完井和試油課件

第一章完井方案設(shè)計(jì)與試油主要內(nèi)容完井方式

射孔方案設(shè)計(jì)

試油1第一章完井方案設(shè)計(jì)與試油主要內(nèi)容完井方式射孔方案設(shè)計(jì)引言要將埋藏在地下的石油和天然氣開(kāi)采到地面，一般需要經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程：第一是如何建立從地面至地下儲(chǔ)集層之間的連接通道，即鉆井工程（包括固井工程）；第二是如何使儲(chǔ)藏在地層孔隙、裂縫中的石油和天然氣，沿復(fù)雜的油氣層孔隙網(wǎng)或裂縫網(wǎng)，有效地流入井底，即合理開(kāi)發(fā)油田油藏開(kāi)發(fā)工程；第三是如何使流入井底的石油和天氣沿井身，有效地流到地面，即合理管理油氣井采油工程。這三個(gè)過(guò)程是相互聯(lián)系、相互影響、不可分割的統(tǒng)一體。2引言要將埋藏在地下的石油和天然氣開(kāi)采到地面，一完井工程：銜接鉆井和采油工程而又相對(duì)獨(dú)立的工程，是從鉆開(kāi)油層到固井、完井、下生產(chǎn)管柱、排液、誘導(dǎo)油流，直至投產(chǎn)的工藝過(guò)程組成的系統(tǒng)工程。完井工程設(shè)計(jì)的任務(wù)：

對(duì)油氣層潛在損害進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出相應(yīng)保護(hù)措施，盡可能減少對(duì)儲(chǔ)層的損害，使油氣層與井筒間保持良好的連通條件，最大程度發(fā)揮其產(chǎn)能；

通過(guò)節(jié)點(diǎn)分析，優(yōu)化壓力系統(tǒng)，根據(jù)油藏工程和油田開(kāi)發(fā)全過(guò)程特點(diǎn)以及開(kāi)發(fā)過(guò)程中所采取的各項(xiàng)措施來(lái)選擇完井方式、方法和選定套管尺寸。第一章完井方案設(shè)計(jì)與試油3完井工程：銜接鉆井和采油工程而又相對(duì)獨(dú)立的工程，是從第一節(jié)完井方式完井方式：油層與井底的連通方式、井底結(jié)構(gòu)及完井工藝。完井方式選擇的要求：(1)保持最佳的連通條件，油層所受的損害最?。?2)應(yīng)具有盡可能大的滲流面積，入井的阻力最小；(3)有效地封隔油、氣、水層，防止竄槽及層間干擾；(4)有效防止油層出砂和井壁坍塌，確保油井長(zhǎng)期生產(chǎn)；(5)應(yīng)具備便于人工舉升和井下作業(yè)等條件；(6)施工工藝簡(jiǎn)便，成本低。4第一節(jié)完井方式完井方式：油層與井底的連通方式、井底結(jié)構(gòu)及完一、井身結(jié)構(gòu)保護(hù)井口附近的表土地層，防止被經(jīng)常流出的洗井液體沖垮鞏固上部比較疏松易塌的不穩(wěn)定巖層；安裝防噴器等井口設(shè)備，控制鉆開(kāi)高壓層時(shí)可能發(fā)生的井噴現(xiàn)象封隔某些難以控制的復(fù)雜地層，以便能順利地鉆達(dá)預(yù)定的生產(chǎn)目的層封隔油、氣、水層，保證油井的正常生產(chǎn)技術(shù)套管表層套管導(dǎo)

管生產(chǎn)套管5一、井身結(jié)構(gòu)保護(hù)井口附近的表土地層，防止被經(jīng)常流出的洗井液體二、完井方式

套管或尾管射孔完井

割縫襯管完井

裸眼完井

裸眼或套管內(nèi)礫石充填完井6二、完井方式套管或尾管射孔完井割縫襯管完井裸眼完井裸裸眼完井示意圖oilzone7裸眼完井示意圖oilzone7(一)裸眼完井方式先期裸眼完井方式復(fù)合型完井方式后期裸眼完井方式8(一)裸眼完井方式先期裸眼完井方式復(fù)合型完井方式后期裸眼完井優(yōu)點(diǎn)：

油層完全裸露，不會(huì)產(chǎn)生附加滲流阻力，產(chǎn)能較高，完善程度高。缺點(diǎn)：不能克服井壁坍塌和油層出砂對(duì)油井生產(chǎn)的影響；

不能克服生產(chǎn)層范圍內(nèi)不同壓力的油、氣、水層的相互干擾；

無(wú)法進(jìn)行選擇性酸化或壓裂等。裸眼完井方式的主要特點(diǎn)：(一)裸眼完井方式9優(yōu)點(diǎn)：油層完全裸露，不會(huì)產(chǎn)生附加滲流阻力，產(chǎn)能較高，完善程(二)射孔完井方式油層10(二)射孔完井方式油層10(二)射孔完井方式套管射孔完井方式優(yōu)點(diǎn)：可選擇性地射開(kāi)油層，避免層間干擾；具備實(shí)施分層注采和選擇性壓裂或酸化等分層作業(yè)的條件。缺點(diǎn)：出油面積小、完善程度較差，對(duì)井深和射孔深度要求嚴(yán)格，固井質(zhì)量要求高，水泥漿可能損害油氣層。11(二)射孔完井方式套管射孔完井方式優(yōu)點(diǎn)：可選擇性地射開(kāi)油層，(二)射孔完井方式尾管射孔完井方式特點(diǎn)：有利于保護(hù)油層，可以減少套管重量和固井水泥的用量，從而降低完井成本。12(二)射孔完井方式尾管射孔完井方式特點(diǎn)：有利于保護(hù)油層，可以(三)割縫襯管完井方式

oilzone13(三)割縫襯管完井方式

oilzone13(三)割縫襯管完井方式割縫襯管完井方式改進(jìn)后的割縫襯管完井方式14(三)割縫襯管完井方式割縫襯管完井方式改進(jìn)后的割縫襯管完井(四)礫石充填完井方式

oilzoneoilzone裸眼礫石充填完井套管礫石充填完井15(四)礫石充填完井方式

oilzoneoilzon(四)礫石充填完井方式直接充填：先將繞絲篩管或襯管下入油層部位，然后用充填液將在地面上預(yù)先選好的礫石泵送至繞絲篩管與井眼或繞絲篩管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)，形成礫石充填層，阻擋油層砂流入井筒，達(dá)到保護(hù)井壁、防砂入井的目的。預(yù)制充填：在地面預(yù)先將符合油層特性要求的礫石填入具有內(nèi)外雙層繞絲篩管的環(huán)形空間而制成的防砂管，將篩管下入井內(nèi)，對(duì)準(zhǔn)出砂層位進(jìn)行防砂。在“防砂與清砂”中有詳細(xì)介紹。16(四)礫石充填完井方式直接充填：先將繞絲篩管或襯管其他完井方式無(wú)油管完井對(duì)于小直徑井使用小直徑套管，便可不下油管直接采用套管完井生產(chǎn)。此方法常用于產(chǎn)量低、壓力低的小氣藏。當(dāng)一井眼穿過(guò)兩個(gè)或多個(gè)產(chǎn)層時(shí)，可采用多層完井。多層完井⑴單管完井在井內(nèi)只下一根油管，用單管多級(jí)封隔器將各油層分隔開(kāi)采。在油管上與各油層對(duì)應(yīng)的部位裝一配產(chǎn)器，對(duì)各層進(jìn)行控制采油。17其他完井方式無(wú)油管完井對(duì)于小直徑井使用小直徑套1818其他完井方式⑵多管完井在井內(nèi)下入多根油管柱，用封隔器將各油層分隔開(kāi)采，通過(guò)每一根管柱和井口油嘴單獨(dú)實(shí)現(xiàn)一個(gè)油層的控制采油。19其他完井方式⑵多管完井19三、完井方式選擇完井方法的選擇是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要綜合考慮的因素很多，這些因素主要有生產(chǎn)過(guò)程中井眼是否穩(wěn)定、生產(chǎn)過(guò)程中地層是否出砂、地質(zhì)和油藏工程特性、完井產(chǎn)能大小、鉆井完井的經(jīng)濟(jì)效益、采油工程要求等。20三、完井方式選擇完井方法的選擇是一項(xiàng)復(fù)雜的系完井方法分類(lèi)按照完井方法是否具備防砂的功能來(lái)分，則又可分成防砂型完井和非防砂型完井兩大類(lèi)。非防砂型完井防砂型完井1、裸眼完井1、割縫襯管完井（*）2、割縫襯管完井2、繞絲篩管完井3、帶管外封隔器的割縫襯管完井3、裸眼預(yù)充填礫石篩管完井4、貫眼套管完井4、裸眼金屬纖維篩管完井5、射孔完井5、裸眼井下礫石充填完井

6、管內(nèi)下繞絲篩管完井

7、管內(nèi)預(yù)充填礫石篩管完井

8、管內(nèi)金屬纖維篩管完井

9、管內(nèi)井下礫石充填完井

10、化學(xué)固砂完井21完井方法分類(lèi)按照完井方法是否具備防砂的功能來(lái)分按照鉆井后井眼是否裸露，可將完井方法分為兩大類(lèi)：射孔系列完井和裸眼系列完井裸眼系列完井射孔系列完井1、裸眼完井1、射孔完井2、割縫襯管完井2、射孔套管內(nèi)下繞絲篩管完井3、帶管外封隔器的割縫襯管完井3、射孔套管內(nèi)下預(yù)充填礫石篩管完井4、繞絲篩管完井4、射孔套管內(nèi)金屬纖維篩管完井5、貫眼套管完井5、射孔套管內(nèi)井下礫石充填完井6、裸眼預(yù)充填礫石篩管完井

7、裸眼金屬纖維篩管完井

8、裸眼井下礫石充填完井

完井方法分類(lèi)22按照鉆井后井眼是否裸露，可將完井方法分為兩大井眼的力學(xué)穩(wěn)定性判斷從能否支撐井壁來(lái)看，完井方法可分為能支撐井壁的完井方法（例如，射孔完井、割縫襯管完井、繞絲篩管完井、預(yù)充填篩管完井等）和不能支撐井壁的完井方法（即井眼完全裸露的裸眼完井）。生產(chǎn)過(guò)程中井眼的力學(xué)穩(wěn)定性判斷的目的就是要判定該井是采用能支撐井壁的完井方法還是裸眼完井。

23井眼的力學(xué)穩(wěn)定性判斷從能否支撐井壁來(lái)看，完井方法可分為能支撐井眼的力學(xué)穩(wěn)定性判斷根據(jù)考慮中間主應(yīng)力的Von.Mises（馮米澤斯）剪切破壞理論，可以計(jì)算作用在井壁巖石上的剪切應(yīng)力均方根（廣義剪應(yīng)力）和有效法向應(yīng)力：式中剪切應(yīng)力均方根，MPa；

有效法向應(yīng)力，MPa；σ1作用在井壁巖石上的最大主應(yīng)力，MPa；σ2中間中應(yīng)力，MPa。σ3作用在井壁巖石上的最小主應(yīng)力，MPa；Pr地層孔隙壓力，MPa。

24井眼的力學(xué)穩(wěn)定性判斷根據(jù)考慮中間主應(yīng)力的Von.Mi根據(jù)Von.Mises剪切破壞理論，計(jì)算井壁巖石的剪切強(qiáng)度均方根，即：

式中---油層巖石的剪切強(qiáng)度均方根，MPa；---巖石材質(zhì)常數(shù)，Mpa,β---巖石材質(zhì)常數(shù),Ch---油層巖石的內(nèi)聚力，Mpa,φ---油層巖石的內(nèi)磨擦角，（°）σc---油層巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，Mpa；σt---井壁巖石的最大切向應(yīng)力，Mpa。

井眼的力學(xué)穩(wěn)定性判斷25根據(jù)Von.Mises剪切破壞理論，計(jì)算井壁巖石的剪切強(qiáng)度均若由后式算出的剪切強(qiáng)度均方根大于由前式算出的剪切應(yīng)力均方根，則表明不會(huì)發(fā)生力學(xué)上的不穩(wěn)定，可以采用裸眼完井方法；反之將會(huì)發(fā)生井眼的力學(xué)不穩(wěn)定，即有可能發(fā)生井眼坍塌，因而不能采用裸眼完井方法，必須采用能支撐井壁的完井方法。

井眼的力學(xué)穩(wěn)定性判斷26若由后式算出的剪切強(qiáng)度均方根大于由前式地層出砂的判斷

油氣井出砂會(huì)造成井下設(shè)備、地面設(shè)備及工具（如泵、分離器、加熱器、管線）的磨蝕和損害，也會(huì)造成井眼的堵塞，降低油氣井產(chǎn)量或迫使油氣井停產(chǎn)。所以，弄清油氣井出砂機(jī)理及正確地判斷地層是否出砂，對(duì)于選擇合理的防砂完井方法及搞好油氣田的開(kāi)發(fā)開(kāi)采是非常重要的。27地層出砂的判斷油氣井出砂會(huì)造成井下設(shè)備、地面影響地層出砂因素地層巖石強(qiáng)度地層孔隙壓力的衰減生產(chǎn)壓差地層是否出水和含水率的大小地層流體粘度不適當(dāng)?shù)拇胧┗蚬芾?/p>

28影響地層出砂因素地層巖石強(qiáng)度28現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法判斷出砂1)巖心觀察2)DST測(cè)試3)鄰井狀態(tài)經(jīng)驗(yàn)法判斷出砂1)聲波時(shí)差法

聲波時(shí)差295s/m時(shí)，地層容易出砂。地層出砂的判斷29現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法判斷出砂地層出砂的判斷292)組合模量法

根據(jù)聲速及密度測(cè)井資料，用下式計(jì)算巖石的彈性組合模量EC

①EC

2.0104Mpa，正常生產(chǎn)時(shí)不出砂；②1.5104MpaEC

2.0104Mpa，正常生產(chǎn)時(shí)輕微出砂；③EC1.5104Mpa，正常生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)重出砂。

地層出砂的判斷302)組合模量法地層出砂的判斷30完井方法選擇的原則與思路①根據(jù)井眼穩(wěn)定性判據(jù)，從大的方面選擇是否采用能支撐井壁的完井方法；②根據(jù)地層出砂判據(jù)，從大的方面選擇是否采用防砂型的完井方法；③根據(jù)油氣藏類(lèi)型、油氣層特性和工程技術(shù)及措施要求等幾方面的因素，從流程圖初步選擇完井方法；選出的完井方法可能有幾種。31完井方法選擇的原則與思路①根據(jù)井眼穩(wěn)定性判據(jù)，從大的方面選④針對(duì)初選的幾種完井方法，對(duì)每一種完井方法的完井產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測(cè)；⑤根據(jù)每一種完井方法的完井產(chǎn)能預(yù)測(cè)結(jié)果，再進(jìn)行單井動(dòng)態(tài)分析；⑥根據(jù)單井動(dòng)態(tài)分析，結(jié)合鉆井、完井投入與生產(chǎn)的收益進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)，最終優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)效益最佳的完井方法。完井方法選擇的原則與思路32④針對(duì)初選的幾種完井方法，對(duì)每一種完井方法的完井產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)第二節(jié)射孔方案設(shè)計(jì)一、射孔參數(shù)設(shè)計(jì)主要考慮的問(wèn)題：參數(shù)組合的產(chǎn)能比、套管損害情況和孔眼的力學(xué)穩(wěn)定性1.資料準(zhǔn)備①收集射孔槍、彈的基本數(shù)據(jù)②進(jìn)行射孔彈穿深、孔徑校正③計(jì)算鉆井損害參數(shù)33第二節(jié)射孔方案設(shè)計(jì)一、射孔參數(shù)設(shè)計(jì)主要考慮的問(wèn)題：參數(shù)組合2.射孔參數(shù)優(yōu)選過(guò)程①建立各種儲(chǔ)層和產(chǎn)層流體條件下射孔完井產(chǎn)能關(guān)系數(shù)學(xué)模型,獲得各種條件下射孔產(chǎn)能比定量關(guān)系；②收集本地區(qū)、鄰井和設(shè)計(jì)井有關(guān)資料和數(shù)據(jù)，用以修正模型和優(yōu)化設(shè)計(jì)；③調(diào)配射孔槍、彈型號(hào)和性能測(cè)試數(shù)據(jù)；④校正各種彈的井下穿深和孔徑；⑤計(jì)算各種彈的壓實(shí)損害系數(shù)；⑥計(jì)算設(shè)計(jì)井的鉆井損害參數(shù)；⑦計(jì)算和比較各種可能參數(shù)配合下的產(chǎn)能比、產(chǎn)量、表皮系數(shù)和套管抗擠毀能力降低系數(shù)，優(yōu)選出最佳的射孔參數(shù)配合。342.射孔參數(shù)優(yōu)選過(guò)程①建立各種儲(chǔ)層和產(chǎn)層流體條件下射孔完井影響油井射孔產(chǎn)能的因素分析孔深、孔密、孔徑、相位角、傷害程度、傷害深度、壓實(shí)程度、壓實(shí)厚度及非均質(zhì)性等孔深、孔密與油井產(chǎn)能比關(guān)系曲線相位角和各向異性與油井產(chǎn)能比關(guān)系曲線孔徑與油井產(chǎn)能比關(guān)系曲線油井射孔壓實(shí)程度與產(chǎn)能比關(guān)系曲線35影響油井射孔產(chǎn)能的因素分析孔深、孔密、孔徑、相位角、二、射孔工藝設(shè)計(jì)射孔方式、射孔槍、彈和射孔液選擇。（一）射孔方式選擇

電纜輸送套管槍射孔

油管輸送射孔(TCP)

油管輸送射孔聯(lián)作

電纜輸送過(guò)油管射孔(TTP)

超高壓正壓射孔

高壓噴射和噴砂射孔36二、射孔工藝設(shè)計(jì)射孔方式、射孔槍、彈和射孔液選擇。（一）射孔（二）射孔槍、彈選擇有槍身射孔和無(wú)槍身射孔（三）射孔液選擇①密度可調(diào)節(jié)②腐蝕性?、鄹邷叵滦阅芊€(wěn)定④無(wú)固相⑤低濾失⑥成本低、配制方便射孔液性能要求二、射孔工藝設(shè)計(jì)射孔液體系①無(wú)固體清潔鹽水射孔液②聚合物射孔液③油基射孔液④酸基射孔液37（二）射孔槍、彈選擇有槍身射孔和無(wú)槍身射孔（三）射孔液選擇①第三節(jié)試油試油：根據(jù)地質(zhì)錄井資料和測(cè)井資料解釋結(jié)果、鉆井過(guò)程中油氣顯示等資料，利用一套專(zhuān)用的設(shè)備和方法，對(duì)可能出油的層位的油氣水產(chǎn)量、溫度、壓力及油氣水性質(zhì)進(jìn)行直接測(cè)量，以鑒別和認(rèn)識(shí)油氣水層的工作。試油目的：為勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)38第三節(jié)試油試油：根據(jù)地質(zhì)錄井資料和測(cè)井資料解釋結(jié)一、試油的任務(wù)及工作內(nèi)容主要任務(wù)：(1)了解儲(chǔ)層及流體性質(zhì)，為附近同一地層的其它探井提供重要的地質(zhì)資料；(2)查明油、氣田的含油面積及油水或氣水邊界以及驅(qū)動(dòng)類(lèi)型，為初步計(jì)算油氣工業(yè)儲(chǔ)量提供必要的資料；(3)了解儲(chǔ)層產(chǎn)油氣能力和驗(yàn)證測(cè)井資料解釋的可靠程度；(4)整理和分析試油資料結(jié)果，確定油井合理工作制度，為制定油田開(kāi)發(fā)方案時(shí)確定單井生產(chǎn)能力提供依據(jù)。主要工作內(nèi)容：誘導(dǎo)油流和測(cè)試第三節(jié)試油39一、試油的任務(wù)及工作內(nèi)容主要任務(wù)：(1)了解儲(chǔ)層及流體性質(zhì)，誘噴排液油氣井完井以后井內(nèi)泥漿造成的壓力通常超過(guò)油藏壓力，因此試油階段的第一步就是要設(shè)法降低井底壓力，使其低于油藏壓力，讓油氣流入井內(nèi)，這一工作稱(chēng)為誘噴排液。誘噴的方法通常有三種：替噴法(1)一般替噴法(2)一次替噴法(3)二次替噴法優(yōu)點(diǎn)：在于生產(chǎn)壓差的形成均勻緩慢，不致引起由于井壁的坍塌而使油層出砂。40誘噴排液油氣井完井以后井內(nèi)泥漿造成的壓力通常超過(guò)油藏壓誘噴排液抽汲排液

抽汲就是用一種專(zhuān)用工具把井內(nèi)液體抽到地面，以達(dá)到壓低液面，即降低液柱對(duì)油層的回壓的一種排液措施。由于抽汲的誘流強(qiáng)度比替噴大些，所以它一般適用于噴勢(shì)不大的自噴井或有自噴能力但在鉆井過(guò)程中，由于泥漿漏失，失水嚴(yán)重使油層受到損害的油井。抽汲的主要工具：油管抽子。常用的抽子有無(wú)凡爾抽子（又稱(chēng)兩瓣抽子）和凡爾抽子。41誘噴排液抽汲排液41誘噴排液抽汲排液

抽汲不但有降壓誘噴的作用，還有解除油層某種堵塞的作用。抽汲的效率取決于抽汲的強(qiáng)度，而抽汲強(qiáng)度又與抽汲速度、抽子與管壁間的密封程度和抽子的沉沒(méi)度三個(gè)因素有關(guān)。合理的抽汲工藝參數(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)排液的要求經(jīng)過(guò)計(jì)算確定。對(duì)油層壓力低于靜水柱壓力的極低壓、低滲、低產(chǎn)的油井也常用提撈法排