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1、现代完井工程,硕士2004级,2,要将埋藏在地下的石油和天然气开采到地面，一般需要经历三个过程：第一是如何建立从地面至地下储集层之间的连接通道，即钻井工程（包括固井工程）；第二是如何使储藏在地层孔隙、裂缝中的石油和天然气，沿复杂的油气层孔隙网或裂缝网，有效地流入井底，即合理开发油田 油藏开发工程；第三是如何使流入井底的石油和天气沿井身，有效地流到地面，即合理管理油气井 采油工程。这三个过程是相互联系、相互影响、不可分割的统一体。,概述,3,概述,完井工程的概念 美国、前苏联和我国过去，一般都认为完井工程是钻井工程的最后一道工序，即钻完目的层后下套管、注水泥固井（或包括射孔）完井。一般包括三方面
2、内容：钻开生产层完井方法完井井口及井底装置传统完井工程的内容,4,传统完井工程特点：（1）固井设计代替复杂而系统的完井设计；（2）油层套管尺寸仅考虑一次和二次采油基本要求；（3）按工艺环节进行独立设计，对相邻工艺环节缺乏考虑；（4）技术设计、经济评价、风险分析各环节间相互脱离；（5）考虑强化增产和提高采收率的要求不够。,5,近年来，技术进步：(1)在对油气层的微观结构的认识基础上，采取了保护油气层的技术；(2)采用了不同的完井方式。由于这两个方面的技术进步，结果使油气井的完善程度提高了，从而使油气井的单井产量得到了提高。,6,概述,因此，完井工程已经不仅仅是下套管注水泥固井，而是与油气井产能密
3、切联系的相关工艺技术，这是现代完井工程的新概念：钻开油气层开始，直至油气井投产的与油气井产能有关的相关工艺过程。,7,现代完井工程包括的基本工艺：钻井工程：钻开油气层钻井液，固井(套管、水泥浆、注水泥设计，固井质量评价)。采油工程：射孔(射孔方式，完井液，射孔参数如孔径、孔密、相位)，投产措施(抽汲、气举等助排，压裂、酸化等改造)。开发工程：试井评价(测试分析表皮系数、损害系数、流动效率等，评价损害程度)。,8,概述,完井工艺基本流程,更换完井液钻开油气层,取芯钻杆测试,注水泥固井质量评价,投 产,完钻测井下套管或衬管,射孔或测试下入生产管柱,9,现代完井工程的相关技术内容,岩心分析与评价测试
4、确定钻开油层钻井液类型完井方式与方法选择油层套管及油管尺寸确定生产套管设计,注水泥设计固井质量评价射孔方案完井试井评价完井生产管柱投产措施,10,现代完井工程设计的基本程序,油藏类型及储量预测分析；流体特性及储层物性分析；完井方法及生产方式确定；从钻井、录井、测试、固井、射孔到投产的成套设计；生产方式及总计产率估算；累计成本与总经济收益；投入资金与偿还周期；风险分析。,11,现代完井工程的理论支柱,工程力学、工程化学 工程流体力学、渗流力学 油田地质、石油工程,12,现代完井工程基础,完井工程基础：指与完井有关的油田地质、油藏工程和采油工程技术。油田地质和油藏工程：包括油藏类型、渗流特征、岩性
5、和流体性质。采油工程技术：包括井别、开采方式、开采及改造措施。,13,完井方式选择和完井工程设计的依据,1、油田地质和油藏工程依据油藏类型：储渗特性(孔隙型、裂缝型、裂缝孔隙型、孔隙裂缝型、洞隙型)、几何形态(块状、层状、断块、透镜体)。流体性质：原油、天然气、地层水。油层性质：岩性(碎屑岩、碳酸盐岩或其它岩石)、物性(孔隙度、渗透率)、油层与层间的渗透率和压力差异。,14,2、岩心分析常规分析：空气渗透率、孔隙度、粒度。薄片分析：孔隙结构、孔面率、裂缝率、裂缝密度、宽度、孔喉配合数等。X-衍射：确定粘土矿物的基本性质、类型、绝对及相对含量等。电镜扫描：敏感矿物产状分布，孔隙形状、喉道大小及分
6、布，颗粒表层和喉道壁结构，外来物接触后，喉道的变化(堵塞情况等)。,15,3、地应力井壁岩石的应力状态：井壁岩石所受的最大张应力是否超过岩石的抗张强度，而发生张性破坏，导致骨架砂产生。（这是油井是否出砂的内因）最大剪切应力是否超过岩石的抗剪切强度，而发生剪切破坏，出现井壁不稳定性。（这是油井井壁是否稳定的内因）地应力与完井工程的关系：油气井生产是一个长期的过程，完井工程设计必须考虑地应力的分布，特别是井眼周围的应力状态。主要体现在两个方面：(1)完井方式选择和完井工程设计的依据。(2)决定水力压裂产生裂缝的形态(垂直或水平缝)，即影响到压裂设计。,16,4、敏感性评价 通过岩心流动实验，分析油
7、气层岩心与各种外来流体接触后所发生的各种物理化学作用对岩石性质的影响，主要是对渗透率的影响及其程度。为优选工作液和进行完井工程设计提供科学依据。敏感性评价包括：速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏。,17,5、采油工程技术依据注水、压裂酸化、防砂、防腐、气顶、底水及边水控制、调整井、稠油热采井等。,18,基本技术内容,完井方法选择 钻开产层钻井液 固井技术 射孔技术 压裂与酸化技术 试井评价,19,基本技术内容简介,1、完井方法选择（1）各种完井方法的特点：射孔完井、割缝衬管完井、裸眼完井、砾石充填完井等。,20,基本技术内容简介,射孔完井：套管射孔完井,21,尾管射孔完井,22,基本技术内容简介,单
8、管和多管射孔完井 单管 多管,23,基本技术内容简介,封隔器射孔完井 是将套管封隔器接在套管柱的适宜部位，下入井内，使它正对生产层。优点：(1)支持上部液柱压力，使产层不受水泥浆侵入危害；(2)封隔器封闭了油气层，减少了水泥浆的气侵，有利于提高固井质量；(3)能在产层附近形成良好的密封；(4)可减少油气窜通。,24,基本技术内容简介,割缝衬管完井,25,基本技术内容简介,裸眼完井：先期裸眼完井,26,基本技术内容简介,后期裸眼完井,27,基本技术内容简介,砾石充填完井：套管砾石充填,28,基本技术内容简介,裸眼砾石充填,29,（2）各种完井方法适用的地质条件,30,（3）完井方法的选择原则 油
9、气井是连通油气藏的唯一通道，每口油气井的完井设计必须以获得最大的综合利润为前提。考虑的主要因素有：(a)储集层的类型(b)储集层的均质程度(c)产层岩石的稳定性(d)产层附近有无底水或气顶(e)产层的渗透性等,31,（4）确定完井方法的要求(a)必须适应油气藏的地质特征，从而使油气井的正常生产时间长，生产效率高。(b)必须满足油气井在长期生产阶段的种种工程要求。例如：二次采油阶段要求油井能进行选择性地注水或采油；增产措施作业要求油井具备可分隔层段的井底结构，完井过程中要求对储集层的伤害最小且完井成本最低。,32,2、钻井完井液技术（1）基本要求 不同的油藏及不同的钻井工程要求所使用的钻井完井液
10、类型及性能各不相同，但其基本要求都相似，即它一方面必须具有钻井液的功能，另一方面又必须满足保护油气层的要求。,33,作为钻井液它必须具有以下功能：控制地层流体压力，保证正常钻井。具有满足钻井工程必须的流变性 稳定井壁。要求钻井完井液的密度、抑制性、滤失造壁性和封堵能力等能满足所钻地层要求，保持井壁稳定。改善造壁性能，提高泥饼质量，稳定井壁，防止压差卡钻 其它钻井液所必须具备的功能。,34,另一方面，它又必须能较好的防止对所钻油气层的损害：不同类型的油气层遇到不同类型的完井液都有不同的损害。其损害情况随油气层特性和完井液性质不同而不同。因此，根据不同的油藏，认清其损害机理，找出其损害原因，筛选与
11、之相适应的完井液体系和确定相应的应用工艺，是保护油气层完井液技术的核心内容。,35,基本要求：钻井液中的固相含量及固相粒子的级配；钻井液对粘土水化作用的抑制能力；钻井液液相与地层流体的配伍性；各种钻井液处理剂对油层的损害。,36,（2）保护储集层的屏蔽式暂堵技术 特点：适用于各类砂岩油气藏，成本低、工艺简单，对钻井液和钻井工艺无任何特殊要求，易于推广。该项技术是把钻井时所用的钻井液稍加改造，在钻井液中加入一些暂堵材料，无需配制任何新的钻井液或完井液。这样就大大地降低了成本，简化了施工工艺。而且使用该项技术的工艺简单，只需在一定时间内，把暂堵剂均匀地加入钻井液中即可，不需要增加任何设备。,37,
12、把钻井时造成油气层损害的正压差这个不利条件转化为有利于油气层保护 为了保证能在十几分钟内，在近井壁处形成渗透率极低的屏蔽环，就必须有一个较大的正压差。而且，随着压差的增加，屏蔽环的渗透率随着下降。反排时油层渗透率的恢复值高，可达80%。这一特点对于中途测试十分重要。由于屏蔽环薄（10cm以内），离井眼近，在反排时可变形粒子首先被返排出，然后排出填充粒子和架桥粒子，这样保证了中途测试能较为准确地反映出油层的物性参数和产能。,38,消除了固井时水泥浆对油气层的损害，提高了固井质量 由于钻井时在油气层段形成的屏蔽环的渗透率极低，在固井时，水泥浆中的固相颗粒和高pH值的滤液都难以侵入油层，从而消除了水
13、泥浆对油层的损害。又由于屏蔽环的形成使得井径规则，从而提高了水泥浆顶替钻井液的效率和水泥环与地层的胶结强度。,39,（3）复杂储层的钻井完井液技术复杂性体现在两个方面：一方面在于井下地层对安全正常钻井带来的复杂问题，如钻井过程中的漏、喷、塌、卡事故，也包括由于特殊钻井工艺对钻井提出更高的要求；另一方面敏感性储层的保护问题将更进一步增加其技术难度，而且往往复杂的钻井问题和储层保护问题交织在一起互相影响而使问题更加复杂，从而成为当前需要角决的主要技术难题之一。实践表明复杂条件下的钻井完井液大多为改性钻井完井液。,40,易漏易塌井的钻井完井液 要求钻井完井液必须具备防塌、防漏护油层的三种功能。首先，
14、是如何保证安全、正常的钻开油层，即必须防漏、防塌、防喷；其次，在此基础上实施保护油层技术。调整井的钻井完井液 调整井所钻油层的原始平衡状态已破坏，因此，无论从钻井角度还是从保护油层角度，都应针对这种已发生变化的油层采取相应的措施。,41,深井、超深井的钻井完井液 深井、超深井的钻井完井液的最大特点是应用于高温高压条件下，而且深井、超深井经常使用高密度钻井液（有时密度超过2.00g/cm3）会对油层产生高压差。因此，作为深井、超深井钻井首先必须考虑高温的影响，这包括高温改变和破坏钻井液性能两个方面。由于高温的复杂作用使深井钻井液的井下高温性能及热稳定性变得十分复杂，需要专门的评价方法和专用的耐温
15、处理剂，从而形成了一项特殊的技术。,42,定向井、水平井的钻井完井液 定向井、水平井的钻井液，钻开油层时必须解决三大技术难题：一是携带岩屑问题（包括解决垂沉现象）二是大斜度井段、水平井段的井眼稳定问题，三是润滑降摩阻的问题。定向井，特别是水平井在对油层损害的因素上与直井的差异主要有：1）油层与完井液接触面积比直井大得多，对油层损害的可能性更大，其油层保护的技术难度更大。2）油层浸泡时间长。水平井钻速一般较直井慢慢，而且从钻开油层到完钻水平井所用时间比直井长。3）对油层压差大。油层中进行水平钻进时，随水平段增长，流动附加压力作用于所钻油层上，使其压差不断增大。,43,3、固井技术 固井的目的 固
16、井质量不好带来的问题 提高固井质量具备的配套技术 科学固井注水泥的基本要素 复杂地质条件固井需研究的问题,44,固井注水泥的目的之一,原油和天然气有序地从井眼中流到地面，必须建立密封性能良好的井眼通道。建立该良好通道必须有良好的固井质量和防止套管外壁腐蚀。,45,固井质量不好带来的主要问题之一,油气在井下地层之间窜流，造成部分油气资源散失，导致流到地面的油气产量减少。,46,现场及室内研究表明，提高油气井固井质量所涉及的问题很多，如水泥浆特性、水泥浆流动规律、压力平衡、井身质量、套管居中及水泥浆与泥浆流变性能的合理配合等方面。如何把这些因素作为一项系统工程有机地结合起来，是当前提高固井质量的主
17、要方向。现场将这些问题归纳为压稳、居中、替净和密封的八字方针。,47,具体要求解决的问题有4个方面：(a)水泥浆注替和凝结过程，必须保证浆柱当量压力与地层压力的平衡关系，作到水泥浆不漏，油气水不因水泥浆失重而造成窜流问题；(b)清除和替净环空泥浆，提高水泥浆的顶替效率和水泥环的胶结质量；(c)提高水泥石的密封质量，无局部水槽、横向水带和窜槽现象，满足后继工程的要求；(d)保证油气井的正常生产寿命。,48,提高固井质量需要具备的主要技术有：环空窜流预测方法 适合井况要求的水泥浆体系 小间隙环空注水泥流动计算方法 防止套管外壁腐蚀的水泥浆体系,平衡注水泥设计,注水泥施工,平衡压力固井提高顶替效率防
18、止环空窜流,科学化固井技术,井下温度的准确预测,固井工程设计计算机软件,注水泥施工监测系统,科学固井注水泥的基本要素,50,复杂地质条件固井需研究的问题 如何准确掌握井下温度；如何准确测定入井流体流变特性；如何合理确定固井注水泥的安全压力窗口；如何科学地进行优质水泥体系设计；水泥环的腐蚀与防腐；固井工程监测与模拟。,51,（4）射孔技术 射孔液：射孔液的损害机理、常用射孔液体系及其选择和使用。射孔液是射孔施工过程中采用的工作液，它也可用于完井时的作业。由于射孔孔眼穿入油层一定深度，有时它的不利影响甚至比钻井液的影响更为严重。因此，要保证最佳的射孔效果，就必须研究筛选出适合于油气层及流体特性的优
19、质射孔液。射孔液总的要求是保证与油层岩石和流体配伍，防止射孔过程中和射孔后对油层的进一步损害，同时又能满足射孔施工工艺要求，并且成本低、配制方便。,52,射孔工艺技术 射孔作业工艺方法：电缆输送套管枪射孔工艺，油管输送射孔工艺，油管输送射孔联作工艺，水平井射孔工艺，高压喷射和喷砂射孔工艺等。射孔参数优选：射孔参数对各类油气层产能对影响，油气层损害对射孔井产能对影响。射孔负压设计：负压设计地经验方法和理论方法。射孔质量的检测和评价：射孔器性能的检测评价，射孔引爆的地面检测，井下射孔套管的测井检测和射孔完善程度的试井评价。,53,（5）增产技术油气层水力压裂：利用液体传导压力的作用，将油层压开形成一条或多条裂缝，从而改善流体在地层中的渗流条件，减少地下流体的流动阻力，提高油水井的生产能力，达到增产增注的目的。水力压裂原理，裂缝的形成，压裂增产原理和影响增产的因素，压裂液和支撑剂。油气层酸化：用酸液或潜在酸处理油气层，以恢复或增加油气层渗透率的增产增注技术措施。酸化原理，酸化前的预处理，酸化液添加剂，提高酸处理的途径。,54,钻井液性能及工况对地层的损害,55,钻井液外加剂对损害的影响,56,水泥浆性能对损害的影响,57,分层开采、气举采油工艺,58,稠油井注蒸汽、蒸汽吞吐采油,59,射孔及其压实作用,60,0相位井底流线分布、射孔形成的汇流,
