第十章 完井与试油投产

完井（well completion）是油田开发过程中的重要环节，是从钻开油层到下套管固井、射孔、下生产管柱、排液，直至投产的一项系统工程。完井工程的设计水平和施工质量对油井产能和油田开发的经济效益具有决定性的影响。完井工程有两个核心：一是从钻开油层开始到试油投产的全过程都要保护好油层，发挥油层的最大产能；二是利用完井优化设计，充分利用油层能量，用合理的方法使油井投入生产。

完井工程设计必须与采油工程和油藏工程相结合，以最大限度地提高油田总体开发效益为出发点，对完井工程中的各个环节提出技术要求，保护好油层，并使整个工程系统最优化。设计内容主要包括：油田地质与油藏工程基础、钻开油层的钻井液、完井方法及选择、油管及生产套管尺寸的确定、生产套管设计、注水泥设计、固井质量评价、射孔及完井液、完井测试评价、完井生产管柱、投产措施及其经济评价等。

完井设计的目标是针对具体的油气层特征，选择合理的完井方式，优化完井施工工艺参数，创造最佳的油层和井底的沟通条件；试油设计的主要目标是通过选择合理的试油工艺，取准取全油、气层基础参数，为认识和评价油气层提供依据；而完井投产则是根据储层特征、完井测试、储层伤害情况等提出适宜的投产措施。

本章主要从采油工程对完井设计要求的角度出发，阐述油井完井方式选择、射孔工艺设计方法、试油工艺及其投产措施。

第一节 完井方式选择

油井的完井方式主要是指在油层或探井目的层部位的井身结构，它反映油层与井筒的沟通方式。目前完井方式有多种类型，以满足不同性质油气层有效开发的需要，但各有其适用条件和局限性。不同的完井方式的井底结构、井口装置以及完井工艺方面都有所不同。从采油工程的角度出发，理想的完井方式应努力满足以下技术要求：

（1）油气层与井筒之间应具有最佳的连通条件，油气层所受的伤害最小；

（2）油气层与井筒之间应具有尽可能最大的渗流面积，油气入井的阻力最小； （3）能有效地分隔油、气、水层，防止各产层之间的相互干扰； （4）能有效地控制油层出砂，防止井壁坍塌，确保油井长期生产；

（5）应具备便于实施人工举升、井下作业（如压裂、酸化及修井）以及各项分层措施等条件；

（6）工艺简便，成本低廉，完井速度快。

油井一旦完成后，其井底结构就不容易更换。因此，应根据油气层的地质特点，参考本地区的实际经验，慎重地选择适宜的完井方式。

一、直（斜）井完井方式

目前国内外常用的完井方式有裸眼完井、套管或尾管射孔完井、割缝衬管完井以及基于防砂目的的裸眼或管内砾石充填完井。为了降低完井及开发成本以利于经济地开发低产油层，又出现了永久完井法、无油管完井法以及多油管完井法等新工艺。本节主要介绍裸眼完井法、射孔完井法、割缝衬管/筛管完井及砾石充填完井方式。

1.裸眼完井

裸眼完井（open hole completion）分为先期裸眼完井、复合型完井和后期裸眼完井

三种方法。 先期裸眼完成法（图10-1）是钻头钻至油层顶部附近后，取出钻具下套管注水泥浆固

井，水泥浆从套管和井壁之间的环形空间上返至预定高度，待水泥浆凝固后，从套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞和油层，直至达到设计井深。 对于油层较厚、油层上部有气顶或顶界附近有水层时，此时可以将生产套管下过油气界面，用以封隔上部的气顶，然后下部裸眼完成，必要时可以再将上部的含油段射开。这种类型的完井称为复合型完井法（图10-2）。

后期裸眼完井（图10-3）是当钻头钻至油层顶部附近后，不用更换钻头，用同一尺寸的钻头钻穿油气层直至设计井深，然后下套管至油气层顶部，注水泥固井。为了防止固井时水泥浆损害套管鞋以下的油层，通常在油层段垫砂或替入低失水、高粘度的钻井液，防止水泥浆下沉。 裸眼完井方式的主要优点是产层完全裸露，产层具有最大的渗流面积，流线平直，符合平面径向渗流规律，这种井称为水动力学完善井，其产能较高。此外，由于井底没有任何设备，也不需要诸如射孔、砾石充填等工序，因此工艺简便，成本低，完井速度快。

与后期裸眼井完井方式相比，先期裸眼完井还具有下述优点：

（1）先期完井由于在钻开之前已经完成了固井工序，因此在起钻、下套管、挤水泥浆期间，泥浆对产层没有任何影响。即缩短了泥浆对产层的浸泡时间；

（2）消除了高压油气对固井的影响，有利于提高固井质量；

（3）钻开产层时已经排除了上部地层的干扰，为采用清水或其他符合产层特性的优质钻井液打开产层或采用平衡钻井创造了良好条件。

图10-1 先期裸眼完井 图10-2 复合型完井 图10-3 后期裸眼完井

应当注意：在地质情况不甚清楚的探区先期完井时，如果未能弄清油层部位，则有可能无法保证刚好将套管下至产层顶部。套管下得过高，封不住上部坍塌地层，给今后的油井开采带来困难；下得太低，一旦钻开油层，则等于后期完成，还有可能造成井喷事故。可见，先期完成最重要的是弄清层位，卡准套管下入深度，确保套管下至产层顶部。目前，后期裸眼井完井在现场中已经很少使用，它仅限于地层情况了解不够的探区。

裸眼完井方式存在如下主要缺点：

（1）不能克服井壁坍塌和油层出砂问题；

（2）不能克服整个生产层内不同压力油、气、水小层之间的相互干扰； （3）不能进行选择性酸化或压裂等分层作业； （4）不能实现分层开采和控制；

（5）先期裸眼完井法在下套管固井时不能全部掌握产层的真实资料，继续钻进时如遇特殊情况容易给钻进造成波动。

因此，裸眼完井仅能适用于岩层坚硬致密，无含水夹层，无易坍塌夹层的单一油气层或一些油气层性质相同、压力相似的多层油气层。因裸眼完井方式难以进行增产措施、控制

底水锥进和堵水，现多转变为套管射孔完井。

2.射孔完井

射孔完井（perforated completion）是国内外应用最为广泛的一种完井方式，包括套管射孔完井和尾管射孔完井。

套管射孔完井（图10-4）是先钻开油层至设计井深，将油层套管下至油层底部注水泥固井，然后再下入射孔枪对准产层进行射孔，射孔弹射穿套管、水泥环并穿透油层一定深度，建立起油流入井通道。

尾管射孔完井（图10-5）是在钻头钻至油层顶界后，下套管注水泥固井，然后下小一级的钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在套管上，再对尾管进行注水泥固井，然后实施射孔。

尾管射孔完井在钻开油层以前上部地层已被套管封固，因此，可以采用与油层配伍的钻井液，采用平衡或欠平衡的方式钻开油层，有利于保护好油层；同时此类完井可以减少套管的重量和固井水泥的用量，降低完井成本。

图10-4 套管射孔完井示意图 图10-5 尾管射孔完井示意图

由于产层多数都存在层间干扰问题，加之射孔工艺技术的发展使完井的某些缺点已经得到克服。因此，目前国内外90%以上的油气井都是采用套管射孔完成，对于较深的油、气井大多采用尾管射孔完成。

射孔完井的优缺点见表10-1。

表10—1 射孔完井的优缺点

①能比较有效地封隔和支撑疏松易塌的生产层。 ②能比较有效地封隔和支撑含水夹层及易塌的粘土夹层，只要不射这些含水夹层和粘土夹层，就可以避免它们对生产的影响。 优点 ③能够分隔不同压力和不同特性的油气层。可以选择性地打开产层，可以分层开采、分层测试、分层增产措施等。 ④可进行无油管完井及多油管完井。 ⑤除裸眼完井方式外，比其它各种完井方式都经济。 ①在钻井和固井过程中，产层受泥浆和水泥浆浸泡时间较长，油层易受污染。 缺点 ②射孔完井是水动力学性质不完善，产层的渗流面积只是井眼孔壁面积的总和。流线在孔眼附近必然会发生弯曲、聚集，产生附加渗流阻力。