或尾管射孔完井割缝衬管完井裸眼完井裸6(一)裸眼完井方式先期裸眼完井方式后期裸眼完井方式复合型完井方式(一)裸眼完井方式先期裸眼完井方式后期裸眼完井方式复合型完井7优点：油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高，完善程度高。缺点：不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响；不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰；无法进行选择性酸化或压裂等。裸眼完井方式的主要特点：优点：油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高，完善程8(二)射孔完井方式优点可选择性地射开油层，避免层间干扰；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。套管射孔完井方式尾管射孔完井方式特点有利于保护油层，可以减少套管重量和固井水泥的用量，从而降低完井成本。(二)射孔完井方式优点可选择性地射开油层，避免层间干扰；9(三)割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式改进后的割缝衬管完井方式(三)割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式改进后的割缝衬管完井10(四)砾石充填完井方式直接充填先将绕丝筛管或衬管下入油层部位，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，形成砾石充填层，阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井的目的。预制充填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，将筛管下入井内，对准出砂层位进行防砂。在“防砂与清砂”中有详细介绍。(四)砾石充填完井方式直接充填先将绕丝筛管或衬管下入油层部11三、完井方式选择三、完井方式选择12第二节射孔方案设计一、射孔参数设计主要考虑的问题：参数组合的产能比、套管损害情况和孔眼的力学稳定性1.资料准备①收集射孔枪、弹的基本数据②进行射孔弹穿深、孔径校正③计算钻井损害参数第二节射孔方案设计一、射孔参数设计主要考虑的问题：参数组132.射孔参数优选过程①建立各种储层和产层流体条件下射孔完井产能关系数学模型,获得各种条件下射孔产能比定量关系；②收集本地区、邻井和设计井有关资料和数据，用以修正模型和优化设计；③调配射孔枪、弹型号和性能测试数据；④校正各种弹的井下穿深和孔径；⑤计算各种弹的压实损害系数；⑥计算设计井的钻井损害参数；⑦计算和比较各种可能参数配合下的产能比、产量、表皮系数和套管抗挤毁能力降低系数，优选出最佳的射孔参数配合。2.射孔参数优选过程①建立各种储层和产层流体条件下射孔完井14影响油井射孔产能的因素孔深、孔密、孔径、相位角、伤害程度、伤害深度、压实程度、压实厚度及非均质性等图9-24孔深、孔密与油井产能比关系曲线图9-25相位角和各向异性与油井产能比关系曲线图9-26孔径与油井产能比关系曲线图9-27油井射孔压实程度与产能比关系曲线影响油井射孔产能的因素孔深、孔密、孔径、相位角、伤害程度、伤15二、射孔工艺设计射孔方式、射孔枪、弹和射孔液选择（一）射孔方式选择电缆输送套管枪射孔油管输送射孔(TCP)油管输送射孔联作电缆输送过油管射孔(TTP)超高压正压射孔高压喷射和喷砂射孔二、射孔工艺设计射孔方式、射孔枪、弹和射孔液选择（一）射孔方16射孔液对油层可能造成损害①射孔液固相颗粒损害②射孔液滤失造成损害③射孔液速敏造成损害（二）射孔枪、弹选择有枪身射孔和无枪身射孔（三）射孔液选择①密度可调节②腐蚀性小③高温下性能稳定④无固相⑤低滤失⑥成本低、配制方便射孔液性能要求射孔液对油层可能造成损害①射孔液固相颗粒损害②射孔液滤失17射孔液体系①无固体清洁盐水射孔液②聚合物射孔液③油基射孔液④酸基射孔液射孔液体系①无固体清洁盐水射孔液②聚合物射孔液③油基射18第三节油气层保护一、油气层损害入井流体与储层及其流体不配伍时造成近井地带油层渗透率下降的现象。损害机理①外来流体与储层岩石矿物不配伍造成的损害；②外来流体与储层流体不配伍造成的损害；③毛细现象造成的损害；④固相颗粒堵塞引起的损害。第三节油气层保护一、油气层损害入井流体与储层及其流体不配19二、储层敏感性指储层对可能造成损害的各种因素的敏感程度储层敏感性评价：通过岩心流动实验，考察油气层岩心与各种外来流体接触后所发生的物理化学作用对岩石性质（主要是对渗透率）的影响及其影响程度。油气层敏感性评价实验速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏——“五敏实验”二、储层敏感性指储层对可能造成损害的各种因素的敏感程度储层敏20（1）速敏在钻井、油气开采、增产作业和注水等作业或生产过程中，流体与地层无任何物理和化学作用的条件下，当流体在油气层中流动时，引起油气层中微粒运移并堵塞喉道造成油气层渗透率下降的现象。速敏评价实验目的：找出由于流速作用导致微粒运移从而发生损害的临界流速，以及找出由于速敏引起的油气层损害程度。（1）速敏在钻井、油气开采、增产作业和注水等作业或生21速度敏感程度评价指标岩心速度敏感性评价图（1）速敏速度敏感程度评价指标岩心速度敏感性评价图（1）速敏22（2）水敏油气层中的粘土矿物在原始油藏条件下处于一定矿化度的环境中，当淡水进入储层时，某些粘土矿物就会发生膨胀、分散、运移，从而减小或堵塞地层孔隙和喉道，造成地层渗透率的降低，油气层的这种遇淡水后渗透率降低的现象称为水敏。水敏评价实验目的：了解粘土矿物遇淡水后的膨胀、分散、运移过程；找出发生水敏的条件及水敏引起的油气层损害程度；为各类工作液的设计提供依据。（2）水敏油气层中的粘土矿物在原始油藏条件下处于一定23主要是测定三种不同盐度（地层水、次地层水、去离子水）液体下岩心的渗透率。首先用地层水测定岩心的渗透率，然后再用次地层水测定岩心的渗透率，最后用淡水（一般为去离子水）测定岩心的渗透率，从而确定淡水引起岩心中粘土矿物的水化膨胀及造成的损害程度。岩心水敏实验曲线（2）水敏主要是测定三种不同盐度（地层水、次地层水、去离子水）24（3）盐敏在钻井、完井及其它作业中，各种工作液具有不同的矿化度，当高于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，可能引起粘土的收缩、失稳、脱落，当低于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，则可能引起粘土的膨胀和分散，这些都将导致油气层孔隙空间和喉道的缩小及堵塞，引起渗透率的下降从而损害油气层的现象。盐敏评价实验目的：找出渗透率明显下降的临界矿化度，以及由盐敏引起的油气层损害程度。（3）盐敏在钻井、完井及其它作业中，各种工作液具有不25降低矿化度的盐敏评价实验：第一级盐水为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级降低矿化度，直至注入液的矿化度接近零为止，求出的临界矿化度为Cc1。升高矿化度的盐敏评价实验：第一级盐水仍为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级升高矿化度，直至找出临界矿化度Cc2或达到工作液的最高矿化度为止。盐敏损害的入井流体有效矿化度区间（3）盐敏降低矿化度的盐敏评价实验：升高矿化度的盐敏评价实验：盐敏损害26降低矿化度的盐敏曲线升高矿化度的盐敏曲线（3）盐敏降低矿化度的盐敏曲线升高矿化度的盐敏曲线（3）盐敏27（4）碱敏地层水pH值一般呈中性或弱碱性，而大多数钻井液和水泥浆的pH值在8～12之间，当高pH值流体进入油气层后，促使粘土水化、膨胀、运移或生成沉淀物而造成的地层损害称为碱敏。碱敏评价实验目的：找出碱敏发生的条件，主要是临界pH值，以及由碱敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据。（4）碱敏地层水pH值一般呈中性或弱碱性，而大多数钻28通过注入不同pH值的地层水并测定其渗透率，根据渗透率的变化来评价碱敏损害程度，找出碱敏损害发生的条件。碱敏实验曲线（4）碱敏通过注入不同pH值的地层水并测定其渗透率，根据渗透率29（5）酸敏油气层与酸作用后引起的渗透率降低的现象。碱敏评价实验目的：酸液进入油气层后，一方面改善油气层的渗透率；另一方面又与油气层中的矿物及地层流体反应产生沉淀并堵塞油气层的孔喉。因此，酸敏评价实验的本质是研究酸液与油气层的配伍性，为油气层基质酸化时确定合理的酸液配方提供依据。（5）酸敏油气层与酸作用后引起的渗透率降低的现象。碱30酸敏实验包括原酸（一定浓度的盐酸、氢氟酸、土酸）和残酸（可用原酸与另一块岩心反应后制备）的敏感实验，有现行的部颁标准。

酸敏实验曲线(①、③曲线敏感，②曲线不敏感)（5）酸敏酸敏实验包括原酸（一定浓度的盐酸、氢氟酸、土酸）和残31应力敏感性是考察在施加一定的有效应力时，岩样的物性参数随应力变化而改变的性质。它反映了岩石孔隙几何学及裂缝壁面形态对应力变化的响应。实验时，在CMS—300全自动岩心测试装置上，测量出不同应力值下的渗透率和孔隙度，观察和分析应力对渗透率和孔隙度的影响。（6）应力敏应力敏感性是考察在施加一定的有效应力时，岩样的物性参32（6）应力敏（6）应力敏33为了判别岩石对应力的敏感程度，正常采用无因次渗透率的立方根，即(Ki/K1000)1/3与应力的对数建立关系曲线。（6）应力敏为了判别岩石对应力的敏感程度，正常采用无因次34应力敏感程度的指标（6）应力敏Ss＜0.300.30≤Ss≤0.700.70＜Ss≤1.0＞1.0应力敏感程度弱中等强极强应力敏感程度的指标（6）应力敏Ss＜0.300.30≤Ss≤35第四节试油试油：根据地质录井资料和测井资料解释结果、钻井过程中油气显示等资料，利用一套专用的设备和方法，对可能出油的层位的油气水产量、温度、压力及油气水性质进行直接测量，以鉴别和认识油气水层的工作。试油目的：为勘探开发提供依据第四节试油试油：根据地质录井资料和测井资料解释结果、钻井36一、试油的任务及工作内容主要任务：(1)了解储层及流体性质，为附近同一地层的其它探井提供重要的地质资料；(2)查明油、气田的含油面积及油水或气水边界以及驱动类型，为初步计算油气工业储量提供必要的资料；(3)了解储层产油气能力和验证测井资料解释的可靠程度；(4)整理和分析试油资料结果，确定油井合理工作制度，为制定油田开发方案时确定单井生产能力提供依据。主要工作：诱导油流和测试一、试油的任务及工作内容主要任务：(1)了解储层及流体性质，37二、诱导油流方法替喷法抽汲法气举法三、试油工艺注水泥塞试油用封隔器分层试油中途测试工具试油四、试油资料(1)产量数据(3)压力数据(2)原油及水的特性资料(4)温度数据(完)二、诱导油流方法替喷法抽汲法气举法三、试油工艺注水泥塞试油用38第九章完井方案设计与试油主要内容完井方式射孔方案设计油气层保护试油第九章完井方案设计与试油主要内容完井方式射孔方案设计39完井工程：是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油层到固井、完井、下生产管柱、排液、诱导油流，直至投产的工艺过程组成的系统工程。完井工程设计的任务对油气层潜在损害进行评价，提出相应保护措施，尽可能减少对储层的损害，使油气层与井筒间保持良好的连通条件，最大程度发挥其产能；通过节点分析，优化压力系统，根据油藏工程和油田开发全过程特点以及开发过程中所采取的各项措施来选择完井方式、方法和选定套管尺寸。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40完井工程系统设计框图完井工程系统设计框图41第一节完井方式完井方式：油层与井筒的连通方式完井方式要求(1)保持最佳的连通条件，油层所受的损害最小；(2)应具有尽可能大的渗流面积，入井的阻力最小；(3)有效地封隔油、气、水层，防止窜槽及层间干扰；(4)有效防止油层出砂和井壁坍塌，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)施工工艺简便，成本低。第一节完井方式完井方式：油层与井筒的连通方式完井方式要求(42一、井身结构保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的洗井液体冲垮巩固上部比较疏松易塌的不稳定岩层；安装防喷器等井口设备，控制钻开高压层时可能发生的井喷现象封隔某些难以控制的复杂地层，以便能顺利地钻达预定的生产目的层封隔油、气、水层，保证油井的正常生产生产套管技术套管表层套管导管一、井身结构保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的洗井液体43二、完井方式套管或尾管射孔完井割缝衬管完井裸眼完井裸眼或套管内砾石充填完井二、完井方式套管或尾管射孔完井割缝衬管完井裸眼完井裸44(一)裸眼完井方式先期裸眼完井方式后期裸眼完井方式复合型完井方式(一)裸眼完井方式先期裸眼完井方式后期裸眼完井方式复合型完井45优点：油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高，完善程度高。缺点：不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响；不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰；无法进行选择性酸化或压裂等。裸眼完井方式的主要特点：优点：油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高，完善程46(二)射孔完井方式优点可选择性地射开油层，避免层间干扰；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。套管射孔完井方式尾管射孔完井方式特点有利于保护油层，可以减少套管重量和固井水泥的用量，从而降低完井成本。(二)射孔完井方式优点可选择性地射开油层，避免层间干扰；47(三)割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式改进后的割缝衬管完井方式(三)割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式改进后的割缝衬管完井48(四)砾石充填完井方式直接充填先将绕丝筛管或衬管下入油层部位，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，形成砾石充填层，阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井的目的。预制充填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，将筛管下入井内，对准出砂层位进行防砂。在“防砂与清砂”中有详细介绍。(四)砾石充填完井方式直接充填先将绕丝筛管或衬管下入油层部49三、完井方式选择三、完井方式选择50第二节射孔方案设计一、射孔参数设计主要考虑的问题：参数组合的产能比、套管损害情况和孔眼的力学稳定性1.资料准备①收集射孔枪、弹的基本数据②进行射孔弹穿深、孔径校正③计算钻井损害参数第二节射孔方案设计一、射孔参数设计主要考虑的问题：参数组512.射孔参数优选过程①建立各种储层和产层流体条件下射孔完井产能关系数学模型,获得各种条件下射孔产能比定量关系；②收集本地区、邻井和设计井有关资料和数据，用以修正模型和优化设计；③调配射孔枪、弹型号和性能测试数据；④校正各种弹的井下穿深和孔径；⑤计算各种弹的压实损害系数；⑥计算设计井的钻井损害参数；⑦计算和比较各种可能参数配合下的产能比、产量、表皮系数和套管抗挤毁能力降低系数，优选出最佳的射孔参数配合。2.射孔参数优选过程①建立各种储层和产层流体条件下射孔完井52影响油井射孔产能的因素孔深、孔密、孔径、相位角、伤害程度、伤害深度、压实程度、压实厚度及非均质性等图9-24孔深、孔密与油井产能比关系曲线图9-25相位角和各向异性与油井产能比关系曲线图9-26孔径与油井产能比关系曲线图9-27油井射孔压实程度与产能比关系曲线影响油井射孔产能的因素孔深、孔密、孔径、相位角、伤害程度、伤53二、射孔工艺设计射孔方式、射孔枪、弹和射孔液选择（一）射孔方式选择电缆输送套管枪射孔油管输送射孔(TCP)油管输送射孔联作电缆输送过油管射孔(TTP)超高压正压射孔高压喷射和喷砂射孔二、射孔工艺设计射孔方式、射孔枪、弹和射孔液选择（一）射孔方54射孔液对油层可能造成损害①射孔液固相颗粒损害②射孔液滤失造成损害③射孔液速敏造成损害（二）射孔枪、弹选择有枪身射孔和无枪身射孔（三）射孔液选择①密度可调节②腐蚀性小③高温下性能稳定④无固相⑤低滤失⑥成本低、配制方便射孔液性能要求射孔液对油层可能造成损害①射孔液固相颗粒损害②射孔液滤失55射孔液体系①无固体清洁盐水射孔液②聚合物射孔液③油基射孔液④酸基射孔液射孔液体系①无固体清洁盐水射孔液②聚合物射孔液③油基射56第三节油气层保护一、油气层损害入井流体与储层及其流体不配伍时造成近井地带油层渗透率下降的现象。损害机理①外来流体与储层岩石矿物不配伍造成的损害；②外来流体与储层流体不配伍造成的损害；③毛细现象造成的损害；④固相颗粒堵塞引起的损害。第三节油气层保护一、油气层损害入井流体与储层及其流体不配57二、储层敏感性指储层对可能造成损害的各种因素的敏感程度储层敏感性评价：通过岩心流动实验，考察油气层岩心与各种外来流体接触后所发生的物理化学作用对岩石性质（主要是对渗透率）的影响及其影响程度。油气层敏感性评价实验速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏——“五敏实验”二、储层敏感性指储层对可能造成损害的各种因素的敏感程度储层敏58（1）速敏在钻井、油气开采、增产作业和注水等作业或生产过程中，流体与地层无任何物理和化学作用的条件下，当流体在油气层中流动时，引起油气层中微粒运移并堵塞喉道造成油气层渗透率下降的现象。速敏评价实验目的：找出由于流速作用导致微粒运移从而发生损害的临界流速，以及找出由于速敏引起的油气层损害程度。（1）速敏在钻井、油气开采、增产作业和注水等作业或生59速度敏感程度评价指标岩心速度敏感性评价图（1）速敏速度敏感程度评价指标岩心速度敏感性评价图（1）速敏60（2）水敏油气层中的粘土矿物在原始油藏条件下处于一定矿化度的环境中，当淡水进入储层时，某些粘土矿物就会发生膨胀、分散、运移，从而减小或堵塞地层孔隙和喉道，造成地层渗透率的降低，油气层的这种遇淡水后渗透率降低的现象称为水敏。水敏评价实验目的：了解粘土矿物遇淡水后的膨胀、分散、运移过程；找出发生水敏的条件及水敏引起的油气层损害程度；为各类工作液的设计提供依据。（2）水敏油气层中的粘土矿物在原始油藏条件下处于一定61主要是测定三种不同盐度（地层水、次地层水、去离子水）液体下岩心的渗透率。首先用地层水测定岩心的渗透率，然后再用次地层水测定岩心的渗透率，最后用淡水（一般为去离子水）测定岩心的渗透率，从而确定淡水引起岩心中粘土矿物的水化膨胀及造成的损害程度。岩心水敏实验曲线（2）水敏主要是测定三种不同盐度（地层水、次地层水、去离子水）62（3）盐敏在钻井、完井及其它作业中，各种工作液具有不同的矿化度，当高于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，可能引起粘土的收缩、失稳、脱落，当低于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，则可能引起粘土的膨胀和分散，这些都将导致油气层孔隙空间和喉道的缩小及堵塞，引起渗透率的下降从而损害油气层的现象。盐敏评价实验目的：找出渗透率明显下降的临界矿化度，以及由盐敏引起的油气层损害程度。（3）盐敏在钻井、完井及其它作业中，各种工作液具有不63降低矿化度的盐敏评价实验：第一级盐水为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级降低矿化度，直至注入液的矿化度接近零为止，求出的临界矿化度为Cc1。升高矿化度的盐敏评价实验：第一级盐水仍为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级升高矿化度，直至找出临界矿化度Cc2或达到工作液的最高矿化度为止。盐敏损害的入井流体有效矿化度区间（3）盐敏降低矿化度的盐敏评价实验：升高矿化度的盐敏评价实验：盐敏损害64降低矿化度的盐敏曲线升高矿化度的盐敏曲线（3）盐敏降低矿化度的盐敏曲线升高矿化度的盐敏曲线（3）盐敏65（4）碱敏地层水pH值一般呈中性或弱碱性，而大多数钻井液和水泥浆的pH值在8～12之间，当高pH值流体进入油气层后，促使粘土水化、膨胀、运移或生成沉淀物而造成的地层损害称为碱敏。碱敏评价实验目的：找出碱敏发生的条件，主要是临界pH值，以及由碱敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据。（4）碱敏地层水pH值一般呈中性或弱碱性，而大多数钻66通过注入不同pH值的地层水并测定其渗透率，根据渗透率的变化来评价碱敏损害程度，找出碱敏损害发生的条件。碱敏实验曲线（4）碱敏通过注入不同pH值的地层水并测定其渗透率，根据渗透率67（5）酸敏油气层与酸作用后引起的渗透率降低的现象。碱敏评价实验目的：酸液进入油气层后，一方面改善油气层的渗透率；另一方面又与油气层中的矿物及地层流体反应产生沉淀并堵塞油气层的孔喉。因此，酸敏评价实验的本质是研究酸液与油气层的配伍性，为油气层基质酸化时确定合理的酸液配