水平井完井方式及其選擇

1、水平井完井方式及其選擇水平井完井方式可采用裸眼完井、割縫襯管、割縫襯管加管外封隔器、下套管注水泥射孔完成。圖1-1是水平井完井技術(shù)示意圖。(1)裸眼(2)割縫襯管完井(3)襯管管外分段封隔完井(4)水泥固井射孔完井圖1-1各種水平井完井技術(shù)示意圖上述方式主要取決于油氣藏物性和該地區(qū)的實際經(jīng)驗。完井方式對于水平井今后能否進(jìn)行正常生產(chǎn)或者進(jìn)行多種作業(yè)是非常重要的。某種鉆井方式只能適應(yīng)于某種完井方式。一、完井方式1、裸眼完井裸眼完井費用不高，但局限于致密巖石地層，此外，裸眼井難以進(jìn)行增產(chǎn)措施，以及沿井段難以控制注入量和產(chǎn)量，早期水平井完井用裸眼完成，但現(xiàn)在已趨步放棄此方法。當(dāng)今只有在具有天然裂縫的碳

2、酸鹽巖油氣藏和油氣井的泄油半徑很小時才使用裸眼完井的方法。2、割縫襯管完井該方法是在水平段下入割縫襯管，主要目的是防止井眼坍塌。此外，襯管提供一個通道，在水平井中下入各種工具諸如連續(xù)油管。有三種類型的襯管可采用：1)穿孔襯管。襯管已預(yù)先預(yù)制好。2)割縫襯管。襯管已預(yù)先銃好各種寬度、深度、長度的縫。3)礫石預(yù)充填襯管。割縫襯管要選擇孔或縫的尺寸，可以起到有限的防砂作用。在不膠結(jié)地層，則采用繞絲割縫篩能有效地防砂，另外在水平井采用礫石充填，也能有效防砂。割縫襯管完井的主要缺點是難以進(jìn)行有效的增產(chǎn)措施，因為襯管與井眼之環(huán)形空間是裸眼，彼此連通，同樣，也不能進(jìn)行進(jìn)行分采。3、割縫襯管加管外封隔器該方法

3、是將割縫襯管與管外封隔器一起下入水平段，將水平段分隔成若干段，可達(dá)到沿井段進(jìn)行增產(chǎn)措施和生產(chǎn)控制的目的。由于水平井并非絕對水平，一口井一般都有多個彎曲處，這樣，有時難以下入襯管帶幾個封隔器4、下套管注水泥射孔該方法只能在中、長曲率半徑井中實施。在水平井中采用水泥固井時，自由水成分較直井降低得更多，這是因為水平井中由于密度關(guān)系，自由水在油井頂部即分離，密度較高的水泥就沉在底部，其結(jié)果水泥固井的質(zhì)量不好。為避免這種現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)做一些相應(yīng)的試驗。注：1、超短曲率水平井：半徑12ft,造斜角（45°60°）/ft;2、短曲率水平井：半徑2040ft,造斜角（2°5

4、6;）/ft;3、中曲率水平井：半徑300800ft,造斜角（6°20°）/（100ft）;4、長曲率水平井：半徑10003000ft,造斜角（2°6°）/（100ft）。二、完井方式選擇在選擇完井方式時，必須重點考慮以下幾個方面的問題：1、巖石地層若考慮裸眼完井，重要的是保證巖石是致密的，同時鉆井過程是穩(wěn)定的。經(jīng)驗報告和文獻(xiàn)指出，若水平井方向是沿著水平最小應(yīng)力鉆井，則井筒顯示極好的穩(wěn)定性。2、鉆井方法短曲率半徑僅用裸眼或可能用割縫襯管完井。對于中、長曲率半徑水平井，既可用裸眼，又可用裸眼下割縫襯管或水泥固井射孔完井。3、鉆井液由于水平井鉆井的特殊性，鉆

5、井液所造成的地層傷害較直井更大，特別是低滲透層和負(fù)壓地層。為了減少這種傷害，除了應(yīng)考慮泥漿的密度和性能外，還應(yīng)考慮水泥固井射孔完井這種情況，以便通過壓裂酸化解除這種傷害。4、增產(chǎn)措施若考慮酸化壓裂，對水泥固井射孔完井來說，易于控制，可利用橋塞分段酸化；對裸眼井或割縫襯管完井則比較困難，因為沿井段濾失量太大，必要時應(yīng)利用連續(xù)油管減少均勻布酸的困難，利用化學(xué)轉(zhuǎn)換劑實現(xiàn)分段酸化（化學(xué)轉(zhuǎn)換劑過一段時間后可自行解堵）。5、生產(chǎn)機理對凝析氣層或氣水同產(chǎn)層，完井時應(yīng)盡量避免水平段的軌跡上下浮動，以免凝析液或水積累在井筒的低部位，難以排出或?qū)⑻烊粴鈿怄i在弓形高部位。6、井下作業(yè)及修井應(yīng)根據(jù)油氣層的具體情況，分

6、析今后的氣液分布動態(tài)，預(yù)見今后的井下作業(yè)及修井，以確定采用哪種完井方式。7、水平井報廢的技術(shù)經(jīng)濟要求作為完井設(shè)計人，必須預(yù)先知道水平井報廢的具體技術(shù)要求和有關(guān)特殊規(guī)定，以便作出評估。8、投資風(fēng)險使用水泥固井不僅增加了完井費用，延長了作業(yè)時間，還必須射孔完井。盡管完井費用的增加似乎還很難判斷是否合算，但如果考慮在過早的水淹和井壁產(chǎn)生坍塌的井中側(cè)鉆新的井眼這一問題，則注水泥固井這一做法還是意義深遠(yuǎn)的。與直井相比，水平井必須有一個更加完善的完井計劃。完井計劃的制訂主要受三個因素的制約。1、對地層的認(rèn)識1）均質(zhì)地層這類地層常見于重油砂巖。在正常情況下，它們不需要分段隔離，其完井設(shè)計相對簡單而容易，水平

7、段大多采取全井裸眼完成，依靠連續(xù)油管作業(yè)或射孔技術(shù)來解除井筒附近的傷害。2）非均質(zhì)地層這類地層中水平井完井設(shè)計比較復(fù)雜。為了便于采取選擇性的增產(chǎn)措施，水平井筒將隔離成若干小段，并選擇合適的隔離工具（或隔離方式）。當(dāng)非均質(zhì)性嚴(yán)重時，可能會造成井筒的不同位置需要不同的處理強度，有些地方只需要輕微處理一下即可，而其它一些地方卻需要采取大規(guī)模的強化措施才行。由于超平衡鉆井作業(yè)，使高滲透地層中的泥漿和濾液侵入較深，傷害較重，因此，往往采取大規(guī)模強化措施的就是這些高滲透的地方。非均質(zhì)地層中水平井的完井方式可采用下套管水泥固井射孔或下預(yù)制襯管不固井加套管外封隔器隔（EP。離分段的方式（見圖1-2）。這些完井

8、方式可以進(jìn)行選擇性測試和分段強化處理。帶孔短節(jié)套管外封隔器圖1-2預(yù)制孔襯管不固井與套管外封隔器隔離分段完井3）發(fā)育天然裂縫的地層這類地層中水平井的完井設(shè)計比較復(fù)雜。如果井筒水平段的延伸方向選擇適當(dāng)，且天然裂縫發(fā)育有足夠的密度，那么，其完井方式選擇裸眼完井或預(yù)制襯管不固井完井；當(dāng)天然裂縫發(fā)育較差，或者選擇的井筒取向不適當(dāng)時，井筒不能連通足夠的天然裂縫，完井方式就復(fù)雜多了。天然裂縫發(fā)育的地層中，水平井完井的關(guān)鍵是要保持一個無傷害的裂縫系統(tǒng)。固井時，水泥漿不但要侵入裂縫中，而且會封死裂縫，因此，一般情況下不采用下襯管水泥固井的方式完井。另一方面，如果天然裂縫發(fā)育的數(shù)量有限，氣井完全依靠天然裂縫達(dá)不

9、到經(jīng)濟生產(chǎn)能力，企圖通過近井地帶的處理（如酸化）來提高氣井產(chǎn)能又不太可靠，這時，可能需要進(jìn)行一次水力壓裂。對于需要采取水力壓裂強化處理的井，可以采取套管水泥固井的方式完井，這樣才能實施分段壓裂產(chǎn)生多條水力裂縫。如果要了解裂縫的發(fā)育情況，則要求完井方案應(yīng)考慮在裸眼狀態(tài)下對水平段進(jìn)行評價，并且可以根據(jù)評價結(jié)果對完井方式進(jìn)行調(diào)整。最好的做法是在水平段下入不用水泥固井的襯管，該襯管只在靠近水平井筒末端處預(yù)制幾個孔眼，且襯管頂端不封死（見圖1-3）。拋光孔插座預(yù)制孔地層頂界引鞋密封襯管扶正器圖1-3可對水平段進(jìn)行裸眼評價并在評價后進(jìn)行固井、采取選擇性酸化措施的不固井襯管完井方式這種完井方式，在裸眼狀態(tài)下

10、，氣可以沿環(huán)空流向襯管頂部或油井末端的襯管預(yù)制孔進(jìn)入襯管內(nèi)。如果裸眼井產(chǎn)能達(dá)到設(shè)計要求，則將一個密封裝置插入襯管頂部，然后在襯管上射孔完井；如果氣井產(chǎn)能低，需要對氣層進(jìn)行水力壓裂處理，則可將襯管鎖住，按普通水平井襯管固井的方法進(jìn)行襯管固井。為了提高固井質(zhì)量，襯管的適當(dāng)位置應(yīng)帶些扶正器。固井后即可射孔，進(jìn)行分段選擇性壓裂。2、油氣藏類型對于純氣藏，需要考慮何種程度的強化處理才具有經(jīng)濟開采價值，并且，在下套管之前，是否能確定這種強化的程度。根據(jù)CanadianHunter的經(jīng)驗，為使氣井具有開采價值，實際需要采取的強化措施可能要比計劃采取的措施在處理強度上要高一個等級，也就是說，原計劃進(jìn)行小型基巖

11、酸化的，實際可能需要一個大型酸化；原計劃需要一個大型酸化的，實際可能需要一個酸壓或加砂壓裂。當(dāng)然，對水平井筒進(jìn)行裸眼評價是確定其需要處理強度的最好方法。這就需要對下套管程序進(jìn)行預(yù)先計劃，并且下套管的程序要有最大的靈活性，允許在進(jìn)行強化處理之前，采取不下套管或下入不固井襯管的狀態(tài)下進(jìn)行裸眼氣層的初始評價。評價完后，再重新下入套管固井，進(jìn)行選擇性強化處理。如果計劃可能對氣井進(jìn)行壓裂處理，在選擇井筒水平延伸方向時，必須有完井工程師參加。水平井筒中產(chǎn)生橫向裂縫還是縱向裂縫，這依賴于井筒方向相對于地層最小主應(yīng)力方向的關(guān)系。一般來說，低滲透地層中需要橫向裂縫，而高滲透地層中則最好壓成縱向裂縫。井筒方向平行

12、于最小主應(yīng)力方向產(chǎn)生橫向裂縫，否則產(chǎn)生縱向裂縫。對于底水氣藏，除了要考慮上述的一切問題之外，完井設(shè)計中還應(yīng)當(dāng)考慮到在發(fā)生水竄時的補救措施。由于水力壓裂產(chǎn)生的裂縫會加速水的竄進(jìn)，這種情況下不宜采取壓裂強化。從水竄的補救措施考慮，需要采用下套管或襯管選擇性地將井筒隔成若干小段，這種完井方式可以放棄過早進(jìn)入水竄狀態(tài)的井段。3、完井方式1）裸眼完井（包括擬裸眼完井）注：廣義上講，裸眼完井包括真裸眼完井和擬裸眼完井，而擬裸眼完井是指下入套管但不固井或下入襯管但不固井的方式。具體包括真裸眼完井、銃槽或預(yù)制孔襯管或套管完井、分隔的襯管或套管不固井完井。正常情況下，當(dāng)預(yù)計不需要采取強化措施或需要的強化措施處理

13、規(guī)模較小時，常采用不固井的完井方式。在不存在水錐進(jìn)的中高滲透率的致密地層中，常采用真裸眼完井的方式。在致密地層中，真裸眼完井也可作為評價氣層性質(zhì)的中間步驟。在這種情況下，氣井在裸眼狀態(tài)下生產(chǎn)，然后根據(jù)氣井動態(tài)來確定最終是選擇真裸眼完井還是選擇可以采取必要的強化措施的下套管完井。為防止井筒坍塌，可以下入銃槽（割縫）的或預(yù)制孔的襯管。一般情況下，銃槽襯管用于非膠結(jié)地層，而預(yù)制孔襯管用于膠結(jié)地層，預(yù)制孔襯管比銃槽襯管便宜得多。如果在某些地方需要用襯管循環(huán)，則可以隨襯管下入一位于襯管內(nèi)的工作管柱，通過該管柱進(jìn)行循環(huán)（見圖1-4）。工作管柱是位于襯管鞋上部的密封襯套上，并且，一旦襯管到位之后，可用鉆柱起

14、出工作管柱。這種方法的缺點是在襯管內(nèi)下入同心管柱不方便。在解決循環(huán)的問題上，在威利斯頓盆地（WillistonBasin）已使用了一種更簡單的方法（見圖1-5）。水平段鉆于該地區(qū)的Bakken頁巖中，真垂深為3048m,不下中間套管，直接下4572m的51/2套管。為了使裂縫性頁巖有最大的產(chǎn)能，只在井眼的垂直井段部分用水泥固井，而長達(dá)610915m的水平段則采取不固井完成，但水平段上的51/2套管是預(yù)鉆了一些。25.4mm孔眼的套管，在預(yù)鉆孔上車有螺紋，用可以承受10.8MPa壓差的鋁制凹形塞子堵住。這樣，在不下入同心工作管柱的條件下，在適當(dāng)位置也可以進(jìn)行循環(huán)。這種完井方式中，鋁塞的巧妙應(yīng)用使

15、循環(huán)管柱和完井管柱合二為一，一旦套管到位后，磨平鋁塞即可投產(chǎn)。鋁塞突出套管內(nèi)壁25.4mm,在垂直段套管固井完成后，將突出的鋁塞磨掉。由于鋁塞是凹形的，所以，一旦突出部分磨掉后，其中心即可讓流體通過。這種方法減少了510萬美元的射孔費用。襯管下入工具套管環(huán)空封隔器套管鞋工作管柱密封皮碗裝置圖1-4襯管內(nèi)下工作管柱，定位于密封襯套，可進(jìn)行循環(huán)由73.02mm油管J.,139.7mm套管局部剖視套管外封隔器塞子按90。相位76.2mm1距螺旋分布圖1-5垂直段下套管固井，水平段下帶鋁塞的預(yù)制孔套管完井管柱分段隔離、下襯管不固井的方法是最成熟的擬裸眼完井方法，它可以進(jìn)行井筒裸眼評價，并且，如果有必要

16、的話，它還可以進(jìn)行選擇性的多次強化處理。當(dāng)將套管外封隔器與帶孔套管短節(jié)配合使用時，它們也可以提供一個方便而相互獨立的井筒分段系統(tǒng)，圖1-2是這種完井方式的一個例子。預(yù)制孔或銃槽襯管或套管與套管外封隔器配套分段，采用封閉管可以封堵（隔離）井段（見圖1-6）。從分隔的可靠性和長期性考慮，宜采用水泥漿膨脹套管外封隔器。圖1-6帶套管外封隔器的銃槽襯管與套管封閉管配合，永久封隔一個井段2）下套管水泥固井完井這種完井方法是昂貴的，其費用主要是花在射孔和強化處理作業(yè)上。對低滲透氣層，為了增產(chǎn)，必須采取壓裂處理，形成多條橫向裂縫。這樣，只有采取下套管水泥固井完井的方式，才能充分地封隔層段，進(jìn)行分段壓裂，產(chǎn)生

17、多條橫向裂縫。下套管固井后，射孔設(shè)計是關(guān)鍵。根據(jù)文獻(xiàn)3,有以下四點結(jié)論：a）當(dāng)射孔段位于水平井踵端且長度占水平段全長的20%寸，井的產(chǎn)量為射孔段位于水平井趾端而長度相同時的2倍。b）當(dāng)總長占水平段全長20%勺幾個水平段均勻分布在水平井筒上時，井的產(chǎn)量為同樣長度射孔段位于水平井趾端時的34倍。c）對一給定的油藏，有一個能產(chǎn)生最大原油產(chǎn)量的最優(yōu)水平井長度。d）對于0.3ft的小生產(chǎn)套管直徑，通過將射孔段長度由占水平段全長的20%曾大到80%產(chǎn)量的提高不超過20%-25%而使用0.6ft的生產(chǎn)套管時，產(chǎn)量則可提高75%對于小直徑套管，當(dāng)射孔段長度增大超過40%寸，產(chǎn)量不再有明顯的提高。三、實例200

18、1年，長慶油田在榆林區(qū)（亦稱對外合作區(qū)）完成了2口水平氣井，詳細(xì)作業(yè)程序和井身結(jié)構(gòu)見圖1-7、圖1-8、圖1-9。這2口井首先以直井方式完井，并進(jìn)行酸化壓裂測i式（儲層為砂巖），然后開窗側(cè)鉆水平段，以鉆眼襯管方式完井，酸浸后進(jìn)行測試。長-1水平井直井完井測試無阻流量33.7X104m/d,水平井完井測試無阻流量44.3X104m/d,大于直井壓裂時的產(chǎn)量。長-2水平井直井完井測試無阻流量54.6X104nf/d,水平井完井測試無阻流量30.3X104nf/d，小于直井壓裂時的產(chǎn)量。長-1水平井作業(yè)程序鉆表層、下表套鉆12-1/4"和8-1/2"井眼，下9-5/8"和7"套管下3-1/2"油管及永久式封隔器射孔及壓裂測試1.割油管，打水泥塞，在9-5/8"套管中