第八章完井
第一節完井方法
完井，顧名思義指的是油氣井的完成(well completion)，即根據油氣層的地質特性和開發開採的技術要求，在井底建立油氣層與油氣井井筒之間的合理連通渠道或連通方式。
一口井鑽成之後，主要的工作就是在井底建立油氣層與油氣井井筒之間的合理連通渠道，也就是完井。在井底建立的油氣層與油氣井井筒之間的不同連通渠道，也就構成了不同的完井方法。所以，本章主要介紹完井方法及其選擇、井口裝置及完井管柱、完井投產措施。
其中最重要的是完井方法及其選擇。目前，國內外各油氣田所採用的完井方法有多種型別，但都有其各自的適用條件和侷限性。經過研究與實踐，人們認識到只有根據油氣藏型別和油氣層的特性並考慮開發開採的技術要求去選擇最合適的完井方法，才能有效地開發油氣田、延長油氣井壽命、提高採收率、提高油氣田開發的總體經濟效益。
因此，合理的完井方法應該力求滿足以下幾點要求：
①油、氣層和井筒之間應保持最佳的連通條件，油、氣層所受的損害最小；
②油、氣層和井筒之間應具有盡可能大的滲流面積，油、氣入井的阻力最小；
③應能有效地封隔油、氣、水層，防止氣竄或水竄，防止層間的相互干擾；
④應能有效地控制油層出砂，防止井壁垮塌，確保油井長期生產；
⑤應具備進行分層注水、注氣、分層壓裂、酸化等分層措施以及便於人工舉公升和井下作業等條件；
⑥如為稠油油田，則稠油開採能達到熱採（主要蒸汽吞吐和蒸汽驅）的要求；
⑦油田開發後期具備側鑽定向井及水平井的條件；
施工工藝盡可能簡便，成本盡可能低。
一、常規完井方法
常規的完井方法是指目前國內外油氣田用得最多的完井方法，主要有4種，下面對其作一簡要介紹。
1．射孔完井方法
射孔完井是國內外使用最為廣泛的一種完井方法，在直井、定向井、水平井中都可採用。射孔完井包括套管射孔完井和尾管射孔完井。
套管射孔完井是用同一尺寸的鑽頭鑽穿油層直至設計井深，然後下油層套管至油層底部並注水泥固井，最後射孔，射孔彈射穿油層套管、水泥環並穿透油層一定深度，從而建立起油（氣）流的通道。圖8-1為直井套管射孔完井示意圖。
尾管射孔完井是在鑽頭鑽至油層頂界後，下技術套管注水泥固井，然後用小一級的鑽頭鑽穿油層至設計井深，用鑽具將尾管送下並懸掛在技術套管上。尾管和技術套管的重合段一般不小於50m。再對尾管注水泥固井，然後射孔。
圖8-2為直井尾管射孔完井示意圖。
圖8-1 直井套管射孔完井示意圖圖8-2 直井尾管射孔完井示意圖
對於水平井，一般是技術套管下過直井段注水泥固井後，在水平井段內下入完井尾管、注水泥固井。完井尾管和技術套管宜重合100m左右。最後在水平井段射孔。
這種完井方法可將層段分隔開，因而可以進行分層的增產作業，見圖8-3。
圖8-3 水平井射孔完井示意圖
射孔彈使用子彈和聚能射孔彈。目前，多用威力更大的聚能射孔彈。聚能射孔彈的成形藥柱**後，產生出高溫（2000℃～5000℃）、高壓（幾千～幾萬個mpa）的衝擊波，使凹槽內的紫銅金屬罩受到來自四面八方的向藥柱軸心的擠壓作用。
在高溫高壓下，金屬罩的部分質量變為速度達1000m／s的微粒金屬流。這股高速的金屬流遇到障礙物時，產生約3萬mpa的壓力，擊穿套管、水泥環及油氣層岩石，形成乙個孔眼。因此，射孔過程一方面是為油氣流建立若干溝通油氣層和井筒的流動通道，另一方面又對油氣層造成一定的損害。
在射孔完井的油氣井中，射孔孔眼是溝通產層和井筒的唯一通道。如果採用恰當的射孔工藝和正確的射孔設計，就可以獲得較為理想的產能。多年來，人們對射孔工藝、射孔槍彈與儀器、射孔損害機理及評價方法、射孔優化設計以及射孔負壓和射孔液等進行了大量的理論、實驗和礦場試驗研究，使射孔技術取得了迅速的發展。
人們已經認識到，射孔是完井工程的乙個關鍵性環節。為此，採用先進的理論和方法，針對儲層性質和工程實際情況，優選射孔工藝和優化射孔設計，是搞好射孔完井必不可少的基本條件。
(1) 射孔工藝
一般根據油藏和流體特性、地層損害狀況、套管程式和油田生產條件，選擇恰當的射孔工藝。
1) 電纜輸送套管槍射孔工藝
按採用的射孔壓差可以分為兩種方式。射孔壓差指的是射孔液在井底產生的液柱壓力與地層壓力之
差。差值為正則為正壓射孔，差值為負則為負壓射孔。
常規電纜套管槍正壓射孔工藝
射孔前用高密度射孔液造成井底壓力高於地層壓力。在井口敞開的情況下，利用電纜下入套管射孔槍。通過接在電纜上的磁性定位器測出定位套管接箍對比曲線，調整下槍深度，對準層位，在正壓差下對油、氣層部位射孔。
取出射孔槍後，下油管並裝好井口，進行替噴、抽汲或氣舉等誘噴或直接採用人工舉公升的辦法，以便油氣井投產。
常規套管槍正壓射孔具有施工簡單，成本低和高孔密、深穿透的優點，但正壓會使固相和液相侵入儲層而導致較嚴重的儲層損害（參見本書第十章）。為了減少正壓對地層的傷害，特別要求使用優質的射孔液。
套管槍負壓射孔工藝
這種工藝基本上與套管槍正壓射孔相同，只是射孔前將井筒液面降低到一定深度，以建立適當的負壓。這種方法主要用於低壓油藏。該方法具有負壓清洗和穿透較深的雙重優點。
但對於油氣層厚度大的井需多次下槍射孔，則不能保持以後射孔必要的負壓。
2) 油管輸送射孔
這種無電纜油管輸送射孔工藝是利用油管將射孔槍下到油層部位射孔，是目前國內外
使用最多的一種射孔工藝。油管下部聯有壓差式封隔器、帶孔短節和引爆系統，油管內只有部分液柱造成射孔負壓。通過地面投棒引爆、壓力或壓差式引爆或電纜濕式接頭引爆等各種方式使射孔彈**而一次全部射完油氣層。
油管輸送射孔的深度校正一般採用較為精確的放射性校深方法。在管柱總成的定位短節內放置一粒放射性同位素，校深儀器下到預置深度（約在定位短節以上100m），開始下測一條帶磁定位的放射性曲線，超過定位短節約15m停止。將測得的放射性曲線與以前測得的校正的放射性曲線對比，換算出定位短節深度，並在井口利用油管短節進行調整。
3)油管輸送射孔聯作工藝
油管輸送射孔和地層測試聯作
將油管輸送裝置的射孔槍、點火頭、激發器等部件接到單封隔器測試管柱的底部。管柱下到待射孔和測試井段後，進行射孔校深、座好封隔器並開啟測試閥，引爆射孔後轉入正常測試程式。這種工藝特別適合於自噴井。
油管輸送射孔與壓裂、酸化聯作
完井時下一次管柱，能完成射孔、測試、酸化、壓裂、試井等工序。
非自噴井油管輸送射孔與測試聯作
工作管柱由射孔槍、封隔器、負壓閥、自動壓力計工作筒、固定閥以及配有特殊空心套筒的逆流射流幫浦組成。
射孔前空心套筒關閉，油管內部分掏空以造成負壓。環空加壓引爆射孔後，流體進入工作管柱。隨著流體進入，井底壓力不斷增加，油井會停止生產。
在管內壓力作用下空心套筒安全銷釘被剪斷而導致套筒旋轉開啟。此時射流幫浦開始排液而進行流動測試，獲得穩定產量後關井，可獲得壓力恢復測試資料，停幫浦後由於靜水壓力加在固定閥上而使其關閉，這樣實現井下關井，從而消除了井筒儲積效應，提高了資料採集質量。
4)電纜輸送過油管射孔
常規過油管射孔
這是最早使用的負壓射孔工藝，首先將油管下至油層頂部，裝好採油樹和防噴管，射孔槍和電纜接頭裝入防噴管內，準備就緒後，開啟清蠟閘門下入電纜，射孔槍通過油管下出油管鞋。用電纜接頭上的磁定位器測出短套管位置，點火射孔。
過油管射孔具有負壓射孔，減少儲層損害的優點，尤其適合於生產井不停產補孔和開啟新層位，避免了壓井和起下油管作業。但過油管射孔槍的直徑受油管內徑限制，無法實現高孔密、深穿透（彈尺寸小且射孔槍與套管間隙過大）。並且一次下槍長度受防噴管高度限制，厚油氣層需多次下槍，而以後幾槍無法保證負壓。
就負壓本身而言也不能過大，以防射孔後油氣上衝而使電纜打結無法取出。由於這些缺點，目前常規過油管射孔已使用得很少了，僅在海上和一些不能停產的井用於補孔。
轉軸式（張開式）過油管射孔工藝
過油管射孔的主要缺點，如前所述，是槍小、彈小，從而射孔穿深淺。鑑於這個原因，過油管射孔的孔深均難以超過100mm，而目前套管槍射孔深度可達300～900mm。
為此，研究了一種新的過油管射孔工藝，稱為轉軸式過油管射孔槍。該系統最先由施侖貝謝油井服務公司於2023年開發成功。轉軸槍包括乙個控制頭和乙隻射孔槍。
控制頭用於射孔前張開，這樣射孔彈可以加大並且與套管的間隙減小。射孔後，即取出地面。射孔槍由彈架、轉軸彈、兩個啟動杆和聯接轉軸射孔彈的聯接器、導爆索和雷管組成。
過油管深穿透射孔技術
這是對轉軸式過油管射孔工藝的改進，可在油管內下入大直徑射孔彈，其裝藥量達24克以上，穿深是原51槍的4倍以上，達400～800mm，接近套管槍射孔深度。
(2)射孔引數優選
要獲得理想的射孔效果，必須對射孔引數進行優化設計。進行正確而有效的射孔引數優選，取決於以下幾個方面：一是對於各種儲層和地下流體情況下射孔井產能規律的量化認識程度；二是射孔引數、損害引數和儲層及流體引數獲取的準確程度；三是可供選擇的槍彈品種、型別的系列化程度。
這裡談到的射孔引數優選是指現有條件下針對特定儲層的使井產能達到最高的射孔引數優配組合，也涉及到實現這些引數的工藝要求。產能比是目標函式。
1)射孔優化設計資料準備
包括收集射孔槍、彈基本資料，射孔彈穿深、孔徑校正，鑽井損害引數的計算等三方面。
2)射孔引數優化設計方法
①建立各種儲層和產層流體條件下射孔完井產能關係數學模型，獲得各種條件下射孔產能比定量關係；
②收集本地區、鄰井和設計井有關資料和資料，用以修正模型和優化設計；
③調查射孔槍、彈型號和效能測試資料；
④校正各種彈的井下穿深和孔徑；
⑤計算各種彈的壓實損害引數；
⑥計算設計井的鑽井損害引數；
⑦計算和比較各種可能引數配合下的產率比和套管抗擠毀能力降低係數，優選出最佳的射孔引數配合。
⑧**選擇方案下的產量、表皮係數。
射孔引數優化設計目前均由計算機軟體完成，詳細內容可參考文獻[6]。
(3)射孔負壓設計
完井設計要求在既安全又經濟的條件下保證完井段壓力損失最小、產量最高。負壓射孔能改善井的生產能力，目前已在世界範圍內獲得廣泛應用。
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