[科普中國(guó)]-完井

基本介紹

完井（well completion） 鉆井工程的最后環(huán)節(jié)。在石油開采中，油、氣井完井包括鉆開油層，完井方法的選擇和固井、射孔作業(yè)等。對(duì)低滲透率的生產(chǎn)層或受到泥漿嚴(yán)重污染時(shí)，還需進(jìn)行酸化處理、水力壓裂等增產(chǎn)措施，才能算完井。

任務(wù)完井的主要任務(wù)是使井眼與儲(chǔ)集層有良好的連通，使井能高產(chǎn)，同時(shí)保持井眼的長(zhǎng)期穩(wěn)定，使井能穩(wěn)產(chǎn)較長(zhǎng)一段時(shí)間。1

基本要求對(duì)完井的基本要求是：

1）最大限度地保護(hù)儲(chǔ)集層，防止對(duì)儲(chǔ)集層造成傷害。

2）減少油氣流進(jìn)入井筒時(shí)的流動(dòng)阻力。

3）能有效地封隔油氣水層，防止各層之間的互相干擾。

4）克服井塌或產(chǎn)層出砂，保障油氣井長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)，延長(zhǎng)井的壽命.

5）可以實(shí)施注水、壓裂、酸化等增產(chǎn)措施。

6）工藝簡(jiǎn)單、成本低。1

主要內(nèi)容完井的工藝內(nèi)容主要包括：鉆開生產(chǎn)層、連通井眼和生產(chǎn)層（即完井方法，包括下套管、固井、射孔的全部工藝過程或是一下篩管、礫石充填的工藝過程）、安裝井口裝置、試采等。這些工藝過程分別由不同的生產(chǎn)部門承擔(dān)。

完井方法所謂完井方法，是指油氣井井筒與油氣層的連通方式，以及為實(shí)現(xiàn)特定連通方式所采用的井身結(jié)構(gòu)、井口裝置和有關(guān)的技術(shù)措施。

不同地區(qū)、不同油氣層、不同類型的油氣井，所采取的完井方法是不同的。但選擇完井方法的總原則應(yīng)該滿足下面要求:能夠有效地連通油氣層與井眼，油氣流入井內(nèi)的阻力盡可能小;能夠有效地封隔油、氣、水層，不發(fā)生互相竄擾，對(duì)多油氣層要滿足分層開采和管理的要求。能夠克服或減小油氣層井壁坍塌和出砂的影響，保證油氣井能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)，井且完井方法盡可能使工藝簡(jiǎn)單、成本低。

根據(jù)生產(chǎn)層的地質(zhì)特點(diǎn)，采用不同的完井方法：

1、射孔完井法

即鉆穿油、氣層，下入油層套管，固井后對(duì)生產(chǎn)層射孔，此法采用最為廣泛。

射孔完井是國(guó)內(nèi)外最為廣泛和最主要使用的一種完井方式。其中包括套管射孔完井和尾管射孔完井。

（1）套管射孔完井

套管射孔完井是鉆穿油層直至設(shè)計(jì)井深，然后下油層套管至油層底部注水泥固井，最后射孔，射孔彈射穿油層套管、水泥環(huán)并穿透油層某一深度，建立起油流的通道。如圖所示。

套管射孔完井既可選擇性地射開不同壓力、不同物性的油層，以避免層間干擾，還可避開夾層水、底水和氣頂，避開夾層的坍塌，具備實(shí)施分層注、采和選擇性壓裂或酸化等分層作業(yè)的條件。

（2）尾管射孔完井

尾管射孔完井是在鉆頭鉆至油層頂界后，下技術(shù)套管注水泥固井，然后用小一級(jí)的鉆頭,穿油層至設(shè)計(jì)井深，用鉆具將尾管送下并懸掛在技術(shù)套管上。尾管和技術(shù)套管的重合段一般不小于50m.再對(duì)尾管注水泥固井，然后射孔。

尾管射孔完井由于在鉆開油層以前上部地層已被技術(shù)套管封固，因此，可以采用與油層 相配伍的鉆井液以平衡壓力、低平衡壓力的方法鉆開油層，有利于保護(hù)油層。此外，這種完井方式可以減少套管重量和油井水泥的用量，從而降低完井成本，目前較深的油、氣井大多采用此方法完井。2

2、裸眼完井法

即套管下至生產(chǎn)層頂部進(jìn)行固井，生產(chǎn)層段裸露的完井方法。此法多用于碳酸鹽巖、硬砂巖和膠結(jié)比較好、層位比較簡(jiǎn)單的油層。優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)層裸露面積大，油、氣流入井內(nèi)的阻力小，但不適于有不同性質(zhì)、不同壓力的多油層。根據(jù)鉆開生產(chǎn)層和下入套管的時(shí)間先后，裸眼完井方式有兩種完井工序：

一是鉆頭鉆至油層頂界附近后，下技術(shù)套管注水泥固井。水泥漿上返至預(yù)定的設(shè)計(jì)高度后，再?gòu)募夹g(shù)套管中下入直徑較小的鉆頭，鉆穿水泥塞，鉆開油層至設(shè)計(jì)井深完井。

有的厚油層適合于裸眼完成，但上部有氣頂或頂界鄰近又有水層時(shí)，也可以將技術(shù)套管下過油氣界面，使其封隔油層的上部分然后裸眼完井。必要時(shí)再射開其中的含油段，國(guó)外稱為復(fù)合型完井方式。如圖所示。

裸眼完井的另一種工序是不更換鉆頭，直接鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深，然后下技術(shù)套管至油層頂界附近，注水泥固井。固井時(shí)，為防止水泥漿損害套管鞋以下的油層，通常在油層段墊砂或者替入低失水、高粘度的鉆井液，以防水泥漿下沉?；蛘咴谔坠芟虏堪惭b套管外封隔器和注水接頭，以承托環(huán)空的水泥漿防止其下沉，這種完井工序一般情況下不采用。

裸眼完井的最主要特點(diǎn)是油層完全裸露，因而油層具有最大的滲流面積。這種井稱為水動(dòng)力學(xué)完善井，其產(chǎn)能較高。裸眼完井雖然完善程度高，但使用局限很大。砂巖油、氣層，中、低滲透層大多需要壓裂改造，裸眼完成即無法進(jìn)行。同時(shí)，砂巖中大都有泥頁巖夾層，遇水多易坍塌而堵塞井筒。碳酸鹽巖油氣層，包括裂縫性油、氣層，如70年代中東的不少油田，我國(guó)華北任丘油田古潛山油藏，四川氣田等大多使用裸眼完井。后因裸眼完井難以進(jìn)行增產(chǎn)措施和控制底水錐進(jìn)和堵水，以及射孔技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)多轉(zhuǎn)變?yōu)樘坠苌淇淄瓿伞Ｋ骄_展初期，80年代初美國(guó)奧斯汀的白堊系碳酸鹽巖垂直裂縫地層的水平井大多為裸眼完井，其他國(guó)家的一些水平井也有用裸眼完井，但80年代后期大多為割縫襯管或帶管外封隔器的割縫襯管所代替。特別是當(dāng)前水平井段加長(zhǎng)或鉆分枝水平井，用裸眼完井就更少了。因?yàn)槁阊弁昃性S多技術(shù)問題難以解決。2

3、割縫襯管完井方式

（1）割縫襯管完井方式也有兩種完井工序。

一是用同一尺寸鉆頭鉆穿油層后，套管柱下端連接襯管下入油層部位，通過套管外封隔器和注水泥接頭固井封隔油層頂界以上的環(huán)形空間。

由于此種完井方式井下襯管損壞后無法修理或更換，因此一般都采用另一種完井工序，即鉆頭鉆至油層頂界后，先下技術(shù)套管注水泥固井，再?gòu)募夹g(shù)套管中下入直徑小一級(jí)的鉆頭鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深。最后在油層部位下入預(yù)先割縫的襯管，依靠襯管頂部的襯管懸掛器（卡瓦封隔器），將襯管懸掛在技術(shù)套管上，并密封襯管和套管之間的環(huán)形空間，使油氣通過襯管的割縫流入井筒。如圖如示。 這種完井工序油層不會(huì)遭受固井水泥漿的損害，可以采用與油層相配伍的鉆井液或其它保護(hù)油層的鉆井技術(shù)鉆開油層，當(dāng)割縫襯管發(fā)生磨損或失效時(shí)也可以起出修理或更換。

（2）割縫襯管的技術(shù)要求

割縫襯管的防砂機(jī)理是允許一定大小的，能被原油攜帶至地面的細(xì)小砂粒通過，而把較大的砂料阻擋在襯管外面，大砂粒在襯管外形成“砂橋”，達(dá)到防砂的目的。如圖所示。

由于“砂橋”處流速較高，小砂粒不能停留在其中。砂粒的這種自然分選使“砂橋”具有較好的流通能力，同時(shí)又起到保護(hù)井壁骨架砂的作用。割縫縫眼的形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)骨架砂粒度來確定。

4、礫石充填完井法

在襯管和井壁之間充填一定尺寸和數(shù)量的礫石。

我們一般所說的完井指的是鉆井完井（Well Completion）也就是油氣井的完成方式，即根據(jù)油氣層的地質(zhì)特性和開發(fā)開采的技術(shù)要求，在井底建立油氣層與油氣井井筒之間的合理連通渠道或連通方式。

而現(xiàn)在完井的意義有一定的擴(kuò)展，包括鉆井完井和生產(chǎn)完井。生產(chǎn)完井主要指的是鉆井完井之后如何選擇管柱、井口，選擇什么樣的管柱、井口等來達(dá)到油氣井的正常生產(chǎn)。

對(duì)于膠結(jié)疏松砂嚴(yán)重的地層,一般應(yīng)采用礫石充填完井方式。它是先將繞絲篩管下入井內(nèi)油層部位，然后用充填液將在地面上預(yù)先選好的礫石泵送至繞絲篩管與井眼或繞絲篩管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)構(gòu)成一個(gè)礫石充填層，以阻擋油層砂流入井筒，達(dá)到保護(hù)井壁、防砂入井之目的。礫石充填完井一般都使用不銹鋼繞篩管而不用割縫襯管。其原因如下：

1） 割縫襯管的縫口寬度由于受加工割刀強(qiáng)度的限制，最小為0.5mm.因此，割縫襯管只適用于中、粗砂粒油層。而繞絲篩管的縫隙寬度最小可達(dá)0.12mm，故其適用范圍要大得多。

2） 繞絲篩管是由繞絲形成一種連續(xù)縫隙，流體通過篩管時(shí)幾乎沒有壓力降。繞絲篩管的斷面為梯形，外窄內(nèi)寬，具有一定的“自潔”作用，輕微的堵塞可被產(chǎn)出流體疏通，它的流通面積要比割縫襯管大得多，見圖。

3） 繞絲篩管以不銹鋼絲為原料，其耐腐蝕性強(qiáng)， 使用壽命長(zhǎng)，綜合經(jīng)濟(jì)效益高。

為了適應(yīng)不同油層特性的需要，裸眼完井和射孔完井都可以充填礫石，分別稱為裸眼礫石充填和套管礫石充填。2

完井方式選擇完井方式的選擇主要是針對(duì)單井而言。雖單井屬于同一油藏類型，但其所處地理位置不同，所選定完井方式也不盡相同，如油藏有氣頂、底水，若采用裸眼完成，技術(shù)套管則應(yīng)將氣頂封隔住，再鉆開油層，而不鉆開底水層。若采用套管射孔完成，則應(yīng)避射氣頂和底水，又如油藏有邊水，套管射孔完成時(shí)，油田開發(fā)要充分利用邊水驅(qū)動(dòng)作用，避射開油水過渡帶，第一章已闡述完井方式選擇必須依據(jù)油田地質(zhì)和油藏工程的特點(diǎn)，本節(jié)從另一個(gè)角度就當(dāng)前直井和定向井及水平井兩大類型完井，結(jié)合油田地質(zhì)和油藏工程的特點(diǎn)就某些問題論述完井方式選擇。完井方式選擇需要考慮的主要因素見圖。3

一、直井完井方式選擇

直井完井方式是國(guó)內(nèi)外自石油開發(fā)至今的完井方式基本，今后也將會(huì)如此。直井完井適應(yīng)范圍廣、工藝技術(shù)簡(jiǎn)單、建井周期短、造價(jià)低。按油、氣井地層巖性可分為砂巖、碳酸鹽巖和其他巖性三大類，這三大類型巖性均可以采用直井完井。

1、砂巖油氣藏

砂巖油氣藏完井方式選擇流程圖，如圖。

1）砂巖分為層狀、塊狀和巖性油藏。在陸相沉積地層中，層狀油層所占比例大。塊狀或巖性油層中其物性、原油性質(zhì)和壓力系統(tǒng)大致是一致的，因而完井方式無須作特殊考慮。但層狀油層，特別是多套層系同井合采時(shí)，就應(yīng)認(rèn)真考慮其完井方式。首先應(yīng)考慮的是各層系間壓力、產(chǎn)量差異，若差異不大，則可同井合采，若差異大，特別是層間壓力差異大，因?qū)娱g干撓大，高壓層的油將向低壓層灌，多套層系開采的產(chǎn)量反而低于單套層系的產(chǎn)量，在這情況下，即應(yīng)按單套層系開采；但有時(shí)單套層系的儲(chǔ)量豐度又不足以單獨(dú)開采，此時(shí)只能采用同井雙管采油，每根油管柱開采一套層系，以消除層間干撓，保證兩套層系都能正常生產(chǎn)。

雙管采油雖然解決了層間干撓的問題，但其使用有局限性。因雙管采油時(shí)，兩根油管柱所采的層系，自噴期不一定是同期的，可能其中一套層系先停噴，這里就有一個(gè)人工舉升接替問題。由于套管直徑限制，兩套有桿泵或電潛泵都因工具直徑大無法同時(shí)下進(jìn)井筒內(nèi)，若采用氣舉接替則兩套氣舉管柱一同在完井時(shí)下入井內(nèi)，當(dāng)一根油管停噴，可立即用氣舉接替，則可以保持雙管開采的優(yōu)勢(shì)，否則，油田開發(fā)初期是雙管采油， 后期則變?yōu)閱喂懿捎土?，但雙管采油必須具備下述三個(gè)條件。

（1）技術(shù)套管≥95/8in,懸掛襯管≥7in-可以下兩根油管。

（2）具有天然氣資源可足以提供氣舉采油之用-停噴后可以及時(shí)接替生產(chǎn)。

（3）完井時(shí)即下入兩根油管氣舉采油的生產(chǎn)管柱及工具-兩根油管不論那一根

油管停噴都可以氣舉（因?yàn)殡p管采油時(shí)，不太可能在一根油管停噴時(shí)，去壓井換井下管柱）。

由于雙管采油的上述特殊要求，僅局限于海上油井，陸上超深井使用。因其單井產(chǎn)量高，較長(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)行井下作業(yè)。不進(jìn)行大中型增產(chǎn)措施。陸上油田的深井、中深井大多不采用雙管采油，因?yàn)閱喂懿捎蜕a(chǎn)套管直徑相對(duì)較小，生產(chǎn)成本低，建井周期短，停噴轉(zhuǎn)人工舉升方式可以根據(jù)需要選擇，若層間干撓大的層系，則按兩套層系開發(fā)，雖然多鉆一口井，但單井生產(chǎn)管理方便，井下作業(yè)和增產(chǎn)措施易行。

2）砂巖油藏從原油粘度來分，可分稀油、稠油，陸相沉積的地層的特點(diǎn)是層系多，滲透率偏低，而且地層能量低。稀油大多需要注水，補(bǔ)充地層能量開發(fā)，而且多套層系都要進(jìn)行壓裂增產(chǎn)措施。這類砂巖油藏只宜采用套管射孔完成，不應(yīng)采用裸眼或割縫襯管等方式 完井，因?yàn)槁阊刍蚋羁p襯管完井都無法分層注水或分層壓裂。

至于砂巖稠油油藏，因稠油層不論普通稠油或特、超稠油，油層大多為粘土、原油膠結(jié)，膠結(jié)疏松，生產(chǎn)過程大多出砂，因而必須采取防砂措施，防砂的方法在本章第一節(jié)已闡述，可根據(jù)具體情況加以選擇，此外必須強(qiáng)調(diào)的是稠油井應(yīng)采用大直徑套管，套管直徑≥7in.因?yàn)槌碛驼扯却?，流?dòng)阻力大，采用大直徑套管才能下大直徑油管，本書第三章有專門論述稠油井套管直徑的問題，此外一再論述。

砂層普通稠油大多采用注水開發(fā)，如勝利孤島、孤東，埕東和勝土土坨油田都是采用注水開發(fā)。采用套管射孔完成即能分層控制，并可在注水井中采用樹脂固砂方法；在生產(chǎn)井可采用樹脂固砂、防砂濾管或繞絲篩管礫石充填防砂的方法，上述油田從70年代直至80年代開發(fā)實(shí)驗(yàn)證明這種完井方式是適應(yīng)的。

至于砂巖層特稠油都是采用注蒸汽開采，遼河高升油田為大厚稠油層，有氣頂?shù)姿?，油層厚度?0～80mm,早期采用裸眼完成，繞絲篩管礫石充填防砂，后因裸眼完成難以控制氣頂和底水，也難以調(diào)整吸汽剖面，后改用套管射孔完成，至于一些層狀或薄互層的稠油層，如遼河歡喜嶺、曙光、河南井樓等油田以及勝利樂安油田的砂礫巖油層都是采用套管射孔完成，繞絲篩管礫石充填或?yàn)V砂管防砂，上述油田的完井都經(jīng)受了注蒸汽的考驗(yàn)。

砂巖油藏不論為何種油藏類型，若為低滲透油藏，則需要進(jìn)行壓裂增產(chǎn)措施；若為高滲透油藏，油層膠結(jié)疏松，油層易坍塌或出砂，就需要防砂。再就是稀油油藏需要注水開發(fā)，稠油油藏需要注蒸汽開采，而且要分層控制及調(diào)整其吸水、采油和吸汽剖面，因而宜采用套管射孔完成。至于一些單一油層，無氣頂?shù)姿蛯訚B透率適中，依靠天然能量開采，不進(jìn)行壓裂增產(chǎn)措施，采用下割縫襯管完井也是可行的。

至于砂巖氣藏，大多為致密砂巖，滲透率低，都必須進(jìn)行壓裂增產(chǎn)措施，特別是一些底水氣藏，要防止底水錐進(jìn)，所以應(yīng)采用套管射孔完成，不能采用裸眼完成。2

2、碳酸鹽巖油氣藏

碳酸鹽巖油氣層完井選擇流程見圖所示。

碳酸鹽巖油藏按滲流特征可分孔隙性和裂縫性或裂縫和孔隙雙重介質(zhì)油藏，如勝利純化油田的假蠕狀石灰?guī)r即為孔隙性油層，華北任丘油田霧迷山油層則為裂縫為主和基質(zhì)孔隙的雙重介質(zhì)油藏?？紫缎杂蛯油耆梢园瓷皫r油層一樣完井，因?yàn)榇祟愑蛯有枰M(jìn)行酸化或壓裂酸化增產(chǎn)措施。因而多采用套管射孔完井。裂縫性或裂縫和孔隙雙重介質(zhì)油藏，如華北任丘油田古潛山油藏有氣頂和底水，開發(fā)初期采用裸眼完井，發(fā)展了一套裸眼封隔器進(jìn)行堵水和酸化措施，但不如在套管中進(jìn)行井下作用措施可靠。，后來又采用了套管射孔完成，這樣對(duì)控制氣竄和底水錐進(jìn)和進(jìn)行酸化措施就有效多了。但是這類油藏若無氣頂和底水，仍可采用裸眼完井。

碳酸鹽巖氣藏與油藏一樣有兩種類型，如四川磨溪?dú)馓锛磳倏紫缎詺獠?，靖邊氣田也屬此類型，而四川?img src="https://img-xml.kepuchina.cn/images/newsWire/VkrVUwqmF4AXFSqloJdqc9Nlbt4WCZYjMrM7.jpg" alt="" />他氣田則大多屬于裂縫性氣藏。這兩種氣藏大多有底水，孔隙性氣藏完全可以按孔隙性油藏完井一樣對(duì)待。其增產(chǎn)措施與油層一樣，要進(jìn)行酸化或壓裂酸化，因而多采用套管射孔完井。底水裂縫性氣藏，也同樣需要酸化和控制底水措施，因而宜采用套管射孔完井，有時(shí)也可選擇裸眼完井。

3、火成巖、變質(zhì)巖等油藏

這類油藏是指火山巖、安山巖、噴發(fā)巖、花崗巖、片麻巖等油藏，這些類型油藏都屬次生古潛山油藏，是由生油層的原油運(yùn)移至上述巖石的裂縫或孔穴中而形成的油藏，這種類型油藏老都為堅(jiān)硬的巖石，可按裂縫性碳酸鹽巖油藏完井。火成巖、變質(zhì)巖完井方式選擇流程圖見圖所示。3

二、水平井及定向井完井方式選擇

水平井完井方式選擇大致可分為二類。水平井完井方式選擇流程圖如圖所示。

1、按曲率半徑選擇完井方式

短曲率半徑的水平井，當(dāng)前基本上是裸眼完成。主要在堅(jiān)硬垂直裂縫的油層中裸眼完成，如美國(guó)奧斯汀白堊系地層，或者是致密裂縫砂巖，因?yàn)檫@些地層都不易坍塌，雖然是裸眼，仍能保持正常生產(chǎn)。

中、長(zhǎng)曲率半徑的水平井則可以根據(jù)巖性、原油物性，增產(chǎn)措施等因素選擇完井方式。當(dāng)今水平井技術(shù)發(fā)展很快，水平井水平段也不斷增長(zhǎng)，在這些長(zhǎng)水平井段中，特別是在砂巖中，生產(chǎn)過程中地層難免不坍塌，因而不宜采用裸眼完井，通常采用的是割縫襯管加套管外封隔器（ECP）完井或套管射孔完井。

2、按開采方式及增產(chǎn)措施選擇完井方式

對(duì)于稠油開采，加拿大在SASKATCHEWAN地區(qū)大量采用水平井注蒸汽開采稠油，其完井方式大多采用割縫襯管完成，再下金屬纖維或陶瓷濾砂管或其他方法防砂，本節(jié)前面已談到稠油層膠結(jié)疏松，地層易坍塌，不能用裸眼完井。3

對(duì)于一些低滲透油層的水平井，需要進(jìn)行壓裂措施，因而只能套管射孔完成，即使采用割縫襯管加套管外封隔器完井，因?yàn)榉指魧佣翁L(zhǎng)（長(zhǎng)度100～200或更長(zhǎng)），只能進(jìn)行小型酸化措施，而無法進(jìn)行壓裂措施。另一方面，高速攜砂壓裂液會(huì)將割縫管的縫隙刺大或破壞。

至于定向井的完井方式選擇，因定向井井斜大致在50°左右，其完井方式基本同直井一樣選擇。4