水平井完井工艺技术.ppt

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完井修井新技术河南油田钻井工程公司技术科2011年10月 目录一、基础知识二、水平井完井技术三、面临的问题与挑战 l一、基础知识1、完井井（WelCompetion），顾名思义指的是油气井的完成，即根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层完与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式。完井工程是衔接钻井和采油而又相对独立的工程。是从钻开油层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液，直至投产的系统工程。 •一、基础知识1、完井完井的目建立生产层和井眼之间的良好联通，并使井能长期高产稳产。现代完井是建立在对油、气储集层的地质结构、储油性质、岩石力学性质和流体性质分析的基础上，研究井筒和生产层的联通关系，追求在井底建立有全井最小的油气流阻力，使一口井有最大的油气产量和最长的寿命这一目标，从而达到一口井有最大开采效益。 •一、基础知识2、完井分类完井方法按照不同的标准有不同的分法，比如说按照钻井后井眼是否裸露，可将完井方法分为两大类：射孔系列完井和裸眼系列完井。裸眼系列完井裸眼完井割缝衬管完井带管外封隔器的割缝衬管完井绕丝筛管完井贯眼套管完井裸眼预充填砾石筛管完井裸眼金属纤维筛管完井裸眼井下砾石充填完井射孔系列完井射孔完井射孔套管内下绕丝筛管完井射孔套管内下预充填砾石筛管完井射孔套管内金属纤维筛管完井射孔套管内井下砾石充填完井 •一、基础知识2、完井分类按照完井方法是否具备防砂的功能来分，则又可分成防砂型完井和非防砂型完井两大类非防砂型完井裸眼完井割缝衬管完井带管外封隔器的割缝衬管完井贯眼套管完井射孔完井防砂型完井割缝衬管完井绕丝筛管完井裸眼预充填砾石筛管完井裸眼金属纤维筛管完井裸眼井下砾石充填完井管内下绕丝筛管完井管内预充填砾石筛管完井管内金属纤维筛管完井管内井下砾石充填完井化学固砂完井 •••一、基础知识3.水平井分类是以水平井为基本特征，包括一般水平井、多分支井及大位移井等，在国内外已获得成功应用。采用水平井实现对油气储层的最佳钻遇与保护，并与相适应的储层改造和高效驱替方法协调增效，可望经济有效地提高油气田单井产量及最终采收率。然而，水平井目标段的设计与控制(如轨迹控制、储层保护、井眼稳定等)具有较大难度，一旦发生失控，将会导致工程前功尽弃。 ����一、基础知识3、复杂结构井复杂结构井可大幅度增加泄油面积复杂结构井释放储层地应力，可大幅度提高渗透性复杂结构井有利于热驱重力泄油复杂结构注采井合理设计模型 4、水平井井完井方式总体来说，国内的水平井完井工艺水平不高，完井方式相对单一，针对各类型油气藏的完井理论研究还不够深入，完井工具和井下状态测量仪器相对落后。近年取得了一定的突破：从单一完井方式向适应油藏特点，完善程度高的多种完井方式并存的方向转变。•固井•转变为•固井射孔完井•射孔•完井•筛管完井•裸眼完井•提高了油井的完善程度，降低了完井成本。 目录一、基础知识二、复杂结构井完井技术三、面临的问题与挑战 二、复杂结构井完井技术1.水平井完井方式优化国内水平井完井优化技术因素数学模型岩石力学性质生产技术指标经济指标完井产能预测生产动态分析完井方式选择完井参数设计优选油管及套管射孔优化设计尺寸 二、复杂结构井完井技术设计思路完井方式产能预测防砂工艺优选完井成本对比通过引入完井表皮系数，预测不同完井方式下的产能。根据油藏特性，结合成熟防砂技术，优选出防砂方式。分析比不同完井方式的投入，优选完井方式。综合评价三种影响因素，优选出完井方式。 �二、复杂结构井完井技术2.常用完井工具分级箍：分为机械式和液压式•外壳•关闭套•结构：•压力方式难以打开•一体化的开关套•开启套•下接头时可以投重力锤等机械措施打开；•水力憋压打开，可以适应大斜井、水平井、大位移井等恶劣条件。•液差式分级箍结构图 �二、复杂结构井完井技术分级箍：分为机械式和液压式液压式分级箍工作原理 �二、复杂结构井完井技术分级箍：分为机械式和液压式机械式分级箍工作原理 •二、复杂结构井完井技术�管外封隔器常规水力式封隔器下到设计井深后，打压坐封封隔器，当中心管内的压力达到封隔器的坐封压力时，打开阀的销钉被剪断，阀打开，流体通过单向阀、限压阀进入封隔器中心管与内胶筒之间的腔体，胶筒开始鼓胀，当胶筒内的压力达到限压阀设计值时，限压阀销钉被剪切，限压阀启动，永久关闭流体通道。外界压力不管如何变化，不会再开启阀系统流道，封隔器永久处于涨封状态。 二、复杂结构井完井技术•常规封隔器的阀箍工作原理：•打压前状态•胶筒内压力达到•各阀就位，流道•碰断销钉，开始胀封，液体从管内腔流向封隔器胶筒内设定值时来自胶筒内的压力剪断关闭阀销钉，关闭流入通道永久关闭 �二、复杂结构井完井技术尾管悬挂器：分为机械式和液压式•锥套•卡瓦套•卡瓦•液缸•中心管•液压式悬挂器•导轨•卡瓦•摩擦片•导向销•中心管•机械式悬挂器 二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术国内前期实施的水平井大部分采用固井射孔完井方式，经过攻关、配套和大量的应用，该项技术已趋成熟。�水平井套管固井完井技术�水平井尾管固井完井技术�水平井射孔工艺技术 二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术�水平井套管固井完井技术地层水泥环套管 二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术�水平井尾管固井完井技术地层水泥环套管 二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术套管固井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、注采和进行选择性增产措施。尾管固井射孔完井有利于提高固井质量和保护油气层，在钻水平段过程中采用与油气层相配伍的钻井液，采用近平衡钻井或欠平衡钻井技术，最大限度的降低对油层的污染，保持油井产能。 二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术水平井固井质量差的原因�水平段套管在重力作用下往往偏向下井壁，水泥浆容易从宽间隙处顶替钻井液，而在窄间隙处形成钻井液滞留，注水泥后形成的水泥环薄厚不均，甚至有些地方没有形成水泥环，严重影响固井质量。 二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术提高水平井固井质量的措施�开发滚轮扶正器，提高套管居中度•滚轮旋流套管扶正器变滑动摩擦为滚动摩擦，降低下套管阻力。•注水泥时扶正器螺旋形的外表面会在扶正器周围产生局部的螺旋流，获得更好的顶替效果。 二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术�优选水泥浆体系，开发应用微失水水泥浆微失水水泥浆可严格控制水泥浆自由水和API失水，提高水泥环韧性，避免固井和压裂时的油气水窜。充分分散的SCL颗粒SCL颗粒脱水形成的不具备渗透性膜层 二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术�管外封隔器辅助固井技术，提高水平段封隔效果�在水平段套管柱上串接若干个管外封隔器�注水泥碰压后继续打压用顶替液打开压缩式管外封隔器�利用水泥环和橡胶塞联合作用实现地层有效隔离 射方式二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术�水平井射孔技术高压地层和地层压力情况不明的采用正压射孔正压射孔中低渗透油藏采用负压射孔，通常在射孔前采用气举排液的方法掏空套管孔负压射孔近平衡射孔对于地层疏松、胶结差的砂岩油藏以及中高渗透油藏采用近平衡射孔 二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术�水平井射孔技术•传送方式：油管传送射孔枪，液压引爆•布孔方式:疏松砂岩油藏:180°下相位四排布孔岩性较致密的油藏:全相位螺旋布孔 89弹102弹枪、89127弹二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术�水平井射孔技术射孔参数：89枪、89弹枪、102102枪、89增强弹枪、127孔径10-12mm;孔密16-22孔/m•射孔液：常用的射孔液是无固相水基射孔液，基液选用处理过的本地区油田污水或卤水，加入粘土稳定剂、破乳剂、防腐剂等添加剂，地层漏失严重的还要加入屏蔽暂堵剂。 全井段射孔完井�后部油层段的产能得不到充分发挥�部分井段水淹后，卡堵水困难二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术�水平井射孔优化设计技术全井段射孔完井�后部油层段的产能得不到充分发挥�部分井段水淹后，卡堵水困难△P �提高各射孔段的开发效果�有利于各种工艺措施实施�提高最终采收率二、复杂结构井完井技术3.水平井套管固井射孔完井技术�水平井射孔优化设计技术分段射孔优化根据油藏特性、测井资料、井身轨迹、固井质量等资料，优化设计水平井分段数量、段长、产能、射孔参数△P�提高各射孔段的开发效果�有利于各种工艺措施实施�提高最终采收率△P 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术钻孔/割缝衬管完井适用于：a、天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩储层b、单一厚储层或不要求层段分隔的储层c、井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层d、岩性较为疏松的中、粗砂粒储层滤砂管防砂完井适用于：a、岩性较为疏松的砂粒储层 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术�工艺特点�与套管固井完井相比，完善程度高，筛管完井水平井增产效果显著。�可以采用管外封隔器进行水平段有效封隔，为后期配套措施的实施提供条件。�完井、防砂一体化完成，工艺简便，完井成本低。 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术�技术系列�筛管顶部注水完井技术�悬挂筛管水平井完井技术�悬挂筛管顶部注水泥完井技术 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术①筛管顶部注水泥完井技术 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术①筛管顶部注水泥完井技术�钻塞工艺过程：☞下入完井管柱☞膨胀封隔器☞打开分级箍☞注水泥、关闭分级箍 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术�钻塞工艺过程：☞钻塞☞下洗井、酸化、涨封管柱☞洗井、酸化、涨封☞完井 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术①筛管顶部注水泥完井技术工艺过程：☞下入完井管柱☞膨胀封隔器☞打开分级箍☞注水泥、关闭分级箍 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术工艺过程：☞钻塞☞下洗井、酸化、涨封管柱☞洗井、酸化、涨封☞完井 技术特点二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术裸眼砾石充填工艺－逆向充填技术方案：精密复合滤砂管裸眼完井，管外进行逆向砾石充填。�水平段采用逆向环空充填，工艺简便，安全性高。�双精度结构的防砂筛管，可抗堵塞、挡砂性能好；�压差式阻流装置，可实现分段连续充填，提高充填效率。 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术②悬挂筛管水平井完井技术 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术③悬挂筛管顶部注水泥完井技术 二、复杂结构井完井技术4.疏松砂岩油藏水平井水平井筛管完井技术�悬挂筛管顶部注水泥完井技术 二、复杂结构井完井技术5.低渗透油藏水平井裸眼分段完井技术�管柱结构工具组成：水平井底部循环阀水平井井筒隔离阀水平井压差滑套水平井投球式滑套封隔器水平井裸眼压裂封隔器顶部悬挂封隔器 “九五”以来，胜利油田开展了短半径侧钻水平井技术攻九五”关，在完井技术方面研制配套了五种工艺管柱。二、复杂结构井完井技术6.侧钻水平井完井技术“九五”以来，胜利油田开展了短半径侧钻水平井技术攻关，在完井技术方面研制配套了五种工艺管柱。①裸眼完井技术岩性致密的碳酸岩油藏或灰岩油藏 二、复杂结构井完井技术6.侧钻水平井完井技术②筛管完井技术砂体胶结程度好，不易出砂油藏 ③二、复杂结构井完井技术6.侧钻水平井完井技术管外封隔器＋筛管完井技术砂体胶结疏松，易出砂油藏 二、复杂结构井完井技术6.侧钻水平井完井技术③筛管顶部注水泥侧钻井完井技术水淹严重，油水关系复杂油藏 nn二、复杂结构井完井技术6.侧钻水平井完井技术④侧钻水平井膨胀管完井技术☺传统的侧钻方案废弃当前生产层或井底障碍层，然后开窗侧钻到新的井层目标。以51/2i套管为例，套管铣开开窗完钻后安装31/2i或33/4in的生产油管，生产油管的内径为76mm或82mm。常规侧钻方案膨胀管侧钻井完井方案 n二、复杂结构井完井技术6.侧钻水平井完井技术④侧钻水平井膨胀管完井技术☺侧钻井膨胀管完井方案侧钻井膨胀管完井方案磨铣套管段开窗，钻到下节套管深度时，下OHL膨胀管膨胀。以51/2i套管为例，使用的OHL膨胀管为107.95mmx6.35mm的实体膨胀管，膨胀前的内径95.25mm，膨胀后的内径为108.97mm。常规侧钻方案膨胀管侧钻井完井方案 二、复杂结构井完井技术6.侧钻水平井完井技术④侧钻水平井膨胀管完井技术安装前安装后钢级屈服应力重量外径内径壁厚管体抗内压启动器抗内压LSX8080,000ksi10.7lb/ft107.95mm95.25mm6.35mm56.8MPa56.7MPa膨胀率接箍外径重量外径内径壁厚管体抗内压管体抗外挤13.4％124.409mm11.40lb/ft120.83mm108.97mm5.93mm44.4MPa25MPa 二、复杂结构井完井技术7.分支井完井技术分支井5050年代初就已出现在前苏联，9090年代以来在美国等西方国家得以大力发展，其原因是分支井给油气藏的开发带来显著的经济效益。目前分支井技术已在北美、中东、东南亚等地区广泛应用。 V二、复杂结构井完井技术7.分支井完井技术I裸眼II主井眼固井，分支裸眼III主井眼固井，分支与主井眼机械连接IV主井眼与分支皆有固井连接处有压力密封VI六级完井系统在分支井和主与套管井筒套管的连接处具有一个整体式压力密封。 分支井完井的特点或难点二、复杂结构井完井技术7.分支井完井技术分支井完井的特点或难点分支井集中了定向井、水平井、侧钻井的技术难点，重点是完井技术连接性：分支井尾管能够以机械方式回接到主井眼的套管上密封性：分支井眼与主井眼的接合点必须能够液压密封进入性：在无钻机的情况下，能够重新进入选定的分支井眼 二、复杂结构井完井技术7.分支井完井技术 2000年，胜利油田开始进行分支井2000年，胜利油田开始进行分支井技术攻关，自主开发了分支井Ⅳ级完技术攻关，自主开发了分支井Ⅳ井技术，在桩1－支平1井、梁46－支井技术，在桩1－支平1井、梁4646－支周围７口直井投产后，平均单井累积生产原油1203t后即由于高含水而关积生产原油1203t1203t后即由于高含水而关井，而桩１－支平１井目前已生产原油12000多吨，含水长期稳定在94%，12000多吨，含水长期稳定在94%，多吨，含水长期稳定在94%相当于10口直井产量。相当于1010口直井产量。1二、复杂结构井完井技术7.分支井完井技术分支井Ⅳ级完井技术2000年，胜利油田开始进行分支井技术攻关，自主开发了分支井Ⅳ级完井技术，在桩1－支平1井、梁46－支平1井成功应用。周围７口直井投产后，平均单井累积生产原油1203t后即由于高含水而关井，而桩１－支平１井目前已生产原油12000多吨，含水长期稳定在94%，相当于10口直井产量。 目录一、基础知识二、复杂结构井完井技术三、面临的问题与挑战 三、面临的问题与挑战1.全井段筛管完井，后期措施受限未分段完井，后期难以实施卡堵水措施水层筛管油层 三、面临的问题与挑战2.热采水平井完井管柱损坏热采水平井的完井方式:固井射孔、筛管完井。固井射孔完井：技术成熟，可满足热采水平井生产要求。缺点是完善程度，污染油层，成本较高。筛管完井：目前稠油热采水平井广泛采用裸眼防砂完井一体化技术。但部分热采井注汽投产后，出现了套管或筛管变形、错断等问题。 三、面临的问题与挑战3.筛管防砂失效局部流速大，导致防砂管破损防砂管挡砂精度发生变化防砂失效注汽加剧残酸对防砂管的腐蚀裸眼砾石充填防砂工艺不完善 IV级完井，下步应积极进行三、面临的问题与挑战4.高级别分支井、智能完井技术不完善①目前只能完成IV级完井，下步应积极进行Ⅴ级、Ⅵ级完井技术引进与自主研究，满足复杂断块及潜山油藏高效开发需要。技术关键：技术关键：分支交汇处密封、分支井眼再进入、生产控制②智能完井技术研究基础较薄弱，下步加强攻关实现油藏、生产一体化管理。 三、面临的问题与挑战5.侧钻井固井质量问题由于侧钻井受原井眼尺寸的限制，导致在后期完井时套管与井壁环形空间小，挤水泥阻力大，影响挤入固井水泥的充分充填，加之侧钻段都有较大井斜角，固井时小套管在侧钻井眼内不居中，使固井水泥充填不均匀，影响固井质量。 谢谢