完井方式选择

第3节完井方式的选择

一、完井方式的分类二、完井方式需要考虑的主要因素三、完井方法选择依据四、完井方法选择的原那么与思路五、直〔定向〕井完井方式选择〔一〕砂岩油气藏〔二〕碳酸岩油气藏〔三〕火成岩、变质岩等油气藏六、水平井完井方式的选择七、实例分析第3节完井方式的选择第一章已阐述完井方式选择必须依据油田地质和油藏工程的特点。上一节给出具体各类完井方式及其特点。本节从另一个角度，从直井〔定向井〕及水平井两大类型的完井类型出发，结合油田地质和油藏工程的特点，就某些问题论述完井方式选择。下面简要回忆一下完井方式的分类。一、完井方式的分类按照钻井后井眼是否裸露，可将完井方法分为两大类：射孔系列完井和裸眼系列完井

.裸眼系列完井射孔系列完井1、裸眼完井1、射孔完井2、割缝衬管完井2、射孔套管内下绕丝筛管完井3、带管外封隔器的割缝衬管完井3、射孔套管内下预充填砾石筛管完井4、绕丝筛管完井4、射孔套管内金属纤维筛管完井5、贯眼套管完井5、射孔套管内井下砾石充填完井6、裸眼预充填砾石筛管完井

7、裸眼金属纤维筛管完井

8、裸眼井下砾石充填完井

二、完井方式需要考虑的主要因素三、完井方法选择依据完井方法的选择是一项复杂的系统工程，需要综合考虑各方面的因素。如油、气藏类型、岩性不同，所选的完井方法就不同。即使在同一油、气藏中，井所处的地理位置不同，所选完井方法也可能有差异。完井方法选择必须依据油、气田地质和油藏工程特点，同时要考虑到采油〔采气〕工程技术要求，要有预见性。下面我们就从：1、生产过程中井眼是否稳定、2、生产过程中地层是否出砂、3、油田地质特性及油藏工程条件和4、采油工程措施等几个方面进行讲解。油田地质的主要研究内容是：构造特征、储层特征、储集空间、流体分布、流体性质、渗流特性、压力和温度、驱动能量和驱动类型、油藏类型、储量计算和地质建模。1、井眼力学的稳定性井眼的稳定性受化学和力学稳定性的综合影响。1〕化学稳定性指油、气层是否含有膨胀性强、容易坍塌的粘土夹层、石膏层和盐岩层。这些夹层在开采过程中遇水后极易膨胀和发生塑性蠕动，从而导致油、气层失去支撑而垮塌；2〕井眼的力学稳定性问题，通过研究在生产过程中井壁岩石所受的剪切应力与岩石抗剪切强度的关系，选择是否采用支撑井壁的完井方式。1、井眼力学的稳定性力学稳定性判别方法有两种，一种是忽略中间主应力的Mohr-Coulumb剪切破坏理论，另一种是考虑中间主应力的Von.Mises剪切破坏理论。按着这两种剪切破坏理论，计算井壁岩石的最大剪应力，如果最大剪应力大于井壁的岩石强度，说明井眼不稳定，可能发生坍塌，不能采用裸眼的完井方式。反之，那么可以采用裸眼完井方式。一般情况下两种理论判断出的结果是一致的，当发生矛盾时，建议采用Von.Mises剪切破坏理论来判断井眼的稳定性。注意：具体的计算过程，岩石力学里面有详细的论述，这里不展开讲。2、生产过程中地层出砂的判断油气井出砂会造成井下设备、地面设备和工具的磨蚀和损害，也会造成井眼的堵塞，降低油气井产量或者被迫停产。因此弄清油气井出砂机理及正确的判断地层是否出砂，对于选择合理的防砂完井方式及搞好油气田开发开采是非常重要的。2、生产过程中地层出砂的判断1〕出砂机理及其影响因素分析地层出砂可分为两种，一种是地层中的游离砂，一种是地层中的骨架砂。以前一些防砂的理论主要针对地层中的游离砂，防砂设计也是为了阻挡地层中的游离砂产出来。近年来随着技术的进步和认识的深化，人们的看法有了较大的转变，认为地层产出游离砂并不可怕，反而能疏通地层孔隙喉道，对于提高油气井产量有利。真正要防的地层的骨架出砂，因为一旦地层骨架出砂，可能导致地层的坍塌，使油气井报废。2、生产过程中地层出砂的判断而影响地层出砂的因素归纳起来主要有以下六个方面：序号影响因素原因1地层岩石强度一般来讲，地层岩石的强度越低，地层出砂的可能性越大2地层压力的衰减随着地层压力的下降，井壁岩石所受的应力就会增大，地层出砂的可能性就会随着增大3生产压差一般来说，生产压差越大地层出砂的可能性越大。4地层是否出水和含水率大小生产中，随着地层的出水和含水率的上升，地层就越可能出砂5地层流体粘度地层流体粘度越大，出砂的可能性也就越大6不适当的措施或管理不适当的增产措施或管理都会造成地层出砂2、生产过程中地层出砂的判断2〕生产过程中地层出砂的判别方法生产过程中地层出砂的判断就是判断完井时是否要采用防砂完井。其判断方法主要有现场观测法、经验法及力学计算法等。值得一提的是，西南石油学院03级硕士研究生曾文广同学，他提出了一种对各种判断方法进行综合加权判别的方法，进一步保证了出砂判断结果的准确性和可靠度。参考文献：曾文广，西南石油学院硕士论文，2005.62〕生产过程中地层出砂的判别方法〔1〕观察法▲岩心观察疏松岩石用常规取心工具收获率低，很容易将岩心从取心筒中拿出或岩心易从取心筒中脱落；用肉眼观察、手触等方法判断时，疏松岩石或低强度岩石往往一触即碎、或停放数日自行破碎、或在岩心上用指甲能刻痕；对岩心浸水或盐水，岩心易破碎。如有上述现象，那么说明生产过程中地层易出砂。▲邻井状态同一油气藏中，临井生产过程中出砂，本井出砂的可能性大。▲DST测试如果DST测试期间油气井出砂〔甚至严重出砂〕，说明生产过程中地层易出砂；如果未见出砂，但应该仔细检查井下钻具和工具，看看在接箍台阶等处是否附有砂粒等，说明生产过程中地层易出砂。2〕生产过程中地层出砂的判别方法〔2〕经验方法▲声波时差法一般的，声波时差295s/m时，地层容易出砂。▲G/Cb法根据力学性质测井所求得的地层岩石剪切模量G和岩石体积压缩系数Cb，可以计算G/Cb值。当G/Cb3.8107MPa2时，油气井不出砂；当G/Cb3.3107MPa2时，油气井要出砂。〔3〕其他方法力学计算方法、综合加权系数法等，这些内容同学们可以参考相关文献。3、油藏工程条件和采油工程技术要求气顶、底水控制不论砂岩或碳酸盐岩油气田都存在气顶和底水控制问题，有的油藏可能同时存在气顶、底水，或者仅有气顶或底水，完井时必须充分考虑如何发挥气顶和底水的有利作用，同时又要能有效地控制其不利因素。防腐硫化氢（H2S）或二氧化碳（CO2）含量较高的天然气井，应考虑使用防腐套管和油管，完井时应下永久封隔器，防止腐蚀性气体进入油、套管环形空间。有的油田地层水矿化度很高，如中原油田的地层水高达20～30万mg/L，塔里木东河塘砂岩地层水矿化度达20～26万mg/L。这些高矿化度地层水对套管腐蚀严重，完井时必须采用防腐套管，同时应下永久封隔器，开采时采取相适应的防腐措施保护套管。层间差异大小主要指渗透率差异和压力差异。油层与气层渗透率差异和压力差异的划分标准略有区别。凡是层间差异不大的多储层，在选择完井方法时，可按一层来处理；否则，需按多层处理。3、油藏工程条件和采油工程技术要求注水我国的砂岩油田主要是陆相沉积，其特点是层系多、薄互层多，低渗透油层占有不小比例，油层压力普遍偏低。油田大多采用早期注水开发，而且是多套层系同井开采，所以常采用分层注水工艺。由于注水贯穿于油田开发的全过程，特别是深井低渗透油层其注水压力较高（注水压力接近油层破裂压力）。因此，在选择完井方法时，不仅要求能分隔层段，而且还应保证注水井在长期承受高压下正常工作。注水井一般采用射孔完井方法。压裂、酸化砂岩地层大多需要压裂投产或者注水开发后压裂增产，又因为层系多需要采取分层压裂。在从油管注压裂液时，由于排量大摩阻高，因而施工压力高，在选择完井方法时只能选择套管射孔完成。对于碳酸盐岩，不论是裂缝性还是孔隙性地层，大多需要进行常规酸化投产，有时还需要进行大型酸化、酸压，因此必须采用套管射孔完成。3、油藏工程条件和采油工程技术要求注蒸气热稠油，特别是特稠油和超稠油，因地下粘度高，油几乎不能流动，用常规方法无法开采，必须热采。当前世界各国主要使用注蒸汽热采。由于稠油层大多为粘土或原油胶结，油层极易出砂，因而需要考虑防砂的问题。大厚稠油层，若无气顶、底水、夹层水，可采用裸眼砾石充填完井。但另一方面，大厚油层裸眼完成难以调整吸气剖面，采用裸眼完井应慎重考虑。一般来说，多采用套管射孔并在管内砾石充填完井。防砂若判定油层生产时会出砂，则应选择防砂型完井方法。一般情况下，厚油层、无气顶、无底水时，可采用裸眼或套管射孔完井防砂。薄层或薄互层则应采用套管射孔完井防砂。根据出砂程度和砂粒直径的大小可选择不同的防砂方法。如果地层出砂对粗砂地层，可用割缝衬管完井；对中、细砂粒的地层，可用绕丝筛管完井；而对细砂和粉砂地层，可用井下砾石充填完井、预充填砾石筛管完井及金属纤维防砂筛管完井、多孔冶金粉末防砂筛管完井、多层充填井下滤砂器完井等。四、完井方法选择的原那么与思路根据井眼稳定性判据，从大的方面选择是否采用能支撑井壁的完井方法根据地层出砂判据，从大的方面选择是否采用防砂型的完井方法根据油气藏类型、油气层特性和工程技术及措施要求等几方面的因素，从流程图初步选择完井方法；选出的完井方法可能有几种针对初选的几种完井方法，对每一种完井方法的完井产能进行预测根据每一种完井方法的完井产能预测结果，再进行单井动态分析根据单井动态分析，结合钻井、完井投入与生产的收益进行经济效益评价，最终优选出经济效益最佳的完井方法五、直〔定向〕井完井方式选择直井完井方式是国内外完井根本方式，今后也将会如此。由于直井完井适应范围广、工艺技术简单、建井周期短、造价低，所以这井完井得到广泛的应用。按地层岩性可分为砂岩、碳酸盐岩和其他岩性3大类不同油气藏类型，由于他们各自的地层特点，决定了其完井方式的选择有着不同的依据。下面我们就分别对这三种不同类型的油气藏类型进行阐述：〔一〕砂岩油气藏1、油藏类型——形状〔从形状来分析〕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，原油性质和压力系统等大致一致，因而完井方式无须作特殊考虑。▲层状油藏，特别是多套层系同井合采时，就应认真考虑〔各层系间压力、产量差异〕，在此根底上选择适宜的完井方式。●假设产层之间压力差异不大，那么可同并合采；●假设产层之间压力差异大，高压层的油将向低压层灌，多套层系合采的产量反而低于单套层系的产量，在这种情况下，即应按单套层系开采；但有时单套层系的储量丰度又缺乏以单独开采，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。1、具有统一油水界面的块状油藏，2、多油水系统的层状油藏；3、储层呈零星分布的岩性油藏。〔一〕砂岩油气藏2、油藏类型——原油的粘度〔从粘度来分析〕砂岩油藏从原油粘度来分，可分常规〔稀〕油藏、稠油油藏。陆相沉积地层的特点是层系多，渗透率偏低，而且地层能量低。①砂岩稀油油藏，宜采用套管射孔完成这类油藏一方面大多需要注水，补充地层能量开发，而且多套层系都要进行压裂增产措施；这是因为裸眼或割缝衬管完井都无法分层注水或分层压裂。〔一〕砂岩油气藏②砂岩稠油油藏，宜采用具有防砂措施的射孔完井▲砂岩稠油油藏油层大多胶结疏松，生产过程大多出砂，因而必须采取防砂措施。▲砂岩普通稠油大多采用注水开发〔如胜利孤岛、孤东〕。采用套管射孔完井即能分层控制。此外必须强调的是稠油井应采用大直径套管，套管直径不小于7in。因为稠油粘度大，流动阻力大，采用大直径套管才能下大直径油管。③特、超稠油藏，宜采用射孔完井这类油藏都是采用注蒸汽开采。〔一〕砂岩油气藏④

小结〔一〕砂岩油气藏砂岩油气藏完井方式选择综合图〔二〕碳酸岩油气藏参考文献：熊友明潘迎德，碳酸盐岩及特殊岩性地层完井方式的选择，《石油钻探技术》1、碳酸盐岩层主要完井方式目前，碳酸盐岩层已成为我国油气的主要产层之一，其完井方式的选择也日益受到重视，调查说明，国内外在碳酸盐岩油气层中主要采用如下四种完井方式：▲套管射孔完井；▲裸眼完井；▲割缝衬管〔或割缝套管、贯眼套管〕完井；▲尾管射孔完井。2、碳酸盐岩层完井方式的选择依据1〕目的层▲如果是孔隙型碳酸盐岩油气层，由于渗透率低，碳酸岩油藏不管有无气顶、底水，都要选择能采用压裂酸化增产措施的套管或尾管射孔完井。▲如果是裂缝型碳酸盐岩油气层，可以根据有无气顶、底水情况，选择套管或尾管射孔完井及裸眼完井，有时也可选择衬管完井。2、碳酸盐岩层完井方式的选择依据2〕油气产量◆对高产气井，可采用裸眼或衬管完井；如果采用射孔完井，那么必须是在大直径的套管〔≥φ177.8mm〕内射孔。◆对高产油井也同样考虑，否那么将会给今后采油工作带来诸多不便。例如，在φ127mm套管〔尾管〕内射孔完井后，一般只能下φ57mm〔泵筒外径φ89.5mm〕管式泵抽油，而下φ70mm〔泵筒外径φ107mm〕管式泵抽油就比较勉强。在采用φ57mm的管式泵抽油时，由于泵的理论排量仅42-212t/d，再考虑到泵效不高，将不能满足高产的需要。在油田开发的后期，由于含水率较高，其限产作用会更为强烈。◆对低产油气井，原那么上采用射孔完成，主要是考虑到今后要采用增产措施。2、碳酸盐岩层完井方式的选择依据3〕地层压力和渗透率▲高压高渗地层的流动性好、供液能力强，选择完井方式余地较大；▲而低压低渗地层的流动性差、供液能力弱。要考虑到今后是否采用增产措施而选择合理的完井方式。4〕目的层上下气顶和底水对于有气顶、底水的油层，在选择完井方式时要考虑避开气顶、底水。对有底水的气层，也要考虑避开底水。2、碳酸盐岩层完井方式的选择依据5〕泥岩、页岩夹层对具有泥岩、页岩夹层的目的层，一般应采用射孔完成。在钻开油层和固井、完井时，必须考虑抑制泥岩、页岩夹层的水化膨胀问题。否那么，将易引起井塌，或者在泥岩、页岩夹层水化膨胀后裂缝型产层受到压缩作用从而使裂缝闭合，最终限制产量〔实际上，这也是一种严重的地层损害，必须引起高度重视〕。6〕深井或高破裂压力井对深井或高破裂压力井，一般应采用射孔完井，而且还应加大生产套管的直径，以便下入较大直径的油管。这样有利于减少水力压裂时井筒的摩阻，有利于在压裂时压开产层。某些深井或高破裂压力井，在压裂时往往压不开产层，其原因之一就是套管尺寸太小、井筒摩阻太大。3、碳酸盐岩层完井方式的选择方法完井方式适用条件套管或尾管射孔完井①有气顶或有底水或有含水夹层及易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层；②储层各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施分层测试、分层采油、分层注水、分层处理；③要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层。裸眼完井①岩性坚硬致密，井眼稳定不坍塌的碳酸盐岩储层；②储层无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层；③单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层；④不准备实施分隔层段，要求选择性处理的储层。衬管完井①储层无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层；②单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多储层；③不准备实施分隔层段，要求选择性处理的储层1〕各种完井方式适用的条件3、碳酸盐岩层完井方式的选择方法2〕完井方式选择推荐程序通过理论研究和现场实践，提出碳酸盐岩油气层完井方式选择流程。3、碳酸盐岩层完井方式的选择方法碳酸盐岩油气层完井方式选择的推荐做法：◆碳酸盐岩油气层大多不存在出砂问题，并且多为稀油和天然气藏，可以不考虑防砂和热采问题。可按渗流特征分孔隙性地层和裂缝性地层来选择完井方式。特别的，对孔隙性地层，在开采过程中一般要采取增产措施，所以原那么上都要选择套管〔或尾管〕射孔完井。◆在油井完井时应根据有无气顶和底水考虑控制和利用气顶和底水的问题。天然气井应考虑底水问题。对裂缝性碳酸盐岩地层，既可选择套管射孔完井也可选择裸眼完井或衬管完井，可视具体情况取舍。〔三〕火成岩、变质岩等油气藏变质岩〔如片麻岩〕、喷发岩〔如火山岩〕、花岗岩等特殊岩性地层与碳酸盐岩地层类似，其常用完井方式仍然是套管射孔和裸眼完井两类。根据有无气顶、底水情况及离开气顶、底水的距离，选择适宜的避射高度。其完井方式可按图2所示的推荐程序进行选择。六、水平井完井方式的选择水平井有增加泄油面积，降低生产压差，提高单井产量和提高最终采收率的作用。在控制油层出砂和底水锥进方面优于其它类型井，对低渗、稠油开采和热采热注都有明显效果。完井可分为裸眼、衬管、套管固井、防砂、管外封隔器等几种不同类型的完井。不同油气田应依据其特点选择最正确完井方法满足生产需要。1、水平井完井方式选择的根本原那么由于油气田的构造形态和层位分布不同，采用哪种完井方法应视总体开发方案和经济评价确定。水平井段长短、穿越层位的岩性差异程度、穿越单一厚度与穿越多组油气层进行开采，完井技术那么不相同。水平井生产完井方案要与钻井方案紧密结合，完井时要充分考虑油气田生产特点，结合开发方案要求，预先做好生产完井设计。水平井完井方式选择的根本原那么为：◆水平段完井应能最大限度发挥产能，到达高效开采目的；◆有效防止井壁垮塌，对胶结疏松的砂岩油层需进行有效防砂；◆有利于分层开采。对穿越复杂带层段的油井，完井时应实施有效分隔，有利于今后控制；◆分采或封堵；◆便于修井作业时管柱或连续油管重新进入施工；◆永久性完井工具应能满足长期生产的要求。2、水平井完井方式分类水平井完井完井方式长曲率半径中曲率半径短曲率半径裸眼完井√√√割缝衬管完井√√射孔完井√√砾石充填完井√√√管外封隔器完井√√3、水平井完井方式选择的流程图七、实例分析南海某油田A13水平井采用预制