国内外油气井完井技术进展

国内外油气井完井技术进展

井设计是连接钻头和采井工程的相对独立项目。它也是设计、地质和开发的中心关键。完井设计水平的高低和完井施工质量的优劣,对油气井生产能否达到预期指标和油田开发的经济效益有决定性的影响。近十多年来,国内外完井均有了较快发展,并已发展成为独立的学科。除常规井完井技术日益完善外,其他特殊井完井也得到了很大发展,如水平井完井、复杂地质条件下的完井、小井眼完井、分支井完井、深井超深井完井、智能完井等。为了适应采油、采气的要求,保护好储层,尽可能延长油气井的寿命,必须重视完井工艺技术。一、油气井的完井技术完井技术是直接影响油气井开发效益的关键技术,直接关系到油气勘探开发的效果和经济效益。一口井完井方式的选择是否合理,直接关系到该口井今后的开发、开采能否顺利进行。实践表明,采用与油气田地质条件、流体性质合适的完井方法,不仅能显著提高油气井的生产能力,科学合理地开发油气田,同时还能降低油气的直接开采成本,延长油气井寿命,真正做到“少投入、多产出”。选择一个油气田合适的完井方式,必须在充分掌握其地质特点、地层流体性质、开采技术水平等诸多条件下,应用先进的完井系统设计软件,进行综合优化设计,提出科学合理的完井方法。二、油气完井技术近年来国外随着钻完井技术的不断发展,以及原油价格的不断上涨,为了最大限度地开发油气资源,相继研究开发了多种先进的完井工具及仪器,形成了如膨胀管完井、分支井完井以及智能完井等完井新技术。1.基于软件模拟的油气井底连通国外在常规直井完井方面的技术已基本成熟,完井方式根据油藏的地质条件、储层类型及产层岩石特性可分为裸眼完井、射孔完井、防砂完井、混合型完井等。为选择合理的完井方法使完井最优化,国外一般应用软件模拟技术对完井技术进行优化选择,可根据不同的储集层类型、地层岩性、油层物性、开采方式、经济指标等多项特性进行综合分析,并以保护油气层,达到最大采出程度的采油速度为目的。通过软件模拟,有针对性地选择裸眼、衬管、注水泥射孔、砾石充填、提拉预应力等十多种完井方法,实现了合理的油层与井底连通方式,大大提高了产量,延长了油气井的寿命。近年来,随着完井技术向科学化、系统化的方向发展,国外对完井技术有了新的研究和发展。如阿联酋阿布托比海洋作业公司实施的双层分层完井工艺就是一个例证。这种“新型管流式”完井由于应用了双流总成,已证明更易于实施和修复,也更容易排除故障,不需要进行钢丝绳作业。“新型管流式”完井已解决了刺伤问题和用钢丝绳下永久性封隔器的问题,这种完井方式将在生产中得到广泛应用。2.做好完井设计水平井是提高油田开发效益的有效方式,尤其是对低压低渗低产、边底水油藏和稠油油藏开发效果更加明显。国外现有的水平井完井方式大致可以分为五种类型:裸眼完井、割缝衬管完井、砾石充填完井、封隔器完井、注水泥射孔完井。其中前三种也称为非选择性完井方法,后两种称为选择性完井方法。在进行完井设计时,要根据井眼类型、地层特点、胶结程度和油气层特点等来确定该使用哪种完井方法。对于以基岩渗透率为主的系统,主要了解渗透率的各向异性、砂岩/页岩序列和层界面位置及压力剖面,采用注水泥射孔的方法;对于有气顶或含水层的井,要确定液体界面的位置,确定地层与井眼的连通渠道,并用水泥进行封隔;在未固结砂岩中完井必须考虑井眼的稳定性、岩屑运移、钻井液替换和使地层损害最小等问题,在未固结砂岩地层中可以考虑用预充填筛网防砂。3.进行工艺、技术或装备上的改进由于小井眼井眼直径小,井眼内下入的套管尺寸和层数受到严格限制,完井方法选择的灵活性受到制约。许多在常规井中应用的完井方法完全不能使用或使用受到限制,必须进行工艺、技术或装备上的改进。小井眼的完井方式也包括裸眼完井、尾管注水泥完井和割缝衬管完井(砾石充填)等。应用时基本按常规井的完井方法进行,只是井眼及套管尺寸有所不同。壳牌公司和其他公司采用了一种单筒完井技术,其主要特点是生产油管的直径等于或大于生产尾管的直径。它的最大优点是不用钻机就能有效地进行油井修理作业,使油井更易管理。壳牌公司等选择以∅88.9生产油管作为小井眼单筒完井的基本形式,这样便于和通用的各种井下工具配套。4.套管及油管的设计由于深井、超深井地质情况复杂,风险大,成本高。对于深井超深井完井来说,很重要的一个方面是套管程序设计。由于深井穿过的地层层数多,井眼长度大,可能出现很多难以预料的情况。深井技术套管下入的深度是一个比较复杂而且很重要的问题,特别是最后一层套管或尾管的下入,可能会遇到很多问题,国外在套管程序设计方面的研究很充分,有一套比较成熟的套管程序设计原则和方法。高温高压井的完井包括了高风险和高成本作业,高温高压井完井的风险和效率决定了需要考虑的问题和投资。国外深井超深井大多数油井是根据套管和油管的设计来选择完井设计的,需要考虑的设计方案要解决高温高压对井下设备的不利影响。国外在适应高温高压的完井工具方面进行了深入研究,贝克休斯石油工具公司通过与油公司密切合作填补了这项技术空白,贝克石油工具公司的航海R&E实验室研制了可以适应压力高达207MPa、温度高达360℃环境的完井工具。5.欠平衡完井技术欠平衡钻井技术作为一项减少储层损害、提高油气井产能以及解决常规钻井技术出现的钻速低、井漏、压差卡钻等问题的有效手段,越来越得到石油界的普遍重视。欠平衡完井技术是欠平衡钻井技术的延伸,是在欠平衡状态下采取的一种新的完井方法,它可以使流体损失降低到最小程度,并能减少地层损害及改善油气井产能。国外欠平衡钻井的完井方式76%采用裸眼完井,21%的井采用筛管完井,仅有3%的井采用固井完井,而国内除少数井外基本采用固井完井。随着保护油气层、降低地层伤害意识的不断加强,欠平衡钻井技术的不断发展和应用范围的不断扩大,欠平衡完井技术必将得到长足的发展和广泛应用。6.采用快速膨胀管由于深水油田开发中的防砂问题越来越严重,所以近年来可膨胀防砂筛管技术发展速度很快。贝克石油工具公司开发的快速膨胀防砂筛管,使用穿孔技术而不是割缝技术,从而提高了管材的抗挤压能力和可靠性。新筛管附有四层防砂材料,包括三层滤层和一层外保护层,其过滤能力提高一倍以上。新筛管系统首先用于印度尼西亚的海上油田,产层特性需要防砂和防水锥。使用快速膨胀防砂筛管与标准砾石充填相比增加了油藏产量。哈里伯顿能源服务公司利用实体膨胀管建大位移井取得成功;贝克石油工具公司利用膨胀管技术完成了10口多分支井的6级完井。斯伦贝谢等技术服务公司也利用膨胀管技术进行过多分支井的6级完井;贝克工具公司在俄克拉何马州南部已损坏的∅177.8套管内成功地安装了205.7m长的膨胀管,修复后油井的增产效果明显;威德福公司研制出一种高柔曲性旋转扩管系统,把上提和下压扩管改为旋转扩管,降低了90%的扩管力;Enventure全球技术公司进行了膨胀管穿过套管磨铣窗口的室内和现场试验并取得成功。7.高级智能完井系统智能完井系统也称作智能井,是一种能在多层段、多分支油井中从地面控制、分析、管理油井的完井系统。该系统的主要特点是对多层和多分支井能够进行分层地面遥测遥控。从而使测量更精确,油井管理更科学,并减少了作业次数。在油田开发中,由于存在许多不确定性因素,使用智能井完井技术能够减少很多不确定性因素,达到经济开发的目的。贝克休斯工具公司研制的InCharge智能完井系统,被称为石油工业的第一套高级智能完井系统。该系统实现了完全电气化,可以进行远程实时遥控生产作业和注入管理。InCharge系统使用可变阻流器、开关控制和高精度温压传感器,对油管和环空中井底油层的实时压力、温度和流量及油井的生产管理和注入情况进行监测,对各个油层的优化生产流量进行连续的监测和控制。在一口井中,作业者可以最多监测控制12个产层,一套InCharge系统监测控制的井数最多可以达到12口。InCharge系统可以通过个人电脑进行作业控制,如对流量进行合理分配,控制气窜和水窜,对多目的层进行预完井,进行选择性投产或根据需要关闭产层。三、复杂地层井内固井技术现状国内完井技术在“七五”才开始受到重视。通过“七五”、“八五”的攻关研究,引进并消化国外的先进完井技术,掌握了各种常规油气井的完井技术,完井方法的选择可根据不同油气藏、不同井下作业及采油工艺要求定性选择完井方式。射孔工艺技术近年来进步较大,完成了射孔损害机理和优化射孔参数设计软件的研究,引进并发展了过油管负压射孔技术,采用了多相位密集装弹法,完成了新型射孔枪、弹及检测信器的研制。我国在岩心测定与分析及储层敏感性评价技术方面具备了相应的能力,一些油田还研制了适合本油田储层特性的评价标准,基本搞清了七种类型储层的损害机理,并建立了油气层损害的评价方法和标准。以保护油气层为目标的固井技术发展很快,掌握了八种类型油气藏十四种固井方法。建立了多种钻井完井液体系,大多数油田建立了四级钻井液净化装置,基本上适应了各类油气藏勘探、钻井、开发的要求。由于各种原因,我国在完井技术方面仍是一个相当薄弱的环节,没有形成系统,各个单项工程联系不紧密,完井的新概念没有被大多数人所接受。完井技术的整体水平与国外相比还有很大差距,主要表现在以下几个方面:1.不同类型油气藏完井方式选择虽然我国可根据不同油气藏、不同井下作业及采油工艺要求定性选择完井方式,但是仍没有上升至定量选择的程度。许多油田在完井方法选择上仍只凭经验,给后续作业带来不少的问题。2.水平井完井技术国内经过“八五”及“九五”的研究、试验和推广应用,水平井技术不断提高,它已成为新油田开发、老油田挖潜及提高采收率的重要技术。油藏类型也从单一的砂砾岩稠油油藏扩大到非稠油的边底水断块油藏、裂缝性油藏、整装高含水油藏、地层不整合油藏和低渗透油藏等,从老油田挖潜转向新区产能建设和老区调整。国内由于受工艺和其他技术方面的影响,在实际操作中往往偏重于工艺的熟练程度,而对完井方式与油藏适应性考虑不够,绝大多数井还是采用固井射孔完井,占总完井数的90%以上。单一的完井方式不利于复杂油气藏提高产能和采收率,很多水平井在完井后产生了许多复杂情况,有的井在很短的时间内就不能使用。目前国内多采用射孔后管内悬挂滤砂管防砂,防砂方式单一,而国外多采用水平井裸眼砾石充填或管内砾石充填防砂,后者防砂效果好,工作寿命长。3.小井眼完井技术我国曾在上个世纪60年代末和70年代初钻过约800多口小井眼井,但是由于修井和采油设备跟不上等原因,后来就停止了有关小眼井的钻井和研究等工作。目前,小井眼技术尚未配套,有些技术特别是完井和采油技术需要研究解决的问题还比较多,例如,如何选择合适的完井方法以确保后期作业的修井作业,如何保证小井眼井的固井质量等。小井眼井钻井导致套管和井壁间的环空间隙小,水泥浆流动阻力大,固井施工时压力高,易发生井漏,顶替效率低,水泥环薄却必须满足后续作业如压裂、酸化施工的冲击问题等,为小井眼固井技术提出了新的挑战。4.复杂地质条件下的固井技术国内复杂地质条件一般包括诸如山前构造、高陡构造、难钻地层、多压力系统及不稳定岩层等,有些地层也存在高压高温效应等。这些井固井难点主要为地层压力大、温度高,钻遇的地层压力系统复杂,岩性变化大,井眼深,对固井工艺、固井材料、水泥浆性能等方面提出了更高的要求。由于上述原因,使固井质量往往难以达到理想的效果。国内的处理剂性能很难满足这些复杂井固井的要求,有些井不得不引入国外的外加剂,虽然固井质量有所提高,但也使成本大面大大增加。5.与欠平衡钻井技术配套的完井技术通过近几年的研究与发展,空气钻井、天然气钻井、泡沬流体等欠平衡钻井技术已基本成熟,国内目前可以根据不同的油气藏性质,有针对性地选择欠平衡钻井技术,但是与之相配套的完井技术还不能适应勘探与生产的需要,主要配套技术包括:欠平衡钻井条件下的完井技术,欠平衡钻井条件下的固井技术,欠平衡钻井条件下的取心技术、试油试气技术,欠平衡钻井条件下的录测井技术等。只有通过对上述技术的研究,形成与欠平衡钻井技术配套的完井技术,才能高效地开发低压低产油气田,充分发挥欠平衡钻井的技术优势。6.高含硫气田固井完井配套技术高含硫气田的有效开发与高含硫条件下的固井完井配套技术的同步发展密不可分。西南油气田分公司的罗家寨、渡口河等气田就是高含硫气田。由于H2S的腐蚀作用,给完井工程带来了很多需要解决的技术难题,如果不能很好解决这些问题,这些气田就很难有效开发。这些技术研究的最终目的是提高气井及生产管柱防止硫化氢腐蚀的能力,增加气井的生产寿命,降低开发成本,提高开发效益。四、、完善水平井、水井、井间控制由于国内在完井方面存在的以上不足,在一定程度上制约了钻井新技术的发展,也影响了我国油气资源的经济有效开发。为了提高我国的完井工艺技术水平,很有必要跟踪研究国内外先进的完井技术,发现国内的差距,引进并消化吸收适用于我国油气藏勘探开发的先进完井新技术,充分发挥不同井型的优势,提高油层采收率,为此很有必要开展以下几方面的研究工作:1.适应不同储层合理的完井方式选择目前,国内目前完井方式的选择主要是根据经验或对油气藏的定性认识分析来选择完井方式和进行完井设计。由于没有关于完井方式各种因素影响的定量化判断指标、无系统化科学化的完井方式选择方法及完井设计方法,造成不少气井因完井方式选择不当或设计不合理而严重出砂、井壁垮塌或套管腐蚀破环,严重地影响气井正常生产。2.复杂水平井完井技术我国水平井钻井技术取得了很大成就,现在可以钻各种类型的水平井。但是,水平井完井技术却大大落后于钻井技术的发展,水平井完井技术限制了水平井在勘探开发中的应用。因此,水平井应更加重视完井方式的优选,从完井方式对油藏的适