水平井完井方式及其选择

水平井完井方式及其选择

水平井完井方式可采用裸眼完井、割缝衬管、割缝衬管加管外封隔器、下套管注水泥

进行正常生产或者进行多种作业是非常重要的。某种钻井方式只能适应于某种完井方式。

一、完井方式

1、裸眼完井

裸眼完井费用不高，但局限于致密岩石地层，此外，裸眼井难以进行增产措施，以及沿井段难以控制注入量和产量，早期水平井完井用裸眼完成，但现在已趋步放弃此方法。当今只有在具有天然裂缝的碳酸盐岩油气藏和油气井的泄油半径很小时才使用裸眼完井的方法。

2、割缝衬管完井

该方法是在水平段下入割缝衬管，主要目的是防止井眼坍塌。此外，衬管提供一个通道，在水平井中下入各种工具诸如连续油管。有三种类型的衬管可采用：

1)穿孔衬管。衬管已预先预制好。

2)割缝衬管。衬管已预先铣好各种宽度、深度、长度的缝。

3)砾石预充填衬管。割缝衬管要选择孔或缝的尺寸，可以起到有限的防砂作用。在不胶结地层，则采用绕丝割缝筛能有效地防砂，另外在水平井采用砾石充填，也能有效防砂。

割缝衬管完井的主要缺点是难以进行有效的增产措施，因为衬管与井眼之环形空间是裸眼，彼此连通，同样，也不能进行进行分采。

3、割缝衬管加管外封隔器

该方法是将割缝衬管与管外封隔器一起下入水平段，将水平段分隔成若干段，可达到

沿井段进行增产措施和生产控制的目的。由于水平井并非绝对水平，一口井一般都有多个弯曲处，这样，有时难以下入衬管带几个封隔器

4、下套管注水泥射孔

该方法只能在中、长曲率半径井中实施。在水平井中采用水泥固井时，自由水成分较直井降低得更多，这是因为水平井中由于密度关系，自由水在油井顶部即分离，密度较高的水泥就沉在底部，其结果水泥固井的质量不好。为避免这种现象发生，应做一些相应的试验。

注：1、超短曲率水平井：半径1～2ft，造斜角（45°～60°）/ft；

2、短曲率水平井：半径20～40ft，造斜角（2°～5°）/ft；

3、中曲率水平井：半径300～800ft，造斜角（6°～20°）/（100ft）；

4、长曲率水平井：半径1000～3000ft，造斜角（2°～6°）/（100ft）。

二、完井方式选择

在选择完井方式时，必须重点考虑以下几个方面的问题：

1、岩石地层

若考虑裸眼完井，重要的是保证岩石是致密的，同时钻井过程是稳定的。经验报告和文献指出，若水平井方向是沿着水平最小应力钻井，则井筒显示极好的稳定性。

2、钻井方法

短曲率半径仅用裸眼或可能用割缝衬管完井。对于中、长曲率半径水平井，既可用裸眼，又可用裸眼下割缝衬管或水泥固井射孔完井。

3、钻井液

由于水平井钻井的特殊性，钻井液所造成的地层伤害较直井更大，特别是低渗透层和负压地层。为了减少这种伤害，除了应考虑泥浆的密度和性能外，还应考虑水泥固井射孔完井这种情况，以便通过压裂酸化解除这种伤害。

4、增产措施

若考虑酸化压裂，对水泥固井射孔完井来说，易于控制，可利用桥塞分段酸化；对裸眼井或割缝衬管完井则比较困难，因为沿井段滤失量太大，必要时应利用连续油管减少均匀布酸的困难，利用化学转换剂实现分段酸化（化学转换剂过一段时间后可自行解堵）。

5、生产机理

对凝析气层或气水同产层，完井时应尽量避免水平段的轨迹上下浮动，以免凝析液或水积累在井筒的低部位，难以排出或将天然气气锁在弓形高部位。

6、井下作业及修井

应根据油气层的具体情况，分析今后的气液分布动态，预见今后的井下作业及修井，以确定采用哪种完井方式。

7、水平井报废的技术经济要求

作为完井设计人，必须预先知道水平井报废的具体技术要求和有关特殊规定，以便作出评估。

8、投资风险

使用水泥固井不仅增加了完井费用，延长了作业时间，还必须射孔完井。尽管完井费用的增加似乎还很难判断是否合算，但如果考虑在过早的水淹和井壁产生坍塌的井中侧钻新的井眼这一问题，则注水泥固井这一做法还是意义深远的。

与直井相比，水平井必须有一个更加完善的完井计划。完井计划的制订主要受三个因素的制约。

1、对地层的认识

1）均质地层

这类地层常见于重油砂岩。在正常情况下，它们不需要分段隔离，其完井设计相对简单而容易，水平段大多采取全井裸眼完成，依靠连续油管作业或射孔技术来解除井筒附近的伤害。

2）非均质地层

这类地层中水平井完井设计比较复杂。为了便于采取选择性的增产措施，水平井筒将隔离成若干小段，并选择合适的隔离工具（或隔离方式）。当非均质性严重时，可能会造成井筒的不同位置需要不同的处理强度，有些地方只需要轻微处理一下即可，而其它一些地方却需要采取大规模的强化措施才行。由于超平衡钻井作业，使高渗透地层中的泥浆和滤液侵入较深，伤害较重，因此，往往采取大规模强化措施的就是这些高渗透的地方。非均质地层中水平井的完井方式可采用下套管水泥固井射孔或下预制衬管不固井加套管外封隔器隔

天然裂缝发育的地层中，水平井完井的关键是要保持一个无伤害的裂缝系统。固井时，水泥浆不但要侵入裂缝中，而且会封死裂缝，因此，一般情况下不采用下衬管水泥固井的方式完井。另一方面，如果天然裂缝发育的数量有限，气井完全依靠天然裂缝达不到经济生产能力，企图通过近井地带的处理（如酸化）来提高气井产能又不太可靠，这时，可能需要进行一次水力压裂。对于需要采取水力压裂强化处理的井，可以采取套管水泥固井的方式完井，这样才能实施分段压裂产生多条水力裂缝。

如果要了解裂缝的发育情况，则要求完井方案应考虑在裸眼状态下对水平段进行评价，并且可以根据评价结果对完井方式进行调整。最好的做法是在水平段下入不用水泥固井的衬管，该衬管只在靠近水平井筒末端处预制几个孔眼，且衬管顶端不封死（见图1-3）。

进入衬管内。如果裸眼井产能达到设计要求，则将一个密封装置插入衬管顶部，然后在衬管上射孔完井；如果气井产能低，需要对气层进行水力压裂处理，则可将衬管锁住，按普通水平井衬管固井的方法进行衬管固井。为了提高固井质量，衬管的适当位置应带些扶正器。固井后即可射孔，进行分段选择性压裂。

2、油气藏类型

对于纯气藏，需要考虑何种程度的强化处理才具有经济开采价值，并且，在下套管之前，是否能确定这种强化的程度。根据Canadian Hunter的经验，为使气井具有开采价值，实际需要采取的强化措施可能要比计划采取的措施在处理强度上要高一个等级，也就是说，原计划进行小型基岩酸化的，实际可能需要一个大型酸化；原计划需要一个大型酸化的，实际可能需要一个酸压或加砂压裂。当然，对水平井筒进行裸眼评价是确定其需要处理强度的最好方法。这就需要对下套管程序进行预先计划，并且下套管的程序要有最大的灵活性，允许在进行强化处理之前，采取不下套管或下入不固井衬管的状态下进行裸眼气层的初始评价。评价完后，再重新下入套管固井，进行选择性强化处理。

如果计划可能对气井进行压裂处理，在选择井筒水平延伸方向时，必须有完井工程师参加。水平井筒中产生横向裂缝还是纵向裂缝，这依赖于井筒方向相对于地层最小主应力方向的关系。一般来说，低渗透地层中需要横向裂缝，而高渗透地层中则最好压成纵向裂缝。井筒方向平行于最小主应力方向产生横向裂缝，否则产生纵向裂缝。

对于底水气藏，除了要考虑上述的一切问题之外，完井设计中还应当考虑到在发生水窜时的补救措施。由于水力压裂产生的裂缝会加速水的窜进，这种情况下不宜采取压裂强化。从水窜的补救措施考虑，需要采用下套管或衬管选择性地将井筒隔成若干小段，这种完井方式可以放弃过早进入水窜状态的井段。

3、完井方式

1）裸眼完井（包括拟裸眼完井）

注：广义上讲，裸眼完井包括真裸眼完井和拟裸眼完井，而拟裸眼完井是指下入套管但不固井或下入衬管但不固井的方式。具体包括真裸眼完井、铣槽或预制孔衬管或套管完井、分隔的衬管或套管不固井完井。