第四章 油井完成(3)

（5）除裸眼完井法外，比其它各种完井法都经济。

射孔完井法的主要缺点是：在钻井和固井过程中，油气层受洗井液和水泥浆的侵害较为严重；由于射孔数目和深度有限，油气层与井底连通面积小，油气层流入井内的阻力较大。

油气层与井眼的连通情况，对于油气井的产量有很大影响。油气层与井眼的连通性可用油井完善系数来表示。油气层没有全部钻穿的井称为水动力学程度不完善井；油层虽然全部钻穿，但油层和井底之间是依靠人工孔道连通的井称为水动力学性质不完善井；考虑油井完成不完善程度影响之后，应在前述稳定径向流动达西公式加入水动力学不完善系数C，于是实际油井产量需由下式计算

q?2?hka(p1?pw)M? （10-9）

?ln(ra/rw)?Cln(ra/rw)?C上式中各代号的意义见本章第一节。M为常数，与油层渗透率ka，油层厚度h，原油粘度μ、井底压差（P1-Pw）有关。

当用裸眼完井法油层全部钻穿时，即为水动力学完善的井，此时C=0。射也完井时为水动力学不完善的井，C>0。C值盐越大，油气井产量就越低。

当其它条件如油气层厚度及性质等相同时，水动力学完善井与水动力学不完善井（完井方法不同）产量之比，称为油井完善系数，以kc表示

kc?ln(ra/rw)Q? （10-10） Q0ln(ra/rw)?C式中Q和Q0分别为水动力学完善井与不完善井的产量。当油层全部钻穿时，油井完善系数取决于完井方法。例如，裸眼完井法C=0，故kc=1；射孔完井法C>0，而kc<1。

由于射孔完井法的油井完善系数一般均小于1，所以采用射孔完井法时，如何提高完善系数是一个重要课题。实验证明，当射孔密度（即每米套管上的孔数）、孔径和射也深度增加时，kc可以提高，但不成直线关系，而且当射孔密度和孔径增加到一定值时，kc逐渐接近于1。此后即使再增加密度和孔径，kc将很少增加。另一方面，射孔密度和孔径越大，对射孔段套管强度的影响也就越大。因此，对射孔密度和孔径应存在一个合理值。一般认为每米套管内射16-20个孔比较合适。当射孔深度增加时，kc也增加，在不考虑泥浆和水泥浆侵害的情况下，可能会大于1，即超过水动力学完善的产量。因此，选用合适的射孔器以提高射孔有效深度，是射孔完井的重要问题。

常用射孔器有子弹射孔器和聚能喷流射孔器两种。现在国内使用的是聚能喷流射孔器。 射孔效果除与射孔器类型和尺寸以及装药量有关外，还与岩石强度、井内流体类型以及地层压力和井内静液柱压力的差值有关，如表10-3和表10-4所示。表10-3中所列射孔深度是先射穿壁厚9.652毫米的N-80套管和19.05毫米厚的水泥环，然后再射入岩石内的深度。

从以上两表中的数据可知，在强度较低的岩石中，子弹射孔器的射入深度比喷流射孔器的大，但在高强度岩石中后者的射入深度却大于前者。对同一种射孔器来说，当井内为盐水或比重较低的

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流体时比井内为高比重泥浆时的射孔效果好。此外地层压力大于井内液柱压力越多，射孔效果越好。如果井内压力大于地层压力且井内为泥浆，则炮眼极易被泥浆，砂粒及岩粉所堵塞。

表10-3 岩石强度对射孔深度的影响

岩石抗压强度（巴） 158.6 337.8 379.2 896.7 表10-4 压差及井内流体类型对射孔深度的影响

井内流动 压差 （巴） 射孔深度 (厘米) 炮眼尺寸 (厘米) 使油流 平均流 回流后炮 出所需 动指数 眼情况 压 差 （巴） 1.00 炮眼完全干净 射孔深度（厘米） 子弹射孔器 43.68 19.30 13.20 6.10 喷流射孔器 29.72 24.38 21.34 13.46 喷流射孔器 比重1.20盐水 比重1.20盐水 井内压力13.79 地层压力34.38 同上 16.51-20.32 0.635-1.27 0 16.51-20.32 0.635-1.27 0 0.61 比重1.20烧碱栎树皮提取剂泥浆 同上 16.51-20.32 0.635-1.27 2.07 0.55 比重1.9石灰基泥浆 井内22.06 地层34.47 子弹射孔器 比重1.20盐水 井内13.79 地层34.47 比重1.20盐水栎树井内皮提取剂泥浆 13.79 地层34.47 压力压力16.51-20.32 0.635-1.27 6.89 0.41 炮眼干净或部分弹片碎屑、岩粉充填 部分或全部被泥浆、砂粒弹片、碎屑填满 全部被泥浆、砂粒、弹片、碎屑填满 干净或部分为岩粉充填 填满泥浆及岩粉 压力压力压力压力8.89 1.27 0 0.61 8.89 1.27 2.07 0.53 为了经济有效地满足开发不同产能和层数油气田的需要，现在已有好几种不同形式的射孔完井

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法，除尾管完井法在固井一章中已介绍外，下面将对单管完井法、多管完井法、无油管完井法及多层无油管完井法等加以说明。

（一）单管射孔完成法

国内外90%左右的油、气井用的是这种完井方法。其主要特点是一口井内下一根油管柱，一次开采一层或性能和压力相近的多层油气层。如各层压力相差较大，则需要在采完一层之后，再开采第二层。一般是从下向上开采，即采完最低部生产层后，将它用水泥回堵，再射开上面生产层进行开采。图10-6是单管完井法的示意图。

这种完井法的完井程序是油层套管固井后，装井口和射孔，然后下油管、替喷、固定井下封隔器，投入生产。如果不能自喷，还需装抽油或气举等采油装置。井内下油管的作用是提高油气流动的效率以作为完井后井内循环的通道。由于装有井下封隔器，使油层套管不与油气接触，从而减少了磨损。同时套管不承受高压也可以减少套管漏气和损坏。直接和油气接触的油管出现故障或损坏时，则可比较容易地提出地面进行检修。

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（二）多管射孔完井法

也叫多层完井法或平行管多层完井法，系在油层套管内下入两根或两根以上油管柱，以便同时分别开采压力、性能不同的几个油、气生产层。1970年美国有1440口井用多管完井法完成，约占完井总数10%，其中85%为双管完井法并取得预计的效果。多管完井法的套管与油管尺寸配合关系可见表10-5。

图10-7为双管完井法的井下装置示意图。油层套管要下过两个生产层。装好井口及防喷器后，用适宜尺寸的钻杆进行洗井，并把井内泥浆换成盐水，因为盐水对地层损害小。然后进行放射性测井和接箍测井以精确控制射孔深度。射开上生产层后，用带悬挂式封隔器的地层测验器进行测试，以取得关井压力、油气比及油、气产量等有关资料。然后再用同样方法测试下生产层。若两层中有一层为水层就要先对它加以封堵。如两层均有开采价值，需先下钻头和套管清刮器（Casing scraper）以清除大字管内壁的粘附物，对产层附近及射孔井段更要仔细清刮，以免损坏以后下入的封隔器。

多管完井可以使用各种机械安放式封隔器或液压封隔器。图10-7所示的下部为永久型封隔器，上部为液压安放式双柱封隔器，先用钻杆把下部永久型封隔器下入并在距下射孔井段以上约10米处固定好，然后起出钻杆，下入长油管柱。长油管管柱的组成（自下而上）为底部进油管+油管密封短节（Tubing seal assembly）+双柱封隔器+侧孔滑套短节（Side door sliding sleeve nipple）+通到井口的油管。长管柱下到预计深度，通过油管密封短节与下封隔器内通孔保持密封，而下生产层的油气，可经底部进入油管升至地面。风管的位置紧对着上生产层，它表面有防蚀涂层，以抵抗油流的冲蚀。上部双柱封隔器为液压式的，它与长油管柱一起下至井内，距上生产层以上约10米处，然后可下入第二根油管柱，它的底部接有闭锁短节（Latching nipple），可以和双柱封隔器密封好。油管下完之后，可通过油管挂将它们的顶端吊悬在双柱油管上，其上再与双柱采油树相连。装好油管头后，从第2根油管柱泵入清水送下双柱封隔器的憋压小球。投球之前，还可以经过双柱封隔器与环形空间建立循环。小球抵达封隔器的球座之后，即堵塞了通路，再继续用流体加压就可使封隔器的上、下卡瓦与套管内井壁卡紧而固定好。这时封隔器的密封元件也已完成了密封作用。以后小球可被井内高压流体冲出来。如果不能自喷，可进行抽吸或打开油管柱上的侧孔滑套短节，从地面压入空气经滑套短节及环形空间环替出部分管内流体，以降低液柱压力。当能正式出油时，要用绳索下入特殊工具把滑套短节上的侧孔关闭，使井生产。

表10-5 多管完井法套管及油管尺寸

API套管尺寸 （毫米）

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油管尺寸（毫米） 双管 14

三管 四管 139.7 177.8 177.8 244.47 ①非API标准油管 483.3① 60.32 73.02 — — 52.4 60.32 70.02 — — — 60.32 以上介绍的是两根油管分别下入的情况，也可以用特别的卡瓦和吊卡把两根油管柱和上封隔器同时下入。

（三）封隔器射孔完井法

这是近几年研究成功的一种射孔完井法

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，见图10-8。系把套管封隔器接在套管柱的适

宜部位而下入井内，使它正对生产层。下井时封隔器处于收缩状态，封隔器上有两个单流阀和一个控制阀。注水泥过程中泵压达到一定数值时，可把控制阀销钉剪断，于是水泥浆进入封隔器内把封隔器压胀。进入的水泥浆不会倒流而是凝固在封隔器内，从而对生产层内的油气流起封隔作用。和普通套管外封隔器的区别是使用这种套管外封隔器时，在直到水泥凝固之前都可以进行二次加压。有的还装有敲开塞（Knock off plug）。必须在打开敲开塞之后，水泥才能经控制阀进入封隔器。

套管外封隔器的密封长度有2.29、3.5、5.85米三种。可在139.7毫米、177.8毫米和244.47毫米套管上使用。如有多个生产层，可使用数个套管外封隔器分别进行封隔，由各封隔器控制。阀销钉强度的不同控制着水泥浆进入各封隔器的时间和顺序。

水泥凝固后，由套管内射孔，经封隔器射入地层，建立油气流入井的通道。 封隔器射孔完井法具有如下优点：

（1）水泥凝固过程中封隔器支持了上部液柱压力，使生产层免受水泥浆侵入的危害，起到保护生产层的作用。

（2）封隔器封闭了油气层，减少了水泥浆的气侵，有利于提高固井质量。

（3）由于封隔器膨胀，同时还有一定的压力，能把生产层附近的窜槽泥浆挤走从而在生产层附近形成良好的密封。

（4）由于水泥张生产层之间有一层封隔器胶皮，它在生产层表面可起O型密封圈式的封隔作用。当射孔需裂水泥环之后，可减少油气窜通，酸化时可减少酸液对水泥与地层固结面之间的溶解

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