完井工程设计

§1-1 完井工程设计理论与方法
钻开储集层
1.储集层两突出特点： 储集有一定压力的油气水；
地层孔隙和裂缝较发育，较好的原始渗透率
2.钻开储集层技术要求： 保护油气层，防止钻井液完井液污染； 控制油气层，防止不必要井喷，安全钻开 3.钻开后储集层储油性质变化： 井内液柱压力大于地层压力。 毛细管力和正压差作用下，钻井液液相和固相进入储层孔隙和裂缝，造
t1—自喷阶段从生产优化目标所得出的油、套管尺寸；t2—所选举升方式下所 获得的油、套管尺寸；t3—满足增产措施要求的油、套管尺寸；t4—其它特殊 工艺要求的油、套管尺寸。
对于稠油开采井，其油管和套管尺寸满足： 稠油开采井油、套管尺寸＝max{Tt1，Tt2，Tt3}
Tt1—所选人工举升方式下所获得的油、套管尺寸；Tt2—满足稠油开采方式下 所获得的油、套管尺寸；Tt3—其它特殊工艺要求的油、套管尺寸。
§1-1 完井工程设计理论与方法
四、完井工艺方案设计

世界各主要产油国广泛使用的完井方 法，70％～90％。

射孔：射孔器在油层某一层段射穿套
管、水泥环并穿透至地层一定深度， 形成油气通道。


炮弹射孔的孔眼也称为炮眼。
射孔完井方式下，孔眼是联系油层和 井筒唯一通道。
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4. 直径较大有枪身射孔器，由于枪身保护， 减小套管和水泥环损坏。
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无枪身射孔器基本特点：
1. 非钢管枪身，射孔后无枪体膨胀，易从井中取出。
2. 无枪身限制，装药量大，穿透性能好。
3. 弹架有挠性，套管弯曲和有缩径时有良好通过性能，一次可射30m或更厚油气层。 4. 重量轻、操作方便，提高施工效率、降低劳动强度 和射孔费用。
套管柱强度设计一般按下列步骤进行：

弄清对套管柱强度设计的基本要求，设计参数和件，初步确定套管种类、螺纹类型；
根据外载荷进行套管抗挤强度设计，确定各段套管钢级和壁厚； 进行套管抗内压强度校核和设计；

进行套管抗拉强度校核和设计。
§1-1 完井工程设计理论与方法
§1-1 完井工程设计理论与方法
（二） 射孔器输送方式 电缆输送式射孔
先期裸眼完井示意图
后期裸眼完井示意图
孔隙型、裂缝型、裂缝-孔隙型或孔隙-裂缝型坚固的均质储集层使用。
井内只有单一储集层，不需分层开采，不含水气夹层的井。
§1-1 完井工程设计理论与方法
优点 ① 排除上部地层干扰，可在污染最小情况下打开储层（先期裸眼完井）
② 打开储集层阶段若遇复杂情况，可及时提钻具到套管内进行处理，避 免事故进一步复杂化。
对于天然气井，要从生产优化和增产措施两个方面来综合考虑并确 定。因此，天然气井的油管和套管尺寸应当是：
天然气井油、套管尺寸＝max{T1，T2，T3}
T1—从生产优化目标所得出的油、套管尺寸；T2—所选举升方式下所获得的 油、套管尺寸；T3—满足增产措施要求的油、套管尺寸。
对于采油井，可分为常规采油井和稠油开采井。对常规采油井，其油 管和套管尺寸应当是： 常规采油井油、套管尺寸＝max{t1，t2，t3，t4}
缺 点
① 出油面积小、完善程度较差； ② 对井深和射孔深度要求严格； ③ 对固井质量要求高，水泥浆
④ 具备分层注、采和选择性压裂或
酸化等分层作业条件。
可能损害油气层。
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尾管射孔完井 工艺步骤：
钻至油层顶界后，下中间套管注水泥完井； 小一级钻头钻穿油层至设计井深，钻具将尾管送 下并悬挂技套上，尾管和技套重合段一般小于 50m； 尾管注水泥固井，射孔。
潜山油藏、层间压力差大的同井
合采 防砂、防腐、防垢 注天然气及其它气体
§1-1 完井工程设计理论与方法
三、生产管柱与生产套管设计
油气井油管及生产套管尺寸必须在完井之前就要选定，而在完井后油管尺寸是 可以更换的，但生产套管则不可能更换。因此生产套管尺寸的选定要考虑到油 井类型、采油方式、增产措施、原油特性及采油工程要求等因素的影响，从节 点分析的油管敏感性分析确定油管尺寸，然后推算出生产套管尺寸，最后确定 技术套管及井身结构。
完井方法选择条件
1. 最大限度保护储层，防止储层伤害 2. 减小油气流入井筒内的流动阻力 3. 有效封隔油气水层，防止层间干扰 4. 克服井塌或出砂，保障长期稳产，延 长寿命 5. 可实施注水、压裂、酸化、热采等增 产措施 6. 工艺简单、成本低
完井方法选择应考虑的因素
1. 地层稳定性: 井眼是否稳定， 地层是否出砂 2. 油层岩性及流体物性 3. 油田开发和采油工程要求 注水、压裂、酸化、注蒸汽热采 调整井；气顶、底水和边水控制 垂直或复合式裂缝及高倾角层状 油层、层状油层、块状油层、古
良好的井身结构，减小储集层浸泡时间
在其他环节，使用低失水、低密度水泥浆；减小作业中关压井次数。
§1-1 完井工程设计理论与方法
完井井底结构类型
1.对完井的要求
最大限度保护储层，防止储层伤害 减小油气流入井筒内的流动阻力 有效封隔油气水层，防止层间干扰 克服井塌或出砂，保障长期稳产， 延长寿命 可实施注水、压裂、酸化、热采等 增产措施 工艺简单、成本低
§1-1 完井工程设计理论与方法
2.射孔完井法 国内外最为广泛和最重要实用的一种完井方法。 包括套管射孔完井和尾管射孔完井。 套管射孔完井
钻穿油层至设计井深
下生产套管至油层底部固井，射孔
射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层某 一深度，建立油流的通道 优 点
① 选择性射开不同压力、物性油层， 避免层间干扰； ② 避开夹层水、底水和气顶 ③ 避开夹层坍塌； 套管射孔完井示意图
人工井壁完井
预充填砾石绕丝筛管完井 陶瓷防砂滤管完井
金属纤维防砂筛管完井
裸眼砾石充填完井 套管内砾石充填完井
4. 复合完井法 有的厚油层适于裸眼完成，但上部有气顶或顶界邻近又有水层时，可将技术 套管下过油气界面，封隔油层上部，然后裸眼完井，必要时再射开其中的含 油段。
§1-1 完井工程设计理论与方法
采油采气工程设计与应用
Design and Application of Oil&Gas Production Engineering
第一章 完井工程设计
§1-1 完井工程设计理论与方法
§1-2 完井工程设计软件
§1-3 完井工程设计案例分析 主讲：周童
§1-1 完井工程设计理论与方法
一、完井工程设计的主要内容
完井工程内容
1、钻开储集层（生产层）； 2、下套管、注水泥、射孔、下生产管柱、排液； 3、确定完井井底结构，使井眼与产层连通； 4、安装井底和井口等环节，直至投产。
完井工程设计的主要内容 一是从钻开油气层开始到投产的全过程都要保护油气层，发挥油气层 的最大产能；
二是利用完井优化设计，根据油藏类型、储层与流体的特性、开发工 艺要求和经济指标，在综合分析的基础上，保证油气层与井筒之间保 持最佳的连通条件。
（1）裸眼完井法
（2）射孔完井法 （3）贯眼完井法
（7）筛管防砂完井法
（8）裸眼砾石充填完井法 （9）渗透性材料固井射孔完井法
（4）衬管完井法
（5）半封闭裸眼完井法 （6）半封闭衬管完井法
（10）渗透性材料衬管完井法
（11）渗透性人工井壁完井法
§1-1 完井工程设计理论与方法
1. 裸眼完井法 储集层裸露，储集层以上，用套 管封固的完井方法。 先期裸眼完井 先下套管固井，后打开储集层。 一般结构距产层20m左右。 后期裸眼完井 先打开储集层，后下套管至产层 以上固井。 裸眼完井适用范围：
无枪身射孔器缺点：
(1) 火工器件与液体直接接触，药柱和壳体承受温 度和压力联合作用，降低射孔器性能指标。 (2) 不像有枪身射孔器能保护套管，在小直径套管 内射孔时，损坏套管可能性很大。 (3) 单位长度上重量轻，特别是用塑料弹壳时，在 加重钻井液里使用，下井比较困难。
§1-1 完井工程设计理论与方法

射孔器指完成射孔工作的设备、装置及其组合。 聚能射孔器、复合射孔器、水力射孔器等。

射孔工艺指选择射孔完井方式所采用的射孔方法。
超正压射孔、正压射孔、负压射孔、复合射孔等

按射孔器材下入井筒的方式可分为油管射孔（TCP）、电缆传输式射孔 (WCP)、过油管式射孔(TTP)等。
§1-1 完井工程设计理论与方法
（一）常用射孔器材 1．聚能式射孔器 最常用，是利用炸药爆轰的聚能效应产生的高温高压高速聚能射流来射穿
套管、水泥环及地层，完成射孔作业。
聚能射孔弹：核心组成部分，根据火药爆燃时聚能效应原理制造的，不同 形状火药在爆燃时能量传递方式不同。
射孔器：将几十发甚至几百发射孔弹串连在一起，用雷管和导爆索引爆射
孔的工具。 按结构分两类：有枪身射孔器和无枪身射孔器
有枪身射孔器—射孔弹装配在密封的钢管内； 无枪身射孔器—单个密封的射孔弹用钢丝、金属杆或薄金属带连起来，直接 下井射孔。
§1-1 完井工程设计理论与方法
有枪身射孔器特点：
1.射孔弹、导爆索、雷管等火品与井内液 体无接触，只受井内温度影响，深井和高 压井，必须用有枪身射孔器。 2. 射孔弹爆轰产物冲击能量大部分被枪身 吸收，弹壳、弹架等留在枪内。 3. 枪与枪之间刚性连接，易实现刚性输送， 大斜度井、水平井以及射孔测试联作。
成孔道堵塞-污染。
水侵：粘土膨胀；水锁；生成沉淀物；破坏油流连续性 泥侵：进入孔隙，堵塞通道；形成泥饼。
§1-1 完井工程设计理论与方法
4.钻开后储集层岩石力学性质变化 储集层钻开后，打破原力学平衡，岩石发生侧向变形，从而对储集层结构造成影 响。 孔隙较多、较大的砂岩储集层，影响不明显。 渗透率降低：裂缝性储层；侧向变形后，微裂缝张开程度减小。 出砂：长期开采，储层压力降低，骨架受力增加，砂岩被压碎而出砂。 5.钻开储集层方法 合理钻井液体系，避免水侵和泥侵损害 合理钻井液密度，采用平衡或欠平衡钻井