水平井完井技术简介

钻完井可以采用很多种不同的方法。总的来说可以定义为三种主要的类型：

①垂直钻井之裸眼完井或套管完井；

②水平钻井完井之一个或多个裸眼油层；

③分支井钻井完井（意思是从一个垂直井眼里钻开多个水平井眼）。

水平井与垂直井相比主要用于提高油井产量。由于相比于垂直井来说，水平井与储层有更大的接触面积，所以水平井的产量更高。同时，水平井在解决在垂直钻井中产生的各种问题方面也有广泛的应用。

下面不同种类的完井方法提供了各种不同有效程度地控制油层的完井方式。这其中一些是基本的，一些是复杂的。完井方法的选择必须符合生产限制条件和储层特性。完井方式也要依据岩石强度、堵水堵气要求、预期流动率、完井寿命、页岩的活动性和稳定性、颗粒排序和纹理的影响。

井筒稳定是主要的考虑因素。对于夹层形式，砾石充填挤压成型并且稳定砾石。对于颗粒排序良好的非夹层形式，如果不考虑完井寿命，或者油井正在以高流动率生产，一般考虑非砾石充填完井就足够了。

现今可以选择的胶结地层的完井方式如下：

裸眼完井

裸眼完井用于油井生产时不会坍塌的稳定胶结地层。此时应对水锥进和气锥进的趋势进行认真研究，因为这种完井设计允许无预防性的意料之外产生的水或气的阻断。

预钻或割缝衬管完井

当考虑井筒稳定性或者需要考虑出砂的时候，我们一般用割缝衬管。割缝衬管或者带眼衬管直接放在裸眼里或者悬挂在生产套管上。另外，如果地层构造中有反应性页岩，衬管是一种合适的防止井眼脱落或者坍塌的选择。

在固结地层结构中，预钻衬管通常代替割缝衬管使用。预钻或割缝衬管完井。只有在预期没有增产并且不用考虑不包括有害的诸如水或气的流体的时候，可以考虑用预钻或割缝衬管完井。

裸眼筛管带管外封隔器完井

套管封隔器通常用于在无水泥封固的裸眼完井中的不同流体类型或者压力之间形成一个有效的环形密封。当区域需要隔离时，这种完井方式相比衬管完井是一种改进。套管封隔器涨封后密封井眼内径，作为衬管整体的一部分使用。可以用水，泥浆或水泥使其膨胀。当正常膨胀的时候，分割器可以提供一个有效的密封环境用于选择性生产，增产或者其它的注水目的。套管封隔器一般与割缝衬管，筛管，预钻筛管或衬管和滑动套筒配合使用。

射孔完井

套管井眼完井定义是在生产层位中衬管或套管被封固来代替射孔封堵。与其它完井方式相比，套管井眼完井方式对井眼的控制和储层的操控程度最高。由于在自然压裂形式下可能存在水泥入侵，套管井眼完井方式一开始时被用于非自然压裂储层。套管井眼完井对于水平井来说可以减少钻井过程中的锥进问题。射孔可以选择性地阻止不需要的流体流入。

预钻衬管和裸眼筛管完井

裸眼筛管完井一般用于需要进行防砂的非固结地层。筛管不需要进行砾石充填来阻止地层砂进入流体中。如果存在不需要的流体，这种完井方式可以结合套管封隔器施工。独立筛管完井可以预充填。预充填筛管实际上是模块化的砾石充填因为有树脂涂敷砾石或者松散砂充填在它们周围来阻止砂通道的形成。如果在水平井中不需要砾石充填那么预充填筛管完井是一种合适的方式。但是，储层要求相对干净，同时地层砂要求非常一致，最好没有细沙粒和平均体积流动率。

裸眼筛管完井

裸眼筛管完井由于在预射孔衬管内工作所以提高了筛管的位置度。这项技术主要用于由于反应性页岩的存在造成的井眼不稳定有防砂要求的疏松岩石。

裸眼筛管砾石充填完井

裸眼筛管砾石充填完井是在筛管和裸眼之间形成砾石充填层。这种完井方式的优点是可维持生产率和完井寿命相比于独立筛管完井。一次成功的水平井砾石充填完井要求井眼干净、稳定并且没有损坏以放置砾石充填筛管。之前滑进井眼中或者在砾石充填的过程中滑入井眼中的反应性页岩是裸眼筛管砾石充填完井的主要阻碍。不稳定的脏井眼会污染砾石，引起油井生产率下降如果储层结构是稳定的，完井过程中不需要考虑防砂，则可以选用预钻衬管裸眼完井方式。

一般来讲，衬管可以在钻井过程中或者钻井完成之后安装。从长远考虑，想检测以后生产过程中的出砂量，那就需要安装预钻衬管。进一步讲，可能出现的水锥进或气锥进问题应该被考虑，如果没有这些问题的话，则推荐用裸眼完井。除了精确地生产控制，如果需要隔离油井中的特殊区域，那么应该用到套管或者尾管，注水泥固井射孔完井。

除了这些完井方式，也可以应用预钻衬管或者割缝衬管配合套管封隔器完井方式。如果考虑储层结构的不稳定，那么首先要考虑是否需要防砂。如果不需要防砂，在钻水平井的过程中需要安装衬管。如果生产过程中存在出砂问题，就需要检查一下地层分布。除去包括油井工作时间、油井生产率、可能存在的水锥进或者气锥进的额外考虑，这里还有三种基本的完井方式：裸眼筛管完井；预钻衬管裸眼完井和独立筛管裸眼筛管砾石充填完井。

裸眼筛管砾石充填完井是近几年发展非常迅速的一项新技术，目前裸眼筛管砾石充填完井综合评价效果最好，优点主要体现为：

①砾石层厚，挡砂效果好。能有效地阻挡底层砂进入井筒，并且挡砂的同时可以避免机械筛管被地层砂堵塞。

②管外充填形成的砾石层渗透率远高于地层原始渗透率，能够获得较低的防砂完井表皮，提高水平井产量。

③射孔炮眼及与筛管环形空间形成较好的砾石充填层，有利于水平井入流剖面均匀，对防止锥进有一定作用。

④防砂有效期长，综合防砂效果好。

水平井完井工作包括多种工艺过程且受许多因素影响和制约，水平井完井方法正确与否会影响到一口井的产量和寿命。理想的完井应使油流能最有效地流到地面，同时使建井成本和操作费用降到最低。完井方式选择主要受三个方面因素影响：油藏地质因素、经济因素、完井及采油工艺技术对钻井技术的适应性因素。

水平井完井技术油藏地质因素

储层的类型及其均质程度，特别是岩石的粒度组成，井底附近地带岩层的稳定性，产层附近有无高压层、底水或气顶，产层渗透性等，不仅影响选用完井方式如裸眼完井、射孔完井、筛管完井、管外封隔器完井、砾石充填完井等的主要因素，而且是确定其具体完井管柱结构形式的主要因素。

一般来讲，完井方式应根据储层类型进行选择，即储层类型不同，完井方式也不尽相同。在一些均质的较稳定的油气藏中钻水平井，一般不需要再采用增产措施的，不需要层位封隔或分段完井，可选用固井或筛管完井。对于某些非均质油气藏条件下水平井可能要求采用分段完井或层位封隔等完井方式。而裂缝性油气藏的水平井一般不需要采取增产措施，但有时由于钻井过程污染和损害了天然裂缝或者各个钻穿的天然裂缝渗透率差异大等原因，也需要采用分段封隔完井。因此，完井是水平井作业链的中间关键环节，与其前后的各项作业相互关联和相互制约。

水平井完井技术经济因素

合理选择水平井的完井方式具有重要的经济意义。水平井的完井方案合理与否又关系到油气井从投产到报废（或关井停产）的全部生产过程中的投入资金回报率的大小。应以水平井全部生产过程中获取最大资金回报为最终目标合理选择完井方案。不应以单纯依据某种方案的完井（作业）费用高低为标准选择完井完井方式。应以油气井全部生产过程的累计产值与包括钻井、测井、完井、试井、生产和增产措施及修井等作业费用总和附加利息等总成本之比值最大为标准进行选择。

水平井完井技术适应性因素

由于水平井技术是一项系统工程，不但要研究油藏工程、钻井、完井和采油作业等单项技术的发展，更重要的是研究各技术之间的配合和适应性。因此必须强调各个环节之间的密切配合，在钻井设计之前，就要考虑到井网布置、测井、完井、采油和修井作业等工艺的实施。否则，将会给水平井后期工作造成许多困难，难以达到预期的开发效果。

因此，进行采油工艺对井身结构的适应性研究，就是在钻井设计之前先从采油工艺及油层保护的角度如下泵深度、采液速度等对井眼轨迹的设计提出要求；在设计造斜点、曲率半径及井身结构时既要考虑到钻井的要求，又要考虑到完井管柱及井下工具的下入、泵挂深度等。只有从完井、采油和油层保护的角度提出对钻井工程的要求，才能保证水平井的实施效果。

科学合理的水平井完井技术是水平井开采技术的关键之一，这对使水平井获得高产，延长油井寿命具有极其重要的作用。辽河油田地质条件复杂，油藏类型多样，又经过二十多年的开发，许多区块油水关系更为复杂。因此，要保护好油气藏，提高水平井的产能，提高区块采收率，必须根据油气藏条件和储层井眼状况优化完井方式。水平井完井方式选择是否得当，直接关系到今后开发开采的全过程能否顺利进行。

水平井完井技术优选考虑因素

（1）产层结构类型产层结构类型大致可分为以砾间孔隙为主要储集空间和渗流通道的孔隙型产层；以微裂缝为主要储集空间或渗流通道的裂缝型产层。

（2）产层岩石的坚固程度若产层岩石坚固，可采用非防砂型完井；反之若岩石疏松，则必须考虑防砂型完井。

（3）生产过程中井眼的稳定性如果岩石是坚固的，同时井眼又是稳定的，可以考虑裸眼完井；否则应考虑具有对井壁起支撑作用的完井方式。

（4）是否钻遇单一产层只有在钻遇单一产层的情况下，才能根据其它各因素选择最合适的完井方式；钻遇多层时，只能选择能够分隔层段的完井方式。

（5）是否需要实施水力压裂如果产层渗透率低，需要进行水力压裂改造，则应选择下套管注水泥的射孔完井方式。

（6）有无底水、气顶以及地层横向非均质程度

（7）是否需要进行生产控制、生产测井、酸化作业及转注

（8）是否要进行热采

水平井完井技术热采方式优选

辽河油田稠油油藏埋藏浅，上覆岩石的压实作用弱，储层松散（大多数储层属于高孔隙、高渗透、弱胶结性孔隙型储层），仅具有正常地层压力或低地层压力，开采时有不同程度的出砂，加之该类油藏原油性质比较稠，必须注蒸汽热采，而蒸汽和热水对胶结物的溶解与软化、冲刷作用，加剧了油层的出砂，因此一般采用筛管完井。对于砂岩粒度中值大于 0.2mm、分选比较均匀的油藏采用割缝筛管完井，对于粒度中值小于 0.2mm 的油藏采用弹性筛管完井。

水平井完井技术常规方式优选

由于水平井技术是一项复杂的系统工程，它包括油藏工程、钻井、完井、采油以及修井作业等多个环节。在进行钻井、完井设计的初期，就要考虑到后期的修井和增产作业等环节，各个环节之间只有密切配合、相互协调，才能充分发挥水平井的技术优势，达到最好的应用效果。否则，将会影响水平井的实施效果。完井方式的选择主要是针对单井而言，虽然单井属于同一油藏类型，但其所处地理位置不同，所选定的完井方式也不尽相同。

（1）天然裂缝性油藏 ，由于储层以碳酸盐岩或灰岩为主，岩性致密，对于这类油藏以裸眼完井为主。

（2）沙河街组的砂岩油藏，由于砂体胶结程度好，不易出砂，以打孔衬管和割缝筛管完井为主。

（3）边底水油藏或注水后期开发的油藏，如果油藏水淹严重，油水关系复杂，而井眼轨迹要穿越水层，为防止目的层与非生产层（水层）互窜，则要采用套管外膨胀式封隔器完井、固井射孔完井，以防水平井生产过程中，某一层或某一段水淹，可以实施卡堵水作业。

（4）低渗透油藏，由于产层渗透率低，必须进行压裂改造才可能具有经济产能，因此需要采用射孔—压裂一体管柱方式完井。

水平井随着钻井技术的发展和对油藏认识的提高，已经被广泛应用于各类油藏。随着水平井实施规模的扩大，水平井部署与实施目标将会越来越复杂，对各项技术的依赖程度也会越来越高。水平井钻井技术的成熟应用，地质优化设计和井眼轨迹的跟踪调整，完井设计的优化、合理工作制度、稳油控水措施以及多学科协同管理是应用水平井技术转换稠油开发方式成功的必要条件。

目前国外水平井完井主要采用裸眼完井，适合于碳酸岩盐等坚硬不坍塌地层；割缝衬管完井、带管外封隔器的割缝衬管完井适应于水平段油层非均质性严重或水平段穿越多个层系；射孔完井有利于避开夹层水、底水、气顶，可实施水平段分段射孔、试油注采和选择性增产措施，能将层段分隔开，对于高压油气水层、低压易漏失层能较好的控制曾段之间的窜通。在热采水平井采用提拉预应力固井，水泥反至井口，但要求较高的固井质量和较高的射孔操作技术；砾石充填完井由于其工艺的复杂性目前处于试验开发阶段。

国内水平井完井及采油技术近几年发展较快，但起步晚，完井方式单一，与各类油藏适应性不强。大多采用固井射孔完井，但由于固井质量难以保证，不利于特殊复杂油气藏提高产能和采收率，特别是油田开发后期由于油层压力下降，全井固井完井易造成油层污染，而且施工周期长、费用高。

水平井完井技术工艺结构

套管外封隔器主要由橡胶筒、中心管、阀箍等组成。可直接与套管串连接；橡胶筒是一种带有软金属片叠加成的加强层与橡胶硫化一体的可承受高压的的可膨胀密封元件；阀箍上装有两只断开杆和三个并列串连在一起的控制阀，在施工中阀系可以准确的控制封隔器座封，不会提前座封或由于座封压力过大而胀破胶筒；阀箍中还有过滤装置，确保钻井液中的各种颗粒物不会堵塞阀孔及进液通道。

水平井完井技术工作原理

（1）基本作用原理，根据帕斯卡流体力学原理：“在一个平衡的流体中，由于外部施加的压力而引起分压力在整个流体内部各部分是均匀变化的”。套管外封隔器正是应用这一原理。当封隔器内膨胀到一定压力后，其外部压力（压差）的增减都会引起内部压力的相应变化，外部压差增加封隔器对井壁的密封压力也成比例增加，封隔器的膨胀压力达到一定后就能随着环空压差的变化而变化，封隔器承受环空压差能力与环形间隙大小是成反比关系。

（2）膨胀原理，顶替胶塞通过封隔器中心管及阀接头时将断开杆打断，（如果无胶塞通过应事先将断开杆卸掉），当顶替胶塞碰压或运行到阻流板时，在套管内形成密封并蹩压时，井内流经阀箍的进液孔、滤网，进入锁紧阀，当压力达到设定值时锁紧阀上的销钉被剪断，锁紧阀打开，同时单流阀也打开，井内流体经限压阀进入中心管与胶筒间的膨胀腔内，在压力作用下封隔器膨胀变形与井壁紧密接触形成密封。当膨胀腔内的压力达到一定时，限压阀销钉剪断，限压阀便会关闭，将进液孔堵死，此时套管内压力的大小对封隔器膨胀腔内的压力无任何影响，实现安全密封；当井口放压为零后，锁紧阀自动锁紧，实现永久性关闭，以后的井下的各种压力作业不会影响封隔器的工作状态。

水平井完井技术工艺原理

此项完井技术可用于造斜段须要卡封水层或气层的情况。在完井管柱中将管外封隔器与割缝衬管完井技术结合在一起，根据油藏胶结程度在水平段下入割缝衬管，上部接两级管外封隔器，一级卡封在目的层与上部水层或气层之间的夹层处，另一级封隔器卡封在上层套管内。这种完井方式可以按层段进行作业和生产控制。

水平井完井技术技术特点

（1）适用范围广，可用于各种条件的油气井，如深井、超深井、定向井、水平井及开窗侧钻井，施工操作简便，不改变原施工工艺程序；

（2）专门设计的高强度、高韧性胶筒子在工作时可随井径和井下压差变化而变化，确保环空形成可靠密封桥堵；

（3）先进的控制阀系统能可靠地保护和准确地控制封隔器的安全座封与工作；

（4）具有良好的耐高温性能，耐高温可达 150℃-170℃；

（5）选用高钢级高壁厚中心管及先进的硫化工艺、确保井下长寿命适用；

（6）根据不同井径，设计生产了不同规格不同胶筒直径的工具，以满足各种复杂井的需要。

水平井完井可以用依据不同的生产限制条件和油藏特点运用不同的方法进行完井。完井方法的选择直接受岩石强度、是否需要堵水堵气、预期流动率、完井寿命、页岩的活动性和稳定性、出砂情况、岩石颗粒排序和纹理的影响。

在各种常见的水平井完井方式中，综合效果最好的是裸眼筛管砾石充填完井方式，该完井方式也在陆上油田应用中取得了良好的效果，油井在高产液的情况下起到了很好的防砂作用，为油田生产提高效益。 2100433B