水平井、复杂井固井.ppt

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1、水平井、大位移井、复杂井的完井与固井,第一章水平井的完井方法,我国规定，水平井是井眼的井斜角超过85并且井眼要沿基本是水平的方向延伸一定距离的井，见图41，国外把井眼的井斜角超过90向上翘的上翘井也列入水平井的范围。,第一节 水平井的应用简介,水平井可以增加油井控制的储量，提高井的产量，使井的生产效益有极大的提高。现在水平井的应用已是相当普遍的，成为油田生产后期提高采收率的有效手段。一、水平井的效益及应用 水平井的真正潜力在于它在常规油气藏中可提高产量提高采收率，增加储量，降低成本。1.水平井可提高产量和采收率 水平井是在几乎是水平的油层中延伸，或是穿越多个大倾角的油气层，使井眼控制的含油气区

2、增加。一口水平井可代替数口直井。水平井控制的泄油区是一个椭圆形，水平井眼延伸越长，椭圆面积越大，控制的泄油区越大。在常规的均质油藏，一口水平段长100米的水平井控制的泄油面积是直井的3倍；300米长的水平井段是直井的910倍；1600米长的水平井眼相当于2830口直井。而在裂缝油藏，水平井的效果更突出。,(1)水平井在有气顶有底水的油藏中可延长井的无水无气阶段。水平井可有选择地在气顶和底水中间延伸相当长的距离。美国某油田在较高的产量下开采一段时间后，气顶的能量消耗很大，底水锥进，井的产量下降，综合成本上升。钻水平井开采后，初产可达到日产1770吨，在控制井底压差为7兆帕的条件下，日产仍在一千吨

3、，含水很低，采油成本大大下降，而直井的产量只有200吨左右。(2)水平井可开除残余油，提高油藏的采收率。在常规油藏注水开发中，注入水会逐渐淹没油层，但仍有相当多的有开采不出，一般剩余油有6070。在水淹油藏钻水平井开采残余油就有好的效果。法国的上拉克油田已开采25年，水淹区达98，综合含水率在95以上。钻水平井后，用电潜泵采油，每天产油量达15吨。水平井的产量是直井的三倍多。(3)水平井是稠油油藏开发的最有效途径。(4)水平井是开发裂缝油气藏的最好手段。,岩石中的裂缝多半是垂直发育的，极少见到水平的缝。水平井可一次穿越许多个垂直的裂缝，参与出油的裂缝增多，井的产量就高，见图42。水平井在裂缝油

4、气藏中的产量是直井的10100倍。意大利一个裂缝油田用直井开发，产量很低，日产量只有十几吨，而用水平段长600米的水平井采油，日产可达500吨，是直井30倍。,2.水平井可增加油气藏的可采储量,水平井用于常规孔隙性油气藏，其优点就是水平井可使可采的储量增加。用水平井，尤其是分支水平井可消除开采中的“死区”，在油层中的不同方向钻水平井，就可控制大面积的泄油区，增加了可采储量。,3.水平井能提高开发经济效益,(1)水平井能降低油气的生产成本 美国在Appalachia盆地开采泥页岩中的天然气，钻水平井的成本是直井的2倍左右，但控制的储量是直井的8倍，产量是4 6倍，开采每立方米天然气的成本比直井低

5、3050，而且钻水平井的总数量减少，也使开发成本降低。前苏联在某些接近枯竭的老油田，用老井眼侧钻水平井，成本很低，仅为钻新井的3080，却能比邻井获得高10倍的产量，最低也在5倍以上。(2)水平井可减少开发井的总数目 水平井可减少总的布井数目。在海上平台，用一个平台钻多口井是普遍采用的技术。除此之外，用老井眼侧钻水平井的效益也很显著。在老井中侧钻一个水平井眼的成本比钻新井低，开采效果比钻新的直井好，已是老井改造，老油田恢复产能的唯一手段。,二、水平井的地质及设计问题,水平井要有取得好的使用效果，对水平井的油藏地质、水平井的设计、井位的选择等均有较高的要求。1.水平井的地质问题 水平井所适合的油

6、气藏是：裂缝性的油气藏，低渗透的油气藏，稠油层，薄油层，水锥进的层位等。也在开采接近枯竭的油藏，油田的调整井网中使用。只有大于6米的层厚，水平井的效果才好，在很薄的油层(小于3米)就不适用。在低渗透的油藏，只有油藏有足够的能量和供液能力，水平井才有效。,2.水平井段的长度,水平井的水平长度越长，开采效果越好。水平长度受油藏类型，钻井工艺，井眼稳定性和井的综合经济性的制约。水平井的长度与油藏的泄油面积有关，长度越长，控制的面积越大，效果越好。水平段的长度影响因素主要有三个：井底到地面的举升能力；油藏的均质程度和钻井完井的工艺水平。,(1)工程技术的限制主要有管柱的摩阻力，井眼的稳定性和全井的经济

7、性。管柱的摩阻力随水平段长的增加而急剧加大，靠钻柱的自重已不能推动钻头前进，管柱的弯曲加剧管材的受力，增加钻进的危险。这限制水平井眼的加长。水平井眼长度的增加，带来井壁的不稳定性。长度延长，裸露的岩层受钻井液的浸泡时间就越久，岩石变形的可能性变大，加之经常受钻具的碰撞，诱发井眼失稳的机会就多。水平井眼的长度加长，使总的钻井成本加大，水平井越不经济。成本与水平井段长度是成几何级数增加的。综合以上因素，一口井的水平井段的长度应根据钻井的水平而决定。,(2)油藏条件也限制水平井的长度。有的油藏是岩性油藏，断块油藏和尖灭油藏，本身的范围有限，水平井段不应延伸到油藏之外，不能和其它井相碰，长度应限制在此

8、内。(3)长度限制还包括油藏的供液能力。如果油藏的能量低，油层的供给能力不足，水平井眼长度加大，经济上是不划算的。,3.水平井的井位选择,水平井选择井位的准则是油藏的描述，模拟和水平 井的经济性分析。国外对水平井井位的选择，要进行 地质调查、油藏描述、油田产量采收率的开发的模拟、钻井完井和采油全过程的分析的系统研究，选择最经济 的方案进行施工。因此水平井的成本不断下降开发效益 不断提高，使水平井的成本接近直井，而综合效益大大 提高。水平井适合已开发成熟的油田，为使水平井的水平段 位于欲开采的油层的恰当位置，需要用直井研究油藏的 储层深度厚度，岩石的孔隙度，绝对和相对渗透率，地 层压力，岩石性质

9、，油气性质，驱动方式等特性资料和 生产工艺，进行油藏的描述。通过描述决定水平井段的 长度和井位。,对一个具体的油藏来说，不是水平井在技术上是否可行的问题，而是在何处钻水平井才能使经济最合算。水平井井位选择的依据和准则及应注意的事是：(1)在稠油油藏中，原油的粘度是水平井井位选择的主要因素。在粘度不太高的稠油层钻水平井才有价值。多在1500米以内的较浅稠油层钻水平井。(2)要求层厚在6米以上；油层有良好的上下隔离层；发生气和水锥进的可能性小；原油的饱和度高，油层均质，有较大的储量和供液的能力。层厚小于3米，水平井的开采就不经济了。,(3)在低渗透的油藏，岩石的渗透率应大于，最好是大于，钻水平井才

10、能有效，否则井的效益低下。渗透率在小于 时，水平井基本无意义。油藏的供油面积要大，层的厚度分布稳定，有足够的可采储量。直井压裂的产量不增加，水平井压裂后产量也不增加，钻水平井无效。(4)在裂缝油气藏，水平井穿越的有效垂直裂缝数量越多，井的效果越好；水平井段应避开出水的裂缝，否则井会被水淹。水平井段岩石的垂直渗透率与水平渗透率之比应大于0.1，最好是大于0.5，否则井的效益低下。,(5)在水和气锥进的油气藏，油层上下封隔的有效性和岩石中存在的垂直裂缝都会影响水平井的效果。一般要求层厚2040米；储层中不应有能引起上下窜通的垂直裂缝。,第二节 水平井的分类及钻进特点,一、水平井的分类 一般常见的比

11、较细致的划分可分成长半径、中半径、中短半径、短半径和超短半径水平井，共五种，见表42和图43。水平井段长度超过2000米的，也称为水平延伸井。水平井的 钻井方法见表43：,表42 水平井的分类,表43 水平井钻进方法一览,1、长半径水平井 长半径水平井的弯曲半径较大，钻井工艺与一般的直井和定向井无大区别，井身结构也相似。长半径水平井现在多用于钻长水平井段的水平延伸井，在海上平台钻这种井可以开采远距离的油藏，以节省建设海上平台的费用。在陆地，在海边的滩涂地带，可用水平延伸井开发海上油田。有的长半径水平井的水平井段长度可达到3500米甚至可更长。水平延伸井现在有逐年增加的趋势。2、中半径水平井 中

12、半径水平井是最常用的井，在裂缝性油藏、稠油油藏、低渗油藏等均可使用。它的经济性比长半径井要好，钻井的周期短，成本低。现在钻中半径水平井和钻一口直井的时间与成本已比较接近。中半径井节省地表面积，当油藏的面积有限或租借的地域受限制时，优点突出。在的租借地上可容纳两口半径为152米，总水平长366米的中半径井，而半径为427米的长半径井却十分困难。中半径的水平井进入目标靶区的精度比长半径井要高，容易在较薄的油藏中钻进。,3、短半径水平井 短半径水平井大都是在老井中经套管开窗侧钻而成，有较短的半径而水平井段的长度不比中半径的短多少，可以在面积更小的油藏或租界区钻井。它用于使接近枯竭的老油田恢复产能，或

13、是在复杂的储层中钻进，也可在薄的油层(小于6米)中使用。4、超短半径水平井 超短半径水平井也称径向水平井。这种井只能用于浅的、软的砂岩层，多用于老油田的恢复产能。这种系统 的简图见图44，它是用特殊的喷嘴 用高压水冲蚀而成。,这种井的优点是：(1)由于是在极短的距离内(0.3米)就由垂直转向水平，造斜段极短，故方位和方向准确，定向工艺很简单，大大减少造斜的时间并能保证水平井进入油层的位置准确。(2)可在已废弃的老井眼中利用套管断铣技术在一个油层的水平面上冲出多个辐射状的水平井眼，从而使老井恢复，提高井的产量和采收率。(3)所用的设备简单，工艺也不复杂，施工周期短，尤其是不用笨重的钻机，可节省费

14、用。,5、几种水平井的比较,除径向水平井之外的各种水平井的优、缺点见下列表：表44 长半径水平井的优缺点,表45 中半径水平井的优缺点,表46 短半径水平井的优缺点,二、水平井的设计,水平井的设计不仅是一个井眼轨迹的设计，而是为全井能顺利钻到设计的目标区而定的各项参数。全井要以水平段为设计的依据，进行其它参数的选择。1、水平井的设计特点 水平井各项参数的设计应以井眼轨迹的控制为设计的准则，以能达到钻出水平井眼为目的。例如，钻压的设计就不是以提高钻速为目的，而是以方位的漂移最小，有利于井斜和方位的控制进行合理的选择。水力参数的设计要以能在水平井眼中充分净化和推动井下动力钻具为目标。钻井液应有好的

15、稳定性和在水平井眼中的携带能力。井身的剖面要经济、要能实现井的目的。井身结构要安全、稳定和保护产层。对水平井的设计要求是以油藏和生产为设计基础，综合油藏、地质、钻井、完井、采油等方面进行的。,2、水平井的设计要求,水平井是综合设计，最终要以实现水平井的油藏目的和采油生产为指标。地质部门提出目标点的垂直深度及误差，地层的倾斜角等；油藏部门提出油藏要经营的目标并帮助确定水平井的井眼长度及层位。采油部门根据采油的速度等提出最佳的完井方案。钻井部门根据以上要求制定钻井的方案如井的剖面设计，钻井工艺设计等。水平井的设计要受许多条件的限制，其中有地质、油藏面积(所租地域面积)的限制，它限制了水平井段的长度

16、和与之有关的弯曲半径的限制；有钻井工艺技术和完井技术的限制，经济性的限制等。并不是所有的水平井都有好的效果。,在水平井设计中最主要的参数有井身剖面的设计，它影响井眼的弯曲半径和水平井段的长度；完井方法的设计，它关系到井的结构和井的生产方式；油藏目标的选择对水平井的影响最直接，如钻入的目标层的厚度、均质程度、油气水界面的分布等，都是主要的参数。三、水平井的钻井特点（略）,第三节 水平井的完井,水平井的完井除要受油藏和地质的因素影响外，井眼的弯曲对完井也有相当大的影响。在水平井中裸眼完井和裸眼封隔器完井占有相当大的比例，水平井筛管完井也有相当的数量，射孔完井的比例比直井要少得多。一、水平井的完井方

17、法 影响水平井完井的因素除直井中的所有影响因素外尚有：井眼的弯曲程度对管柱的影响，水平井段的长度对井眼稳定程度的影响。这两个因素是重要的因素。,水平井完井方法可分为两大类：一类是选择性完井，主要是用水泥封固油层的完井，可在封固后选择性地射开某些层或某些段。另一类是非选择性完井，主要是裸眼及其变种。常见的完井方法有：裸眼完井，套管或尾管固井完井，割缝衬管完井，筛管完井，砾石充填完井，封隔器完井等，见图4-5。,水平井各种完井的特点是：,1.裸眼完井是最简单的完井方法，中、短半径的井较多，优点是井的完善系数高，产量高，污染易消除。缺点是岩石强度不够高时，在生产中会有井壁坍塌。井壁条件限制了增产措施

18、的应用。因为在这种井中套管通过弯曲段是往往有较大的应力，引起套管的强度问题。2在水平井中套管或尾管完井多用于长半径井。优点是对井下各种层的封隔良好，能克服井壁的复杂情况，能采取各种增产措施，能选择性地射开需要的层段。3割缝衬管完井是较简单的完井方式，可以用于各种半径的井，使用较普遍。在水平井眼中下割缝管，顶部用裸眼封隔器或套管封隔器挂在套管或裸眼地层上。衬管的作用是支撑弱的岩层。衬管可不用水泥封固，也可在局部段注水泥。4筛管完井是防砂完井，筛管不用水泥封固，多半是在筛管外充填砾石。也有事先在筛管外进行砾石的预充填。5封隔器完井是水平井中经常使用的完井方式。在可能会出现问题的水平井段前后都用裸眼

19、封隔器封隔。这种完井通常和割缝衬管或筛管配合。,水平井的完井原则是：井能获得最高的油气产量而其它的流体(水)的排出量小；能防止井壁的不稳定，能在出砂层控制出砂；有利于减少修井次数；井下的各种管柱能在长期生产中保持不变形，不腐蚀，不结垢；井身条件能进行二次或三次开发；经济性好。完井中应满足的技术要求是：封闭水或气的侵入；能进行生产测试，能采取增产措施，能修井；保证安全。国外对各种完井方式进行统计，注水泥完成的井约占10，裸眼完井占10，砾石充填井越占17，割缝衬管完井约占40，筛管完井占3，其它完井约占20。,二、长半径水平井的完井,长曲率半径水平井完井方法可采用直井的所有方法。可以在井中下套管

20、固井再用射孔的方法打开产层，也可用所有的其它完井方法。长半径水平井完井中的主要问题是很长的水平井裸眼的稳定。岩层不稳定，则应从钻井液的性能和井身的结构上解决。在钻入水平井段前，技术套管下到水平井段的顶部。钻进水平井段的钻井液可以使用含油的，使井眼稳定。,三、中半径水平井的完井,中半径水平井由于造斜段的半径小，井眼的弯曲剧烈。完井方式的确定，要看套管在弯曲段的受力情况而定。如果要下套管固井时，应当校核套管的弯曲应力和套管螺纹的密封性，保证套管的下入。当套管在弯曲段穿过时有一定的危险，则不能用套管固井。当不能下套管完井时的完井方法有裸眼完井，衬管完井，封隔器衬管完井等方式可选用。选择完井井底结构的

21、方法和短半径水平井相同。,四、中短半径和短半径水平井完井,由于这种井多是在老井中的侧钻井，水平井眼的直径受老井筒套管的限制，比长和中半径的井一般是很小的，在7的套管内，水平井眼的直径是不超过140毫米的，在5.5套管内的侧钻水平井眼直径只有110毫米。并且井眼的弯曲更剧烈，受井眼直径和弯曲井段的限制，中短半径和短半径水平井是无法在水平井筒中下套管的。所用采用的完井方式只有裸眼完井、衬管完井、封隔器完井等几种井底结构可供选择。,1.裸眼完井,水平井的裸眼完井是最简单的井底结构。裸眼完井适用于较坚硬的产层岩石，如石灰岩等。这种完井方式特别适合垂直裂缝发育良好的油气层。尽管产层的岩石较坚硬，但在采油

22、生产中仍要控制井底的生产压差。压差太大，岩层也会破坏。一般应控制生产压差为岩石抗压强度的三分之一到二分之一。裸眼完井的使用是比较少的。,2.衬管(筛管)完井,水平井衬管完井的井底结构见图46。水平段不下套管封固，下入衬管。衬管用密封悬挂器(悬挂封隔器)挂在最后一层套管上，用封隔器密封环型空间。衬管要加扶正器，使其居中。衬管可以是割缝的，也可以是绕丝筛管。衬管完井方法简单，可支撑地层岩石，防止 井壁坍塌，是较好的完 井方法。筛管完井主要 用于出砂的地层。,3.封隔器完井,在裸眼水平井段中下筛管(衬管)并在管柱的适当部位安放裸眼封隔器，使封隔器张开实现井段的分隔，其作用是支撑弱的地层，隔离有问题的

23、地层，按层段进行生产的控制。这种井底结构见图47。在筛管柱上的不同部位安放封隔器，在有问题的地层用不带孔的盲管，张开封隔器，盲管段就与生产段分隔，实现层位的隔离。封隔器可使用在水平井眼，也可用在弯曲段。当未被水泥封固的弯曲段出现掉块、坍塌等复杂情况时，用盲管配合封隔器，可封堵复杂层。也可在生产一段时间井下出现复杂情况时下封隔器配合衬管补救。,图47 水平井封隔器完井,4.砾石充填完井,在裸眼水平井眼下入筛管，并在环形空间充填砾石，使砾石起支撑地层、过滤出砂和保护筛管的作用，主要用于出砂的地层。砾石充填井的简图见图48。在水平井中进行砾石充填是比较困难的。砾石充填完井的使用较少。五、超短半径水平

24、井 的完井（略）,第四节 水平井的固井技术,水平井(大斜度井)的固井和直井有很大的不同。水平井的固井要比直井难得多。这主要是水平井的套管问题和水平井眼中的水泥顶替问题引起。一、水平井的套管设计 在水平井套管设计中的主要问题是看套管能否安全地穿越弯曲井段。套管穿越弯曲井段时随井眼发生弯曲，要受较大的弯曲应力。井眼弯曲越剧烈，套管受的弯曲应力越大。在套管下放时，在弯曲段的套管受阻力、下部套管的重力和弯曲应力，阻力方向与重力方向相反，使套管受的拉力小，当摩阻力很大，仅靠下部套管的重力不能使套管下行时，要用上部套管的重力克服阻力，此时套管要受压应力。当上提套管时，在弯曲段的套管的总力有下部套管的重力、

25、摩擦阻力和弯曲应力，此时套管的拉应力最大，是最危险的。弯曲段的起始处是危险截面。当套管在弯曲段受到的弯曲应力与拉应力之和超过套管钢材的许用应力，套管会破坏。套管的联接螺纹在穿越弯曲段时，因变形引起密封性的变化，弯曲过大，套管的螺纹密封失效。因此，套管能否穿过弯曲井段，必需要从受力和密封两个角度判断。,当套管可通过弯曲井段时，在弯曲段的套管应适当增大安全系数，以保证弯曲段套管的安全。一般，长半径的水平井中套管的弯曲变形不大，套管通过弯曲段无问题，中半径的水平井下套管就必需校核其强度。在中半径的水平井中增大井眼和套管之间的间隙，可使套管较顺利地下入。对于套管能通过的井眼最大曲率的问题，API推荐的

26、公式和钻井承包商推荐的公式如下式：式中：套管允许通过的最大井眼曲率，度/30米；套管管体钢材的屈服强度，；套管管体外径，米；安全系数，API推荐为1.8，钻井承包商推荐1.21.25；螺纹应力集中系数，API推荐为3 钻井承包商推荐22.5。,例如，直径244.47毫米，钢级为80的套管，按照API推荐的公式计算，允许通过的最大井眼曲率为6.97；按钻井承包商推荐的公式计算，允许通过的最大井眼曲率为17.2，二者相差甚大。目前提出一种做法是：(1)将 和 两个系数合为一个系数，取值为1.8。(2)根据螺纹联结抗拉强度(从钻井甲方手册上查表可得)与套管截面积A之比，先求得最大允许轴向应力。(3)

27、套管可承受最大弯曲应力。,则套管可通过的最大井眼曲率可由下式表示：式中：套管允许通过的最大井眼曲率，；套管螺纹联结强度，KN；套管可受有效轴向拉力，KN；套管管体外径，cm；考虑套管螺纹应力集中等因素的安全系数；套管管体截面积，。套管通过弯曲段引起的螺纹密封失效问题，目前尚无理论计算方法。穿过弯曲段的套管的螺纹密封性要用实验的办法解决。受弯曲的套管应使用密封性好的螺纹密封润滑脂。,二、水平井的注水泥,水平井固井的难点在于，在井筒的下侧，岩屑易沉积形成“岩屑床”，使水泥不能接触井壁岩石，降低固结的强度。套管在弯曲段和水平井筒中是紧贴井筒下壁的，或是与井筒的下侧的间隙极小，套管在弯曲段和水平井眼中

28、严重不居中。在顶替水泥浆的过程中井壁下侧的钻井液不能被水泥浆驱替，在井壁的下侧形成死区，造成大段的窜槽，使固井质量下降。在钻进水平井眼时，岩屑沉积在井眼的下侧，形成“岩屑床”。水平井眼中“岩屑床”的破坏仅靠循环钻井液是不行的，必须用机械的办法清除。普遍的作法是在下套管前反复用钻具上下通井循环钻井液，使钻具破坏岩屑床。在套管柱的适当部位加装泥饼刷，反复地活动套管，将井壁下侧的岩屑清洗掉。为改善套管的居中程度，使套管柱在弯曲井筒和水平井筒中尽可能地不贴井壁下侧，在套管柱上大量使用套管扶正器。在水平和弯曲井段至少要每一根套管上加一个扶正器，必须是刚性扶正器。套管的居中程度至少要达到67，才能有好的效

29、果。固水平井的水泥浆应有尽可能低的失水量和较高的粘度，在顶替的过程中可减少窜槽。在顶替中要活动套管，最好是旋转套管，使套管的运动带动死区的钻井液流动，被顶替走。在无条件旋转时，至少要大幅度地上下活动套管，对消除死区是有帮助的。,曾经使用过轻质顶替液，如用清水或用轻质柴油顶替套管中的水泥浆，其目的是减少套管内的液体重量，使套管“漂浮”在密度较高的水泥浆中，减少套管贴向井筒下侧。顶替时的排量应是水泥浆按照牛顿流体或膨胀形流体在环空中达到紊流。三、水平井的注水泥评价 水平井固井质量的评价是在固井结束后用测井的方法检验水泥的充填密实程度，水泥的高度和水泥与套管与岩石的结合强度等。在重要的井中，固井前应

30、进行水力胶结测试。,第二章复杂储层的固井和完井,我们通常把低渗透的致密储层、裂缝性储层和稠油油藏等需要特殊采油工艺的储层称为复杂储层。这些储层的完井方法与普通的高渗透孔隙型储集层的完井有许多不同，这是由储集层的特点所决定的。第一节低渗透层的固井和完井 在自然界的含油气层中，低渗透的地层占有相当大的比例，储量能占总储量的三分之一。随油气资源的衰竭和技术的成熟，低渗透油气层的的固井完井技术也日益完善。一、低渗透储层的特点 低渗透致密储层多半是细砂岩、泥质砂岩或砂质泥岩。产层岩石的孔隙度极低，渗透率很低，岩石的强度较高。这种储层的储油结构有孔隙又有裂缝。多属于孔隙裂缝型储层。孔隙是储油的空间，裂缝是

31、油流的产出通道。,低渗透岩石的总孔隙度小于10，油层岩石的渗透率是较低的，大体为0.001m2 或更小。一般，储层的压力对井的产量影响不大，井的产量主要取决于岩石的渗透性。在产油的过程中油藏的能量的大部分都消耗在渗流中。从岩石的细小孔隙中流出，要占油藏能量的6080，单靠储层的孔隙或裂缝出油，产量低，采收率也是极低的。单井的日产量在零点几方左右。开采中总是需要进行压裂和酸化处理储层，以增加地层的孔隙，增加产量。低渗透油藏的岩石多为致密的砂岩层，组成岩石的矿物颗粒很细，含有很多微米级的颗粒。岩石的孔隙度低，大都在0.001m2 的数量级范围；岩石中孔隙的喉道尺寸很小，通常只有零点几个微米或更小。

32、储层的压力系数也不高，在0.81.1左右。岩石的强度一般较高。低渗透层在钻进时极其容易受到钻井液中的液相和固相的污染，使细小的孔隙堵塞。这是因为岩石的孔隙尺寸是微米级的，与钻井液中的分散的粘土颗粒直径很接近，粘土容易进入孔道，进入后很不容易排除。在相同的条件下，低渗的岩石的污染比高渗岩石的污染严重；高渗岩石污染后的消除是较容易的，能恢复到原渗透性的6080以上，而低渗的岩石的污染几乎无法恢复。据实验，钻井液的固、液两相均可侵入岩石孔隙，受污染后，低渗产层的渗透率可下降4066。在钻开这种岩层时，用平衡压力钻井技术，要用无固相钻井液，用尽量低的钻井液密度，可使污染程度降低。可用欠平衡的边喷边钻的

33、办法打开产层。钻进低渗透层用泡末钻井液是比较合适的。欠平衡钻井时一次钻开一个单根长的油层，避免中途接单根，可最大程度地减少污染，使大多数低渗层产油。,二、低渗透层的完井原则,致密的低渗层如果单靠油藏自身的能量驱油，油流的能量大多数要消耗在细小的岩石孔隙通道中，使油井的产量极低。使低渗层产量提高的关键是增加岩石的孔隙度，增大岩石中的喉道尺寸。最可靠的办法就是压裂油层，压裂是改造低渗储层的唯一办法。通常都要在低渗层进行大规模的压裂，用高压流体将岩石压开裂缝，并将支撑剂挤进岩层，起支撑和扩大裂缝的作用。经过压裂，储层的渗透性会有较大的提高，并有一定的寿命。低渗层往往要多次压裂。有时，酸化和压裂同时进

34、行。因此，低渗的致密储层的完井原则是要能实现压裂的产层改造。完井中一定要用下套管固井，将低渗层射开的完井方法。由于低渗岩石的强度很高，将岩石压开裂缝所用的压力也很高。在压裂中要用较大的排量并在液体中加入石英砂做支撑剂，支撑压开的裂缝，防止压力撤消后裂缝的闭合。将这种岩石压裂的压力至少在100，有时要用到150 的压力和大排量压裂液携带砂粒。在国外有用200 压力压裂的成功事例。在生产中，井筒应能满足压裂和酸化的要求。故对套管、固井质量都有较高的要求：,1、固井质量良好，水泥返高达到要求，水泥石强度高，水泥与套管和地层岩石的胶结强度高。2、套管丝扣密封良好，选用优质丝扣密封油或丝扣粘和剂，并按规

35、定的紧扣力矩上扣，在较高的内压力下不泄漏。3、用厚壁套管，其抗内压强度是地层破裂压力的1.2倍以上，或是按照压裂时的最高压力设计。套管柱的壁厚上下尽量一致，防止壁厚的突变，套管尽量无变形。4、尽量避免在套管内进行套铣等有害的井下作业。5、压裂时要用上下封隔器封隔压裂井段。但并不能保证封隔器在压裂中始终是完好的，一旦封隔器失效，压裂的全部压力传递给套管，套管应能承受此压力。,三、低渗层的固井,压裂作业中使用的压力最高可达 200。在压裂中应当用封隔器将被压段的上下都封隔起来，但当封隔器有泄漏或失效时，压裂的压力全部传到整个套管柱上，套管要受到极大的内压力。在套管的设计中，首先要考虑的是套管的抗内

36、压力问题。在套管的设计中应先根据套管可能受到的内压力筛选出符合抗内压要求的套管，再根据抗外挤和抗拉力设全部套管。套管所承受的最大内压力，可按岩石的破裂压力的1.21.5倍来计算，或是按压裂使所可能使用的最大压力计算。套管的钢级至少要用80的，套管的壁厚应满足抗内压和外挤要求。承受高压的套管柱的壁厚应从上到下是一致的，没有壁厚的变化。套管的螺纹，如使用圆扣，则一定要用长扣，不应用短扣，有条件时应用密封和强度更好的梯形扣或双基扣(NS-CC型螺纹)。套管的上扣力距应按标准。套管的螺纹要用性能好的密封润滑油。在固井中尽可能地将水泥上返到地面，至少要在压裂层以上350米。水泥封固段的封固质量要好，在封

37、固段应无窜槽。水泥与岩石和套管有很好的联结强度，防止压裂时液体穿过水泥和岩石的交界面或与套管的交界面向上窜通。固井后应进行严格的水泥评价测试，尤其是利用水泥胶结测井的资料进行评价。在必要时进行水力胶结测试。发现大段的窜槽井段应进行挤水泥作业补救。,四、低渗层的完井,低渗层在射孔时，应使用较高的射孔密度，最好是16孔米的密度，射孔时的深度要深，至少应在300毫米。尽量将近井地带的污染带射穿。为保证射孔的深度，可用小直径的射孔孔径。射孔时选取的负压值应适当大一些，应比高渗透层大一倍。最好用油管传输射孔方式，使射孔的残渣能排出孔道，不产生杵（CHU）堵。射孔液用无固相的。在修井作业中应避免使用套铣作

38、业，避免使套管的内壁受伤，使壁厚变小。在各种需要压井的作业中，选用的压井液一定是无固相的，密度应尽量低。,第二节 裂缝性储层的固井和完井,裂缝性油气藏在自然界也是常见的，但开发的成套油气田比孔隙性油气田要少一些。水平井技术的发展，使裂缝油气藏的开发更为容易。一、裂缝储层的形成和特点 在自然界，岩石中有很多裂缝，有的是宏观的裂缝，大量的是微观的裂缝。裂缝是由于沉积因素、构造因素和地质因素形成的。裂缝性油气储层本身就是生油层，地层的裂缝发育很好，原生的油或气有条件储存在裂缝中。如果在生油层的上下有孔隙性岩层，原生油气就会运移到孔隙性岩石中储存，形成孔隙性油气藏。例如，大多数的泥页岩都是生油层，生成

39、的油或气多数会运移到砂岩层中储存，形成孔隙性油气藏。泥岩中难以形成裂缝油气藏。在某些情况下，裂缝中的原生油气如果不能运移走，油气就会在裂缝中储存，形成裂缝油气藏。一般，形成裂缝油气藏的条件是：生油层是巨厚的，且其上下都有更致密的岩层，使油气不能运移走，这样的岩层厚度一般在200米以上；裂缝岩层在地层中是逐渐沉降的而不是上升的。可形成裂缝油气藏的岩层多是石灰岩和泥页岩。岩石中的裂缝的形成原因有两个，其一是岩石受上覆岩层压力，当该压力超过岩石的抗压强度时，岩石被压裂，就产生裂缝，这种裂缝基本都是垂直发育的微裂缝，宽度在微米级和几十个微米的居多。其二是在地壳构造力,作用下，岩石受挤压力而产生的裂缝。

40、在岩层受沉降、摺皱、扭曲时会产生裂缝。这种裂缝中有大量的宏观裂缝，宽度有零点几毫米到几个毫米的宽裂缝，是以裂缝带的形式存在，裂缝呈带状，有一定的走向。由地质构造力引起的裂缝带的延伸长度是较长的，有延伸近百千米的裂缝带。裂缝多是垂直发育的。水平裂缝在上覆岩层压力下会闭合。裂缝的宽度变化较大，从微米级到毫米级。宽度从几微米到几十微米的裂缝是分布最广的。一条宽十几个微米左右的连通性裂缝，相当于渗透性是几十个毫达西的砂岩储层。裂缝中往往充填有其它的矿物或被气、油充满。大量的互相连通的裂缝就有可能形成裂缝性油气藏。裂缝性油气藏的特点是油藏的压力系数高，井的储量、产量均较高，原油未经运移，质量好。孔隙性岩

41、石的微孔隙分布在岩石上基本是均匀的，岩石裂缝的特点是分布的不均匀性。由于这一特点，裂缝性油气藏在勘探和开发中有很多不同，勘探开发难度更大。裂缝性储集层的特点是裂缝的展布及发育不是均匀的，裂缝具有方向性，裂缝的密度在空间分布有很大的差异。只有使井眼与裂缝相交，井才能出油，相较越多，井的产量越高。在钻井中，在井位的布置中一定要使井眼与裂缝相交，钻在裂缝发育带上，井的储量和产量均高。在裂缝发育带上的井产量可能高达每天上千方，而井位仅挪动几十米，井眼就超出裂缝带，井的日产量就急剧地降低到只有几方。岩石裂缝的探测也是较孔隙性岩石的探测困难的。在电测井中解释岩石的裂缝比解释砂岩层要困难。,二、裂缝性油藏的

42、勘探开发关键技术,裂缝油、气藏的勘探、开发关键技术有：裂缝的发现与解释技术；钻井中使井眼与裂缝相交的技术和防止洗井液堵塞裂缝的技术；完井中使裂缝与井眼联通的技术；开发中的增产技术。1、裂缝的探测与解释技术 裂缝的探测与解释以电测为主。在井下探测裂缝的先进技术是井下电视摄像和井下声波成像技术，可直接观察岩石的裂缝，是裂缝储层的有力观察手段。井下电视是在空的井筒中用钻具将小型化的电视摄像机和强光源送到井下，电缆从井口通到井下，用电缆在地面控制开机。摄像机的镜头可拍摄井壁，也可拍摄井底。在要拍摄的井段，靠地面控制打开光源和摄像机，并控制摄像机的旋转，拍的资料用电缆传输到地面，用显示器观看，并可记录在

43、计算机中。在井中清晰地观察到裂缝的分布情况，包括裂缝的方位、宽度、密度和裂缝中含油气的情况。井下电视目前只能用在浅井和井筒中是空的井，在井筒中充满清洁的水也可，但效果稍差。,井下声波成像技术是一项测井技术。也成为声波阵列聚焦测井。是用计算机处理的测井技术，是用一系列聚焦声波发射器发出声波进行全井径向的扫描，经计算机的数据处理和成像处理形成井壁的图象，观察井壁的裂纹。这种处理方法可不受井深和井内液体性质的限制，清晰地表现岩石壁的情况。在钻井中用定向取芯技术也可直接了解岩石的裂缝方位分布情况。定向取芯及岩芯分析技术是在地面剖析岩石的直观手段。定向取芯工具和普通的取芯工具类似，只是在取芯内筒的底部有

44、一个刻痕刀，在内筒不旋转的情况下，进入内筒的岩心被刻痕刀刻出痕迹。工具下井后先在井下定向，决定刻痕在井下的方位。岩心进入内筒，刻下划痕。将岩心取到地面，观察刻痕与定向角之间的夹角就可得知岩石在地下的方向。同时可判断裂缝的展布方向。,2、裂缝油气藏的钻井技术和完井技术为了使井眼尽可能多的与垂直裂缝相交，在裂缝储层中使用水平井技术已经熟。在裂缝性的油气藏钻中半径的水平井有高的经济效益。为防止洗井液体污染和堵塞裂缝，发展起空气钻井技术和低固相洗井液，欠平衡钻井技术在裂缝油气藏的钻井中的应用也比较多。在完井中采用裸眼、半裸眼完井，筛管完井是较普遍的；现在发展起的高密度射孔和定向射孔完井等技术已经是成熟

45、的、广泛应用的技术。3、增产技术为了增加裂缝的渗透性能，广泛采用压裂技术，高压气体多次压裂、水基液体压裂等为经常使用的压裂介质。压裂可以使页岩储层的产量成倍地提高。这些技术的应用标志着裂缝油、气藏开发的水平。,三、裂缝储层的钻井技术,1、打开裂缝储层及保护产层的方法 钻进裂缝岩层时应考虑的主要问题是打开储层时的防污染、防裂缝岩层的变形等问题。由于受侧向挤压力的作用，岩石有向井眼中心变形的趋势，裂缝有闭合的趋势。当钻开裂缝层时钻井液的密度较低，液柱对侧向挤压力的抵消作用也小，裂缝就有可能闭合。在裂缝岩层中钻进，长裸眼井段的岩石容易变型，会带来井下的复杂况，会给完井造成困难，通常是在进入储集层前下

46、一层技术套管封固上部地层。储层的裂缝是容易被堵塞的，在一定的压力下也会闭合，因此选用钻井液的密度时，可提高一点。例如在萨利姆裂缝油田的钻井中他们发现，钻井液的密度低，裂缝就会闭合，用稍大的密度钻开裂缝层，裂缝不会闭合。完全平衡地层压力时，钻井液的密度只要1.601.64，但用密度小于1.65 钻井液钻进，裂缝闭合。用超过1.74 的钻井液，又会产生漏失。适当的钻井液密度是1.681.72。钻井液滤液渗入裂缝，使裂缝空间内充满滤液，使产层发生污染。裂缝的张开度小于50100 时最为普遍。在裂缝性储层中钻进，最好能采用无固相钻井液，要选用非粘土钻井液。在气井中，使用空气钻井。既保护了气层，提高了钻

47、速，又方便了使用井下电视摄影。使用高压空气配合水形成雾化气体，打入井下的裂缝层段，使其起到携带岩屑的作用，防止气层的污染。,2、裂缝在生产中的变形（略）3、水平井的井位选择 在裂缝储层中钻水平井是增加储量和产量的最有效方法，比直井要好。一口水平段长度在二百米或更长的水平井，比直井钻遇裂缝的机会多几十倍。水平井的产量一般是直井的2 3倍或更多，水平井控制的储量比直井多48倍，钻一口中半径水平井所用的成本仅为直井的1.52倍。井位的选择由以下因素确定：一是选定区域的可能储量，二是根据储量、油价、钻井完井成本决定的经济性能。裂缝性油田上划分小区域，先钻直井，评定该区域的含油特性，按当时的油价、钻井成

48、本等核算经济性，依此确定水平井的位置。水平井应钻在裂缝带上。水平井的方位，按照裂缝的走向、钻遇裂缝的可能性确定。,4、水平井的钻井目前以中半径(造斜率625度10米，曲率半径为2395米)的较多。美国在裂缝性气田所钻的中半径水平井的结构见图51。,四、裂缝储层的完井技术,储层性质决定裂缝性储层的完井与孔隙性储层的完井所有不同。裂缝性油气藏的完井特点是使井眼尽可能的多与裂缝相交，并使裂缝尽可能多地暴露在井筒中。1.完井方法的选择 裂缝性油、气藏采用过各种完井方式，如常规射孔完井、裸眼完井、筛管或衬管完井等。以前苏联的学者的观点，裂缝储层更适合裸眼完井。在裂缝层射孔时，射孔的孔道与裂缝相交的机会较

49、少，为提高井的产量，就必须增加孔道与裂缝的相交机会。当了解裂缝的分布方位时，采用定向射孔技术可使射孔孔在裂缝区穿进，增加产量。当不了解裂缝的走向时，可增加射孔的方向，使孔道多与裂缝相交。推荐使用72和45相位角射孔。当裂缝层的渗透率较低，产量不高时可用压裂的措施增产。此时，完井就应考虑压裂的需要，必须使用射孔完井。采用射孔完井时，要用水泥封固储层然后射开储层，射孔与裂缝相交的可能就大为减少。一般，裂缝层用下套管固井的完井方式的产量要比裸眼完井的产量低。前苏联学者认为，裸眼完井是所有完井方式中最好的，尤其适合于裂缝储集层。有的裂缝油田，裸眼完井是唯一的方法，如萨利姆油田。裂缝性储层完井时，如果地

50、层岩石是坚硬的，在开采中不需要对产层进行改造，则应尽量用裸眼完井的井底结构。使用裸眼完井的条件是储层均质，强度较高；不存在邻近地层中的水层或有底水，在生产中不使用高的压降或岩石的强度满足高压降造成的应力。裸眼井能穿过储层全部的裂缝，并使裂缝都暴露在井眼中，可使井有最高的产量。,也可在裂缝层下衬管或筛管保护裂缝层。裸眼层的承载能力有限，在采油采气时务必使油气流的流速在一定范围内，防止岩石的破裂。有时也在裸眼内使用封隔器。裸眼完井与射孔完井相比，产层的有效厚度高，射孔完井的产层有效厚度仅为裸眼的40。裸眼井的产量比射孔井高至少一倍。2.水平井的完井 在裂缝储层中的水平井，采用裸眼、筛管、衬管、封隔