塔河油田完井方法及完井施工

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杨兰田　宗铁　董秀民

（新星石油公司西北石油局　乌鲁木齐市　830011）

摘要　针对塔河3号、4号油田完井方式、完井施工的问题进行分析，提出了完井方法选择建议和完井施工中存在问题及对策。

关键词　油藏特征　完井方法　套管射孔完井　裸眼完井　风化壳　压力系统

塔里木盆地油气层埋藏深度、地质特征、储层物性、流体性质等在纵向、横向上都存在很大差异，体现在地区间、构造间，甚至邻井间。深入分析掌握各构造不同特点与勘探、开发的特殊需要，选择经济、合理的完井方法，一直是塔里木油田需要深入研究与解决的问题。

塔河油田由4个相对独立的中型油田组成，主要产层为三叠系、石炭系及奥陶系。

塔河油田具有地质条件复杂多变，井温高，油气藏埋藏深等特点，采用的完井方法见表1。其完井方法的选择主要依据如下几个方面：

（1）油田地质特点、储集层物性与储集特征；

（2）地层压力系统变化与特殊地层对钻井的要求；

（3）钻井地质目的与井的类型；

（4）钻井、完井工艺技术现状；

（5）后续工程对钻井、完井的要求，如采油、修井、测试、储层改造等。

表1　塔河油田采用的完井方法　Table1　completion modes in Tahe oil field

1　塔河1号、2号油田

1.1　油藏特征

塔河1号、2号油田的产层为三叠系；发育了上、中、下3个主力含油砂体；岩性以长石岩屑砂岩为主。该区油层物性较好，属中孔、中高渗储集层。

塔河1号油田下油组产层为底水油藏，平均油层厚度为7.1m。根据试油、试采分析，采油指数为38.76m3/(d·MPa），油层有效渗透率为179×10-3μm2，原油性质为低含蜡、中高粘常规原油。

塔河2号油田产层为三叠系油藏上、中油组，两油组油层之间相隔约130m，上油组为一构造底水块状油藏，平均油层厚度为4.9m，采油指数为5.98m3/(d·MPa），地层有效渗透率为22.3×10-3μm2；中油组也是一构造底水块状油藏，平均油层厚度为7.3m，采油指数为37.6m3/d·MPa，有效渗透率为38.7×10-3μm2，产能和物性均较上油组好。原油性质为含蜡、低含硫、低粘度原油。

塔河1号、2号油田都存在着下部水层段渗透率高于上部油层段的现象，且底水厚度大，有较活跃的底水能量。

1.2　钻井类型

塔河1号、2号油田开发采用直井＋水平井的方案，根据塔河1号、2号油田的特点，直井存在无水开采期较短，底水锥进快的问题，水平井开采的生产压差较小，能够减缓底水锥进速度，相对延长油井无水开采期。

1.3　完井方法

（1）直井

采用挂7＂尾管、回接、射孔完井的方法，7＂尾管与 技术套管重叠段为150 m左右；采油管柱采用Φ73 mmEUE油管；采用油管传输负压射孔，枪型选用Φ127 mm枪。

射孔完井方法分析：

①可以有效封隔各渗透层，实施分层开采、分层测试、分层评价。

②便于控制油层打开程度与避水高度。

③可以针对各产层，实施生产控制、生产检测，防止水锥产生，控制底水锥进。

④可以有效采取任何选择性增产、增注措施。

⑤套管射孔完井方法对固井要求比较高，水泥浆对储层有一定的伤害。

（2）水平井

水平井选用 ＂钻头开孔下 表层套管900 m左右； ＂井眼下 技术套管4250 m左右； ＂井眼内完成造斜段和水平段的钻进，中曲率半径的井身剖面，造斜点一般在技术套管以下50 m。

塔河1号、2号油田的储层胶结比较疏松，为保证油井产能，防止裸眼段井壁坍塌堵塞井筒，同时考虑到井径与管径的配合与施工难度，在水平井施工中选择使用如下方案：

①7＂尾管（回接）＋ 割缝衬管

使用管外封隔器，水平段以上注水泥固井。井例：TK104H、TK105H、TK106H井。

②7＂尾管（回接）＋ 套管＋ 割缝衬管

使用管外封隔器，水平段以上注水泥固井。井例：TK201H井。

2　塔河3号、4号油田

2.1　油藏特征

塔河3号、4号油田的主力油藏为奥陶系潜山型油藏，其岩性是泥晶灰岩、微晶灰岩、亮晶碎屑灰岩，中部夹洞穴角砾岩；油气储集空间主要是溶蚀孔洞、裂缝。油藏具有如下特征：

（1）奥陶系储层埋藏深度大，存在有多个油气层段

奥陶系顶风化壳一般在5350～5370m。主要油气层段3套以上。

（2）储层具有强烈的非均质性

主要体现在两个方面，一是孔、洞、缝发育带横向、纵向分布；二是储集空间的类型、发育程度及其连通性。另外，不仅存在垂直裂缝，水平缝也有一定程度的发育。

塔河3号、4号油田奥陶系碳酸盐岩储层井间、层间物性存在很大差异。

反映在采油生产上：

根据1997年、1998年生产情况，塔河3号奥陶系已投产井中，产油量最高的达135m3/d，生产压差为20MPa，采油指数为7.5m3/(d·MPa）；产量最低的为22m3/d，生产压差为39MPa，采油指数为0.56m3/d·MPa。塔河4号油田S48井用试井分析方法处理得到地层静压为59.26MPa，以此计算生产压差为1MPa，采油指数为745m3/d·MPa;T401井生产压差达8.3MPa，采油指数为37.6m3/d·MPa。

反映在储层物性资料上：

塔河3号油田产能较低的T302井地层渗透率为0.000805×10-3～18.7×10-3μm2，孔隙度为0.2％～2.4％，相对较差，属低孔、低渗油气层；产能较高的 T301井5358.2～5371.2 m井段，孔隙度为3.5％～18.6％，渗透率为0.1×10-3～150×10-3μm2。该井储层物性在纵向上的差别尤为突出，钻井施工中5545.66～5546.86 m放空1.2 m，该段测井曲线显示电阻率明显降低，孔隙度增大，为溶洞、裂缝极发育段。S48井采油生产和钻进过程中的现象说明该井属特高渗超常规大弹性容量类型，储集空间类型应以溶洞型或裂缝－溶洞型为主。

利用大斜度井对碳酸盐岩油藏进行开发，提高孔、洞、缝发育带的穿越数，提高对储层的认识，提高产能，提高单井控制储量，是缝洞型油藏开发的重要手段。

（3）原油性质差异很大

根据目前采油情况来看，塔河3号以轻质油为主，S47井原油密度为0.82～0.841g/cm3，运动粘度为4.13～7.12mm2/s;T301井原油性质相对变化比较大，原油密度为0.826～0.9105g/cm3，运动粘度为4.62～68.28mm2/s，说明原油性质在各层间存在很大差异。

塔河4号以高粘度重质油为主，原油密度为0.9524～0.9644g/cm3，运动粘度为444.46～2677mm2/s。

2.2　地层特点与相应的钻井工程问题对完井方法的要求

（1）风化壳

从地层界面因素考虑，上层套管应下到古风化壳之上。该层段一般在井深为5350～5370m，由于地层水的溶蚀和风化作用，古风化带地层较破碎，孔、洞、缝往往较发育，钻井过程中易井漏。

（2）不同压力系统风化壳上下地层属不同压力系统，石炭系地层压力当量密度为1.20～1.24g/cm3，奥陶系地层压力当量密度为1.08～1.10g/cm3，必须下一层套管，采用不同密度体系的钻井液进行钻进。

（3）复杂井段

石炭系、三叠系泥岩不稳定，坍塌压力较高，容易发生剥落、垮塌，井径扩大率偏大，易产生复杂情况。同时，石炭系上部地层压力相对较低，压差较大，容易发生压差卡钻。

2.3　现用完井方法分析

塔河3号、4号油田均采用裸眼完井方法，即7＂尾管下至风化面以上，用57/8＂钻头钻穿风化壳，揭开奥陶系碳酸盐岩储层，然后裸眼完井。

由于井况不同，有的井在裸眼段完成后，进行了7＂尾管回接作业，如 S46井、S47井、T302井、T401井、T402井，有的井未进行回接，如S48井、T301井。

完井采油管柱采用如下几种：

（1）Φ73mm油管柱，如T302井；

（2）Φ88.9mm油管柱，如T401井；

（3）Φ73mm油管＋回采封隔器，如S46井、S48井；

（4）Φ88.9mm油管＋回采封隔器，如T402井；

（5）Φ88.9mm油管＋Φ73mm油管＋回采封隔器，如T301井。

采用裸眼完井方法所存在的问题：

（1）不利于分层开采、分层评价。塔河3号、4号油田奥陶系存在多个产层，各层物性、流体性质都存在较大差别，各产层产能、油质各有不同。裸眼完井方法难以避免层段之间相互串通、相互干扰；难以全面认识、评价各产层；难以分别制订并实施符合各油层特点的开采方案，对各产层的生产进行控制，进行分层开采；难以保证各油层油气采收率，不利于各油层油气资源的综合利用与全面开发。同时，由于产层间性质的差异，产能贡献也各有不同，所获得的生产检测资料相对不可靠。

（2）可选择的增产措施有限，不利于有针对性、有选择性地进行储层改造作业。塔河3号、4号油田奥陶系储层非均性强，物性、原油性质层间差异大，钻井过程中存在不同程度的污染，原油有效馏分低，胶质、沥青及蜡含量相对较高，对储层进行分层改造是极为必要的。酸化压裂是对碳酸盐岩储层进行改造的有效方法。目前塔河油田多采用全裸眼酸压的办法，全裸眼酸压跨度大，有效厚度大，多层段，各层段孔洞缝发育程度、地层物性、破裂压力值不一致，一方面增大了酸液的损失与能量的消耗，相应减小了已压开层段的有效酸液量，限制了酸压改造的深度、力度；另一方面全裸眼酸压，酸液势必首先压开并进入孔洞缝发育程度好，连通性好，破裂压力低的层段，对于储层物性相对不好的层段难以达到酸压目的。而利用封隔器或其它工程手段进行分层酸压的风险、难度较大，有效性、成功率很难保证。

2.4　完井方法选择建议

应根据孔洞缝发育程度、连通性、地层物性资料选择完井方法，有效封隔各产层。

2.4.1　选用挂5＂尾管，射孔完井方法

套管射孔完井是层段分隔最有效的完井方法，可以进行有效的生产控制、生产检测和包括酸化压裂在内的任何选择性增产措施。

采用套管射孔完井必须首先解决地层漏失问题，这是固井成败的关键。其次必须解决水泥浆体系选择与施工工艺问题，减小水泥浆对储层的损害，保证固井质量。同时，井深、井段短、管径小，对射孔作业有较高的要求。

2.4.2　选用管外封隔器（ECP）完井方法

套管外封隔器及割缝衬管完井方式与套管外封隔器及滑套完井方式。

管外封隔器完井，要求对层间裂缝发育情况、物性变化情况有更深入的认识。封隔器座封位置应在层间相对致密、井径规则的井段，封隔器座封和密封件的耐压、耐温效果与长期性必须有充分保证；垂直裂缝的发育对层间封隔与分层处理（如酸化压裂）效果有一定影响。

2.4.3　继续选用现裸眼完井方法

这是目前常用的完井方法，但应减少奥陶系的揭开深度，完钻井深尽量控制在油水界面以上。

2.5　完井施工中存在的问题与对策

塔河3号、4号油田奥陶系顶部风化破碎带，溶蚀孔洞、裂缝发育较好的层段存在井漏问题，井漏的严重程度不仅对油气层造成不同程度的伤害，而且对钻井、完井施工作业造成严重影响。

2.5.1　防漏堵漏问题

控制钻井液密度，采用近平衡或欠平衡钻井技术；在满足井眼净化的前提下，尽可能采用小排量钻进，以降低环空循环压耗；控制起下钻速度、规范开泵操作，减小瞬时激动压力，通过上述措施防止或减小井漏的发生。

当发生井漏时，根据溶蚀孔洞、裂缝发育程度及井漏的严重程度，以保护储集层为核心制订堵漏方案。

（1）漏速≤15m3/h：配制浓度为8％～12％的PCC暂堵浆液进行堵漏。

（2）漏速为15～30m3/h：配制浓度为10％～15％的 PCC暂堵浆液＋3％～4％核桃壳进行堵漏。

（3）漏速≥30m3/h：漏层温度≤90℃，采用酸溶性固化堵漏剂ASC-1堵漏；若漏层温度为90～120℃，则用高承压堵漏剂ZC6-6堵漏；若漏层温度＞120℃，则采用高承压堵漏剂ZC6-6与PCC暂堵剂复合堵漏。

2.5.2　安全钻井、完井问题

塔河3号、4号油田奥陶系储层溶蚀孔洞、裂缝发育好且连通性好的井对压力相当敏感，安全窗口小（0.02～0.045g/cm3），易漏，易喷，漏喷并存。这类井比较典型的是S48井、T301井，其中S48井因无法继续钻井提前终孔。

（1）这类井难以建立井内平衡，难以建立有效循环，携带出钻屑，使用常规钻井方式不能满足安全钻进的要求，大量的漏失不仅大大增加了钻井成本，更重要的是对油气层造成污染。为此建议采取以下措施：

①采用负压钻井技术。

②选择使用低密度钻井液体系。

（2）这类井测井、下完井管串、拆换井口等完井作业难度、风险较大，特别是在常规作业方式下，对完井作业工序、工艺有较高的要求。建议采取以下措施：

①必须掌握静止状态、循环状态下钻井液与地层的相对平衡点，掌握静止与循环状态下钻井液密度与漏速的关系，掌握井内相对稳定时间。在下完井管串及测井作业过程中，应及时补充密度略高于平衡点的完井液，控制环空液面与漏速，以微漏抑制地层流体进入井筒，为完井各项作业争取时间。

②应避免敞开井口作业，避免井口处于无控制状态，保证井口安全，换装井口作业应在能够对井筒实施有效控制的前提下进行。T301井长裸眼、多产层、层间物性差异很大，该井采用了先下油管再拆换井口的完井方法，为今后完井提供了经验。

③合理安排施工工序，选择符合油井特点、满足安全作业要求的施工工艺。各项作业要紧凑，测井作业应尽可能减少空井时间。

Completion modes and completion operations for oil wells in Tahe oil field

Yang　Lantian Zong　Tie Dong　Xiumin

(Academy of planning and designing,Northwest Bureau of Petroleum Geology，?rümqi 830011)

Abstract:This paper introduces reservoir Characteristics,drilling types and Completion modes in Tahe oil field;Analyzes the problems existing in Completion modes completion job in Tahe oil field No.3,4; Gives the Suggestions of completion modeselection and how to solve the problems during completion operation.

Key words:reservior characteristics Completion mode Perforated completion open hole completion, weathering crust pressure system

地球的内部结构是由什么组成的

土料有机质含量属于灰土地基质量检验的主控项目。

土料有机质含量简介：

单位体积土壤中含有的各种动植物残体与微生物及其分解合成的有机物质的数量。一般以有机质占干土重的百分数表示。

气候直接影响土壤的水热状况和物理、化学过程的性质和强度。

如中等水热条件下，土壤有机质积累最多；通过影响岩石的风化过程、地貌形态及生物的活动，间接影响土壤的形成和发育。如：湿热条件下风化壳最厚，土壤层厚度大。干旱或者寒冷条件下，风化壳薄，土壤层也薄。

生物是土壤有机物质的来源，土壤形成过程中最活跃的因素，土壤肥力的高低主要取决于有机质含量的多少。没有生物的参与（生物循环），就不会有土壤的形成。

一般而言，森林土壤有机质含量要低于草地土壤。土壤有机质泛指土壤中以各种形式存在的含碳有机化合物。

灰土地基简介：

灰土地基是指换填地基的一种，是将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去，用一定比例的石灰与土，在最优含水量条件下，充分拌和，分层回填夯实，或压实而成。

该地基具有一定的强度、抗渗性，施工工艺简便，费用较低，是一种应用广泛、经济实用的软土地基加固方法，适用于加固深1~4m厚的软弱土、湿陷性黄土、杂填土等地基，也可用作结构的辅助防渗层。

从现场施工的角度来讲地基，地基可分为天然地基、人工地基。地基就是基础下面承压的岩土持力层。

天然地基是自然状态下即可满足承担基础全部荷载要求，不需要人加固的天然土层，其节约工程造价，不需要人工处理的地基。天然地基为不需要对地基进行处理就可以直接放置基础的天然土层。当土层的地质状况较好，承载力较强时可以采用天然地基。

地球作为一个整体，是由同心圈组成的。

地球最外面的一层叫地壳，这就是地球的表皮。地壳由各种岩石组成，除地表覆盖一层薄薄的沉积岩、风化土和海水外，上部主要由花岗岩类的岩石组成，由于富含硅和铝，称为硅铝层。在大洋深处有的地方没有硅铝层，下部主要由玄武岩或辉长岩类的岩石组成，由于富含硅和镁，称为硅镁层。地壳的平均厚度为33公里，大陆所在的地方比较厚一些，海洋的地方比较薄，最薄的地方不到10公里。海洋下面的地壳，厚度只有5—8公里。在地壳表面还有一层风化壳，上面“发育”了一层薄薄的土壤。

地壳往下的那一层叫做地幔，又称“中间层”，在地壳和地核之间，是固体层，厚度约2900公里左右。地幔可分为上下两层。上地幔深度为35—1000公里，上地幔靠地壳的一层是由橄榄岩一类的物质组成，这种物质非常坚硬。现在知道最深的地震，是发生在地下700公里的地方，即地幔上部。地幔的物质可能是固态的，也可能像粘胶一样处在半流动状态，当它受到外力作用时，能够变形而不致破裂。如果地壳的某个地方发生了裂缝，“地幔”上部的物质就会喷出地表，变成熔融赤热的熔岩，这就是火山喷发了。下地幔离地面约1000—2900公里，可能比上地幔含有更多的铁。地幔体积占地球总体积的83%，质量占整个地球的66%。

地幔再往里就是地核，它的半径约3500公里。地核可分为“外地核”和“内地核”两层。处在地表以下2900—4980公里的部分叫外地核，是液体状态。4980—5120公里深处，是一个过渡带。从5120公里直到地心则为内地核，是固体状态。地核的成分主要是铁，另外还有一些镍和碳的元素。内地核的半径约1300公里。

地球内部构造

地球内部具有同心球层的分层结构，各层的物质组成和物理性质都有变化。地球内部是不能直接观测的，所以有关地球内部的知识多是间接得来的。例如，根据天文学得）知的地球质量和大地测量所得的地球形状和大小，可以计算出地球的平均密度为5.5克／厘米3。但是，地表物质的密度小于 2.7 克／厘米3 ；因此可以推知地球内部物质的密度要比5.5克／厘米3为大。根据陨石有石陨石和铁陨石之分，又由于地球有明显的内源磁场，因此可以推断地球内部有一个铁质的地核。主要根据地震波在地球内部传播所显示出来的各种迹象，证明地球内部可大致分为地壳、地幔和地核 3 ）个组成部分。

地壳 地球球层结构的最外层。大陆地壳的厚度一般为35～ 45千米 ，喜马拉雅山区的地壳厚度可达 70 ～ 80 千米。1909年A.莫霍洛维奇根据近震地震波走时确认地壳下界面的存在 ，在此界面以下地震纵波的速度由平均 5.6 千米 ／秒突然增至7.8 千米／秒。这个分界面后人称之为莫霍界面。大陆地壳一般分为上地壳和下地壳，上地壳较硬，是主要承受应力和易发生地震的层位 ，下 地壳较软。海 洋 地壳较薄，一般只有一层，且比大陆地壳均匀。

地幔 地壳和地核之间的中间层。平均厚度为 2800 余千米。1914年，B.古登堡根据地震波走时测定地核和地幔之间的分界面深度为2900千米，这个数值相当准确，与新近算得的数值只差15千米。地幔又分为上地幔（ 350千米深度以上）和下地幔。上地幔中存在一个地震波的低速层，低速层之上为相对坚硬的上地幔的顶部。通常把上地幔顶部与地壳合称岩石圈。全球的岩石圈板块组成了地球最外层的构造，地球表层的构造运动主要在岩石圈的范围内进行。

关于地壳均衡的研究认为，岩 石圈下 面有一个物质层，其强度较小 ，容许缓慢变形和在水平方向流动。1914年，J.巴勒尔称这个物质层为软流圈。软流圈概念和地震学中的地幔低速层概念似乎指的是同一个对象，很多人把它们等同起来。板块大地构造学说认为，岩石圈板块漂浮在软流圈之上，可以作大规模的水平向移动。

地核 地球的核心部分，主要由铁 、 镍元素组成 ，半径为3480千米。1936 年 ，I.莱曼根据通过地核的地震纵波走时，提出地核内还有一个分界面，将地核分为外地核和内地核两部分。由于外地核不能让横波通过，因此推断外地核的物质状态为液态

对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系，因此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多，而大洋盆地约占海底总面积的45％，其平均水深为4000～5000米，大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周围延伸着广阔的海底丘陵。因此，整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对它们的研究，构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论。

软流圈

在距地球表面以下约100公里的上地幔中，有一个明显的地震波的低速层，这是由古登堡在1926年最早提出的，称之为软流圈，它位于上地幔的上部即B层。在洋底下面，它位于约60公里深度以下；在大陆地区，它位于约120公里深度以下，平均深度约位于60～250公里处。现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在。也就是由于这个软流圈的存在，将地球外圈与地球内圈区别开来了。

地幔圈

地震波除了在地面以下约33公里处有一个显著的不连续面（称为莫霍面）之外，在软流圈之下，直至地球内部约2900公里深度的界面处，属于地幔圈。由于地球外核为液态，在地幔中的地震波S波不能穿过此界面在外核中传播。P波曲线在此界面处的速度也急剧减低。这个界面是古登堡在1914年发现的，所以也称为古登堡面，它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面。整个地幔圈由上地幔（33～410公里深度的B层，410～1000公里深度的C层，也称过渡带层）、下地幔的D′层（1000～2700公里深度）和下地幔的D〃层（2700～2900公里深度）组成。地球物理的研究表明，D〃层存在强烈的横向不均匀性，其不均匀的程度甚至可以和岩石层相比拟，它不仅是地核热量传送到地幔的热边界层，而且极可能是与地幔有不同化学成分的化学分层。

外核液体圈

地幔圈之下就是所谓的外核液体圈，它位于地面以下约2900公里至5120公里深度。整个外核液体圈基本上可能是由动力学粘度很小的液体构成的，其中2900至4980公里深度称为E层，完全由液体构成。4980公里至5120公里深度层称为F层，它是外核液体圈与固体内核圈之间一个很簿的过渡层。

固体内核圈

地球八个圈层中最靠近地心的就是所谓的固体内核圈了，它位于5120至6371公里地心处，又称为G层。根据对地震波速的探测与研究，证明G层为固体结构。地球内层不是均质的，平均地球密度为5.515克/厘米3，而地球岩石圈的密度仅为2.6～3.0克/厘米3。由此，地球内部的密度必定要大得多，并随深度的增加，密度也出现明显的变化。地球内部的温度随深度而上升。根据最近的估计，在100公里深度处温度为1300°C，300公里处为2000°C，在地幔圈与外核液态圈边界处，约为4000°C，地心处温度为 5500 ～ 6000°C。

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