劉永旺 管志川 史玉才 魏文忠 王丹輝 肖利民

（1.中國石油大學石油工程學院，山東青島 266580；2.勝利石油管理局，山東東營 257001）

叢式定向井直井段交碰事故分析、處理及啟示

劉永旺1管志川1史玉才1魏文忠2王丹輝2肖利民2

（1.中國石油大學石油工程學院，山東青島 266580；2.勝利石油管理局，山東東營 257001）

叢式定向井直井段鉆進過程中極易發(fā)生井眼交碰事故。以樁148-斜6井為例，從直井段井眼交碰事故發(fā)生的經過、事故原因分析及采取的技術措施等方面論述了該井井眼交碰事故處理的全過程，并介紹了從事故中得到的有益啟示。該井交碰事故的成功處理，不僅挽救了2口近海油氣井，也對今后該類事故的解決提供了重要借鑒。事故處理過程中得到的啟示為今后該問題的解決指出了研究方向。

叢式定向井；井眼交碰事故；風險因素；安全技術對策；研究方向

叢式定向井以其獨特的優(yōu)點被廣泛應用于地面空間小、地下油藏面積大的區(qū)域的油氣開發(fā)過程中［1］。由于地面空間較小，叢式定向井上部直井密度較大，使得井眼交碰事故時有發(fā)生，既影響了鉆井作業(yè)的安全、延長了鉆井周期，也增加了鉆探過程的成本?，F(xiàn)有的防碰手段皆基于實測數(shù)據(jù)及防碰掃描算法，雖然由于實測數(shù)據(jù)誤差的存在及防碰掃描算法的局限，防碰效果并不理想，但可以在一定程度上減少該類事故的發(fā)生［2-4］。然而叢式井在鉆進上部直井段時，一般不進行隨鉆測斜，更無法進行防碰掃描，如何減小該過程的交碰風險一直困擾著鉆井工作者。樁148-斜6井設計井深3 642.13 m，直井段深度1 300.0 m。該井直井段鉆進完成，投多點測斜儀器測斜，并配置鉆具準備定向，在讀取測斜結果時發(fā)現(xiàn)儀器受到磁干擾，但磁干擾的原因難以判定。筆者對該次事故的經過、事故發(fā)生原因及處理方法進行了詳細論述，并得出了一些啟示，以期對今后該類事故的處理及開展科研攻關提供一點思路。

1 井眼及事故概況

樁148-斜6井位于樁西油田濟陽坳陷沾化凹陷樁西潛山披覆構造帶北坡樁斜148塊構造較高部位，是海油陸采叢式定向井中的一口。鉆探該井前，該平臺上已鉆井8口，井眼間的最近距離為4.58 m。

該井直井段鉆井結束，投入多點測斜儀進行直井段測斜，并于當日配好鉆具下鉆準備定向，隨鉆MWD下入井底準備定向時發(fā)現(xiàn)，儀器測的方位不穩(wěn)定，并且變化幅度較大。

2 磁參數(shù)失精原因分析

隨鉆測斜儀器磁參數(shù)測量失精的原因可能是由于井下存在地磁場干擾源或者儀器存在故障。產生磁干擾可能是由于地層中含有鐵磁介質、無磁鉆鋌被磁化、鉆井液中含有鐵磁介質、與鄰井距離過近或者產生了交碰等原因［5-8］。為了判斷問題的原因，做了以下工作。

（1）分析使用的鉆井液是否有磁性成分。對鉆井液的組分及添加劑進行了分析，在直井段鉆進過程中，鉆井液原配方中不含有鐵磁物質，排除鉆井液中含有磁性物質干擾隨鉆測斜儀磁參數(shù)測量的可能。

（2）通過返出的巖屑判斷地層中是否含有磁性成分。直井段地層為明化鎮(zhèn)組，為了判斷地層中是否含有鐵磁介質，利用磁鐵對巖屑進行吸取實驗，巖屑不被磁鐵吸取，證明該地層內不含有鐵磁介質。

（3）更換儀器及無磁鉆鋌。上述的兩個步驟均是于地面完成，耗時短，判斷容易。在排除上述兩方面干擾的基礎上，更換了儀器及無磁鉆鋌，重新進行測量，發(fā)現(xiàn)磁干擾現(xiàn)象仍未改善，最終判斷是鉆進的井眼與鄰井距離過近，或者產生了交碰，導致測斜儀器磁參數(shù)測量結果異常。

3 技術措施

由于鉆進直井段過程中未發(fā)生跳鉆現(xiàn)象，并且返出的鉆井液中不含有過多的鐵屑，說明兩井眼并未產生實質性交碰。致使儀器磁測量參數(shù)失精的原因應該是兩井眼的距離過近，鄰井套管在地磁場作用下磁化，產生的磁化磁場影響到了儀器的磁通門。在處理該類事故時，通常有2種方法：（1）填井重鉆，并采取防止井斜的措施，盡量增大兩井眼間的距離；（2）試探性定向，看能否使兩井眼分離。第1種方法比較安全，但是會大幅增加鉆井成本；第2種方法存在一定的風險性，如果實施成功，可將損失減小到最低，但一旦失敗，可能會導致兩井眼相碰。

在與有關專家及甲方共同商討后，決定下入螺桿鉆具+牙輪鉆頭進行試探性定向鉆進，具體鉆具結構為：?215.9 mm牙輪鉆頭+ ?172 mm 1.25°單彎動力鉆具+411×410回壓閥+411×410定向接頭+411×4A10配合接頭+ ?158.8 mm無磁鉆鋌×1根+4A11×410配合接頭+ ?127 mm加重鉆桿×24根+ ?127 mm鉆桿；鉆進參數(shù)為：鉆壓50～80 kN，泵壓 10～12 MPa，排量 28～30 L/s，轉速 70～80 r/min。

試探性定向過程中，密切注意觀察鉆壓扭矩的變化情況，如發(fā)現(xiàn)異常，立即停鉆，改采取其他措施。鉆進27.65 m后測斜，儀器磁參數(shù)恢復正常，說明兩井眼已經分離。

定向成功后，為了防止打鉆過程中鉆柱的轉動磨穿鄰井套管，在鉆桿與鄰井套管接觸處加防磨接頭，防磨接頭的數(shù)量為每3根鉆桿加1個防磨接頭，當最下端防磨接頭快進入到定向段時，進行短起，將防磨接頭整體上移。通過上述措施，最終在保證鄰井安全的基礎上，成功完成了該井的鉆探任務。

4 事故處理得到的啟示

（1）目前叢式定向井設計還不夠科學，設計過程中考慮的風險因素不夠。設計叢式井鉆探順序時，有的設計者遵循直井段深度由深到淺的原則，有的遵循由淺到深的原則。當采用由深到淺的原則時，會增加定向造斜時的風險，如果定向過程中出現(xiàn)偏差，工具面失控，極易引起井眼交碰事故的發(fā)生；當采用由淺到深的原則時，新鉆井的造斜點比已鉆井深，即使出現(xiàn)工具面擺放的錯誤也不會發(fā)生井眼間的交碰［9-10］。但上述2種設計方法存在著共同的問題，即直井段鉆進過程中的交碰風險均較大，合理地分布直井段可以在一定程度上減小直徑段的交碰風險，但目前國內還未開展該方向的研究。

（2）未建立根據(jù)實測參數(shù)情況判斷干擾源的方法。井下存在鐵磁物質對儀器產生了干擾，最直接的表現(xiàn)形式就是磁參數(shù)測量的失精。當鉆井工作者發(fā)現(xiàn)磁測量參數(shù)存在問題后，如何根據(jù)失精的數(shù)據(jù)來判斷干擾的來源是下一步研究的重要方向。開展該項研究可以大幅度減少事故的判斷及處理所用的時間。目前，有學者對利用振動來辨析井眼距離進行了研究，取得了較好的成果，但有效井眼深度有限，當實測點距離井口過深時，振動波衰減嚴重，井口難以測得有用的振動信號［11］。

（3）鉆平行井眼時，防碰預警方法還不成熟?，F(xiàn)有的防碰手段皆基于實測數(shù)據(jù)及防碰掃描算法，雖然由于實測數(shù)據(jù)的誤差及防碰掃描算法的局限，防碰效果并不理想，但可以在一定程度上減少該類事故的發(fā)生［12-13］。然而叢式井在鉆進上部直井段時，一般不進行隨鉆測斜，更無法進行防碰掃描，為了定向段能夠防碰，在直井段鉆完后，進行多點測斜，從而進行防碰掃描來確定井間距離。如何減小鉆直井過程的交碰風險一直困擾著鉆井工作者。如果能在直井段鉆進的鉆具上安裝上一套特殊的接頭，用于檢測磁場異常情況或者探測套管距該井距離，一旦磁場超過某一范圍或者套管距離小于某一值即報警，鉆井工作人員馬上采取措施，防碰工作將會變得十分簡單。國內學者已經開展了該方向的研究，但還未形成專用的工具或者方法解決該問題。直井段鉆進過程中，使用螺桿鉆具+隨鉆MWD配合，可以對井眼進行監(jiān)測，及時采取適當?shù)拇胧┓琅?，但卻增加了鉆井成本及鉆進時間，并且循環(huán)測斜過程中，會使井眼變大，使用需經過周詳?shù)目紤]。

（4）未建立磁干擾下軌跡參數(shù)修正方法。鉆進過程中一旦出現(xiàn)磁干擾現(xiàn)象，即使未發(fā)生井眼真正的交碰，此時測量的方位及磁性工具面也出現(xiàn)了較大的偏差。方位的偏差會給后續(xù)防碰工作增加風險，誤差的積累會影響到下部防碰掃描結果的準確性。當井斜較小時（還未進行高邊工具面的轉換），定向要使用磁性工具面，磁性工具面受到干擾后，定向井工作人員無法再根據(jù)工具面判斷螺桿鉆具彎角的方向，導致施工無法進行，即使可以繼續(xù)施工，也會大大增加井眼交碰風險。在磁干擾下如果建立起井眼軌跡參數(shù)的修正方法對上述參數(shù)進行修正，是解決該問題的有效途徑之一。

5 結論及建議

（1）從式定向井直井段鉆井過程中的防碰預警方法還不夠完善，設計及施工措施也存在著缺陷，使得直井段施工過程中井眼交碰風險無法避免。

（2）處理叢式定向井直井段交碰通常有填井重鉆和試探性定向2種做法。樁148-斜6井直井段采用了試探性定向，在定向過程中時刻注意巖屑的返出情況及測斜儀器的磁參數(shù)，準確地判斷出了井眼的分離。該井事故的成功解決為今后解決該類事故提供了有益的借鑒經驗，但此方法存在很大的風險，使用過程需要謹慎。

（3）建議開展直井段優(yōu)化分布、儀器磁干擾源判斷方法、平行井眼鉆進過程中防碰報警方法和磁干擾下軌跡參數(shù)修正方法等方面的研究，減小叢式定向井整體鉆探風險。

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（修改稿收到日期 2013-03-28）

Analysis and treatment on vertical section collision accidents occurred in cluster directional wells and its revelation

LIU Yongwang1, GUAN Zhichuan1, SHI Yucai1, WEI Wenzhong2, WANG Danhui2, XIAO Limin2

（1. College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao266580,China;2. Shengli Petroleum Administration Bureau of SINOPEC,Dongying257001,China）

Collision accidents during the process of vertical well section drilling can be easily produced in cluster directional wells.Taking Z148-X 6 well as an example, the whole handling process of wellbore collision accidents are discussed form the aspects of how the accident happened, the reason and the technical measures of the accident, et al. lots of benef i cial revelations have been gained from the accident. The successful treatment of this wellbore collision accident not only save the life of two offshore oil and gas wells, but also provides important reference for solving the kind of accident. The experience of handling this accident points out the study direction to solve the problem for the future.

cluster directional well; well-bore collision accident; risk factor; safety technical measures; research direction

劉永旺，管志川，史玉才，等.叢式定向井直井段交碰事故分析、處理及啟示 ［J］. 石油鉆采工藝，2013，35（3）：45-47.

TE28

B

1000 – 7393（ 2013 ） 03 – 0045 – 03

國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）項目“海上大位移井鉆完井關鍵技術開發(fā)”（編號：2012AA091501），中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金課題“鄰井套管對磁性測斜儀的磁干擾規(guī)律及修正方法研究”（編號：10CX04005A），教育部創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃“海洋油氣井鉆完井理論與工程”（編號：IRT1086），中國石油大學（華東）研究生創(chuàng)新基金資助項目“基于介質磁化理論的定向井磁測量參數(shù)修正方法研究”（編號：BZ10-04）。

劉永旺，1983年生。中國石油大學（華東）油氣井工程專業(yè)在讀博士研究生，主要研究方向為井下信息傳輸與控制技術。E-mail：liuyongwang2003@163.com。

〔編輯

朱 偉〕