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。

泥浆中的增粘剂Xanvis 是一种生物聚合物。

这种泥浆的主要组分有Xanvis、盐、加重材料、降失水剂、pH值控制剂、杀菌剂、防腐剂和解絮凝剂等。

这种泥浆具有携屑和悬浮能力强、润滑能力好和对地层无损害等特点。

在美国和其他国家，用这种泥浆打水平井取得了良好的效果。

(2)合聚乙二醇的磺化聚乙烯共聚物泥浆Milpark钻井液公司最近研制成合聚乙二醇的磺化聚乙烯共聚物泥浆。

泥浆的主要组分有磺化乙烯共聚物、纤维素糖醇、搬土以及体积为1—5％水溶性聚乙二醇。

（3)关于泥浆中固相沉降醇研究泥浆在大斜度井中的沉降问题一直困扰着钻井界，是一个棘手的问题。

M—I和白劳德公司对重晶石等固相在大斜度井中的沉降问题进行了研究，并取得了突破性进展。

过去人们认为，泥浆在大斜度井和水平井中发生固相沉降，是泥浆在静态和动态下发生沉降的结果。

M—l钻井液公司近期的研究发现过去的认识和作法是错误的。

其原因是泥浆在斜井段中沉降机理与在垂直井段的沉降机理完全不一样。

泥浆在斜井段中的沉降机理与血液微粒在倾斜试管中的沉降机理相似。

1920年，外科医生Boycott发现，血液微粒在倾斜试管中的沉降速度比在垂直试管中的速度快。

以后人们把这种沉降叫作Boycott沉降。

M—I钻井液公司用三段透明塑料管组成的z型管进行了试验。

三段z型管的夹角各为45度。

试验液由水和少量聚合物小球组成。

观察结果是，试验液在z形管垂直段基本为受阻沉障，而在倾斜段发生的是Boycott沉降。

试验液发生Boycott沉降的待点是沉降物沿倾斜塑料管的低边向下沉降，而澄清波沿倾斜管的高边向上流动。

在角度转换处迅速转换沉降类型。

为了证明这一理论的正确性，M—I钻井液公司在45—60度角的流动环路中进行了试验，试验用的钻井液是比重为1880公斤／米3的海水木质素磺酸盐泥浆。

试验发现，在环路的低边上形成了重品石沉积床。

M—I公司在这种环路中用各种泥浆进行了70多次试验。

最后的结论是，在倾斜井段，形成沉积床的原因是泥浆发生静态沉降、Boycott沉降和重晶石等加重材料沉积层的突然垮塌造成的。

美国白劳德泥浆公司根据这一原理研制出大角度沉降测试装置。

这种桨置可测出泥浆的沉降系数。

当沉降系数为零时，泥浆不发生沉降。

因此在设计泥浆时，应尽量想办法使沉降系数趋近于零。

这样就可使泥浆不发生或只发生轻微沉降。

过去为了防止泥浆沉降，通常把重点集中在泥浆的屈服值和静切力上。

白劳德泥浆公司的研究结果表明，沉降系数与泥浆各种流变参数的相关系数只有0.6。

而油基泥浆的油水比与沉降系数关系密切。

泥浆的油水比越低，沉降系数就越小。

在相同条件下，油水比为80：20时，泥浆的沉降系数为24.231;油水比为75：25时，泥浆的沉降系数为13.5；而油水比为65：35时，沉降系数为6.920。

因此在设计油基泥浆时，一定要想办法降低油水比，才能把沉降系数控制为最低。

另外，加少量悬浮剂也可以降低泥浆的沉降系数，从而减轻泥浆在大角度和水平井中的沉降趋势。

2、混层金属氢化物(MMH)泥浆的应用在不断发展在过去，国外对混层金属氢氧化物进行了大量的研究，并发表了若干论文。

但近期的应用范围不断扩大而且效果也十分显著。

在现场应用中解决了诸如钻水平井和钻泥层等难题，已成为一种新型泥浆体系，并逐渐得到推广。

MMH泥浆的主要成分有怀俄明搬土、大理石粉、MMH、降失水剂、苏打、低粘PAC和氢氧化钠等。

这种泥浆属非流变性假固体。

在强的机械作用力下其物理形态发生变化，从假固体变成水一样的流体，外界的机械作用一停止，几乎立刻复原成假固体状态。

在美国墨西哥湾，用这种泥浆不但成功地钻成了水平井，而且在末预料到的粘泥层中获得了良好的效果，克服了泥包、堵塞水限和钻速下降等一系列问题。

3、深井泥浆有新的进展（1）新型添加剂匈牙利油气公司研制出一种磺化甲基褐煤衍生物。

在深井和高温井中，用其控制泥浆的失水和流变性收到良好效果。

据匈牙利油气公司报道，用磺化甲基褐煤衍生物已生产出两种新型添加剂：Polytermex-A和Polytermex-D。

其中Polytermex-D可稳定泥浆的高温高压失水，起解絮凝剂的作用，而Polytermex-A 起高温高压降失水和流变性稳定剂的作用。

匈牙利油气公司用这两种处理剂处理加重石膏泥浆取得了很好的现场效果。

(2)SIV泥浆SIV是一种由钠、钾、镁和氧组成的合成多层硅，其热稳定性达370。

这种泥浆的主要组分为SIV、聚合物抗絮凝剂、氯化钾、纯碱、亚硫酸钠和重晶石等。

经过现场和地热试验，证明其效果很好。

二、合理选择防砂技术合理优选水平井的防砂技术方案十分重要，需要进行认真的技术经济分析之后才能做出科学的决策，在常规的井里，管外砾石充填完井的费用通常只占全井总费用的10％以内。

能成功地进行砾石充填完井有许多好处，例如：不限制生产率，长期的生产性能好和可以选择控制生产能力，因此，做出常规井砾石充填完井的决定并不十分因难。

但是，水平井的生产井段长度通常是常规井的10—30倍，完井费用会等于或超过钻井费用。

所以，作业公司对防砂技术的选择要十分慎重；应在具体条件的技术经济分析的基础上优选防砂技术。

依据Bake r Hughes公司专家的建议，水平井防砂技术的适用范围是：(1)割缝衬管：油气层为粗颗粒岩层，产量低和出砂的趋向小的情况下，应该采用这种防砂技术。

(2)钢丝缠绕筛管：油气层为中到粗颗粒岩层，产量低和出砂的趋向小的情况下，应该采用这种防砂技术。

(3)预砾石充填筛管；这种防砂技术适用于大多数的流量、岩层和地层强度条件。

采用薄的由树脂固结的防护层，预砾石充填筛管的结构与性能最佳。

(4)砾石充填筛管：油藏有高的生产能力，并且正寻求最大生产能力和不考虑液流沿筛管外面流动的条件下，以及岩石含有大量粘土物质和岩层很细的条件下，应采用这种防砂技术，在第一次下入井下防砂装置时很可能转功具有井底循环的能力是有益的。

另外，Esso加拿大资源公司等正在发展和现场试验一种新的防砂技术，这种防砂技术装置是在两层割缝衬管之间充填了被称为Meshrite压缩的羊毛状金属过滤器，据介绍，已经进行实验研究和现场试验，水平井是在从阿尔伯达一个矿山隧道钻的，长150米，完井井段长52米。

衬管直径分别为140毫米和178毫米。

注入蒸汽压力维持在低于地层破裂压力的水平。

试验结果表明，Meshrite 过滤器和0.005英寸及0.01英寸的楔形纲丝筛网可以很有效地防止粗颗粒砂的出砂现象。

三、结论总之，水平完井技术水平近几年来有长足发展，已可适应多种类型油气藏优化完井的需要，直井或常规定向井中采用的各种完井方法几乎都在水平井中采用了。

根据每国《油气杂质》调查数据分类统计，自1978年至1989年期间，有125口水平井段长大于3000米的水平井完井资料，注水泥后射孔完井的有8口，注水泥的尾管完井21口，注水泥与割缝衬管组合完井的有7口，预砾石充填筛管完井的有11口，封隔器用于割缝衬管组合完井的有1口，隔热油管完井的有1口，割缝尾管完井的有68口，裸眼完井的有8口，上述统计数据表明，大部分直井和常规定向井的完井方法已在水平井中得到应用和发展[3]。

但是，对于钻井液技术和一些专题难点问题，比如防砂技术，需要进一步开发，毕竟，水平井与常规直井和定向井的完井作业在施工工艺上存在诸多的差别，随着大规模水平井的应用，我们相信，其相关的完井技术会不断的发展，会有更多的新技术应用于水平井的完井工艺上，水平井钻井在大规模勘探开发特殊油气藏上会发挥更加大的作用，水平井的巨大经济效益会越来越凸现。

参考文献[1]万仁溥主编，采油工程手册（上）[M]北京：石油工业出版社，2008.8 257～360[2] 范伟粹主编，国外油气新技术（三）[M]北京：石油工业出版社，1998.7 65～67[3]刘长生，水平钻井大规模勘探开发油气藏[M中国石油天然气总公司科技情报所，1990，45～50。