现代完井工程及技术
完井工程技术概述
具备分层压裂、酸化等分层处理措施，便于人工举升和井下作业等条件
满足特殊油藏开采需求，如稠油油藏蒸汽吞吐和蒸汽驱的要求 油井开采后期具备侧钻定向井及修井生产的条件 施工工艺尽可能简便，成本尽可能低
二、完井工程概述、现状与趋势 （一）概述
目前常规完井方式主要有三大类：
裸眼完井 先期裸眼 后期裸眼
目前，特殊结构井技术已在国 内外各大油田中得到了较大范围内 的应用，在油气田的勘探开发中发 挥着越来越重要的作用。
特殊结构井是为满足复杂油气藏勘探开发需要，在常规直井
钻井技术基础上发展起来的，具有特殊井眼轨迹或井身结构的油气 井。主要包括各类定向井、丛式井、水平井和鱼骨分支井等。
控 制 井 眼 轨 迹 增 加 井 眼 数 量
（一）概述
割缝衬管完井方式(1)
割缝衬管完井方式(2)
二、完井工程概述、现状与趋势 （二）现状
国外完井技术的研究起步 早，发展快，通过多年的发 展，在完井工艺技术方面有 许多成熟配套的的技术，并 不断开发出经济实用的新工 艺、新工具。
二、完井工程概述、现状与趋势
1、小井眼完井技术
（二）现状
井眼内下入的套管尺寸和层数受限，
合理的完井方法应该满足的要求
油、气层和井筒之间应保持最佳的连通条件，油、气层所受的损害最小
油、气层和井筒之间应具有尽可能大的渗流面积，且渗流阻力最小 可有效地封隔油、气、水层，防止气窜或水窜，防止层间的相互干扰 应能有效地控制油层出砂，防止井壁垮塌，确保油井长期生产
二、完井工程概述、现状与趋势 （一）概述
A 降低流体损失到最小程度 优 B 减少地层损害 点 C 改善油气井产能
国外欠平衡钻井的完井方式
完井工程
式中：
t1——自喷阶段从生产优化目的出发的油套管尺寸
t2——所选人工举升方式下所获得的油套管尺寸
t3——满足增产措施要求的油套管尺寸 t4——其它特殊工艺要求的油套管尺寸
完井管柱--油管及生产套管的选定
采油井油套管尺寸
稠油开采井油、套管尺寸
= max{Tt1，Tt2，Tt3}
式中：
Tt1——所选人工举升方式下所获得的油套管尺寸
胶结牢固
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完井方式选择-砂岩油气藏
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低压低渗或高压低渗 胶结牢固 低压高渗或高压高渗
有气顶
无气顶
有气顶
无气顶
有底水
无底水
有底水
无底水
有底水
无底水
有底水
无底水
射开产层 中部1/3层 段的射孔 完井
射开产层底 部2/3层段 的射孔完井
射开产层上 部2/3层段的 射孔完井
射开产层 全段的射 孔完井
完井方式选择-水平井完井方式
射孔完井方式 裸眼完井方式
割缝衬管完井方式 井的完善系数高
产量高 ECP割缝衬管完井 污染易消除 砾石充填完井方式
岩石强度不高时， 生产中会有井壁坍 塌
完井方式选择-水平井完井方式
射孔完井方式 裸眼完井方式
割缝衬管完井方式
ECP割缝衬管完井 能应用于各种半径水平井
主要是裸眼及其变种的完井方式
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段 2.
完井方式选择-水平井完井方式
射孔完井方式 裸眼完井方式
对地层封隔良好
割缝衬管完井方式
能采取各种增产措 ECP割缝衬管完井
钻完井工程技术
钻完井工程技术
1、取心技术措施：取心工具必须按照使用说明认真检查，钻头水眼畅通，齿刃完好，工具内筒运转灵活，岩心爪无变形，弹性好，工具螺纹完好，不合格工具严禁下入井内。
2、取心操作要求：取心过程中严格执行取心操作要求，下钻操作平稳，杜绝猛刹、猛放，控制下放速度，严防顿钻，钻头距井底一个单根深度时，开泵循环清洁井底。
3、钻井技术措施：配套升级钻井泵、循环系统、高频固控设备，实现强化参数钻井；推广应用大扭矩螺杆钻具、射流冲击器、机械式旋冲工具、低压耗水力振荡器等提速工具；试验控压循环排气技术，解决钻遇高压裂缝性气层时循环排气时间过长的问题；攻关超长水平段快速钻井技术、“一趟钻”钻井提速技术，储备立体井网分支井安全成井技术；攻关油基钻井液堵漏技术，提高堵漏时效和成功率，储备合成基超润滑钻井液技术。
现代完井工程概述
现代完井工程
概述
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；
完井方式
及工程要求
岩性坚硬，硬质砂岩
地 疏松砂岩 质 纵向裂缝发育地层
特 水平裂缝发育地层 征 产层中有易塌粘土或水的夹层
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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 。
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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
11
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。
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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
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)。
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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）
现代完井工程
《现代完井工程》学号：2007010038 姓名：方世跃学院：能源学院导师：王洪辉攻读学位：博士年级：2007级完井工程（Well Completion）,过去都认为是钻井工程的最后一套工序，在1997年我国首次向世界石油工业提出完井工程的新概念，其中包括完井工程的定义、内容、工程系统以及完井工程与钻井工程及采油工程的关系，真正建立起现代完井工程系统。
所谓完井工程是衔接钻井工程和采油工程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，直至投产的一项系统工程[1]。
完井工程的工程目的主要为：1、尽可能减少对储集层的伤害，保护储量，使油气层自然产能能更好发挥2、提供必要条件调节生产压差，从而提高单井产量3、有利于提高储量的动用程度4、为采用不同的采油工艺技术措施提供必要的条件5、有利于保护套管、油管，减少井下作业工作量，延长油气井寿命6、近期与远期结合，尽可能做到最低的投资和最少的操作费用，有利于提高综合经济效益。
完井工程系统内容主要有：岩心分析及敏感性评价、钻井液选择、完井方式与方法、油管及生产套管尺寸的选定、生产套管设计依据、注水泥设计依据、固井质量评价、射孔及完井液选择、完井的试井评价、完井生产管柱、投产措施等。
限于篇幅的原因，本文只论述水平井完井的部分关键技术问题。
一、钻井液近两年来，国外泥浆技术发展较快。
有些研究有新的突破，还研制出一些新型泥浆。
解决了一些过去难以解决的钻井问题，降低了钻井成本，提高了钻井效率。
分3个方面介绍一下近两年来泥浆技术的新进展。
1、水平井泥浆技术发展较快[2]（1）生物聚合物泥浆近年来水平井已成为全世界石油工业界公认的一次革命。
水平井的钻井数量猛增。
随着水平井的发展，也遇到了与泥浆有关的问题。
例如，用普通钻井液打水平井时会发生井眼清洁不充分，润滑性差和地层损害等问题。
为解决这些问题，Kelco油田集团研制成功了一种天然聚合物泥浆。
现代完井基础
现代完井基础第一章完井工程基础完井工程是从钻开油层到固井、完井,直至投产的一项系统工程.完井工程基础是指与完井有关的油田地质和油藏工程以及采油工程技术。
其中油田地质和油藏工程部分包括油藏类型、油藏渗流特征、油藏岩性和油藏流体性质。
这是选择完井方式和防止油层损害的理论依据。
采油工程技术部分是指不同类别的井，如油井、气井、注水井、注气井、注汽井、水平井，不同的开采方式，如多层系同井合采、分层开采、自喷转人工举升开采，油田开发过程所需进行的不同技术措施，如压裂、酸化、防砂、堵水等对选择完井方式，选择套管尺寸和强度，固井水泥返高及耐高温要求诸方面的特殊要求。
第一节油田地质和油藏工程依据一、油气藏类型1、油气层储渗特征按照油气储集空间和流体流动主要通道的不同，可将油藏划分为以下几种类型：（1）孔隙型油藏这类油藏以粒间孔隙为油藏空间和渗流通道，故也称为孔隙性渗流。
砂岩储油层、砾岩储油层、生物碎屑岩储油层均属于此类。
（2）裂缝型油藏这类油藏的裂缝既是主要的储油空间又是渗流通道，称为裂缝性渗流。
可能不存在原生孔隙或有孔隙而不连通、不渗透。
碳酸盐岩储油层、泥页岩储油层都可能形成这类油藏。
(3) 裂缝孔隙型油藏这类油藏以粒间孔隙为主要储油空间,以裂缝为主要渗流通道,称为双重介质渗流,其裂缝往往延伸较远而孔隙渗透率却很低.我国任丘的碳酸盐岩油田,美国的斯普拉柏雷油田均属此类油藏。
（4）孔隙裂缝型油藏这类油藏的粒间孔隙和裂缝都是储油空间，又都是渗流通道，亦称为双重介质渗流,其裂缝发育而延伸不远,油层孔隙度较低。
（5）洞隙型油藏这类油藏的溶洞、孔洞、孔隙和裂缝既是储油空间，又是渗流通道。
储油层均属可溶性盐类沉积层，基本上没有原生孔隙，只有后生孔隙。
2、油藏几何形态油藏按几何形态可分为块状、层状、透镜体和小断块四类。
（1）块状油藏这类油藏的油层有效厚度大（大于是10m），有气顶、底水，油藏具有统一的水动力系统和良好的连通性，底水具有一定的补给能力。
现代完井技术-完井
（1）4口鱼骨井或鱼刺形的井。 （2）8口三维鸥翅井（反向井）。 （3）10口分支井。 （4）1口分支鱼骨井。 （5）3口分支鸥翅井。 （6）1口三侧向井。
国外分支井钻井技术
据美国HIS能源集团统计，到1999年5月全世界共打多分支井5779口，其中美国打多分支井
3884口，加拿大打多分支井1891口，世界其他地区共打多分支井4口。据Gardes定向井公司 报道,一口多分支井可以节省18口直井的井场,而产量却能增加20%。多分支井在环境保护方 面的作用与小井眼类似,它可减少钻屑和其他要处置废物的数量,如果用连续管钻井会进一 步减轻对环境的污染。
水平井完井方法
(5)裸眼预充填砾石完井
在裸眼井中进行井下砾石充填，在砾石完全充填到位之前，井眼有可 能坍塌，扶正器有可能被埋置在疏松地层中。 适应的地质条件： ①岩性胶结疏松，出砂严重的中粗、细粒砂岩储层； ②不要求封隔层段的储层； ③热采稠油油藏。
水平井完井方法
(5)裸眼预充填砾石完井 裸眼预充填砾石完井的优点： ①储层不受水泥浆的伤害； ②可以防止疏松储层出砂及井眼坍塌； ③特别适宜于热采稠油油藏。 裸眼预充填砾石完井的缺点： ①不能实施层段的分隔，因而不可避免有层段之间的窜通； ②无法进行选择性增产增注作业；
Hale Waihona Puke Environmental Applications
In-Situ Remediation
现代完井基础
第一章完井工程基础完井工程是从钻开油层到固井、完井,直至投产的一项系统工程.完井工程基础是指与完井有关的油田地质和油藏工程以及采油工程技术。
其中油田地质和油藏工程部分包括油藏类型、油藏渗流特征、油藏岩性和油藏流体性质。
这是选择完井方式和防止油层损害的理论依据。
采油工程技术部分是指不同类别的井，如油井、气井、注水井、注气井、注汽井、水平井，不同的开采方式，如多层系同井合采、分层开采、自喷转人工举升开采，油田开发过程所需进行的不同技术措施，如压裂、酸化、防砂、堵水等对选择完井方式，选择套管尺寸和强度，固井水泥返高及耐高温要求诸方面的特殊要求。
第一节油田地质和油藏工程依据一、油气藏类型1、油气层储渗特征按照油气储集空间和流体流动主要通道的不同，可将油藏划分为以下几种类型：（1）孔隙型油藏这类油藏以粒间孔隙为油藏空间和渗流通道，故也称为孔隙性渗流。
砂岩储油层、砾岩储油层、生物碎屑岩储油层均属于此类。
（2）裂缝型油藏这类油藏的裂缝既是主要的储油空间又是渗流通道，称为裂缝性渗流。
可能不存在原生孔隙或有孔隙而不连通、不渗透。
碳酸盐岩储油层、泥页岩储油层都可能形成这类油藏。
(3) 裂缝孔隙型油藏这类油藏以粒间孔隙为主要储油空间,以裂缝为主要渗流通道,称为双重介质渗流,其裂缝往往延伸较远而孔隙渗透率却很低.我国任丘的碳酸盐岩油田,美国的斯普拉柏雷油田均属此类油藏。
（4）孔隙裂缝型油藏这类油藏的粒间孔隙和裂缝都是储油空间，又都是渗流通道，亦称为双重介质渗流,其裂缝发育而延伸不远,油层孔隙度较低。
（5）洞隙型油藏这类油藏的溶洞、孔洞、孔隙和裂缝既是储油空间，又是渗流通道。
储油层均属可溶性盐类沉积层，基本上没有原生孔隙，只有后生孔隙。
2、油藏几何形态油藏按几何形态可分为块状、层状、透镜体和小断块四类。
（1）块状油藏这类油藏的油层有效厚度大（大于是10m），有气顶、底水，油藏具有统一的水动力系统和良好的连通性，底水具有一定的补给能力。
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3
防砂完井
砾石充 填完井 是 在油层 部位下入筛管，在筛管与 井眼环形空之间填入砾石， 最后封隔筛管以上环形空 间完井，油层油流通过砾 石与筛管进入井内 ，砾石 充填完井又可分为裸眼砾 石充填完井和套管砾石充 填完井。
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砾石充填完井适用于： ①胶结疏松砂岩、出砂严重的油层；
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现代完井工程包含：
岩心分析及敏感性评价 钻井液的选择 出砂预测及出砂规律 生产动态预测 完井方法优选 油管及生产套管尺寸 注水泥设计、固井质量
射孔及完井液设计
完井生产管柱设计
不确定性参数定量分析
完井动态经济评价及风 险性分析
完井的试井评价
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二
完井设计原则和要求
完井的基本要求： 1、最大限度地保护储集层，防止对储集层造成伤害； 2、减少油气流进入井筒时的阻力； 3、能有效地封隔油气水层，防止各层之间的相互干扰； 4、克服井塌或产层出砂，保障油气井长期稳产，延长井的 寿命。 5、可以实施注水、压裂、酸化等措施； 6、工艺简单、成本低。
2
射孔完井
套管射 孔完井
一般是钻穿产层后，下入生产套管，在套 管与地层环空注入水泥，用射孔弹射穿套 管和产层，建立井筒与产层油气通道。 将技术套管下到油层顶部并固井，钻开产 层后再下入尾管并悬挂在技术套管上，经 注水泥和射孔后构成井筒与油层的通道。。
尾管射 孔完井
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适用范围
套管射孔完井
井工具，研究 小间隙固井水
泥浆体系，优
小间隙固井，固井质量难题保证。
化施工工艺。
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2、分支井完井技术
1、风险大，可能丢失分支 井眼，沟通不了油藏。
多 分 支 井 完 井 难 点
2、增加泥浆对油层的浸泡 时间，可能造成油藏伤害。
保证多分支井的分支空 间构型，确定合理的主、 分井筒的连接关系，降 低各分支之间的干扰。 利用选择性完井、智能 完井、遥控完井，使得 完井方式简单化、智能 化。
3、因各分支井眼不同的要 求，涉及的过程更为复杂。
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3、欠平衡完井技术
欠平衡完井技术是欠平衡钻井技术的延伸，是 在欠平衡状态下采取的一种新的完井方法。其基 本目的是使生产层不受完井时滤失的流体对其造 成的伤害。
优 点
A 降低流体损失到最小程度 B 减少地层损害 C 改善油气井产能
②厚度大且不含水层的单一油层。
该完井方法可有效避免注水泥作业和射孔作业时对油 层的伤害，并具有较强的防砂能力。
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四
1、小井眼完井技术
完井新技术及发展
井 眼 小 的 完 井 难 题
井眼内下入的套管尺寸和层数受限， 复杂地层钻进应急措施难以展开。
完善管柱结构， 研制小井眼完
完井管柱尺寸受限，一些完井工具 如管外封隔器等使用和数量受限， 难以保证完井质量，施工难度大。
④能够实时获得关键信息，最大限度的减小测井工作量；
⑤减少作业次数，直接降低了操作费和风险，提高了安全性。
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完井技术发展的趋势：智能化完井技术
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五
结论与认识
常规完井方式仍是国内外普遍运用的方式，具有几十年的成 功经验和实例，技术成熟，可实施性强。 随着开采难度的增加，常规完井方式已经不能完全满足油田 的需要。因此，需要新的完井工艺措施。针对特殊的井眼状 况，提出不同的完井方式，如小井眼技术、水平井完井技术、 膨胀管完井技术等能够很好的提高完井效率，达到工艺要求 水平。 现代完井技术也在朝着新的方向发展，朝着智能化、一体化、 精细化的方向发展，并展现出了强大的应用前景。
防砂完井
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三
完井方式选择
1
裸眼完井
裸眼完井是指完井时井底的储集层是裸露的，只在储集层以上 用套管固封的完井方法。
主要特点： 优点： 油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产
能较高，完善程度高。
缺点：
◆ ◆
不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响； 不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的 无法进行选择性酸化或压裂等。
1、监督、控制、分析手段的智能化； 2、完井管理的灵活化； 3、数据获取快捷化； ……
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智能化
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智能完井技术
智能完井技术是根据不同地层能在多层段、多分支油井、 水平井和大位移井中从地面控制、分析，从而实施最佳 完井方法并能高效的提高完井质量的完井技术。
重要作用：
①智能完井系统可以对油藏的多层进行合采，对多分支井进行监测与控制； ②判断和确定节流生产段,能关闭或抑制产水层段； ③更科学、更简化的管理非均质油藏；
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相互干扰；
◆
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裸眼完井方式
先期裸眼完井是在产 层顶部下入技术套管 并固井，然后钻开产 层裸眼完井或筛管完 井。 后期裸眼完井是在钻 穿产层以后，将产层 套管下到产层顶部注 水泥，产层裸眼或下 筛管的完井方法。
先期裸眼完井方式
后期裸眼完井方式
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适用条件
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投产措施
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完井工艺基本流程
更换完井液 钻开油气层 取芯 钻杆测试 完钻测井 下套管或衬管
投 产
射孔或测试 下入生产管柱
注水泥 固井质量评价
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二
完井设计原则和要求
油井完井方式是构成油井的基本条件，直接 影响井的性能，是油、水、气井的生产通道，不 但要保持井眼畅通，而且要保持油藏和井底的畅 通，同时要能适应开发全过程的井下作业、人工 举升、生产测试的要求。
先期裸眼完井
①产层物性基本一致，无 气顶、夹层水和底水； ②产层胶结良好，井壁坚 固，不坍塌； ③地层界面清楚，能准确
后期裸眼完井
①一般情况下地层井 壁坚固稳定，不坍塌；
②一般用于地质分层 掌握不够准确的井 （如探井）。
地在产层顶部下入套管；
④适用于不进行增产作业 的产层。
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完井的发展趋势
常规完井方式
科学化、系统化完井方式
射 孔 完 井
转化
精细化
一体化 智能化
筛 管 完 井 裸 眼 完 井
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精细化
1、油层性质认识的微观化； 2、完井工具、材料和设备的精细化； 3、对多次采油要求考虑的长远化； ……
一体化
1、钻井方式和完井方式的一体化； 2、完井环节和工序之间的一体化； 3、不同井位之间完井一体化； ……
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一
二 三
完井工程内容 完井设计原则和要求
完井方式及选择 完井新技术及发展
结论与认识
四
五
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一
完井工程内容
定义 完井（ Well Completion ）：是使井眼与油、气储集层（ 产层、生产层）连通的工序。 完井工程：是衔接钻井工程和采油工程而又相对独立的工 程，包括从钻开油气层开始，到下生产套管、注水泥固井 、射孔、下生产管柱、排液，直至投产的系统工程。
从稀油油藏到稠油油 藏，从孔隙油藏到裂 缝油藏都可适用，也 是目前油气藏开发中 最常见的完井方式， 工艺简单可靠，有利 于分层开采及油层后 期改造。
尾管射孔完井
一般用于深井和超深井， 有利于保护油气层、减 少套管、节约成本。该 完井方式适应的油藏条 件与套管射孔完井相同， 但完井施工工艺相对复 杂一些。
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三
储集层 类型
完井方式选择
底水或 气顶
选择井底 考虑的因素
岩性和 渗透率 附近有无 高压层
油气分 布情况
完井层段的 稳定程度
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三
完井方式选择
裸眼完井
先期裸眼 后期裸眼
基 本 完 井 方 法
射孔完井
套管射孔 尾管射孔
砾石充填完井 人工井壁完井
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