基本介紹
- 中文名：水平井完井技術
- 外文名：Horizontal Well Completion
- 影響因素：岩石強度、預期流動率等
- 完井方法：裸眼完井、射孔完井等
- 套用：水平井開發中最重要的組成部分
- 存在問題：如何均衡排液和多段壓裂改造
簡介,完井方法,影響因素分析,油藏地質因素,經濟因素,適應性因素,方式優選,優選考慮因素,熱采方式優選,常規方式優選,分段完井技術,工藝結構,工作原理,工藝原理,技術特點,結論,
簡介
鑽完井可以採用很多種不同的方法。總的來說可以定義為三種主要的類型：
①垂直鑽井之裸眼完井或套管完井；
②水平鑽井完井之一個或多個裸眼油層；
③分支井鑽井完井（意思是從一個垂直井眼裡鑽開多個水平井眼）。
水平井與垂直井相比主要用於提高油井產量。由於相比於垂直井來說，水平井與儲層有更大的接觸面積，所以水平井的產量更高。同時，水平井在解決在垂直鑽井中產生的各種問題方面也有廣泛的套用。
完井方法
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，一些是複雜的。完井方法的選擇必須符合生產限制條件和儲層特性。完井方式也要依據岩石強度、堵水堵氣要求、預期流動率、完井壽命、頁岩的活動性和穩定性、顆粒排序和紋理的影響。
井筒穩定是主要的考慮因素。對於夾層形式，礫石充填擠壓成型並且穩定礫石。對於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，一般考慮非礫石充填完井就足夠了。
現今可以選擇的膠結地層的完井方式如下：
裸眼完井
裸眼完井用於油井生產時不會坍塌的穩定膠結地層。此時應對水錐進和氣錐進的趨勢進行認真研究，因為這種完井設計允許無預防性的意料之外產生的水或氣的阻斷。
預鑽或割縫襯管完井
當考慮井筒穩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裡或者懸掛在生產套管上。另外，如果地層構造中有反應性頁岩，襯管是一種合適的防止井眼脫落或者坍塌的選擇。
在固結地層結構中，預鑽襯管通常代替割縫襯管使用。預鑽或割縫襯管完井。只有在預期沒有增產並且不用考慮不包括有害的諸如水或氣的流體的時候，可以考慮用預鑽或割縫襯管完井。
裸眼篩管帶管外封隔器完井
套管封隔器通常用於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形密封。當區域需要隔離時，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境用於選擇性生產，增產或者其它的注水目的。套管封隔器一般與割縫襯管，篩管，預鑽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。由於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於非自然壓裂儲層。套管井眼完井對於水平井來說可以減少鑽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。
預鑽襯管和裸眼篩管完井
裸眼篩管完井一般用於需要進行防砂的非固結地層。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合套管封隔器施工。獨立篩管完井可以預充填。預充填篩管實際上是模組化的礫石充填因為有樹脂塗敷礫石或者鬆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充填篩管完井是一種合適的方式。但是，儲層要求相對乾淨，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
裸眼篩管完井由於在預射孔襯管內工作所以提高了篩管的位置度。這項技術主要用於由於反應性頁岩的存在造成的井眼不穩定有防砂要求的疏鬆岩石。
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。這種完井方式的優點是可維持生產率和完井壽命相比於獨立篩管完井。一次成功的水平井礫石充填完井要求井眼乾淨、穩定並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性頁岩是裸眼篩管礫石充填完井的主要阻礙。不穩定的髒井眼會污染礫石，引起油井生產率下降如果儲層結構是穩定的，完井過程中不需要考慮防砂，則可以選用預鑽襯管裸眼完井方式。
一般來講，襯管可以在鑽井過程中或者鑽井完成之後安裝。從長遠考慮，想檢測以後生產過程中的出砂量，那就需要安裝預鑽襯管。進一步講，可能出現的水錐進或氣錐進問題應該被考慮，如果沒有這些問題的話，則推薦用裸眼完井。除了精確地生產控制，如果需要隔離油井中的特殊區域，那么應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，也可以套用預鑽襯管或者割縫襯管配合套管封隔器完井方式。如果考慮儲層結構的不穩定，那么首先要考慮是否需要防砂。如果不需要防砂，在鑽水平井的過程中需要安裝襯管。如果生產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、油井生產率、可能存在的水錐進或者氣錐進的額外考慮，這裡還有三種基本的完井方式：裸眼篩管完井；預鑽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展非常迅速的一項新技術，目前裸眼篩管礫石充填完井綜合評價效果最好，優點主要體現為：
①礫石層厚，擋砂效果好。能有效地阻擋底層砂進入井筒，並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於地層原始滲透率，能夠獲得較低的防砂完井表皮，提高水平井產量。
③射孔炮眼及與篩管環形空間形成較好的礫石充填層，有利於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。
影響因素分析
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量和壽命。理想的完井應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：油藏地質因素、經濟因素、完井及採油工藝技術對鑽井技術的適應性因素。
油藏地質因素
儲層的類型及其均質程度，特別是岩石的粒度組成，井底附近地帶岩層的穩定性，產層附近有無高壓層、底水或氣頂，產層滲透性等，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構形式的主要因素。
一般來講，完井方式應根據儲層類型進行選擇，即儲層類型不同，完井方式也不盡相同。在一些均質的較穩定的油氣藏中鑽水平井，一般不需要再採用增產措施的，不需要層位封隔或分段完井，可選用固井或篩管完井。對於某些非均質油氣藏條件下水平井可能要求採用分段完井或層位封隔等完井方式。而裂縫性油氣藏的水平井一般不需要採取增產措施，但有時由於鑽井過程污染和損害了天然裂縫或者各個鑽穿的天然裂縫滲透率差異大等原因，也需要採用分段封隔完井。因此，完井是水平井作業鏈的中間關鍵環節，與其前後的各項作業相互關聯和相互制約。
經濟因素
合理選擇水平井的完井方式具有重要的經濟意義。水平井的完井方案合理與否又關係到油氣井從投產到報廢（或關井停產）的全部生產過程中的投入資金回報率的大小。應以水平井全部生產過程中獲取最大資金回報為最終目標合理選擇完井方案。不應以單純依據某種方案的完井（作業）費用高低為標準選擇完井完井方式。應以油氣井全部生產過程的累計產值與包括鑽井、測井、完井、試井、生產和增產措施及修井等作業費用總和附加利息等總成本之比值最大為標準進行選擇。
適應性因素
由於水平井技術是一項系統工程，不但要研究油藏工程、鑽井、完井和採油作業等單項技術的發展，更重要的是研究各技術之間的配合和適應性。因此必須強調各個環節之間的密切配合，在鑽井設計之前，就要考慮到井網布置、測井、完井、採油和修井作業等工藝的實施。否則，將會給水平井後期工作造成許多困難，難以達到預期的開發效果。
因此，進行採油工藝對井身結構的適應性研究，就是在鑽井設計之前先從採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計提出要求；在設計造斜點、曲率半徑及井身結構時既要考慮到鑽井的要求，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、採油和油層保護的角度提出對鑽井工程的要求，才能保證水平井的實施效果。
方式優選
科學合理的水平井完井技術是水平井開採技術的關鍵之一，這對使水平井獲得高產，延長油井壽命具有極其重要的作用。遼河油田地質條件複雜，油藏類型多樣，又經過二十多年的開發，許多區塊油水關係更為複雜。因此，要保護好油氣藏，提高水平井的產能，提高區塊採收率，必須根據油氣藏條件和儲層井眼狀況最佳化完井方式。水平井完井方式選擇是否得當，直接關係到今後開發開採的全過程能否順利進行。
優選考慮因素
（1）產層結構類型產層結構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層；以微裂縫為主要儲集空間或滲流通道的裂縫型產層。
（2）產層岩石的堅固程度若產層岩石堅固，可採用非防砂型完井；反之若岩石疏鬆，則必須考慮防砂型完井。
（3）生產過程中井眼的穩定性如果岩石是堅固的，同時井眼又是穩定的，可以考慮裸眼完井；否則應考慮具有對井壁起支撐作用的完井方式。
（4）是否鑽遇單一產層只有在鑽遇單一產層的情況下，才能根據其它各因素選擇最合適的完井方式；鑽遇多層時，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層滲透率低，需要進行水力壓裂改造，則應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程度
（7）是否需要進行生產控制、生產測井、酸化作業及轉注
（8）是否要進行熱采
熱采方式優選
遼河油田稠油油藏埋藏淺，上覆岩石的壓實作用弱，儲層鬆散（大多數儲層屬於高孔隙、高滲透、弱膠結性孔隙型儲層），僅具有正常地層壓力或低地層壓力，開採時有不同程度的出砂，加之該類油藏原油性質比較稠，必須注蒸汽熱采，而蒸汽和熱水對膠結物的溶解與軟化、沖刷作用，加劇了油層的出砂，因此一般採用篩管完井。對於砂岩粒度中值大於 0.2mm、分選比較均勻的油藏採用割縫篩管完井，對於粒度中值小於 0.2mm 的油藏採用彈性篩管完井。
常規方式優選
由於水平井技術是一項複雜的系統工程，它包括油藏工程、鑽井、完井、採油以及修井作業等多個環節。在進行鑽井、完井設計的初期，就要考慮到後期的修井和增產作業等環節，各個環節之間只有密切配合、相互協調，才能充分發揮水平井的技術優勢，達到最好的套用效果。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，雖然單井屬於同一油藏類型，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 ，由於儲層以碳酸鹽岩或灰岩為主，岩性緻密，對於這類油藏以裸眼完井為主。
（2）沙河街組的砂岩油藏，由於砂體膠結程度好，不易出砂，以打孔襯管和割縫篩管完井為主。
（3）邊底水油藏或注水後期開發的油藏，如果油藏水淹嚴重，油水關係複雜，而井眼軌跡要穿越水層，為防止目的層與非生產層（水層）互竄，則要採用套管外膨脹式封隔器完井、固井射孔完井，以防水平井生產過程中，某一層或某一段水淹，可以實施卡堵水作業。
（4）低滲透油藏，由於產層滲透率低，必須進行壓裂改造才可能具有經濟產能，因此需要採用射孔—壓裂一體管柱方式完井。
分段完井技術
水平井隨著鑽井技術的發展和對油藏認識的提高，已經被廣泛套用於各類油藏。隨著水平井實施規模的擴大，水平井部署與實施目標將會越來越複雜，對各項技術的依賴程度也會越來越高。水平井鑽井技術的成熟套用，地質最佳化設計和井眼軌跡的跟蹤調整，完井設計的最佳化、合理工作制度、穩油控水措施以及多學科協同管理是套用水平井技術轉換稠油開發方式成功的必要條件。
目前國外水平井完井主要採用裸眼完井，適合於碳酸岩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於水平段油層非均質性嚴重或水平段穿越多個層系；射孔完井有利於避開夾層水、底水、氣頂，可實施水平段分段射孔、試油注采和選擇性增產措施，能將層段分隔開，對於高壓油氣水層、低壓易漏失層能較好的控制曾段之間的竄通。在熱采水平井採用提拉預應力固井，水泥反至井口，但要求較高的固井質量和較高的射孔操作技術；礫石充填完井由於其工藝的複雜性目前處於試驗開發階段。
國內水平井完井及採油技術近幾年發展較快，但起步晚，完井方式單一，與各類油藏適應性不強。大多採用固井射孔完井，但由於固井質量難以保證，不利於特殊複雜油氣藏提高產能和採收率，特別是油田開發後期由於油層壓力下降，全井固井完井易造成油層污染，而且施工周期長、費用高。
工藝結構
套管外封隔器主要由橡膠筒、中心管、閥箍等組成。可直接與套管串連線；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；閥箍上裝有兩隻斷開桿和三個並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，不會提前座封或由於座封壓力過大而脹破膠筒；閥箍中還有過濾裝置，確保鑽井液中的各種顆粒物不會堵塞閥孔及進液通道。
工作原理
（1）基本作用原理，根據帕斯卡流體力學原理：“在一個平衡的流體中，由於外部施加的壓力而引起分壓力在整個流體內部各部分是均勻變化的”。套管外封隔器正是套用這一原理。當封隔器內膨脹到一定壓力後，其外部壓力（壓差）的增減都會引起內部壓力的相應變化，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後就能隨著環空壓差的變化而變化，封隔器承受環空壓差能力與環形間隙大小是成反比關係。
（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，在套管內形成密封並蹩壓時，井內流經閥箍的進液孔、濾網，進入鎖緊閥，當壓力達到設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，井內流體經限壓閥進入中心管與膠筒間的膨脹腔內，在壓力作用下封隔器膨脹變形與井壁緊密接觸形成密封。當膨脹腔內的壓力達到一定時，限壓閥銷釘剪斷，限壓閥便會關閉，將進液孔堵死，此時套管內壓力的大小對封隔器膨脹腔內的壓力無任何影響，實現安全密封；當井口放壓為零後，鎖緊閥自動鎖緊，實現永久性關閉，以後的井下的各種壓力作業不會影響封隔器的工作狀態。
工藝原理
此項完井技術可用於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結合在一起，根據油藏膠結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。這種完井方式可以按層段進行作業和生產控制。
技術特點
（1）適用範圍廣，可用於各種條件的油氣井，如深井、超深井、定向井、水平井及開窗側鑽井，施工操作簡便，不改變原施工工藝程式；
（2）專門設計的高強度、高韌性膠筒子在工作時可隨井徑和井下壓差變化而變化，確保環空形成可靠密封橋堵；
（3）先進的控制閥系統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）根據不同井徑，設計生產了不同規格不同膠筒直徑的工具，以滿足各種複雜井的需要。
結論
水平井完井可以用依據不同的生產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岩石強度、是否需要堵水堵氣、預期流動率、完井壽命、頁岩的活動性和穩定性、出砂情況、岩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套用中取得了良好的效果，油井在高產液的情況下起到了很好的防砂作用，為油田生產提高效益。
