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直(斜)井完井方式

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

直(斜)井完井方式

       目前国内外常用的完井方式有裸眼完井、套管或尾管射孔完井、割缝衬管完井以及基于防砂目的的裸眼或管内砾石充填完井。为了降低完井及开发成本以利于经济地开发低产油层,又出现了永久完井法、无油管完井法以及多油管完井法等新工艺。本节主要介绍裸眼完井法、射孔完井法、割缝衬管/筛管完井及砾石充填完井方式。

1.裸眼完井

                            裸眼完井(open hole completion)分为先期裸眼完井、复合型完井和后期裸眼完井三种方法。
       先期裸眼完成法是钻头钻至油层顶部附近后,取出钻具下套管注水泥浆固井,水泥浆从套管和井壁之间的环形空间上返至预定高度,待水泥浆凝固后,从套管中下入直径较小的钻头,钻穿水泥塞和油层,直至达到设计井深。
    对于油层较厚、油层上部有气顶或顶界附近有水层时,此时可以将生产套管下过油气界面,用以封隔上部的气顶,然后下部裸眼完成,必要时可以再将上部的含油段射开。这种类型的完井称为复合型完井法。
    后期裸眼完井是当钻头钻至油层顶部附近后,不用更换钻头,用同一尺寸的钻头钻穿油气层直至设计井深,然后下套管至油气层顶部,注水泥固井。为了防止固井时水泥浆损害套管鞋以下的油层,通常在油层段垫砂或替入低失水、高粘度的钻井液,防止水泥浆下沉。
       裸眼完井方式的主要优点是产层完全裸露,产层具有最大的渗流面积,流线平直,符合平面径向渗流规律,这种井称为水动力学完善井,其产能较高。此外,由于井底没有任何设备,也不需要诸如射孔、砾石充填等工序,因此工艺简便,成本低,完井速度快。
与后期裸眼井完井方式相比,先期裸眼完井还具有下述优点:
(1)先期完井由于在钻开之前已经完成了固井工序,因此在起钻、下套管、挤水泥浆期间,泥浆对产层没有任何影响。即缩短了泥浆对产层的浸泡时间;
(2)消除了高压油气对固井的影响,有利于提高固井质量;
(3)钻开产层时已经排除了上部地层的干扰,为采用清水或其他符合产层特性的优质钻井液打开产层或采用平衡钻井创造了良好条件。
应当注意:在地质情况不甚清楚的探区先期完井时,如果未能弄清油层部位,则有可能无法保证刚好将套管下至产层顶部。套管下得过高,封不住上部坍塌地层,给今后的油井开采带来困难;下得太低,一旦钻开油层,则等于后期完成,还有可能造成井喷事故。可见,先期完成最重要的是弄清层位,卡准套管下入深度,确保套管下至产层顶部。目前,后期裸眼井完井在现场中已经很少使用,它仅限于地层情况了解不够的探区。
裸眼完井方式存在如下主要缺点:
(1)不能克服井壁坍塌和油层出砂问题;
(2)不能克服整个生产层内不同压力油、气、水小层之间的相互干扰;
(3)不能进行选择性酸化或压裂等分层作业;
(4)不能实现分层开采和控制;
(5)先期裸眼完井法在下套管固井时不能全部掌握产层的真实资料,继续钻进时如遇特殊情况容易给钻进造成波动。
因此,裸眼完井仅能适用于岩层坚硬致密,无含水夹层,无易坍塌夹层的单一油气层或一些油气层性质相同、压力相似的多层油气层。因裸眼完井方式难以进行增产措施、控制底水锥进和堵水,现多转变为套管射孔完井。

2.射孔完井

射孔完井(perforated completion)是国内外应用最为广泛的一种完井方式,包括套管射孔完井和尾管射孔完井。
套管射孔完井(图10-4)是先钻开油层至设计井深,将油层套管下至油层底部注水泥固井,然后再下入射孔枪对准产层进行射孔,射孔弹射穿套管、水泥环并穿透油层一定深度,建立起油流入井通道。
尾管射孔完井(图10-5)是在钻头钻至油层顶界后,下套管注水泥固井,然后下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套管上,再对尾管进行注水泥固井,然后实施射孔。
尾管射孔完井在钻开油层以前上部地层已被套管封固,因此,可以采用与油层配伍的钻井液,采用平衡或欠平衡的方式钻开油层,有利于保护好油层;同时此类完井可以减少套管的重量和固井水泥的用量,降低完井成本。
由于产层多数都存在层间干扰问题,加之射孔工艺技术的发展使完井的某些缺点已经得到克服。因此,目前国内外90%以上的油气井都是采用套管射孔完成,对于较深的油、气井大多采用尾管射孔完成。
射孔完井的优缺点见表10-1。
表10—1 射孔完井的优缺点
优点
①能比较有效地封隔和支撑疏松易塌的生产层。
②能比较有效地封隔和支撑含水夹层及易塌的粘土夹层,只要不射这些含水夹层和粘土夹层,就可以避免它们对生产的影响。
③能够分隔不同压力和不同特性的油气层。可以选择性地打开产层,可以分层开采、分层测试、分层增产措施等。
④可进行无油管完井及多油管完井。
⑤除裸眼完井方式外,比其它各种完井方式都经济。
缺点
①在钻井和固井过程中,产层受泥浆和水泥浆浸泡时间较长,油层易受污染。
②射孔完井是水动力学性质不完善,产层的渗流面积只是井眼孔壁面积的总和。流线在孔眼附近必然会发生弯曲、聚集,产生附加渗流阻力。
③对井深和射孔穿透深度要求严格,固井质量要求高。
④对于裂缝性油气藏,由于裂缝发育的不均匀性,孔眼与裂缝相遇的机会难以控制。

3.割缝衬管完井(slotted liner completion)

       衬管是指割缝的钢管,筛管是指在钢管上预先打孔或割缝后,再用不锈钢丝绕制的防砂管。
       衬管完井法有两种完井工序。一是用同一尺寸钻头钻穿油层后,套管柱下端连接衬管下入油层部位,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。这种完井工序的缺点是井下衬管一旦损坏就无法修理或更换,目前基本不采用。
另一种完井工序和先期裸眼井完井法相似。先钻至产层顶部,下套管注水泥固井,待水泥凝固后,再从套管中下入直径较小的钻头钻穿油、气层达设计井深。和先期裸眼完井不同的是:在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把衬管的重量悬挂在套管上,并密封套管和衬管之间的环形空间,使油气只能通过衬管上的孔眼或割缝流入井内。
采用这种完井工序的油层不会受到固井泥浆的伤害,可以采用与油层相配伍的钻井液或其他保护油层的钻井技术钻开油层。当衬管发生磨损和故障,还可以把它起出来进行修理或更换。
割缝衬管完井法是目前主要的完井方式之一。它既起到裸眼完井的作用,又防止了裸眼井壁坍塌堵塞井筒,同时在一定程度具有防砂的作用。由于这种完井方式的工艺简单,操作方便,成本低,因此在一些出砂不严重的中粗砂粒油层应用较多,特别是在水平井中使用较普遍。

4.砾石充填完井(gravel pcak completion)

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。它是人为地在衬管和井壁之间充填一定尺寸的砾石,使之起防砂和保护生产层的作用。充填砾石的方法可分为直接充填和预充填两种。
直接充填是先将绕丝筛管或衬管下入井内油层部位,然后用充填液将地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管(或衬管)与井眼或绕丝筛管与套管之间环形空间内,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、防砂入井的目的。
    预充填砾石绕丝筛管是地面预先将符合地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,将这种筛管下入井内,对准油层部位进行防砂。与砾石充填相比,使用该防砂方法的油井产能低,防砂有效期短。它不能像井下砾石充填那样,能防止油层砂进入井筒,只能是当油层砂进入井筒后阻止其不再进入油管。该方法工艺简便、成本低,在一些不具备砾石充填条件的防砂井中,仍是一种有效的方法。
       砾石充填完井一般都使用不锈钢绕丝筛管,而不使用割缝衬管,其原因是:
       (1)割缝衬管的缝口宽度受割刀强度的限制,0.5mm以下割缝宽度加工较困难,因此,它只能用于中、粗砂岩的储层防砂。绕丝筛管是由异形(三角形)不锈钢丝绕在割缝的中心衬管上进行防砂,缝隙宽度最小可达0.12mm,故其适用范围大。
    (2)绕丝筛管是由连续绕丝形成的连续缝隙,其流通面积大,流体通过筛管时几乎没有压降,且绕丝筛管的断面为外窄内宽梯形,具有一定“自洁”的功能,轻微的堵塞可被产出流体疏通,其流通面积比割缝衬管大。
    (3)绕丝筛管以不锈钢丝为原料,其耐腐蚀性强,使用寿命长。虽然成本是割缝筛管的2~3倍,但综合效益高。
砾石充填防砂的优点是能有效地把地层砂限制在产层内,从而使地层保持稳定的力学结构。并且较厚的砾石层和筛管组成的二级挡砂体系,可以非常有效地防止油层砂产出。相反,衬管/筛管完井方式由于没有砾石层,在地层疏松、流速较高及时间较长时,地层有可能垮塌,缝隙可能被完全堵死。因此,衬管/筛管完井只是一种短期防砂方法,并只适合于出砂不严重的地层和低产井。而砾石充填是一种高效、长期的防砂方法,适宜于疏松地层及高产井。当然,这种砾石充填完井,不论施工的难度和成本,都要比衬管/筛管完井高得多。
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内砾石充填两种方式。
    (1)裸眼砾石充填完井(openhole gravel pack)
在地质条件容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。其优点是渗流面积大,产量高,阻力小。充填层因扩孔厚度大,结构稳定。其缺点是工序复杂,井下滤饼使产量下降。
裸眼砾石充填完井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1.5至2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。如图8-5a所示。
(2)套管内砾石充填完井(cased hole gravel pack)
对已下套管和射开多层或薄生产层的井或要求封隔气、水夹层及易坍塌层等的井,需要采用套管内砾石充填。与裸眼井充填相比,管内充填井采油指数要低得多,为此应采用高孔密、大孔径、负压射孔。
套管内砾石充填完井的基本工序是:钻头钻穿油层至设计井深后,下油层套管于油层底部,注水泥浆固井,然后对油层部位射孔。要求采用高孔密(30孔/m左右)、大孔径(20mm左右)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。如图8-5b所示。
以上主要介绍了不同完井方式的特点及其使用条件。实际上,为了解决油层出砂问题,还可以采用金属纤维防砂筛管、陶瓷防砂筛管、多孔冶金粉末防砂筛管、多层充填井下滤砂器以及化学固砂等方法完井。
各种完井方法适用的地质条件见表10-2。
表10-2 斜(直)井各种完井方式适用的地质条件
完井方式
适用的地质条件
裸眼完井
① 岩性坚硬致密、天然裂缝发育、井壁稳定不坍塌的碳酸盐或砂岩储层
② 无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层
③ 单一储层,或压力、岩性基本一致的多层储层
④ 不准备实施分隔层段及选择性处理的储层
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 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、分层处理的储层
③ 要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层
④ 含油层段长、夹层厚度大、不适合于裸眼完井的构造复杂的油气藏
割缝衬管完井
① 无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层
② 单一厚储层,或压力、岩性基本一致的多层储层
③ 不准备实施分隔层段及选择性处理的储层
④ 岩性较为疏松的中、粗砂粒储层
裸眼砾石充填
① 无气顶、无底水、无含水夹层的储层
② 单一厚储层,或压力、岩性基本一致的多层储层
③ 不准备实施分隔层段及选择性处理的储层
④ 岩性疏松且出砂严重的中、粗、细砂粒储层
管内砾石充填
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 各分层之间存在压力、岩性等差异,因而要求实施选择性处理的储
③ 岩性疏松且出砂严重的中、粗、细砂粒储层
复合型完井
① 岩性坚硬致密,井壁稳定不坍塌的储层
② 裸眼井段内无含水夹层及易塌夹层的储层
③ 单一厚储层,或压力、岩性基本一致的多层储层
④ 不准备实施分隔层段及选择性处理的储层
⑤ 有气顶或储层顶界附近有高压水层,但无底水的储层

 

 

 

 


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