水平井完井方式的選擇

水平井完井方式的選擇

目前，國內(nèi)外常見的水平井方法主要有五種：裸眼井、切縫襯管井、通過管道外圍環(huán)的切縫銷管井、固井射孔固井、防砂含井石井。每一種完井方式都有自身的優(yōu)點和缺點,在選擇完井方式時要。1帶管外封隔器的割縫襯管完井其中裸眼完井適用于碳酸巖及其它不易坍塌的地層,特別是一些垂直裂縫地層。工藝簡單,鉆水平井費用較低,但容易引起氣、水串流,修井困難,無法進行油層改造,單純的裸眼完井使用較少,一般采用裸眼礫石充填防砂完井,這種完井方式可以有效的防止油井出砂和一定的防止井眼坍塌的能力。在國外得到廣泛應用,在國內(nèi)由于其工藝復雜用的很少。割縫襯管完井適用于有氣頂、無底水、疏松砂巖地層,這種完井方式成本相對較低,且儲層不受水泥漿的損害,可防止井眼坍塌,但不能進行選擇行增產(chǎn)增注作業(yè),無法進行生產(chǎn)控制。帶管外封隔器的割縫襯管完井,彌補了單純的割縫襯管完井的一些缺陷,如可以進行選擇行增產(chǎn)增注作業(yè)及生產(chǎn)控制,依靠管外分隔器實施層段分隔,可以在一定程度上避免層段之間的串通。固井射孔完井可以進行最有效的層段分離,完全避免層段之間的串通,可以進行有效的生產(chǎn)控制、生產(chǎn)檢測和選擇性增產(chǎn)增注作業(yè),但完井成本較高、儲層容易受水泥漿的損害、固井質(zhì)量難保證、要求較高的射孔操作技術。礫石充填防砂分為裸眼礫石充填防砂和套管內(nèi)礫石充填防砂兩種。裸眼礫石充填防砂雖然這種方法比較經(jīng)濟,但由于受井壁穩(wěn)定性、篩管居中性、充填液的漏失等因素的影響,實施難度大,風險高。套管內(nèi)礫石充填防砂該技術關鍵是礫石的攜帶以及保證礫石在水平段不提前滯留形成砂橋或砂丘,進而保證水平段上側(cè)充填密實。水平井礫石充填防砂技術與常規(guī)的懸掛濾砂管防砂技術相比具有防砂效果好、工作壽命長等優(yōu)點,國外出砂油藏的水平井多采用礫石充填防砂完井。在國內(nèi),由于其工藝復雜,目前用的較少。2井壁防砂判據(jù)水平井完井方式的選擇要考慮的因素很多,但首先是要對井眼是否穩(wěn)定及是否出砂進行判斷,在這個基礎上在考慮其它因素如地質(zhì)構造、儲層性質(zhì)、儲層厚度、鉆井目的、水平井的類型、鉆井工藝及能力、測井方法和能力、人工舉升方法和能力、井下作業(yè)方法和能力、油層污染及解除方法、增產(chǎn)措施、經(jīng)濟綜合評價等等,最后確定合理的完井方式。井眼的穩(wěn)定性受化學和力學穩(wěn)定性的綜合影響。油層可能夾有膨脹性強且容易坍塌的黏土層,石膏層、鹽巖層,這些夾層在開采過程中遇水后極易膨脹和發(fā)生塑性蠕動,從而導致井眼坍塌,本文對化學穩(wěn)定性問題不予討論。下面將論述生產(chǎn)過程中油層部位井眼力學穩(wěn)定性問題,研究生產(chǎn)過程中井壁巖石所受的剪應力與巖石抗剪強度的關系,以便確定是否采用支撐井壁的完井方式。根據(jù)考慮vonMises剪切破壞理論,可以計算作用在井壁巖石上的剪切應力的均方根(廣義剪應力)和有效法向應力:J2=16[(δ1?δ2)2+(δ2?δ3)2+(δ3?δ1)2]?????????????????????????????√(1)Jˉˉ1=13(δ1+δ2+δ3)?PaJ2=16[(δ1-δ2)2+(δ2-δ3)2+(δ3-δ1)2](1)Jˉ1=13(δ1+δ2+δ3)-Ρa式中:J2為剪切應力均方根,MPa;JˉJˉ1為有效法向應力,MPa;δ1為井壁巖石上的最大主應力,MPa;δ2為中間應力,MPa;δ3為作用在井壁巖石上的最小主應力,MPa;Pa為地層孔隙壓力,MPa。J3=α+Jˉˉ1tanβ(2)α=3Ck(9+12tan2φ)1/2tanβ=3tanφ(9+12tan2φ)1/2J3=α+Jˉ1tanβ(2)α=3Ck(9+12tan2φ)1/2tanβ=3tanφ(9+12tan2φ)1/2式中:J3為油層巖石的剪切強度均方根,MPa;Ck為油層巖石的內(nèi)聚力,MPa;φ為方位角。若計算出剪切強度均方根的J3的值大于剪切應力均方根J2,則說明井眼應力穩(wěn)定,反之則說明井眼應力不穩(wěn)定,要選擇能支撐井壁完井方式。出砂判斷防砂判據(jù)的研究就是要解決油井是否需要采用防砂完井的問題。對于出砂井,地層所出的砂分為兩種,一種是地層中的游離砂,另一種是地層的骨架砂。對生產(chǎn)來說,真正要防的是地層骨架砂的產(chǎn)出,因為一旦地層出骨架砂,可能導致地層的坍塌,使油井報廢。經(jīng)過理論推導,可得出水平井的防砂判據(jù)為:C≥δ1=3?4v1?v(10.6ρgH?Ps)+2(Ps?Pwf)C≥δ1=3-4v1-v(10.6ρgΗ-Ρs)+2(Ρs-Ρwf)式中:δ1——井壁巖石的最大切向應力,MPa;C——地層巖石的抗壓強度,MPa;υ——巖石的泊松比,小數(shù);ρ——上覆巖層的平均密度,kg/m3g——重力加速度,m/s;H——地層深度,m;Pa——地層流體壓力,MPa;Pwf——油井生產(chǎn)時的井底流壓,MPa。如果上式成立則表明不會出砂,反之,在選擇完井方式時要考慮防砂。但是,我們對上式分析可以得出幾個結(jié)論:(1)油層是否出砂與生產(chǎn)壓差有著密切的關系,當生產(chǎn)差增大之后井壁巖石的最大切向應力變大,原來不出砂的油層可能會開始出砂;(2)油井開采一段時間后地層孔隙壓力下降,在生產(chǎn)壓差不變的情況下,也可能導致油井出砂;(3)如果油層有膨脹性粘土含量較高,油層產(chǎn)水后使地層巖石的抗壓強度降低也會使油井出砂;這可以解釋為什么許多油井在初產(chǎn)階段不出砂,但生產(chǎn)一段時間后(地層出水,地層壓力下降,生產(chǎn)壓差增大)開始出砂的現(xiàn)象。對于這種現(xiàn)象可以先采用先期全井固井完井即射孔完井方式或裸眼完井,后期在套管內(nèi)下入各種防砂篩管如金屬纖維篩管、TBS篩管、割縫篩管等的完井方式。3井處理方法的選擇水平井完井方式的選擇大致可分為三類,在判斷了井壁的穩(wěn)定性和出砂狀況后,可以從以下三個方面考慮完井方式。3.1是否可以選擇完井方式短曲率半徑的水平井,當前主要是裸眼完井。主要在堅硬垂直裂縫的油層中裸眼完成,如美國的白堊系地層,或者是致密裂縫砂巖,因為這些地層都不易坍塌,雖然是裸眼仍能保持正常生產(chǎn)。水井平側(cè)鉆由于其曲率半徑較小、下套管工藝復雜一般采用這種完井方式。中、長曲率半徑的水平井則可以根據(jù)巖性、原油物性、增產(chǎn)措施等因素選擇完井方式。水平井技術發(fā)展很快,水平井水平段也不斷增長,在這些長水平段中,特別是在砂巖中,生產(chǎn)過程中地層難免不坍塌,因而不宜采用裸眼完井。通常采用的是割縫襯管加套管外分隔器完井或套管射孔完井。3.2充填管防砂對于稠油開采,加拿大在SASKATCHEWAN地區(qū)大量采用水平井注蒸汽開采稠油,其完井方式大多采用割縫襯管完成,再下金屬纖維濾砂管或預充填繞絲篩管防砂。我國勝利油田采用了割縫襯管和套管射孔完井,下金屬纖維管或其它方法防砂,稠油層膠結(jié)疏松,地層易坍塌,不能采用裸眼完井。對于一些地滲透油層的水平井,需要進行壓裂措施,因而只能套管射孔完井,即使采用割縫襯管加套管外分隔器完井,因為分隔層段太長,只能進行小型酸化措施,而無法進行壓裂措施。另一方面,高速攜砂壓裂液會將割縫管的縫隙刺大或破壞。3.3地層完井方式不同的油藏類型適應不同的完井方式,下面列出了幾種油藏類型的推薦完井方式。①天然裂縫性油藏,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,以預鉆孔篩管和割縫篩管完井為主;③館陶組砂巖油藏,砂體膠結(jié)疏松,易出砂,必須進行先期防砂,可采用固井射孔后濾砂管防砂完井;④稠油砂礫巖油藏,由于該類油藏原油性質(zhì)比較稠,須注蒸汽熱采,因此,一般采用固井射孔完井;⑤在注水開發(fā)后期,油藏水淹嚴重,油水關系復雜,為防止目的層與非產(chǎn)層(水層)互竄,則要采用套管外膨脹式封隔器完井或造斜段局部注水泥完井。另外,也要考慮對地層的認識,均質(zhì)地層:這類地層完井設計相對簡單而容易,水平段大多采取全井裸眼完成,依靠連續(xù)油管作業(yè)或射孔技術來解除井筒附近的傷害。非均質(zhì)地層:由于地層的非均質(zhì)性可能造成井筒的不同位置需要不同的處理強度,鉆井作業(yè)高滲透地層中的泥漿和濾液侵入較深,傷害較重,這些地方需要采取大規(guī)模強化措施。因此,非均質(zhì)地層中水平井的完井方式可采用下套管水泥固井射孔或下預制襯管不固井加套管外封隔器隔離分段的方式。天然裂縫發(fā)育的地層:這類地層水平井完井的關鍵是要保持一個無傷害的裂縫系統(tǒng)。一般情況下不采用下襯管水泥固井的方式,在依靠