水平井完井技術(shù)

水平井完井工作包括多種工藝過程且受許多因素影響和制約，水平井完井方法正確與否會影響到一口井的產(chǎn)量和壽命。理想的完井應(yīng)使油流能最有效地流到地面，同時使建井成本和操作費用降到最低。完井方式選擇主要受三個方面因素影響：油藏地質(zhì)因素、經(jīng)濟因素、完井及采油工藝技術(shù)對鉆井技術(shù)的適應(yīng)性因素。

水平井完井技術(shù)油藏地質(zhì)因素

儲層的類型及其均質(zhì)程度，特別是巖石的粒度組成，井底附近地帶巖層的穩(wěn)定性，產(chǎn)層附近有無高壓層、底水或氣頂，產(chǎn)層滲透性等，不僅影響選用完井方式如裸眼完井、射孔完井、篩管完井、管外封隔器完井、礫石充填完井等的主要因素，而且是確定其具體完井管柱結(jié)構(gòu)形式的主要因素。

一般來講，完井方式應(yīng)根據(jù)儲層類型進行選擇，即儲層類型不同，完井方式也不盡相同。在一些均質(zhì)的較穩(wěn)定的油氣藏中鉆水平井，一般不需要再采用增產(chǎn)措施的，不需要層位封隔或分段完井，可選用固井或篩管完井。對于某些非均質(zhì)油氣藏條件下水平井可能要求采用分段完井或?qū)游环飧舻韧昃绞健６芽p性油氣藏的水平井一般不需要采取增產(chǎn)措施，但有時由于鉆井過程污染和損害了天然裂縫或者各個鉆穿的天然裂縫滲透率差異大等原因，也需要采用分段封隔完井。因此，完井是水平井作業(yè)鏈的中間關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與其前后的各項作業(yè)相互關(guān)聯(lián)和相互制約。

水平井完井技術(shù)經(jīng)濟因素

合理選擇水平井的完井方式具有重要的經(jīng)濟意義。水平井的完井方案合理與否又關(guān)系到油氣井從投產(chǎn)到報廢（或關(guān)井停產(chǎn)）的全部生產(chǎn)過程中的投入資金回報率的大小。應(yīng)以水平井全部生產(chǎn)過程中獲取最大資金回報為最終目標合理選擇完井方案。不應(yīng)以單純依據(jù)某種方案的完井（作業(yè)）費用高低為標準選擇完井完井方式。應(yīng)以油氣井全部生產(chǎn)過程的累計產(chǎn)值與包括鉆井、測井、完井、試井、生產(chǎn)和增產(chǎn)措施及修井等作業(yè)費用總和附加利息等總成本之比值最大為標準進行選擇。

水平井完井技術(shù)適應(yīng)性因素

由于水平井技術(shù)是一項系統(tǒng)工程，不但要研究油藏工程、鉆井、完井和采油作業(yè)等單項技術(shù)的發(fā)展，更重要的是研究各技術(shù)之間的配合和適應(yīng)性。因此必須強調(diào)各個環(huán)節(jié)之間的密切配合，在鉆井設(shè)計之前，就要考慮到井網(wǎng)布置、測井、完井、采油和修井作業(yè)等工藝的實施。否則，將會給水平井后期工作造成許多困難，難以達到預(yù)期的開發(fā)效果。

因此，進行采油工藝對井身結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性研究，就是在鉆井設(shè)計之前先從采油工藝及油層保護的角度如下泵深度、采液速度等對井眼軌跡的設(shè)計提出要求；在設(shè)計造斜點、曲率半徑及井身結(jié)構(gòu)時既要考慮到鉆井的要求，又要考慮到完井管柱及井下工具的下入、泵掛深度等。只有從完井、采油和油層保護的角度提出對鉆井工程的要求，才能保證水平井的實施效果。

科學(xué)合理的水平井完井技術(shù)是水平井開采技術(shù)的關(guān)鍵之一，這對使水平井獲得高產(chǎn)，延長油井壽命具有極其重要的作用。遼河油田地質(zhì)條件復(fù)雜，油藏類型多樣，又經(jīng)過二十多年的開發(fā)，許多區(qū)塊油水關(guān)系更為復(fù)雜。因此，要保護好油氣藏，提高水平井的產(chǎn)能，提高區(qū)塊采收率，必須根據(jù)油氣藏條件和儲層井眼狀況優(yōu)化完井方式。水平井完井方式選擇是否得當，直接關(guān)系到今后開發(fā)開采的全過程能否順利進行。

水平井完井技術(shù)優(yōu)選考慮因素

（1）產(chǎn)層結(jié)構(gòu)類型產(chǎn)層結(jié)構(gòu)類型大致可分為以礫間孔隙為主要儲集空間和滲流通道的孔隙型產(chǎn)層；以微裂縫為主要儲集空間或滲流通道的裂縫型產(chǎn)層。

（2）產(chǎn)層巖石的堅固程度若產(chǎn)層巖石堅固，可采用非防砂型完井；反之若巖石疏松，則必須考慮防砂型完井。

（3）生產(chǎn)過程中井眼的穩(wěn)定性如果巖石是堅固的，同時井眼又是穩(wěn)定的，可以考慮裸眼完井；否則應(yīng)考慮具有對井壁起支撐作用的完井方式。

（4）是否鉆遇單一產(chǎn)層只有在鉆遇單一產(chǎn)層的情況下，才能根據(jù)其它各因素選擇最合適的完井方式；鉆遇多層時，只能選擇能夠分隔層段的完井方式。

（5）是否需要實施水力壓裂如果產(chǎn)層滲透率低，需要進行水力壓裂改造，則應(yīng)選擇下套管注水泥的射孔完井方式。

（6）有無底水、氣頂以及地層橫向非均質(zhì)程度

（7）是否需要進行生產(chǎn)控制、生產(chǎn)測井、酸化作業(yè)及轉(zhuǎn)注

（8）是否要進行熱采

水平井完井技術(shù)熱采方式優(yōu)選

遼河油田稠油油藏埋藏淺，上覆巖石的壓實作用弱，儲層松散（大多數(shù)儲層屬于高孔隙、高滲透、弱膠結(jié)性孔隙型儲層），僅具有正常地層壓力或低地層壓力，開采時有不同程度的出砂，加之該類油藏原油性質(zhì)比較稠，必須注蒸汽熱采，而蒸汽和熱水對膠結(jié)物的溶解與軟化、沖刷作用，加劇了油層的出砂，因此一般采用篩管完井。對于砂巖粒度中值大于 0.2mm、分選比較均勻的油藏采用割縫篩管完井，對于粒度中值小于 0.2mm 的油藏采用彈性篩管完井。

水平井完井技術(shù)常規(guī)方式優(yōu)選

由于水平井技術(shù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它包括油藏工程、鉆井、完井、采油以及修井作業(yè)等多個環(huán)節(jié)。在進行鉆井、完井設(shè)計的初期，就要考慮到后期的修井和增產(chǎn)作業(yè)等環(huán)節(jié)，各個環(huán)節(jié)之間只有密切配合、相互協(xié)調(diào)，才能充分發(fā)揮水平井的技術(shù)優(yōu)勢，達到最好的應(yīng)用效果。否則，將會影響水平井的實施效果。完井方式的選擇主要是針對單井而言，雖然單井屬于同一油藏類型，但其所處地理位置不同，所選定的完井方式也不盡相同。

（1）天然裂縫性油藏 ，由于儲層以碳酸鹽巖或灰?guī)r為主，巖性致密，對于這類油藏以裸眼完井為主。

（2）沙河街組的砂巖油藏，由于砂體膠結(jié)程度好，不易出砂，以打孔襯管和割縫篩管完井為主。

（3）邊底水油藏或注水后期開發(fā)的油藏，如果油藏水淹嚴重，油水關(guān)系復(fù)雜，而井眼軌跡要穿越水層，為防止目的層與非生產(chǎn)層（水層）互竄，則要采用套管外膨脹式封隔器完井、固井射孔完井，以防水平井生產(chǎn)過程中，某一層或某一段水淹，可以實施卡堵水作業(yè)。

（4）低滲透油藏，由于產(chǎn)層滲透率低，必須進行壓裂改造才可能具有經(jīng)濟產(chǎn)能，因此需要采用射孔—壓裂一體管柱方式完井。

鉆完井可以采用很多種不同的方法?？偟膩碚f可以定義為三種主要的類型：

①垂直鉆井之裸眼完井或套管完井；

②水平鉆井完井之一個或多個裸眼油層；

③分支井鉆井完井（意思是從一個垂直井眼里鉆開多個水平井眼）。

水平井與垂直井相比主要用于提高油井產(chǎn)量。由于相比于垂直井來說，水平井與儲層有更大的接觸面積，所以水平井的產(chǎn)量更高。同時，水平井在解決在垂直鉆井中產(chǎn)生的各種問題方面也有廣泛的應(yīng)用。

下面不同種類的完井方法提供了各種不同有效程度地控制油層的完井方式。這其中一些是基本的，一些是復(fù)雜的。完井方法的選擇必須符合生產(chǎn)限制條件和儲層特性。完井方式也要依據(jù)巖石強度、堵水堵氣要求、預(yù)期流動率、完井壽命、頁巖的活動性和穩(wěn)定性、顆粒排序和紋理的影響。

井筒穩(wěn)定是主要的考慮因素。對于夾層形式，礫石充填擠壓成型并且穩(wěn)定礫石。對于顆粒排序良好的非夾層形式，如果不考慮完井壽命，或者油井正在以高流動率生產(chǎn)，一般考慮非礫石充填完井就足夠了。

現(xiàn)今可以選擇的膠結(jié)地層的完井方式如下：

裸眼完井

裸眼完井用于油井生產(chǎn)時不會坍塌的穩(wěn)定膠結(jié)地層。此時應(yīng)對水錐進和氣錐進的趨勢進行認真研究，因為這種完井設(shè)計允許無預(yù)防性的意料之外產(chǎn)生的水或氣的阻斷。

預(yù)鉆或割縫襯管完井

當考慮井筒穩(wěn)定性或者需要考慮出砂的時候，我們一般用割縫襯管。割縫襯管或者帶眼襯管直接放在裸眼里或者懸掛在生產(chǎn)套管上。另外，如果地層構(gòu)造中有反應(yīng)性頁巖，襯管是一種合適的防止井眼脫落或者坍塌的選擇。

在固結(jié)地層結(jié)構(gòu)中，預(yù)鉆襯管通常代替割縫襯管使用。預(yù)鉆或割縫襯管完井。只有在預(yù)期沒有增產(chǎn)并且不用考慮不包括有害的諸如水或氣的流體的時候，可以考慮用預(yù)鉆或割縫襯管完井。

裸眼篩管帶管外封隔器完井

套管封隔器通常用于在無水泥封固的裸眼完井中的不同流體類型或者壓力之間形成一個有效的環(huán)形密封。當區(qū)域需要隔離時，這種完井方式相比襯管完井是一種改進。套管封隔器漲封后密封井眼內(nèi)徑，作為襯管整體的一部分使用。可以用水，泥漿或水泥使其膨脹。當正常膨脹的時候，分割器可以提供一個有效的密封環(huán)境用于選擇性生產(chǎn)，增產(chǎn)或者其它的注水目的。套管封隔器一般與割縫襯管，篩管，預(yù)鉆篩管或襯管和滑動套筒配合使用。

射孔完井

套管井眼完井定義是在生產(chǎn)層位中襯管或套管被封固來代替射孔封堵。與其它完井方式相比，套管井眼完井方式對井眼的控制和儲層的操控程度最高。由于在自然壓裂形式下可能存在水泥入侵，套管井眼完井方式一開始時被用于非自然壓裂儲層。套管井眼完井對于水平井來說可以減少鉆井過程中的錐進問題。射孔可以選擇性地阻止不需要的流體流入。

預(yù)鉆襯管和裸眼篩管完井

裸眼篩管完井一般用于需要進行防砂的非固結(jié)地層。篩管不需要進行礫石充填來阻止地層砂進入流體中。如果存在不需要的流體，這種完井方式可以結(jié)合套管封隔器施工。獨立篩管完井可以預(yù)充填。預(yù)充填篩管實際上是模塊化的礫石充填因為有樹脂涂敷礫石或者松散砂充填在它們周圍來阻止砂通道的形成。如果在水平井中不需要礫石充填那么預(yù)充填篩管完井是一種合適的方式。但是，儲層要求相對干凈，同時地層砂要求非常一致，最好沒有細沙粒和平均體積流動率。

裸眼篩管完井

裸眼篩管完井由于在預(yù)射孔襯管內(nèi)工作所以提高了篩管的位置度。這項技術(shù)主要用于由于反應(yīng)性頁巖的存在造成的井眼不穩(wěn)定有防砂要求的疏松巖石。

裸眼篩管礫石充填完井

裸眼篩管礫石充填完井是在篩管和裸眼之間形成礫石充填層。這種完井方式的優(yōu)點是可維持生產(chǎn)率和完井壽命相比于獨立篩管完井。一次成功的水平井礫石充填完井要求井眼干凈、穩(wěn)定并且沒有損壞以放置礫石充填篩管。之前滑進井眼中或者在礫石充填的過程中滑入井眼中的反應(yīng)性頁巖是裸眼篩管礫石充填完井的主要阻礙。不穩(wěn)定的臟井眼會污染礫石，引起油井生產(chǎn)率下降如果儲層結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，完井過程中不需要考慮防砂，則可以選用預(yù)鉆襯管裸眼完井方式。

一般來講，襯管可以在鉆井過程中或者鉆井完成之后安裝。從長遠考慮，想檢測以后生產(chǎn)過程中的出砂量，那就需要安裝預(yù)鉆襯管。進一步講，可能出現(xiàn)的水錐進或氣錐進問題應(yīng)該被考慮，如果沒有這些問題的話，則推薦用裸眼完井。除了精確地生產(chǎn)控制，如果需要隔離油井中的特殊區(qū)域，那么應(yīng)該用到套管或者尾管，注水泥固井射孔完井。

除了這些完井方式，也可以應(yīng)用預(yù)鉆襯管或者割縫襯管配合套管封隔器完井方式。如果考慮儲層結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，那么首先要考慮是否需要防砂。如果不需要防砂，在鉆水平井的過程中需要安裝襯管。如果生產(chǎn)過程中存在出砂問題，就需要檢查一下地層分布。除去包括油井工作時間、油井生產(chǎn)率、可能存在的水錐進或者氣錐進的額外考慮，這里還有三種基本的完井方式：裸眼篩管完井；預(yù)鉆襯管裸眼完井和獨立篩管裸眼篩管礫石充填完井。

裸眼篩管礫石充填完井是近幾年發(fā)展非常迅速的一項新技術(shù)，目前裸眼篩管礫石充填完井綜合評價效果最好，優(yōu)點主要體現(xiàn)為：

①礫石層厚，擋砂效果好。能有效地阻擋底層砂進入井筒，并且擋砂的同時可以避免機械篩管被地層砂堵塞。

②管外充填形成的礫石層滲透率遠高于地層原始滲透率，能夠獲得較低的防砂完井表皮，提高水平井產(chǎn)量。

③射孔炮眼及與篩管環(huán)形空間形成較好的礫石充填層，有利于水平井入流剖面均勻，對防止錐進有一定作用。

④防砂有效期長，綜合防砂效果好。

水平井隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展和對油藏認識的提高，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各類油藏。隨著水平井實施規(guī)模的擴大，水平井部署與實施目標將會越來越復(fù)雜，對各項技術(shù)的依賴程度也會越來越高。水平井鉆井技術(shù)的成熟應(yīng)用，地質(zhì)優(yōu)化設(shè)計和井眼軌跡的跟蹤調(diào)整，完井設(shè)計的優(yōu)化、合理工作制度、穩(wěn)油控水措施以及多學(xué)科協(xié)同管理是應(yīng)用水平井技術(shù)轉(zhuǎn)換稠油開發(fā)方式成功的必要條件。

目前國外水平井完井主要采用裸眼完井，適合于碳酸巖鹽等堅硬不坍塌地層；割縫襯管完井、帶管外封隔器的割縫襯管完井適應(yīng)于水平段油層非均質(zhì)性嚴重或水平段穿越多個層系；射孔完井有利于避開夾層水、底水、氣頂，可實施水平段分段射孔、試油注采和選擇性增產(chǎn)措施，能將層段分隔開，對于高壓油氣水層、低壓易漏失層能較好的控制曾段之間的竄通。在熱采水平井采用提拉預(yù)應(yīng)力固井，水泥反至井口，但要求較高的固井質(zhì)量和較高的射孔操作技術(shù)；礫石充填完井由于其工藝的復(fù)雜性目前處于試驗開發(fā)階段。

國內(nèi)水平井完井及采油技術(shù)近幾年發(fā)展較快，但起步晚，完井方式單一，與各類油藏適應(yīng)性不強。大多采用固井射孔完井，但由于固井質(zhì)量難以保證，不利于特殊復(fù)雜油氣藏提高產(chǎn)能和采收率，特別是油田開發(fā)后期由于油層壓力下降，全井固井完井易造成油層污染，而且施工周期長、費用高。

水平井完井技術(shù)工藝結(jié)構(gòu)

套管外封隔器主要由橡膠筒、中心管、閥箍等組成?？芍苯优c套管串連接；橡膠筒是一種帶有軟金屬片疊加成的加強層與橡膠硫化一體的可承受高壓的的可膨脹密封元件；閥箍上裝有兩只斷開桿和三個并列串連在一起的控制閥，在施工中閥系可以準確的控制封隔器座封，不會提前座封或由于座封壓力過大而脹破膠筒；閥箍中還有過濾裝置，確保鉆井液中的各種顆粒物不會堵塞閥孔及進液通道。

水平井完井技術(shù)工作原理

（1）基本作用原理，根據(jù)帕斯卡流體力學(xué)原理：“在一個平衡的流體中，由于外部施加的壓力而引起分壓力在整個流體內(nèi)部各部分是均勻變化的”。套管外封隔器正是應(yīng)用這一原理。當封隔器內(nèi)膨脹到一定壓力后，其外部壓力（壓差）的增減都會引起內(nèi)部壓力的相應(yīng)變化，外部壓差增加封隔器對井壁的密封壓力也成比例增加，封隔器的膨脹壓力達到一定后就能隨著環(huán)空壓差的變化而變化，封隔器承受環(huán)空壓差能力與環(huán)形間隙大小是成反比關(guān)系。

（2）膨脹原理，頂替膠塞通過封隔器中心管及閥接頭時將斷開桿打斷，（如果無膠塞通過應(yīng)事先將斷開桿卸掉），當頂替膠塞碰壓或運行到阻流板時，在套管內(nèi)形成密封并蹩壓時，井內(nèi)流經(jīng)閥箍的進液孔、濾網(wǎng)，進入鎖緊閥，當壓力達到設(shè)定值時鎖緊閥上的銷釘被剪斷，鎖緊閥打開，同時單流閥也打開，井內(nèi)流體經(jīng)限壓閥進入中心管與膠筒間的膨脹腔內(nèi)，在壓力作用下封隔器膨脹變形與井壁緊密接觸形成密封。當膨脹腔內(nèi)的壓力達到一定時，限壓閥銷釘剪斷，限壓閥便會關(guān)閉，將進液孔堵死，此時套管內(nèi)壓力的大小對封隔器膨脹腔內(nèi)的壓力無任何影響，實現(xiàn)安全密封；當井口放壓為零后，鎖緊閥自動鎖緊，實現(xiàn)永久性關(guān)閉，以后的井下的各種壓力作業(yè)不會影響封隔器的工作狀態(tài)。

水平井完井技術(shù)工藝原理

此項完井技術(shù)可用于造斜段須要卡封水層或氣層的情況。在完井管柱中將管外封隔器與割縫襯管完井技術(shù)結(jié)合在一起，根據(jù)油藏膠結(jié)程度在水平段下入割縫襯管，上部接兩級管外封隔器，一級卡封在目的層與上部水層或氣層之間的夾層處，另一級封隔器卡封在上層套管內(nèi)。這種完井方式可以按層段進行作業(yè)和生產(chǎn)控制。

水平井完井技術(shù)技術(shù)特點

（1）適用范圍廣，可用于各種條件的油氣井，如深井、超深井、定向井、水平井及開窗側(cè)鉆井，施工操作簡便，不改變原施工工藝程序；

（2）專門設(shè)計的高強度、高韌性膠筒子在工作時可隨井徑和井下壓差變化而變化，確保環(huán)空形成可靠密封橋堵；

（3）先進的控制閥系統(tǒng)能可靠地保護和準確地控制封隔器的安全座封與工作；

（4）具有良好的耐高溫性能，耐高溫可達 150℃-170℃；

（5）選用高鋼級高壁厚中心管及先進的硫化工藝、確保井下長壽命適用；

（6）根據(jù)不同井徑，設(shè)計生產(chǎn)了不同規(guī)格不同膠筒直徑的工具，以滿足各種復(fù)雜井的需要。

水平井完井可以用依據(jù)不同的生產(chǎn)限制條件和油藏特點運用不同的方法進行完井。完井方法的選擇直接受巖石強度、是否需要堵水堵氣、預(yù)期流動率、完井壽命、頁巖的活動性和穩(wěn)定性、出砂情況、巖石顆粒排序和紋理的影響。

在各種常見的水平井完井方式中，綜合效果最好的是裸眼篩管礫石充填完井方式，該完井方式也在陸上油田應(yīng)用中取得了良好的效果，油井在高產(chǎn)液的情況下起到了很好的防砂作用，為油田生產(chǎn)提高效益。 2100433B