完井与砾石充填设计

防 砂
• 地层出砂原因
地质因素 地质构造力的影响 颗粒胶结性质 流体性质
开采因素 地层压降及生产压差 流速 含水上升及注水 地层伤害 蒸汽吞吐开采 其他
完井因素 射孔孔道充填物 射孔参数
防 砂
• 地层出砂机理
剪切破坏 拉伸破坏 岩石破坏准则 拉伸破坏准则 库仑—纳维尔准则 库仑 纳维尔准则 德鲁克—普拉格准则 德鲁克 普拉格准则
砾石充填设计
• 砾石设计
砾石设计主要包括砾石尺寸设计、 砾石设计主要包括砾石尺寸设计、砾石质量 砾石尺寸设计 控制、砾石用量计算三方面的内容 计算三方面的内容。 控制、砾石用量计算三方面的内容。 砾石尺寸设计 若地层砂非均质严重，砂粒粒度分布范围广，可 若地层砂非均质严重，砂粒粒度分布范围广， 扩大砾石尺寸范围，用下式计算： 扩大砾石尺寸范围，用下式计算： D50＝(4~8)d50 具有使用价值的砾石尺寸确定方法是Schwartz 具有使用价值的砾石尺寸确定方法是Schwartz 方法，适用于高产油井和水井 高产油井和水井。 方法，适用于高产油井和水井。该方法是考虑地层 砂的均匀程度和流体通过筛缝的流速来确定充填砾 石的尺寸。 石的尺寸。
完井与砾石充填设计
完井方式及选择 防砂方法 砾石充填设计
完井方式
完井方式是指油层与井筒的连通方 不同的油藏地质和开采条件， 式，不同的油藏地质和开采条件，其完 井方式不同。 井方式不同。 目前完井方式有多种类型，以满足 目前完井方式有多种类型， 各种性质油气层有效开发的需要，但各 各种性质油气层有效开发的需要， 自都有其适用条件和局限性。 自都有其适用条件和局限性。不同完井 方式的井底结构和井口设备以及完井工 艺方面都有所不同。 艺方面都有所不同。
完井方式 射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 ※砾石充填完井方式
Байду номын сангаас
砾石充填完井
对于胶结疏松出砂严重的地层，一般 对于胶结疏松出砂严重的地层， 应采用砾石充填完井方式/ 应采用砾石充填完井方式/它是人为地在衬 管和井壁之间充填一定尺寸的砾石， 管和井壁之间充填一定尺寸的砾石，使之 起防砂和保护生产层的作用。 起防砂和保护生产层的作用。 为了适应不同油层特性的需要， 为了适应不同油层特性的需要，裸 眼完井和射孔完井都可以充填砾石， 眼完井和射孔完井都可以充填砾石，分 别称为裸眼砾石充填 套管砾石充填。 裸眼砾石充填和 别称为裸眼砾石充填和套管砾石充填。
完井方式 射孔完井方式 ※裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式
裸眼完井方式分先期裸眼完井方式、 裸眼完井方式分先期裸眼完井方式、复合型完 先期裸眼完井方式 井方式和后期裸眼完井方式。 井方式和后期裸眼完井方式。
（1）先期裸眼完井：钻头钻至油层顶界附近后，下套管注 先期裸眼完井：钻头钻至油层顶界附近后， 水泥固井。水泥浆上返至预定的设计高度后， 水泥固井。水泥浆上返至预定的设计高度后，再从套管中 下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞， 下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深 完井。 完井。 （2）复合型完井：有的厚油层适合于裸眼完成，但上部有 复合型完井：有的厚油层适合于裸眼完成， 气顶或顶界临近又有水层时， 气顶或顶界临近又有水层时，也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， 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，此类完井称为复合型完井方式。 开其中的含油段，此类完井称为复合型完井方式。 （3）后期裸眼完井：不更换钻头，直接钻穿油层至设计井 后期裸眼完井：不更换钻头， 然后下套管至油层顶界附近，注水泥固井。 深，然后下套管至油层顶界附近，注水泥固井。
砾石充填设计
• 施工分步设计程序
砾石充填设计
• 1.充填方式选择 充填方式选择
根据防砂油层、油井的特点和设计原则等， 根据防砂油层、油井的特点和设计原则等， 结合完井类型选择出最合适的砾石充填方式。 结合完井类型选择出最合适的砾石充填方式。
• 2.地层预处理设计 2.地层预处理设计
根据油层砂样分析化验的结果和防砂井的具 体情况，确定酸化解堵和粘土稳定处理等措施， 体情况，确定酸化解堵和粘土稳定处理等措施， 同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题。 同时考虑防乳化、防止新生沉淀等问题。这一步 对于提高施工成功率、 对于提高施工成功率、保证油井产能有着重要的 意义。 意义。
水平井完井技术
目的常见的水平井完井方式主要有裸眼完井、 目的常见的水平井完井方式主要有裸眼完井、割缝 衬管完井、带管外封隔器(ECP)的割缝衬管完井、 (ECP)的割缝衬管完井 衬管完井、带管外封隔器(ECP)的割缝衬管完井、射孔完 井和砾石充填完井五类，各种完井方式的优缺点见表所示。 井和砾石充填完井五类，各种完井方式的优缺点见表所示。
完井方式 ※射孔完井方式 裸眼完井方式 割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式
套管射孔完井
套管射孔完井是钻穿油层直至设计井深， 套管射孔完井是钻穿油层直至设计井深，然后 下油层套管至油层底部注水泥固井，最后射孔， 下油层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、水泥环并穿透油层某一深度， 孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层某一深度， 建立起油流的通道。 建立起油流的通道。 套管射孔完井既可选择性射开不同压力、 套管射孔完井既可选择性射开不同压力、不同 物性的油层，以避免层间干扰，还可避开夹层水、 物性的油层，以避免层间干扰，还可避开夹层水、 底水、气顶和夹层的坍塌， 底水、气顶和夹层的坍塌，具备实施分层注采和选 择性压裂或酸化等分层作业的条件。 择性压裂或酸化等分层作业的条件。
完井方式选择需要考虑的因素
直井完井方式的选择
相对来讲，直井完井的工艺技术较简单、 相对来讲，直井完井的工艺技术较简单、 建井周期短、造价低。油藏类型、 建井周期短、造价低。油藏类型、渗流特征 和原油性质不同，完井方式也会不同。 和原油性质不同，完井方式也会不同。砂岩 油气藏的完井方式选择流程、 油气藏的完井方式选择流程、碳酸盐岩袖气 藏的完井方式选择流程、火成岩、 藏的完井方式选择流程、火成岩、变质岩等 油藏的完井方式选择流程分别如图所示。 油藏的完井方式选择流程分别如图所示。
水平井及定向井的完井方式选择
水平井完井方式选择可分为两类：一是按曲率半径 水平井完井方式选择可分为两类：一是按曲率半径 选择完井方式，二是按开采方式及增产措施选择完井方式 按开采方式及增产措施选择完井方式。 选择完井方式，二是按开采方式及增产措施选择完井方式。 对水平井采用注蒸汽开采稠油， 对水平井采用注蒸汽开采稠油，其完井方式大多采用 割缝衬管完井， 割缝衬管完井，再下金属纤维滤砂管或预充填绕丝筛管防 砂，如我国胜利乐安油田采用了割缝衬管和套管射孔完井； 如我国胜利乐安油田采用了割缝衬管和套管射孔完井； 对低渗透油层的水平井，需进行压裂措施， 对低渗透油层的水平井，需进行压裂措施，因此只能采用 套管射孔完井，即使采用割缝衬管加套管外封隔器完井， 套管射孔完井，即使采用割缝衬管加套管外封隔器完井， 也只能进行小型酸化措施，而无法进行压裂措施；至于定 也只能进行小型酸化措施，而无法进行压裂措施；至于定 向井完井方式的选择 因其井料大致在50度左右 完井方式的选择， 度左右， 向井完井方式的选择，因其井料大致在 度左右，其完 井方式基本上可以同直井一样进行选择。 井方式基本上可以同直井一样进行选择。
防 砂 方 法 分 类
砾石充填设计
• 基本原则
（1）注重防砂效果，正确选用防砂方法，合理 ）注重防砂效果，正确选用防砂方法， 设计工艺参数和步骤， 设计工艺参数和步骤，达到阻止地层出砂目的 （2）采用先进工艺技术，减少对油井产能影响 ）采用先进工艺技术， （3）注重综合经济效益，提高设计质量和施工 ）注重综合经济效益， 成功率， 成功率，降低成本
尾管射孔完井
尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后， 尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后，下技术 套管注水泥固井， 套管注水泥固井，而后用小一级的钻头钻穿油层至设 计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上， 计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上，尾 管和技术套管的重合段一般不小于50m 50m， 管和技术套管的重合段一般不小于50m，再对尾管注水 泥固井，最后射孔。 泥固井，最后射孔。 尾管射孔完井由于在钻开油层以前上部地层已被 技术套管封固，因此可以采用与油层相配伍的钻井液 技术套管封固， 以平衡压力、欠平衡压力的方法钻开油层， 以平衡压力、欠平衡压力的方法钻开油层，有利于保 护油层。 护油层。此外这种完井方式可以减少套管重量和油井 水泥的用量，从而降低完井成本。 水泥的用量，从而降低完井成本。目前较深的油气井 大多采用此方法完井。 大多采用此方法完井。
裸眼完井的优点
油层完全裸露， 油层完全裸露，不会因井底结 构而产生油气流向井底的附加渗流 阻力。这种井称为水动力学完善井， 阻力。这种井称为水动力学完善井， 其产能较高，完善程度高。 其产能较高，完善程度高。
裸眼完井的缺点
不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的 影响 不能克服生产层范围内不同压力的油、气、 不能克服生产层范围内不同压力的油、 水层的相互干扰 无法进行选择性酸化或压裂 先期裸眼完井法在下套管固井时不能完全掌 握该生产层的真实资料， 握该生产层的真实资料，以后钻进时如遇到 特殊情况， 特殊情况，会给钻进和生产造成被动
砾石充填设计
砾石充填设计
从图中可以看出： 从图中可以看出： 砾石与油层砂界面清楚， 当D50/d50＜6时，砾石与油层砂界面清楚，砾石 挡住了油层砂，油气井无砂生产； 挡住了油层砂，油气井无砂生产； 14时 当6＜ D50/d50 ＜14时，油层砂部分侵入砾石充 填层，造成砾／ 填层，造成砾／砂互 砾石区渗透率下降，尽管油气井不出砂， 混，砾石区渗透率下降，尽管油气井不出砂，但产 量下降； 量下降； 14时 当D50/d50 ＞14时，油层砂可以自由通过砾石充 填层，防砂无效。 填层，防砂无效。
完井方式 射孔完井方式 裸眼完井方式 ※割缝衬管完井方式 砾石充填完井方式
割缝衬管完井 割缝衬管完井方式是钻头钻至油层顶界 先下技术套管注水泥固井， 后，先下技术套管注水泥固井，再从技术套 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先割缝的衬管， 井深。最后在油层部位下入预先割缝的衬管， 依靠衬管顶部的衬管悬挂器（卡瓦封隔器）， 依靠衬管顶部的衬管悬挂器（卡瓦封隔器）， 将衬管悬挂在技术套管上， 将衬管悬挂在技术套管上，并密封衬管和套 管之间的环形空间， 管之间的环形空间，使油气通过衬管的割缝 流入井筒。 流入井筒。
砾石充填设计
• 砾石设计
砾石设计主要包括砾石尺寸设计、 砾石设计主要包括砾石尺寸设计、砾石质量 砾石尺寸设计 控制、砾石用量计算三方面的内容 计算三方面的内容。 控制、砾石用量计算三方面的内容。 砾石尺寸设计 在筛析实验室中取得防砂井油层砂样粒度中 值d50后，根据计算公式求得所需用的砾石尺寸， 即砾石的粒度中值D50。目前普遍使用的是索西埃 (Saucier)公式： D50＝(5~6)d50 若地层砂非均质严重，砂粒粒度分布范围广， 若地层砂非均质严重，砂粒粒度分布范围广，可 扩大砾石尺寸范围，用下式计算： 扩大砾石尺寸范围，用下式计算： D50＝(4~8)d50
水平井及定向井的完井方式选择
水平井完井方式选择可分为两类：一是按曲率 水平井完井方式选择可分为两类：一是按曲率 半径选择完井方式，二是按开采方式及增产措施选择 半径选择完井方式，二是按开采方式及增产措施选择 完井方式。 完井方式。 短曲率半径的水平井 的水平井， 对短曲率半径的水平井，目前基本上是裸眼完 它主要是在坚硬垂直裂缝的油层中完成， 井，它主要是在坚硬垂直裂缝的油层中完成，或是在 致密裂缝砂岩中完成，因为这些地层不易坍塌； 致密裂缝砂岩中完成，因为这些地层不易坍塌；对中、 长曲率半径的水平井可根据岩性、原油物性、增产措 长曲率半径的水平井可根据岩性、原油物性、 的水平井可根据岩性 施等因素选择完井方式。目前水平井技术发展很快， 施等因素选择完井方式。目前水平井技术发展很快， 井内水平段不断增长，因而不宜采用裸眼完井， 井内水平段不断增长，因而不宜采用裸眼完井，通常 采用的是割缝衬管加套管外封隔器完井或套管射孔完 井。