完井技術基礎（基礎、量大、珍藏版）

概述

    根據油氣層的地質特性和開發開采的技術要求，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的過程叫做完井(Well Completion)。

1、完井的要求

  1).油氣層和井筒之間應保持最佳的連通條件，油、氣層所受的損害最小；

  2).油、氣層和井筒之間應有盡可能大的滲流面積，油、氣入井的阻力最小；

  3).應能有效地封隔油、氣、水層，防止氣竄或水竄，防止層間的相互干擾；

  4).應能有效地控制油層出砂，防止井壁垮塌，確保油井長期生產；

  5)應具備進行分層注水、注氣、分層壓裂、酸化等分層處理措施，便于人工舉升和井下作業等條件；

  6).對于稠油油藏，則稠油開采能達到熱采(主要蒸汽吞吐和蒸汽驅)的要求；

  7).油田開發后期具備側鉆定向井及水平井的條件；

  8).工工藝盡可能簡便，成本盡可能低；

2、完井方式

1).射孔完井(perforating)又分為:套管射孔完井、尾管射孔完井；

2).裸眼完井方式 (Open-hole)；

3).割縫襯管完井方式(Slotted Liner)；

4).礫石充填完井方式 (Gravel Packed)  又分為:裸眼礫石充填完井、套管礫石充填完井、預充填礫石饒絲篩管；

3、完井井口裝置

   一口井從上往下是由井口裝置、完井管柱和井底結構三部分組成。

   井口裝置主要包括套管頭、油管頭和采油(氣)樹三部分，井口裝置的主要作用是懸掛井下油管柱、套管柱，密封油管、套管和兩層套管之間的環形空間以控制油氣井生產；回注(注蒸汽、注氣、注水、酸化、壓裂和注化學劑等)和安全生產的關鍵設備。

   完井管柱主要包括油管、套管和按一定功用組合而成的井下工具。下入完井管柱使生產井或注入井開始正常生產是完井的最后一個環節。井的類型(采油井、采氣井、注水井、注蒸汽井、注氣井)不一樣，完井管柱也不一樣。即使都為采油井，采油方式不同，完井管柱也不同。目前的采油方式主要有自噴采油和人工舉升(有桿泵、水力活塞泵、潛油電泵、氣舉)采油等。

   井底結構是連接在完井管柱最下端的與完井方法相匹配的工具和管柱的有機組合體。

4、完井主要作業步驟

1).按設計要求擺放地面設備

2).立鉆桿或管柱

3).裝防噴器/功能/壓力試驗

4).刮管洗井

5).射孔校深

6).投棒點火

7).反涌/洗井

8).再次刮管洗井

9).下封隔器

10).下防砂管柱

12).下生產管柱

13).拆井口防噴器

14).裝井口采油樹

15).卸載

16).驗收交井

==十大完井工具==

    海上油(氣)田完井生產管柱中常用井下工具種類包括:封隔器(Packer)、井下安全閥(SSSV)、滑套（Sliding Sleev）、工作筒（Nipple）、偏心工作筒（Side Pocket Mandrel）、座落接頭（Seating Nipple）、流動短節（Flow Couping）、加厚管（Blast joint）、測試閥、泄油閥、工作筒、堵塞器等。

1、封隔器

封隔器是生產管柱中最主要的井下工具之一，其主要功能如下：

• 分隔生產層段，防止層間流體和壓力的串通和干擾；

• 分隔壓井液和生產液；

• 滿足采油（氣）生產和修井作業的各種要求；

• 保留住套管環空中的封隔液，起到保護套管和安全生產的作用。

   用于海上油（氣）田完井的封隔器可分為可回收式和永久式兩大類型，而按坐封方式，可分為液壓坐封、機械坐封和電纜坐封。封隔器可分為很多種，根據實際生產需要進行合理的選型。封隔器最主要的部分就是卡瓦和膠皮，有些封隔器沒有卡瓦（裸井井用封隔器）。封隔器種類繁多，最主要的功能就是卡瓦與套管間的支撐和脫皮與套管間的密封而進行一定位置的密封。

                                                                                                                      △一種封隔器

2、井下安全閥

     井下安全閥是井中流體非正常流動的控制裝置，如海上采油平臺發生火災、管線破裂、井噴、地震引起的油井失控等，這樣井下安全閥能自動關閉，實現井內流體的流動控制。

1）安全閥的分類：

• 鋼絲可回收安全閥

• 油管攜帶式安全閥

• 套管環空安全閥最常用的安全閥為油管攜帶式安全閥

2）作用原理

    通過地面加壓，液壓油通過壓力液控管線傳至傳壓孔到活塞，推動活塞向下移動并壓縮彈簧，將活瓣活門打開，如果一直保持液控壓力，安全閥處于打開狀態；釋放液控管線壓力，靠彈簧張力向上推動活塞上移，閥板處于關閉狀態。

△井下安全閥

3、滑套（井下流動流體控制工具一種）

    滑套通過移動內套筒來關閉或連通油管與環形空間的通道，當內套筒的孔道對著滑套本體的通道時，滑道處于打開狀態，當兩者錯開時，滑套關閉。滑套上部有工作筒，用于固定與滑套有關的井下流動控制裝置，內套筒上下各有一個密封端面，可與井下裝置的密封盤根相配合起密封作用。   將滑套開關工具連接在基本工具串之下，進行鋼絲作業，可對井下滑套進行開關作業，有的向下震擊使套筒下移打開滑套，有的則需向上震擊使內套筒上移打開滑套。

△滑套

4、工作筒（Nipple）

1）工作筒的分類和用途

?工作筒的分類：

（1）按定位方式分：有選擇型(Selictivity)、頂部止動(Top NO-GO)和底部止動(Bottom  NO-GO)三類，如圖a、b、c所示。

      有些工作筒可兼有選擇型和頂部止動(如圖b)。所謂選擇型是指工作筒的內徑沒有縮徑部位，同一尺寸的坐入工具可以通過它，所以同一管串中可以下入多個同一尺寸的工作筒，頂部止動是指密封工作筒內徑為縮徑部位堵塞器頂部帶上動臺階止動作用在頂部，而底部止動的縮徑部位在底部，堵塞器密封段通不過去，在底部止動一般都安裝在同一管柱的最底部，作為儀表掛座和防止鋼絲工具串掉入井底。

（2）按工作壓力分：有常壓和高壓，前者用于常規井，后者用于高壓油氣井。

?工作筒的用途：

• 坐入堵塞器。

• 坐入井下自動控制安全閥。

• 坐入單流閥。

• 下入減壓工具（節流嘴）以降低井口壓力。

• 與拋光短節（Polished  Nipple）配合，安裝分離套或短節，修補油層附近的損壞油管或加厚管。

• 坐掛井下測量儀器。

• 鋼絲作業時，可防止工具串落入井底。

  
  

  △工作筒

5、偏心工作筒

1）功能結構

    偏心工作筒是重要的完井井下工具之一，它與各種氣舉閥結合，實現不同的氣舉方式，下入不同尺寸的水嘴，實現分層配注，它的結構如圖所示，由基管和偏心筒兩部分組成，基管尺寸與油管尺寸相同，上部有定位套，偏心筒內有工具識別頭、鎖定槽、密封筒以及外部連通孔。

2）偏心工作筒的特點：

• 定位性：使各種井下工具偏心，準確定向進入偏心筒內。

• 識別性：使正確尺寸的井下工具偏心下入偏心筒，而使其它較大尺寸的工具通過基管。

• 允許較大的試驗壓力。

   3）偏心工作筒的作用：氣舉、注化學藥劑、注水、循環壓井等。

△偏心工作筒

6、堵塞器

    在無井下安全閥或安全閥失效時，由鋼絲作業，在工作筒內下入相應尺寸的堵塞器關井。在完井或修井作業時，對油管試壓以及坐封液壓封隔器。海上常用的工作筒為OTIS及BAKER兩家公司產品。

△堵塞器

7、氣舉閥（Gas Lift Valve）

      偏心工作筒內下入氣舉閥，可實現不同的氣舉生產方式，如連續氣舉或間隙氣舉。

△氣舉閥投放過程

8、流動短節（Flow Coupling）

     流動短節實際上是加厚管，其內徑與油管內徑一致，但外徑稍大，通常用于安全閥上、下端。高產油氣井使用，一般產量的油井可選擇使用或不用，高產油氣流在流經安全閥時會因縮徑而產生節流作用，造成在其上、下兩端產生渦流沖蝕磨損。

△流動短節

9、泄油閥

     泄油閥一般安裝在單流閥以上1-2根油管處，它是檢泵作業上提管柱時油管內流體的排放口，以減輕修井機負荷和防止井液污染平臺甲板和環境。泄油閥目前有兩種：投棒泄流、投球液力泄流。前者用于稀油和高含水稠油井較合適；后者用于低含水稠油井，成功率高。

△常用的泄油閥

10、刮管器

      1）用途：用于清除殘留在套管內壁上的水泥塊、水泥環、硬臘、各種鹽類結晶或沉積物、射孔毛刺以及套管銹蝕后所產生的氧化鐵等臟物，以暢通無阻地下入各種井下工具。尤其在井下工具與套管內徑環形空間較小時，更應在充分刮銷之后進行下步施工。

      2）結構：由本體、刀板、固定塊、壓塊等零件組成。

      3）工作原理：入井前刮削器大片的最大安裝尺寸比套管內徑大，入井后刀片受力壓下彈簧，由彈簧提供徑向進給力。當刮削堅硬材料時，經多次刮削才能刮至套管內徑尺寸。刮削器連接在下井管柱的下端，管柱的上下移動便是掛下過程中的軸向進給。

      從刀片的結構可看出，每一螺旋形刀片有內外兩個弧形切削刃，上下往復刮削時內外兩刃輪流工作，兩刃之間又有一較寬的橫刃帶面起著對已刮削面磨切作用。條形刀片按左螺旋線均勻分布在刮削器表面，有利于上返泥漿帶走被刮切下來的雜物。

△常用的刮管器

   在完井過程當中，'砂'扮演著非常重要的角色。在防砂完井當中，人工砂粒能夠有效地防止地層出砂，保證油氣正常開采。在壓裂作業當中，人工砂粒又能夠有效支撐地層裂縫，防止裂縫重新閉合，今天大家一起來認識一下—神奇的'砂'。

==防砂技術==

     油氣井出砂是疏松砂巖油氣藏面臨的重要問題之一，油井出砂會造成油氣井減產或停產，嚴重的可導致油氣井報廢，因此防砂作業是油氣井完井作業中的重中之重。

1、出砂危害

   油氣井出砂是疏松砂巖油氣藏面臨的重要問題之一。出砂的危害主要表現在以下三個方面：
1）油井減產或停產
2）地面及井下設備加劇磨蝕
3）套管損壞，油井報廢

2、出砂機理
    地層是否出砂取決于顆粒的膠結程度—地層強度。一般說來，地層應力超過過地層強度就可能出砂。地層應力包括構造應力、上覆壓力、流體對顆粒的摩擦力、生產壓差的拖曳力等。而地層強度由顆粒的膠結類型、膠結物含量、孔隙內流體內聚力、顆粒之間的摩擦力來決定。

3、出砂因素

1）先天因素

    油氣井出砂的先天因素指砂巖地層的地質條件，如膠結物含量及分布，膠結類型，成巖壓實作用，地質年代等。一般說，膠結物含量高，分布均勻，地質年代早，埋藏深，成巖強度就高，越不易出砂，反之亦然。   
2）開發因素

①采液速度突然發生變化或采油速度過高；

②低質量（指對地層傷害嚴重）和頻繁的修井作業；

③不合理的生產及作業措施造成油層傷害；

④地層壓力持續下降，油井含水上升； 
⑤開發中、后期油井提液，加劇了對顆粒的沖刷，泥質膠結的地層防膨措施不當；

4、防砂方法

    防砂方法分類按防砂機理及工藝條件，防砂方法大致分為機械防砂、化學防砂、砂拱防砂及其他方法。 
1）機械防砂

①第一類：僅下入防砂用的濾砂管柱，如割縫襯管、繞絲篩管、各類地面預制成型的濾砂器（如雙層預充填篩管、樹脂砂粒濾砂管、金屬棉纖維濾砂管、多孔陶瓷濾砂管等）。這種方法簡單易行，施工成本低，但是濾砂器易堵塞，不能阻止地層砂進入井筒，只宜用于中、粗砂巖地層。
②第二類：在下入繞絲篩管（或其他濾管）后，再用高滲透礫石充填于篩管和井壁之間的油井環空，并部分擠入井筒周圍地層，形成多級過濾屏障，阻止地層砂運移，是當今最流行的防砂方法，也就是大家常說得—礫石沖填防砂。
2）化學防砂

     化學防砂是通過向套管外地層中擠入一定數量的化學劑或化學劑與砂漿的混和物，達到充填、膠固地層之目的，提高地層強度，減緩出砂。按工藝性可分為兩種：

①膠固地層：擠入樹脂或其他化學固砂劑，直接將地層砂固結； 
②人工井壁：用樹脂砂漿液、預涂層礫石、水帶干灰砂、水泥砂漿、乳化水泥等擠入井眼周圍地層中，固結后建立一個可滲透的人工井壁，阻止地層出砂。化學防砂一般適用于薄層短井段，若井段太長，視情況采取措施分段施工。此法對粉細砂巖的防砂效果優于機械防砂。

3）砂拱防砂：

     砂拱防砂是一種在油氣井射孔完成后，不再下入任何機械裝置或擠入化學劑的防砂方法。它防砂的實質是要靠一種機械作用力強迫壓實出砂的裸眼井壁，以提高井眼周圍的地層應力水平達到甚至超過地層未鉆開前的原始應力。這樣可減少出砂的可能性，油井投產時，地層砂流入射孔處，可自然堆積，形成具有一定承載能勺的砂拱，類似于橋梁的橋拱，可進一步阻止地層出砂。

5、礫石充填防砂

     礫石充填防砂技術是目前應用最為廣泛的一種防砂技術，該方法防砂可在井眼內（裸眼或套管內）正對出砂地層下入金屬全焊接的繞絲篩管，然后泵入礫石砂漿于篩管和井眼環空，如果是套管射孔完成井，還要將部分礫石擠入射孔炮眼和周圍地層空穴內，利用充填礫石的橋堵作用來阻止地層砂運移，而充填礫石又被阻隔于篩管周圍。這種多級過濾屏障，保證油流沿充填體內多孔系統經過篩管被源源不斷地舉升至地面，而地層砂則被擋在地層內不會進入井筒，實現油井生產不出砂或輕微出砂。 礫石充填防砂具有以下幾個特點：

1）防砂強度高；

2）有效期長；

3）適應范圍廣；

4）產能損失相對較小；

?延伸閱讀—專門捕砂的網

 在礫石沖填防砂井當中，人造砂粒被沖填到地層裂縫當中，形成一層人造砂層，當地層中的砂粒隨著產出液（產出液是地層中的流體，一般是油和水的混合）被帶出，人造砂層能夠起到過濾作用，產出液能夠通過砂層，到達生產管柱。而產出液中的砂就留在了這個人造砂層上，不能通過砂層，從而達到防砂的效果。可以把這個砂層想象成一張網，一張專門捕砂的網。

? 三維模擬—以'砂'防砂

==螺桿泵==

    螺桿泵是一種容積泵，主要由轉子和定子組成。由于定子和轉子的特殊幾何形狀，分別形成單獨的密封容腔，介質在軸向被均勻推行流動，液體以螺旋形方式從一個密封腔壓向另一個密封腔，最后擠出泵體。

1、螺桿泵（screw pump）

    螺桿泵是按迥轉嚙合容積式原理工作的新型泵種，其主要工作部件是偏心螺桿（轉子）和固定的襯套（定子）。由于定子和轉子的特殊幾何形狀，分別形成單獨的密封容腔，介質在軸向被均勻推行流動，內部流速低，容積保持不變，壓力穩定，因而不會產生渦流和攪動。除此之外，螺桿泵的定子選用多種彈性材料糅合制成，在高粘度流體、含有硬質懸浮顆粒介質或含有纖維介質的輸送方面，與一般泵種相比具有明顯優勢，因此螺桿泵被廣泛應用在出砂井和稠油井當中。

2、分類

?按照螺桿數目分：

1）單螺桿泵——單根螺桿在泵體的內螺紋槽中嚙合轉動的泵；

2）雙螺桿泵——由兩個螺桿相互嚙合輸送液體的泵；

3）多螺桿泵——由多個螺桿相互嚙合輸送液體的泵。

?按螺桿吸入方式分：

1）單吸式：介質從螺桿一端吸入，從另一端排出；

2）雙吸式：介質從螺桿兩端吸入，從中間排出。

3、按照泵軸位置分：臥式泵、立式泵。

3、驅動及結構形式

   泵的驅動方式較多，一般有低速電機直聯（6級、8級）、齒輪減速電機驅動、無級變速電機驅動等方式。傳動可采用聯軸器直接傳動，或采用調速電機，三角帶，變速箱等裝置變速。

4、工作原理

     當電動機帶動泵軸轉動時，螺桿一方面繞本身的軸線旋轉，另一方面它又沿襯套內表面滾動，于是形成泵的密封腔室。螺桿每轉一周，密封腔內的液體向前推進一個螺距，隨著螺桿的連續轉動，液體以螺旋形方式從一個密封腔壓向另一個密封腔，最后擠出泵體。

?三維模擬—井下驅動式螺桿泵采油

==電潛泵==

     電潛泵采油是為適應經濟有效地開采地下石油而逐漸發展起來日趨成熟的一種人工采油方式。它具有排量揚程范圍大、功率大、生產壓差大、適應性強、地面工藝流程簡單、機組工作壽命長、管理方便、經濟效益顯著的特點。自1928年第一臺電潛泵投人使用以來，經過20世紀70年的發展，電潛泵采油在井下機組設計、制造及油井選擇、機組選型成套、工況監測診斷及保護、分層開采和測試等配套工藝方面日臻完善，在制造適應高溫、高粘度。高含砂、高含氣、含H2S和CO2等惡劣環境的電潛泵機組方面也取得了很大進展。不僅用于油井采油，還用于氣井排液采氣和水井采水注水。 

    電潛泵是由多級葉導輪串接起來的一種電動離心泵，除了其直徑小長度長外，工作原理與普通離心泵沒有多大差別，其工作原理是：當潛油電機帶 動泵軸上的葉導輪高速旋轉時，處于葉輪內的液體在離心力的作用下，從葉輪中心沿葉片間的流道甩向葉輪的四周，由于液體受到葉片的作用，其壓力和速度同時增加，在導輪的進一步作用下速度能又轉變成壓能，同時流向下一級葉輪人口。如此逐次地通過多級葉導輪的作用，流體壓能逐次增高而在獲得足以克服泵出口以后管路阻力的能量時而流至地面，達到石油開采的目的。

?高清視頻—電潛泵

==扣型==

    扣型是工具中最常用的基礎知識，也是比較難區分的一部分。對于現場工程師來說，扣型是很重要的。如果不了解扣型，要料、準備、指揮作業都要出很多問題，有可能影響現場作業進度，造成不必要的損失。

1、油套管螺紋類型

• API 螺紋類型有：BTC（偏梯形螺紋）、 LTC（長圓螺紋）、 STC（短圓螺紋）、 NU（TBG不加厚油管螺紋）、 EUE（外加厚油管螺紋）、 XC（直連型套管螺紋）、 IJ（整體接頭油管螺紋）等其它類型的API 螺紋。

• VAM 系列螺紋：NEW VAM、VAM TOP（VAM TOP HT、VAM TOP  HC）VAM MUST、VAM ACE 、DINO VAM 、VAM FJL、VAM TM、 VAMSLIJ-II等

• JFE 系列：JFE FOX（狐扣）、 JFE BEAR（熊扣）

• Tenaris 系列：Tenaris NK3SB 、 Tenaris ER

• Hunting  系列：Hunting Seal Lock Boss 、Hunting Seal Lock HT 、Hunting Seal Lock APEX

• 寶鋼系列  產品：BGT1 、BGC

• 其它專利螺紋：天鋼、WSP-1T 、 WSP-2T、NSCC 、NSCT等

2、油管常用螺紋

1) NewVAM

   這種扣型特點是扣截面基本為矩形，螺距間隔相等，錐度不大，沒有外加厚。在車間的生產滑套套筒端部見到。

2) EU(External upset)外加厚

    EU 扣是一種外加厚油管扣型。在車間貨架上認識變扣接頭過程中還會發現三種和EU有關的標識。其中EUE(External Upset End)表示外加厚端，EUP(External Upset Pin)表示外加厚公扣，EUB(External Upset Box)表示外加厚母扣。

3)NU(Non-upset)沒有外加厚

   NU 表示是沒有外加厚的油管接頭。除了沒有外加厚外和EU 一般還有一種區別就是NU 一般每英寸10 扣，EU 一般每英寸8 扣。其中NUE 表示非加厚端或者說端部非加厚。同樣E 表示End。

2、鉆桿常用扣型

   鉆桿扣一般常見為REG 和IF扣，其他如FH 等在工具車間沒有找到。

   根據經驗：REG 扣和IF 扣一般分別是5 扣/in 和4 扣/in，但是大于4-1/2”即使是4 扣/in 也是REG 扣，也就是說大于4-1/2”一般都是REG 扣，小于4-1/2”IF 扣較多。

1) REG(API Regular Thread)API標準里的正規扣型

    正規型鉆桿接頭采用的螺紋。該型螺紋曾用于連接內加厚鉆桿，形成鉆桿接頭內徑小于鉆桿加厚端內徑，而鉆桿加厚端內徑又小于鉆桿管體內徑的通徑REG 扣和IF 扣摸起來，手感不一樣。REG 扣細膩一些，IF 扣粗糙一些，原因就是單位長度的扣密度不同。

2) IF(API Internal Flush)API標準里的內平扣型

    內平型鉆桿接頭采用的螺紋。該型螺紋用于連接外加厚或外內加厚鉆桿，形成鉆桿接頭內徑，鉆桿加厚端內徑與鉆桿管體內徑相等或相近的通徑。

3) FH(API Full Hole)API標準里的貫眼扣型

   貫眼扣顧名思義，就是眼一般大。那個眼呢？就是指鉆桿接頭內徑和鉆桿加厚端內徑。而不是與鉆桿管體內徑，二者一般要比鉆桿管體內徑小。

3、油套管鋼級總結

  油套管通常都是由兩部分組成，一部分為管體一部分為接箍。而油套管鋼級有很多種，為方便現場使用和區分，通常是用顏色進行區分的。下面列舉幾個常用的色，具體見下表：

• 其中鋼級的數字代表1000Psi，例如N-80 表示最小屈服強度等于80000Psi 約等于55.16MPa。

沖管的扣型
常見的沖管扣型有HYDRILL CS、 HYDRILL 511、TSWP，還有FL-4S有2-7/8″和4″。
1、HYDRILL CS為1.9寸且為外加厚, HYDRILL 511為2-7/8″且由細到粗, TSWP為4″且為雙臺肩而密封.
2、FL-CS為2-7/8″和 4″的沖管扣共用。
3、此外銑鞋等工具也有TSWP扣。

篩管、盲管扣型

• BTC，為偏梯扣紋，常見的尺寸有5-1/2″、6-5/8″、7″等。

• STC，為短圓紋，常見的尺寸有4-1/2″、5-1/2″、 6-5/8″、 7″ 、7-5/8″等。

• LTC，為長圓扣，常見的尺寸有4″、4-1/2″、 5-1/2″、 7″ 等。

特殊扣型

• 密封單元專用扣
  ACME扣型，常見的尺寸有3.25″、4″（3-5/8″） 、4.75″、6″。

• 管性扣型
  LP扣，截面為三角形，跟EU有點相似，但手摸上去有尖銳的感覺。
  LP扣常用于高壓管匯，常見尺寸有2″和3″等。

• 由壬扣
  常見的有1502、1602。

• 套銑管
  FJWP

==特殊完井==

1、致密儲集層和裂縫性儲集層的完井
     致密性儲集層一般是指低滲透的砂巖層，其滲透率在 0.01~0.001μm²之間。儲集層是以孔隙-裂縫型和裂縫-孔隙型的居多，很少有單純的孔隙型的。裂縫性儲集層是指巖石中的裂縫提供了儲油空間和滲透率的儲集層，巖層可以是灰巖、泥、頁巖、硅酸鹽等沉積巖石。儲集層的滲透率受裂縫的控制，可在很大的范圍內變化，沉積巖石中的裂縫多為垂直發育。這兩種儲集層的完井方法與單純孔隙型儲集層的完井有許多不同，這是由儲集層的特點所決定的。
1）致密儲集層的完井
   致密儲集層的特點是產層的巖石強度較高，滲透率很低、產能低，單靠儲集層的孔隙出油，采收率是極低的。采油中多需要進行壓裂和酸化處理以增加地層的孔隙，以增加產量。這種井的完井主要應考慮井身能經受酸化和壓裂。

△壓裂作業示意圖

     致密儲集層的完井原則是：套管強度要高，固井質量要良好，水泥返高達到要求，水泥石強度高。應當采取的措施是：使用套管扶正器和刮泥器，性能良好的前置液、頂替液、高速頂替水泥漿，頂替時活動套管，套管絲扣密封良好。選用優質絲扣密封油或絲扣粘和。用N80以上的厚壁套管，其抗內壓強度應是地層破裂壓力的1.2倍以上，套管柱的壁厚盡量一致，防止壁厚的突變，套管盡量無變形。盡量避免在套管內進行套銑等有害作業，壓裂時要用上下封隔器封隔壓裂井段。
2）裂縫性儲集層的完井
    裂縫性儲集層的特點是裂縫的展布及發育不是均勻的，裂縫具有方向性，井眼與裂縫相交，井才能出油，相交越多，井的產量越高。這種井的鉆井特點是應使井眼盡可能的多與裂縫相交。完井的特點是應使裂縫與井眼很好地連通，防止鉆井完井過程中裂縫的閉合與堵塞。

    裂縫性儲集層的完井原則是使井眼盡可能多地穿過儲集層的裂縫，采用水平鉆井使水平井眼與垂直發育的裂縫盡量多地相交是目前應用較多的技術。在完井過程中采用裸眼完井最普遍，這是由于在采用射孔完井時，要下套管用水泥封固，然后射開儲集層。水泥漿會堵塞裂縫使產層的滲透率大為下降；射孔孔道與分布不均勻的裂縫相交的可能大為減少。要使井眼與裂縫盡量多地連通，最好的完井方法就是采用裸眼完井及其變種的完井方法。當儲集層比較堅固時，可采用裸眼完井，儲集層強度稍差時，可采用篩管、襯管完井法；也可在篩管、襯管的適當部位加封隔器封隔弱地層，或使用礫石充填完井，盡量不用射孔完井。

2、水平井完井
      鉆水平井的目的是使井眼在近似水平的產層中多裸露或是使井眼盡量多的與大傾角的產層相交，使油井多出油。近幾年來，水平井已是增加儲量、恢復老油田產能的有效手段，并在國內外各油田廣泛采用。由于水平井的井身特點，水平井的完井具有與直井不同的地方。水平井的完井方法分為敞開類和封閉類兩大類八種，包括裸眼完井、篩管或襯管完井、篩管或襯管帶封隔器完井、襯管或套管固井完井等。具體結構見下圖。水平井的完井方式不僅取決于儲集層的性質，也取決于井眼的曲率半徑。由于套管在彎曲段的受力，影響到套管的下入，使一些井無法下套管完井。

1）長中曲率半徑水平井完井

     長曲率半徑水平井其造斜段的造斜率為，(2°~6°）/30m，曲率半徑在280m以上，鉆進的方法和常規鉆井是一樣的，完井方法可采用直井的所有方法。中曲率半徑的水平井其造斜段的造斜率為，(6°~20°）/30m，曲率半徑在85~280m，由于造斜段半徑小，需要用撓性鉆桿或普通鉆桿、彎接頭、井下動力鉆具等造斜鉆具組合鉆進造斜井段。由于造斜段的半徑小，鉆具起下時的摩阻增大，在下套管時，應當校核套管的彎曲應力，保證套管的下入。完井方法可采用直井的所有方法。

    在套管能順利下入井內時，可采用常規的固井方法。為了提高水平井的固井質量，用多下扶正器的方法來改善套管在水平井眼中的居中程度，通常是在水平井段每一根套管加一個扶正器。通常大流量洗井和上下活動套管會破壞水平段的巖屑床。在注水泥過程中加強活動套管，在頂替水泥漿時采用輕質頂替液，利用水泥漿與頂替液的密度差產生的漂浮作用使套管上浮居中，俗稱“套管漂浮接箍下入法”。可采用輕柴油為頂替液，水平井射孔時，為了使射孔槍順利下入，通常用鉆具或油管送入。

2）短曲率半徑水平井完井
    短曲率半徑的水平井造斜段的造斜率為，(30°~150°）/30m，曲率半徑10~60m。鉆進時只能采用柔性鉆桿、彎外殼井下動力鉆具、彎接頭等造斜工具鉆進斜井段。受曲率半徑的限制，套管在通過造斜段時要急劇彎曲，會受很大的彎曲應力，套管往往會卡在井壁處不能下入。如果強行下入，會使套管受損。因此，短半徑水平井一般是難以用套管固井完成的，多采用裸眼、篩管等方式完井。

△裸眼水平井示意圖

△水平井射孔完井示意圖

△套管外封隔器及襯管射孔完井示意圖

△水平井裸眼預充填礫石篩管完井

△割縫襯管完井示意圖

==完井專業術語==

1）完井：從打開生產層到把井交付給采油生產為止的全部生產過程。 
2）巖石的孔隙度：孔隙體積占巖石的總體積的百分比，是衡量巖石儲集流體能力的重要參數。

3）滲透率：在一定壓差下流體通過流體孔隙的能力。 
4）潤濕：液體在表面分子力的作用下在固定表面上的流散現象。 
5）完井技術研究：是儲集層和井眼的連通關系、儲集層巖石的性質與完井的關系。 
6）上覆巖層壓力：在垂直方向上受上部的巖石基質的重力和巖石中所含流體的重力之和。

7）構造地應力：在水平的各個方向上尚有因地質因素造成的力。

8）水鎖：鉆井液中的液相進入巖石孔隙內會使巖石基體產生潤濕性的變化，使本是親水的巖石基體與水密切結合。 
9）賈敏效應：水鎖堵塞孔隙，將油的液珠封鎖在孔隙內不能產出。

10）單管射孔完井：在鉆開的井眼中只下一根套管固井。 
11）貫眼完井：是敞開式井底的一種，是在裸眼段下篩管的完井方法。

12）襯管完井：是敞開式井底的一種，是在裸眼段下襯管的完井方法。 
13）半封閉裸眼完井：即產層的下部是裸眼直接與井眼連通，上部下入套管，固井并射孔的完井方法。 
14）半封閉襯管完井：即產層的下部裸眼中下入襯管，上部下入套管并射孔的完井方法。

15）管內礫石充填防砂完井：砂巖層射孔后在井中下入各種防砂篩管并在套管和篩管的環形空間充填礫石的完井方法。 
16）裸眼礫石充填完井：這是在裸露的砂巖層中下篩管，在環形空間用礫石充填的完井方法。

17）裸眼完井：指完井時井底的儲集層是裸露的，只是在儲集層以上用套管封固的完井方法。

18）割縫襯管完井：當鉆頭鉆到油層頂部，下入套管至油層頂部，注水泥固井。然后，下入鉆頭從套管鞋繼續向下鉆穿油氣層至完井井深，再下入帶割縫襯管的管柱，封隔器還密封襯管和套管的環形空間。 
19）高地層壓力：地層壓力梯度大于10.5kpa/m。

20）低地層壓力：地層壓力梯度小于9.8kpa/m。 
21）水泥塞：注水泥時阻流環以下的井筒中充滿水泥。 
22）常規酸化：在低于地層破裂壓力，不壓開裂縫的情況下，將酸液擠入地層的酸化處理。

23）酸化壓裂：在高于地層吸收能力的排量下向地層中擠酸，使井底壓力增高，當井底壓力上升到高于地層破裂壓力時，就會將地

層巖石中原有的天然裂縫撐開使其加寬，形成新裂縫。

24）礫石充填技術：在裸眼井段或套管中用純粒級砂充填在產層與生產管柱之間用以阻止地層砂移動的工藝技術。

25）機械防砂：是在生產管柱上加工出的許多小孔或細縫，或是利用金屬絲之間的緊密排列造成狹小縫隙，形成過濾層，將流體攜帶的顆粒較大的地層砂阻擋在過濾器之外的防砂方法。

26）化學防砂：將化學藥劑注入地層，把疏松的地層砂膠結起來，形成具有一定強度和滲透性的擋砂屏障，從而達到阻止地層砂進入油氣井內的目的。 
27）沖砂：通過沖管、油管或油套環空向井底注入高速流體沖散砂堵，由循環上返的液體將砂粒帶到地面，以解除油水井砂堵的工藝措施。

28）撈砂：用鋼絲繩向井內下入專門的撈砂工具—撈砂筒，將井底積存的沙粒撈在地面上來的方法。 
29）機械清蠟：指用專門的工具刮除油管壁上的蠟，并靠液流將蠟帶到地面的清蠟方法。

30）熱清蠟：利用熱力學能提高液流和沉積表面的溫度，熔化沉積井筒中的蠟。

31）礫石充填完井：先將繞絲篩管下至油層段，用充填液循環，再將地面選好的礫石攜帶至繞絲篩管與井眼的環形空間，形成一個礫石充填層，阻擋沙粒流入井筒引起保護井壁。

32）射孔完井：下入油層套管封固產層再用射孔彈將套管、水泥環、部分產層射穿，形成油氣流通道的完井方法。 
33）表皮效應：引起井筒附近地層的滲透性降低。 圍壓：在水平方向上受側向的擠壓力。 
34）水力壓裂：利用地面高壓泵組，從超過地層吸液能力的排量將高粘度壓裂液泵入井內而在井底產生高壓，當該壓力造成井壁附近地應力達到巖石抗張強度，使地層產生裂縫。

35）井深：油氣鉆井中從轉盤補心面計起至井底的長度。 
36）酸化：是油氣井投產、增產和注入井增產的又一項重要技術措施。

37）面容比：指巖面反應的酸液體積與巖石表面積的比值。 
38）套補距：指鉆井轉盤上平面到套管短節法蘭上平面之間的距離。

39）油補距：指鉆井轉盤上平面到套管四通上法蘭面之間的距離。 

==完井小測驗==

1．按巖石類型劃分,儲藏巖石類型可分為碳酸鹽巖、碎屑巖和其它巖石類型 三類。

2．對長封固段的固井，為了減少對產層的污染，目前一般采用分級固井或低密度水泥漿體系固井方式。

3．完井井底結構一般分為封閉式井底結構、敞開式井底結構、混合式井底結構和防砂式井底結構四大類。

4． 礫石充填完井分為裸眼礫石充填完井、 管內礫石充填完井 和  礫石預重填襯管完井  。

5．射孔作業時，射孔彈的激發方式有機械式、液壓式  和加電式。

6．襯管的種類分為割縫襯管  、  多孔篩管  和  繞絲篩管。

8．油井防砂方法分為機械防砂方法和化學防砂法兩大類，其中以機械防砂法為主。

9．根據儲層流體性質的不同，一般把油氣藏分常規油藏、稠油油藏和高凝氣油藏三大類。

10．鉆井液和地層流體之間的三個不平衡是指  壓力體不平衡、化學物質不平衡和濃度不平衡。

11．射孔過程中對產層產生的污染有 射孔液的污染、射孔殘渣的污染和射孔孔道邊壁的壓實。

12．油氣井出砂的主要原因有巖石性質、油氣流動性和生產措施引起出砂。

13．常用的機械防砂方法有獨立襯管防砂、優質防砂管、膨脹襯管防砂、礫石充填防砂和濾砂器防砂。

14．襯管完井包括 襯管頂部注水泥完井、懸掛式襯管完井、襯管封隔器完井 三種方式。

15．礫石充填完井分為 裸眼礫石充填完井、管內礫石充填完井  和礫石預充填完井。

16．射孔的參數包括 孔深、孔密、孔徑 和 相位角。

17．先期裸眼完井法是指先  下技術套管，注水泥固井，水泥漿上返至預定的設計高度后，再從技術套管中下入直徑較小的鉆頭，鉆穿水泥塞，鉆開油層至設計井深完井。

18.完井方式應考慮的主要因素或要求有哪些方面？

    a.油、氣層和井筒之間保持最佳的連通條件油、氣入井阻力最小

    b.各生產環節做得最大限度地保護產層，盡量減少對生產層造成的永久性傷害，并能使收到的傷害盡量得到修復

    c.能有效地封隔油、氣、水層和不同壓力的地層，防止生產過程中各層之間的互相干擾；在生產過程中發生油氣水界面移動的情況下，井底結構能夠保證井的正常生產；

    d.對出砂產層，能有效的控制產層出砂，防止井壁坍塌，確保油氣井長期生產；

    e.應具備進行分層注水、注氣、分層壓裂、酸化等分層處理措施；

    f.稠油井開采能夠達到注蒸汽熱采的要求g.完井和修井施工工藝簡單，成本較低。

19.油氣井出砂的原因有哪些？簡述常用的防砂方法。

a.油氣井出砂的影響因素主要是地質因素和開采措施。

• 地質因素主要包括巖石的特質（油藏埋藏的深淺，形成的年代，膠結物的類型和含量等）和油氣流性質。開采措施包括不合理的開采速度和油井工作制度；

• 射孔、壓裂、修井沖砂和酸化；

• 注水或進入高含水期后，對膠結物的溶解和沖刷及返吐卸載；

• 熱采井注蒸汽對膠結物的溶解軟化等。

b.常用的防砂方法分為三類：機械防砂，化學防砂和復合防砂。

• 機械防砂包括：獨立襯管防砂，在產層段下入割縫襯管或繞絲篩管，利用襯管本身的縫隙進行防砂：

• 優質防砂管：由于有保護罩和多層慮網結構，它具有更好的防砂效果，防砂范圍更廣，可用較小砂粒地層的防砂；

• 膨脹襯管防砂：膨脹管下入到生產層段，然后下入膨脹工具將篩管脹開，使其緊貼在井壁，起到支撐井壁和擋砂作用；礫石充填防砂；

• 慮砂器防砂：在完井防砂管柱的基礎上，通過在油層下部安裝各種慮砂器進行二次防砂。

• 化學防砂：化學防砂是向地層擠入一定量的各種樹脂或化學固砂劑，直接將地層固結，化學劑充填于地層空隙中，以達到充填和固井地層、提高地層強度的目的。對疏松地層特別適合。

• 復合防砂：復合防砂主要是吸取機械防砂和化學防砂的成功經驗，將兩者優勢結合起來互相補充，一方面通過化學防砂在近井地帶形成一個有一定滲透率、固結良好的屏障帶，在利用機械防砂形成二次擋砂屏障。:

20.普通割逢襯管完井有何優、缺點？

（1）產層裸露，保持了油層的原始滲透率，滲流面積大，具有較高的產能，提高了采收率；

（2）襯管不僅可以起到支撐井壁的作用，而且具有一定的防砂效果；

（3）利用管外封隔器，隔斷油氣水竄的途徑，提高了固井質量；

（4）固井過程中水泥漿不與產層接觸消除了固井過程中水泥漿對產層的污染有效地保護了產層。

21.襯管完井的使用的地質條件

1）產層相對穩定；

2）單一產層或壓力、巖性基本一致的多儲層；

3）不準備實施分隔層段，選擇性壓裂處理的儲層；

4）巖性較為疏松的中、粗砂粒儲層；

5）稠油儲層；

6）特別試用于灰巖裂縫型儲層和硬質砂巖儲層。割縫襯管完井方法是當前主要的完井方法之一，特別是在水平井中應用較為廣泛。在碳酸巖裂縫型油氣藏和巖性較為疏松的稠油藏，目前廣泛采用水平井和襯管完井方式。

22.裸眼完井法有哪些優點和缺點？適用于何種特性的油氣藏？

?裸眼完井的優點：

1）油層完全裸露，因而油層具有最大的滲流面積，這種井成為水動力學完善井，油氣流動阻力最小，產量最高；

2）產層以上的地層用套管封固，排除了上部地層的干擾，為采取符合打開生產層特點的鉆井液提供了充足的條件；

3）在打開產層時如遇到復雜情況，可及時提起鉆具到上部的套管內進行處理，避免事故的進一步復雜化；

4）縮短了產層在鉆井液中的浸泡時間，減少了產層的傷害；

5）由于是在產層以上固井，消除了油氣對固井地層的影響，提高了固井質量，消除了水泥漿對生產層的嚴重污染。

?裸眼完井的缺點：

1）不適應與非均質、弱膠結的產層，不能克服井壁坍塌，產層出砂對生產的影響；

2）不能克服層間干擾，如油、氣、水的相互影響和不同壓力體系的互相干擾；

3）油井投產后不能實施酸化、壓裂等增產措施。

裸眼完井適用于：

1）堅固的均質儲層；

2）單一的產層，不需分層開采，無含水含氣夾層，或是雖有夾層但對采油無影響的油氣層；

3）具有一定厚度的產層；

4）一般應用于碳酸鹽巖和堅硬的砂巖產層，如碳酸鹽巖裂縫性油氣層、古潛山油藏等。

23.低滲油氣藏在鉆井過程中應注意哪些事項？一般采用何種完井方式？

?應注意以下事項：

1）儲層巖石的孔隙度和滲透率低，巖石的強度較高。低滲透巖石的總孔隙度小于10％，油層巖石的滲透率大體為0.001μm² 或更小。

2）低滲透層容易受永久性污染。低滲透層在鉆進時極其容易受到鉆井液（或水泥漿）中的液相和固相的污染，使細小的孔隙堵塞。而且低滲的巖石的污染幾乎無法恢復。

?低滲層產量提高的關鍵是減小油流阻力。目前完井方式有以下兩種：

1）射孔完井 + 壓裂 ：用高壓流體將巖石壓開裂縫，并將支撐劑擠進巖層，起支撐和擴大裂縫的作用。有時，酸化和壓裂同時進行。

2）襯管完井

24.裂縫型儲層鉆井過程中存在的主要問題和常用的完井方法

     鉆進裂縫巖層時應考慮的主要問題是：打開儲層時的防污染、防裂縫巖層的變形等問題。 由于受側向擠壓力的作用，巖石有向井眼中心變形的趨勢，裂縫有閉合的趨勢。當鉆開裂縫層時鉆井液的密度較低，液柱對側向擠壓力的抵消作用也小，裂縫就有可能閉合。

完井方式：

1）為了使井眼盡可能多的與垂直裂縫相交，在裂縫儲層中 使用水平井技術已經熟。在裂縫性的油氣藏鉆中半徑的水平井有高的經濟效益。

2）為防止洗井液體漏失污染和堵塞裂縫，發展起空氣鉆井技術和低固相洗井液，欠平衡鉆井技術在裂縫油氣藏的鉆井中的應用也比較多。  

25.射孔完井的特點及使用地層

（1）可有效封隔油氣水層及多壓力體系產層堿的相互干擾，適用于有氣頂、有底水、或有含水夾層、易塌夾層等復雜地質條件的儲層；

（2）能方便的實現多套產層的分層測試、分層開采、分層壓裂或酸化、分層注水等措施；

（3）可有效地支撐井壁，防止井壁坍塌對生產帶來的影響；但它與地層連通性較差，特別對裂縫性產層，需要進行定向射孔，另外射孔完井在固井過程中對產層污染大。幾乎適用于所有類型的儲層巖石，是目前應用最多、最廣泛的完井方法。

-行業推廣-

2017年第三屆中國石油與化工持續發展論壇，于6月7-9日在上海舉辦，現在通過一點石油報名，即可獲專屬優惠！電話：18920935082。