| 单词 | 水平井完井工艺 |
| 释义 | 【水平井完井工艺】 水平井一般应用在薄油藏、垂向渗透率和水平渗透率比值较高的油藏、非均质油藏或有垂直裂缝的油藏，同常规井相比水平井压力递减较慢，有利于延续气、水侵入井眼，可增加注水驱油面积，提高采收率，可减少油田开发所需的井数等。 作为水平井最重要、最关键技术之一的水平井完井技术，却大大落后于钻井技术。纵观水平井完井技术中存在的问题主要有：地层的封隔；井眼清洗；尾管找中；井下工具结构设计；预冲洗、隔离液和携砂液等的性能；进行增产措施带来的一系列问题注水泥成功与否是一口井寿命长短最重要的影响因素之一，特别对于水平井完井更是如此。要在大斜度井和水平井注水泥作业中获得最佳的顶替效率和最优注水泥效果，钻井和完井应受到特别重视。至今还很少有人在长水平井段内进行注水泥作业，而只采用裸眼或割缝管完井，即采用油管和割缝尾管进行开采，这一方面是由于技术的原因，另一方面花费也较大。目前有几个因素影响了注水泥作业：(1)由于钻屑和加重剂的沉降在环空的下侧易形成一条充满固相的通道，在固井施工中，难于将这些固相完全冲洗掉，易造成套管和井眼之间环空的不密封，而造成增产措施等受到限制，缩短井的寿命。(2)由于重力作用导致套管编心造成套管与井壁之间下部空间的窄小，可能导致此窄小空间注不上水泥或难以清除该区域的残留物，降底顶替效率而造成与上面所讲的同样结果。(3)套管居中问题：水平井下套管完井时对套管有特殊要求，下入的套管很难居中，因此要求套管柱上要加密度很高的扶正器，但过多的使用扶正器会导致阻力过大，因此应对扶正器相互间隔进行精心设计和计算。(4)测井问题：现在大部分水平井都采用声波测井，而其中最大问题是使测井工具下入和居中的问题。(5)水平井在水平状态下，由于重力作用易沿环空上部形成一个水槽带，即出现自由水窜槽现象，这将导致井眼环空截面上部结构弱而下部形成很强的结构，从而影响固井质量。为解决以上技术问题，许多学者提出各种优化的固井方案，如Crook认为应在环境温度采用高屈服的钻井液来控制水平井泥浆加重剂的沉淀，而有些人把屈服值和塑性粘度的比值作为钻井液带能力的参数。Okrajni和Arer指出通过在紊流下循环钻井液可以消除窜槽影响，Keller等在研究认为水泥浆设计的2个重要标准是：(1)应尽量使自由水量降低为零，以使环空上部积水带降到最小；(2)测自由水百分含量的API标准程序不能适用于水平井，如用API法测量的自由水接近1%的水泥浆，在偏心加温时自由水可达90%，从而需要修正这一程序，使其在偏心、井底循环温度下进行测量。M．A Wilson和F．L Sabins研究指出，为在水平井中获得最佳注水泥效果，就必须：(1)使设计的自由水不超过一微量值(最好为零)，测量比值的标准应改变，先将水泥置于井下循环温度下，再将其放入至少倾斜45°的实验圆筒内，则最可能得到最接近实际的测量值；(2)应格外注意隔离液体系的设计和完井施工中流量的设计，以便控制井眼情况和使水泥浆达到最好的胶结；(3)准备现场施工时应进行井身计算机三维分析，以便使套管尺寸与所需扶正器个数达到最优平衡。Alain和Sprcux等认为达到最优注水泥质量的最优条件为：(1)清洗井眼；(2)套管居中；(3)泥浆和水泥浆之间隔离液的密度必须保证有效地把泥浆顶走，且在与水泥浆相接触处保持隔离液洁净，这将避免泥浆储留和水泥指进等现象；(4)水泥浆组分应使其凝固时不会在水平段中线上部出现自由水窜槽现象；(5)泵水泥时应尽可能在紊流条件下泵入井内；(6)要用电测结果检测水泥有必要非常精确地使用测井仪器居中或采用极根推靠套管壁的测井仪器。Pacevanx认为由于套管或套管内的测试工具两者都偏心，要获得好的测井解释不太可能。R．M．Beirnte等概述了在水平井使用常规井的声波胶结测井和脉冲反射波技术的关键问题。现场实践证明，使用现行的注水泥技术还需进行进一步的研究和开发，为各类油层有效地进行完井打下基础。到1990年底，全世界已累积完成水平井约1000口，而在此中绝大多数采用裸眼或割缝衬管完井。采用割缝衬管和预充填筛管完井防砂比井内砾石充填经济，但它易引起井壁坍塌而且会大大降低产量。如果不能防止细砂的运移和堵塞，用割缝衬管和预充填筛管防砂并保持高产量的方法必须慎用。在长井段对水平井砾石充填存在如下困难：(1)在砾石尚未填满前，井眼易垮坍；(2)在砾石尚未填满整个空间时，易首先沉淀出来，形成桥堵；(3)筛管的居中问题，在长的井段使筛管居中，如使用扶正器，在软的地层，扶正器易陷入地层；(4)携砂液易流入地层造成地层损害。同时携砂液的滤失又会造成桥堵，为了具体地解决水平井砾石充填的问题，有必要借鉴大斜度井的砾石充填设计经验。G．Shryock在研究大斜度井砾石充填时指出，井斜倾角大于60°时易使砾石从携砂液中沉降出来，形成砂桥，造成下部空间未能填满。为解决此问题，他建议改变携砂液性能变直井中的低粘度携砂液为中等粘度携砂液，并且建议尾管和筛管的直径比值大于0．8，减少尾管和筛管的环形空间来防止形成砂桥。C．Grues beck在做这项试验时得到了与Shryock一致的结论，并且建立了砂桥的发展模型，据此模型再完成300口斜井的砾石充填。其充填长度为12．2～73．2m。T．D．Elson在全模型上对大斜度井砾石充填进行了模拟，其模型长度为329m，井斜角为81．7°，以更实际的角度证实了以上工作者的实验结论并提出成功的砾石充填除应用以上研究者的结论外，还应注意减少无眼管、提高尾管和筛管的直径比值，特别应注意矿场监测工作。为解决砂桥问题，Mdy提出使用橡皮挡板来限制尾管和筛管之间的环空流动，但橡皮挡板的设计和作用并不完全可靠。总之，以上研究者为大斜度井砾石充填设计提供了很好的经验，但他们都有一共同点，就是在设计时仅仅从研究砂桥的形成和发展入手来研究防止砂桥的方法，而在斜井中，井眼的垮坍，筛管的居中，携砂液的滤失等都没有考虑，尤为突出的是水平井井段很长，要填充很长的井段而不能形成砂桥，这在斜井中也未考虑，所以水平井砾石充填问题有自己更为特殊的问题需要考虑。1990年，J．K．Forrest在总结斜井试验的基础上，对水平井砾石充填井行模拟，模型有两种长度，主要研究防止形成砂桥的方法，特别对携砂液的性能进行了研究。他认为高粘度的携砂液能携砂很长，而排水能力很弱，砾石到指定位置后不易沉降下来。易造成未完全的填充。而低粘度的携砂液有很好的沉降性能却不能携带长的距离，故而提出了两步携砂法，先用高粘度携砂液填充近75%的环空再用低粘度液体继续填砂，以保证环空被填满。Forrest给出了携砂长度的计算公式，他的研究是斜井砾石充填的发展和补充，他仅仅以水平井的模拟试验作了初步的研究。而在研究中着重考虑的是携砂液的性能，其它水平井砾石充填并未考虑。Forrest所给的携砂液携砂长度的公式为：Lmax=(nPR-nNPR)*42／nQW；其中，nPR为泵速；nNPR为最小纯泵速；nQW为携砂液滤失速度。由于各个地层携砂液滤失的速度不一样，所以此公式在实际中并不适用，而且其并未考虑到液体的沉降速度及液体向筛管的滤失。因此，此公式使用的局限性很大。D．G．Gurlay分析了各种影响砾石桥堵的因素，给出了较合理的携砂液的携砂长度计算方法，认为解决砂桥的形成可用以下的方法：(1)在有效携砂长度范围内，减少携砂液浓度；(2)降低砾石的密度，适当降低携砂浓度；(3)增大尾管和筛管直径比值。在计算携砂长度时，他考虑了颗粒的沉降特性和液体的滤失特性，也考虑了压差的影响等。关于砾石未充满前井眼垮坍问题和携砂液侵入地层造成对地层的损害问题，相信只要有对地层相适应的液体，问题就不会太大，至于尾管找中问题，有人提出减少套管内外流体的密度将改善水平井完井的套管找中。最近，套管扶正器结构和扶正器间距计算方法的改进已经解决了尾管在水平井段内居中的大部分问题，另外使用低密度砾石充填可改变砾石的沉降性，如Martin提出了改善水平井眼砾石铺置的新材料，这些材料包括粘塑性表面活性剂流体体系，该体系不仅具有高的砾石携带能力，而且还具有高失水而不损害渗透性的特性。另一种新材料是低密度砾石，这种材料可保证井眼上面一边的环空和各炮眼通道完好填砂，因此对水平井砾石充填是可行的。由于重力和摩擦力的影响使得水平井的直井相比射孔出现了一些特殊的情况。首先重力和摩擦力排除了普通电缆射孔的可能性，所以一般使用过油管射孔枪(TCP)进行员压射孔。由于摩擦力的影响，水平井段很长时射孔枪容易被卡住，因此一般要求射孔枪与套管之间必须有一定的环空间以防万一射孔枪被卡时可以进行套铣。射孔相位、射孔密度都是水平井射孔的关键问题。在胶结好的地层可采用大外径射孔枪全方位射孔，在胶结松散的地层水平井段的上部射孔会引起地层砂向井筒的沉降，所以一般选择低边进行射孔。水平井增产处理现在尚未得到广泛应用，其原因有：缺乏良好的地层分隔条件；缺乏表皮数据；缺乏可靠的机械手段。由于水平井段一般很长，为清除深部地层损害需要大量酸液。除此之外把大量酸液泵入垂直裂缝和渗透性地层带处理地层，会沟通气和水，加速地层水、气的锥进，因此有些公司用凝胶要把酸化的井段与其完井段分开，从而成功地把对某些井段进行酸化。对水平井压裂尚无较多的经验。常规井的压裂工具、射孔装置、堵塞器等可应用在水平井中，但这种作业费时长，花钱多。M．Y．Solinan建议如果水平井平行于最小水平应力，则可进行压裂作业。因为这样在向井眼方向压裂缝有流线型的汇集，可以获得高的压力降。然而，为给油藏提供一个有效的泄油网络，即井眼和与其相通的裂缝必须有在沿井眼预定的几个点上压裂的办法。一种方法是在套管栓上预下一些带孔接箍，另一种方法是采用分级射孔和压裂工艺，一旦压裂处理完成并进行评价，可对未压裂井段进行补孔。当然水平井裂也存在某些限制，如气水界面就在附近，当裂缝和井眼呈一定高度斜交时井眼有可能受压破坏等。(西南石油学院孙保维撰) |
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