完井技术基础（基础、量大、珍藏版）

概述

    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的过程叫做完井(Well Completion)。

1、完井的要求

  1).油气层和井筒之间应保持最佳的连通条件，油、气层所受的损害最小；

  2).油、气层和井筒之间应有尽可能大的渗流面积，油、气入井的阻力最小；

  3).应能有效地封隔油、气、水层，防止气窜或水窜，防止层间的相互干扰；

  4).应能有效地控制油层出砂，防止井壁垮塌，确保油井长期生产；

  5)应具备进行分层注水、注气、分层压裂、酸化等分层处理措施，便于人工举升和井下作业等条件；

  6).对于稠油油藏，则稠油开采能达到热采(主要蒸汽吞吐和蒸汽驱)的要求；

  7).油田开发后期具备侧钻定向井及水平井的条件；

  8).工工艺尽可能简便，成本尽可能低；

2、完井方式

1).射孔完井(perforating)又分为:套管射孔完井、尾管射孔完井；

2).裸眼完井方式 (Open-hole)；

3).割缝衬管完井方式(Slotted Liner)；

4).砾石充填完井方式 (Gravel Packed)  又分为:裸眼砾石充填完井、套管砾石充填完井、预充填砾石饶丝筛管；

3、完井井口装置

   一口井从上往下是由井口装置、完井管柱和井底结构三部分组成。

   井口装置主要包括套管头、油管头和采油(气)树三部分，井口装置的主要作用是悬挂井下油管柱、套管柱，密封油管、套管和两层套管之间的环形空间以控制油气井生产；回注(注蒸汽、注气、注水、酸化、压裂和注化学剂等)和安全生产的关键设备。

   完井管柱主要包括油管、套管和按一定功用组合而成的井下工具。下入完井管柱使生产井或注入井开始正常生产是完井的最后一个环节。井的类型(采油井、采气井、注水井、注蒸汽井、注气井)不一样，完井管柱也不一样。即使都为采油井，采油方式不同，完井管柱也不同。目前的采油方式主要有自喷采油和人工举升(有杆泵、水力活塞泵、潜油电泵、气举)采油等。

   井底结构是连接在完井管柱最下端的与完井方法相匹配的工具和管柱的有机组合体。

4、完井主要作业步骤

1).按设计要求摆放地面设备

2).立钻杆或管柱

3).装防喷器/功能/压力试验

4).刮管洗井

5).射孔校深

6).投棒点火

7).反涌/洗井

8).再次刮管洗井

9).下封隔器

10).下防砂管柱

12).下生产管柱

13).拆井口防喷器

14).装井口采油树

15).卸载

16).验收交井

==十大完井工具==

    海上油(气)田完井生产管柱中常用井下工具种类包括:封隔器(Packer)、井下安全阀(SSSV)、滑套（Sliding Sleev）、工作筒（Nipple）、偏心工作筒（Side Pocket Mandrel）、座落接头（Seating Nipple）、流动短节（Flow Couping）、加厚管（Blast joint）、测试阀、泄油阀、工作筒、堵塞器等。

1、封隔器

封隔器是生产管柱中最主要的井下工具之一，其主要功能如下：

分隔生产层段，防止层间流体和压力的串通和干扰；

分隔压井液和生产液；

满足采油（气）生产和修井作业的各种要求；

保留住套管环空中的封隔液，起到保护套管和安全生产的作用。

   用于海上油（气）田完井的封隔器可分为可回收式和永久式两大类型，而按坐封方式，可分为液压坐封、机械坐封和电缆坐封。封隔器可分为很多种，根据实际生产需要进行合理的选型。封隔器最主要的部分就是卡瓦和胶皮，有些封隔器没有卡瓦（裸井井用封隔器）。封隔器种类繁多，最主要的功能就是卡瓦与套管间的支撑和脱皮与套管间的密封而进行一定位置的密封。

                                                                                                                      △一种封隔器

2、井下安全阀

     井下安全阀是井中流体非正常流动的控制装置，如海上采油平台发生火灾、管线破裂、井喷、地震引起的油井失控等，这样井下安全阀能自动关闭，实现井内流体的流动控制。

1）安全阀的分类：

钢丝可回收安全阀

油管携带式安全阀

套管环空安全阀最常用的安全阀为油管携带式安全阀

2）作用原理

    通过地面加压，液压油通过压力液控管线传至传压孔到活塞，推动活塞向下移动并压缩弹簧，将活瓣活门打开，如果一直保持液控压力，安全阀处于打开状态；释放液控管线压力，靠弹簧张力向上推动活塞上移，阀板处于关闭状态。

△井下安全阀

3、滑套（井下流动流体控制工具一种）

    滑套通过移动内套筒来关闭或连通油管与环形空间的通道，当内套筒的孔道对着滑套本体的通道时，滑道处于打开状态，当两者错开时，滑套关闭。滑套上部有工作筒，用于固定与滑套有关的井下流动控制装置，内套筒上下各有一个密封端面，可与井下装置的密封盘根相配合起密封作用。   将滑套开关工具连接在基本工具串之下，进行钢丝作业，可对井下滑套进行开关作业，有的向下震击使套筒下移打开滑套，有的则需向上震击使内套筒上移打开滑套。

△滑套

4、工作筒（Nipple）

1）工作筒的分类和用途

►工作筒的分类：

（1）按定位方式分：有选择型(Selictivity)、顶部止动(Top NO-GO)和底部止动(Bottom  NO-GO)三类，如图a、b、c所示。

      有些工作筒可兼有选择型和顶部止动(如图b)。所谓选择型是指工作筒的内径没有缩径部位，同一尺寸的坐入工具可以通过它，所以同一管串中可以下入多个同一尺寸的工作筒，顶部止动是指密封工作筒内径为缩径部位堵塞器顶部带上动台阶止动作用在顶部，而底部止动的缩径部位在底部，堵塞器密封段通不过去，在底部止动一般都安装在同一管柱的最底部，作为仪表挂座和防止钢丝工具串掉入井底。

（2）按工作压力分：有常压和高压，前者用于常规井，后者用于高压油气井。

►工作筒的用途：

坐入堵塞器。

坐入井下自动控制安全阀。

坐入单流阀。

下入减压工具（节流嘴）以降低井口压力。

与抛光短节（Polished  Nipple）配合，安装分离套或短节，修补油层附近的损坏油管或加厚管。

坐挂井下测量仪器。

钢丝作业时，可防止工具串落入井底。

△工作筒

5、偏心工作筒

1）功能结构

    偏心工作筒是重要的完井井下工具之一，它与各种气举阀结合，实现不同的气举方式，下入不同尺寸的水嘴，实现分层配注，它的结构如图所示，由基管和偏心筒两部分组成，基管尺寸与油管尺寸相同，上部有定位套，偏心筒内有工具识别头、锁定槽、密封筒以及外部连通孔。

2）偏心工作筒的特点：

定位性：使各种井下工具偏心，准确定向进入偏心筒内。

识别性：使正确尺寸的井下工具偏心下入偏心筒，而使其它较大尺寸的工具通过基管。

允许较大的试验压力。

   3）偏心工作筒的作用：气举、注化学药剂、注水、循环压井等。

△偏心工作筒

6、堵塞器

    在无井下安全阀或安全阀失效时，由钢丝作业，在工作筒内下入相应尺寸的堵塞器关井。在完井或修井作业时，对油管试压以及坐封液压封隔器。海上常用的工作筒为OTIS及BAKER两家公司产品。

△堵塞器

7、气举阀（Gas Lift Valve）

      偏心工作筒内下入气举阀，可实现不同的气举生产方式，如连续气举或间隙气举。

 △气举阀投放过程

8、流动短节（Flow Coupling）

     流动短节实际上是加厚管，其内径与油管内径一致，但外径稍大，通常用于安全阀上、下端。高产油气井使用，一般产量的油井可选择使用或不用，高产油气流在流经安全阀时会因缩径而产生节流作用，造成在其上、下两端产生涡流冲蚀磨损。

 △流动短节

9、泄油阀

     泄油阀一般安装在单流阀以上1-2根油管处，它是检泵作业上提管柱时油管内流体的排放口，以减轻修井机负荷和防止井液污染平台甲板和环境。泄油阀目前有两种：投棒泄流、投球液力泄流。前者用于稀油和高含水稠油井较合适；后者用于低含水稠油井，成功率高。

 △常用的泄油阀

10、刮管器

      1）用途：用于清除残留在套管内壁上的水泥块、水泥环、硬腊、各种盐类结晶或沉积物、射孔毛刺以及套管锈蚀后所产生的氧化铁等脏物，以畅通无阻地下入各种井下工具。尤其在井下工具与套管内径环形空间较小时，更应在充分刮销之后进行下步施工。

      2）结构：由本体、刀板、固定块、压块等零件组成。

      3）工作原理：入井前刮削器大片的最大安装尺寸比套管内径大，入井后刀片受力压下弹簧，由弹簧提供径向进给力。当刮削坚硬材料时，经多次刮削才能刮至套管内径尺寸。刮削器连接在下井管柱的下端，管柱的上下移动便是挂下过程中的轴向进给。

      从刀片的结构可看出，每一螺旋形刀片有内外两个弧形切削刃，上下往复刮削时内外两刃轮流工作，两刃之间又有一较宽的横刃带面起着对已刮削面磨切作用。条形刀片按左螺旋线均匀分布在刮削器表面，有利于上返泥浆带走被刮切下来的杂物。

△常用的刮管器

   在完井过程当中，"砂"扮演着非常重要的角色。在防砂完井当中，人工砂粒能够有效地防止地层出砂，保证油气正常开采。在压裂作业当中，人工砂粒又能够有效支撑地层裂缝，防止裂缝重新闭合，今天大家一起来认识一下—神奇的"砂"。

==防砂技术==

     油气井出砂是疏松砂岩油气藏面临的重要问题之一，油井出砂会造成油气井减产或停产，严重的可导致油气井报废，因此防砂作业是油气井完井作业中的重中之重。

1、出砂危害

   油气井出砂是疏松砂岩油气藏面临的重要问题之一。出砂的危害主要表现在以下三个方面：
1）油井减产或停产
2）地面及井下设备加剧磨蚀
3）套管损坏，油井报废

2、出砂机理
    地层是否出砂取决于颗粒的胶结程度—地层强度。一般说来，地层应力超过过地层强度就可能出砂。地层应力包括构造应力、上覆压力、流体对颗粒的摩擦力、生产压差的拖曳力等。而地层强度由颗粒的胶结类型、胶结物含量、孔隙内流体内聚力、颗粒之间的摩擦力来决定。

3、出砂因素

1）先天因素

    油气井出砂的先天因素指砂岩地层的地质条件，如胶结物含量及分布，胶结类型，成岩压实作用，地质年代等。一般说，胶结物含量高，分布均匀，地质年代早，埋藏深，成岩强度就高，越不易出砂，反之亦然。   
2）开发因素

①采液速度突然发生变化或采油速度过高；

②低质量（指对地层伤害严重）和频繁的修井作业；

③不合理的生产及作业措施造成油层伤害；

④地层压力持续下降，油井含水上升； 
⑤开发中、后期油井提液，加剧了对颗粒的冲刷，泥质胶结的地层防膨措施不当；

4、防砂方法

    防砂方法分类按防砂机理及工艺条件，防砂方法大致分为机械防砂、化学防砂、砂拱防砂及其他方法。 
1）机械防砂

①第一类：仅下入防砂用的滤砂管柱，如割缝衬管、绕丝筛管、各类地面预制成型的滤砂器（如双层预充填筛管、树脂砂粒滤砂管、金属棉纤维滤砂管、多孔陶瓷滤砂管等）。这种方法简单易行，施工成本低，但是滤砂器易堵塞，不能阻止地层砂进入井筒，只宜用于中、粗砂岩地层。
②第二类：在下入绕丝筛管（或其他滤管）后，再用高渗透砾石充填于筛管和井壁之间的油井环空，并部分挤入井筒周围地层，形成多级过滤屏障，阻止地层砂运移，是当今最流行的防砂方法，也就是大家常说得—砾石冲填防砂。
2）化学防砂

     化学防砂是通过向套管外地层中挤入一定数量的化学剂或化学剂与砂浆的混和物，达到充填、胶固地层之目的，提高地层强度，减缓出砂。按工艺性可分为两种：

①胶固地层：挤入树脂或其他化学固砂剂，直接将地层砂固结； 
②人工井壁：用树脂砂浆液、预涂层砾石、水带干灰砂、水泥砂浆、乳化水泥等挤入井眼周围地层中，固结后建立一个可渗透的人工井壁，阻止地层出砂。化学防砂一般适用于薄层短井段，若井段太长，视情况采取措施分段施工。此法对粉细砂岩的防砂效果优于机械防砂。

3）砂拱防砂：

     砂拱防砂是一种在油气井射孔完成后，不再下入任何机械装置或挤入化学剂的防砂方法。它防砂的实质是要靠一种机械作用力强迫压实出砂的裸眼井壁，以提高井眼周围的地层应力水平达到甚至超过地层未钻开前的原始应力。这样可减少出砂的可能性，油井投产时，地层砂流入射孔处，可自然堆积，形成具有一定承载能勺的砂拱，类似于桥梁的桥拱，可进一步阻止地层出砂。

5、砾石充填防砂

     砾石充填防砂技术是目前应用最为广泛的一种防砂技术，该方法防砂可在井眼内（裸眼或套管内）正对出砂地层下入金属全焊接的绕丝筛管，然后泵入砾石砂浆于筛管和井眼环空，如果是套管射孔完成井，还要将部分砾石挤入射孔炮眼和周围地层空穴内，利用充填砾石的桥堵作用来阻止地层砂运移，而充填砾石又被阻隔于筛管周围。这种多级过滤屏障，保证油流沿充填体内多孔系统经过筛管被源源不断地举升至地面，而地层砂则被挡在地层内不会进入井筒，实现油井生产不出砂或轻微出砂。 砾石充填防砂具有以下几个特点：

1）防砂强度高；

2）有效期长；

3）适应范围广；

4）产能损失相对较小；

►延伸阅读—专门捕砂的网

 在砾石冲填防砂井当中，人造砂粒被冲填到地层裂缝当中，形成一层人造砂层，当地层中的砂粒随着产出液（产出液是地层中的流体，一般是油和水的混合）被带出，人造砂层能够起到过滤作用，产出液能够通过砂层，到达生产管柱。而产出液中的砂就留在了这个人造砂层上，不能通过砂层，从而达到防砂的效果。可以把这个砂层想象成一张网，一张专门捕砂的网。

► 三维模拟—以"砂"防砂

==螺杆泵==

    螺杆泵是一种容积泵，主要由转子和定子组成。由于定子和转子的特殊几何形状，分别形成单独的密封容腔，介质在轴向被均匀推行流动，液体以螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔，最后挤出泵体。

1、螺杆泵（screw pump）

    螺杆泵是按迥转啮合容积式原理工作的新型泵种，其主要工作部件是偏心螺杆（转子）和固定的衬套（定子）。由于定子和转子的特殊几何形状，分别形成单独的密封容腔，介质在轴向被均匀推行流动，内部流速低，容积保持不变，压力稳定，因而不会产生涡流和搅动。除此之外，螺杆泵的定子选用多种弹性材料糅合制成，在高粘度流体、含有硬质悬浮颗粒介质或含有纤维介质的输送方面，与一般泵种相比具有明显优势，因此螺杆泵被广泛应用在出砂井和稠油井当中。

2、分类

►按照螺杆数目分：

1）单螺杆泵——单根螺杆在泵体的内螺纹槽中啮合转动的泵；

2）双螺杆泵——由两个螺杆相互啮合输送液体的泵；

3）多螺杆泵——由多个螺杆相互啮合输送液体的泵。

►按螺杆吸入方式分：

1）单吸式：介质从螺杆一端吸入，从另一端排出；

2）双吸式：介质从螺杆两端吸入，从中间排出。

3、按照泵轴位置分：卧式泵、立式泵。

3、驱动及结构形式

   泵的驱动方式较多，一般有低速电机直联（6级、8级）、齿轮减速电机驱动、无级变速电机驱动等方式。传动可采用联轴器直接传动，或采用调速电机，三角带，变速箱等装置变速。

4、工作原理

     当电动机带动泵轴转动时，螺杆一方面绕本身的轴线旋转，另一方面它又沿衬套内表面滚动，于是形成泵的密封腔室。螺杆每转一周，密封腔内的液体向前推进一个螺距，随着螺杆的连续转动，液体以螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔，最后挤出泵体。

►三维模拟—井下驱动式螺杆泵采油

==电潜泵==

     电潜泵采油是为适应经济有效地开采地下石油而逐渐发展起来日趋成熟的一种人工采油方式。它具有排量扬程范围大、功率大、生产压差大、适应性强、地面工艺流程简单、机组工作寿命长、管理方便、经济效益显著的特点。自1928年第一台电潜泵投人使用以来，经过20世纪70年的发展，电潜泵采油在井下机组设计、制造及油井选择、机组选型成套、工况监测诊断及保护、分层开采和测试等配套工艺方面日臻完善，在制造适应高温、高粘度。高含砂、高含气、含H2S和CO2等恶劣环境的电潜泵机组方面也取得了很大进展。不仅用于油井采油，还用于气井排液采气和水井采水注水。 

    电潜泵是由多级叶导轮串接起来的一种电动离心泵，除了其直径小长度长外，工作原理与普通离心泵没有多大差别，其工作原理是：当潜油电机带 动泵轴上的叶导轮高速旋转时，处于叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，其压力和速度同时增加，在导轮的进一步作用下速度能又转变成压能，同时流向下一级叶轮人口。如此逐次地通过多级叶导轮的作用，流体压能逐次增高而在获得足以克服泵出口以后管路阻力的能量时而流至地面，达到石油开采的目的。

► 三维模拟—电潜泵

==扣型==

    扣型是工具中最常用的基础知识，也是比较难区分的一部分。对于现场工程师来说，扣型是很重要的。如果不了解扣型，要料、准备、指挥作业都要出很多问题，有可能影响现场作业进度，造成不必要的损失。

1、油套管螺纹类型

API 螺纹类型有：BTC（偏梯形螺纹）、 LTC（长圆螺纹）、 STC（短圆螺纹）、 NU（TBG不加厚油管螺纹）、 EUE（外加厚油管螺纹）、 XC（直连型套管螺纹）、 IJ（整体接头油管螺纹）等其它类型的API 螺纹。

VAM 系列螺纹：NEW VAM、VAM TOP（VAM TOP HT、VAM TOP  HC）VAM MUST、VAM ACE 、DINO VAM 、VAM FJL、VAM TM、 VAMSLIJ-II等

JFE 系列：JFE FOX（狐扣）、 JFE BEAR（熊扣）

Tenaris 系列：Tenaris NK3SB 、 Tenaris ER

Hunting  系列：Hunting Seal Lock Boss 、Hunting Seal Lock HT 、Hunting Seal Lock APEX

宝钢系列  产品：BGT1 、BGC

其它专利螺纹：天钢、WSP-1T 、 WSP-2T、NSCC 、NSCT等

2、油管常用螺纹

1) NewVAM

   这种扣型特点是扣截面基本为矩形，螺距间隔相等，锥度不大，没有外加厚。在车间的生产滑套套筒端部见到。

2) EU(External upset)外加厚

    EU 扣是一种外加厚油管扣型。在车间货架上认识变扣接头过程中还会发现三种和EU有关的标识。其中EUE(External Upset End)表示外加厚端，EUP(External Upset Pin)表示外加厚公扣，EUB(External Upset Box)表示外加厚母扣。

3)NU(Non-upset)没有外加厚

   NU 表示是没有外加厚的油管接头。除了没有外加厚外和EU 一般还有一种区别就是NU 一般每英寸10 扣，EU 一般每英寸8 扣。其中NUE 表示非加厚端或者说端部非加厚。同样E 表示End。

2、钻杆常用扣型

   钻杆扣一般常见为REG 和IF扣，其他如FH 等在工具车间没有找到。

   根据经验：REG 扣和IF 扣一般分别是5 扣/in 和4 扣/in，但是大于4-1/2”即使是4 扣/in 也是REG 扣，也就是说大于4-1/2”一般都是REG 扣，小于4-1/2”IF 扣较多。

1) REG(API Regular Thread)API标准里的正规扣型

    正规型钻杆接头采用的螺纹。该型螺纹曾用于连接内加厚钻杆，形成钻杆接头内径小于钻杆加厚端内径，而钻杆加厚端内径又小于钻杆管体内径的通径REG 扣和IF 扣摸起来，手感不一样。REG 扣细腻一些，IF 扣粗糙一些，原因就是单位长度的扣密度不同。

2) IF(API Internal Flush)API标准里的内平扣型

    内平型钻杆接头采用的螺纹。该型螺纹用于连接外加厚或外内加厚钻杆，形成钻杆接头内径，钻杆加厚端内径与钻杆管体内径相等或相近的通径。

3) FH(API Full Hole)API标准里的贯眼扣型

   贯眼扣顾名思义，就是眼一般大。那个眼呢？就是指钻杆接头内径和钻杆加厚端内径。而不是与钻杆管体内径，二者一般要比钻杆管体内径小。

3、油套管钢级总结

  油套管通常都是由两部分组成，一部分为管体一部分为接箍。而油套管钢级有很多种，为方便现场使用和区分，通常是用颜色进行区分的。下面列举几个常用的色，具体见下表：

其中钢级的数字代表1000Psi，例如N-80 表示最小屈服强度等于80000Psi 约等于55.16MPa。

冲管的扣型常见的冲管扣型有HYDRILL CS、 HYDRILL 511、TSWP，还有FL-4S有2-7/8″和4″。
1、HYDRILL CS为1.9寸且为外加厚, HYDRILL 511为2-7/8″且由细到粗, TSWP为4″且为双台肩而密封.
2、FL-CS为2-7/8″和 4″的冲管扣共用。
3、此外铣鞋等工具也有TSWP扣。

筛管、盲管扣型

BTC，为偏梯扣纹，常见的尺寸有5-1/2″、6-5/8″、7″等。

STC，为短圆纹，常见的尺寸有4-1/2″、5-1/2″、 6-5/8″、 7″ 、7-5/8″等。

LTC，为长圆扣，常见的尺寸有4″、4-1/2″、 5-1/2″、 7″ 等。

特殊扣型

密封单元专用扣
ACME扣型，常见的尺寸有3.25″、4″（3-5/8″） 、4.75″、6″。

管性扣型
LP扣，截面为三角形，跟EU有点相似，但手摸上去有尖锐的感觉。
LP扣常用于高压管汇，常见尺寸有2″和3″等。

由壬扣
常见的有1502、1602。

套铣管
FJWP

==特殊完井==

1、致密储集层和裂缝性储集层的完井
     致密性储集层一般是指低渗透的砂岩层，其渗透率在 0.01~0.001μm²之间。储集层是以孔隙-裂缝型和裂缝-孔隙型的居多，很少有单纯的孔隙型的。裂缝性储集层是指岩石中的裂缝提供了储油空间和渗透率的储集层，岩层可以是灰岩、泥、页岩、硅酸盐等沉积岩石。储集层的渗透率受裂缝的控制，可在很大的范围内变化，沉积岩石中的裂缝多为垂直发育。这两种储集层的完井方法与单纯孔隙型储集层的完井有许多不同，这是由储集层的特点所决定的。
1）致密储集层的完井
   致密储集层的特点是产层的岩石强度较高，渗透率很低、产能低，单靠储集层的孔隙出油，采收率是极低的。采油中多需要进行压裂和酸化处理以增加地层的孔隙，以增加产量。这种井的完井主要应考虑井身能经受酸化和压裂。

△压裂作业示意图

     致密储集层的完井原则是：套管强度要高，固井质量要良好，水泥返高达到要求，水泥石强度高。应当采取的措施是：使用套管扶正器和刮泥器，性能良好的前置液、顶替液、高速顶替水泥浆，顶替时活动套管，套管丝扣密封良好。选用优质丝扣密封油或丝扣粘和。用N80以上的厚壁套管，其抗内压强度应是地层破裂压力的1.2倍以上，套管柱的壁厚尽量一致，防止壁厚的突变，套管尽量无变形。尽量避免在套管内进行套铣等有害作业，压裂时要用上下封隔器封隔压裂井段。
2）裂缝性储集层的完井
    裂缝性储集层的特点是裂缝的展布及发育不是均匀的，裂缝具有方向性，井眼与裂缝相交，井才能出油，相交越多，井的产量越高。这种井的钻井特点是应使井眼尽可能的多与裂缝相交。完井的特点是应使裂缝与井眼很好地连通，防止钻井完井过程中裂缝的闭合与堵塞。

    裂缝性储集层的完井原则是使井眼尽可能多地穿过储集层的裂缝，采用水平钻井使水平井眼与垂直发育的裂缝尽量多地相交是目前应用较多的技术。在完井过程中采用裸眼完井最普遍，这是由于在采用射孔完井时，要下套管用水泥封固，然后射开储集层。水泥浆会堵塞裂缝使产层的渗透率大为下降；射孔孔道与分布不均匀的裂缝相交的可能大为减少。要使井眼与裂缝尽量多地连通，最好的完井方法就是采用裸眼完井及其变种的完井方法。当储集层比较坚固时，可采用裸眼完井，储集层强度稍差时，可采用筛管、衬管完井法；也可在筛管、衬管的适当部位加封隔器封隔弱地层，或使用砾石充填完井，尽量不用射孔完井。

2、水平井完井
      钻水平井的目的是使井眼在近似水平的产层中多裸露或是使井眼尽量多的与大倾角的产层相交，使油井多出油。近几年来，水平井已是增加储量、恢复老油田产能的有效手段，并在国内外各油田广泛采用。由于水平井的井身特点，水平井的完井具有与直井不同的地方。水平井的完井方法分为敞开类和封闭类两大类八种，包括裸眼完井、筛管或衬管完井、筛管或衬管带封隔器完井、衬管或套管固井完井等。具体结构见下图。水平井的完井方式不仅取决于储集层的性质，也取决于井眼的曲率半径。由于套管在弯曲段的受力，影响到套管的下入，使一些井无法下套管完井。

1）长中曲率半径水平井完井

     长曲率半径水平井其造斜段的造斜率为，(2°~6°）/30m，曲率半径在280m以上，钻进的方法和常规钻井是一样的，完井方法可采用直井的所有方法。中曲率半径的水平井其造斜段的造斜率为，(6°~20°）/30m，曲率半径在85~280m，由于造斜段半径小，需要用挠性钻杆或普通钻杆、弯接头、井下动力钻具等造斜钻具组合钻进造斜井段。由于造斜段的半径小，钻具起下时的摩阻增大，在下套管时，应当校核套管的弯曲应力，保证套管的下入。完井方法可采用直井的所有方法。

    在套管能顺利下入井内时，可采用常规的固井方法。为了提高水平井的固井质量，用多下扶正器的方法来改善套管在水平井眼中的居中程度，通常是在水平井段每一根套管加一个扶正器。通常大流量洗井和上下活动套管会破坏水平段的岩屑床。在注水泥过程中加强活动套管，在顶替水泥浆时采用轻质顶替液，利用水泥浆与顶替液的密度差产生的漂浮作用使套管上浮居中，俗称“套管漂浮接箍下入法”。可采用轻柴油为顶替液，水平井射孔时，为了使射孔枪顺利下入，通常用钻具或油管送入。

2）短曲率半径水平井完井
    短曲率半径的水平井造斜段的造斜率为，(30°~150°）/30m，曲率半径10~60m。钻进时只能采用柔性钻杆、弯外壳井下动力钻具、弯接头等造斜工具钻进斜井段。受曲率半径的限制，套管在通过造斜段时要急剧弯曲，会受很大的弯曲应力，套管往往会卡在井壁处不能下入。如果强行下入，会使套管受损。因此，短半径水平井一般是难以用套管固井完成的，多采用裸眼、筛管等方式完井。

△裸眼水平井示意图

 △水平井射孔完井示意图

△套管外封隔器及衬管射孔完井示意图

△水平井裸眼预充填砾石筛管完井

△割缝衬管完井示意图

—商业推广—

==完井专业术语==

1）完井：从打开生产层到把井交付给采油生产为止的全部生产过程。 
2）岩石的孔隙度：孔隙体积占岩石的总体积的百分比，是衡量岩石储集流体能力的重要参数。

3）渗透率：在一定压差下流体通过流体孔隙的能力。 
4）润湿：液体在表面分子力的作用下在固定表面上的流散现象。 
5）完井技术研究：是储集层和井眼的连通关系、储集层岩石的性质与完井的关系。 
6）上覆岩层压力：在垂直方向上受上部的岩石基质的重力和岩石中所含流体的重力之和。

7）构造地应力：在水平的各个方向上尚有因地质因素造成的力。

8）水锁：钻井液中的液相进入岩石孔隙内会使岩石基体产生润湿性的变化，使本是亲水的岩石基体与水密切结合。 
9）贾敏效应：水锁堵塞孔隙，将油的液珠封锁在孔隙内不能产出。

10）单管射孔完井：在钻开的井眼中只下一根套管固井。 
11）贯眼完井：是敞开式井底的一种，是在裸眼段下筛管的完井方法。

12）衬管完井：是敞开式井底的一种，是在裸眼段下衬管的完井方法。 
13）半封闭裸眼完井：即产层的下部是裸眼直接与井眼连通，上部下入套管，固井并射孔的完井方法。 
14）半封闭衬管完井：即产层的下部裸眼中下入衬管，上部下入套管并射孔的完井方法。

15）管内砾石充填防砂完井：砂岩层射孔后在井中下入各种防砂筛管并在套管和筛管的环形空间充填砾石的完井方法。 
16）裸眼砾石充填完井：这是在裸露的砂岩层中下筛管，在环形空间用砾石充填的完井方法。

17）裸眼完井：指完井时井底的储集层是裸露的，只是在储集层以上用套管封固的完井方法。

18）割缝衬管完井：当钻头钻到油层顶部，下入套管至油层顶部，注水泥固井。然后，下入钻头从套管鞋继续向下钻穿油气层至完井井深，再下入带割缝衬管的管柱，封隔器还密封衬管和套管的环形空间。 
19）高地层压力：地层压力梯度大于10.5kpa/m。

20）低地层压力：地层压力梯度小于9.8kpa/m。 
21）水泥塞：注水泥时阻流环以下的井筒中充满水泥。 
22）常规酸化：在低于地层破裂压力，不压开裂缝的情况下，将酸液挤入地层的酸化处理。

23）酸化压裂：在高于地层吸收能力的排量下向地层中挤酸，使井底压力增高，当井底压力上升到高于地层破裂压力时，就会将地

层岩石中原有的天然裂缝撑开使其加宽，形成新裂缝。

24）砾石充填技术：在裸眼井段或套管中用纯粒级砂充填在产层与生产管柱之间用以阻止地层砂移动的工艺技术。

25）机械防砂：是在生产管柱上加工出的许多小孔或细缝，或是利用金属丝之间的紧密排列造成狭小缝隙，形成过滤层，将流体携带的颗粒较大的地层砂阻挡在过滤器之外的防砂方法。

26）化学防砂：将化学药剂注入地层，把疏松的地层砂胶结起来，形成具有一定强度和渗透性的挡砂屏障，从而达到阻止地层砂进入油气井内的目的。 
27）冲砂：通过冲管、油管或油套环空向井底注入高速流体冲散砂堵，由循环上返的液体将砂粒带到地面，以解除油水井砂堵的工艺措施。

28）捞砂：用钢丝绳向井内下入专门的捞砂工具—捞砂筒，将井底积存的沙粒捞在地面上来的方法。 
29）机械清蜡：指用专门的工具刮除油管壁上的蜡，并靠液流将蜡带到地面的清蜡方法。

30）热清蜡：利用热力学能提高液流和沉积表面的温度，熔化沉积井筒中的蜡。

31）砾石充填完井：先将绕丝筛管下至油层段，用充填液循环，再将地面选好的砾石携带至绕丝筛管与井眼的环形空间，形成一个砾石充填层，阻挡沙粒流入井筒引起保护井壁。

32）射孔完井：下入油层套管封固产层再用射孔弹将套管、水泥环、部分产层射穿，形成油气流通道的完井方法。 
33）表皮效应：引起井筒附近地层的渗透性降低。 围压：在水平方向上受侧向的挤压力。 
34）水力压裂：利用地面高压泵组，从超过地层吸液能力的排量将高粘度压裂液泵入井内而在井底产生高压，当该压力造成井壁附近地应力达到岩石抗张强度，使地层产生裂缝。

35）井深：油气钻井中从转盘补心面计起至井底的长度。 
36）酸化：是油气井投产、增产和注入井增产的又一项重要技术措施。

37）面容比：指岩面反应的酸液体积与岩石表面积的比值。 
38）套补距：指钻井转盘上平面到套管短节法兰上平面之间的距离。

39）油补距：指钻井转盘上平面到套管四通上法兰面之间的距离。 

==完井小测验==

1．按岩石类型划分,储藏岩石类型可分为碳酸盐岩、碎屑岩和其它岩石类型 三类。

2．对长封固段的固井，为了减少对产层的污染，目前一般采用分级固井或低密度水泥浆体系固井方式。

3．完井井底结构一般分为封闭式井底结构、敞开式井底结构、混合式井底结构和防砂式井底结构四大类。

4． 砾石充填完井分为裸眼砾石充填完井、 管内砾石充填完井 和  砾石预重填衬管完井  。

5．射孔作业时，射孔弹的激发方式有机械式、液压式  和加电式。

6．衬管的种类分为割缝衬管  、  多孔筛管  和  绕丝筛管。

8．油井防砂方法分为机械防砂方法和化学防砂法两大类，其中以机械防砂法为主。

9．根据储层流体性质的不同，一般把油气藏分常规油藏、稠油油藏和高凝气油藏三大类。

10．钻井液和地层流体之间的三个不平衡是指  压力体不平衡、化学物质不平衡和浓度不平衡。

11．射孔过程中对产层产生的污染有 射孔液的污染、射孔残渣的污染和射孔孔道边壁的压实。

12．油气井出砂的主要原因有岩石性质、油气流动性和生产措施引起出砂。

13．常用的机械防砂方法有独立衬管防砂、优质防砂管、膨胀衬管防砂、砾石充填防砂和滤砂器防砂。

14．衬管完井包括 衬管顶部注水泥完井、悬挂式衬管完井、衬管封隔器完井 三种方式。

15．砾石充填完井分为 裸眼砾石充填完井、管内砾石充填完井  和砾石预充填完井。

16．射孔的参数包括 孔深、孔密、孔径 和 相位角。

17．先期裸眼完井法是指先  下技术套管，注水泥固井，水泥浆上返至预定的设计高度后，再从技术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。

18.完井方式应考虑的主要因素或要求有哪些方面？

    a.油、气层和井筒之间保持最佳的连通条件油、气入井阻力最小

    b.各生产环节做得最大限度地保护产层，尽量减少对生产层造成的永久性伤害，并能使收到的伤害尽量得到修复

    c.能有效地封隔油、气、水层和不同压力的地层，防止生产过程中各层之间的互相干扰；在生产过程中发生油气水界面移动的情况下，井底结构能够保证井的正常生产；

    d.对出砂产层，能有效的控制产层出砂，防止井壁坍塌，确保油气井长期生产；

    e.应具备进行分层注水、注气、分层压裂、酸化等分层处理措施；

    f.稠油井开采能够达到注蒸汽热采的要求g.完井和修井施工工艺简单，成本较低。

19.油气井出砂的原因有哪些？简述常用的防砂方法。

a.油气井出砂的影响因素主要是地质因素和开采措施。

地质因素主要包括岩石的特质（油藏埋藏的深浅，形成的年代，胶结物的类型和含量等）和油气流性质。开采措施包括不合理的开采速度和油井工作制度；

射孔、压裂、修井冲砂和酸化；

注水或进入高含水期后，对胶结物的溶解和冲刷及返吐卸载；

热采井注蒸汽对胶结物的溶解软化等。

b.常用的防砂方法分为三类：机械防砂，化学防砂和复合防砂。

机械防砂包括：独立衬管防砂，在产层段下入割缝衬管或绕丝筛管，利用衬管本身的缝隙进行防砂：

优质防砂管：由于有保护罩和多层虑网结构，它具有更好的防砂效果，防砂范围更广，可用较小砂粒地层的防砂；

膨胀衬管防砂：膨胀管下入到生产层段，然后下入膨胀工具将筛管胀开，使其紧贴在井壁，起到支撑井壁和挡砂作用；砾石充填防砂；

虑砂器防砂：在完井防砂管柱的基础上，通过在油层下部安装各种虑砂器进行二次防砂。

化学防砂：化学防砂是向地层挤入一定量的各种树脂或化学固砂剂，直接将地层固结，化学剂充填于地层空隙中，以达到充填和固井地层、提高地层强度的目的。对疏松地层特别适合。

复合防砂：复合防砂主要是吸取机械防砂和化学防砂的成功经验，将两者优势结合起来互相补充，一方面通过化学防砂在近井地带形成一个有一定渗透率、固结良好的屏障带，在利用机械防砂形成二次挡砂屏障。:

20.普通割逢衬管完井有何优、缺点？

（1）产层裸露，保持了油层的原始渗透率，渗流面积大，具有较高的产能，提高了采收率；

（2）衬管不仅可以起到支撑井壁的作用，而且具有一定的防砂效果；

（3）利用管外封隔器，隔断油气水窜的途径，提高了固井质量；

（4）固井过程中水泥浆不与产层接触消除了固井过程中水泥浆对产层的污染有效地保护了产层。

21.衬管完井的使用的地质条件

1）产层相对稳定；

2）单一产层或压力、岩性基本一致的多储层；

3）不准备实施分隔层段，选择性压裂处理的储层；

4）岩性较为疏松的中、粗砂粒储层；

5）稠油储层；

6）特别试用于灰岩裂缝型储层和硬质砂岩储层。割缝衬管完井方法是当前主要的完井方法之一，特别是在水平井中应用较为广泛。在碳酸岩裂缝型油气藏和岩性较为疏松的稠油藏，目前广泛采用水平井和衬管完井方式。

22.裸眼完井法有哪些优点和缺点？适用于何种特性的油气藏？

►裸眼完井的优点：

1）油层完全裸露，因而油层具有最大的渗流面积，这种井成为水动力学完善井，油气流动阻力最小，产量最高；

2）产层以上的地层用套管封固，排除了上部地层的干扰，为采取符合打开生产层特点的钻井液提供了充足的条件；

3）在打开产层时如遇到复杂情况，可及时提起钻具到上部的套管内进行处理，避免事故的进一步复杂化；

4）缩短了产层在钻井液中的浸泡时间，减少了产层的伤害；

5）由于是在产层以上固井，消除了油气对固井地层的影响，提高了固井质量，消除了水泥浆对生产层的严重污染。

►裸眼完井的缺点：

1）不适应与非均质、弱胶结的产层，不能克服井壁坍塌，产层出砂对生产的影响；

2）不能克服层间干扰，如油、气、水的相互影响和不同压力体系的互相干扰；

3）油井投产后不能实施酸化、压裂等增产措施。

裸眼完井适用于：

1）坚固的均质储层；

2）单一的产层，不需分层开采，无含水含气夹层，或是虽有夹层但对采油无影响的油气层；

3）具有一定厚度的产层；

4）一般应用于碳酸盐岩和坚硬的砂岩产层，如碳酸盐岩裂缝性油气层、古潜山油藏等。

23.低渗油气藏在钻井过程中应注意哪些事项？一般采用何种完井方式？

►应注意以下事项：

1）储层岩石的孔隙度和渗透率低，岩石的强度较高。低渗透岩石的总孔隙度小于10％，油层岩石的渗透率大体为0.001μm² 或更小。

2）低渗透层容易受永久性污染。低渗透层在钻进时极其容易受到钻井液（或水泥浆）中的液相和固相的污染，使细小的孔隙堵塞。而且低渗的岩石的污染几乎无法恢复。

►低渗层产量提高的关键是减小油流阻力。目前完井方式有以下两种：

1）射孔完井 + 压裂 ：用高压流体将岩石压开裂缝，并将支撑剂挤进岩层，起支撑和扩大裂缝的作用。有时，酸化和压裂同时进行。

2）衬管完井

24.裂缝型储层钻井过程中存在的主要问题和常用的完井方法

     钻进裂缝岩层时应考虑的主要问题是：打开储层时的防污染、防裂缝岩层的变形等问题。 由于受侧向挤压力的作用，岩石有向井眼中心变形的趋势，裂缝有闭合的趋势。当钻开裂缝层时钻井液的密度较低，液柱对侧向挤压力的抵消作用也小，裂缝就有可能闭合。

完井方式：

1）为了使井眼尽可能多的与垂直裂缝相交，在裂缝储层中 使用水平井技术已经熟。在裂缝性的油气藏钻中半径的水平井有高的经济效益。

2）为防止洗井液体漏失污染和堵塞裂缝，发展起空气钻井技术和低固相洗井液，欠平衡钻井技术在裂缝油气藏的钻井中的应用也比较多。  

25.射孔完井的特点及使用地层

（1）可有效封隔油气水层及多压力体系产层碱的相互干扰，适用于有气顶、有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件的储层；

（2）能方便的实现多套产层的分层测试、分层开采、分层压裂或酸化、分层注水等措施；

（3）可有效地支撑井壁，防止井壁坍塌对生产带来的影响；但它与地层连通性较差，特别对裂缝性产层，需要进行定向射孔，另外射孔完井在固井过程中对产层污染大。几乎适用于所有类型的储层岩石，是目前应用最多、最广泛的完井方法。