完井与防砂

完井作业是钻采工程中一项十分重要的工序，也是最后一道工序，是采油工程的开始。近年来人们逐渐认识到完井在油气田开发中的重要作用，国内外开始普遍重视完井技术。而完井工程当中完井方法的优选尤为重要，完井方式的选择是否合理，直接关系到探井能否反映井下情况、油井能否长期稳定生产，并直接关系到油田田开发方案的正确执行和油田或油井的最终经济效益。如果方法选择不对，会伤害地层导致不出油、气，或产能大幅降低，探井不能发现油气，从而引起油、气勘探、开发中的重大损失。对疏松砂岩油藏水平井来说，在石油开采过程中，由于地层各种因素以及生产因素引起的疏松砂岩储层出砂是导致储层损害，附加表皮增大和产能降低的主要原因，严重时导致地层亏空、坍塌，甚至引起套管破裂油井报废。不同完井方式防砂的效果不一样，造成的地层伤害也不一样，进而引起油井的产能也必然不同，最终引起油井的经济效益也不同从这一点上讲，非常有必要进行疏松砂岩水平井完井方式优选的研究，了解各种水平井完井方法的特点、产能预测以及经济评价的方法，为选择合理的完井方式提供依据。

其次，从疏松砂岩的分布和水平井的应用来看，世界上油气资源的分布在疏松砂岩地层中，疏松砂岩油藏的广泛分布决定了其对石油工业的发展起着巨大的作用。疏松砂岩油藏出砂的可能性很大，选择合适的防砂完井方式，不仅关系着疏松砂岩油藏开采的最终经济效益，更关系着我国乃至世界石油工业的发展。水平井完井作为油气藏

的一个重要的完井技术，对具有较好垂直渗透率的薄油层或是厚油层来说已经被证明是比较好的开采方式。与垂直井比较，水平井的优点有增加产能，改善驱替效率，降低水锥或气锥效应，增大泄油面积。自从水平井广泛应用于油气田开发以来，油气产量获得了前所未有的突破，单井产量比以往增加了，整体采收率也提高了。于是，国内外也不断加大水平井的研究开发力度，水平井钻完井、开发技术不断进步。本文正是在这样的趋势下展开对疏松砂岩水平井完井方式优选的研究。

防砂技术发展现状

防砂对于出砂油藏有着重要意义，防砂的成功与否直接关系到油气藏是否能够正常开发。随着新科技和新材料的不断发展和完善，防砂技术也获得了日新月异的进展。我国防砂技术的研究和应用始于20世纪60年代，经过40年的发展形成了机械、化学和复合三大防砂工艺体系。特别是20世纪90年代以来在旧的防砂工艺不断完善的基础上，积极研究开发防砂新工艺、新方法，特别是在机械防砂方面，取得了飞速的发展，各种新的防砂技术在油田现场应用均取得了良好的效果。

目前防砂技术主要以机械防砂为主。国外机械防砂工艺技术研究起步较早，1932年就开始采用砾石充填法防砂，此法目前在国内外防砂方面仍占主要地位，约占防砂作业的90%以上。其中绕丝筛管砾石充填法经过完善和发展，已经成为一项较成熟的技术。如常规砾石

充填防砂、振动砾石充填防砂、分层砾石充填防砂和旁通砾石充填防砂等。随着防砂技术的研究和发展，滤砂管防砂技术也日趋成熟，形成一系列先进、适用的防砂技术，如不锈钢金属棉滤砂管、金属毡滤砂管、陶瓷管等。

化学防砂针对机械没有从根本上解决地层出砂的主要原因，利用化学药剂把疏松砂岩地层的沙砾或充填到地层的沙石胶结起来，稳定地层结构或形成具有一定强度和渗透率的人工井壁，从而固结地层流砂达到防止地层出砂的目的。经过几十年的研究发展，现已形成以树脂固砂、人工井壁防砂为主的几大类十几种化学防砂工艺方法。复合防砂是在机械防砂和化学防砂基础上将其相结合发展起来的一种综合防砂形式，近些年发展速度更是迅猛。

张建国（1999）年指出对于疏松储层，射孔生产不久就会出砂，在炮眼处形成砂拱，保持砂拱的稳定性是防砂的关键，建立了砂拱的力学模型，并根据库仑一莫尔准则、达西定律和平衡方程推导出保持砂拱稳定的数学模型。宋友贵（2000）年分析油井出砂原因及砾石充填防砂工艺局限性的基础上，对压裂一充填综合防砂技术的技术实质、减缓出砂的原因、工艺步骤以及实施效果等进行了研究与分析。李家芬（2001）年以室内实验和大量的现场调研资料为基础，应用计算机技术和先进的防砂效果预测理论，开发了防砂决策系统软件。景瑞林（2001年）描述了割缝筛管防砂机理及割缝筛管筛缝宽度的确定方法，研究了割缝筛管与地层充填砂的配伍性，介绍了适用于不同

渗流能力的地层的割缝筛管防砂工艺及现场应用情况。

范兴沃（2002）年以专家知识和现场经验为基础开发了防砂工艺决策专家系统，具有防砂预测、方案优选、施工参数优化等功能，该系统系统包括基础数据库、专家知识库、推理机、单井模拟器和解释机等个子系统。Miguel（2003）年利用树脂包层砂进行水力压裂后获得了很好的防砂效果并明显渗透率，这是一种简单有效的防砂增产措施。刘燕（2003年）阐述了压裂充填防砂这一先进防砂完井技术的机理、设计和施工工艺，压裂充填防砂是替代砾石充填的一种更先进的防砂方法，它可以用作首次防砂和补救性防砂，尤其是在多次机械和化学防砂失败、污染严重的油水井中具有不可替代性。顾海洪（2003年）提出利用压裂充填工具组合，采用能产生短、宽裂缝的端部脱砂压裂技术，实现油层压裂及绕丝管外充填一体化，形成具有改造油层和防砂双重作用的防砂体系。王登庆(2003年)介绍了分支水平井防砂管柱、金属毡滤砂管、扶正器的结构设计，通过现场试验，从射孔工艺技术、防砂工艺技术、防砂施工工序、效果分析等方面阐述了分支水平井防砂技术的应用。

琉松砂岩水平井完井方式的优选

疏松砂岩水平井完井方式的优选是一项复杂的系统工程，需要综合考虑各方面的因素，主要是地质和油藏工程特性、生产过程中井眼是否稳定、出砂严重程度、采油工程要求、完井产能的大小、钻井和完井成本、总体经济效益等，有些因素需要进行定量判断，定量判断是科学严密的优选完井方式及系统的完井设计必不可少的理论基础。

在进行水平井完井优选前，有必要对各种完井方式的优缺点及适用条件作一个详细的研究分类，以便优选时相互参照对比。

（一）水平井各种完井方法的优缺点

（1）裸眼完井的优缺点和适用条件

优点：

①成本最低，完井简单。

②储层不受水泥浆的伤害。

③允许在后期采取任何可能的完井方法。

④产层裸露，渗流面积大，井完善系数高，完井周期短。

⑤适用于以后井的调整。例如，以后若要插入一个带套管外封隔器的

⑥尾管甚至把裸眼井变为完全注水泥完井，也是有可能的。

缺点：

①适应程度极低，易于产生井下坍塌、堵塞，甚至埋掉和部分埋掉产层。

②增产措施效率低，大段酸化，无法控制应该吸酸和不该吸酸的井段。

适用的地质条件：

①岩性坚硬，井壁稳定不坍塌的储层。

②单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层。

③不谁备实施分层开采，选择性处理的储层。

④天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩

⑤短或极短曲率半径水平井。

（2）割缝衬管的优缺点和适用条件

优点：

①价格低廉。

②产层裸露，渗流面积大，流体流入阻力小。

③选择合适的割缝衬管尺寸，能有效地控制部分出砂

④可防止井眼坍塌。

缺点：

①不能进行层段分离，实施分层开采

②无法控制割缝衬管与井眼之间的环空，故不能进行选择性增产措施作业。

③生产控制差，不能避免层段间的干扰，窜流的可能性大。

适用的地质条件：

①适用于井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层。

②刀单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层。

③不准备实施分层开采，选择性处理的储层。

④出砂不严重的疏松产层。

（3）套管射孔的优缺点和适用条件

优点：

可实施最有效的层段分隔。

在生产井段能选择性的进行修井作业

适合于多类油藏完井

可进行各种井下增产措施

缺点：

过流面积小，完善程度低。

要求较高的射孔操作技术。

固井封固质量要求高，水泥浆可能损害气层。

注水泥和射孔的费用昂贵，工艺复杂。

适用的地质条件：

有边、底水层，易塌夹层等复杂地质条件，要求实施分隔层段的储层。要求实施大规模高排量水力压裂作业的低渗透产层。

砂岩储层、碳酸盐岩裂缝性储层

（4）裸眼砾石充填完井的优缺点和适用条件

优点：

储层不受水泥浆的伤害。

可以防止疏松储层出砂和井眼塌垮。

缺点：

不能实施层段的分隔，因而不可避免有层段之间的窜通。

无法进行选择性增产增注作业。

无法进行生产控制。

适用的地质条件：

无底水、无含水夹层的储层。

单一厚储层，或压力、物性基本一致的多层储层。

不准备实施分隔层段，选择性处理的储层

岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。

（5）套管砾石充填完井的优缺点和适用条件

优点：

可以预防疏松储层出砂及井眼坍塌

特别适宜于热采稠油油藏

可以实施选择性地射开层段。

缺点：

储层受水泥浆的伤害

必须起出井下预充填砾石筛管后，才能实施选择性的增产增注作业。适用的地质条件：

有底水、或有含水夹层、易塌夹层等复杂地质条件，因而要求实施隔层段的储层。

各分层之间存在压力、岩性差异，因而要求实施选择性处理的储层。岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂粒储层。

（6）绕丝筛管的优缺点和适用条件

优点：

产层裸露，渗流面积大，流体流入阻力小。

选择合适的不锈钢丝缝隙，一能有效地控制大部分出砂。

可防止井眼坍塌。

耐腐蚀性强，使用寿命长。

缺点：

价格昂贵，一般为割缝衬管的3倍左右。

不能进行层段分离，实施分层开采。

无法控制筛管与井眼之间的环空，故不能进行选择性增产措施作业。生产控制差，不能避免层段间的千扰，窜流的可能性大。

适用的地质条件：

适用于井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层。

单一厚储层，或压力、岩性基本一致的多层储层。

不准备实施分层开采，选择性处理的储层。

出砂不严重的疏松产层