水平井完井调研

水平井完井方式完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程。目前，常用的水平井完井方式有裸眼完井、射孔完井、割缝衬管完井，带套管外封隔器（ECP）的割缝衬管完井、带套管外封隔器（ECP）的滑套开关完井、预充填砾石筛管完井、阶梯水平井完井、多分支水平井完井等。1、裸眼完井适用于碳酸盐岩及其它不坍塌硬地层，特别是一些垂直裂缝地层，如美国奥斯汀白垩系地层。该完井方式工艺简单，钻水平井费用相对较低，但容易引起气、水窜流，修井测井困难，无法进行油层改造，目前使用较少。2、割缝衬管完井完井工序是将割缝衬管悬挂在技术套管上，依靠悬挂封隔器封隔管外个环形空间。割缝衬管要加扶正器，以保证衬管在水平井眼中居中，适用于有气顶、无底水、疏松砂岩地层。国外油田采用该种完井方式完井时，都在衬管下井前用油溶树脂或石蜡将割缝涂死，生产时靠地温自动化开，免除割缝被钻井液堵死。塔中四油田402高点CIII油组主力部位5口水平井，其中4口都用割缝衬管完井，初产都在千吨以上，临界产量也都在700t/d以上。图1割缝衬管完井示意图3、带管外封隔器（ECP）割缝衬管完井用割缝或钻孔尾管带多级管外封隔器下入水平井段后，从末端开始逐级将管外封隔器用水泥挤膨胀后固定，可分段进行小型作业措施。这种完井方式是依靠管外封隔器实施分段的分隔，下一根盲管，以便实现管内封隔。可以分段进行作业和生产控制，这对于注水开发的油田尤为重要。管外封隔器的完井方法可以分为三种形式：套管外封隔器间连接割缝衬管、套管外封隔器间连接可开关的滑套和套管外封隔器间进行射孔完成。管外封隔器逐级通过定位槽定位，用油管或连续油管待双封隔器对准管外封隔器的定压单流阀将水泥浆挤入皮囊内凝固封隔器后分段隔开。图2套管外封隔器及割缝衬管完井示意图这种完井方法适用于各类油层，目前用的较广，可进行分段压裂改造、可酸化解除油层污染、便于测井和修井，尤其对多条垂直裂缝油藏用多级管外封隔器完井，将十分理想。新疆油田分公司，在一口水平井下6只管外封隔器，其中5只检封密封良好。4、带ECP管外封隔器的滑套开关完井这种完井方式与前种基本相同，只是将割缝衬管换成多级滑套，用连续油管逐级开关，其关键技术是内径保持一致的滑套开关工具。某油田三叠系长6到长8低渗透层打水平井未取得预期效果，分段压裂一直是困扰低渗透油藏水平井开发的关键技术，曾用液体胶塞加填砂的方法分段压裂，但封隔的有效性难以保证，并可能对油层造成伤害。如果采用滑套完井方式实现低渗透油层分段压裂，可有望缓解水平井开发效益不理想的问题。图3套管外封隔器及滑套完井示意图5、阶梯水平井完井水平井的产量决定于一口井的可采储量，在层状油藏中，渗透率各向异性油藏的多分层性对水平井的产能是很不利的，为提高单井产能就出现了阶梯水平井完井。图4阶梯水平井完井示意图塔里木哈得4油田为多层薄油层，采用阶梯完井方式钻70余口水平井获得高产，并实现6口水平井注水。冀东油田由于断块比较小，利用阶梯水平井把几个断块都串起来，更好地利用各断块的储量，5口阶梯水平井都获得高产，单井日产油都超过100t，是直井日产油的5倍以上。6、分支水平井完井分支水平井完井作业的最大技术难度在于对主干井眼与各支井眼交汇处的处理，因此使得分支井眼密封、层间分隔、井眼重进、套管(衬管)悬挂、完井措施及完井工具设备等方面都存在着一系列的难题。根据分支井的井身结构，主要分为：多分支井眼；分叉井眼；水平井中的几个分支井眼；垂直井中的几个分支井眼；两个相对的双分支井眼；重叠的分支井眼。见图5。就其完井方式而言，国内目前主要分为两种情况，第一，如果多分支井为两分支井，且两分支成“人”字形分布，或者两个分支开采不同油层，分支一上一下（如图1中e和f），这种多分枝井主井眼和分支井眼一般均采用筛管完井。第二种情况就是鱼骨状多分支井和其它多分支井，特别是鱼骨状多分支水平井由于各分支在同一深度，同一层位，如果各分支井眼也采用筛管完井，将存在回接困难，所以在目前应用情况来看，都采用主井眼筛管完井，分支井眼裸眼完井的方式完井。我国南海、长庆、四川、辽河已打成多口分支井，辽河海14-20三分支水平井，解决分支开窗，斜向器方位摆放、回收、窗口保护新技术，已经掌握了母、子接口的连接技术，但应用还不够广泛。长庆油田杏平1井钻7个分支井，主井眼水平段长1203m，分支井眼各为300～422m，累计水平段长3505m，油层段进尺2834m，创我国多分支井之最。图5分支井系统分类结构图a：多分支井眼；b：分叉井眼；c：水平分支井眼；d：垂直分支井眼；e：两个相对的双分支井眼；f：重叠的分支井眼7、射孔完井在水平段内下入完井尾管，悬挂在技术套管上，尾管要采用漂浮技术、多刃滚柱式套管扶正器等，保持居中，由于技术套管磨损，要求生产套管回接至井口，注水泥固井，要求自由水为零、低失水钻井液体系。最后在水平井段射孔。相位一般采用低于120°，以免地层砂落入水平井段套管内。例如定向射孔塔中四TZ-27-H14井（水平3井），水平井段长444.5m，采用多级延时启爆，分两次6200发炮弹定向射开。大庆朝平1井715m水平段一次发射3177发，引爆成功率都是100%。图6水平井射孔完井示意图8、裸眼预充填砾石筛管完井适用于疏松易出砂的油气层、稠油油藏，这种完井方式防砂能力较强，不要求分隔层段的储层，特别适合热采稠油油藏。裸眼水平井预充填砾石筛管完井，其筛管结构及性能同垂直井，但使用时应加扶正器，以便筛管在水平段居中。9、套管预充填砾石筛管完井目前水平井的防砂因砾石充填无论在套管内还是在裸眼水平段内充填工艺都比较复杂，仍多用预充填砾石筛管、金属纤维筛管、绕丝筛管、割缝筛管或陶瓷筛管等方法，但使用时应加扶正器，以便筛管居中。裸眼井下砾石充填时，在砾石完全充填到位之前，井眼有可能已经坍塌。另外，扶正器有可能被压制在疏松地层中，因而很难保证长筛管居中。图7水平井套管内预充填砾石筛管完井示意图裸眼及套管井下充填时，充填液的滤失量大，不仅会造成油层伤害，而且在现有泵送设备及充填液性能的条件下，其充填长度将收到限制。一次充填长度也不到120m，因此，长井段水平井无法采用此种方法。目前水平井的防砂完井多采用预充填砾石筛管，金属纤维筛管或绕丝筛管等。国内外的实践表明，在水平井段内，不论是进行裸眼井下砾石充填还是套管内井下砾石充填，其工艺都很复杂，目前正出在矿场试验阶段。10、双水平井辅助重力泄油的完井（SAGD）上下两水平井筒，上面注蒸汽形成超覆现象，油藏受热面积不断增加，稠油或超稠油受热后粘度降低，靠重力作用下流到底层，下面的水平井筒进行采油。图8双水平井辅助重力泄油完井示意图双水平井筒辅助重力泄油已成稠油和超稠油热采的接替技术，具有油气比高，采收率高，并增加可采储量。辽河油田曙一区SAGD技术获得重大突破，钻井6对，累计产油是一般井的3倍以上。水平井各种完井方式的适应性及优缺点各种水平井完井方式，有各自的适用条件，应根据油藏的具体条件选用，各种完井方式的适用地质条件及优缺点见表1：表1各种水平井完井方式适用的地质条件及优缺点完井方式适应的地质条件优点缺点裸眼完井（1）岩石坚硬致密，井壁稳定不坍塌的储层；（2）不要求层段分隔的储层；（3）天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩；(4）短或极短曲率半径的水平井。（1）成本最低；（2）储集层不受水泥浆的伤害；（3）使用可膨胀式双封隔器，可以实施卡堵和分层段的增产作业。（1）疏松储集层，井眼可能坍塌；（2）难以避免层段之间的窜通；（3）不能进行水力压裂作业；（4）生产检测资料不可靠割缝衬管完井（1）井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层；（2）不要求层段分隔的储层；(3）天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩储层。（1）成本相对较低；（2）储集层不受水泥浆的伤害；（3）可防止井眼坍塌。（1）不能实施层段分隔，不可避免层段窜通；（2）无法进行选择性增产增注；（3）无法进行生产控制，不能获得可靠生产测试资料。带ECP管外封隔器的割缝衬管完井（1）要求不用注水泥实施层段分隔的注水开发储层；（2）要求实施层段分隔，但不要求水力压裂的储层；（3）井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层；（4）天然裂缝性或横向非均质的碳酸盐岩或硬质砂岩储层。（1）相对中等程度的完井成本；（2）储集层不受水泥浆的伤害；（3）依靠管外封隔器实施层段分隔，可以在一定程度上避免层段之间窜通；（4）可以进行生产控制、生产检测和选择性的增产增注作业。管外封隔器分隔层段的有效程度取决于水平井眼的规则程度，封隔器的坐封和密封件的耐压、耐温等因素。续表1完井方式适应的地质条件优点缺点带ECP管外封隔器的滑套开关完井（1）要求不用注水泥实施层段分隔的注水开发储层；（2）可以进行水平段分段控制、生产测试、分段改造；（3）井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层；（1）可进行有效生产控制、生产测试；（2）可以选择进行增产增注措施；（3）储层不受水泥浆污染。（1）开关滑套需下连续油管，费用较高；（2）多级组成的滑套，内径受限制。阶梯水平井完井（1）增加可采储量，适合带有夹层的多油层储层；（2）也适合各向异性严重的大厚油层；（3）适合穿越多个边界薄层。（1）增加可采储量；（2）开采难以动用的边际油藏；（3）提高单井产量。应用LWD地质导向，成本较高。多分支井完井（1）适应多种油藏类型；（2）开发老油田的剩余油；（3）因部分井筒需裸眼完井，要求储层坚硬致密。（1）在定向井和水平井基础上，发展起来的油气开采新技术；（2）在一口井上可以实现多目标、多断块穿越。（1）井眼轨迹和井身结构复杂；（2）完井费用较高。射孔完井（1）要求实施高度层段分隔的注水开发储层；（2）要求实施水力压裂作业的储层；（3）裂缝性砂岩储层。（1）最有效的层段分隔，可以完全避免层段之间的窜通；（2）可以进行有效的生产控制、生产检测和包括水力压裂在内的任何选择性增产增注作业。（1）相对较高的完井成本；（2）储集层受水泥浆的伤害；（3）水平井的固井质量目前尚难保证；（4）要求较高的射孔操作技术。裸眼预充填砾石筛管完井（1）岩性胶结疏松，出砂严重的中、粗、细粒砂岩储层；（2）不要求分隔层段的储层；（3）热采稠油油藏。（1）储集层不受水泥浆的伤害；（2）可以防止疏松储集层出砂及井眼坍塌；（3）特别适宜于热采稠油油藏。（1）不能实施层段分隔，不可避免层段窜通；（2）无法进行选择性增产增注作业；（3）无法进行生产控制等。续表1完井方式适应的地质条件优点缺点套管预充填砾石筛管完井（1）岩性胶结疏松，出砂严重的中、粗、细粒砂岩储层；（2）裂缝性砂岩储层；（3）热采稠油油藏。（1）可以防止疏松储集层出砂及井眼坍塌；（2）特别适宜于热采稠油油藏；（3）可以实施选择性的射开层段。（1）储集层受水泥浆的伤害；（2）必须起出井下预充填砾石筛管后才能实施选择性增产增注作业。（3）影响日产油量。双水平井辅助重力泄油完井适用稠油和超稠油油藏，上下两水平井筒上水平井筒注蒸汽，靠蒸汽超覆作用加热油层，粘度降低的热流体流向生产水平井的重力辅助泄油。（1）可采超稠油；（2）注蒸汽热采的阶梯技术；（3）提高采收率钻井难度大，双水平井筒易发生碰撞，必须平行延伸水平井完井方式选择1、按曲率半径选择短曲率半径的水平井，基本上是裸眼完井，主要在坚硬、致密、垂直裂缝储层中应用；中、长曲率半径水平井则要根据储层岩性、流体物性、增产措施、举升方式、能量补充等因素选择完井方式。2、按开采方式及增产增注措施选择水平井水平段越来越长，特别是砂岩油藏中，在生产过程中地层难免不坍塌；稠油和超稠油采用注蒸汽开采，一般储层胶结疏松，需下金属纤维防砂管、预充填绕丝防砂管或筛管；低渗透油田需要压裂酸化增产措施；因水平井采油指数高，地层压力下降快，需注水等补充能量。因而只能用割缝衬管加管外封隔器、滑套加管外封隔器、射孔或下防砂滤管等完井方式。如果选择电潜泵开采，造斜段尽量下移，电潜泵下到直井段内不偏磨，最好选用7in生产套管完井。从事油气田开发20余年的胡文瑞教授给出了水平井完井方式选择的流程图，根据该流程图，结合实际水平井情况，可以选择