完井方式选择与油气层保护

5．3．2．1　理想的完井方法

为了满足有效地开发各种不同性质油气层的需要，目前已出现多种类型的井底完成方法。这些完井方法主要是在油、气层与井底的连通方式，井底结构与井口装置，以及完井工艺方面有所不同。然而没有也不可能有一种适用所有地质状况的绝对理想的完井方法。从采油、气的角度出发，理想的完井方法应满足以下要求：

（1）油气层和井底之间应具有最佳的连通条件，油气层所受的伤害最小。

（2）油气层和井底之间应具有最大的渗流面积，油气渗流的附加阻力最小。

（3）能有效地封隔开油、气、水层，防止油井出水以及各产层之间的相互干扰。

（4）能有效地控制油层出砂，防止井壁坍塌，确保油井长期稳定生产。

（5）应具备能够进行选择性压裂、酸化等增产措施及便于修井工作的条件。

（6）工艺简便，成本低廉，完井速度快。

目前各种完井方法都有它的适用条件，因为要同时满足上述6个条件是十分困难的。一口油井完成以后，井底结构就不易更换了。因此，应根据油气层的地质条件，参照本地区的实际经验，慎重地选择适宜的完井方法。

目前国内外最常用的井底完成法有裸眼完井法、衬管完井法、砾石充填完井法、射孔完井法。此外还有多油管完井法、无油管完井法和多底井完井法等。本章主要介绍前四种完井方法，其他一些完井方法基本上都包括在这4种完井方法的范围之内。

5．3．2．2　优选完井方法的原则

油气井是连通油气层的唯一通道，每口油气井的完井设计必须以获得最大的综合利润为前提。优选完井方法所要考虑的问题相当广泛，但可找出其中的主要因素。这些因素有油气层的类型（如孔隙性的、裂缝性的或复合型的、孔隙裂缝的或裂缝孔隙的）、油气层的均质程度（均质产层是指在整个产层厚度内渗透率等岩性相同，没有含水及易坍塌夹层，没有被分隔为许多压力不同的油气层的单一产层，或者即使被分隔成为许多层但各分层的压力相近。非均质产层是指存在压力、岩性各不相同的若干小分层之间的层间干扰或存在含水夹层、易坍塌黏土夹层等）、产层岩石的稳定性、产层附近有无底水或气顶、产层的渗透性等。选择完井方式时，应考虑油气藏类型、油气层特性和工程技术及措施要求三方面的因素。

（1）油气藏类型。选择完井方式时，应区分块状、层状、断块和透镜体等不同的油藏几何类型。层状油藏和断块油藏通常都存在层间差异，一般都采用分层注水开发，因而多数选择射孔完井方式。块状油藏不存在层间差异的问题，主要考虑是否钻遇气顶及底、边水，从而选择不同的完井方式。

选择完井方式时，还应区分孔隙型油气藏、裂缝型油气藏等不同的渗流特性。易于发生气、水窜的裂缝型油气藏不宜采用裸眼完井方式。

选择完井方式时，也应区分稀油油藏、稠油油藏等不同的原油性质，稠油油藏通常胶结疏松，大多采用砾石充填完井、注蒸汽热采。

（2）油气层特性。油气藏类型并不是选择完井方式的唯一依据，必须综合考虑油气层特性，包括油气层是否出砂（储层岩石坚固程度）、油气层稳定性、油气层渗透率及层间渗透率差异、油气层压力及层间压力的差异、原油性质及层间原油性质差异等。这些都是选择完井方式的重要依据，应作出定量判断和定量划分。

（3）工程技术及措施要求。选择完井方式时，除了需要考虑油气藏类型和油气层特性以外，还应根据开采方式和油气田开发全过程的工艺技术及措施要求综合确定，包括是否采用分层注水开发、是否采用压裂等改造油气层措施、是否采用注蒸汽吞吐热力开采方式等。由此可见，选择完井方式需要考虑地质、开发和工程等多方面的因素。综合这些因素才能选择出既能适应油气层地质条件，又能满足在长期生产过程中对油气井的各种工程措施要求的完井方式。适应各种油气层地质特征和工程要求的完井方法如表5－2所示。

表5－2适用的完井方法

注：√表示适用；×表示不适用；①已制定出一套适合疏松产层的射孔技术；②增加孔密，改善相位，可以增加孔眼相遇水平裂缝的机会；③随着射孔技术的发展，裸眼完井渗流面积大的优点已不突出了。

由表5－2可见，综合上述因素可以确定完井方法：均质、不准备进行选择性作业、岩石坚固的产层可以选用裸眼完井；均质、不准备进行选择性作业、岩石不坚固的产层应该选用衬管或砾石充填等能够防砂的完井结构。判断在生产压差下产层岩石稳定性可由以下公式计算：

式中：C——产层岩石的抗压强度（由试验确定）（MPa）；

　　　ξ——岩石侧压系数；

　　　ρ——上覆岩层的平均密度（kg／m3）；

　　　g——重力加速度（m／s2）；

　　　H——产层深度（m）；

ps——产层压力（MPa）；

　　　pwf——井底流压（MPa）。

若岩石的抗压强度大于计算值，则可以采用裸眼完井；若小于计算值，则应该采用能够防砂的完井结构。均质、不准备进行选择性作业、岩石坚固的产层，若产层附近有气顶或其他高压层时，则可采用复合的完井结构（上部射孔、下部裸眼）。坚固但非均质的产层应该采用套管封闭射孔完井结构。非均质、准备进行选择性作业的产层，经常根据产层的渗透率选择完井结构。图5－12是国外根据完井经验以及理论研究和试验得出的优选完井方案图。可以把完井方案分为以下四种基本类型：

（1）产层下有套管或尾管井注水泥，以后再射孔打开产层（井底封闭，图5－12中类型f）；

（2）产层裸露或下有衬管，但不注水泥（井底裸露，图5－12中类型a、b、c）；

（3）产层下部裸露，上部用套管封闭井注水泥，以后再用射孔（复合型，图5－12中类型d、e）；

（4）正对产层下有井底衬管或砾石衬管（防砂井底结构，图5－12中类型g、h），或用渗透性材料加固（5－12中类型i、j、k）。

图5－12表明，当岩石坚固时，可以用裸眼井底结构开采。如产层为均质砂岩且附近无高压层或底水，当地层稳定且地层压力梯度大于0．1MPa／10m时，则可以采用图5－12中a型或b型完井方法。a型用于低渗透产层，b型用于高渗透产层。如果产层附近有高压层或顶部有气顶，就需要采用复合型井底结构d型。

5．3．2．3　各种完井方式特点与油气层保护

目前国内外主要采用的完井方式有射孔完井、裸眼完井、砾石充填完井等，由于各种完井方式都有其各自的适用条件和局限性，因此应根据所在地区油气藏的特性慎重地加以选择。许多油气井在生产过程中要出砂，为了保证生产的顺利，必须实施防砂完井。目前，不论是在裸眼井内还是在射孔套管内均可实施有效的防砂，所以按照完井方式是否具备防砂的功能，可分成防砂型完井和非防砂型完井两大类，如表5－3所示。下面介绍几种主要的完井方式。

图5－12　优选完井方案图
pf—地层压力梯度（MPa／10m）；Kp—孔隙渗透率（μm2）；Kf—裂缝渗透率（μm2）

（1）射孔完井与油气层保护。射孔完井方式能有效地封隔含水夹层、易塌夹层、气顶和底水；能完全分隔和选择性地射开不同压力、不同物性的油气层，避免层间干扰；具备实施分层注、采及选择性增产措施的条件，此外也可防止井壁垮塌。由于我国主要是陆相沉积的层状油气藏，其特点是层系多、薄互层多、层间差异大，加之油层压力普遍偏低，大多采用早期分层注水开发和多套层系同井开采。因此，一般都采用射孔完井方式。需要注意的是，采用射孔完井方式时，油气层除了受钻井过程中的钻井液和水泥浆损害以外，还将蒙受射孔作业本身对油气层的损害。因此，应采用保护油气层的射孔完井技术以提高油气井的产能。射孔过程中为保护油气层应注意以下几点：①射孔液应与储层配伍；②尽可能采用负压射孔；③射孔深度要足够；④尽可能缩短压井液的浸泡时间。

（2）裸眼完井与油气层保护。裸眼完井最主要的特点是油气层完全裸露，因而具有最大的渗流面积，油气井的产能较高，但这种完井方式不能阻挡油层出砂，不能避免层间干扰，也不能有效地实施分层注水和分层措施等作业。因此，主要是在岩性坚硬、井壁稳定、无气顶或底水、无含水夹层的块状碳酸盐岩或硬质砂岩油藏，以及层间差异不大的层状油藏中使用。采用裸眼完井方式时，油气层主要受钻井过程中钻井液的损害，故应采用保护油气层的钻井及钻井液技术。

（3）砾石充填完井与油气层保护。砾石充填完井是最有效的早期防砂完井方式，主要用于胶结疏松、易出砂的砂岩油藏，特别是稠油砂岩油藏。砾石充填完井有裸眼砾石充填完井和套管砾石充填完井之分，它们各自的适用条件除了岩性胶结疏松以外，分别与裸眼完井和射孔完井相同。采用套管砾石充填完井方式时，油气层除了将受到钻井过程中的钻井液和水泥浆损害、射孔作业对油气层的损害以外，还将受砾石充填过程中对油气层的损害。因此，应采用保护油气层的砾石充填完井技术（如压裂砾石充填），做到既防止地层出砂，又不降低油井产能。

（4）欠平衡打开产层的完井与油气层保护。欠平衡打开产层时，井下钻井液产生的液柱压力小于地层压力，其主要优点是可以避免钻井液对地层产生损害。但由于欠平衡打开产层适应的地质条件有限（主要有裂缝性碳酸盐岩地层、裂缝性变质岩地层、火山喷发岩地层、低渗致密砂岩等），所以目前能采用的完井方式主要有裸眼完井、割缝衬管完井、带ECP的割缝衬管完井、贯眼套管完井等。

表5－3　完井方式按防砂型完井和非防砂型完井分类

注：①在砂岩地层中，割缝衬管完井也具备一定的防砂能力。②管内井下砾石充填完井包括常规井下砾石充填完井、高速水井下砾石充填完井和压裂砾石充填完井三类。