加密叢式調整井軌跡防碰質量控制研究

和鵬飛,呂廣,程福旺,張鑫,羅曼

中海油能源發展有限公司工程技術分公司（天津300452）

加密叢式調整井軌跡防碰質量控制研究

和鵬飛,呂廣,程福旺,張鑫,羅曼

中海油能源發展有限公司工程技術分公司（天津300452）

海上叢式井井眼軌跡防碰是叢式井作業的重中之重。以S油田規模化實施的井網加密調整井為例，該類油田在鉆井實施過程中面臨著老井軌跡不明確、測點稀疏，新設計井在定向井方面存在深、淺層防碰風險問題。通過深入研究，從技術和管理兩方面出發，坐標系統轉換、老井軌跡陀螺復測、單筒雙井表層預斜、優選power drive Archer等措施的應用，成功完成了98口井的井間加密調整作業。

叢式井；陀螺復測；井眼防碰；質量控制

井眼防碰是叢式井作業的重中之重，一旦碰撞處理不及時，鄰井會被鉆穿，如果是生產井或含油、氣、水的井段，將直接建立流體流通通道，導致生產安全、環保事故的發生，嚴重影響整個油田的生產安全。海上油氣開發以導管架槽口平臺為基本，槽口距離較小，隨著油田開發鉆井的數量增加，后續追加的調整井面臨嚴重的深層、淺層井眼防碰問題。渤海S油田采取滾動開發模式，自1993年開采以來截至2010年底，油田總體采出程度12.95%，綜合含水70%。為緩解層間矛盾，在先前調整的基礎上利用定向井+水平井的模式進行整體加密調整[1-2]。

1 作業難點

全油田共有268口井，本次整體加密，新建2個新槽口平臺，2個外掛槽口平臺，槽口間距1.8m（橫向）×2m（縱向）。在原有井網基礎上采用定向井結合水平井的方式，對目前井網進行加密，地下井網密布，井眼軌跡復雜，井槽毗鄰原生產平臺，淺層防碰壓力愈發突出（圖1），同時由于井間加密，各新鉆井靶點均布在已鉆井靶點間，由此導致深層防碰問題也極為嚴重（圖2）。一方面軌跡實施非常困難，基本上所有井均存在不同程度地防碰問題；另一方面，由于鄰近平臺均為生產平臺，一旦出現井眼碰撞、鉆穿鄰井套管的情況，影響重大。

2 關鍵技術

2.1 老井井眼軌跡的坐標系統轉換處理

20世紀90年代渤海定向井軌跡數據使用的坐標系統為WGS 72系統。現階段渤海鉆井作業定向井方面使用的坐標系統為WGS 84系統，WGS 72系統下的定向井軌跡數據將無法在WGS 84系統下實現與周圍井的防碰掃描，給定向井防碰掃描帶來一定困難，需要將WGS 72系統下的坐標數據轉換到WGS 84系統下。

組織研發專門軟件，對原WGS 72系統下的坐標數據，依據相關技術規范和標準，將其轉化到WGS 84系統下[3-4]。首先根據平臺中心坐標及結構北角，計算各個井的理論井口坐標數據，然后對完成轉化的數據，利用其井口坐標及井軌跡數據進行投影成圖，與理論計算值相互驗證，檢驗數據準確情況，確保轉化過程中數據的準確無誤。

2.2 老井井眼軌跡的陀螺復測驗證

使用陀螺測斜儀器，對S油田老平臺所有定向井的軌跡數據統一進行復測，建立完備的老井定向井軌跡數據庫，與坐標系統處理后的數據做對比驗證，如圖3所示。

圖1 加密前后淺層軌跡對比

圖2 某井深層防碰情況

圖3 老井井眼軌跡驗證關系圖

2.2.1 復測原理

老井均是已經投產的生產井或者注水井，井內已經下入管柱等設備，地面安裝了采油樹等配套設備。通過在采油樹上部連接、安裝小型（口徑較小）升高立管、防噴器組等保證井控安全，然后在防噴器、油管內下入外徑小于生產管柱以及防噴器最小內徑的陀螺測斜儀器串，利用電纜送入連續測斜。

2.2.2 井口防噴器的組成

采用高壓防噴系統，防噴管耐壓為70.0MPa，兩套閘板防噴器，半封和全封。采油樹與升高立管之間安裝2個三通，分別連接管線至泥漿泵和回收池，連接泥漿泵是為了防噴器組試壓（試壓標準，先低壓2.1MPa穩壓5min，再泄壓后打高壓20.0MPa穩壓15min），連接回收池是為了避免帶出的原油等散落污染環境。儀器放到防掉器位置卡住，陀螺自尋北，如圖4所示。

圖4 井口防噴器組示意圖

2.2.3 陀螺復測工具組合

由于生產管柱內存在結臘等問題，為保證安全，下入測斜陀螺前先通井。通井儀器串物理性質如表1所示。工具串下放，同時注意絞車張力變化，每500m上提試張力，通井工具下放超過1 000m，每下放100m上提試張力。在距目的底部50 m處上提試懸重，再將工具串下至指定位置。

表1 通井組合工具串物理性質

通井后下入復測陀螺組合，其物理性質如表2所示。

2.3 常規表層預斜的創新優化

海上叢式井、定向井軌跡設計時，為了讓上部軌跡不發生碰撞，一般采用上下錯開造斜點，根據軌跡方向分散原則選擇槽口等措施。初次造斜點發生在表層的做法一般稱為預斜技術，但是由于上部地層極其松軟，鉆頭很難產生較大的側向力，預斜作業存在較大的難度。常規渤海預斜技術采用簡易井口閉路循環，利用馬達鉆具配合合理參數實現。在本次加密調整設計階段，本著高效、優質的理念，在原有作業工序的基礎上，優化思路，提出開路表層預斜技術。即不安裝簡易井口，不建立閉路循環，通過海水開路鉆進配合掃稠膨潤土漿的思路，保證作業質量的同時，提高作業效率，單井表層提效20%～30%。

表2 復測陀螺儀器串物理性質

2.4 單筒雙井表層預斜技術

海上平臺建造費用極高，將每個槽口的利用效率最大化是降本增效的有力手段。914.4mm隔水導管內實現兩口井的單筒雙井技術不斷發展，最早在岐口17-2油田首次實現單筒雙井，但是在表層防碰壓力極大的情況下，如何實現單筒雙井的表層預斜是海上油田加密調整的大命題[5]。通過理論研究與不斷創新最終形成一套成熟的單筒雙井表層預斜技術：①表層預斜設計造斜率盡量低于3°/30m，第一趟鉆具組合444.5mm鉆頭+1.5°高彎角馬達配合低排量、高鉆壓的鉆井參數，實現表層壓實強度較低、膠結較差情況的預斜；②第二趟擴眼鉆具組合203.2mmS.DC（4～6m）+425.5mmSTB+203.2mm F/V+ 203.2mmDC+X/O+762mmOPENER+203.2mmNMDC+ 203.2mmMWD+203.2mmNMDC+203.2mmUBHO+ 203.2mm（F/J+JAR）+X/O+127mmHWDP×14根，第一趟預斜鉆進至設計的第一層套管深度，起鉆更換第二趟擴眼鉆具，要求擴眼鉆壓持續不低于4～5t，保證進尺不低于正常鉆進的1.5倍，以免出現新井眼；③雙套管下入。兩口井的套管分短筒和長筒，管鞋距離差20m左右，采用倒角套管，先下入長筒套管，再下入短筒套管，長筒套管內灌滿鉆井液，短筒空置，利用重力、浮力原理分開雙套管。

2.5 Power Drive Archer混合型旋轉導向系統的應用

S油田儲層具有埋藏淺、油稠、儲層膠結疏松的特點，儲層物性為中高孔-高滲，巖性以褐灰色細砂巖為主，夾薄層泥巖，泥質膠結。經過長期開發，儲層壓力衰竭，疏松程度進一步加深。為了保證水平段鉆進過程中的軌跡控制，同時提高作業效果，優選新型混合型旋轉導向系統Power Drive Archer。該系統具有指向式旋轉導向和常規彎角馬達的復合效果，可以實現高達15°/30m的理論造斜率，同時可以全力解放機械鉆速，最終應用表明，平均機械鉆速可以達到90m/h，是馬達作業效率的2.2倍[6-8]。

3 現場應用效果

3.1 老井井眼軌跡陀螺復測效果

S油田前后累計已經完成47口老井的陀螺復測作業，保證了數據準確度。同時證明老井測斜結果與復測結果存在一定的偏差，因此復測是必要的。圖5為某井的前后復測結果對比。

圖5 某井原始軌跡數據與陀螺復測數據的水平投影圖

3.2 新鉆井井眼軌跡防碰質量控制效果

S油田加密新鉆井96口，井網間距由350m縮減至150m，涉及井眼軌跡防碰問題的井達到100%。統計顯示深層防碰井達到17口、防碰繞障井43口、表層預斜井56口。采用如圖6的技術管理流程，最終96口井全部順利完成，未出現井眼碰撞事故。

4 結論與認識

海上叢式井綜合調整加密鉆井的關鍵是：對老井軌跡的確定和計劃井軌跡的設計。只有這樣才能有效避免井眼碰撞，實現油田效率最大化，因此老井軌跡的陀螺復測意義重大。同時表層預斜開路鉆進和單筒雙井表層預斜技術的創新發展進一步擴展了叢式井、定向井軌跡控制思路，具有較大的應用前景。

圖6 S油田防碰技術管理流程圖

[1]張鳳久，羅憲波，劉英憲，等.海上油田叢式井網整體加密調整技術研究[J].中國工程科學，2011，13（5）：34-40．

[2]姜偉.海上密集叢式井組再加密調整井網鉆井技術探索與實踐[J].天然氣工業，2011，31（1）：69-72．

[3]姬洪剛，卓振洲，張雪峰，等.渤海某油田利用模塊鉆機調整井鉆井作業的難點與對策[J].科技創新與應用，2014（6）：77-78．

[4]李建.渤海高孔高滲衰竭油藏儲層保護工程技術措施淺析[J].內蒙古石油化工，2014（4）：90-92．

[5]李凡，趙少偉，張海，等.單筒雙井表層預斜技術及其在綏中36-1油田的應用[J].石油鉆采工藝，2012，34（z1）：12-15．

[6]和鵬飛，孔志剛.Power Drive Xceed指向式旋轉導向系統在渤海某油田的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程)，2013，40（11）：45-48,51．

[7]劉鵬飛，和鵬飛，李凡，等.Power Drive Archer型旋轉導向系統在綏中油田應用[J].石油礦場機械，2014，43（6）：65-68．

[8]孫曉飛，韓雪銀，和鵬飛，等.防碰技術在金縣1-1-A平臺的應用[J].石油鉆采工藝，2013，35（3）：48-50．

The trajectory collision avoidance of the offshore cluster wells is the most important in the operation of cluster wells.Taking adjustment wells for large-scale well pattern thickening in S Oilfield as an example,this type of oilfields face the difficulty in the imple?mentation process of well pattern thickening that the trajectory of old wells is not clear,the measuring point is sparse,and the newly de?signed directional wells have the trajectory collision risk in deep and shallow layer.In S Oilfield,the well pattern thickening 98 adjust?ment wells was successfully finished by means of new tool and technical measures such as the conversion of coordinate systems,the gyro survey of old well trajectory,the surface pre-incline of single-wellbore double well and the optimization of power drive Archer.

cluster well;gyro survey;borehole collision avoidance;quality control

左學敏

2016-01-06

和鵬飛（1987-），男，工程師，主要從事海上鉆完井監督及管理工作。