常用五種完井方法

① 石油鑽井方法有哪些

目前,世界上廣泛採用鑽井方法來取得地下的石油和天然氣。隨著石油工業的不斷發展，鑽井深度不斷增加，油氣井的建設速度也隨之加快，促使鑽井方法、技術和工藝得到很大改進。從已鑽成的千百萬口油氣井的資科中可以看到變化過程：頓鑽逐漸被旋轉鑽代替，井身結構從復雜到簡單，井眼直徑日趨縮小等等。

一、鑽井工藝發展概況和趨勢石油鑽井是油田勘探和開發的重要手段。一個國家石油工業的發展速度，常與它的鑽井工作量及科學技術水平緊密相關。近20年來，世界石油產量和儲量劇增，鑽井工作量相應地大幅度增加，鑽井科學技術水平也得到了飛速發展。在此期間鑽井技術發展的特點是從經驗鑽井進展到科學化鑽井。鑽井深度、斜度、區域和地區也有長足的發展。從鑽淺井、中深井發展到鑽深井和超深井；從鑽直井和一般斜井發展到鑽大斜度井和叢式井；從陸上鑽井發展到近海和深海鑽井；從地面條件好的地區鑽井發展到條件惡劣的地區(如沙漠、沼澤和寒冷地區)鑽井。在鑽井技術發展的同時，設備、工具和測量儀表也得到了相應的發展。

美國鑽井工作者曾將旋轉鑽井技術的發展進程分為四個時期：

(1)概念時期(1900—1920年)。這個時期開始把鑽井和洗井兩個過程結合在一起，開始使用牙輪鑽頭並用水泥封固套管。

(2)發展時期(1920—1948年)。這個時期牙輪鑽頭有所改進，提高了進尺和使用壽命。固井工藝和鑽井液有了進一步的發展，同時出現了大功率的鑽機。

(3)科學化鑽井時期(1948—1968年)。這個時期大力開展鑽井科學研究工作，鑽井技術飛速發展。該時期的主要技術成就有：發展和推廣了噴射鑽井技術；發展了鑲齒、滑動、密封軸承鑽頭；應用低固相、無固相不分散體系鑽井液；發展了地層壓力檢測技術、井控技術和固控技術，提出了平衡鑽井的理論及方法。

(4)自動化鑽井時期(1968年至今)。這個時期發展了自動化鑽機和井口自動化工具。鑽井參數自動測量和計算機在鑽井工程中得到廣泛應用，最優化鑽井和全盤計劃鑽井也初具規模。

目前,鑽井人員一般把鑽井技術發展的前兩個時期稱為經驗鑽井階段，把後兩個時期稱為科學化鑽井階段。時期的劃分直觀地描述了鑽井技術發展的過程，揭示了其發展規律。

任何一門科學和技術都有其自身的發展規律和要達到的主要目標。鑽井工作是為油田勘探和開發服務的重要手段。鑽井技術的發展首先要保證鑽井質量，即所鑽油氣井要滿足油氣田勘探和開發的要求,要在此基礎上來提高鑽井速度、縮短鑽井周期、降低鑽井成本。

近20年來的實踐證明，現代鑽井工藝技術將圍繞以下三個方面發展：

(1)提高鑽井速度，降低生產成本；(2)保護生產層，減少油氣層的污染和損害；(3)改善固井、完井技術，適應採油要求，延長油氣井壽命。

新中國成立以來，我國鑽井技術發展較快。特別是1978年推廣噴射鑽井、低固相優質鑽井液、四合一牙輪鑽頭等新技術後，我國的鑽井技術水平又有顯著提高，進入了科學化的鑽井階段,但與國外先進水平相比，還存在一定的差距。為了使我國的鑽井水平能滿足勘探開發的需要，努力趕上世界先進水平，必須要向鑽井技術進步要速度、要質量、要經濟效益,為加速勘探開發步伐、不斷增加油氣產量作出貢獻。

二、沖擊鑽井方法沖擊鑽井是一種古老的鑽井方法，也是旋轉鑽井方法出現以前唯一的鑽油氣井的方法。它是將破碎岩石的工具(鋼質尖頭鑽頭)提至一定高度，借鑽頭本身的重力沖向井底，擊碎岩石。然後撈取被擊碎的岩屑，以便繼續鑽進。因此，沖擊鑽井方法又被稱為頓鑽。

由於沖擊鑽井時，破碎岩屑與清除岩屑必須間斷地進行，因此鑽井速度很慢，不能滿足石油生產發展的需要。沖擊鑽井現在已基本上被旋轉鑽井所代替，僅在一些埋藏淺、壓力低的油田還能見到。

三、旋轉鑽井方法提高鑽速的根本途徑是改變鑽井方法，這正是旋轉鑽井法產生的原因。旋轉鑽井法的實質是：鑽頭在壓力作用下吃入岩石，同時在轉動力矩的作用下連續不斷地破碎岩石；被破碎的岩屑由地面輸入的鑽井液(泥漿、水、空氣等)及時帶走，鑽井液可以連續不斷地清除岩屑。這樣，一隻鑽頭可以在井底連續鑽進十幾米、幾十米甚至數百米後才起至地面進行更換。由於使用了鑽井液，可長時間穩定井眼、控制復雜地層。旋轉鑽井的鑽井速度高，能適應多種復雜情況，目前世界上大多使用這種方法鑽油氣井。旋轉鑽井通常也稱為轉盤鑽。

利用鑽桿和鑽鋌(厚壁鋼管)的重力對鑽頭加壓，鑽壓要使鑽頭能夠吃入岩石。破碎岩石所需的能量是從地面通過沉重的鋼性鑽柱傳給鑽頭的。起、下鑽的過程比較繁瑣，必須將鑽柱拆卸成許多立柱，才能起出鑽頭；而下鑽時又必須逐根接上。為了連續洗井，鑽井液從轉動的空心鑽柱里流向井底，再帶著岩屑從鑽柱外部與井壁形成的環形空間返回地面。鑽頭鑽進、清洗井底以及起、下鑽所需的動力全部由安裝在地面上的相應設備提供，這些機器設備總稱為鑽機。

現代旋轉鑽井的工藝過程表現為四個環節，即鑽進、獲取地質資料、完井和安裝。

鑽進環節由一系列按嚴格的順序重復的工序組成：把鑽柱下入井裡；旋轉和送進鑽頭使其在井底破碎岩石，同時循環鑽井液；隨著井筒的加深而接長鑽柱；起、下鑽柱以更換被磨損的鑽頭；洗井，凈化或配製鑽井液，處理復雜情況和事故等輔助作業。

為了獲得全面准確的地質資料，鑽井過程中不僅需要進行岩屑、鑽時、鑽井液錄井工作，而且還要進行鑽取岩心、測井等工作。通過各種地球物理測井方法，可以獲得井徑、井斜、方位、岩性等基本數據，掌握和了解井眼質量以及地層和油氣層的某些特性。

在鑽穿油氣層以後，需要下入油層套管，並注入水泥以隔離油氣層與其他地層，使油氣順利地流到地面上來。根據油氣井生產的要求做好井底完成工作是很重要的一道工序。

從確定井位開始，就需要平整井場、挖基礎坑、泥漿池、圓井等土方工程；為運輸機器設備而修築公路；鋪設油、水、氣管線，架設電線，以輸送油、水、氣和電力;打好地基以安裝設備、井架等。基礎工作完成後，要進行大量的井架、設備等搬運和安裝工作，還需做好開鑽前的一切准備工作，如檢查機器設備、試車、固定導管、鑽鼠洞、調配鑽井液、接好鑽具等。

旋轉鑽井過程中，驅動鑽柱旋轉、克服鑽柱與井壁的摩擦消耗了部分能量。為了減少這些無益的能量損失，1940年前後出現了井下動力鑽井方法。井下動力鑽井所用設備與旋轉鑽井基本相同，只是鑽頭不再由轉盤帶動旋轉，而是由井下動力鑽具直接驅動。典型的井下動力鑽具是渦輪鑽具，因此井下動力鑽井又常稱為渦輪鑽井。目前，井下動力鑽井在定向鑽井技術中得到了廣泛的應用。

近年來，一些工業發達國家還競相開展了熱力鑽井、高壓沖蝕鑽井、等離子射流鑽井和激光鑽井等新型鑽井方法的研究。隨著科學技術的進步，新的鑽井方法還將不斷涌現，鑽井工程也必將進入一個全新的科學化時期。

四、井身結構井身結構是油氣井全部基本數據的總稱。它包括以下數據：從開鑽到完鑽所用的鑽頭、鑽柱尺寸和鑽柱長度;套管的層次、直徑;各層套管的下入深度、鋼級和壁厚;各層套管注水泥的數據。由此可見，井身結構是全部鑽井過程計劃和施工的重要依據。圖5-1為井身結構的示意圖。

圖5-1井身結構

首先下入長度約4～6m的短套管，也稱導管，用於加固地表以免被鑽井液沖毀，保護井口完整。同時將循環的鑽井液導入泥漿凈化系統內。

第二次下入的套管叫表層套管，用於封隔地表不穩定的疏鬆地層或水層、安裝井口防噴器。一般深度為40～60m，有時可達500～600m。

當裸眼(未被套管隔離的井眼)長度超過2000～3000m或者地層剖面中存在高、低壓油層、氣層、水層和極不穩定的地層時，鑽進過程中為避免發生工程事故需要下入中間套管，又叫技術套管。目的是封隔復雜地層，防止噴、漏、卡、塌等惡性事故發生，保證安全鑽井。技術套管的層次和下入的深度根據地質和鑽井條件確定。

最後下入的套管叫油層套管，用於採油、采氣或者向生產層注水、注氣，封隔油層、氣層和水層，保證油氣井正常生產。油層套管的下入深度取決於井底的完成方法。油層套管一般從井口下到生產層底部或者只從生產層頂部下到底部。實際工作中對部分下入的油層套管，根據作用取不同的名稱，如尾管、篩管、濾管以及襯管等。

井身結構是由鑽井方法、鑽井目的、地質條件與鑽井技術水平決定的。周密考慮各種影響因素，制定合理的井身結構，是保證高速度鑽井與油氣井投產後正常產出的關鍵。

綜上所述，現代石油鑽井工程是一項復雜的系統工程。由多工序、多工種聯合作業，需要各種先進的科學技術和生產組織管理水平。

② 油氣井完成的步驟有哪些

完井(即油氣井完成)是鑽井工程的最後一個重要環節,主要包括鑽開生產層、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後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：鑽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，成為目前鑽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。最近比較精闢的理論認為：地層損害通常與鑽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隻能定性地指導生產實踐，離定量評價還有一定的差距。

鑽生產井常用的鑽井液為水基泥漿。由於鑽進過程中鑽井液柱壓力一般大於地層壓力，在壓差作用下，鑽井液中的水、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。在鑽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，把極微小的鬆散微粒固定下來，在相當大的油氣流動速度下也不會被沖走。當鑽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鬆散微粒沖走，並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鑽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。由於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澱物

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由於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並沿著油管上升到地面。採油樹與地面採油管線相連,有控制地將油氣從井內輸出。

3.誘導油氣流下完油管、安裝好井口裝置後，下一步的工作一般是誘導油氣流。對於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鑽井液循環替出，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，逐步替出井內鑽井液。對於高壓井或深井，為了不致造成井內壓力變化過猛，可以先用輕鑽井液替出重鑽井液，再用清水替出輕質鑽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製的提撈筒，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後仍然無效的情況下採用。

提撈誘噴法的一種變化稱為鑽具排液法。可以把裝有回壓閥的下部鑽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製的抽子，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。替噴後仍不能自噴的井，可採用抽汲法誘噴。

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。由於氣體密度小，只要油氣層傷害不是很嚴重，一般氣舉後可達到誘噴的目的。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，也可採用氣舉法誘噴。

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准油、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、水進入分離器後，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後，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。對於滲透性差的地層，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，關井壓力穩定後油壓和套壓應相等。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並封閉，然後取到地面用於測試和分析。

思考題

1.鑽井的作用是什麼?2.現代旋轉鑽井的工藝過程特點是什麼?3.井身結構包括什麼內容?4.鑽井工藝發展經歷了幾個階段?有些什麼特點?5.石油鑽機由哪些系統組成?各個系統的作用是什麼?6.防噴器有哪些類型？各有什麼用途？

7.鑽柱主要由哪幾種部件組成？

8.方鑽桿為什麼要做成正方形?9.扶正器、減振器、震擊器等輔助鑽井工具各有什麼用途?10.普通三牙輪鑽頭主要由哪幾部分組成?11.石油鑽井使用的金剛石鑽頭有哪些類型?各在什麼條件下使用?12．鑽井液的功用是什麼?13．水基鑽井液由哪些部分組成？屬於什麼樣的體系？

14．鑽井液性能的基本要素有哪些？

15．鑽井液密度與鑽井工作的關系如何?16．怎樣優選鑽頭？

17．井斜控制標準是什麼?18．壓井循環的特點是什麼？

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麼?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.鑽開油氣層時常採取哪些保護措施?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?各起什麼主要作用?

③ 完井方式

常規完井方式主要有射孔完井、裸眼完井和割縫襯管完井三種。其中，射孔完井是目前石油行業國內外使用最為廣泛的一種完井方式。CO₂灌注井和監測井多採用射孔完井（孫光明，2002）。

（一）射孔完井

射孔完井分為兩種，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目的層至設計井深後，下入套管注水泥固井，最後射孔，射孔彈射穿套管、水泥環並穿透地層一定深度，建立起CO₂或地層流體流通通道。

套管射孔完井可以選擇性地射開不同壓力、不同物性的儲層或監測層，以避免層間干擾，具備實施分層灌注或分層監測，選擇性壓裂等分層作業的條件。

（2）尾管射孔完井

尾管射孔完井是在鑽頭鑽至目的層頂部界限後，下技術套管注水泥固井，而後用小一級的鑽頭鑽穿目的層至設計井深，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疊段一般不小於50m，再對尾管注水泥固井，最後射孔。

由於尾管射孔完井先於鑽開目的層前，上部地層已經被技術套管封固，因此，可以採用與儲層或監測層相互配伍的鑽井液以平衡壓力，有利於保護儲層或監測層。

尾管射孔可以減少套管重量和油井水泥的用量，從而降低完井成本。

需要注意的是，採用射孔完井方式時，CO₂儲層除了受鑽井過程中的鑽井液和水泥漿損害以外，還要受到射孔作業本身對CO₂儲層的損害。

（二）裸眼完井方式

裸眼完井是在鑽頭鑽至目的層頂部界限後，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，鑽開目的層至設計井深。

裸眼完井的最主要特點是目的層彎曲裸露，因而CO₂儲層具有最大的滲流面積，這種井叫做水動力學完善井，其CO₂灌注能力較強。但這種完井方式不能避免層間干擾、也不能有效地實施分層灌注和分層措施等作業。裸眼完井主要是在岩性堅硬、井壁穩定的塊狀碳酸鹽岩或硬質砂岩地層，以及層間差異不大的層狀儲藏中使用。

採用裸眼完井方式時，CO₂儲層主要受鑽井過程中的鑽井液損害，故應採用保護儲層的鑽井及鑽井液技術。

（三）割縫襯管完井

割縫襯管完井方式是鑽頭鑽至目的層後，先下人技術套管注水泥固井，再從技術套管中下人直徑小一級的鑽頭鑽穿儲層或監測層至設計井深。最後在目的層部位下入預先割縫的襯管，依靠襯管頂部的襯管懸掛器，將襯管懸掛在技術套管上，並密封襯管和套管之間的環狀空間。

割縫襯管完井主要用於膠結疏鬆的砂岩地層。這種完井方式CO₂儲層不會遭受固井水泥漿的損害，可以採用與儲層相互配伍的鑽井液或其他保護CO₂儲層的鑽井液鑽開儲層，當割縫襯管發生磨損或失效時，也可以起出修理或更換。