水平井、复杂井固井.ppt

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1、水平井、大位移井、复杂井的完井与固井第一章水平井的完井方法我国规定，水平井是井眼的井斜角超过85 并且井眼要沿基本是水平的方向延伸一定距离的井，见图41，国外把井眼的井斜角超过90 向上翘的上翘井也列入水平井的范围。第一节 水平井的应用简介水平井可以增加油井控制的储量，提高井的产量，使井的生产效益有极大的提高。现在水平井的应用已是相当普遍的，成为油田生产后期提高采收率的有效手段。一、水平井的效益及应用水平井的真正潜力在于它在常规油气藏中可提高产量提高采收率，增加储量，降低成本。1.水平井可提高产量和采收率水平井是在几乎是水平的油层中延伸，或是穿越多个大倾角的油气层，使井眼控制的含油气区增加。一

2、口水平井可代替数口直井。水平井控制的泄油区是一个椭圆形，水平井眼延伸越长，椭圆面积越大，控制的泄油区越大。在常规的均质油藏，一口水平段长100米的水平井控制的泄油面积是直井的3倍；300米长的水平井段是直井的910倍；1600米长的水平井眼相当于2830口直井。而在裂缝油藏，水平井的效果更突出。(1)水平井在有气顶有底水的油藏中可延长井的无水无气阶段。水平井可有选择地在气顶和底水中间延伸相当长的距离。美 国 某 油 田 在 较 高 的 产 量 下 开 采 一 段 时 间 后，气 顶 的 能 量 消耗 很 大，底 水 锥 进，井 的 产 量 下 降，综 合 成 本 上 升。钻 水 平 井开 采

3、后，初 产 可 达 到 日 产1770吨，在 控 制 井 底 压 差 为7兆 帕 的 条件 下，日 产 仍 在 一 千 吨，含 水 很 低，采 油 成 本 大 大 下 降，而 直井的产量只有200吨左右。(2)水平井可开除残余油，提高油藏的采收率。在 常 规 油 藏 注 水 开 发 中，注 入 水 会 逐 渐 淹 没 油 层，但 仍 有 相当 多 的 有 开 采 不 出，一 般 剩 余 油 有6070。在 水 淹 油 藏 钻 水平井开采残余油就有好的效果。法 国 的 上 拉 克 油 田 已 开 采25年，水 淹 区 达98，综 合 含 水 率在95 以 上。钻 水 平 井 后，用 电 潜 泵

4、采 油，每 天 产 油 量 达15吨。水平井的产量是直井的三倍多。(3)水平井是稠油油藏开发的最有效途径。(4)水平井是开发裂缝油气藏的最好手段。岩 石 中 的 裂 缝 多 半 是 垂 直 发 育 的，极 少 见 到 水 平 的 缝。水平 井 可 一 次 穿 越 许 多 个 垂 直 的 裂 缝，参 与 出 油 的 裂 缝 增 多，井 的 产 量 就 高，见 图42。水 平 井 在 裂 缝 油 气 藏 中 的 产 量 是直井的10100倍。意大利一个裂缝油田用直井开发，产量很低，日产量只有十几吨，而用水平段长600米的水平井采油，日产可达500吨，是直井30倍。2.水平井可增加油气藏的可采储量水

5、平井用于常规孔隙性油气藏，其优点就是水平井可使可采的储量增加。用水平井，尤其是分支水平井可消除开采中的“死区”，在油层中的不同方向钻水平井，就可控制大面积的泄油区，增加了可采储量。3.水平井能提高开发经济效益(1)水平井能降低油气的生产成本美 国 在Appalachia 盆 地 开 采 泥 页 岩 中 的 天 然 气，钻 水 平 井 的成本是直井的2倍左右，但控制的储量是直井的8倍，产量是46倍，开 采 每 立 方 米 天 然 气 的 成 本 比 直 井 低30 50，而 且 钻水平井的总数量减少，也使开发成本降低。前 苏 联 在 某 些 接 近 枯 竭 的 老 油 田，用 老 井 眼 侧 钻

6、 水 平 井，成 本 很 低，仅 为 钻 新 井 的3080，却 能 比 邻 井 获 得 高10倍 的产量，最低也在5倍以上。(2)水平井可减少开发井的总数目水 平 井 可 减 少 总 的 布 井 数 目。在 海 上 平 台，用 一 个 平 台 钻 多口井是普遍采用的技术。除 此 之 外，用 老 井 眼 侧 钻 水 平 井 的 效 益 也 很 显 著。在 老 井中 侧 钻 一 个 水 平 井 眼 的 成 本 比 钻 新 井 低，开 采 效 果 比 钻 新 的 直井好，已是老井改造，老油田恢复产能的唯一手段。二、水平井的地质及设计问题水平井要有取得好的使用效果，对水平井的油藏地质、水平井的设计、

7、井位的选择等均有较高的要求。1.水平井的地质问题水平井所适合的油气藏是：裂缝性的油气藏，低渗透的油气藏，稠油层，薄油层，水锥进的层位等。也在开采接近枯竭的油藏，油田的调整井网中使用。只有大于6米的层厚，水平井的效果才好，在很薄的油层(小于3米)就不适用。在低渗透的油藏，只有油藏有足够的能量和供液能力，水平井才有效。2.水平井段的长度水平井的水平长度越长，开采效果越好。水平长度受油藏类型，钻井工艺，井眼稳定性和井的综合经济性的制约。水平井的长度与油藏的泄油面积有关，长度越长，控制的面积越大，效果越好。水平段的长度影响因素主要有三个：井底到地面的举升能力；油藏的均质程度和钻井完井的工艺水平。(1)

8、工程技术的限制主要有管柱的摩阻力，井眼的稳定性和全井的经济性。管柱的摩阻力随水平段长的增加而急剧加大，靠钻柱的自重已不能推动钻头前进，管柱的弯曲加剧管材的受力，增加钻进的危险。这限制水平井眼的加长。水平井眼长度的增加，带来井壁的不稳定性。长度延长，裸露的岩层受钻井液的浸泡时间就越久，岩石变形的可能性变大，加之经常受钻具的碰撞，诱发井眼失稳的机会就多。水平井眼的长度加长，使总的钻井成本加大，水平井越不经济。成本与水平井段长度是成几何级数增加的。综合以上因素，一口井的水平井段的长度应根据钻井的水平而决定。(2)油 藏 条 件 也 限 制 水 平 井 的 长 度。有 的油 藏 是 岩 性 油 藏，断

9、 块 油 藏 和 尖 灭 油 藏，本身 的 范 围 有 限，水 平 井 段 不 应 延 伸 到 油 藏 之外，不能和其它井相碰，长度应限制在此内。(3)长度限制还包括油藏的供液能力。如果油藏的能量低，油层的供给能力不足，水平井眼长度加大，经济上是不划算的。3.水平井的井位选择水 平 井 选 择 井 位 的 准 则 是 油 藏 的 描 述，模 拟 和 水 平井 的 经 济 性 分 析。国 外 对 水 平 井 井 位 的 选 择，要 进 行地 质 调 查、油 藏 描 述、油 田 产 量 采 收 率 的 开 发 的 模 拟、钻 井 完 井 和 采 油 全 过 程 的 分 析 的 系 统 研 究，选

10、择 最 经 济的 方 案 进 行 施 工。因 此 水 平 井 的 成 本 不 断 下 降 开 发 效 益不 断 提 高，使 水 平 井 的 成 本 接 近 直 井，而 综 合 效 益 大 大提高。水平井适合已开发成熟的油田，为使水平井的水平段位于欲开采的油层的恰当位置，需要用直井研究油藏的储层深度厚度，岩石的孔隙度，绝对和相对渗透率，地层压力，岩石性质，油气性质，驱动方式等特性资料和生产工艺，进行油藏的描述。通过描述决定水平井段的长度和井位。对 一 个 具 体 的 油 藏 来 说，不 是 水 平 井 在 技 术 上 是否 可 行 的 问 题，而 是 在 何 处 钻 水 平 井 才 能 使 经

11、济 最 合算。水平井井位选择的依据和准则及应注意的事是：(1)在 稠 油 油 藏 中，原 油 的 粘 度 是 水 平 井 井 位 选 择的 主 要 因 素。在 粘 度 不 太 高 的 稠 油 层 钻 水 平 井 才 有 价值。多在1500米以内的较浅稠油层钻水平井。(2)要求层厚在6米以上；油层有良好的上下隔离层；发生气和水锥进的可能性小；原油的饱和度高，油层均质，有较大的储量和供液的能力。层厚小于3米，水平井的开采就不经济了。(3)在低渗透的油藏，岩石的渗透率应大于，最 好 是 大 于，钻 水 平 井 才 能 有 效，否 则 井 的效 益 低 下。渗 透 率 在 小 于 时，水 平 井 基

12、本 无意 义。油 藏 的 供 油 面 积 要 大，层 的 厚 度 分 布 稳 定，有足 够 的 可 采 储 量。直 井 压 裂 的 产 量 不 增 加，水 平 井 压裂后产量也不增加，钻水平井无效。(4)在裂缝油气藏，水平井穿越的有效垂直裂缝数量越多，井的效果越好；水平井段应避开出水的裂缝，否则井会被水淹。水平井段岩石的垂直渗透率与水平渗透率之比应大于0.1，最好是大于0.5，否则井的效益低下。(5)在水和气锥进的油气藏，油层上下封隔的有效性和岩石中存在的垂直裂缝都会影响水平井的效果。一般要求层厚2040米；储层中不应有能引起上下窜通的垂直裂缝。第二节 水平井的分类及钻进特点一、水平井的分类一

13、 般 常 见 的 比 较 细致 的 划 分 可 分 成 长 半径、中 半 径、中 短 半径、短 半 径 和 超 短 半径 水 平 井，共 五 种，见表42和图43。水 平 井 段 长 度 超 过2000米 的，也 称 为 水平延伸井。水平井的钻井方法见表43：表42水平井的分类类型 造斜率 曲率半径 米 水平段长 米长半径2 6 度30 米 860 280 300 1700中半径6 20 度30 米 280 85 200 1000中短半径20 80 度30 米 85 20 200 500短半径10 50 度10 米 60 10 100 200超短半径 特殊弯向器0.6 0.3 30 60表43

14、水平井钻进方法一览 特 性 造 斜 曲 率 高 低 中造斜半径 米 9.0 914 360 87典型造斜率/30 米 200 2 5 20钻到水平 米 13.7 1432 579 137水平长度 米 213 1220 915钻井装置与工具 特殊装置 常规工具 接近常规钻井作业 非常特殊 常规 接近常规每米水平段耗资 非常高，专用工具 非常高 高测井方式 抽油杆送入 MWD MWD方向控制 造斜器 井下马达 井下马达裸眼测井 无 钻杆输送 钻杆输送用现有井眼 可 不可 可水平井固井 不可 可 可准态找薄油层 可 难 可预钻和测井目标层 是，经常 可，但不经济 是1、长半径水平井长 半 径 水 平

15、 井 的 弯 曲 半 径 较 大，钻 井 工 艺 与 一 般 的 直 井 和定 向 井 无 大 区 别，井 身 结 构 也 相 似。长 半 径 水 平 井 现 在 多 用于 钻 长 水 平 井 段 的 水 平 延 伸 井，在 海 上 平 台 钻 这 种 井 可 以 开采 远 距 离 的 油 藏，以 节 省 建 设 海 上 平 台 的 费 用。在 陆 地，在海 边 的 滩 涂 地 带，可 用 水 平 延 伸 井 开 发 海 上 油 田。有 的 长 半径 水 平 井 的 水 平 井 段 长 度 可 达 到3500米 甚 至 可 更 长。水 平 延伸井现在有逐年增加的趋势。2、中半径水平井中 半 径

16、 水 平 井 是 最 常 用 的 井，在 裂 缝 性 油 藏、稠 油 油 藏、低 渗 油 藏 等 均 可 使 用。它 的 经 济 性 比 长 半 径 井 要 好，钻 井 的周 期 短，成 本 低。现 在 钻 中 半 径 水 平 井 和 钻 一 口 直 井 的 时 间与 成 本 已 比 较 接 近。中 半 径 井 节 省 地 表 面 积，当 油 藏 的 面 积有 限 或 租 借 的 地 域 受 限 制 时，优 点 突 出。在 的 租 借 地 上 可 容纳 两 口 半 径 为152米，总 水 平 长366米 的 中 半 径 井，而 半 径 为427米 的 长 半 径 井 却 十 分 困 难。中 半

17、 径 的 水 平 井 进 入 目 标 靶 区的精度比长半径井要高，容易在较薄的油藏中钻进。3、短半径水平井短 半 径 水 平 井 大 都 是 在 老 井 中 经 套管 开 窗 侧 钻 而 成，有 较 短 的 半 径 而 水 平井 段 的 长 度 不 比 中 半 径 的 短 多 少，可 以在 面 积 更 小 的 油 藏 或 租 界 区 钻 井。它 用于 使 接 近 枯 竭 的 老 油 田 恢 复 产 能，或 是在 复 杂 的 储 层 中 钻 进，也 可 在 薄 的 油 层(小于6米)中使用。4、超短半径水平井超短半径水平井也称径向水平井。这种井只能用于浅的、软的砂岩层，多用于老油田的恢复产能。这

18、种系统的简图见图44，它是用特殊的喷嘴用高压水冲蚀而成。这种井的优点是：(1)由 于 是 在 极 短 的 距 离 内(0.3 米)就 由 垂 直 转 向水 平，造 斜 段 极 短，故 方 位 和 方 向 准 确，定 向 工 艺很 简 单，大 大 减 少 造 斜 的 时 间 并 能 保 证 水 平 井 进 入油层的位置准确。(2)可 在 已 废 弃 的 老 井 眼 中 利 用 套 管 断 铣 技 术 在 一个 油 层 的 水 平 面 上 冲 出 多 个 辐 射 状 的 水 平 井 眼，从而使老井恢复，提高井的产量和采收率。(3)所 用 的 设 备 简 单，工 艺 也 不 复 杂，施 工 周 期

19、短，尤其是不用笨重的钻机，可节省费用。5、几种水平井的比较除 径 向 水 平 井 之 外 的 各 种 水 平 井 的 优、缺 点 见 下 列表：表44长半径水平井的优缺点优点缺点1、穿透油层段最长(1000 米)2、使用标准的钻具和套管3、使用常规钻井设备4、“狗腿严重度”较小5、可使用选择性完井方法6、可使用各种人工举升方法7、测井及取芯方便8、井眼及工具尺寸不受限制1、井眼轨道控制段最长2、全井斜深增加3、钻井费用加大4、各种下部钻具组合较长5、不适合薄油层和浅层6、钻杆扭矩最大7、套管用量大8、穿透油层段长度与总水平位移之比最小表45中半径水平井的优缺点优点 缺点1、进入油层前的无效井段

20、较短2、使用的工具接近常规工具3、全部使用井下动力设备4、离构造控制点较近5、可用常规套管和完井方法6、井下阻力及扭矩较小7、较大和较稳定的造斜率8、井眼控制井段较短9、穿透油层段较长(1000 米)10、井眼尺寸不受限制 11、可以测井和取芯12、一口直井可钻多口分支井13、可实现选择性完井1、要使用MWD2、要使用抗压缩钻杆或加重 钻杆表46短半径水平井的优缺点优点 缺点1、井眼曲线段最短2、容易侧钻3、能准确钻进油层窗口4、从一口直井可钻多口分支井5、直井段与油层距离最小6、可用于浅油层7、全井斜深最小8、不受地表条件限制1、非常规的井下工具2、非常规的完井方法3、穿透油层段短（小于18

21、0 米）4、井眼尺寸受限制5、起下钻次数较多6、要求用顶部驱动或动力水龙头7、井眼方位控制受限制8、不能电测 二、水平井的设计水平井的设计不仅是一个井眼轨迹的设计，而是为全井能顺利钻到设计的目标区而定的各项参数。全井要以水平段为设计的依据，进行其它参数的选择。1、水平井的设计特点水平井各项参数的设计应以井眼轨迹的控制为设计的准则，以能达到钻出水平井眼为目的。例如，钻压的设计就不是以提高钻速为目的，而是以方位的漂移最小，有利于井斜和方位的控制进行合理的选择。水力参数的设计要以能在水平井眼中充分净化和推动井下动力钻具为目标。钻井液应有好的稳定性和在水平井眼中的携带能力。井身的剖面要经济、要能实现井

22、的目的。井身结构要安全、稳定和保护产层。对水平井的设计要求是以油藏和生产为设计基础，综合油藏、地质、钻井、完井、采油等方面进行的。2、水平井的设计要求水平井是综合设计，最终要以实现水平井的油藏目的和采油生产为指标。地质部门提出目标点的垂直深度及误差，地层的倾斜角等；油藏部门提出油藏要经营的目标并帮助确定水平井的井眼长度及层位。采油部门根据采油的速度等提出最佳的完井方案。钻井部门根据以上要求制定钻井的方案如井的剖面设计，钻井工艺设计等。水平井的设计要受许多条件的限制，其中有地质、油藏面积(所租地域面积)的限制，它限制了水平井段的长度和与之有关的弯曲半径的限制；有钻井工艺技术和完井技术的限制，经济

23、性的限制等。并不是所有的水平井都有好的效果。在水平井设计中最主要的参数有井身剖面的设计，它影响井眼的弯曲半径和水平井段的长度；完井方法的设计，它关系到井的结构和井的生产方式；油藏目标的选择对水平井的影响最直接，如钻入的目标层的厚度、均质程度、油气水界面的分布等，都是主要的参数。三、水平井的钻井特点（略）第三节 水平井的完井水平井的完井除要受油藏和地质的因素影响外，井眼的弯曲对完井也有相当大的影响。在水平井中裸眼完井和裸眼封隔器完井占有相当大的比例，水平井筛管完井也有相当的数量，射孔完井的比例比直井要少得多。一、水平井的完井方法影响水平井完井的因素除直井中的所有影响因素外尚有：井眼的弯曲程度对管

24、柱的影响，水平井段的长度对井眼稳定程度的影响。这两个因素是重要的因素。水平井完井方法可分为两大类：一类是选择性完井，主要是用水泥封固油层的完井，可在封固后选择性地射开某些层或某些段。另一类是非选择性完井，主要是裸眼及其变种。常见的完井方法有：裸眼完井，套管或尾管固井完井，割缝衬管完井，筛管完井，砾石充填完井，封隔器完井等，见图4-5。水平井各种完井的特点是：1.裸 眼 完 井 是 最 简 单 的 完 井 方 法，中、短 半 径 的 井 较 多，优点 是 井 的 完 善 系 数 高，产 量 高，污 染 易 消 除。缺 点 是 岩 石 强 度不 够 高 时，在 生 产 中 会 有 井 壁 坍 塌。

25、井 壁 条 件 限 制 了 增 产 措 施的 应 用。因 为 在 这 种 井 中 套 管 通 过 弯 曲 段 是 往 往 有 较 大 的 应 力，引起套管的强度问题。2 在 水 平 井 中 套 管 或 尾 管 完 井 多 用 于 长 半 径 井。优 点 是 对 井下 各 种 层 的 封 隔 良 好，能 克 服 井 壁 的 复 杂 情 况，能 采 取 各 种 增产措施，能选择性地射开需要的层段。3 割 缝 衬 管 完 井 是 较 简 单 的 完 井 方 式，可 以 用 于 各 种 半 径 的井，使 用 较 普 遍。在 水 平 井 眼 中 下 割 缝 管，顶 部 用 裸 眼 封 隔 器或 套 管

26、封 隔 器 挂 在 套 管 或 裸 眼 地 层 上。衬 管 的 作 用 是 支 撑 弱 的岩层。衬管可不用水泥封固，也可在局部段注水泥。4 筛 管 完 井 是 防 砂 完 井，筛 管 不 用 水 泥 封 固，多 半 是 在 筛 管外充填砾石。也有事先在筛管外进行砾石的预充填。5封隔器完井是水平井中经常使用的完井方式。在可能会出现问题的水平井段前后都用裸眼封隔器封隔。这种完井通常和割缝衬管或筛管配合。水 平 井 的 完 井 原 则 是：井 能 获 得 最 高 的 油 气 产 量 而 其 它的 流 体(水)的 排 出 量 小；能 防 止 井 壁 的 不 稳 定，能 在 出 砂 层控 制 出 砂；有

27、 利 于 减 少 修 井 次 数；井 下 的 各 种 管 柱 能 在 长 期生 产 中 保 持 不 变 形，不 腐 蚀，不 结 垢；井 身 条 件 能 进 行 二 次或 三 次 开 发；经 济 性 好。完 井 中 应 满 足 的 技 术 要 求 是：封 闭水 或 气 的 侵 入；能 进 行 生 产 测 试，能 采 取 增 产 措 施，能 修 井；保证安全。国 外 对 各 种 完 井 方 式 进 行 统 计，注 水 泥 完 成 的 井 约 占10，裸 眼 完 井 占10，砾 石 充 填 井 越 占17，割 缝 衬 管 完 井约占40，筛管完井占3，其它完井约占20。二、长半径水平井的完井长 曲

28、率 半 径 水 平 井 完 井 方 法 可 采 用 直 井 的 所 有方 法。可 以 在 井 中 下 套 管 固 井 再 用 射 孔 的 方 法 打 开产层，也可用所有的其它完井方法。长 半 径 水 平 井 完 井 中 的 主 要 问 题 是 很 长 的 水 平 井裸 眼 的 稳 定。岩 层 不 稳 定，则 应 从 钻 井 液 的 性 能 和井 身 的 结 构 上 解 决。在 钻 入 水 平 井 段 前，技 术 套 管下 到 水 平 井 段 的 顶 部。钻 进 水 平 井 段 的 钻 井 液 可 以使用含油的，使井眼稳定。三、中半径水平井的完井中 半 径 水 平 井 由 于 造 斜 段 的 半

29、 径 小，井 眼 的弯 曲 剧 烈。完 井 方 式 的 确 定，要 看 套 管 在 弯 曲段 的 受 力 情 况 而 定。如 果 要 下 套 管 固 井 时，应当 校 核 套 管 的 弯 曲 应 力 和 套 管 螺 纹 的 密 封 性，保 证 套 管 的 下 入。当 套 管 在 弯 曲 段 穿 过 时 有 一定的危险，则不能用套管固井。当不能下套管完井时的完井方法有裸眼完井，衬管完井，封隔器衬管完井等方式可选用。选择完井井底结构的方法和短半径水平井相同。四、中短半径和短半径水平井完井由于这种井多是在老井中的侧钻井，水平井眼的直径受老井筒套管的限制，比长和中半径的井一般是很小的，在7 的套管内，

30、水平井眼的直径是不超过140毫米的，在5.5 套管内的侧钻水平井眼直径只有110 毫米。并且井眼的弯曲更剧烈，受井眼直径和弯曲井段的限制，中短半径和短半径水平井是无法在水平井筒中下套管的。所用采用的完井方式只有裸眼完井、衬管完井、封隔器完井等几种井底结构可供选择。1.裸眼完井水 平 井 的 裸 眼 完 井 是 最 简 单 的 井 底 结 构。裸 眼 完 井 适 用 于 较 坚 硬 的 产 层 岩 石，如 石 灰岩 等。这 种 完 井 方 式 特 别 适 合 垂 直 裂 缝 发 育良 好 的 油 气 层。尽 管 产 层 的 岩 石 较 坚 硬，但在 采 油 生 产 中 仍 要 控 制 井 底 的

31、 生 产 压 差。压差 太 大，岩 层 也 会 破 坏。一 般 应 控 制 生 产 压差 为 岩 石 抗 压 强 度 的 三 分 之 一 到 二 分 之 一。裸眼完井的使用是比较少的。2.衬管(筛管)完井水 平 井 衬 管 完 井 的 井 底 结 构 见 图46。水 平 段 不 下套 管 封 固，下 入 衬 管。衬 管 用 密 封 悬 挂 器(悬 挂 封 隔 器)挂 在 最 后 一 层 套 管 上，用 封 隔 器 密 封 环 型 空 间。衬 管要 加 扶 正 器，使 其 居 中。衬 管 可 以 是 割 缝 的，也 可 以是绕丝筛管。衬管完井方法简单，可支撑地层岩石，防止井壁坍塌，是较好的完井方

32、法。筛管完井主要用于出砂的地层。3.封隔器完井在裸眼水平井段中下筛管(衬管)并在管柱的适当部位安放裸眼封隔器，使封隔器张开实现井段的分隔，其作用是支撑弱的地层，隔离有问题的地层，按层段进行生产的控制。这种井底结构见图47。在筛管柱上的不同部位安放封隔器，在有问题的地层用不带孔的盲管，张开封隔器，盲管段就与生产段分隔，实现层位的隔离。封隔器可使用在水平井眼，也可用在弯曲段。当未被水泥封固的弯曲段出现掉块、坍塌等复杂情况时，用盲管配合封隔器，可封堵复杂层。也可在生产一段时间井下出现复杂情况时下封隔器配合衬管补救。图47水平井封隔器完井4.砾石充填完井在 裸 眼 水 平 井 眼 下 入 筛 管，并

33、在 环 形 空 间 充 填 砾 石，使 砾 石 起 支 撑 地 层、过 滤 出 砂 和 保 护 筛 管 的 作 用，主要 用 于 出 砂 的 地 层。砾 石 充 填 井 的 简 图 见 图48。在水 平 井 中 进 行 砾 石 充 填 是 比 较 困 难 的。砾 石 充 填 完 井的使用较少。五、超短半径水平井的完井（略）第四节 水平井的固井技术水 平 井(大 斜 度 井)的 固 井 和 直 井 有 很 大 的 不 同。水 平 井 的 固 井要 比 直 井 难 得 多。这 主 要 是 水 平 井 的 套 管 问 题 和 水 平 井 眼 中 的 水泥顶替问题引起。一、水平井的套管设计在 水 平

34、井 套 管 设 计 中 的 主 要 问 题 是 看 套 管 能 否 安 全 地 穿 越 弯 曲井 段。套 管 穿 越 弯 曲 井 段 时 随 井 眼 发 生 弯 曲，要 受 较 大 的 弯 曲 应力。井 眼 弯 曲 越 剧 烈，套 管 受 的 弯 曲 应 力 越 大。在 套 管 下 放 时，在 弯 曲 段 的 套 管 受 阻 力、下 部 套 管 的 重 力 和 弯 曲 应 力，阻 力 方 向与 重 力 方 向 相 反，使 套 管 受 的 拉 力 小，当 摩 阻 力 很 大，仅 靠 下 部套 管 的 重 力 不 能 使 套 管 下 行 时，要 用 上 部 套 管 的 重 力 克 服 阻 力，此

35、时 套 管 要 受 压 应 力。当 上 提 套 管 时，在 弯 曲 段 的 套 管 的 总 力 有下 部 套 管 的 重 力、摩 擦 阻 力 和 弯 曲 应 力，此 时 套 管 的 拉 应 力 最 大，是 最 危 险 的。弯 曲 段 的 起 始 处 是 危 险 截 面。当 套 管 在 弯 曲 段 受 到的 弯 曲 应 力 与 拉 应 力 之 和 超 过 套 管 钢 材 的 许 用 应 力，套 管 会 破 坏。套 管 的 联 接 螺 纹 在 穿 越 弯 曲 段 时，因 变 形 引 起 密 封 性 的 变 化，弯曲 过 大，套 管 的 螺 纹 密 封 失 效。因 此，套 管 能 否 穿 过 弯 曲

36、 井 段，必需要从受力和密封两个角度判断。当 套 管 可 通 过 弯 曲 井 段 时，在 弯 曲 段 的 套 管 应 适 当 增 大 安全系数，以保证弯曲段套管的安全。一 般，长 半 径 的 水 平 井 中 套 管 的 弯 曲 变 形 不 大，套 管 通 过弯 曲 段 无 问 题，中 半 径 的 水 平 井 下 套 管 就 必 需 校 核 其 强 度。在中 半 径 的 水 平 井 中 增 大 井 眼 和 套 管 之 间 的 间 隙，可 使 套 管 较 顺利地下入。对 于 套 管 能 通 过 的 井 眼 最 大 曲 率 的 问 题，API 推 荐 的 公 式 和钻井承包商推荐的公式如下式：式中：

37、套管允许通过的最大井眼曲率，度/30 米；套管管体钢材的屈服强度，；套管管体外径，米；安全系数，API 推荐为1.8，钻井承包商推荐1.21.25；螺纹应力集中系数，API 推荐为3钻井承包商推荐22.5。例 如，直 径244.47毫 米，钢 级 为 80的 套 管，按照API 推 荐 的 公 式 计 算，允 许 通 过 的 最 大 井 眼 曲 率 为6.97；按 钻 井 承 包 商 推 荐 的 公 式 计 算，允 许 通 过的最大井眼曲率为17.2，二者相差甚大。目前提出一种做法是：(1)将和两个系数合为一个系数，取值为1.8。(2)根 据 螺 纹 联 结 抗 拉 强 度(从 钻 井 甲 方

38、 手 册 上 查 表可得)与套管截面积A 之比，先求得最大允许轴向应力。(3)套管可承受最大弯曲应力。则套管可通过的最大井眼曲率可由下式表示：式中：套管允许通过的最大井眼曲率，；套管螺纹联结强度，KN；套管可受有效轴向拉力，KN；套管管体外径，cm；考虑套管螺纹应力集中等因素的安全系数；套管管体截面积，。套管通过弯曲段引起的螺纹密封失效问题，目前尚无理论计算方法。穿过弯曲段的套管的螺纹密封性要用实验的办法解决。受弯曲的套管应使用密封性好的螺纹密封润滑脂。二、水平井的注水泥水 平 井 固 井 的 难 点 在 于，在 井 筒 的 下 侧，岩 屑 易 沉 积 形 成“岩 屑 床”，使水 泥 不 能

39、接 触 井 壁 岩 石，降 低 固 结 的 强 度。套 管 在 弯 曲 段 和 水 平 井 筒 中 是 紧贴 井 筒 下 壁 的，或 是 与 井 筒 的 下 侧 的 间 隙 极 小，套 管 在 弯 曲 段 和 水 平 井 眼 中严 重 不 居 中。在 顶 替 水 泥 浆 的 过 程 中 井 壁 下 侧 的 钻 井 液 不 能 被 水 泥 浆 驱 替，在井壁的下侧形成死区，造成大段的窜槽，使固井质量下降。在 钻 进 水 平 井 眼 时，岩 屑 沉 积 在 井 眼 的 下 侧，形 成“岩 屑 床”。水 平 井眼 中“岩 屑 床”的 破 坏 仅 靠 循 环 钻 井 液 是 不 行 的，必 须 用 机

40、 械 的 办 法 清 除。普 遍 的 作 法 是 在 下 套 管 前 反 复 用 钻 具 上 下 通 井 循 环 钻 井 液，使 钻 具 破 坏 岩 屑床。在 套 管 柱 的 适 当 部 位 加 装 泥 饼 刷，反 复 地 活 动 套 管，将 井 壁 下 侧 的 岩 屑清洗掉。为 改 善 套 管 的 居 中 程 度，使 套 管 柱 在 弯 曲 井 筒 和 水 平 井 筒 中 尽 可 能 地 不 贴井 壁 下 侧，在 套 管 柱 上 大 量 使 用 套 管 扶 正 器。在 水 平 和 弯 曲 井 段 至 少 要 每 一根 套 管 上 加 一 个 扶 正 器，必 须 是 刚 性 扶 正 器。套 管

41、 的 居 中 程 度 至 少 要 达 到67，才能有好的效果。固 水 平 井 的 水 泥 浆 应 有 尽 可 能 低 的 失 水 量 和 较 高 的 粘 度，在 顶 替 的 过 程 中可 减 少 窜 槽。在 顶 替 中 要 活 动 套 管，最 好 是 旋 转 套 管，使 套 管 的 运 动 带 动 死区 的 钻 井 液 流 动，被 顶 替 走。在 无 条 件 旋 转 时，至 少 要 大 幅 度 地 上 下 活 动 套管，对消除死区是有帮助的。曾 经 使 用 过 轻 质 顶 替 液，如 用 清 水 或 用 轻 质 柴 油顶 替 套 管 中 的 水 泥 浆，其 目 的 是 减 少 套 管 内 的

42、液 体重 量，使 套 管“漂 浮”在 密 度 较 高 的 水 泥 浆 中，减少套管贴向井筒下侧。顶 替 时 的 排 量 应 是 水 泥 浆 按 照 牛 顿 流 体 或 膨 胀 形流体在环空中达到紊流。三、水平井的注水泥评价水 平 井 固 井 质 量 的 评 价 是 在 固 井 结 束 后 用 测 井 的方 法 检 验 水 泥 的 充 填 密 实 程 度，水 泥 的 高 度 和 水 泥与 套 管 与 岩 石 的 结 合 强 度 等。在 重 要 的 井 中，固 井前应进行水力胶结测试。第二章复杂储层的固井和完井我们通常把低渗透的致密储层、裂缝性储层和稠油油藏等需要特殊采油工艺的储层称为复杂储层。这

43、些储层的完井方法与普通的高渗透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。第一节低渗透层的固井和完井在自然界的含油气层中，低渗透的地层占有相当大的比例，储量能占总储量的三分之一。随油气资源的衰竭和技术的成熟，低渗透油气层的的固井完井技术也日益完善。一、低渗透储层的特点低渗透致密储层多半是细砂岩、泥质砂岩或砂质泥岩。产层岩石的孔隙度极低，渗透率很低，岩石的强度较高。这种储层的储油结构有孔隙又有裂缝。多属于孔隙裂缝型储层。孔隙是储油的空间，裂缝是油流的产出通道。低 渗 透 岩 石 的 总 孔 隙 度 小 于10，油 层 岩 石 的 渗 透 率 是 较 低 的，大 体 为0.001m2

44、 或 更 小。一 般，储 层 的 压 力 对 井 的 产 量 影 响 不 大，井 的 产 量 主 要 取决 于 岩 石 的 渗 透 性。在 产 油 的 过 程 中 油 藏 的 能 量 的 大 部 分 都 消 耗 在 渗 流 中。从 岩 石 的 细 小 孔 隙 中 流 出，要 占 油 藏 能 量 的6080，单 靠 储 层 的 孔 隙 或 裂缝 出 油，产 量 低，采 收 率 也 是 极 低 的。单 井 的 日 产 量 在 零 点 几 方 左 右。开 采中总是需要进行压裂和酸化处理储层，以增加地层的孔隙，增加产量。低 渗 透 油 藏 的 岩 石 多 为 致 密 的 砂 岩 层，组 成 岩 石 的

45、 矿 物 颗 粒 很 细，含 有 很多 微 米 级 的 颗 粒。岩 石 的 孔 隙 度 低，大 都 在0.001m2 的 数 量 级 范 围；岩 石 中孔 隙 的 喉 道 尺 寸 很 小，通 常 只 有 零 点 几 个 微 米 或 更 小。储 层 的 压 力 系 数 也 不高，在0.81.1左右。岩石的强度一般较高。低 渗 透 层 在 钻 进 时 极 其 容 易 受 到 钻 井 液 中 的 液 相 和 固 相 的 污 染，使 细 小 的孔 隙 堵 塞。这 是 因 为 岩 石 的 孔 隙 尺 寸 是 微 米 级 的，与 钻 井 液 中 的 分 散 的 粘 土颗 粒 直 径 很 接 近，粘 土 容

46、 易 进 入 孔 道，进 入 后 很 不 容 易 排 除。在 相 同 的 条 件下，低 渗 的 岩 石 的 污 染 比 高 渗 岩 石 的 污 染 严 重；高 渗 岩 石 污 染 后 的 消 除 是 较容 易 的，能 恢 复 到 原 渗 透 性 的6080 以 上，而 低 渗 的 岩 石 的 污 染 几 乎 无 法恢 复。据 实 验，钻 井 液 的 固、液 两 相 均 可 侵 入 岩 石 孔 隙，受 污 染 后，低 渗 产层的渗透率可下降4066。在 钻 开 这 种 岩 层 时，用 平 衡 压 力 钻 井 技 术，要 用 无 固 相 钻 井 液，用 尽 量 低的 钻 井 液 密 度，可 使 污

47、 染 程 度 降 低。可 用 欠 平 衡 的 边 喷 边 钻 的 办 法 打 开 产 层。钻 进 低 渗 透 层 用 泡 末 钻 井 液 是 比 较 合 适 的。欠 平 衡 钻 井 时 一 次 钻 开 一 个 单 根长的油层，避免中途接单根，可最大程度地减少污染，使大多数低渗层产油。二、低渗透层的完井原则致密的低渗层如果单靠油藏自身的能量驱油，油流的能量大多数要消耗在细小的岩石孔隙通道中，使油井的产量极低。使低渗层产量提高的关键是增加岩石的孔隙度，增大岩石中的喉道尺寸。最可靠的办法就是压裂油层，压裂是改造低渗储层的唯一办法。通常都要在低渗层进行大规模的压裂，用高压流体将岩石压开裂缝，并将支撑剂

48、挤进岩层，起支撑和扩大裂缝的作用。经过压裂，储层的渗透性会有较大的提高，并有一定的寿命。低渗层往往要多次压裂。有时，酸化和压裂同时进行。因此，低渗的致密储层的完井原则是要能实现压裂的产层改造。完井中一定要用下套管固井，将低渗层射开的完井方法。由于低渗岩石的强度很高，将岩石压开裂缝所用的压力也很高。在压裂中要用较大的排量并在液体中加入石英砂做支撑剂，支撑压开的裂缝，防止压力撤消后裂缝的闭合。将这种岩石压裂的压力至少在100，有时要用到150的压力和大排量压裂液携带砂粒。在国外有用200压力压裂的成功事例。在生产中，井筒应能满足压裂和酸化的要求。故对套管、固井质量都有较高的要求：1、固 井 质 量

49、 良 好，水 泥 返 高 达 到 要 求，水 泥 石 强 度 高，水泥与套管和地层岩石的胶结强度高。2、套 管 丝 扣 密 封 良 好，选 用 优 质 丝 扣 密 封 油 或 丝 扣 粘 和 剂，并按规定的紧扣力矩上扣，在较高的内压力下不泄漏。3、用 厚 壁 套 管，其 抗 内 压 强 度 是 地 层 破 裂 压 力 的1.2倍 以上，或 是 按 照 压 裂 时 的 最 高 压 力 设 计。套 管 柱 的 壁 厚 上 下 尽量一致，防止壁厚的突变，套管尽量无变形。4、尽量避免在套管内进行套铣等有害的井下作业。5、压 裂 时 要 用 上 下 封 隔 器 封 隔 压 裂 井 段。但 并 不 能 保

50、 证 封隔 器 在 压 裂 中 始 终 是 完 好 的，一 旦 封 隔 器 失 效，压 裂 的 全 部压力传递给套管，套管应能承受此压力。三、低渗层的固井压 裂 作 业 中 使 用 的 压 力 最 高 可 达200。在 压 裂 中 应 当 用 封 隔 器 将 被压 段 的 上 下 都 封 隔 起 来，但 当 封 隔 器 有 泄 漏 或 失 效 时，压 裂 的 压 力 全 部传 到 整 个 套 管 柱 上，套 管 要 受 到 极 大 的 内 压 力。在 套 管 的 设 计 中，首 先要考虑的是套管的抗内压力问题。在 套 管 的 设 计 中 应 先 根 据 套 管 可 能 受 到 的 内 压 力