现代完井工程
完井工程简介 吴虑
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完井工程 Well Completion
完井方式
射孔完井适用地质条件： 有气顶，或有底水，或有含水夹层及易塌夹层等复 杂地质条件，因而要求实施分隔层段的储层 各分层之间存在压力、岩性等差异，因而要求实施 分层测试、分层采油、分层注水、分层处理的油层 要求实施大规模水力压裂作业的低渗透储层 含油层段长、夹层厚度大、不适于裸眼完井的构造 复杂的油气藏
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完井工程 Well Completion
完井方式
裸眼完井 裸眼完井使用的地质条件： 1、岩性坚硬致密、天然裂隙发育、井壁稳定不坍塌的碳 酸盐岩或砂岩储层 2、无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层 3、单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层 4、不准备实施封隔层段及选择性处理的储层
完井方式
割缝衬管完井适用地质条件：
1、无气顶、无底水、无含水夹层及易塌夹层的储层 2、单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层 3、不准备实施分隔层段及选择性处理的储层 4、岩性较为疏松的中、粗砂粒储层
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完井工程 Well Completion
完井方式
砾石充填完井
直接充填砾石 套管内砾石充填 裸眼砾石充填
预制充填砾石
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完井工程 Well Completion
完井方式
直接充填砾石：
先将绕丝筛管或衬管下入油层井内部分， 然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送 至绕丝筛管（或衬管）与井眼或绕丝筛管与套 管之间的环形空间内，构成一个砾石充填层， 以阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂 入井的目的。
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完井工程 Well Completion
简述完井工程方案的主要
简述完井工程方案的主要完井工程方案的主要内容包括：井型设计、井筒设计、固井设计、封隔设计、完井工艺流程等。
一、井型设计井型设计是完井工程的首要环节，它决定了油气井的井筒形状和规格。
根据地质条件、井口设备、完井工艺要求等因素，井型设计应充分考虑以下几个方面：1. 井型选择：根据油气开采目标和井位条件，选择合适的井型。
常见的井型包括直井、水平井、井下注水井、井下压裂井等。
2. 井眼尺寸：根据生产能力和完井工艺要求，确定井眼尺寸。
尺寸设计通常包括井眼直径、封隔段长度、水平段长度等参数。
3. 井口设备选择：根据井型和生产要求，选择合适的井口设备，包括套管、井口树、防喷器等。
二、井筒设计井筒设计是完井工程方案的核心内容，它直接关系到井眼的稳定性、固井质量和封隔效果。
井筒设计应充分考虑以下几个方面：1. 井眼稳定性分析：根据地质勘探资料和岩石力学参数，进行井眼稳定性分析，确定井筒设计的最大承载能力和最大扩径限制。
2. 井眼设计：根据井型和地质条件，确定井筒设计的尺寸、套管设计方案、井壁稳定性设计参数等。
3. 井眼换位设计：根据地质构造和开采要求，确定井眼换位设计的位置、角度和深度。
三、固井设计固井设计是完井工程中的重要环节，它直接关系到井眼的完整性、固井质量和生产能力。
固井设计应充分考虑以下几个方面：1. 固井液设计：根据地质条件、井眼稳定性和完井工艺要求，确定固井液的种类、密度、黏度、过滤率等参数。
2. 注水泥设计：根据井筒设计的尺寸和地层情况，确定注水泥的种类、配方、注入量和固化时间。
3. 固井排程设计：根据完井工艺要求，确定固井的施工顺序、液量、速度和压力等参数。
四、封隔设计封隔设计是确保井眼封隔性能的重要保障措施，它决定了油气井的生产能力和安全性。
封隔设计应充分考虑以下几个方面：1. 封隔材料选择：根据地层性质和井眼条件，选择合适的封隔材料，包括封隔胶、隔水胶、外加密封材料等。
2. 封隔工艺设计：根据封隔要求，确定封隔工艺的操作流程、材料配比、封隔模式等。
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
完井工程简介
陶瓷防砂滤管
完
胜利油田研制的陶瓷防砂滤管，具有较强的抗折抗
压强度，并能耐高矿化度水，土酸，盐酸等腐蚀。
井
多孔冶金粉末防砂滤管
方
式
这种防砂筛管是用铁、青铜、锌白铜、镍、蒙 乃尔合金等金属粉末作为多孔材料加工而成的。
时有较大的环形空间，增加防砂层的厚度，提高防砂
效果。一般砾石层的厚度不小于50mm。
套管砾石充填的完井工序是：钻头钻穿油层至设计井深后， 下油层套管于油层底部，注水泥固井，然后对油层部位射孔。 要求采用高孔密，大孔径射孔，以增大充填流通面积，有时 还把套管外的油层砂冲掉，以便于向孔眼外的周围油层填入 砾石，避免砾石和地层砂混和增大渗流阻力。由于高密度充 填，充填效率高，防砂效果好，有效期长。
式
优 缺 点
割缝 衬管 完井
(1)成本相对较低 (2)储层不受水泥浆损害 (3)可防止井眼坍塌
(1)不能实施层段的分隔 (2) 无法进行生产控制，
不能获得可靠的生产测 试资料
射孔 完井
(1)最有效的层段分隔 (2)可以进行有效的生产控
制、生产检测和任何选 择性增产增注作业
(1)相对较高的完井成本 (2)储层受水泥浆的损害 (3)水平并的固井质量目前
化 化学固砂是以各种材料(水泥浆、酚醛树脂等)为胶结剂，
学
以轻质油为增孔剂，以各种硬质颗粒(石英砂、核桃壳等)
固 为支撑剂，按一定比例拌合均匀后，挤入套管外堆
砂 完
集于出砂层位。凝固后形成具有一定强度和渗透性
井 的人工井壁防止油层出砂。化学固砂仅适用于单层
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
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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；
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现代完井工程
目录
总论 (1)
第一章完井工程基础 (8)
第二章完井方式选择 (35)
第三章完井液和射孔液. (61)
第四章生产套管及注水泥. (89)
第五章射孔 (131)
第六章油气井增产 (173)
总论
完井(Well Completio n)工程的概念随着科学技术的发展在不断充实、完善和更新。
勘探井和油田开发井都需要完井，也都涉及完井工程问题。
本书主要是论述油田开发的完井工程，其中某些发面也可供勘探井完井参考。
美国，前苏联和我国过去的完井工程的概念一般都认为是钻井工程的最后一道工序，即钻完目的层后下套管、注水泥固井(或包括射孔) 完井。
但近年来，石油工作者在不少领域中应用了新工艺、新技术，为此加深了油气层层内的微观认识，而采取了保护油层的措施。
与此同时，采用了不同方式完井，提高了油气井完善程度。
由于这两个方面的技术进步，其结果是提高了油气井的单井产量。
完井工程已经不仅仅是下套管注水泥固井，而是与油气井产能的提高攸攸相关，这是现代的完井工程的新概念，从而拓宽了完井范畴。
但是现代完井工程定义是什么？究竟包括哪些内容？它与钻井工程和采油工程的关系是什么？这在国内、外至今尚无系统的概念和明确的定义。
本书拟系统论述完井工程的定义、内容以及其与钻井工程和采油工程之间的关系，以使完井工程更加科学化、系统化，更具有实用性和操作性。
1.完井工程定义
完井工程是衔接钻井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，
直至投产的系统工程
2.完井工程的理论基础
1）通过对油、气层的研究以及对油、气层潜在损害的评价要求从钻开油层开始到投产每一道工序都要保护油、气层。
尽可能减少对储层的损害，形成油、气层与井筒之间的良好的连通，以保证油、气层发挥其最大产能。
2）通过节点分析，充分利用油、气层能量，优化压力系统，并根据油藏工程和油田开发全过程特点以及开发过程中所采取的各项措施，来选择完井方式及方法和选定套管直径，为科学地开发油田提供必要的条件。
3.完井工程的内容
（1）岩心分析及敏感性分析
根据勘探预探井或评价井所取的岩心，进行系统的岩心分析和敏感性分析，并根据实验分析的结果，提出对钻开油、气层的钻井液，射孔液，增产措施的压裂液、酸液，以及井下作业的压井液等的基本技术要求。
岩心分析及敏感性分析项目如下：
1）岩心分析：常规分析、薄片分析、X 射线衍射（XRD）、电镜扫描（SEM）。
2）敏感性分析：水敏、速敏、酸敏、碱敏、盐敏。
（2）钻开油层的钻井液
钻井液的选择，主要是考虑如何防止钻井液的滤液侵入油层而造成油层的损害，同时又考虑到安全钻进的问题，如钻遇高压层、低压层、漏失层、岩盐层、石膏层和裂缝层时的钻井液，根据测井资料、岩心分
析、敏感性分析数据和实践经验去选择钻井液类型、配方及外加剂。
（3）完井方式及方法
根据油田地质特点及油田开发方式和井别，按砂岩、碳酸岩盐、火成岩和变质岩等岩性去选择完井方式，完井方式基本分为两大类，即裸眼完井和套管射孔完井。
裸眼完井又有不同的方法，如裸眼、割缝衬管、绕丝筛管砾石充填；射孔完井也有不同的方法，如套管射孔、尾管射孔、套管内绕丝筛管砾石充填等方法。
（4）油管及生产套管尺寸的选定
根据节点分析（Nodal Analysis ）即压力系统分析，进行油层——井筒——地面管线敏感性分析。
油管敏感性则是根据油层压力、产量、产液量、流体的粘度、增产措施和开采方式等方面的综合分析去选定油管的直径，然后根据油管尺寸去选定生产套管尺寸。
过去传统的作法是先选定生产套管尺寸，然后再确定油管尺寸。
现代完井工程没有沿用过去传统概念和做法，而是建立了用油管尺寸去确定生产套管尺寸的新思路和新方法。
套管系统设计本应包括表层套管、技术套管与生产套管，但这里仅仅论述了生产套管设计，至于表层套管和技术套管，它有专门的设计要求，这应按钻井工程要求进行设计，这里就不涉及
（5）生产套管设计
以下述井别、油气层物理性质、地应力及工程措施等方面的资料，作为套管设计基础依据：
1）井别：油井、气井或注蒸汽采油井、注水井、注气井或注汽井。
2）油层压力及油层温度。
3）地下水性质、pH值、矿化度以及对套管的腐蚀程度。
4）天然气中是否含H2S或CO2等腐蚀性气体。
5）油层破裂压力梯度，压裂、酸化增产措施的最高压力。
6）地应力走向、方位及大小。
7）注蒸汽时的压力、温度。
8）盐岩层的蠕动。
9）注水开发后的压力变化及油层间窜通状况。
10 ）油层出砂情况。
根据选定完井方式，在依据上述因素，选择套管的钢级、强度、壁厚以及连接螺纹类型和螺纹密封脂的类型，以及上扣的扭矩等。
若用衬管完成，这要设计悬挂深度及方式。
对于注蒸汽井，这要考虑到套管受热时套管螺纹承受的拉力和螺纹的密封性，以及预应力完成。
对于定向井、水平井，同样考虑套管弯曲、套管螺纹承受的拉力和螺纹的密封问题。
（6）注水泥设计
应依据不同类别的井，如油井、气井、注水井、注气井和注。