石油钻探完井方法选择.ppt

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1、1,硕士2002级 现代完井工程,完井方式选择,2,为什么对完井方式要进行选择？ (1) 地层能量的充分利用 油气从地层井底的渗流过程中，需要克服各种渗流阻力，这就必然要消耗地层的能量。这种消耗体现在井眼周围的压力降低上。 根据渗流力学原理，不可压缩液体在平面径向稳定渗流时的压力分布：,概要,3,从整个地层看，压降面像一个漏斗状曲面，习惯称为“压降漏斗”。可见，压力损失集中在井眼附近。如井眼半径为0.1m，泄油半径为100m，地层压力25MPa。当井底压力为15MPa，则在离井壁3m处，其压力损失即为全程的一半。,4,对于可压缩的气体，在平面径向稳定渗流时，压力分布为：,由图可见，从井壁至供给

2、边缘，其压力分布也是一个漏斗曲面，但与液体比较，其压力损失集中在井底附近的现象更为显著。如上述同样条件，但在离井壁2m处，压力损失即为全程的一半。,5,由上述油气渗流过程可见，地层大部分的能量损失都集中在井底附近。因此，井底附近连通条件的好坏，对油气井生产有重要影响。 如果在完井方式或完井作业中，使井底附近的地层受损害，则在油气渗流至井底过程中，将会产生额外的能量损失，导致油气井的产能（PI = Q0/P）大大降低。,6,(2)防止地层出砂，延长油气井正常生产寿命 砂粒逐渐在井筒内聚集，砂面上升直至掩盖油气流入井底的通道而阻碍油气流，甚至使油气井停产。严重时，也有可能引起井底坍塌损坏套管。 产

3、层开采后随地层流体的流出，产层孔隙压力逐渐降低，上覆地层压力随之逐渐传到承载岩石骨架上，有可能破坏骨架砂粒间的胶结，造成出砂，最终引起上覆地层下沉，导致套管变形和毁坏，如图示。 油井出砂会增加井下设备磨损，如抽油泵进出口凡尔、活塞、衬套等，以及地面设备的磨损，如油嘴、弯头、闸门、管汇等。因此需要经常更换井下和地面设备，增加成本。,7,油层出砂引起地层坍塌示意图,(a)地层压力处于平衡状态。 (b)开采后地层压力减小，上覆地层压力下传，破坏骨架砂粒胶结，产层出砂，打破了地层压力的平衡状态。 (c)产层进一步出砂，上覆地层下沉，套管变形。 (d)上覆地层严重下沉而挤毁套管，油井报废。,8,易出砂地

4、层的胶结方式,易出砂的油层岩石以“接触胶结”方式为主，胶结数量少，胶结物中含有粘土。这种产层的孔隙度大，渗透率高。 在其它条件相同时，渗透率愈高，砂岩强度愈低，愈容易出砂。 原油粘度高、密度大的油层容易出砂。因原油流动阻力大，携砂能力强。,9,(3)不同压力储层分层开采，封隔水夹层,不同压力储层或水夹层不封隔，或封隔不好的后果。 较高压力层油气流入低压地层中，造成部分油气资源散失，导致流到地面的油气产量减少。 夹层水窜入井内，造成油含水率高。,10,将不同压力储层和夹层水封隔。既可使不同压力储层实现分层开采，又防止了地层水窜入井内。,11,合理完井方式的要求,(1)油气层与井底之间应具有最佳的

5、连通条件，油气层受损害最低； (2)油气层与井底间应具有尽可能大的渗流面积，最小的油气渗流阻力； (3)有效封隔地层、防止地层出水、油气窜流和层间相互干扰； (4)有效控制出砂、防止井壁坍塌、保证正常生产寿命；,12,(5)应具备实施选择性压裂酸化等增产措施，以及便于人工举升和井下修井等作业的条件； (6)稠油井能满足热采要求； (7)在油田开发后期具备侧钻条件； (8)施工工艺简便，成本较低。,13,完井方式,射孔完井、割缝衬管完井、裸眼完井、砾石充填完井等。 1、射孔完井 钻穿生产层，下套管至油气层底部后固井，射孔完井。分两种方式：套管射孔和尾管射孔。,14,套管射孔完井 尾管射孔完井 单

6、管和多管射孔完井 封隔器射孔管完井,射孔完井法,15,(1)套管射孔完井：套管射孔完井是钻穿油层直到设计井深，然后下油层套管至油层底部注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层某一深度，建立起油流的通道。如图。,16,(2)尾管射孔完井：在钻头钻至油层顶界后，下技术套管注水泥固井，然后用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技术套管上，尾管和技术套管的重合段一般不小于50m。再对尾管注水泥固井，然后射孔。如图。,17,单管和多管射孔完井法 单管： 特点 一口井内下一根油管，一次开采一层或性能和压力相近的多层油气层。,18,多管： 也称多层完井法或平行管多层完井

7、法，系在油层套管内下入两根以上油管柱，以便同时开采压力、性质不同的几个油层或气层。,19,封隔器射孔完井法 是将套管封隔器接在套管柱的适宜部位下入井内，使它正对生产层。 优点： (1) 支持上部液柱压力，使产层不受水泥浆侵入危害； (2) 封隔器封闭了油气层，减少了水泥浆的气侵，有利于提高固井质量； (3) 能在产层附近形成良好的密封； (4) 可减少油气窜通。,20,射孔完井的优缺点,优点：(1) 能够比较有效地封隔和支撑疏松易塌产层；(2) 能够分隔不同压力和不同性质的油气层；(3) 可进行无油管完井和多管完井； (4) 除裸眼完井法外，它是最经济的。 缺点：(1) 钻井和固井时对油气层的

8、损害较为严重；(2) 油气层与井底连通面积小、油气层流入井阻力较大。,21,2、裸眼完井 不下套管柱支撑井壁，油气直接从地层经过井壁流入井内。裸眼完井方式有两种完井工序：先期和后期裸眼完井。,22,(1)先期：钻头钻至油层顶界附近后，下套管注水泥固井。水泥浆上返至预定的设计高度后，再从套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深完井。如图。,23,(2)后期：钻头直接钻穿油层至设计井深，然后下套管至油层顶界限近，注水泥固井。如图。,24,复合型完井 裸眼完井与射孔完井相结合的一种完井方式。 主要针对有气顶或顶部有夹层水的适合裸眼完井的厚油层。,25,最大优点：油层或气层直接与井眼相

9、通，油或气流入井内的阻力小；最经济。 主要缺点：井壁易跨塌和油层易出砂；不能分层开采和分层进行油层改造(压裂、酸化)。,裸眼完井的优缺点,26,3、割缝衬管完井 钻头钻开油气层后，在油气层部位下入带缝眼的衬管完井。分两种完井工序。,27,(1)套管下部直接接衬管： 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。如图示。,28,(2)悬挂衬管：钻头钻至油层顶界后，先下套管注水泥固井，再从套管中下入直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深，然后在油层部位下入预先割缝的衬管。如图。,29,4、砾石充填完井,将绕丝筛管下入井内油层部位

10、，然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，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、防止砂流入井内。,30,砾石充填完井防砂实例,(1)渤海某油田直井防砂 油层井深14501700m，原油密度0.950.96，地下原油粘度70mPas，含油井段长100200m，油井自喷能力差。在试油过程中曾用电潜泵求产，油井出砂严重，套管内砂柱高达20多米。 在完井方式上，采用套管内绕丝筛管砾石充填完井。生产套管为95/8in或7in，每米射39孔。,31,(2)渤海某油田定向井防砂 油田井深为18101870m，原油相对密度0.955，地下粘度

11、平均为57 mPas，井斜40，70年代初期试油时出砂严重，下预填充滤砂管防砂效果不好。80年代后期，在7in套管内采用绕丝管大段砾石充填完井，该井自1985年投产以后，开始自喷，后转喷射泵及电潜泵生产，生产压差3060MPa，现已生产10年，日产100t左右，没有发现出砂问题。,32,5、水平井完井,裸眼完井、割缝衬管完井、带管外封隔器的割缝衬管完井、射孔完井和砾石充填完井五类。水平井按其造斜和曲率半径可分为短、中、长三类。,33,割缝衬管完井示意图,34,水平分支井示意图,35,水平井射孔完井示意图,36,套管外封隔器及割缝衬管完井示意图,37,套管外封隔器及滑套完井示意图,38,套管外封

12、隔器及衬管射孔完井示意图,39,水平井裸眼预充填砾石筛管完井示意图,40,各种完井方法适用的地质条件,由前分析可见，各种完井方法都有其优点与不足，受到油气层地质条件的限制。因此，确定油气井的完井方法时，应根据油藏岩石是否坚固，多油层的压力和性质是否一致，以及是否有夹层水、底水、边水、气顶等，选择适当的完井方法。 归结起来，各种完井方法适应的地质条件如下：,41,裸眼完井适应的地质条件 （1）岩石坚硬致密，井壁稳定不坍塌的储层； （2）不要求层段分隔的储层； （3）天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩； （4）短或极短曲率半径的水平井。,42,割缝衬管完井适应的地质条件 （1）井壁不稳定，有可能发生井眼

13、坍塌的储层； （2）不要求层段分隔的储层； （3）天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩储层。,43,带管外封隔器的割缝衬管完井适应的地质条件 （1）要求不用注水泥实施层段分隔的注水开发储层； （2）要求实施层段分隔，但不要求水力压裂的储层； （3）井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层； （4）天然裂缝性或横向非均质的碳酸盐岩或硬质砂岩储层。,44,射孔完井适应的地质条件 （1）要求实施高度层段分隔的注水开发储层； （2）要求实施水力压裂作业的储层； （3）裂缝性砂岩储层。,45,裸眼预充填砾石筛管完井适应的地质条件 （1）岩性胶结疏松，出砂严重的中、粗、细粒砂岩储层； （2）不要求分隔层段的储层； （

14、3）热采稠油油藏。,46,套管预充填砾石筛管完井适应的地质条件 （1）岩性胶结疏松，出砂严重的中、粗、细粒砂岩储层； （2）裂缝性砂岩储层； （3）热采稠油油藏。,47,完井方法选择,完井方法的选择原则 油气井是连通油气藏的唯一通道，每口油气井的完井设计必须以获得最大的综合利润为前提。选择完井方法所要考虑的问题相当广泛，但可找出其中的主要因素。 这些因素有： (1)储集层的类型：例如孔隙性、裂缝性或复合型、孔隙裂缝或裂缝孔隙。,48,(2)储集层的均质程度：均质产层是指在整个产层厚度内渗透率等岩性相同，没有含水及易坍塌夹层，没有被分隔为许多压力不同的油气层的单一产层，或者即使被分隔成为许多层但

15、各分层的压力相近。非均质产层是指存在压力、岩性各不相同的若干小分层之间的层间干扰或存在含水夹层、易坍塌粘土夹层等。,49,(3)产层岩石的稳定性。 (4)产层附近有无底水或气顶。 (5)产层的渗透性等。,50,确定完井方法的要求 (1)必须适应油气藏的地质特征，从而使油气井的正常生产时间长，生产效率高。 (2)必须满足油气井在长期生产阶段的种种工程要求。例如：二次采油阶段要求油井能进行选择性地注水或采油；增产措施作业要求油井具备可分隔层段的井底结构，完井过程中要求对储集层的伤害最小且完井成本最低。,选择完井方法的基本原则： 针对油气藏的具体地质条件，结合工程要求进行短期和长期效益的综合考虑。,

16、51,适应各种地质特征和工程要求的完井方法,52,由上表可见，综合上述因素可以确定完井方法： (1)均质、不准备进行选择性作业（采油、压裂、酸化、注水等）、岩石坚固的产层可以选用裸眼完井； (2)均质、不准备进行选择性作业、岩石不坚固的产层应该选用衬管或砾石充填等能够防砂的完井结构；,53,(3)均质、不准备进行选择性作业、岩石坚固的产层，若产层附近有气顶或其它高压层时，则可采用复合的完井结构（上部射孔、下部裸眼）； (4)坚固但非均质的产层，应该采用套管封闭射孔完井结构； (5)非均质、准备进行选择性作业的产层，经常根据产层的渗透率选择完井结构（低渗透采用常规射孔，高渗透采用套管砾石充填射孔

17、）。,54,选择完井方法时，对地层岩石强度的要求,对于直井，在生产压差下，产层岩石稳定性可由下式判断： 式中：C 地层岩石的抗压强度（由试验确定），MPa； t 井壁岩石最大剪切应力，MPa； 岩石波桑比； Pwf 井底流压，MPa； Ps 产层压力，MPa； 上覆岩层平均密度，g/cm3； H 产层深度，m； g 重力加速度，m /s2。 若岩石的抗压强度大于计算值，则可以采用裸眼完井；若小于计算值，则应该采用能够防砂的完井结构。,55,对于水平井，在生产压差下，产层岩石稳定性可由下式判断： 式中：C 地层岩石的抗压强度（由试验确定），MPa； t 井壁岩石最大剪切应力，MPa； 岩石波桑比

18、； Pwf 井底流压，MPa； Ps 产层压力，MPa； 上覆岩层平均密度，g/cm3； H 产层深度，m； g 重力加速度，m /s2。 若岩石的抗压强度大于计算值，则可以采用裸眼完井；若小于计算值，则应该采用能够防砂的完井结构。,56,水平井比直井更易出砂的原因 对比以上两式可以知道，同样埋藏深度的油气层，直井不出砂时，水平井就不一定不出砂。 因岩石的波桑比一般为0.150.4，则（3-4） 2，即在相同埋藏深处，水平井井壁的岩石所承受的切向应力要比直井的大。因此，水平井更容易出砂。,57,完井方案分类,可以把完井方案分为四种基本类型： (1)产层裸露或下有衬管，但不注水泥（井底裸露，图中

19、a、b、c型）,58,(2)产层下部裸露，上部下套管并注水泥，以后再射孔复合型（图中d、e型）；,59,(3)产层下套管或尾管并注水泥，以后再射孔打开产层(井底封闭，图中f型)；,60,(4)正对产层下衬管或砾石衬管（防砂井底结构，图中g、h型）。 或用渗透性材料加固（图中 i、j、h型）。,61,(4)用渗透性材料加固产层化学固砂（图中 i、j、h型）。,62,现举例说明按上述方案选用完井方法 已知：产层厚度10m，埋藏深度3000m，岩石抗压强度C=40MPa，产层压力ps=3lMPa，井身剖面地层岩石平均密度等于 2250kgm3。在开采期间井底压力为27MPa，砂岩泊松比 =0.3，于是侧压系数=/(1-)=0.43。 由上式可计算得井壁岩石相对强度：C=40 MPa大于计算值38.4MPa。 结果表明，岩石坚固，可以用裸眼井底结构开采。如产层为均质砂岩且附近无高压层或底水，当地层稳定且地层压力梯度大于 0.1MPa/10m时，则可以采用图中a型或 b型完井方法。 a型用于低渗透产层，b型用于高渗透产层。如果产层附近有高压层或顶部有气顶，就需要采用复合型井底结构d型。,63,谢 谢 ！,