完井技术国内外发展现状分析

完井技术国内外发展现状分析第1章前言1.1 现代完井技术发展现状完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油气层开始，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。

完井设计水平的高低和完井施工质量的优劣,对油气井生产能否达到预期指标和油田开发的经济效益有决定性的影响。

近十多年来,国内外完井均有了较快发展,并已发展成为独立的学科。

除常规井完井技术日益完善外,其他特殊井完井也得到了很大发展,如水平井完井、复杂地质条件下的完井、小井眼完井、分支井完井、深井超深井完井、现代智能完井、膨胀管完井等。

国内在完井技术方面虽然取得了一些进步,但是与国外相比,完井技术还有很大差距,特别是在不同储层选择合适的完井方式、水平井完井、欠平衡井完井、小井眼完井、分支井完井,从而影响了油气井的产量及经济效益。

1.2 本文的主要研究内容1．查阅现代完井技术方面的文献，对各种完井技术现状进行综合性分析：(1)射孔完井技术；(2)割缝衬管完井技术；(3)砾石充填完井技术；(4)膨胀管完井技术；(5)封隔器完井技术；(6)智能完井技术。

2. 调研国内外最新完井技术现状，重点分析国内外现代完井技术现状、最新进展、应用成果以及发展趋势等,并对国内完井技术方案实施的可行性和完井技术的研究方向作初步预测和探讨。

第2章常规完井技术完井方式的选择主要是针对单井而言。

虽单井属于同一油藏类型，但是所处构造位置不同，所选定的完井方式也不尽相同，如油藏有气顶、底水，若采用裸眼完成，技术套管则应将气顶封隔住，再钻开油层，而不钻开底水层。

若采用射孔完成，则应避射气顶和底水。

又如油藏有边水，套管射孔完成时，油田开发要充分利用边水驱动作用，避射开油水过渡带。

下面主要介绍常用的几种常规完井方式[1]。

2.1 裸眼完井技术裸眼完井方式分先期裸眼完井方式、复合型完井方式和后期裸眼完井方式三种。

先期裸眼完井方式（如图2-1）是钻头钻至油层顶界附近后，下套管柱水泥固井。

水泥浆上返至预定设计高度后，再从套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开油层至设计井身完井。

复合型完井方式（如图2-2）是指适合于裸眼完井的厚油层，但上部有气顶或顶界邻近又有水层时，可以将技术套管下过油气界面，使其封隔油层的上部，然后裸眼完井，必要时再射开其中的含油段。

后期裸眼完井方式（如图2-3）是不更换钻头，直接钻穿油层至设计井深，然后下套管至油层顶界附近，注水泥固井。

固井时，为防止水泥浆损害套管鞋以下的油层，通常在油层段垫砂或者换入低失水、高粘度的钻井液，以防水泥浆下沉。

图2-1 先期裸眼完井示意图1—表层套管 2—生产套管 3—水泥环4—裸眼井壁 5—油层图2-2 复合型完井方式示意图1—表层套管 2－生产套管 3－水泥环 4－气顶5－射孔井眼 6－油层 7－裸眼井壁图2-3 后期裸眼完井示意图1－表层套管 2－生产套管 3－水泥环4－套管外封隔器 5－井眼 6－油层2.2 射孔完井技术射孔完井是国内外最广泛和最主要的使用的一种完井方式，包括套管射孔完井和尾管射孔完井[2]。

套管射孔完井（如图2-4）是钻穿油层直至设计井身，然后下生产套管至油层底部注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层至某一深度，建立起油流的通道。

图2-4 套管射孔完井示意图1－表层套管 2－生产套管 3－水泥环4－射孔孔眼 5－油层尾管射孔完井（如图2-5）是在钻头钻至油层顶界后，下套管柱水泥固井，然后用一小级钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在套管上，再对尾管注水泥固井，然后射孔。

图2-5 尾管射孔完井示意图1－水泥环 2－悬挂器 3－表层套管 4－生产套管；5－尾管 6－射孔孔眼 7－油层应针对油气藏地质特征、流体特征、油气井类型（直井、定向井或水平井）选择与之相应的射孔工艺技术，目前主要运用的射孔工艺主要有以下几种：(1)电缆输送套管枪射孔工艺（WCP）按采用的射孔压差和井口密封方法可以分以下三种方式。

①电缆输送套管枪正压射孔工艺。

射孔前用高密度射孔液压井，造成井底压力高于地层压力。

在井口敞开的情况下，利用电缆下入射孔枪。

通过接在电缆上的磁性定位器测出定位套管接箍对比曲线，调整下枪深度，对准层位，在正压差下对油、气层部位进行射孔。

起出射孔枪后，下油管并接好井口，进行替喷、抽汲或气举等进行诱喷，以使油气井投产。

正压射孔具有施工简单，成本低和高孔密、深穿透的优点，但正压会是射孔也的固相和液相侵入储层而导致较严重的储层伤害。

②电缆输送套管枪负压射孔工艺。

这种射孔工艺基本上与电缆输送正压射孔工艺相同，只是射孔前将井筒液面降低到一定深度，已建立适当的负压。

这种工艺主要用于中、低压薄油藏。

③电缆输送套管枪带压施工射孔工艺。

与上述两种工艺不同的是井口是封闭的，可以实现大直径电缆枪负压射孔，避免了正压射孔可能给油层带来的严重伤害，主要用于常压和高压油藏。

该工艺的关键是井口电缆的动密封和高压放喷系统设备配套，结合电缆射孔分级点火技术，可减少防喷系统的拆卸，从而降低劳动强度，提高作业效率。

(2)油管输送射孔工艺（TCP）油管输送射孔工艺是利用油管将射孔枪下入油层部位射孔。

有关下部连有压差式封隔器、带孔短节和引爆系统，油管内只有部分液柱造成射孔负压。

通过地面投棒引爆、压力或压差式引爆或电缆湿式引爆等各种方式使射孔弹爆炸而一次全部射完油气层。

如图2-6是典型的TCP施工管柱。

图2-6 TCP管柱示意图油管输送射孔具有高孔密、深穿透的优点，负压值高，易于解除射孔对储层的伤害。

近年来，国外针对高温深井的特殊情况有开发了新的油管和电缆输送系统（TWC），该系统综合了WCP和TCP的优点，既能实现高孔密、深穿透负压射孔，有满足了一些高温深井的特殊要求。

TWC系统的高性能射孔枪是通过油管传输到设计油管深度，当井准备投产时，下入电缆，将连接在油管下端的射孔枪解锁，然后通过电缆将射孔枪传送到预射层位，利用坐封工具将射孔枪锚定在尾管上，然后取出电缆和坐封工具，通过油管加压延迟引爆射孔。

图2-7是TWC工艺工程简图，自动丢枪后即可转入正常生产。

图2-7 油管和电缆输送系统示意图该系统优点主要在于可大大缩短射孔枪暴露在高温高压环境的时间，具有油管输送射孔的深穿透与高孔密和负压射孔等优点、安全可靠，不足之处在于施工过程较复杂。

(3)模块枪电缆射孔工艺模块电缆射孔技术是针对地层压力大的高压油气井，利用电缆传输方式实现油管输送式射孔完井过程，达到防喷的目的，并且能过实现定方位射孔。

该工艺是将模块枪用电缆分段下井，锚定套管壁上，引爆模块枪一次射开全部射孔段悬挂器和模块枪将自动释放丢到井底，然后通过电缆防喷器，井口带压操作捞出射孔枪。

该工艺的最大优点是射孔枪不需要油管下入，而由电缆下送并锚定射孔目的层位，一次射开长射孔井段并自动丢枪到井底，从而实现全通径生产完井管柱。

可在负压条件下射孔，保护了储层，能最大限度的提高油气井生产能力。

(4)电缆输送过油管射孔工艺（TTP）①常规过油管射孔。

这是最早的使用的负压射孔工艺，首先将油管下至油层顶部，装好采油树和防喷管，射孔枪和电缆接头装入防喷管内，准备就绪后，打开清腊闸门下入电缆，射孔枪通过油管下出油管鞋。

用电缆接头上的磁定位器测出短套管位置，调整深度使射孔枪对准储层，点火射孔。

②过油管张开式射孔（Extended-diameter TTP）。

鉴于常规过油管射孔技术在使用中存在过油管弹药量小、穿深浅、油气产能低等一些问题, 1993年～1994年, 美国先后推出一种新的过油管深穿透射孔器系统——过油管张开式射孔枪,把过油管射孔技术推进到一个新的阶段。

适用于生产井不停产补孔和打开新层位。

国内的四川气田在1996年完成研制工作,1997年通过大庆油田检验“九五”项目组验收, 1998年4月通过总公司鉴定。

在四川资4井、长庆陕138井、德阳浅气层等进行6井次现场服务均获成功, 产能得到很大提高, 节约修井费用。

(5)超正压射孔工艺（正向冲击）超正压(氮气或液压) 射孔是90年代兴起的一项试油射孔技术，如图2-8。

最初由Oryx公司进行研究,主要目的是改善井的初始完井效率。

由于氮气的惰性特性, 使得它对井下流体物化性质无不良影响, 而且可以迅速排放, 不污染施工现场周围环境。

采用水力压裂(含酸压) 可以降低破裂压力。

、图2-8 超正压射孔井下管柱示意图目前该技术在国内使用的加压方式有三种, 即纯氮气加压、氮气和液柱混合加压以及纯液柱加压。

研究表明: 采用超正压射孔作业和多种增产措施配套使用, 可以大大改善初期完井效果。

(6)定方位射孔工艺该技术主要应用于裂缝性油藏射孔、水平井射孔、欲压裂井射孔和防砂射孔作业一般对准裂缝发育方位或正交于最小水平地应力方位射孔，有利用防砂和进行压裂施工作业，可大大提高作业成功率和效率。

目前通过国外在大量油气田的实践中，该技术取得了良好的效果。

(7)全通径射孔技术利用射孔弹爆炸的能量，使射孔枪串内部的弹体、弹架、固弹体等构件破碎或燃烧，实现枪串内部的全通。

燃烧式弹架（含能弹架）以复合火药为原材料加工而成，通过调整燃烧速度，实现在射孔的同时引燃、销毁，几乎没有残留物,并且燃烧产生的气体可以起到改造地层的作用。

(8)其它射孔工艺技术为了更有效的处理多层, 国外推出了一种新型的射孔方法—套管外射孔, 一改传统的套管内射孔, 在套管井壁环空下入射孔枪射孔, 可对多层地层顺序射孔并分层增产。

自从连续油管运用于钻井、压裂作业以来, 国外展开了连续油管输送射孔完井方面的研究。

连续油管是卷绕在卷筒上拉直后直接下井的长油管, 我国近年来也展开了相关的研究,这两项技术目前仍处于试验研究阶段。

2.3 割缝套管完井技术割缝衬管完井方式是当前主要的完井方式之一。

它既起到裸眼完井的作用，又防止了裸眼井壁坍塌堵塞井筒，同时在一定程度上具有防砂的作用。

由于这种完井方式的工艺简单，操作方便，成本低，因此在一些出砂不严重的中粗砂砾油层中不乏使用，特别是在水平井中使用较为普遍。

割缝套管完井方式有两种完井工序[3]。

一种用同尺寸的钻头钻开油层后,套管柱下端连接衬管下入油层部位，通过套管外封隔器和水泥接头固井封隔油层顶界以上的环形空间，如图2-9所示。

由于此种完井方式中的井下套管损坏后无法修理或者更换，因此一般都采用另外一种完井工序，即钻至油层顶界后，先下套管注水泥固井，再从套管中下入直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深，最后在油层部位下入预选的割缝衬管，依靠衬管顶部的衬管悬挂器，将衬管挂在套管上，并密封衬管和套管之间的环形空间，使油气通过衬管的割缝流入井筒，如图2-10所示。

使用这种完井工序的油层不会遭受固井水泥浆的损害，可以采用与油层相配伍的钻井液或其他保护油层的钻井技术钻开油层，当割缝衬管发生磨损或者失效时也可以起出修理或更换。