复杂结构井完井技术.ppt
复杂结构井完井技术,一、基础知识二、复杂结构井完井技术三、面临的问题与挑战,目 录,完井（Well Completion），顾名思义指的是油气井的完成，即根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式。,1、完井,完井工程 是衔接钻井和采油而又相对独立的工程。是从钻开油层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液，直至投产的系统工程。,一、基础知识,完井的目 建立生产层和井眼之间的良好联通，并使井能长期高产稳产。现代完井是建立在对油、气储集层的地质结构、储油性质、岩石力学性质和流体性质分析的基础上，研究井筒和生产层的联通关系，追求在井底建立有全井最小的油气流阻力，使一口井有最大的油气产量和最长的寿命这一目标，从而达到一口井有最大开采效益。,1、完井,一、基础知识,完井方法按照不同的标准有不同的分法，比如说按照钻井后井眼是否裸露，可将完井方法分为两大类：射孔系列完井和裸眼系列完井。,2、完井分类,一、基础知识,按照完井方法是否具备防砂的功能来分，则又可分成防砂型完井和非防砂型完井两大类,一、基础知识,2、完井分类,3、复杂结构井,一、基础知识,复杂结构井 是以水平井为基本特征，包括一般水平井、多分支井及大位移井等，在国内外已获得成功应用。采用复杂结构井实现对油气储层的最佳钻遇与保护，并与相适应的储层改造和高效驱替方法协调增效，可望经济有效地提高油气田单井产量及最终采收率。然而，复杂结构井目标段的设计与控制(如轨迹控制、储层保护、井眼稳定等)具有较大难度，一旦发生失控，将会导致工程前功尽弃。,一、基础知识,3、复杂结构井,水平井,3、复杂结构井,一、基础知识,分支井,侧钻井,复杂结构井可大幅度增加泄油面积复杂结构井释放储层地应力，可大幅度提高渗透性复杂结构井有利于热驱重力泄油复杂结构注采井合理设计模型,一、基础知识,3、复杂结构井,总体来说，国内的复杂结构井完井工艺水平不高，完井方式相对单一，针对各类型油气藏的完井理论研究还不够深入，完井工具和井下状态测量仪器相对落后。近年取得了一定的突破：从单一完井方式向适应油藏特点，完善程度高的多种完井方式并存的方向转变。,一、基础知识,4、复杂结构井完井方式,2008年水平井完井方式,2007年前水平井完井方式,一、基础知识二、复杂结构井完井技术三、面临的问题与挑战,目 录,二、复杂结构井完井技术,1.水平井完井方式优化,二、复杂结构井完井技术,设计思路,防砂工艺优选,根据油藏特性，结合成熟防砂技术，优选出防砂方式。,完井方式产能预测,通过引入完井表皮系数，预测不同完井方式下的产能。,完井成本对比,分析比不同完井方式的投入，优选完井方式。,二、复杂结构井完井技术,综合评价三种影响因素，优选出完井方式。,国内前期实施的水平井大部分采用固井射孔完井方式，经过攻关、配套和大量的应用，该项技术已趋成熟。水平井套管固井完井技术水平井尾管固井完井技术水平井射孔工艺技术,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,二、复杂结构井完井技术,1.常规水平井套管固井射孔完井技术,水平井套管固井完井技术,二、复杂结构井完井技术,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,水平井尾管固井完井技术,二、复杂结构井完井技术,套管固井射孔完井,尾管固井射孔完井,有利于避开夹层水、底水、气顶，可实施水平段分段射孔、试油、注采和进行选择性增产措施。,有利于提高固井质量和保护油气层，在钻水平段过程中采用与油气层相配伍的钻井液，采用近平衡钻井或欠平衡钻井技术，最大限度的降低对油层的污染，保持油井产能。,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,二、复杂结构井完井技术,水平井固井质量差的原因,水平段套管在重力作用下往往偏向下井壁，水泥浆容易从宽间隙处顶替钻井液，而在窄间隙处形成钻井液滞留，注水泥后形成的水泥环薄厚不均，甚至有些地方没有形成水泥环，严重影响固井质量。,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,二、复杂结构井完井技术,开发滚轮扶正器，提高套管居中度,滚轮旋流套管扶正器变滑动摩擦为滚动摩擦，降低下套管阻力。注水泥时扶正器螺旋形的外表面会在扶正器周围产生局部的螺旋流，获得更好的顶替效果。,提高水平井固井质量的措施,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,二、复杂结构井完井技术,优选水泥浆体系，开发应用微失水水泥浆,微失水水泥浆可严格控制水泥浆自由水和API失水，提高水泥环韧性，避免固井和压裂时的油气水窜。,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,二、复杂结构井完井技术,管外封隔器辅助固井技术，提高水平段封隔效果,在水平段套管柱上串接若干个管外封隔器注水泥碰压后继续打压用顶替液打开压缩式管外封隔器利用水泥环和橡胶塞联合作用实现地层有效隔离,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,二、复杂结构井完井技术,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,水平井射孔技术,二、复杂结构井完井技术,传送方式：油管传送射孔枪，液压引爆布孔方式:疏松砂岩油藏:180下相位四排布孔 岩性较致密的油藏:全相位螺旋布孔,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,二、复杂结构井完井技术,水平井射孔技术,射孔参数：89枪、89弹 102枪、102弹 102枪、89增强弹 127枪、127弹 孔径10-12mm;孔密16-22孔/m射孔液：常用的射孔液是无固相水基射孔液，基液选用处理过的本地区油田污水或卤水，加入粘土稳定剂、破乳剂、防腐剂等添加剂，地层漏失严重的还要加入屏蔽暂堵剂。,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,二、复杂结构井完井技术,水平井射孔技术,水平井射孔优化设计技术,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,二、复杂结构井完井技术,2.常规水平井套管固井射孔完井技术,二、复杂结构井完井技术,水平井射孔优化设计技术,3.水平井筛管完井技术,钻孔/割缝衬管完井适用于：a、天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩储层b、单一厚储层或不要求层段分隔的储层c、井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层d、岩性较为疏松的中、粗砂粒储层滤砂管防砂完井适用于：a、岩性较为疏松的砂粒储层,二、复杂结构井完井技术,工艺特点,与套管固井完井相比，完善程度高，筛管完井水平井增产效果显著。,3.水平井筛管完井技术,二、复杂结构井完井技术,可以采用管外封隔器进行水平段有效封隔，为后期配套措施的实施提供条件。,完井、防砂一体化完成，工艺简便，完井成本低。,筛管顶部注水泥防砂完井一体化技术 悬挂筛管水平井完井技术 悬挂滤砂管筛管顶部注水泥防砂完井一体化技术,技术系列,3.水平井筛管完井技术,二、复杂结构井完井技术,外壳,关闭套,一体化的开关套,开启套,下接头,液差式分级箍结构图,分级箍：分为机械式和液压式,结构：压力方式难以打开时可以投重力锤等机械措施打开；水力憋压打开，可以适应大斜井、水平井、大位移井等恶劣条件。,二、复杂结构井完井技术,液压式分级箍工作原理,二、复杂结构井完井技术,分级箍：分为机械式和液压式,机械式分级箍工作原理,二、复杂结构井完井技术,分级箍：分为机械式和液压式,管外封隔器,常规水力式封隔器下到设计井深后，打压坐封封隔器，当中心管内的压力达到封隔器的坐封压力时，打开阀的销钉被剪断，阀打开，流体通过单向阀、限压阀进入封隔器中心管与内胶筒之间的腔体，胶筒开始鼓胀，当胶筒内的压力达到限压阀设计值时，限压阀销钉被剪切，限压阀启动，永久关闭流体通道。外界压力不管如何变化，不会再开启阀系统流道，封隔器永久处于涨封状态。,二、复杂结构井完井技术,打压前状态,碰断销钉，开始胀封，液体从管内腔流向封隔器胶筒内,胶筒内压力达到设定值时来自胶筒内的压力剪断关闭阀销钉，关闭流入通道,各阀就位，流道永久关闭,常规封隔器的阀箍工作原理：,二、复杂结构井完井技术,液压式悬挂器,卡瓦套,卡瓦,液缸,中心管,尾管悬挂器：分为机械式和液压式,机械式悬挂器,卡瓦,锥套,摩擦片,导向销,导轨,中心管,二、复杂结构井完井技术,二、水平井完井技术,筛管顶部注水泥防砂完井一体化技术,3.水平井筛管完井技术,钻塞工艺过程：下入完井管柱 膨胀封隔器 打开分级箍 注水泥、关闭分级箍,二、水平井完井技术,筛管顶部注水泥防砂完井一体化技术,3.水平井筛管完井技术,钻塞工艺过程：钻塞 下洗井、酸化、涨封管柱 洗井、酸化、涨封 完井,二、水平井完井技术,3.水平井筛管完井技术,工艺过程：下入完井管柱 膨胀封隔器 打开分级箍 注水泥、关闭分级箍,筛管顶部注水泥防砂完井一体化技术,3.水平井筛管完井技术,二、复杂结构井完井技术,工艺过程：钻塞 下洗井、酸化、涨封管柱 洗井、酸化、涨封 完井,3.水平井筛管完井技术,二、复杂结构井完井技术,悬挂筛管水平井完井技术,3.水平井筛管完井技术,二、复杂结构井完井技术,悬挂滤砂管筛管顶部注水泥防砂完井一体化技术,3.水平井筛管完井技术,二、复杂结构井完井技术,悬挂滤砂管筛管顶部注水泥防砂完井一体化技术,3.水平井筛管完井技术,二、复杂结构井完井技术,4.水平井裸眼砾石充填防砂完井技术,随着水平井应用规模的不断加大，应用油藏类型不断增多，以及油田开发阶段的变化，对于地层砂分选性差、泥质含量高的砂岩油藏，往往造成滤砂管堵塞或出砂。管内砾石充填防砂技术 水平井裸眼砾石充填防砂完井技术,二、复杂结构井完井技术,技术方案：精密复合滤砂管裸眼完井，管外进行逆向砾石充填。,逆向充填装置换向示意图,水平段采用逆向环空充填，工艺简便，安全性高。双精度结构的防砂筛管，可抗堵塞、挡砂性能好；压差式阻流装置，可实现分段连续充填，提高充填效率。,技术特点,4.水平井裸眼砾石充填防砂完井技术,二、复杂结构井完井技术,应用情况：水平井裸眼砾石充填技术：取得了初步效果。,4.水平井裸眼砾石充填防砂完井技术,二、复杂结构井完井技术,“九五”以来，胜利油田开展了短半径侧钻水平井技术攻关，在完井技术方面研制配套了五种工艺管柱。,岩性致密的碳酸岩油藏或灰岩油藏,5.侧钻水平井完井技术,裸眼完井技术,二、复杂结构井完井技术,5.侧钻水平井完井技术,砂体胶结程度好，不易出砂油藏,筛管完井技术,二、复杂结构井完井技术,5.侧钻水平井完井技术,管外封隔器筛管完井技术,砂体胶结疏松，易出砂油藏,二、复杂结构井完井技术,5.侧钻水平井完井技术,筛管顶部注水泥侧钻井完井技术,水淹严重，油水关系复杂油藏,二、复杂结构井完井技术,常规侧钻方案,膨胀管侧钻井完井方案,传统的侧钻方案 废弃当前生产层或井底障碍层，然后开窗侧钻到新的井层目标。以51/2in套管为例，套管铣开开窗完钻后安装31/2in或33/4in的生产油管，生产油管的内径为76mm或82mm。,侧钻水平井膨胀管完井技术,5.侧钻水平井完井技术,二、复杂结构井完井技术,常规侧钻方案,膨胀管侧钻井完井方案,侧钻井膨胀管完井方案 侧钻井膨胀管完井方案磨铣套管段开窗，钻到下节套管深度时，下OHL膨胀管膨胀。以5 1/2 in套管为例，使用的OHL膨胀管为107.95mmx6.35mm的实体膨胀管，膨胀前的内径95.25mm，膨胀后的内径为108.97mm。,侧钻水平井膨胀管完井技术,5.侧钻水平井完井技术,二、复杂结构井完井技术,侧钻水平井膨胀管完井技术,5.侧钻水平井完井技术,二、复杂结构井完井技术,6.分支井完井技术,分支井50年代初就已出现在前苏联，90年代以来在美国等西方国家得以大力发展，其原因是分支井给油气藏的开发带来显著的经济效益。目前分支井技术已在北美、中东、东南亚等地区广泛应用。,二、复杂结构井完井技术,I,II,6.分支井完井技术,主井眼裸眼分支井眼裸眼,泄油能力好，完井成本低不适合于疏松砂岩油藏,主井眼固井或下封隔器进行封隔分支井眼裸眼,具备初步的封隔功能不适合于疏松砂岩油藏，可选择的措施有限,二、复杂结构井完井技术,III,IV,6.分支井完井技术,主井眼固井或下封隔器进行封隔分支井中增加完井管柱,具备封隔和连接功能无法进行选择型作业，无法进行生产控制，不能获得可靠的生产测试资料。,主井眼固井或下封隔器进行封隔分支井眼固井或下带封隔器的管柱完井,可以合采或分采分支井不可再入,二、复杂结构井完井技术,V,VI,6.分支井完井技术,主井眼固井或下封隔器进行封隔分支井固井或下封隔器进行封隔,分支井可以再入能够实现合采和分采,一个主井筒，两个分支井,两个分支从采油到修井完全独立工艺复杂,二、复杂结构井完井技术,6.分支井完井技术,分支井完井的特点或难点,连接性：分支井尾管能够以机械方式回接到主井眼的套管上密封性：分支井眼与主井眼的接合点必须能够液压密封进入性：在无钻机的情况下，能够重新进入选定的分支井眼,分支井集中了定向井、水平井、侧钻井的技术难点，重点是完井技术,二、复杂结构井完井技术,2000年，胜利油田开始进行分支井技术攻关，自主开发了分支井级完井技术，在桩1支平1井、梁46支平1井成功应用。周围口直井投产后，平均单井累积生产原油1203t后即由于高含水而关井，而桩支平井目前已生产原油12000多吨，含水长期稳定在94%，相当于10口直井产量。,分支井级完井技术,6.分支井完井技术,二、复杂结构井完井技术,一、基础知识二、复杂结构井完井技术三、面临的问题与挑战,目 录,水层,筛管,油层,未分段完井，后期难以实施卡堵水措施,1.全井段筛管完井，后期措施受限,三、面临的问题与挑战,2.热采水平井完井管柱损坏,热采水平井的完井方式:固井射孔、筛管完井。,固井射孔完井：技术成熟，可满足热采水平井生产要求。缺点是完善程度，污染油层，成本较高。,筛管完井：目前稠油热采水平井广泛采用裸眼防砂完井一体化技术。但部分热采井注汽投产后，出现了套管或筛管变形、错断等问题。,三、面临的问题与挑战,3.筛管防砂失效,局部流速大，导致防砂管破损,裸眼砾石充填防砂工艺不完善,防砂失效,三、面临的问题与挑战,4.高级别分支井、智能完井技术不完善,目前只能完成IV级完井，下步应积极进行级、级完井技术引进与自主研究，满足复杂断块及潜山油藏高效开发需要。技术关键：分支交汇处密封、分支井眼再进入、生产控制 智能完井技术研究基础较薄弱，下步加强攻关实现油藏、生产一体化管理。,三、面临的问题与挑战,5.侧钻井固井质量问题,由于侧钻井受原井眼尺寸的限制，导致在后期完井时套管与井壁环形空间小，挤水泥阻力大，影响挤入固井水泥的充分充填，加之侧钻段都有较大井斜角，固井时小套管在侧钻井眼内不居中，使固井水泥充填不均匀，影响固井质量。,三、面临的问题与挑战,
