特殊完井方法

第八章特殊完井方法由于海上油田开发装置投资高，平台面积有限，除应用大斜度井扩大动用储量外，近十多年发展成熟的水平井、大位移井，多底分枝井技术已成为降低成本提高效益的新工艺。本章着重介绍这些井的完井技术。第一节水平井完井水平井有增加泄油面积，降低生产压差，提高单井产量和提高最终采收率的作用。在控制油层出砂和底水锥进方面优于其它类型井，对低渗、稠油开采和热采热注都有明显效果。完井可分为裸眼、衬管、套管固井、防砂、管外封隔器等几种不同类型的完井。不同油气田应依据其特点选择最佳完井方法满足生产需要。一、水平井完井考虑的因素l）储层岩石胶结情况及储层的稳定性，分析研究岩石矿物胶结情况，储层是否含有遇水后易膨胀或塑性流动的粘土层、石膏层、盐层等化学不稳定性；井壁岩石是否会发生因上覆地层重压而剪切破坏，导致储层垮塌的力学不稳定性。利用已有资料分析计算在不同生产压差下井壁岩层所承受的切向应力与储层岩石抗压强度关系，对储层稳定性做出较准确的判断。2）储层的纵向非均质程度。在整个储层厚度内是否存在坍塌夹层，异常压力层，含水、气夹层等层间干扰。3）有无气顶和底水。4）储层压力系数。5）储层水平渗透率和垂直渗透率。研究选用适应储层地质特性的完井方法，采用特殊的技术往往可有效降低开发投资，生产操作费用，获得好效益。二、水平井完井特点及基本原则由于油气田的构造形态和层位分布不同，采用哪种完井方法应视总体开发方案和经济评价确定。水平井段长短、穿越层位的岩性差异程度、穿越单一厚度与穿越多组油气层或油气水复杂带进行开采，生产完井技术则不相同。重复进入水平井段的施工难度较大。水平井生产完井方案要与钻井方案紧密结合，完井时要充分考虑油气田生产特点，结合开发方案要求，预先做好生产完井设计。水平井完井基本原则为：l）水平段完井应能最大限度发挥产能，达到高效开采目的。2）有效防止井壁垮塌，对胶结疏松的砂岩油层需进行有效防砂。3）有利于分层开采，对穿越复杂带层段的油井，完井时应实施有效分隔，有利于今后控制分采或封堵。4）便于修井作业时管柱或连续油管重新进入施工。5）永久性完井工具应能满足长期生产的要求。三、水平井完井类型1．裸眼完井这种完井适用在灰岩裂缝性油气层，胶结良好的砂岩层，致密低产油气层。一般采用生产套管下至水平拐点上部注水泥固井后再钻裸眼水平段，生产井管柱尾管只下在套管内进行生产，第七章海上完井管柱设计要求已有详细介绍，图8-1-1为裸眼完井结构，油井完善程度高，能发挥生产潜力提高单井产量。2．衬管完井对生产过程可能垮塌的储层，采用衬管完井较多，衬管为钻眼或割缝套管。钻眼直径和缝隙大小依据储层岩性选择。衬管下井后由液压或机械悬挂器坐挂在上部套管内。衬管完井适合厚度大，生产层稳定，无需进行后期封堵的水平井段，图8-1-2为衬管完井示意图，完井工艺简单，成本低、效果好。3．预制防砂管完井储层岩性胶结差，预测可能会出砂的水平井段，采用砾石充填防砂施工困难，充填效果不稳定。近年发展和采用预制砾石填充防砂管，不锈钢金属纤维棉防砂管，防砂效果较好。（1）预制砾石填充防砂管预制砾石填充防砂管由带眼基管，不锈钢梯形绕丝，砾石填充层，外保护管组成（见第九章）。不锈钢梯形绕丝缠绕时点焊固定，缝隙和填充的砾石直径根据地层砂直径筛选确定。要求填充砂层厚度不小于12mm，环氧树脂胶结后不影响渗透率。（2）金属棉防砂管预填充砾石防砂管重量大，不便于在水平井段推进，近年发展形成的金属棉防砂管有筛孔型，单层裹包或多层裹包型。l）筛孔型金属棉防砂管。选用无缝钢管做基管，两端有内外螺纹及卡槽，管壁阶梯状布孔，孔中装设金属棉滤砂室。油流通过时滤砂室可将大于或等于0.07mm的砂挡在管外形成第二道防砂屏障。国产RLG一A／120mm和RLG一A／85mm两种尺寸防砂管在陆地油田使用收到较好效果。①主要技术标准。通径：120mm85mm，外径：140mm，105mm渗透率：K＝1500～2000μm2挡砂能力：≥0.07mm地层砂耐温：350℃，抗内外压差：p内＝20MPa，p外＝30MPa渗流面积：270～350cm2／m（120mm）210～270cm2／m（85mm）长度：4m／节（可按用户要求特制）②使用方法。下井时用卡瓦卡住防砂管卡槽将每节防砂管二端内外螺纹连接到设计长度，上接丢手封隔器下至油层位置。加压坐封封隔器并丢手起出送人管串。2）裹包型金属棉防砂管。裹包型防砂管由带眼基管、筋条、梯形绕丝、金属裹包层、外保护层组成。裹包层用不锈钢金属纤维制成带摺长筒形套在绕丝外部，可按需要制作成单层或多层。外保护层用薄壁不锈钢管滚压出长方形流动孔道，两端密闭固定在基管上用内外螺纹连接形成需要长度。裹包型滤砂管具有渗流面积大，渗透率高，耐腐蚀，抗温抗压能力强，重量轻，下井操作方便等特点。4．复杂带水平井完井导向钻井，生产测井技术的发展，使利用水平井开发多层组油气层，复杂带油气层已逐步变为现实。图8-1-3a、b、c是利用裸眼封隔器完井结构示意图。穿越复杂油、气、水层水平井段利用管外封隔器，套管、滑套、衬管和防砂管等工具组合进行完井。管外封隔器用完井液或水泥浆加压膨胀坐封。衬管完井在长井段中设置盲管、管外封隔器及滑套将不同层位隔开，进行合采或分采。图8-1-3b为穿越复杂层位防砂并分层封隔完井，避免层间干扰的结构示意图。利用管外封隔器进行水平井段防砂实例。南海某油田Al3水平井采用预制填充砾石防砂管完井。水平井段上部用244.5mm套管固井，裸眼井径215.9mm，水平段在13m油层中部穿越长度428.6m。滤管选用127mm油管做基管，每米钻孔直径为12.7mm，钻孔数量为475孔。基管外部点焊缠绕梯形不锈钢丝。外保护层为177.8mm套管，每米钻孔直径、数量与基管相同。环空填充20～40目（粒径0.42～0.84mm）砾石，环氧树脂固结。每节长4m，上下配有连接螺纹，裸眼段完井管串配置顶部悬挂套管封隔器，防砂管、盲管、滑套，分4组用管外封隔器将428.6m井段分隔为独立的4小段。底部还备有NO一GO工作筒和浮阀作清洗防砂管及井壁的通道。图8-1-4、是A13井完井结构示意图。下井后上提专用管串，送入工具从底部开始清洗防砂管，关闭滑套和逐层坐封管外封隔器，达到防砂和分隔目的。（1）井筒准备完井液要有防塌，润滑，保护油层及携砂能力，重复循环清洗出水平井段所有岩屑。为确保预制防砂管能下到井底，A13井连接2根外径与防砂管直径177.8mm相同的套管做模拟管柱通井到井底循环两周清除岩屑。模拟管柱起到244.5mm套管内，用HEC与海水配制成的胶液替出套管内钻井液，保持井筒干净，减少下防砂管时受污染和堵塞。（2）送入管柱设计和施工砾石填充防砂管重量大，绕性差，为便于下井，每12m防砂管中间加入1根长6m、外径为127mm的盲管，盲管上加一个弹簧扶正器达到减少重量增加绕性，降低摩擦力的目的。筛管进入水平段自身重量全部加在井壁上，向前推进阻力很大，上部钻柱要有足够重量才能把筛管推向井底，筛管管串与专用送入工具组装好后，在悬挂封隔器顶部入如下送入钻具：6柱127mm钻杆＋14柱127mm加重钻杆＋13柱158mm钻挺＋127mm钻杆。送入钻具和专用工具组装后具有如下功能：1）可转动。当送人防砂管遇阻时可通过上部钻具转动防砂管串，克服静止摩擦阻力。2）可以循环。防砂管遇岩屑阻挡可正循环从引鞋部位冲洗井底岩屑。3）开关滑套。专用送入工具的冲管上带有开关滑套工具，冲洗防砂管后上提可关闭滑套。4）具有坐封管外封隔器功。冲管上带有两个密封总成组的专用组件，中间有正冲洗出口。当密封总成全部进入封隔器密封筒后管内继续加压，液体经传压孔进入封隔器膨胀胶筒完成坐封。5）喷洗功能。随着冲管上提密封总成在基管内移动，可循环冲洗防砂管，逐级关闭滑套和坐封全部封隔器。A13为底水油藏，选用4级裸眼封隔器防砂可以消除某一井段出水。出砂对全井生产的影响。5．水平井段下套管或尾管固井完井参看图8-1-5，对于一些在投产前或生产过程中需要采取增产措施或由于井壁不稳定，在生产过程中随着地层压力的降低井壁有可能垮塌的井，也可以采用下入生产套管或尾管，然后用水泥封固整个水平段及油层顶部；对于一些有可能在生产过程中发生顶部气锥或底部水锥情况的井更需要将套管下入抽层段，以便将来发生气、水锥进时，通过挤水泥把气、水锥井段封住的补救措施。在水平井钻井设计时，技术套管一般都要下到生产层顶部并注水泥固井，封隔生产层及以上部位的邻近层段。对于将来要采取强化增产措施的井段，在技术套管下到油层顶部固井以后，在水平段下入生产套管或尾管以后还必须与技术套管有一段搭接或直接连接到井口，以保证在采取增产措施时有足够的抗内压强度。由于在油层段下有套管或尾管，在油井投产前必须用油管或钻杆传送的方法进行射孔（即T．C．P），以形成油气进入井筒的通道，也可以有选择性地对某些要采取措施的井段加密射孔，对有底水或气顶的部位避开不射孔，以获得最好的生产效果。对于有气顶或底水的油层，在射孔时对射孔枪在水平井段中的方位，可选用360°的全方位射孔或小于180°的低边射孔以及120°的低边射孔，见图8-1-6。对于胶结性能好，无气顶也无底水的油层，可选择大孔径的全方位负压射孔。高密度大孔径能有效提高射孔完善程度。而对于胶结不好有气顶的油层则应采用180°或120°的低边射孔，以避免高边射孔引起地层砂脱落到井筒内发生砂卡现象。四、水平井尾管悬挂法完井水平井完井设计中，一般在水平段都是采用尾管挂下入尾管或衬管。尾管挂通过卡瓦和锥套悬挂在上层套管的内壁上。尾管悬挂器的类型，是根据坐挂的方式分为三种类型。1．机械式悬挂器通过机械旋转或上下活动进行坐挂。（1）“J”型槽式尾管悬挂器其结构参看图8-1-7。将“J”型槽式尾管悬挂器送入井下设计悬挂位置后，先上提0.3～0.5m后反转管柱20°，使“J”型槽内的导向销钉由短槽进入长槽，再慢慢下放管柱，上部锥体使卡瓦张开卡在上层套管内壁上，实现悬挂。然后通过找中和点倒开上部反扣接头，提出全部送入工具。（2）楔块式悬挂器其结构如图8-1-8。在下入上层套管时，先在其下部悬挂器悬挂位置接一个专用联顶节，用送入钻具将楔块式悬挂器及衬管送至设计位置，原来处于张开状态的楔块进入联顶节上的环槽内实现悬挂。（3）轨道式尾管悬挂器轨道式悬挂器的结构及作用原理（图8-1-9）跟卡瓦轨道式封隔器相似，它的主要部件除了卡瓦、锥体外，还有一个长短槽相间的轨道管及一套换向机构。当悬挂器入井时，让换向销处于短槽内，由于“弓”形弹簧扶正片的摩擦作用，只要在接单根时，井口管柱上提高度小于短槽长度，使换向销钉始终处于短槽中，卡瓦便始终在锥体下部；当送人钻具将悬挂器送到设计位置时，上提管柱高度大于短槽长度，再下放大于长槽长度。由于换向销在提放过程中，自动进入长槽，卡瓦便沿着锥体移至较大端，卡在锥体与上层套管内壁之间，这时再稍微下放管柱，衬管重量便经锥体卡瓦悬挂在上层套管下部，完成悬挂。2．液压式尾管悬挂器其结构见图8-1-10。当衬管悬挂器及下部连接的尾管（衬管），由送入钻具下至井中设计位置后，从井口投入一个钢球，让其在管柱内自由下落（也可以小排量泵送）至球座后，井口加泵压6～12MPa，将液缸销钉剪断，环形活塞推动推杆带动卡瓦沿锥体的锥面上行到锥体的大端，卡瓦牙卡住上层套管内壁，这时再慢速下放送人钻具，就可以将尾管（衬管）座挂在上层套管内壁，实现坐挂，然后找中和点倒扣并提出送入工具。3．机械－液压双作用悬挂器这种悬挂器具有轨道式和液压式悬挂器的双重功能。采用液压式悬挂时，其操作方法与液压式相同，采用机械悬挂时操作方法与轨道悬挂器操作方法相同。第二节多底井完井近年来，随着水平钻井和完井工具的不断发展，钻多底井，水平分枝井技术有了很大进步。在美国、英国、加拿大、中东和东南亚相继钻成100多口多底井或分枝井，投人生产后都获得满意结果。在底水油田开发和老油田二次采油中极大地改善了油田开发条件，使单井产量、采收率明显提高，这项技术的应用有很大诱惑力。一、多底井分枝井的主要优点1）可以充