完井是指裸眼井鑽達設計井深後，使井底和油層以一定結構連通起來的工藝。
完井是鑽井工作最後一個重要環節，又是採油工程的開端，與以後採油、注水及整個油氣田的開發緊密相連。而油井完井質量的好壞直接影響到油井的生產能力和經濟壽命，甚至關係到整個油田能否得到合理的開發。
基本介紹
- 中文名：完井
- 外文名：well completion
- 用處：鑽井
- 意義：採油工程的開端
- 學科：鑽井工程
- 完井方發：射孔、裸眼、割縫襯管完井等
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基本介紹
完井（well completion） 鑽井工程的最後環節。在石油開採中，油、氣井完井包括鑽開油層，完井方法的選擇和固井、射孔作業等。對低滲透率的生產層或受到泥漿嚴重污染時，還需進行酸化處理、水力壓裂等增產措施，才能算完井。
任務
完井的主要任務是使井眼與儲集層有良好的連通，使井能高產，同時保持井眼的長期穩定，使井能穩產較長一段時間。
基本要求
對完井的基本要求是：
1）最大限度地保護儲集層，防止對儲集層造成傷害。
2）減少油氣流進入井筒時的流動阻力。
3）能有效地封隔油氣水層，防止各層之間的互相干擾。
4）克服井塌或產層出砂，保障油氣井長期穩產，延長井的壽命.
5）可以實施注水、壓裂、酸化等增產措施。
6）工藝簡單、成本低。
主要內容
完井的工藝內容主要包括：鑽開生產層、連通井眼和生產層（即完井方法，包括下套管、固井、射孔的全部工藝過程或是一下篩管、礫石充填的工藝過程）、安裝井口裝置、試采等。這些工藝過程分別由不同的生產部門承擔。
完井方法
所謂完井方法，是指油氣井井筒與油氣層的連通方式，以及為實現特定連通方式所採用的井身結構、井口裝置和有關的技術措施。
不同地區、不同油氣層、不同類型的油氣井，所採取的完井方法是不同的。但選擇完井方法的總原則應該滿足下面要求:能夠有效地連通油氣層與井眼，油氣流入井內的阻力儘可能小;能夠有效地封隔油、氣、水層，不發生互相竄擾，對多油氣層要滿足分層開採和管理的要求。能夠克服或減小油氣層井壁坍塌和出砂的影響，保證油氣井能夠長期穩定生產，井且完井方法儘可能使工藝簡單、成本低。
根據生產層的地質特點，採用不同的完井方法：
1、射孔完井法
射孔完井是國內外最為廣泛和最主要使用的一種完井方式。其中包括套管射孔完井和尾管射孔完井。
（1）套管射孔完井
套管射孔完井是鑽穿油層直至設計井深，然後下油層套管至油層底部注水泥固井，最後射孔，射孔彈射穿油層套管、水泥環並穿透油層某一深度，建立起油流的通道。如圖所示。
套管射孔完井既可選擇性地射開不同壓力、不同物性的油層，以避免層間干擾，還可避開夾層水、底水和氣頂，避開夾層的坍塌，具備實施分層注、采和選擇性壓裂或酸化等分層作業的條件。
（2）尾管射孔完井
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,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。
尾管射孔完井由於在鑽開油層以前上部地層已被技術套管封固，因此，可以採用與油層 相配伍的鑽井液以平衡壓力、低平衡壓力的方法鑽開油層，有利於保護油層。此外，這種完井方式可以減少套管重量和油井水泥的用量，從而降低完井成本，目前較深的油、氣井大多採用此方法完井。
2、裸眼完井法
即套管下至生產層頂部進行固井，生產層段裸露的完井方法。此法多用於碳酸鹽岩、硬砂岩和膠結比較好、層位比較簡單的油層。優點是生產層裸露面積大，油、氣流入井內的阻力小，但不適於有不同性質、不同壓力的多油層。根據鑽開生產層和下入套管的時間先後，裸眼完井方式有兩種完井工序：
一是鑽頭鑽至油層頂界附近後，下技術套管注水泥固井。水泥漿上返至預定的設計高度後，再從技術套管中下入直徑較小的鑽頭，鑽穿水泥塞，鑽開油層至設計井深完井。
有的厚油層適合於裸眼完成，但上部有氣頂或頂界鄰近又有水層時，也可以將技術套管下過油氣界面，使其封隔油層的上部分然後裸眼完井。必要時再射開其中的含油段，國外稱為複合型完井方式。如圖所示。
裸眼完井的另一種工序是不更換鑽頭，直接鑽穿油層至設計井深，然後下技術套管至油層頂界附近，注水泥固井。固井時，為防止水泥漿損害套管鞋以下的油層，通常在油層段墊砂或者替入低失水、高粘度的鑽井液，以防水泥漿下沉。或者在套管下部安裝套管外封隔器和注水接頭，以承托環空的水泥漿防止其下沉，這種完井工序一般情況下不採用。
裸眼完井的最主要特點是油層完全裸露，因而油層具有最大的滲流面積。這種井稱為水動力學完善井，其產能較高。裸眼完井雖然完善程度高，但使用局限很大。砂岩油、氣層，中、低滲透層大多需要壓裂改造，裸眼完成即無法進行。同時，砂岩中大都有泥頁岩夾層，遇水多易坍塌而堵塞井筒。碳酸鹽岩油氣層，包括裂縫性油、氣層，如70年代中東的不少油田，我國華北任丘油田古潛山油藏，四川氣田等大多使用裸眼完井。後因裸眼完井難以進行增產措施和控制底水錐進和堵水，以及射孔技術的進步，現多轉變為套管射孔完成。水平井開展初期，80年代初美國奧斯汀的白堊系碳酸鹽岩垂直裂縫地層的水平井大多為裸眼完井，其他國家的一些水平井也有用裸眼完井，但80年代後期大多為割縫襯管或帶管外封隔器的割縫襯管所代替。特別是當前水平井段加長或鑽分枝水平井，用裸眼完井就更少了。因為裸眼完井有許多技術問題難以解決。
3、割縫襯管完井方式
（1）割縫襯管完井方式也有兩種完井工序。
一是用同一尺寸鑽頭鑽穿油層後，套管柱下端連線襯管下入油層部位，通過套管外封隔器和注水泥接頭固井封隔油層頂界以上的環形空間。
由於此種完井方式井下襯管損壞後無法修理或更換，因此一般都採用另一種完井工序，即鑽頭鑽至油層頂界後，先下技術套管注水泥固井，再從技術套管中下入直徑小一級的鑽頭鑽穿油層至設計井深。最後在油層部位下入預先割縫的襯管，依靠襯管頂部的襯管懸掛器（卡瓦封隔器），將襯管懸掛在技術套管上，並密封襯管和套管之間的環形空間，使油氣通過襯管的割縫流入井筒。如圖如示。 這種完井工序油層不會遭受固井水泥漿的損害，可以採用與油層相配伍的鑽井液或其它保護油層的鑽井技術鑽開油層，當割縫襯管發生磨損或失效時也可以起出修理或更換。
（2）割縫襯管的技術要求
割縫襯管的防砂機理是允許一定大小的，能被原油攜帶至地面的細小砂粒通過，而把較大的砂料阻擋在襯管外面，大砂粒在襯管外形成“砂橋”，達到防砂的目的。如圖所示。
由於“砂橋”處流速較高，小砂粒不能停留在其中。砂粒的這種自然分選使“砂橋”具有較好的流通能力，同時又起到保護井壁骨架砂的作用。割縫縫眼的形狀和尺寸應根據骨架砂粒度來確定。
4、礫石充填完井法
在襯管和井壁之間充填一定尺寸和數量的礫石。
而現在完井的意義有一定的擴展，包括鑽井完井和生產完井。生產完井主要指的是鑽井完井之後如何選擇管柱、井口，選擇什麼樣的管柱、井口等來達到油氣井的正常生產。
對於膠結疏鬆砂嚴重的地層,一般應採用礫石充填完井方式。它是先將繞絲篩管下入井內油層部位，然後用充填液將在地面上預先選好的礫石泵送至繞絲篩管與井眼或繞絲篩管與套管之間的環形空間內構成一個礫石充填層，以阻擋油層砂流入井筒，達到保護井壁、防砂入井之目的。礫石充填完井一般都使用不鏽鋼繞篩管而不用割縫襯管。其原因如下：
1） 割縫襯管的縫口寬度由於受加工割刀強度的限制，最小為0.5mm.因此，割縫襯管只適用於中、粗砂粒油層。而繞絲篩管的縫隙寬度最小可達0.12mm，故其適用範圍要大得多。
2） 繞絲篩管是由繞絲形成一種連續縫隙，流體通過篩管時幾乎沒有壓力降。繞絲篩管的斷面為梯形，外窄內寬，具有一定的“自潔”作用，輕微的堵塞可被產出流體疏通，它的流通面積要比割縫襯管大得多，見圖。
3） 繞絲篩管以不鏽鋼絲為原料，其耐腐蝕性強， 使用壽命長，綜合經濟效益高。
為了適應不同油層特性的需要，裸眼完井和射孔完井都可以充填礫石，分別稱為裸眼礫石充填和套管礫石充填。
完井方式選擇
完井方式的選擇主要是針對單井而言。雖單井屬於同一油藏類型，但其所處地理位置不同，所選定完井方式也不盡相同，如油藏有氣頂、底水，若採用裸眼完成，技術套管則應將氣頂封隔住，再鑽開油層，而不鑽開底水層。若採用套管射孔完成，則應避射氣頂和底水，又如油藏有邊水，套管射孔完成時，油田開發要充分利用邊水驅動作用，避射開油水過渡帶，第一章已闡述完井方式選擇必須依據油田地質和油藏工程的特點，本節從另一個角度就當前直井和定向井及水平井兩大類型完井，結合油田地質和油藏工程的特點就某些問題論述完井方式選擇。完井方式選擇需要考慮的主要因素見圖。
一、直井完井方式選擇
直井完井方式是國內外自石油開發至今的完井方式基本，今後也將會如此。直井完井適應範圍廣、工藝技術簡單、建井周期短、造價低。按油、氣井地層岩性可分為砂岩、碳酸鹽岩和其他岩性三大類，這三大類型岩性均可以採用直井完井。
1、砂岩油氣藏
砂岩油氣藏完井方式選擇流程圖，如圖。
1）砂岩分為層狀、塊狀和岩性油藏。在陸相沉積地層中，層狀油層所占比例大。塊狀或岩性油層中其物性、原油性質和壓力系統大致是一致的，因而完井方式無須作特殊考慮。但層狀油層，特別是多套層系同井合採時，就應認真考慮其完井方式。首先應考慮的是各層系間壓力、產量差異，若差異不大，則可同井合採，若差異大，特別是層間壓力差異大，因層間乾撓大，高壓層的油將向低壓層灌，多套層系開採的產量反而低於單套層系的產量，在這情況下，即應按單套層系開採；但有時單套層系的儲量豐度又不足以單獨開採，此時只能採用同井雙管採油，每根油管柱開採一套層系，以消除層間乾撓，保證兩套層系都能正常生產。
雙管採油雖然解決了層間乾撓的問題，但其使用有局限性。因雙管採油時，兩根油管柱所采的層系，自噴期不一定是同期的，可能其中一套層系先停噴，這裡就有一個人工舉升接替問題。由於套管直徑限制，兩套有桿泵或電潛泵都因工具直徑大無法同時下進井筒內，若採用氣舉接替則兩套氣舉管柱一同在完井時下入井內，當一根油管停噴，可立即用氣舉接替，則可以保持雙管開採的優勢，否則，油田開發初期是雙管採油， 後期則變為單管採油了，但雙管採油必須具備下述三個條件。
（1）技術套管≥95/8in,懸掛襯管≥7in-可以下兩根油管。
（2）具有天然氣資源可足以提供氣舉採油之用-停噴後可以及時接替生產。
（3）完井時即下入兩根油管氣舉採油的生產管柱及工具-兩根油管不論那一根
油管停噴都可以氣舉（因為雙管採油時，不太可能在一根油管停噴時，去壓井換井下管柱）。
由於雙管採油的上述特殊要求，僅局限於海上油井，陸上超深井使用。因其單井產量高，較長時間不進行井下作業。不進行大中型增產措施。陸上油田的深井、中深井大多不採用雙管採油，因為單管採油生產套管直徑相對較小，生產成本低，建井周期短，停噴轉人工舉升方式可以根據需要選擇，若層間乾撓大的層系，則按兩套層系開發，雖然多鑽一口井，但單井生產管理方便，井下作業和增產措施易行。
2）砂岩油藏從原油粘度來分，可分稀油、稠油，陸相沉積的地層的特點是層系多，滲透率偏低，而且地層能量低。稀油大多需要注水，補充地層能量開發，而且多套層系都要進行壓裂增產措施。這類砂岩油藏只宜採用套管射孔完成，不應採用裸眼或割縫襯管等方式 完井，因為裸眼或割縫襯管完井都無法分層注水或分層壓裂。
至於砂岩稠油油藏，因稠油層不論普通稠油或特、超稠油，油層大多為粘土、原油膠結，膠結疏鬆，生產過程大多出砂，因而必須採取防砂措施，防砂的方法在本章第一節已闡述，可根據具體情況加以選擇，此外必須強調的是稠油井應採用大直徑套管，套管直徑≥7in.因為稠油粘度大，流動阻力大，採用大直徑套管才能下大直徑油管，本書第三章有專門論述稠油井套管直徑的問題，此外一再論述。
砂層普通稠油大多採用注水開發，如勝利孤島、孤東，埕東和勝土土坨油田都是採用注水開發。採用套管射孔完成即能分層控制，並可在注水井中採用樹脂固砂方法；在生產井可採用樹脂固砂、防砂濾管或繞絲篩管礫石充填防砂的方法，上述油田從70年代直至80年代開發實驗證明這種完井方式是適應的。
至於砂岩層特稠油都是採用注蒸汽開採，遼河高升油田為大厚稠油層，有氣頂底水，油層厚度為60～80mm,早期採用裸眼完成，繞絲篩管礫石充填防砂，後因裸眼完成難以控制氣頂和底水，也難以調整吸汽剖面，後改用套管射孔完成，至於一些層狀或薄互層的稠油層，如遼河歡喜嶺、曙光、河南井樓等油田以及勝利樂安油田的砂礫岩油層都是採用套管射孔完成，繞絲篩管礫石充填或濾砂管防砂，上述油田的完井都經受了注蒸汽的考驗。
砂岩油藏不論為何種油藏類型，若為低滲透油藏，則需要進行壓裂增產措施；若為高滲透油藏，油層膠結疏鬆，油層易坍塌或出砂，就需要防砂。再就是稀油油藏需要注水開發，稠油油藏需要注蒸汽開採，而且要分層控制及調整其吸水、採油和吸汽剖面，因而宜採用套管射孔完成。至於一些單一油層，無氣頂底水，油層滲透率適中，依靠天然能量開採，不進行壓裂增產措施，採用下割縫襯管完井也是可行的。
至於砂岩氣藏，大多為緻密砂岩，滲透率低，都必須進行壓裂增產措施，特別是一些底水氣藏，要防止底水錐進，所以應採用套管射孔完成，不能採用裸眼完成。
2、碳酸鹽岩油氣藏
碳酸鹽岩油氣層完井選擇流程見圖所示。
碳酸鹽岩油藏按滲流特徵可分孔隙性和裂縫性或裂縫和孔隙雙重介質油藏，如勝利純化油田的假蠕狀石灰岩即為孔隙性油層，華北任丘油田霧迷山油層則為裂縫為主和基質孔隙的雙重介質油藏。孔隙性油層完全可以按砂岩油層一樣完井，因為此類油層需要進行酸化或壓裂酸化增產措施。因而多採用套管射孔完井。裂縫性或裂縫和孔隙雙重介質油藏，如華北任丘油田古潛山油藏有氣頂和底水，開發初期採用裸眼完井，發展了一套裸眼封隔器進行堵水和酸化措施，但不如在套管中進行井下作用措施可靠。，後來又採用了套管射孔完成，這樣對控制氣竄和底水錐進和進行酸化措施就有效多了。但是這類油藏若無氣頂和底水，仍可採用裸眼完井。
碳酸鹽岩氣藏與油藏一樣有兩種類型，如四川磨溪氣田即屬孔隙性氣藏，靖邊氣田也屬此類型，而四川其他氣田則大多屬於裂縫性氣藏。這兩種氣藏大多有底水，孔隙性氣藏完全可以按孔隙性油藏完井一樣對待。其增產措施與油層一樣，要進行酸化或壓裂酸化，因而多採用套管射孔完井。底水裂縫性氣藏，也同樣需要酸化和控制底水措施，因而宜採用套管射孔完井，有時也可選擇裸眼完井。
3、火成岩、變質岩等油藏
這類油藏是指火山岩、安山岩、噴發岩、花崗岩、片麻岩等油藏，這些類型油藏都屬次生古潛山油藏，是由生油層的原油運移至上述岩石的裂縫或孔穴中而形成的油藏，這種類型油藏老都為堅硬的岩石，可按裂縫性碳酸鹽岩油藏完井。火成岩、變質岩完井方式選擇流程圖見圖所示。
二、水平井及定向井完井方式選擇
水平井完井方式選擇大致可分為二類。水平井完井方式選擇流程圖如圖所示。
1、按曲率半徑選擇完井方式
短曲率半徑的水平井，當前基本上是裸眼完成。主要在堅硬垂直裂縫的油層中裸眼完成，如美國奧斯汀白堊系地層，或者是緻密裂縫砂岩，因為這些地層都不易坍塌，雖然是裸眼，仍能保持正常生產。
中、長曲率半徑的水平井則可以根據岩性、原油物性，增產措施等因素選擇完井方式。當今水平井技術發展很快，水平井水平段也不斷增長，在這些長水平井段中，特別是在砂岩中，生產過程中地層難免不坍塌，因而不宜採用裸眼完井，通常採用的是割縫襯管加套管外封隔器（ECP）完井或套管射孔完井。
2、按開採方式及增產措施選擇完井方式
對於稠油開採，加拿大在SASKATCHEWAN地區大量採用水平井注蒸汽開採稠油，其完井方式大多採用割縫襯管完成，再下金屬纖維或陶瓷濾砂管或其他方法防砂，本節前面已談到稠油層膠結疏鬆，地層易坍塌，不能用裸眼完井。
對於一些低滲透油層的水平井，需要進行壓裂措施，因而只能套管射孔完成，即使採用割縫襯管加套管外封隔器完井，因為分隔層段太長（長度100～200或更長），只能進行小型酸化措施，而無法進行壓裂措施。另一方面，高速攜砂壓裂液會將割縫管的縫隙刺大或破壞。
至於定向井的完井方式選擇，因定向井井斜大致在50°左右，其完井方式基本同直井一樣選擇。
