完井(即油氣井完成)是鉆井工程的最后一個重要環節,主要包括鉆開生產層、確定井底完成方法、安裝井底和井口裝置以及試油投產。完井質量直接影響油井投產后的生產能力和油井壽命，因此必須千方百計地把完井工作做好，為油氣井的順利投產、長期穩產創造條件。
一、打開生產層完井就是溝通油氣層和井筒，為確保油氣從地層流入井底提供油流通道。任何限制油氣從井眼周圍流向井筒的現象稱為對地層損害的“污染”。實踐證明：鉆開生產層的過程或多或少都會對油氣層產生損害。因此，保護油氣層是完井所面臨的首要問題。過去，世界范圍內油價較低、油源充裕，在很大程度上忽視了對油氣層的保護。自20世紀70年代中期，西方一些國家出現能源危機以來，防止傷害油氣層，最大限度地提高油氣井產能才上升到重要地位，成為目前鉆井技術中最主要的熱門課題之一。
1.油氣層傷害的原因油氣層傷害機理的研究工作開展以來，有各式各樣的說法。最近比較精辟的理論認為：地層損害通常與鉆井液固體微粒運移和堵塞有關，還與化學反應和熱動力因素有關。在復雜條件下，要充分掌握油層損害機理是比較困難的。因此，目前的研究結果大多只能定性地指導生產實踐，離定量評價還有一定的差距。
鉆生產井常用的鉆井液為水基泥漿。由于鉆進過程中鉆井液柱壓力一般大于地層壓力，在壓差作用下，鉆井液中的水、粘土等會侵入油氣層，對油氣層造成各種不同性質的傷害。
1)使產層中的粘土膨脹研究得知，油砂顆粒周圍一般都有極薄的粘土膜。砂粒之間的微孔道非常多，油氣層內部還有許多很薄的粘土夾層。在鉆井液自由水的侵入作用下，砂粒周圍的粘土質成分將發生體積膨脹，使油氣流動通道縮小，降低產出油氣的能力。
2)破壞油氣流的連續性油氣層含油氣飽和度較高時，油氣在孔隙內部呈連續流動狀態。少量的共生水貼在孔隙壁面，把極微小的松散微粒固定下來，在相當大的油氣流動速度下也不會被沖走。當鉆井液濾液侵入較多時，會破壞油氣流的連續性，原油或天然氣的單相流動變成油、水兩相或氣、水兩相流動，增加了油氣流動阻力。一旦水成為連續的流動相，只要流速稍大，就會把原來穩定在顆粒表面的松散微粒沖走，并在狹窄部位發生堆積，堵塞流動通道，嚴重降低滲透率。
3)產生水鎖效應，增加油氣流動阻力滲入油氣層中的鉆井液濾液是不連續的，而是呈一段小水栓一段油氣的分離狀態。在有些地方還會形成油、水乳化液。由于彎曲表面收縮壓的關系，會大大增加油氣流入井的阻力。
4)在地層孔隙內生成沉淀物
2鉆開生產層的鉆井液類型鉆井液類型對生產層的損壞成 本清水適用于裂縫性油氣層最低低固相(無固相)鉆井液較小中水包油乳化液較小中油包水乳化液小較高油基鉆井液小高原油小中空氣(天然氣)最小中二、井底完成方法井底完成方法是指一口井完鉆后生產層與井底所采用的連通方式和井底結構。從采油氣的觀點來看，對各種完成方法的共同要求有如下幾點：
(1)油氣層和井筒之間的連通條件最佳，油氣層受到的傷害最小；(2)油氣層和井筒之間的滲流面積盡可能大，油氣流入的阻力最小；(3)有效封隔油層、氣層和水層，防止各層之間互相竄擾；(4)有效控制油層出砂，防止井壁坍塌，保證油氣井長期穩定生產；(5)能滿足分層注水、注氣、壓裂、酸化、人工舉升以及井下作業等要求；(6)稠油開采能達到注蒸汽熱采的要求；(7)油田開發后期具備側鉆的條件；(8)工藝簡便，成本低廉。
油氣井完成之后，其井底結構不易改變。所以應根據油氣層的具體情況，參照各地的實踐經驗慎重選定合理而有效的井底完成方法。目前國內外常用的井底完成方法有裸眼完井、射孔完井、割縫襯管完井及礫石充填完井等。
1.裸眼完井法不用套管封固而直接裸露油氣層的井底完成方法稱為裸眼完井法。油氣層以上井筒固井完畢后，再換小鉆頭打開油氣層稱作先期裸眼完井。圖5-11為直井先期裸眼完井示意圖。后期裸眼完井則是不更換鉆頭直接鉆穿油氣層后，才對油氣層以上的井段進行固井作業。圖5-12為直井后期裸眼完井示意圖。裸眼完井法的最大優點是油氣層直接與井底相通，流通面積大、流動阻力小、施工簡單、成本低、產量高。
圖5-11先期裸眼完井
圖5-12后期裸眼完井
用裸眼完井方法完成的井，產層容易坍塌，不能控制油氣層出砂，一般只適用于巖層堅硬致密且無油、氣、水夾層的單一油氣層。油氣層性質相近的多油氣層的井也可采用，但無法進行分層開采。裸眼完井法是一種早期的完井方法，隨著高效能、大威力油氣井射孔技術的出現，裸眼完井法油氣層全裸露的優點也不如過去那么突出。裸眼完井可用于直井、定向井以及水平井中。裸眼完井法有多種變形以提高其適應性。
2.射孔完井法射孔完井方法是目前國內外使用最廣泛的完井方法。在直井、定向井以及水平井中都可采用。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鉆頭鉆穿油氣層直至設計井深，下油層套管至油氣層底部并注水泥固井，然后再用射孔器射穿套管和水泥環，并射入生產層內一定深度。油氣就可通過射孔所形成的孔道流入井內。圖5-13為直井套管射孔完井示意圖。
圖5-13套管射孔完井
尾管射孔完井是在鉆達油氣層頂部時，下技術套管注水泥固井，然后換小鉆頭鉆穿油氣層直至設計井深，用鉆具將尾管送下一并懸掛在技術套管上(尾管和技術套管的重合段一般不小于50m)。再對尾管注水泥固井，然后射孔。油氣層部位的結構與射孔完井方法完全相同。圖5-14為直井尾管射孔完井示意圖。
圖5-14尾管射孔完井
射孔完井法的優點是：
(1)能有效支撐疏松易塌的生產層；(2)能有效封隔油層、氣層和水層，防止氣竄、水竄；(3)可以進行分層測試、分層開采和分層酸化等各種分層工藝措施；(4)可進行無油管完井、多油管完井等。
(5)除裸眼完井方法外，比其他完井方法都經濟。
射孔完井法的主要缺點是：在鉆井和固井過程中，油氣層受鉆井液和水泥漿的侵害較為嚴重；由于射孔孔眼的數目和深度有限，油氣層與井底連通面積小，油氣流入井內的阻力較大。
3.割縫襯管完井法割縫襯管完井法是在裸眼完成的井中下入割縫襯管的完井方法。與裸眼完井相對應，割縫襯管完井也分先期和后期兩種工序。先期割縫襯管完井是在鉆達油氣層頂部時下套管固井，然后換小鉆頭打開油氣層，最后在油氣層的裸露部分下入一根預先在地面打好孔眼或割好縫的襯管，并用卡瓦封隔器將襯管懸掛固定在上部套管上。圖5-15為直井先期割縫襯管完井示意圖。后期割縫襯管完井是直接鉆穿油氣層后，才對油氣層以上的井段注水泥固井。圖5-16為直井后期割縫襯管完井示意圖。油氣只能經過襯管的孔眼或割縫才能流入井中。割縫襯管完井法可以防砂和保護井壁，但無法進行分層開采。它工藝簡單、操作方便、成本低，多用于出砂不嚴重的中粗砂巖油氣層，可在直井、定向井以及水平井中采用。
圖5-15先期割縫襯管完井
圖5-16后期割縫襯管完井
4.礫石充填完井法對于膠結疏松、出砂嚴重的地層一般采用礫石充填完井方法。該方法能夠有效保護井壁、解決防砂問題，但施工工序復雜。礫石充填完井法分為裸眼礫石充填完井和套管礫石充填完井兩種方法。
裸眼礫石充填完井是在套管下到油氣層頂部固井后，再鉆開生產層，并用井下擴孔器對油氣層部位進行擴孔，然后下入繞絲篩管，采用循環的方法用液體把預先選好的礫石帶至井內，充填于井底。裸眼礫石充填完井的優點是流動面積大、流動阻力小，缺點是無法進行分層開采。圖5-17為裸眼礫石充填完井示意圖。
套管礫石充填完井是在鉆開油氣層后，下套管固井、射孔。清洗射孔炮眼后，下入繞絲篩管，充填礫石。用該方法完井可以進行分層開采。套管礫石充填完井現在多采用高密度充填，其效率高、防砂效果好、有效期長。圖5-18為套管礫石充填完井示意圖。
圖5-17裸眼礫石充填完井
圖5-18套管礫石充填完井
礫石充填完井方法在直井、定向井中都可采用。但在水平井中應慎用，因為在水平井中易發生砂卡，礫石充填失敗則不能達到防砂目的。
三、完井井口裝置在油氣井測試和生產過程中，都必須有一套絕對可靠的井口裝置，以便能有控制、有計劃地進行井內作業和油氣生產。完井井口裝置是裝在地面用以懸吊和安放各種井內管柱，控制和引導井內油氣流出或地面流體注入的井口設備。完井井口裝置通常包括套管頭、油管頭和采油樹三大主要部件。
完井井口裝置的類型應根據油氣層的特點來確定。低壓油氣井的井口裝置比較簡單，只要密封環形空間，裝上油管頭和采油樹即可。對于高壓油氣井，則要求具有足夠的強度和可靠的密封性。同時還必須滿足安全測試、酸化壓裂和采油、采氣等工藝的要求。對于含硫化氫的油氣井應該采用防硫井口裝置，以保證安全生產。
1.套管頭如果油氣層壓力較低，且各層套管的固井水泥均返至井口，可以不裝套管頭，只需用環形鐵板將環形空間封焊住，采油樹直接裝在油管頭的法蘭盤上。
對于要求較高的油氣井，固井后一般要裝上套管頭，以密封兩層套管間的環形空間、懸掛第二層套管柱并承受部分重力。套管頭鉆井時可用于安裝井口防噴器。
套管頭下端的絲扣與技術套管連接，油層套管通過卡瓦坐在套管頭的斜坡內。卡瓦上有用鋼墊圈壓緊的抗油密封，密封其環形空間。套管頭上端法蘭用于連接油管頭。
如果水泥未返至井口，水泥固結點以上為自由套管柱。當井內溫度、壓力等變化時，套管長度會隨之伸長或縮短，從而引起套管柱自身及套管頭的受力情況發生變化。影響井內自由套管柱受力的因素有套管自身重力、溫度變化、井內鉆井液、油氣或注入流體的密度變化、套管柱內液面高度變化等。安裝套管頭時應對這些影響進行分析和計算，確定合理的套管柱初拉力值。保證自由套管柱的下部不至于受壓彎曲、失去穩定而破壞；上部套管柱要能承受最大拉力負荷，不發生絲扣滑脫或套管斷裂。目前已有比較成熟的計算方法，保證在油井開采過程中，自由套管柱處于有利的受力狀態而不至于發生破壞。
2.油管頭油管頭用于密封油管和生產套管的環形空間，懸掛油管柱和安裝采油樹。高壓油氣井目前多采用由特殊四通和錐形油管掛組成的油管頭。
在油層套管固井后，將油管頭的四通裝在套管頭的法蘭上。下完油管后將錐形油管掛連接在油管柱的上端，再用提升短節送至特殊四通的錐面座上，并用頂絲將錐形油管掛頂緊。油管和油層套管之間的環形空間通過油管掛及其上的密封環和O形密封圈密封。
應注意坐入錐形油管掛時不能猛提猛頓，不要碰傷其密封部位。
3.采油樹采油樹是由各類閘閥、四通或三通以及節流閥等配件組成的總成。采油樹安裝在油管頭上面，用以控制油氣流動，進行有計劃的安全生產以及完成測試、注液、酸化壓裂等作業。
四、完井工藝完井工藝因油氣井完成方法不同而異。經常進行的工作有射孔，下油管，安裝井口裝置，誘導油氣流，完井測試，酸化投產等。
1.射孔目前國內外大多數井都采用射孔完井方法完成。廣泛使用聚能射孔器(即射孔槍)完成射孔作業。射孔槍裝好射孔彈后，被輸送到井內的預定位置。引爆聚能射孔彈就可產生高溫、高壓、高速的噴射流直奔目標位。
射孔彈炸藥的爆炸是迅速的物理化學熱反應，溫度高達3000～5000℃。由于溫度極高，產生了極熱的氣態物質，體積迅速膨脹到原來的200～900倍，將處于強烈壓縮狀態的勢能瞬間變成動能。該動能沖擊波的速度可達200～800m/s，使爆炸點周圍壓力急劇升高，可達幾千至幾萬兆帕。利用爆炸時具有方向性的特點，將炸藥做成錐形凹槽狀。其聚焦作用導致在焦點上的聚能射流具有最大的密度和最大的穿透能力，很容易穿透套管壁、水泥環，并在地層中形成一定深度的孔眼。
射孔時井底壓力大于油氣層壓力叫做正壓射孔。正壓射孔后的殘渣和碎屑難以從地層中排出，會造成射孔通道的堵塞，極大地傷害油氣層。射孔時井底壓力小于地層壓力叫負壓射孔。負壓射孔后在壓差作用下地層流體馬上可以流向井底，從而能帶出殘渣，不污染產層。負壓射孔是近年發展起來的新型射孔技術，已廣泛地用于生產。
現代射孔工藝有電纜輸送套管槍射孔、電纜輸送過油管射孔、油管輸送射孔、油管輸送射孔聯作、高壓噴射和噴砂射孔、定方位射孔、超高壓正壓射孔、連續油管輸送射孔等工藝技術。
過油管射孔的工藝過程如下：將油管下到井內，在采油樹上安裝封井器、防落器、防噴管、防噴盒。將射孔槍、電纜接頭和井下儀器裝入防噴管內，并與電纜相連。安裝就緒后，打開防落器和封井器，借助于電纜把射孔槍下出油管鞋。放射性測井校對井深后對準層位引爆射孔。然后起出電纜，當射孔槍和井下儀器進入防噴管后，立即關閉采油樹總閘門。放掉防噴管內的壓力，再卸掉采油樹以上的裝置。
過油管射孔具有負壓射孔的優點，特別適合不停產補孔和打開新層，避免關井和起、下油管。但由于受油管直徑的限制，無法實現高孔密和深穿透，一次射開的產層厚度受限。目前多用于海上油氣井和不停產井。
油管輸送射孔工藝是把射孔槍接在油管柱上，借助于油管把射孔槍送到射孔位置。射孔前用射孔液造成負壓環境。坐好油管串，安上封井器，放射性測井校深后，對準層位引爆射孔彈，丟槍后試油。引爆方式有投棒引爆、油管加壓引爆、環空加壓引爆、電引爆等多種，從油管內投入鐵棒撞擊引爆最簡單、也最常用。
油管輸送射孔工藝的特點是能實現高孔密、深穿透，負壓清潔孔眼效果好、安全性高，特別適用于斜井、水平井以及稠油井，高壓地層和氣井必須采用。
2.下油管油管是地下油氣流向地面的通道，也是用來實現洗井、壓井、酸化、壓裂等措施的工具。油管是用優質鋼材制成的無縫鋼管，用接箍連接成油管柱。油管柱最下端的油管鞋是一個小內徑的油管短節，用于防止井下壓力計及其他入井工具掉落井底。
下在油層部位的篩管即為割縫或帶眼油管。長度一般在6～8m，孔眼直徑為12mm。所開孔眼的總面積要大于油管內截面積，目的是增大油氣流動通路，防止較大巖屑進入油管內，彌補由于油管鞋截面積過小而影響產量。
in。
由于油管柱與套管間的環空由油管掛密封，由地層流入井內的油氣只能進入篩管并沿著油管上升到地面。采油樹與地面采油管線相連,有控制地將油氣從井內輸出。
3.誘導油氣流下完油管、安裝好井口裝置后，下一步的工作一般是誘導油氣流。對于因井內液柱壓力過高而不能自噴的油氣井，應設法降低井內液柱高度或流體密度，從而降低液柱壓力，誘導油氣流進入井內。常用的方法有替噴法、提撈誘噴法、抽汲誘噴法和氣舉法等。
1)替噴法用原油或清水等低密度液體將井內的鉆井液循環替出，降低液柱壓力以誘使油氣流入井內的辦法稱為替噴法。替噴時清水從油管注入井內，逐步替出井內鉆井液。對于高壓井或深井，為了不致造成井內壓力變化過猛，可以先用輕鉆井液替出重鉆井液，再用清水替出輕質鉆井液的辦法進行替噴，確保井身安全。
2)提撈法提撈誘噴法是用特制的提撈筒，將井筒中的液體逐筒地撈出來，以降低液柱高度、誘導油氣流進入井內。這種方法一般是在替噴后仍然無效的情況下采用。
提撈誘噴法的一種變化稱為鉆具排液法。可以把裝有回壓閥的下部鉆具視為一個長的提撈筒，速度較快地將井內液面降低1000～1500m。
3)抽汲法抽汲法實際上是在油管柱內下入一個特制的抽子，利用抽子在油管內上下移動形成的部分真空，將井內部分清水逐步抽出去，從而降低井內液柱高度，達到誘噴的目的。
抽汲法可將井內液柱高度降到很低。抽子下行時閥打開，水從抽子中心管水眼流入油管內；上提抽子時閥關閉，油管內的水柱壓力使膠皮脹開緊貼油管內壁而起密封作用。抽子之上的水柱隨抽子上移而被排出井口。替噴后仍不能自噴的井，可采用抽汲法誘噴。
4)氣舉法氣舉法與替噴法的原理類似，只是替入井內的不是清水而是壓縮空氣。氣體是從環空注入而不是經油管注入。由于氣體密度小，只要油氣層傷害不是很嚴重，一般氣舉后可達到誘噴的目的。在某些有條件的地區，還可以用鄰井的高壓天然氣代替壓縮機進行氣舉。對替噴無效的井，也可采用氣舉法誘噴。
4.完井測試完井測試的主要任務是測定油氣的產量、地層壓力、井底流動壓力、井口壓力以及取全取準油、氣、水的資料，為油氣開采提供可靠的依據。
1)油氣產量的測定從油氣井中產出的油、氣、水進入分離器后，氣體經分離傘從上部排出，油和水沉降下來。玻璃連通管中的液面高度能反映分離器內油水液面的變化。記錄玻璃管中液面上升一定高度所需的時間，就能算出每口井的產液量，經采樣分析可得到油水含量。
通常用節流式流量計測定天然氣的產量。流量計的孔板直徑要適應天然氣的產量范圍。
2)地層壓力和井底流動壓力關井待井內壓力恢復到穩定后，用井下壓力計測得的井底壓力即為地層壓力。也可用關井井口壓力和液柱壓力計算得出地層壓力。對于滲透性差的地層，關井使井內壓力恢復需要很長時間。為了節省時間，可根據一段時間內的壓力恢復規律推斷地層壓力。
井底流動壓力是指穩定生產時測得的井底壓力。如果是油管生產，由套壓和環空液柱壓力可算得井底流動壓力。
3)井口壓力油氣井井口壓力包括油壓和套壓。油壓反映井口處油管內壓力，套壓反映井口處油管與套管環形空間的壓力。生產時油壓和套壓不同，關井壓力穩定后油壓和套壓應相等。可以在地面上通過壓力表讀得這兩個壓力值。
4)油、氣、水取樣取樣是為了對產層流體進行分析和評價。因此，要求取出的樣品具有代表性和不失真。一般情況在井口取樣。有時為了保持油氣在地下的原始狀態，需要下井下取樣器到井底取樣并封閉，然后取到地面用于測試和分析。
思考題
1.鉆井的作用是什么?2.現代旋轉鉆井的工藝過程特點是什么?3.井身結構包括什么內容?4.鉆井工藝發展經歷了幾個階段?有些什么特點?5.石油鉆機由哪些系統組成?各個系統的作用是什么?6.防噴器有哪些類型？各有什么用途？
7.鉆柱主要由哪幾種部件組成？
8.方鉆桿為什么要做成正方形?9.扶正器、減振器、震擊器等輔助鉆井工具各有什么用途?10.普通三牙輪鉆頭主要由哪幾部分組成?11.石油鉆井使用的金剛石鉆頭有哪些類型?各在什么條件下使用?12．鉆井液的功用是什么?13．水基鉆井液由哪些部分組成？屬于什么樣的體系？
14．鉆井液性能的基本要素有哪些？
15．鉆井液密度與鉆井工作的關系如何?16．怎樣優選鉆頭？
17．井斜控制標準是什么?18．壓井循環的特點是什么？
19．常規井身軌跡有哪幾種類型？
20．井內套管柱主要受哪些外力作用？設計套管柱的基本原則是什么?21．套管柱由哪些基本部件組成？
22．描述注水泥的基本過程。
23.鉆開油氣層時常采取哪些保護措施?24．目前常用哪幾種完井方法?25.誘導油氣流的主要方法有哪些?26.完井井口裝置有哪些部件?各起什么主要作用?
水平井防砂管柱內腔沖洗及旋轉水射流解堵工藝具體包括哪些內容呢，下面中達買粉絲招投標老師為你解答以供參考。 一、水平井防砂工藝技術現狀 水平井是近年來在國內新興的采油工藝技術,它可以增大井眼與油藏的接觸面積,加大泄油面積,減少滲流阻力,提高油田的整體開發效果。 樁西、河口、孤東部分油田地處灘海區,特別是樁106、樁139、樁47、飛雁灘等多個區塊的施工井直接處于灘海地區,勝利灘海油田定向井多為館陶組稠油出砂油藏,其開發以先期防砂開采為主,大斜度、大位移井防砂方式主要是封隔高壓一次充填、輔以壓裂防砂,水平井防砂為封隔器懸掛金屬濾砂管防砂。 目前,水平井防砂管柱主要是金屬氈濾砂管防砂。常規防砂管柱主要由丟手工具、皮碗封隔器、油管、濾砂管、扶正器、絲堵等組成,全部管柱丟在水平段內(見圖1)。 二、水平井防砂管柱中心管沖砂解堵技術 (一)連續油管沖砂 水平井芯管內沖砂主要是指濾砂管防砂中心管的沖砂。首先下入Ф89mm油管,利用密封插頭與井下管柱進行對接,形成循環通道,在油管中下入連續油管進行沖洗。該工藝在油田有過成功的應用。但由于國內連續油管車數量有限,目前大多數處于停工狀態,因此已經沒有實施的可能。 (二)旋轉射流沖砂解堵技術 1.結構 水平井旋轉射流沖砂解堵裝置由扶正套、旋轉射流沖砂解堵工具、沖管等組成(見圖2)。沖管末端攜帶旋轉射流沖砂解堵工具及扶正套對準水平井防砂管柱魚頂后,射流工具因扶正套的扶正作用探入中心管,沖砂管柱繼續給扶正器施加一定的負荷,扶正套上銷釘剪斷,沖管攜帶解堵工具可繼續前移進行沖砂解堵作業。沖砂解堵施工后,扶正套可隨解堵工具帶出。 2.高壓水射流解堵機理 高壓水旋轉射流解堵技術是利用井下可控轉速的旋轉自振空化射流解堵裝置產生高壓水射流直接沖洗炮眼解堵和高頻振蕩水力波、空化噪聲(超聲波)物理解堵。 自振空化射流是近年來發展起來的利用小擾動波在管系傳播的瞬態流理論和水聲學的流體自激振蕩原理將連續射流調制成具有強烈壓力振蕩和高空化初生能力的新型射流,因而可以利用其強烈的壓力振蕩和輻射強烈的空化噪聲沖擊波來解除地層堵塞,恢復或提高地層滲透率,射流的高頻振蕩以及空化的熱力和超聲波作用還可改變原油分子結構,降低原油黏度,減小巖石和油水界面上的表面張力,從而改善原油流動性、提高原油采出程度。
3.工作原理 解堵施工時,通過沖管聯接頭將沖管與解堵裝置連接在一起,沖管長度根據需要解堵的中心管長度而定(一般下入的沖管應大于中心管長度1m～2 m),用油管連接沖管將解堵工具送入井中,利用滑動沖管扶正套保護自振空化噴嘴在斜井或水平段不受損壞,并使自振空化噴嘴導入到防砂魚頂內腔中,地面加壓為5kN～10kN將限位剪釘剪斷,滑動沖管扶正器留在防砂魚頂處。沖管經滑動沖管扶正器內腔將自振空化噴嘴送入到中心管中,解堵液經地面水泥車通過油管、沖管,泵入井下解堵工具,由旋轉噴頭上的噴嘴噴出,形成高壓水射流。噴頭上沿周向分布有八個噴嘴,四個傾斜的動力噴嘴噴出側向射流產生旋轉力矩,使噴頭旋轉同時完成沖砂。四個徑向噴嘴產生徑向高頻自振空化射流,直接沖擊解堵并段。 4.實驗效果分析 通過清除有細砂堵塞割縫篩管的試驗,旋轉射流解堵工具能夠有效的清除割縫篩管上的粉細砂和泥質;通過模擬井下條件的沖砂解堵試驗,當旋轉水射流的沖擊波,通過0.3mm割縫管傳到充填砂的環空中,產生強大的渦流,使充填砂中的0.1mm細砂從井筒內返回地面(見圖3、圖4)。 5.選井條件及施工工藝 (1)適用范圍和選井條件。該技術對以下條件的油水井作用效果較好:1)地層滲透率較高,具有一定產能,確屬近井帶污染或者生產過程中由于出粉細砂而造成防砂管堵塞引起產量下降或停產的油水井。2)地層污染堵塞又具有酸敏、水敏特性,不易實施酸化等其他措施的井。 (2)施工設備和要求。旋轉射流解堵技術的設備及要求為:1)作業機一臺,400型水泥車兩輛,15m3水罐車兩輛。2)施工井應有井口自封裝置,并有回水管線與回水池連接。3)地面管匯中需要與400型水泥車配套的高壓彎頭、高壓水龍帶、三通等,并應清洗干凈,連接密封良好。4)根據油層深度和堵塞程度,地面泵壓工作壓力為15MPa～30MPa,流量為400L/min左右。5)工作介質為清水,根據地層物性和堵塞情況可加入適量的防膨劑、解堵劑、粘土穩定劑等添加劑,以保證工作液與地層巖石及流體配伍,并保證解堵效果。 (3)施工工藝和方法。旋轉射流沖砂解堵技術的施工工藝和方法為:1)清水或活性水洗井,防膨液壓井,起出井內管柱。2)按防砂管長度配好沖管長度,依次下入扶正套、旋轉射流解堵工具、連接沖管、過濾器和光油管,完成高壓水旋轉射流施工管柱,并用油管送至防砂管柱魚頂處。3)清水正洗井,洗凈油管內的污垢和雜物。4)按上述第(5)條配好處理液后,打開井口,自井口投球,打開單向閥,兩臺車并聯,一檔調壓至15MPa～30MPa,正循環打處理液;同時用作業緩慢下放管柱(越慢越好),使解堵工具從上到下連續沖洗防砂管柱,直至防砂管柱底部;然后緩慢提升油管,從下到上連續清洗防砂管柱直至防砂管頂部約1m處。這樣反復清洗四至五趟。5)處理完后,工具下至防砂管底部,倒井口流程,清水大排量反循環洗井兩至三周,排出防砂管內清洗掉的雜物。6)起出全部管柱及清洗工具,按常規下泵或下注水管柱,開井生產。 三、現場應用情況 該旋轉射流沖砂解堵工具完成后,在樁西油田樁115一平1井進行現場實驗,射孔井段1 641.8m～1 692.5m,射孔井段井斜角90°,該井2004-06-06量油不出,分析為濾砂管失效,砂埋中心管。應用定向井旋轉射流物理法解堵裝置沖中心管,沖砂井段1 638m～1 695m,沖出地層砂1.5m3,解堵后試擠壓力為10MPa。該井開抽后,日產液23t,日產油8.3t,含水63.7%。 后又在孤北1—P1井現場實驗,對100m的防砂管柱進行了解堵處理。該井自投產六年來,最高日產油12t,雖經多次酸處理和其他解堵措施,效果都不理想,每次作業收效甚微,后來作業幾乎為無效作業,直至沒有產能。采取沖砂解堵措施后,注汽壓力明顯下降,干度提高,注汽投產后最高日產油量22t。 自2006年1月以來,在樁139、樁106和樁l15等灘海區塊的定向井,應用水平井旋轉射流沖砂解堵裝置解堵和中心管沖砂。解堵后,試擠壓力平均下降10MPa～15 MPa,中心管沖砂施工,未出現一口卡沖管事故。實施28井次,平均有效期210d。
王培義李宗田蘇建政孫良田
（中國石化石油勘探開發研究院，北京100083）
摘要 水平井技術于1928 年提出，20 世紀40 年代付諸實施，20世紀80年代相繼在美國、加拿大、法國等國家得到廣泛工業化應用，并由此形成了一個研究和應用水平井技術的新高潮。本文闡述了國內外水平井分段壓裂工藝技術及其應用效果，傳統的填砂打液體膠塞及封隔器分隔壓裂技術勞動強度大，作業周期長，水力噴射壓裂是水平井分段壓裂發展的方向。
關鍵詞 水平井 分段壓裂 應用效果
Staged Hydraulic Fracturing Proceeding of Horizontal Well
WANG Pei-yi，LI Zong-tian，SU Jian-zheng，Sun Liang-tian
（Exploration and Proction Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083）
Abstract The horizontal well technology was proposed in 1928，brought into operation in 1940s，and successively widely instrialized used in U.S.A，Canada，France in 1980s.So a new meridian was developed that time.This paper gives an overall description the staged hydraulic fracturing proceeding of horizontal well in domestic and abroad，and introces its field application.Traditional liquid cement isolation and packer isolation in hydraulic fracturing proceeding makes labour intensity raised and leads working cycle longer.Hydrojet fracturing proceeding is a trend in staged hydraulic fracturing proceeding.
Key words horizontal well staged hydraulic fracturing field application
水平井通過擴大油層泄油面積提高油井產量，提高油田經濟效益，目前已經成為油氣田開發的一種有效手段，特別對于低滲油氣藏效果更加顯著。為了充分發揮水平井優勢，提高低滲透油田開發效益，水力壓裂改造成為儲層增產的重要措施。
國內外于20世紀80年代開始研究水平井的壓裂增產改造技術，在水力裂縫的起裂、延伸、壓后產量預測和分段壓裂施工工藝技術等方面取得了一定進展，但總體來講不配套、不完善，特別是水平井分段壓裂改造工藝技術與實際生產需求還存在較大的差距，有待進一步開展攻關研究。本文主要介紹目前國內外常用的幾種水平井分段壓裂工藝技術［1～3］。
1 水平井分段壓裂改造技術
1.1 液體膠塞隔離分段壓裂技術（化學隔離技術）
國內外在20世紀90年代初采用該技術，主要用于套管井。其基本做法是：①射開第一段，油管壓裂；②用液體膠塞和砂子隔離已壓裂井段；③射開第二段，通過油管壓裂該段，再用液體膠塞和砂子隔離；④采用這種辦法，依次壓開所需改造的井段；⑤施工結束后沖砂沖膠塞合層排液求產。該方法的優點是施工安全系數高。缺點是：①所使用的液體膠塞濃度高，對所隔離的層段傷害大；②由于壓后排液之前要沖開膠塞和砂子，沖砂過程中對上下儲層均會造成傷害；③施工工序繁雜，作業周期長；④綜合成本高。因此，該技術方法20世紀90年代初發展起來后沒有得到進一步發展與推廣應用。
1.2 水平井雙卡上提壓裂多段技術
此項技術可以一次性射開所有待改造層段，壓裂時利用導壓噴砂封隔器的節流壓差壓裂管柱，采用上提的方式，一趟管柱完成各層的壓裂（圖1）。優點：①分層改造目的性強；②井筒隔離效果好。缺點：容易砂卡封隔器，造成井下事故。需進一步攻關研究。
圖1 雙封分層壓裂管柱示意圖
1.3 封隔器+機械橋塞分段壓裂技術
該技術為：射開第一段，油管壓裂，機械橋塞座封封堵；再射開第二段，油管壓裂，機械橋塞座封封堵，按照該方法依次壓開所需改造的井段，打撈橋塞，合層排液求產（圖2）。優點：①具備雙封分壓的特點；②砂卡時處理事故比雙封管柱容易。缺點：①作業周期長；②砂卡風險大［4，5］。
圖2 水平井機械隔離分段壓裂管柱示意圖
1.4 環空封隔器分段壓裂技術
環空封隔器分段壓裂，首先把封隔器下到設計位置，從油管內加一定壓力坐封環空壓裂封隔器，從油套環空完成壓裂施工，解封時從油管加壓至一定壓力剪斷解封銷釘，同時打開洗井通道閥，洗井正常后起出壓裂管柱，重復作業過程，實現分射分壓（圖3）。
圖3 環空分層壓裂管柱示意圖
1.5 限流分層壓裂技術
限流法分層壓裂是一種完井壓裂技術，它主要用于未射孔的新井。限流壓裂技術機理是在壓裂過程中，當壓裂液高速通過射孔孔眼進入儲層時會產生孔眼摩阻且隨泵注排量的增加而增大，帶動井底壓力的上升，井底壓力一旦超過多個壓裂層段的破裂壓力，即在每一個層段上壓開裂縫。如果層多、層薄，物性差異大，那么就會導致各裂縫啟裂和延伸不均衡，影響增產效果（圖4）。
圖4 限流分層壓裂管柱示意圖
1.6 水力噴射加砂分段壓裂技術
水力噴射分段壓裂技術就是將水力噴射技術和壓裂技術相結合，其技術原理是根據伯努利方程，將壓力能轉換為動能，在地層中射流成縫，通過環空注入液體使井底壓力剛好控制在裂縫延伸壓力以下，環空泵注的液體在壓差作用下進入射流區，與噴嘴噴射出的液體一起被吸入地層，驅使裂縫向前延伸，因井底壓力剛好控制在裂縫延伸壓力以下，壓裂下一層段時，已壓開層段不再延伸，因此，不用封隔器與橋塞等隔離工具，實現自動封隔。通過拖動管柱，將噴嘴放到下一個需要改造的層段，可依次壓開所需改造井段（圖5）。
水力噴射壓裂技術可以在裸眼、篩管完井的水平井中進行加砂壓裂，也可以在套管井上進行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、準確地壓開多條裂縫，水力噴射工具可以與常規油管相連接入井，也可以與大直徑連續油管（ϕ60.3mm）相結合，使施工更快捷，國內外已有數百口井用此技術進行過酸壓或加砂壓裂處理［6～8］。
圖5 噴射壓裂技術示意圖
2 現場應用效果
吉林油田，由于井比較淺，大部分水平井采用環空分段壓裂技術，用該工藝壓裂投產的水平井，壓后初期產量為10.8～14.2m3/d，穩定產量是周圍直井產量的3～5倍。
長慶油田自1993年在安塞油田第一口水平井——塞平1井成功實施分段壓裂以來，已利用填砂打膠塞分段壓裂技術改造了7口井17層段。長慶油田在2005年引進哈里伯頓公司水力噴射分段壓裂技術基礎上，2006年在4口井實施了水力噴射分段壓裂，其中莊平7井投產后日產油7t，取得了較好的改造效果。
大慶油田在葡萄花油田實施8 口水平井限流壓裂，投產2 口井，平均日產量達到43.7t，未壓裂水平井日產為9.7t，壓裂增產3.4倍。2007年封隔器分段壓裂占水平井壓裂總井數的75.6%，增產效果是直井壓裂的4.5倍，是水平井限流壓裂的1.4～2.5倍。將分段壓裂與限流壓裂相結合，開展水平井分段限流工藝研究，試驗8口井，降低了施工成本與風險，并取得了較好的增產效果。
勝利油田套管限流分層壓裂實施了高89-平1井、史127-平1井、商75-平1井3口井的分段壓裂，其中史127-平1井水平段長351.3m，實施限流改造井段3488.5～3646.5m，長度為 158.0m，壓后初期日產液 20.3m3，日產油 11.5m3，穩定日產油6.45m3，含水量為7%。
3 結論
（1）水平井的增產措施是低滲透水平井長期高效開發的重要手段，應加大水平井的分段壓裂措施的現場實施研究力度。
（2）水平井開發經過十余年的科技攻關，取得了很多成果，但在水平井分層壓裂工藝配套等許多方面有待于進一步提高。
參考文獻
［1］牛寶榮，徐向陽，何紅梅.國內外水平井開采配套技術［J］.吐哈油氣，2007，12（2）：183～187.
［2］陳作，王振鐸，曾華國等.水平井分段壓裂工藝技術現狀及展望［J］.天然氣工業，2007，27（9）：78～80.
［3］姜洪福，隋軍，龐彥明等.特低豐度油藏水平井開發技術研究與應用［J］.石油勘探與開發，2006，33（3）：364～368.
［4］宋振云，陳建剛，王興建等.水平井筒機械隔離分段壓裂技術［J］.鉆采工藝，2007，30（4）：75～77.
［5］ElRafie E A，Wattenbarger R A.Comprehensive Evaluation of Horizontal Wells with Transverse Hydraulic Fractures in a Layered Multi 2 phase Reservoir［J］.SPE 35211，1996.
［6］沈忠厚.水射流理論與技術［M］.東營：石油大學出版社，1998.390～423.
［7］Jaatmadja J B.Hydrajet-f racturing stimulation process proves effective for off shore brazil horizontal wells［J］.SPE 88589，2004.
［8］McDaniel B W，Jim B.Surjaatmadja，Larry Lockwood，Halliburton；Rod L.Sutherland，Key Proction Co.Evolving New Stimulation Process Proves Highly Effective in Level 1 Dual-Lateral Completion.SPE7 8697-MS，2002.
3.6.4.1 自轉向酸酸壓工藝技術
在進行酸化或酸壓的時候為了準確地將處理液注入到所選擇的層段內。可以通過套管或油管注入到井下，或用連續油管注入。但是在井筒注入作業中，酸液優先進入高滲透率層，使得低滲層段得不到處理。有時高滲產水層吸入過量酸液，增加產水量和水處理成本。早前普遍采用機械轉向和常規的化學轉向方法，前者在大距離水平井和大位移井中有時失效，后者就是用橋堵劑和交聯聚合物凝膠臨時封堵高滲地層，以便將處理液轉向低滲地層內。但是聚合物基酸液體系具有一些缺陷。研究表明，常規聚合物基酸液體系會堵塞酸蝕孔洞并造成地層損害。同時聚合物體系的穩定性會隨著井底溫度的增加而下降，并會影響轉向，在最壞的情況下會阻止地層中的流體流動，造成永久性地層損害。當存在硫化氫時，金屬交聯添加劑與沉淀的硫化物反應，會造成地層損害和結垢等問題。
為解決聚合物潛在的損害，斯倫貝謝研究出了黏彈性表面活性劑（VES），1997年推出了無聚合物壓裂液。2001年推出了實際作業溫度達135℃的VES分子壓裂液，并于2004年利用VES化學原理生產出無聚合物酸液，稱為VDA黏彈性轉向酸液體系。VDA體系中使用的這種黏彈性表面活性分子由陽性季銨基親水頭和陰性羧基長疏水尾形成的碳氫鏈組成。在沿油管或套管注入井下時，VDA液體系（是HCl、黏彈性表面活性劑和酸處理中的添加劑混合物）能夠保持較低的黏度。在酸液與巖石反應而被消耗的過程中，表面活性劑形成凝膠。有兩個因素控制著這種凝膠形成過程，隨著酸液的消耗，pH值增加，使表面活性分子聚集，并形成叫做膠束的長形結構，其中親水頭方向朝外，疏水尾方向朝內。碳酸鈣在鹽酸中溶解產生氯化鈣鹽水，進一步使螺旋狀膠束穩定。膠束繼續加長，并在表面活性劑臨界濃度之上纏結，形成網狀結構，并產生高黏度彈性凝膠。凝膠黏度加大進一步減小向處理層內已有酸蝕孔洞和縫隙的流動，從而使酸蝕流動轉向未增產處理的低滲地層和受損害的地層。反應后的VDA液的黏度與包括溫度在內的幾種因素以及酸液與表面活性劑的初始百分比有關。在處理之后，表面活性劑凝膠在與產出的原油接觸時或在返排期間被產出的地層鹽水稀釋時破裂，凝析液和互溶劑前置液返排。在破裂期間，長條形膠束結構分解為球形結構，而且由于球形膠束沒有纏結，酸液體系的黏度較低。互溶前置或后置溶液可以加快稠化表面活性劑的破裂和促進快速清潔。斯倫貝謝公司認為，這種新的酸液體系可以用來對井底靜態溫度達149℃的井進行增產處理。
在投入應用之前，斯倫貝謝和Stim-Lab比較了純鹽酸、一種聚合物酸、一種泡沫酸和VDA酸液體系的分流效果和保留滲透率特性。試驗表明，鹽酸原酸只能穿透滲透率最好的巖心，而VDA體系則能夠增加所有巖心的滲透率，因為它能夠成功地使酸液轉向流到低滲巖心中。利用計算機層析成像（CT）研究表明，由于酸化作用導致孔隙結構變化，與聚合物酸的黏度相比，VDA酸液的黏度在反應后仍然保持較高的水平。對巖心注入表面的分析顯示，用VDA酸液注入的巖心保持清潔，沒有殘余痕跡。用聚合物酸體系處理巖心注入表面和酸蝕孔洞內側明顯具有損害的殘余痕跡。這種新型VDA液體可以作為一級液體注入，或在不同級中與其他增產液體混合注入。測試結果已表明，當互溶劑連續注入測試巖心時，低流動初始壓力說明VDA殘液具有良好的清潔效果。這種VDA體系良好的特性對于低壓油藏特別有利。
墨西哥酸液轉向體系實例：PEMEX自1995年一直在Veracruz盆地使用酸化壓裂方法，該區使用封堵球處理液轉向及凝膠油基前置液防止濾失常常失敗。1997年引入含聚合物的自轉向酸液改善了轉向效果，考慮到聚合物損害的影響，1999年開始使用VES技術。首先用一種黏性無酸的ClearFRAC壓裂液前置液啟動水力壓裂，形成一定幾何形態的裂縫。之后注入酸液（15%HCl濃度下含20%甲醇或異丙醇以及80%酸液），以刻蝕裂縫并產生酸蝕孔洞，最終造成流體濾失。最后注入VDA體系充填酸蝕孔洞。VDA體系能夠更有效地延伸已經形成的孔洞，因為先期增產處理的地層吸入的液體較少而后續的羥基酸將被轉向到新的地層，對Edwards灰巖測試表明，該液體能夠對裂縫表面進行不均勻刻蝕。使用多種液體有助于黏性指進，能改變酸液的路徑，并在裂縫面上產生不同的刻蝕形態。重復這一造縫過程，利用溶劑沖洗液進行沖洗或使地層油氣返排，可降低凝膠酸液的黏度，并有助于快速清潔。由于裂縫面得到不同程度的刻蝕，因此裂縫在閉合后仍能保持其導流能力。
第一口井（Matepionche2181井）于2002年11月完鉆，隨后在2815～2870m之間的3個碳酸鹽巖層段進行射孔并實施基巖酸化增產處理。地層的孔隙度為7%～11%，平均溫度為82℃，處理前該井無產量。處理后用1/2英寸油嘴2.89MPa下產量達3.1504×104m3/d，試井分析得平均滲透率為0.069×10-3μm2，油藏壓力為22.8MPa，表皮因子為+1，表明地層僅受到輕微損害。
3.6.4.2 多級注入酸壓工藝技術
為了有效地控制酸液濾失，Coulter和Crowe等人于1976年提出交替注入前置液和酸液的方法，發展了交替注入酸壓施工工藝技術。20世紀80年代中后期，多級注入酸壓技術得到了廣泛的應用并取得了較好的效果。20世紀90年代，該技術成為碳酸鹽巖儲層深度酸壓的主流技術（丁云宏，2005）。
根據地層特征，該技術可將非反應性高黏液體與各種不同特性的酸液組合，構成不同類型、不同規模的多級注入酸壓技術。主要應用于低滲、特低滲的碳酸鹽巖儲層，更適合于重復酸壓井。
1998年，Schlumberger Dowell公司在墨西哥的維拉克魯斯州碳酸鹽巖天然裂縫性油氣藏進行了多級注入深度酸壓，該氣田采用前置液+醇酸+轉向酸進行多級注入酸壓施工，注入的級數最高達15級，施工后取得了明顯的增產效果。
3.6.4.3 特殊酸壓工藝技術
在酸壓技術的實踐過程中，針對不同地層滲流能力、巖石的軟硬程度、不同的巖性與物性等，提出和發展了一些特殊的酸壓工藝技術（丁云宏，2005）。
（1）閉合裂縫酸化工藝技術
該工藝是針對較軟的儲層及非均質程度高的儲層，適合已進行壓裂酸化施工并形成了一定長度的裂縫、或進行加砂壓裂并形成了裂縫或有天然裂縫的碳酸鹽巖油氣藏。原理是：在裂縫閉合狀態下，用低排量注入酸液，讓酸液在低于儲層破裂壓力條件下流過儲層內“閉合”的裂縫面發生溶蝕，產生不均勻溶蝕形成溝槽，施工結束和裂縫閉合以后，酸蝕的通道仍有較高的導流能力。通常和多級交替注入酸壓工藝聯合使用，多級交替注入酸壓多次溶蝕，形成的裂縫壁面比較均勻，裂縫閉合后導流能力較低，閉合裂縫酸化可以大幅度提高裂縫的導流能力。實驗證明，閉合酸化比裂縫張開下的酸蝕導流能力高幾倍甚至上百倍。
（2）平衡酸壓工藝技術
該工藝是針對低溫白云巖和需控制縫高的地層。利用裂縫擴展壓力（延伸壓力）和最小就地應力（裂縫張開和閉合的壓力）之間的區別。壓開動態裂縫后控制施工排量，使注液速度與酸在裂縫壁面的濾失速度相當，當二者平衡時，裂縫中的壓力將低于裂縫延伸壓力，這時裂縫將繼續保持張開狀態，但卻不發生明顯的擴展。通過延長酸液在裂縫面上的反應時間獲得高導流能力的酸蝕裂縫，通過控制動態裂縫的幾何尺寸和延長酸液和裂縫面溶蝕時間，達到了既不壓開非儲層和水層、控制動態裂縫幾何尺寸，又能夠獲得最大增產效果，但現場施工可操作性差，很少單獨采用。
3.6.4.4 交聯酸攜砂酸壓工藝技術
20世紀90年代后期及進入21世紀以來，交聯酸技術的應用越來越受到重視，而且多采用新型液體組合技術進行應用。由于早前的交聯型稠化酸不同于許多的高效酸，該酸液交聯后的黏度并不高，一般只在20mPa·s左右，并且采用多價金屬離子或乙醛等作為交聯劑，但由于這種最初研制的膠凝酸對剪切很敏感，高溫穩定性差，殘酸中破膠也是問題，過去一直沒有得到推廣應用。
成都理工大學能源學院及“油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室”研究人員通過近五年的努力，解決了在鹽酸可溶解稠化劑合成、交聯劑合成及破膠劑篩選等一系列研究，并對稠化劑、交聯劑合理用量進行交叉篩選，使配制的交聯酸主要性能——黏度可調，黏度從100mPa·s至600mPa·s，還對交聯酸體系主要指標進行測定。成品情況見圖3-178～圖3-182。
主要測試項目包括：不同溫度下的黏溫性能測定；不同濃度的黏度測定；各種添加劑配伍性測定；酸巖靜態反應速度測定；緩蝕性能測定；鐵離子穩定性能測定；助排劑性能耐溫性能評價測定；剪切性能評價測定；破膠性能評價測定；摩阻系數測定；攜砂性能測定；酸巖流動反應動力學評價；酸蝕裂縫導流能力評價實驗。
目前，該交聯酸體系在中國石油長慶油田進行現場應用，自2005年開始，用交聯酸攜砂酸壓已經成功實施11口井，井深3300～3700m不等，地層溫度在95～113℃之間，一次作業用酸量在100～280m3不等，加砂量8～26m3不等。施工效果較好，增產措施效果明顯。
圖3-178 稠化劑（CZY-2）照片
圖3-179 1%稠化劑水溶液照片
圖3-180 交聯劑（JZY-1）照片
圖3-181 交聯酸交聯后照片
圖3-182 交聯酸現場施工配液效果圖