完井技术基础

完井技术基础（基础、量大、珍藏版）原创2016-06-09oilcore一点石油概述根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式的过程叫做完井(WellCompletion)。1、完井的要求1).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；2).油、气层和井筒之间应有尽可能大的渗流面积，油、气入井的阻力最小；3).应能有效地封隔油、气、水层，防止气窜或水窜，防止层间的相互干扰；4).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；5)应具备进行分层注水、注气、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；6).对于稠油油藏，则稠油开采能达到热采(主要蒸汽吞吐和蒸汽驱)的要求；7).油田开发后期具备侧钻定向井及水平井的条件；8).工工艺尽可能简便，成本尽可能低；2、完井方式1).射孔完井(perforating)又分为:套管射孔完井、尾管射孔完井；2).裸眼完井方式(Open-hole)；3).割缝衬管完井方式(SlottedLiner)；4).砾石充填完井方式(GravelPacked)又分为:裸眼砾石充填完井、套管砾石充填完井、预充填砾石饶丝筛管；3、完井井口装置一口井从上往下是由井口装置、完井管柱和井底结构三部分组成。井口装置主要包括套管头、油管头和采油(气)树三部分，井口装置的主要作用是悬挂井下油管柱、套管柱，密封油管、套管和两层套管之间的环形空间以控制油气井生产；回注(注蒸汽、注气、注水、酸化、压裂和注化学剂等)和安全生产的关键设备。完井管柱主要包括油管、套管和按一定功用组合而成的井下工具。下入完井管柱使生产井或注入井开始正常生产是完井的最后一个环节。井的类型(采油井、采气井、注水井、注蒸汽井、注气井)不一样，完井管柱也不一样。即使都为采油井，采油方式不同，完井管柱也不同。目前的采油方式主要有自喷采油和人工举升(有杆泵、水力活塞泵、潜油电泵、气举)采油等。井底结构是连接在完井管柱最下端的与完井方法相匹配的工具和管柱的有机组合体。4、完井主要作业步骤1).按设计要求摆放地面设备2).立钻杆或管柱3).装防喷器/功能/压力试验4).刮管洗井5).射孔校深6).投棒点火7).反涌/洗井8).再次刮管洗井9).下封隔器10).下防砂管柱12).下生产管柱13).拆井口防喷器14).装井口采油树15).卸载16).验收交井==十大完井工具==海上油(气)田完井生产管柱中常用井下工具种类包括:封隔器(Packer)、井下安全阀(SSSV)、滑套（SlidingSleev）、工作筒（Nipple）、偏心工作筒（SidePocketMandrel）、座落接头（SeatingNipple）、流动短节（FlowCouping）、加厚管（Blastjoint）、测试阀、泄油阀、工作筒、堵塞器等。1、封隔器封隔器是生产管柱中最主要的井下工具之一，其主要功能如下：分隔生产层段，防止层间流体和压力的串通和干扰；分隔压井液和生产液；满足采油（气）生产和修井作业的各种要求；保留住套管环空中的封隔液，起到保护套管和安全生产的作用。用于海上油（气）田完井的封隔器可分为可回收式和永久式两大类型，而按坐封方式，可分为液压坐封、机械坐封和电缆坐封。封隔器可分为很多种，根据实际生产需要进行合理的选型。封隔器最主要的部分就是卡瓦和胶皮，有些封隔器没有卡瓦（裸井井用封隔器）。封隔器种类繁多，最主要的功能就是卡瓦与套管间的支撑和脱皮与套管间的密封而进行一定位置的密封。△一种封隔器2、井下安全阀井下安全阀是井中流体非正常流动的控制装置，如海上采油平台发生火灾、管线破裂、井喷、地震引起的油井失控等，这样井下安全阀能自动关闭，实现井内流体的流动控制。1）安全阀的分类：钢丝可回收安全阀油管携带式安全阀套管环空安全阀最常用的安全阀为油管携带式安全阀2）作用原理通过地面加压，液压油通过压力液控管线传至传压孔到活塞，推动活塞向下移动并压缩弹簧，将活瓣活门打开，如果一直保持液控压力，安全阀处于打开状态；释放液控管线压力，靠弹簧张力向上推动活塞上移，阀板处于关闭状态。△井下安全阀3、滑套（井下流动流体控制工具一种）1）滑套能够通过内外套之间的的配合，来关闭或者连通生产管柱与环空之间的连通，其主要作用如下：完井后诱喷；循环压井；气举；坐挂射流泵多油层井可进行分采，分层测试，分层增注等；多层混采；下入堵塞器关井或油管试压；循环化学药剂防腐等。2）工作原理滑套通过移动内套筒来关闭或连通油管与环形空间的通道，当内套筒的孔道对着滑套本体的通道时，滑道处于打开状态，当两者错开时，滑套关闭。滑套上部有工作筒，用于固定与滑套有关的井下流动控制装置，内套筒上下各有一个密封端面，可与井下装置的密封盘根相配合起密封作用。将滑套开关工具连接在基本工具串之下，进行钢丝作业，可对井下滑套进行开关作业，有的向下震击使套筒下移打开滑套，有的则需向上震击使内套筒上移打开滑套。△滑套4、工作筒（Nipple）1）工作筒的分类和用途►工作筒的分类：（1）按定位方式分：有选择型(Selictivity)、顶部止动(TopNO-GO)和底部止动(BottomNO-GO)三类，如图a、b、c所示。有些工作筒可兼有选择型和顶部止动(如图b)。所谓选择型是指工作筒的内径没有缩径部位，同一尺寸的坐入工具可以通过它，所以同一管串中可以下入多个同一尺寸的工作筒，顶部止动是指密封工作筒内径为缩径部位堵塞器顶部带上动台阶止动作用在顶部，而底部止动的缩径部位在底部，堵塞器密封段通不过去，在底部止动一般都安装在同一管柱的最底部，作为仪表挂座和防止钢丝工具串掉入井底。（2）按工作压力分：有常压和高压，前者用于常规井，后者用于高压油气井。►工作筒的用途：坐入堵塞器。坐入井下自动控制安全阀。坐入单流阀。下入减压工具（节流嘴）以降低井口压力。与抛光短节（PolishedNipple）配合，安装分离套或短节，修补油层附近的损坏油管或加厚管。坐挂井下测量仪器。钢丝作业时，可防止工具串落入井底。△工作筒5、偏心工作筒1）功能结构偏心工作筒是重要的完井井下工具之一，它与各种气举阀结合，实现不同的气举方式，下入不同尺寸的水嘴，实现分层配注，它的结构如图所示，由基管和偏心筒两部分组成，基管尺寸与油管尺寸相同，上部有定位套，偏心筒内有工具识别头、锁定槽、密封筒以及外部连通孔。2）偏心工作筒的特点：定位性：使各种井下工具偏心，准确定向进入偏心筒内。识别性：使正确尺寸的井下工具偏心下入偏心筒，而使其它较大尺寸的工具通过基管。允许较大的试验压力。3）偏心工作筒的作用：气举、注化学药剂、注水、循环压井等。△偏心工作筒6、堵塞器在无井下安全阀或安全阀失效时，由钢丝作业，在工作筒内下入相应尺寸的堵塞器关井。在完井或修井作业时，对油管试压以及坐封液压封隔器。海上常用的工作筒为OTIS及BAKER两家公司产品。△堵塞器7、气举阀（GasLiftValve）偏心工作筒内下入气举阀，可实现不同的气举生产方式，如连续气举或间隙气举。△气举阀投放过程8、流动短节（FlowCoupling）流动短节实际上是加厚管，其内径与油管内径一致，但外径稍大，通常用于安全阀上、下端。高产油气井使用，一般产量的油井可选择使用或不用，高产油气流在流经安全阀时会因缩径而产生节流作用，造成在其上、下两端产生涡流冲蚀磨损。△流动短节9、泄油阀泄油阀一般安装在单流阀以上1-2根油管处，它是检泵作业上提管柱时油管内流体的排放口，以减轻修井机负荷和防止井液污染平台甲板和环境。泄油阀目前有两种：投棒泄流、投球液力泄流。前者用于稀油和高含水稠油井较合适；后者用于低含水稠油井，成功率高。△常用的泄油阀10、刮管器1）用途：用于清除残留在套管内壁上的水泥块、水泥环、硬腊、各种盐类结晶或沉积物、射孔毛刺以及套管锈蚀后所产生的氧化铁等脏物，以畅通无阻地下入各种井下工具。尤其在井下工具与套管内径环形空间较小时，更应在充分刮销之后进行下步施工。2）结构：由本体、刀板、固定块、压块等零件组成。3）工作原理：入井前刮削器大片的最大安装尺寸比套管内径大，入井后刀片受力压下弹簧，由弹簧提供径向进给力。当刮削坚硬材料时，经多次刮削才能刮至套管内径尺寸。刮削器连接在下井管柱的下端，管柱的上下移动便是挂下过程中的轴向进给。从刀片的结构可看出，每一螺旋形刀片有内外两个弧形切削刃，上下往复刮削时内外两刃轮流工作，两刃之间又有一较宽的横刃带面起着对已刮削面磨切作用。条形刀片按左螺旋线均匀分布在刮削器表面，有利于上返泥浆带走被刮切下来的杂物。△常用的刮管器在完井过程当中，砂扮演着非常重要的角色。在防砂完井当中，人工砂粒能够有效地防止地层出砂，保证油气正常开采。在压裂作业当中，人工砂粒又能够有效支撑地层裂缝，防止裂缝重新闭合，今天大家一起来认识一下—神奇的砂。==防砂技术==油气井出砂是疏松砂岩油气藏面临的重要问题之一，油井出砂会造成油气井减产或停产，严重的可导致油气井报废，因此防砂作业是油气井完井作业中的重中之重。1、出砂危害油气井出砂是疏松砂岩油气藏面临的重要问题之一。出砂的危害主要表现在以下三个方面：1）油井减产或停产2）地面及井下设备加剧磨蚀3）套管损坏，油井报废2、出砂机理地层是否出砂取决于颗粒的胶结程度—地层强度。一般说来，地层应力超过过地层强度就可能出砂。地层应力包括构造应力、上覆压力、流体对颗粒的摩擦力、生产压差的拖曳力等。而地层强度由颗粒的胶结类型、胶结物含量、孔隙内流体内聚力、颗粒之间的摩擦力来决定。3、出砂因素1）先天因素油气井出砂的先天因素指砂岩地层的地质条件，如胶结物含量及分布，胶结类型，成岩压实作用，地质年代等。一般说，胶结物含量高，分布均匀，地质年代早，埋藏深，成岩强度就高，越不易出砂，反之亦然。2）开发因素①采液速度突然发生变化或采油速度过高；②低质量（指对地层伤害严重）和频繁的修井作业；③不合理的生产及作业措施造成油层伤害；④地层压力持续下降，油井含水上升；⑤开发中、后期油井提液，加剧了对颗粒的冲刷，泥质胶结的地层防膨措施不当；4、防砂方法防砂方法分类按防砂机理及工艺条件，防砂方法大致分为机械防砂、化学防砂、砂拱防砂及其他方法。1）机械防砂①第一类：仅下入防砂用的滤砂管柱，如割缝衬管、绕丝筛管、各类地面预制成型的滤砂器（如双层预充填筛管、树脂砂粒滤砂管、金属棉纤维滤砂管、多孔陶瓷滤砂管等）。这种方法简单易行，施工成本低，但是滤砂器易堵塞，不能阻止地层砂进入井筒，只宜用于中、粗砂岩地层。②第二类：在下入绕丝筛管（或其他滤管）后，再用高渗透砾石充填于筛管和井壁之间的油井环空，并部分挤入井筒周围地层，形成多级过滤屏障，阻止地层砂运移，是当今最流行的防砂方法，也就是大家常说得—砾石冲填防砂。2）化学防砂化学防砂是通过向套管外地层中挤入一定数量的化学剂或化学剂与砂浆的混和物，达到充填、胶固地层之目的，提高地层强度，减缓出砂。按工艺性可分为两种：①胶固地层：挤入树脂或其他化学固砂剂，直接将地层砂固结；②人工井壁：用树脂砂浆液、预涂层砾石、水带干灰砂、水泥砂浆、乳化水泥等挤入井眼周围地层中，固结后建立一个可渗透的人工井壁，阻止地层出砂。化学防砂一般适用于薄层短井段，若井段太长，视情况采取措施分段施工。此法对粉细砂岩的防砂效果优于机械防砂。3）砂拱防砂：砂拱防砂是一种在油气井射孔完成后，不再下入任何机械装置或挤入化学剂的防砂方法。它防砂的实质是要靠一种机械作用力强迫压实出砂的裸眼井壁，以提高井眼周围的地层应力水平达到甚至超过地层未钻开前的原始应力。这样可减少出砂的可能性，油井投产时，地层砂流入射孔处，可自然堆积，形成具有一定承载能勺的砂拱，类似于桥梁的桥拱，可进一步阻止地层出砂。5、砾石充填防砂砾石充填防砂技术是目前应用最为广泛的一种防砂技术，该方法防砂可在井眼内（裸眼或套管内）正对出砂地层下入金属全焊接的绕丝筛管，然后泵入砾石砂浆于筛管和井眼环空，如果是套管射孔完成井，还要将部分砾