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完井技术国内外发展现状分析

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完井技术国内外发展现状分析
第1章 前 言
1。1 现代完井技术发展现状
完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，是从钻开油气层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液,直至投产的一项系统工程。完井设计水平的高低和完井施工质量的优劣,对油气井生产能否达到预期指标和油田开发的经济效益有决定性的影响.
近十多年来，国内外完井均有了较快发展，并已发展成为独立的学科。除常规井完井技术日益完善外,其他特殊井完井也得到了很大发展，如水平井完井、复杂地质条件下的完井、小井眼完井、分支井完井、深井超深井完井、现代智能完井、膨胀管完井等。国内在完井技术方面虽然取得了一些进步,但是与国外相比,完井技术还有很大差距,特别是在不同储层选择合适的完井方式、水平井完井、欠平衡井完井、小井眼完井、分支井完井，从而影响了油气井的产量及经济效益.
1。2 本文的主要研究内容
1．查阅现代完井技术方面的文献,对各种完井技术现状进行综合性分析:
（1)射孔完井技术；
（2)割缝衬管完井技术；
（3）砾石充填完井技术;
(4)膨胀管完井技术；
(5）封隔器完井技术；
（6）智能完井技术.
2. 调研国内外最新完井技术现状，重点分析国内外现代完井技术现状、最新进展、应用成果以及发展趋势等，并对国内完井技术方案实施的可行性和完井技术的研究方向作初步预测和探讨。
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第2章 常规完井技术
完井方式的选择主要是针对单井而言。虽单井属于同一油藏类型，但是所处构造位置不同，所选定的完井方式也不尽相同，如油藏有气顶、底水，若采用裸眼完成，技术套管则应将气顶封隔住，再钻开油层,而不钻开底水层.若采用射孔完成，则应避射气顶和底水。又如油藏有边水，套管射孔完成时，油田开发要充分利用边水驱动作用，避射开油水过渡带.下面主要介绍常用的几种常规完井方式［1]。
2.1 裸眼完井技术
裸眼完井方式分先期裸眼完井方式、复合型完井方式和后期裸眼完井方式三种。
先期裸眼完井方式（如图2-1）是钻头钻至油层顶界附近后,下套管柱水泥固井。水泥浆上返至预定设计高度后,再从套管中下入直径较小的钻头，钻穿水泥塞，钻开油层至设计井身完井。
复合型完井方式（如图2—2）是指适合于裸眼完井的厚油层，但上部有气顶或顶界邻近又有水层时,可以将技术套管下过油气界面,使其封隔油层的上部,然后裸眼完井，必要时再射开其中的含油段.
后期裸眼完井方式(如图2—3）是不更换钻头，直接钻穿油层至设计井深,然后下套管至油层顶界附近,注水泥固井.固井时，为防止水泥浆损害套管鞋以下的油层，通常在油层段垫砂或者换入低失水、高粘度的钻井液，以防水泥浆下沉。

图2—1 先期裸眼完井示意图
1—表层套管 2—生产套管 3—水泥环
4—裸眼井壁 5—油层

图2—2 复合型完井方式示意图
1—表层套管 2－生产套管 3－水泥环 4－气顶
5－射孔井眼 6－油层 7－裸眼井壁

图2—3 后期裸眼完井示意图
1－表层套管 2－生产套管 3－水泥环
4－套管外封隔器 5－井眼 6－油层
2.2 射孔完井技术
射孔完井是国内外最广泛和最主要的使用的一种完井方式，包括套管射孔完井和尾管射孔完井[2]。
套管射孔完井（如图2-4)是钻穿油层直至设计井身,然后下生产套管至油层底部注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层至某一深度，建立起油流的通道.

图2—4 套管射孔完井示意图
1－表层套管 2－生产套管 3－水泥环
4－射孔孔眼 5－油层
尾管射孔完井（如图2—5）是在钻头钻至油层顶界后,下套管柱水泥固井，然后用一小级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，再对尾管注水泥固井,然后射孔。

图2—5　尾管射孔完井示意图
1－水泥环 2－悬挂器 3－表层套管 4－生产套管；
5－尾管 6－射孔孔眼 7－油层
应针对油气藏地质特征、流体特征、油气井类型（直井、定向井或水平井）选择与之相应的射孔工艺技术，目前主要运用的射孔工艺主要有以下几种：
(1）电缆输送套管枪射孔工艺（WCP）
按采用的射孔压差和井口密封方法可以分以下三种方式。
①电缆输送套管枪正压射孔工艺。
射孔前用高密度射孔液压井，造成井底压力高于地层压力。在井口敞开的
情况下，利用电缆下入射孔枪.通过接在电缆上的磁性定位器测出定位套管接箍对比曲线，调整下枪深度，对准层位,在正压差下对油、气层部位进行射孔。起出射孔枪后，下油管并接好井口,进行替喷、抽汲或气举等进行诱喷，以使油气井投产。
正压射孔具有施工简单,成本低和高孔密、深穿透的优点，但正压会是射孔也的固相和液相侵入储层而导致较严重的储层伤害.
②电缆输送套管枪负压射孔工艺.
这种射孔工艺基本上与电缆输送正压射孔工艺相同，只是射孔前将井筒液
面降低到一定深度，已建立适当的负压.这种工艺主要用于中、低压薄油藏。
③电缆输送套管枪带压施工射孔工艺。
与上述两种工艺不同的是井口是封闭的，可以实现大直径电缆枪负压射孔，避免了正压射孔可能给油层带来的严重伤害,主要用于常压和高压油藏。该工艺的关键是井口电缆的动密封和高压放喷系统设备配套，结合电缆射孔分级点火技术，可减少防喷系统的拆卸，从而降低劳动强度，提高作业效率.
（2)油管输送射孔工艺（TCP）
油管输送射孔工艺是利用油管将射孔枪下入油层部位射孔。有关下部连有压差式封隔器、带孔短节和引爆系统，油管内只有部分液柱造成射孔负压。通过地面投棒引爆、压力或压差式引爆或电缆湿式引爆等各种方式使射孔弹爆炸而一次全部射完油气层.如图2-6是典型的TCP施工管柱。

图2—6　TCP管柱示意图
油管输送射孔具有高孔密、深穿透的优点，负压值高，易于解除射孔对储层的伤害.
近年来，国外针对高温深井的特殊情况有开发了新的油管和电缆输送系统（TWC)，该系统综合了WCP和TCP的优点,既能实现高孔密、深穿透负压射孔,有满足了一些高温深井的特殊要求.TWC系统的高性能射孔枪是通过油管传输到设计油管深度，当井准备投产时，下入电缆，将连接在油管下端的射孔枪解锁,然后通过电缆将射孔枪传送到预射层位，利用坐封工具将射孔枪锚定在尾管上,然后取出电缆和坐封工具，通过油管加压延迟引爆射孔。图2—7是TWC工艺工程简图,自动丢枪后即可转入正常生产.

图2—7　油管和电缆输送系统示意图
该系统优点主要在于可大大缩短射孔枪暴露在高温高压环境的时间，具有油管输送射孔的深穿透与高孔密和负压射孔等优点、安全可靠,不足之处在于施工过程较复杂。
（3）模块枪电缆射孔工艺
模块电缆射孔技术是针对地层压力大的高压油气井，利用电缆传输方式实现油管输送式射孔完井过程，达到防喷的目的，并且能过实现定方位射孔。该工艺是将模块枪用电缆分段下井，锚定套管壁上，引爆模块枪一次射开全部射孔段悬挂器和模块枪将自动释放丢到井底，然后通过电缆防喷器，井口带压操作捞出射孔枪.
该工艺的最大优点是射孔枪不需要油管下入，而由电缆下送并锚定射孔目的层位,一次射开长射孔井段并自动丢枪到井底，从而实现全通径生产完井管柱。可在负压条件下射孔，保护了储层，能最大限度的提高油气井生产能力。
（4）电缆输送过油管射孔工艺（TTP)
①常规过油管射孔。
这是最早的使用的负压射孔工艺，首先将油管下至油层顶部，装好采油树和防喷管,射孔枪和电缆接头装入防喷管内，准备就绪后,打开清腊闸门下入电缆，射孔枪通过油管下出油管鞋.用电缆接头上的磁定位器测出短套管位置，调整深度使射孔枪对准储层，点火射孔。
②过油管张开式射孔(Extended—diameter TTP)。
鉴于常规过油管射孔技术在使用中存在过油管弹药量小、穿深浅、油气产能低等一些问题， 1993年~1994年, 美国先后推出一种新的过油管深穿透射孔器系统-—过油管张开式射孔枪,把过油管射孔技术推进到一个新的阶段。适用于生产井不停产补孔和打开新层位.国内的四川气田在1996年完成研制工作，1997年通过大庆油田检验“九五”项目组验收, 1998年4月通过总公司鉴定。在四川资4井、长庆陕138井、德阳浅气层等进行6井次现场服务均获成功， 产能得到很大提高， 节约修井费用。
(5)超正压射孔工艺（正向冲击）
超正压(氮气或液压) 射孔是90年代兴起的一项试油射孔技术,如图2-8。最初由Oryx公司进行研究,主要目的是改善井的初始完井效率.由于氮气的惰性特性， 使得它对井下流体物化性质无不良影响, 而且可以迅速排放, 不污染施工现场周围环境.采用水力压裂（含酸压） 可以降低破裂压力。
、
图2—8　超正压射孔井下管柱示意图
目前该技术在国内使用的加压方式有三种， 即纯氮气加压、氮气和液柱混合加压以及纯液柱加压。研究表明： 采用超正压射孔作业和多种增产措施配套使用, 可以大大改善初期完井效果。
(6）定方位射孔工艺
该技术主要应用于裂缝性油藏射孔、水平井射孔、欲压裂井射孔和防砂射孔作业一般对准裂缝发育方位或正交于最小水平地应力方位射孔，有利用防砂和进行压裂施工作业，可大大提高作业成功率和效率。目前通过国外在大量油气田的实践中，该技术取得了良好的效果.
（7）全通径射孔技术
利用射孔弹爆炸的能量,使射孔枪串内部的弹体、弹架、固弹体等构件破碎或燃烧,实现枪串内部的全通。
燃烧式弹架（含能弹架）以复合火药为原材料加工而成，通过调整燃烧速度,实现在射孔的同时引燃、销毁,几乎没有残留物,并且燃烧产生的气体可以起到改造地层的作用.
(8)其它射孔工艺技术
为了更有效的处理多层， 国外推出了一种新型的射孔方法—套管外射孔， 一改传统的套管内射孔, 在套管井壁环空下入射孔枪射孔, 可对多层地层顺序射孔并分层增产。自从连续油管运用于钻井、压裂作业以来， 国外展开了连续油管输送射孔完井方面的研究。连续油管是卷绕在卷筒上拉直后直接下井的长油管， 我国近年来也展开了相关的研究,这两项技术目前仍处于试验研究阶段。
2.3 割缝套管完井技术
割缝衬管完井方式是当前主要的完井方式之一.它既起到裸眼完井的作用,又防止了裸眼井壁坍塌堵塞井筒，同时在一定程度上具有防砂的作用.由于这种完井方式的工艺简单,操作方便，成本低,因此在一些出砂不严重的中粗砂砾油层中不乏使用，特别是在水平井中使用较为普遍。
割缝套管完井方式有两种完井工序［3]。一种用同尺寸的钻头钻开油层后，套管柱下端连接衬管下入油层部位，通过套管外封隔器和水泥接头固井封隔油层顶界以上的环形空间，如图2—9所示.由于此种完井方式中的井下套管损坏后无法修理或者更换，因此一般都采用另外一种完井工序，即钻至油层顶界后,先下套管注水泥固井,再从套管中下入直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深，最后在油层部位下入预选的割缝衬管，依靠衬管顶部的衬管悬挂器，将衬管挂在套管上,并密封衬管和套管之间的环形空间，使油气通过衬管的割缝流入井筒，如图2-10所示。使用这种完井工序的油层不会遭受固井水泥浆的损害,可以采用与油层相配伍的钻井液或其他保护油层的钻井技术钻开油层，当割缝衬管发生磨损或者失效时也可以起出修理或更换.

图2—9　割缝衬管完井示意图 图2-10　改进后的割缝衬管完井示意图
1－表层套管 2－生产套管 3－水泥环 1－表层套管 2－水泥环 3－生产套管
4－套管外封隔器 5－割缝套管 6－油层 4－衬管悬挂器 5－割缝衬管
2.4 砾石充填完井技术
砾石充填完井是人为地在衬管和井壁之间充填一定尺寸的砾石,使之起防砂和保护生产层的作用。对于胶结疏松出砂严重的地层，一般采用砾石充填完井方式。
充填砾石的方法可分为直接充填和预制充填两种.为了适应不同油层特性的需要，裸眼完井和射孔完井都可以充填砾石,分别称为裸眼砾石充填和套管内砾石充填.在地质条件允许时用裸眼而又需要防砂时，就应采用裸眼砾石充填完井方式，其工序是钻头钻达油层顶界以上约3米后，下技术套管注水泥固井，再用小一级的钻头钻穿水泥塞，钻开油层至设计井深，然后更换扩张式钻头将油层部位的井径扩大到技术套管外径的1.5—2倍，以确保充填砾石时有较大的环形空间，增加防砂层的厚度，提高防砂效果。如图2-11。

图2—11 裸眼砾石充填完井示意图
1－生产套管 2－铅封 3－筛管 4－扶正器
5－砾石 6－扶正器 7－管堵
为了解决油田出砂问题，还可以采用金属纤维防砂筛管、陶瓷防砂筛管、多孔冶金粉末防砂滤管、多层充填井下滤砂器以及化学固沙等方法完井［4]。
第3章 现代完井技术
3.1 膨胀管完井技术
膨胀管技术就是将下到井眼中的钻井管柱，在管材塑性变形区域内,通过液压或机械驱动锥体，使管柱径向膨胀并发生永久塑性变形，达到所需生产管柱内径，从而“节省”井眼直径、缩小钻孔尺寸的一种钻井新技术[5].该技术最终目标是可用同一种直径的钻头钻进，并用同一种直径的套管完井，快速、高效地钻达预定层,实现同一直径的钻井、完井、固井，提高钻井作业效率和固井质量，改善现有井身结构和解决修井系列难题，降低成本，提高经济效益.
近几年膨胀管技术呈现爆炸式大发展，该技术对石油工业将产生革命性的影响。例如等径井眼技术一旦成熟，将极大地降低油井成本,并完全消除常规套管程序的缩径效应。在深井和复杂井中，往往需要下入多层套管,造成井眼直径很大,成本高昂，钻井周期延长.尤其在分支井中，套管层次增多。利用膨胀工具，把实体套管或衬管张开后支撑岩层，可以部分地代替套管。膨胀系统主要是膨胀套管、膨胀式割缝衬管和膨胀式套管外封隔器等.
按管子类型，膨胀管可分为实体管膨胀和衬管膨胀两种.该技术投入商业应用后取得了显著的效果，主要体现在以下几个方面：
1）通过膨胀，有效地解决了复杂井段的井壁稳定问题;
2）减少上部井眼的尺寸和套管层数，甚至在几年内可实现从井口到井底以同一尺寸钻井,这样可以钻更深的直井和大位移井；
3)修复老井被损坏的套管；
4)大大降低了钻井成本；
5）可取代砾石充填降低完井成本.
3。1。1 膨胀管技术现状
膨胀管技术［6]是国外正在大力发展的可降低钻井完井成本的一项新技术。从20 世纪80 年代起,壳牌公司就开始研究膨胀管技术.目前，提供膨胀管服务的公司有哈里伯顿公司、贝克石油工具公司和斯伦贝谢公司等国外石油公司,其中，研发速度较快的是壳牌和威德福公司。
可膨胀管包括可膨胀实体管和可膨胀割缝管两种。它们可应用于钻井、完井及采油、修井等作业过程,被认为是“21 世纪石油钻采行业的核心技术"之一。该项技术的几个应用领域在国外均投入到工业实施，表现出强劲的发展势头,正日益引起业界的关注。如图3—1和图3-2所示。

图3—1 可膨胀割缝管和可膨胀实体管

图3—2 实体管膨胀
由于深水油田开发中的防砂问题越来越严重，所以近年来可膨胀防砂筛管技术发展速度很快.贝克石油工具公司开发的快速膨胀防砂筛管,使用穿孔技术而不是割缝技术，从而提高了管材的抗挤压能力和可靠性。新筛管附有四层防砂材料,包括三层滤层和一层外保护层，其过滤能力提高一倍以上.新筛管系统首先用于印度尼西亚的海上油田，产层特性需要防砂和防水锥.使用快速膨胀防砂筛管与标准砾石充填相比增加了油藏产量。
3。1。2 膨胀管技术的发展
膨胀管技术于20 世纪80 年代晚期诞生于RoyalDutch Shell，随后迅速发展，1993 年在挪威的海牙进行了第一次概念性试验。1998年ShellE & P公司在Gasmer Test Well 进行Φ339。37mm J55套管原型试验，试验表明可膨胀管的膨胀和密封是成功的。于1999 年达到了商业化应用水平。2003 年BP 公司在加拿大阿尔伯达的Kirby 油田进行了可膨胀防砂管的试验，在这次试验中首次实现了“真正的可膨胀完井"。在国外，许多家石油技术服务公司能提供膨胀管技术服务。
可膨胀管技术的概念是从2000 年引入国内的,基于国内基础工业的实际状况，目前只停留在跟踪时期，但随着可膨胀管技术在国外商业应用成功,证明了可膨胀管技术对未来石油工业的关键作用。
可膨胀管技术在国内外异常火热，势必引起石油和天然气钻采行业的一场技术革命。但制约当前可膨胀管技术广泛应用主要表现在，一是管材选择和密封;二是相同直径膨胀管的圆柱型井型结构，井段之间需要材料拉伸塑性大于50％的高塑性膨胀管；三是对长度一般大于500 m 的长井段、全井或海洋井的可膨胀管的价格很高.我国可膨胀管技术除了技术引进和现场应用外，应把握可膨胀管技术发展的最佳时期和机遇,集中国家力量投入膨胀管技术开发和应用是十分必要的：
（1）深入可膨胀管材料、膨胀工具设计与制造、悬挂机构设计,开发出强度更高、更坚固、更廉价的和使用寿命长的膨胀管；
（2）积极开发具有材料拉抻材料拉伸塑性大于50%的高塑性膨胀管;
（3）提高螺纹连接膨胀密封程度及强度，如国外正研究在膨胀管表面喷涂弹性金属层，利用弹性物的弹性来加强管体与井壁的密封和层间封隔;
（4)开展膨胀管接头在大曲率井的失效性和旋转扩管技术的研究；
(5)加快我国可膨胀管技术应用步伐，进一步降低成本，提高经济效益。
3。1。3 膨胀管技术在钻完井方面的应用
1、钻井方面
（1）优化井身结构:在保证下部井径尺寸不变的情况下，可使上部井眼采用较小尺寸的技套，从而提高机械钻速和降低钻井成本.对于超深井，可减少井眼锥度，提高处理井下突发事故的能力，从而钻更深的井眼,以便顺利达到勘探开发目的。
(2)封隔缩径、坍塌、井漏或高压层.
2、套管修补作业
3、完井衬管膨胀
膨胀割缝衬管或筛管用于更好的支撑井壁和防砂。
3.1.4 国外膨胀管技术的新进展
1、威德福公司
威德福公司的最新成果是将膨胀防砂筛管(ESS)与层问隔离膨胀管(EZI）相结合，形成一种全新的，综合二者优点的联合系统。这样,新型膨胀管技术不仅具有套管井的功能，还具有裸眼井产能。
（1)膨胀防砂筛管（ESS）与层间隔离膨胀管(EZI)的组合系统。
裸眼完井技术的局限性导致在多数多产层井中要下套管并射孔。在实施层问隔离时，使用该方法有时仍无法实现油井的实际产能.现在,利用经油田验证的膨胀管技术,可以实现下套管和射孔井有效分层，并具有裸眼井的产能。需要进行水力封隔的多层油藏通常要进行固井和射孔.在直井或低斜度井中该方法可以提供优质而长期的层间隔离，当然成本会略高一些。然而，在长水平井中，固井和射孔是一个难题.因为在较长的环空中注水泥比较困难，而且射孔管柱更长且更复杂，从而使成本上升。如果油藏需要防砂(通常采用砾石允填），完井可能会更加复杂。了解到这些棘手问题后，威德福公司研制了一种可以免去管内砾石充填的新产品。
例如威德福公司研制生产的膨胀防砂筛管(ESS）系统，它可以提高油井产能，降低了砾石充填成本。该产品特别适用于单层厚油层。膨胀防砂筛管（ESS)沿井身扩展，减少了环形空间,起到了支撑井筒和滤砂的作用，从而避免了因地层出砂所需的砾石充填作业。但这种膨胀防砂筛管系统不适用于复杂的多油层油藏,因为复杂的多油层油藏可能需要多个层间隔离装置。
(2)组合式MetalSkin系统.
将膨胀防砂筛管（ESS)与MetalSkin实体膨胀管相结合，是一种简单、经济的替代固井／射孔的方法.这种组合式完井系统能够改善油井设计，使油井不受地层数量和地层砂岩胶结度的影响，见图3-3.

图3-3 膨胀防砂筛管(ESS)进行多层井完井(在产气层上方），
生产层段由层间隔离膨胀管（EZI）合成橡胶密封分开
2、贝克石油工具公司
(1）linEXX膨胀衬管系统。
linEXX膨胀衬管系统使用业内领先的单行程下行扩管方法,在维持同等套管偏斜度的情况下来扩展套管。作为套管初始设计的部分，新型linEXX膨胀衬管系统能够使作业者采用较大的井眼钻更深的探井。作为一种应急设计,该系统可以隔离诸如活化页岩、盐层和低破裂梯度地层等。该系统可以提供最优化和经济有效的套管结构，而不会出现常规井身结构和其它固体膨胀产品所带来的井眼尺寸减小的问题。如图3—4所示。

图3—4 linEXX系统总体应用情况中间衬管随套管鞋下人一定深度（1）;
膨胀管到位并膨胀（2，3)，在衬管内建立连续通道(4）
(2） FR0M5系统。
FORM5系统是第一套采用耐腐蚀（CRA）合金、可再次成形的多分支井的连接系统，也是第一套用于完井（而不是钻井）的可再成形连接装置上的(图3—5)。FORM5系统同样也是第一套与砾石充填和9 in套管／完井工艺相匹配的完井工具。F0RM5系统由一个主管和两个管腿（其中一个是预制管腿)组成。该系统在套管内展开，然后在套管开窗处形成一个再成形管腿。以提供具有水力密封性的5级多分支井连接。

图3—5 贝克石油公司研制生产的FORM5系统由一个
主管和两个管腿（其中一个是预制管腿）组成
预制主管再成形管腿图3—2贝克石油公司研制生产的FORM5系统由一个主管和两个管腿(其中一个是预制管腿)组成以往的5级多分支井连接装置一直受到支井产量降低、安装方法复杂、修井时难于进入支井段等限制).使用成形金属技术在套管窗口处展开再成形管腿，增加了分支管腿一主管腿的直径比,从而大大增加了有效液流面积(与常规5级多分支井相比）。这种新方法简化了安装程序。该系统可用于生产井，也町用于注水井。该系统所采用的制作材料具有较好的延展性和机械强度，并具有较高的抗腐蚀性和抗环境应力破裂性。F0RM5系统在挪威国家石油公司增产作业中起着重要的作用.
3、哈里伯顿公司
哈里伯顿公司近日对其PoroFlex膨胀防砂筛管完井系统和VersaFlex膨胀防砂筛管完井系统进行了多项改进。其中对于PoroFlex系统的几大改进包括可变距离环空隔离器技术、可变膨胀能力及单趟作业技术。
(1）PoroFlex膨胀防砂筛管完井系统PoroFlex膨胀防砂筛管完井系统。
在几种新技术的推动下系统性能大幅度提高.将PoroFlex膨胀防砂筛管完井系统(位于膨胀器械上)下入井中,到达指定深度后，套管内的筛管悬挂工具便会膨胀，之后膨胀工具从完井管柱上丢手并进行下一步膨胀（仍是同一趟管柱）。适用于8．5in的PoroFlex膨胀防砂筛管完井系统（可调膨胀容量技术)现处于研制开发的最后阶段。在这种膨胀能力作用下，基管扩管后的外径与井壁的接触可能会更加的紧密，膨胀管的外形仍将保持圆形以提高膨胀防砂筛管的抗挤毁能力.PoroFlex系统外径的变化可达到8.3cm／m。该系统性能高度可靠，其基管、筛管及连接零故障，到目前为止,Poroflex系统任何一次安装也均无出砂记录。采用本系统完井的作业数量也大幅度增加。
（2）3．2 VersaFlex膨胀衬管系统。
哈里伯顿公司的衬管系统通过改进膨胀衬管悬挂器的膨胀和密封技术，在市场上保持领先的地位。哈里伯顿公司现有的VersaFlex膨胀衬管尺寸见表 1。
表1 哈里伯顿公司现有的VersaFlex膨胀衬管尺寸
膨胀管尺寸
/in
悬挂器尺寸
/in
悬挂器重量变化范围
/in
， 5
7
34，39，43,48，52

7
34，特质的膨胀衬管

7
34，39特制的PoroFle
膨胀衬管悬挂器

44，50,58
7,

54，60，65，70，80

90，97

107

91,101，107

131

4、READ油井服务公司
英国READ油井服务公司研制生产的液压膨胀管系统(HETS)可向井内永久膨胀组件直接施加138MPa以上的液压（图3-6）.该系统特点是可以实现单趟扩管,膨胀管与井壁完全匹配，且该系统还具有金属对金属的密封能力特点。

图3-6 电缆扩管的膨胀管修补完井系统(HETS)
3。2 封隔器完井技术
封隔器是现代完井中常使用的井下工具。按封隔器的原理，封隔器可分为重力坐封式、张力坐封式、机械坐封式、液压坐封式等形式;按使用可分为永久式和可回收式。
为保证稳产,二次采油及三次采油对封隔器的性能要求更苛刻；与深井、超深井、水平井及分支井作业相匹配的封隔器严重缺乏。因此有必要系统总结现有封隔器技术及产品，加大新材料研发力度，开展新的坐封方式和作业工艺研究，为油田开发提供有力支持。
一般封隔器产品及配套工具：压缩式封隔器是主流产品，卡瓦式其次。目前应用的主要封隔器产品系列包括：Y111、Y211、Y221、Y241、Y341、Y342 Y344 Y441、Y442、Y443、Y445、Y541、K331、K341、K344等。在以上产品基础上的变形产品较多,通过调整一些细小结构，以适应不同的工况要求，如压裂、正洗井、反洗井、小直径堵水、注汽热采、逐级解封、免释放可洗井、可取可钻等，其中Y341的变形产品最多。对浅井及较好的工况，封隔器多采用单向卡瓦或无卡瓦，解封方式也多为机械式,即提放管柱或旋转管柱；工况恶劣井和大井径往往采取双向卡瓦，甚至是锚定，由于作业难度增加,解封方式倾向于液压、钻铣等方式。使用封隔器的工艺管柱包括层位封堵工艺管柱、分层注水工艺管柱(井下定量分注、轮流注水管柱、油管分注技术、可反洗井注水管柱、可保护套管多次正反洗井的深井超深井污水回注管柱等)、酸化压裂及分层压裂工艺管柱、分层换层采油工艺管柱、油井测试工艺管柱等。
3。2。1 封隔器的应用现状
封隔器的主要作用是密封隔离作用。
目前国内外水平井筛管完井的常规方法是钻至油层顶界后，下入技术套管注水泥固井，然后钻开油层水平段，用钻具将筛管完井管柱送入并悬挂在技术套管上。筛管顶部的尾管段主要是通过上、下两组管外封隔器来分别实现与上部技术套管和下部筛管段油层的隔离.侧钻水平井则是在主井眼上开窗侧钻后，用钻具将筛管完井管柱送入并悬挂在技术套管上,筛管顶部至主井筒悬挂器位置的尾管段主要是通过两组管外封隔器来密封.在大多数情况下,对于一些水平井或侧钻水平井，在主井筒悬挂器和主力油层间由两组管外封隔器封隔的过渡带仍然存在多个非主力的油水层，这些油水层通过上、下两组管外封隔器、密闭套管、地层所形成的密封环空彼此窜通、互相影响。当水平段上用筛管完井方式开发的主力层采油枯竭后,这一封闭的过渡区域内油层的开发是一个必须面对的难题。在主力油层实施带管外封隔器的筛管完井的基础上,对油层筛管顶部至主井筒之间过渡带的尾管或油层套管实施注水泥固井,以密封该区域内的油水层，以便后期采用射孔方式开发。同时针对水平井和侧钻水平井两种类型，实施了筛管完井及筛管顶部油层套管注水泥完井。图3-7、图3-8和3—9为国外新型膨胀封隔器及封隔器在完井中的组合应用。个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途

图3—7 新型膨胀封隔器试验釜

图3-8 封隔器裸眼完井示意图

图3-9 封隔器组合完井
3。2。2 水泥浆充填管外封隔器技术
封隔器是油田钻采工艺中重要的井下工具之一。封隔器按传统分类包括：支撑式、卡瓦式、皮碗式、水力扩张式、水力压缩式、水力自封式、水力密封式和悬挂式等8种系列和多个种类，均以橡胶筒作为密封件,存在技术缺陷.金属密封封隔器的研制成功,使封隔器产品扩大到9种系列。水泥浆充填管外封隔器是在普通管外封隔器的基础上进行了改进:
(1）胶筒长度增至原来2倍,密封长度也增至原来的2倍；
（2）对三套阀系孔径进行了加大，水泥浆易进入胶筒内，密封长度增大，更易达到密封；
（3）使用超缓凝水泥浆体系。
水泥浆充填管外封隔器工作原理为：通过内管将超缓凝水泥浆送到预定位置,将机械式管内封隔器通过下放坐封，开泵，小排量憋压，达到一定压力时，锁紧阀上的锁钉剪断，锁紧阀打开，同时单流阀也打开，水泥浆经限压阀进入膨胀腔内,在压力作用下封隔器膨胀变形与井壁紧密接触形成密封，实现封闭和分隔环形空间的目的。当膨胀腔内的压力达到一定值时,限压阀销钉剪断，限压阀关闭将进液孔堵死，此时套管内压力的大小对膨胀腔内的压力无任何影响，实现安全坐封，井口放压为零，锁紧阀自动锁紧，实现永久性关闭。放压后上提内管，管内封隔器自动解封,开泵将多余的水泥浆循环出地面。
3。2。3 水平井筛管顶部油层套管固井完井工艺
随着人们对水平井认识的深入和勘探开发要求水平井解决的问题越来越多，水平井钻井技术遭遇到了空前的挑战。现代完井技术无论是硬件还是软件上面都有很多进展,我国水平井钻井技术取得了很大成就,现在可以钻各种类型的水平井。但是，水平井完井技术却大大落后于钻井技术的发展，水平井完井技术限制了水平井在勘探开发中的应用。因此,水平井应更加重视完井方式的优选,从完井方式对油藏的适应性和经济因素等方面综合考虑，最大限度地提高油井的完善程度,保护油气层,降低完井成本,充分发 挥水平井的优势,提高油层采收率。
目前国内外水平井筛管完井的常规方法是钻至油层顶界后,下入技术套管注水泥固井,然后钻开油层水平段，用钻具将筛管完井管柱送入并悬挂在技术套管上。筛管顶部的尾管段主要是通过上、下两组管外封隔器来分别实现与上部技术套管和下部筛管段油层的隔离。而侧钻水平井则是在主井眼上开窗侧钻后，用钻具将筛管完井管柱送入并悬挂在技术套管上，筛管顶部至主井筒悬挂器位置的尾管段主要是通过两组管外封隔器来密封。在大多数情况下，对于一些水平井或侧钻水平井，在主井筒悬挂器和主力油层间由两组管外封隔器封隔的过渡带仍然存在多个非主力的油水层，这些油水层通过上、下两组管外封隔器、密闭套管、地层所形成的密封环空彼此窜通、互相影响。当水平段上用筛管完井方式开发的主力层采油枯竭后，这一封闭的过渡区域内油层的开发是一个必须面对的难题。
(1)技术原理。
对水平井完井时在全井下入油层套管至井口,油层套管底部连接带管外封隔器的防砂管(或筛管) ，通过盲板—管外封隔器—分级箍的组合结构实现筛管顶部的油层套管注水泥。自下而上完井管柱结构为:引鞋—洗井回压阀-筛管—分隔部分(带两组管外封隔器) —筛管—固井盲板-管外封隔器( 两级） —分级箍—油套(到井口） ，如图3—4 所示。主力油层筛管完井由管外封隔器2筛管2管外封隔器2筛管2洗井阀组合结构完成.对于浅层疏松砂岩油层，应用防砂管完井，防止地层出砂和坍塌,根据复杂结构井完井要求优选多层金属网类防砂管;对于中深层油藏,用不具有防砂性能的筛管来支撑产层的岩石，筛管主要采用钻孔套管.对于水平段主力层分为多个层段的,可以通过管外封隔器2筛管组合来分隔；多个层段中有水层的,通过管外封隔器2油层套管2管外封隔器组合结构来实现先期封隔.
(2)完井管柱组合结构.
对水平井完井时在全井下入油层套管至井口，油层套管底部连接带管外封隔器的防砂管（或筛管) ，通过盲板—管外封隔器—分级箍的组合结构实现筛管顶部的油层套管注水泥.自下而上完井管柱结构为：引鞋—洗井回压阀—筛管-分隔部分(带两组管外封隔器)—筛管—固井盲板—管外封隔器（ 两级）—分级箍—油套（到井口） ,如图3-10所示。

图3-10　水平井筛管顶部油层套管注水泥完井组合结
主力油层筛管完井由管外封隔器—筛管—管外封隔器—筛管—洗井阀组合结构完成.对于浅层疏松砂岩油层，应用防砂管完井,防止地层出砂和坍塌，根据复杂结构井完井要求优选多层金属网类防砂管;对于中深层油藏，用不具有防砂性能的筛管来支撑产层的岩石,筛管主要采用钻孔套管。对于水平段主力层分为多个层段的，可以通过管外封隔器-筛管组合来分隔;多个层段中有水层的,通过管外封隔器—油层套管—管外封隔器组合结构来实现先期封隔。
3.2。4 侧钻水平井筛管顶部尾管固井完井工艺
(1）技术原理。
侧钻水平井带管外封隔器的筛管完井工艺是应用悬挂器将带管外封隔器的筛管悬挂于主井筒上，筛管顶部不注水泥,而只是用上、下两组管外封隔器进行封隔.目前在冀东油田12 口井上应用。基于侧钻水平井筛管顶部尾管不固井完井和水平井筛管顶部注水泥固井两种工艺，提出了侧钻水平井筛管顶部尾管固井完井技术,即在水平井筛管完井固井工艺的分级箍—盲板—管外封隔器组合结构上加入尾管固井工艺的悬挂器。将这四种工具组合使用，完成悬挂和固井施工。如图3—11所示。

图3—11　侧钻水平井筛管顶部固井组合结构
（2)完井管柱组合结构。
引鞋-洗井回压阀-筛管—分隔部分(2组管外封隔器)-筛管—固井盲板-管外封隔器(2 组）-分级箍—连接管—悬挂器-钻柱.筛管顶部的尾管用分级箍、盲板和管外封隔器组合来完成固井,管柱组合最上端通过悬挂器连接钻柱，悬挂器通过加压来卡封并悬挂于外部套管,正钻后即可脱开上部钻杆。将水平井顶部注水泥的单胶塞变成复合胶塞（钻杆胶塞和空心胶塞),注完水泥 后,在钻杆内压入胶塞并将其运行至悬挂器底部，压开空心胶塞在套管内一起下行至分级箍处,压迫分级箍关闭阀,碰压关闭分级箍。在主力油层段须下入带外封隔器的筛管组合,实现分段筛管完井，后期还需要钻塞和下入一次性反洗胀封管柱.

第4章 智能完井技术
针对完井技术方法落后、完井仪器设备陈旧的现状，为了解决这些问题，提高老油田的采收率，国内外逐渐发展了水平井、套管内侧钻井、大位移井、小井眼井、多分支井和自动旋转导向钻井及重钻井技术。为此专家提出了现代智能完井［7]的新思想,将现代智能测控技术、微机电技术、机电一体化技术、计算机与网络多媒体技术等应用于完井工程领域，研究和开发一套可用于多储集层、多分支井油气开采，能够在线、动态、实时地进行井下多参数测试、多功能操作，井下闭环自动控制与地面联网协同决策相结合的现代智能完井综合系统。
4.1 现代智能完井概念
现代智能完井系统被称为井下永久检测控制系统是一种能够采集、传输和分析井下生产状态、油藏状态和整体完井管柱生产数据等资料，并且能够根据以远程控制的方式及时对油层进行监测控制的完井系统。
4.2 现代智能完井系统组成部分［7]
（1)永久安装在井下的，间隔分布于整个井筒的井下温度、压力、流量、位移、时间等传感器。
（2）能在地面遥控井下的装置。如可遥控井下的封隔器、分割器、可遥控的层间控制阀与井下节流器、控制分支井筒密封的开关装置、井下安全阀及水下或陆地井口装置等。
（3）可以实时获取井下信息的多站井下数据采集和控制网络系统.
4。3 现代智能完井系统主要功能及其技术优点［8]
现代智能完井，与常规完井技术相比技术优势比较突出，其主要表现在：
(1)根据各个层段生产指数的变化可以判断和确定节流生产段的效果。
（2）能测量和调节每个产层的关井压力、流动压力和质量流量，从而更科学、更简化的管理非均质油藏.
（3)消除了关井时横向流动的影响，可以进行每个产层地压力升降分析，消除了多层合采混合流动分析所引起的误差,更容易进行物质平衡计算且更加准确。
(4)帮助采油工程师和过程监控工程师更有效的判断、测量和调节管理过程。
（5)能在井下产层处进行控制和测量，促使操作者能够调节变化的生产剖面，从而优化生产.
(6）能关闭或者抑