李紅星

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300457)

番禺30-1氣田叢式井淺層鉆進防碰繞障技術(shù)

李紅星

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300457)

針對番禺30-1氣田叢式井平臺已鉆井表層井眼位置存在不確定性、利用空槽口鉆調(diào)整井時容易在淺層鉆進中與鄰井相碰的技術(shù)難點，研究了防碰繞障技術(shù)。在井眼軌道設(shè)計過程中，利用Landmark軟件進行防碰計算，分析根據(jù)電子多點測斜數(shù)據(jù)繪制的鄰井井眼軌跡的誤差情況，選擇合適的繞障初始點、繞障方位、造斜率和繞障近距離段，利用碰到套管的征兆，修正繪制的鄰井井眼軌跡并重新進行防碰掃描，設(shè)計新的繞障軌道進行施工。在實鉆過程中，使用陀螺測斜儀對井眼軌跡進行監(jiān)控，減小井眼位置的不確定性，選用1.83°彎螺桿進行陀螺定向鉆進，快速脫離鄰井，且在鉆進中隨時監(jiān)測碰撞鄰井套管的征兆和返出物中的水泥含量。A11井在鉆進過程中應用了防碰繞障技術(shù)，順利鉆至井深541.00 m后，距相鄰的A8H井5.50 m，距A5H井3.30 m，且呈逐漸遠離趨勢，成功解決了淺層鉆進中的防碰繞障問題。番禺30-1氣田叢式井淺層鉆進防碰繞障技術(shù)可為其他氣田類似高密度叢式井淺層鉆進防碰繞障提供技術(shù)參考。

叢式井 淺層 防碰 繞障 番禺30-1氣田

番禺30-1氣田叢式井平臺已鉆井表層井眼位置存在很大的不確定性，在利用空槽口鉆調(diào)整井過程中，淺層鉆進時會遇到井口壓力大、槽口間距小、地層松軟、易與鄰井相碰等技術(shù)難點。為此，筆者在井眼軌道設(shè)計和鉆井施工過程中采取一系列措施，成功解決了淺層鉆進的防碰繞障問題，形成了番禺30-1氣田叢式井淺層鉆進防碰繞障技術(shù)。

1 番禺30-1氣田概況

番禺30-1氣田位于中國南海珠江口盆地流花自營區(qū)塊，水深197.66 m，屬于中等埋藏深度、高儲量豐度、高產(chǎn)能的大型氣田。平臺采用3×5(共15個鉆井槽口)的矩形結(jié)構(gòu)，槽口間距2.286 m×2.286 m，已完鉆9口井(A1H井、A2H井、A3H井、A4H井、A5H井、A6H井、A7H井、A8H井、A9H井)，其余為未鉆空槽口，如圖1所示。

根據(jù)油田生產(chǎn)開發(fā)的需要，計劃利用10#和15#空槽口分別鉆調(diào)整井A10H井和A11井，這2口井的φ508.0 mm表層套管設(shè)計下深分別為453.00 m和453.50 m，入泥深度為200.00 m。由于沒有前期已鉆9口井表層井眼軌跡的陀螺測斜數(shù)據(jù)，而采用電子多點測斜數(shù)據(jù)進行防碰計算存在較大的誤差[1]，使井眼位置存在較大的不確定性[2-3]；另外，A10H井和A11井φ508.0 mm表層套管固井時水泥與鄰井互竄，導致這2口井的φ444.5 mm井眼防斜打直困難。已鉆9口井均正常生產(chǎn)，且為氣井，井口壓力較高。利用電子多點測斜數(shù)據(jù)，應用Landmark定向井防碰軟件進行計算可知，A11井φ444.5 mm井眼鉆至井深673.00 m后無碰撞風險，A10H井φ444.5 mm井眼鉆至井深718.00 m后無碰撞風險。因此，A11井和A10H井分別在井深673.00 m和718.00 m以淺存在碰撞鄰井套管的風險，需要研究淺層防碰繞障鉆進技術(shù)來解決這一問題。

2 防碰繞障技術(shù)難點

番禺30-1氣田叢式井φ660.4 mm表層井眼平均井深為390.00 m，φ508.0 mm表層套管平均下深為388.00 m，平均入泥深度約200.00 m。該叢式井平臺淺層鉆進中防碰繞障存在以下技術(shù)難點：

1) 槽口間距小。φ508.0 mm表層套管間距只有1.778 m，而鉆進中由于井眼的傾斜表層套管間距會更小，加大了防碰繞障的難度[4-5]。

2) 易碰到鄰井套管。因井眼位置存在很大的不確定性，在φ444.5 mm井眼鉆進中，鉆頭一出φ508.0 mm表層套管鞋就可能碰到鄰井套管。基于電子多點測斜數(shù)據(jù)，利用Landmark定向井防碰軟件進行計算可知，A11井與相鄰A5H井和A8H井的最小中心距分別為1.66和1.95 m，分離系數(shù)分別為0.85和0.93；A10H井與相鄰A9H井的最小中心距為0.74 m，分離系數(shù)為0.49。A11井重點防碰井段在453.50～550.00 m。實鉆過程中，鉆至井深486.00 m即碰到鄰井A8H井的套管，可以推算A11井與其中心距為0.48 m左右，A8H井的實鉆井眼軌跡向西南偏移1.47 m。

3) 井口壓力較高。已鉆9口井的井口壓力均大于14.0 MPa，有3口井套壓為1.4～5.3 MPa，井下安全閥下深較淺，約在井深334.00 m處(見圖2)，一旦鉆穿鄰井套管，將很難實施井控作業(yè)，鉆井風險極高。

4) 無水泥隔離。鄰井φ339.7 mm套管固井水泥漿返高不夠，造成防碰鉆進井段無水泥隔離。由于該平臺φ444.5 mm井眼平均鉆深達1 350.00 m，地層漏失壓力也較低，因此φ339.7 mm套管采用單級雙封固井技術(shù)進行封固，未測固井質(zhì)量，實際水泥漿返高未知。根據(jù)實際鉆進情況，防碰鉆進井段453.50～550.00 m無水泥，給防碰繞障脫離鄰井套管帶來了很大挑戰(zhàn)。

5) 無套管陀螺測量數(shù)據(jù)。由于先期已完成井未用陀螺儀測量φ339.7 mm套管段的井眼軌跡，只能利用電子多點測斜數(shù)據(jù)進行防碰計算，因此在重點防碰井段誤差橢圓半徑達5.00 m，使井眼位置具有很大的不確定性，造成A11井在鉆進過程中很難準確避讓鄰井套管[6]。

6) 地層極松軟。該作業(yè)區(qū)域水深197.66 m，地層為軟泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，重點防碰繞障井段初始點入泥深度僅202.00 m，在φ444.5 mm井眼防碰繞障鉆進過程中，在控制排量為1.5 m3/min、鉆壓小于10 kN的情況下，機械鉆速也可達100.00 m/h，給定向繞障鉆進和脫離鄰井套管帶來很大困難。

3 設(shè)計及施工中的防碰繞障措施

3.1 井眼軌道設(shè)計中的技術(shù)措施

φ508.0 mm表層套管鞋以淺的防碰井段均無陀螺測斜數(shù)據(jù)，而采用多點測斜儀測量的數(shù)據(jù)受鄰井套管的磁干擾影響較大，導致整個防碰井段井眼軌跡的誤差橢圓較大，即井眼位置存在較大的不確定性。因此在設(shè)計防碰繞障段時，繞障初始點、繞障方位、造斜率和繞障近距離段的選擇也存在較大的不確定性[7-8]。在綜合考慮上述因素的基礎(chǔ)上，從井眼防碰的安全角度出發(fā)，最大限度地減小與鄰井的碰撞風險。

以A11井為例，介紹防碰繞障段的井眼軌道設(shè)計及為防碰繞障采取的技術(shù)措施。

3.1.1 繞障初始點

由于鄰井A8H井已偏斜至A11井下方，選擇從上部快速分離脫離鄰井，即鉆出套管鞋1.50 m，螺桿鉆具穩(wěn)定器出套管鞋后就開始進行繞障鉆進，選擇繞障初始點為井深455.00 m。

3.1.2 繞障方位

在進行A11井的井眼軌道設(shè)計時，綜合考慮已鉆鄰井A5H井和A8H井的井眼軌跡，采取兼顧兩井的防碰情況，選取繞障方位角為260.00°。

3.1.3 造斜率

先期已鉆井在防碰井段的平均造斜率約為(2.0°～2.5°)/30m，為了保證從上部快速脫離鄰井，選擇設(shè)計造斜率為(3.5°～4.0°)/30m。

3.1.4 繞障近距離段

繞障近距離段要盡量避開鄰井A8H井、A5H井的套管接箍。

3.2 鉆井施工中的技術(shù)措施

同樣以A11井為例，介紹淺層鉆進防碰繞障的作業(yè)過程、相關(guān)技術(shù)措施及應用效果。

3.2.1 采用1.50°彎角螺桿鉆具

第一次繞障作業(yè)采用1.50°彎螺桿。

鉆具組合：φ444.5 mm牙輪鉆頭(水眼：φ20.0 mm×1+φ18.0 mm×3)+φ244.5 mm螺桿(彎角為1.50°)+φ203.2 mm浮閥接頭(帶閥芯)+φ203.2 mm定向接頭+φ425.5 mm穩(wěn)定器+φ203.2 mm震擊器(帶撓性接頭)+φ203.2 mm接頭+φ149.2 mm加重鉆桿×14根。

鉆進參數(shù)：第一個立柱鉆進時，鉆壓5～20 kN，排量1.7 m3；第二個及以后立柱鉆進時，鉆壓10～50 kN，排量2.8～3.6 m3/min；復合鉆進時，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速30 r/min。

鉆出φ508.0 mm表層套管1.50 m后，循環(huán)，墊稠度大的鉆井液，進行陀螺定向，從井深455.00 m開始以245.00°方位角進行防碰繞障鉆至井深480.00 m，有碰撞套管征兆，觀察井口返出物未出現(xiàn)鐵屑等，多次調(diào)整工具面，未通過，開動頂驅(qū)，以30 rad/min復合鉆進通過。復合鉆至井深483.50 m，進行陀螺定向，繼續(xù)繞障鉆至井深486.00 m，又出現(xiàn)碰撞套管征兆，觀察井口返出物有少量鐵屑。采用陀螺儀測斜后，起鉆，注水泥塞回填井眼，準備再次繞障作業(yè)。

分析陀螺測斜數(shù)據(jù)認為，實鉆效果與初始定向的繞障方位吻合，平均造斜率達2.5°/30m，此次碰撞鄰井A8H井，證實A8H井在井深486.00 m處的實鉆軌跡往西南偏移1.47 m，A11井與A8H井的實際最小距離為0.48 m，A8H井的實鉆軌跡也得到確定，于是重新繪制了A8H井的井眼軌跡。

3.2.2 采用1.83°高彎角螺桿鉆具

第二次繞障作業(yè)采用1.83°彎螺桿。

將螺桿彎度調(diào)至0°，鉆水泥塞至繞障點(井深455.00 m處)。綜合考慮鄰井A8H井井眼軌跡的實際走向及A5H井的防碰風險，A8H井及A5H井已偏向A11井，A11井計劃出φ508.0 mm套管鞋后快速脫離鄰井套管，于是對繞障作業(yè)方案進行了調(diào)整：1)鉆具組合中選取1.83°彎螺桿；2)繞障方位角選擇260.00°，繞障成功后逐漸調(diào)整至設(shè)計方位角220.00°。

鉆具組合：φ444.5 mm牙輪鉆頭(水眼：φ20.0 mm×1+φ18.0 mm×3)+φ244.5 mm 1.83°彎螺桿+φ203.2 mm浮閥接頭(帶閥芯)+φ203.2 mm定向接頭+φ425.5 mm穩(wěn)定器+φ203.2 mm震擊器(帶撓性接頭)+φ203.2 mm接頭+φ149.2 mm×14根。

鉆進參數(shù)：第一個立柱鉆進時，鉆壓5～20 kN，排量1.7 m3/min；第二個及以后立柱鉆進時，鉆壓10～50 kN，排量2.8～3.6 m3/min；復合鉆進時，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速20 r/min。

A11井鉆至井深481.00 m時，第一次陀螺測斜數(shù)據(jù)及與計算的鄰井距離見表1。

表1 A11井第一次陀螺測斜數(shù)據(jù)防碰計算結(jié)果

Table1 Anti-collision calculation for the first Gyro survey of Well A11

A11井鉆至井深511.00 m時，第二次陀螺測斜數(shù)據(jù)及與計算的鄰井距離見表2。

表2 A11井第二次陀螺測斜數(shù)據(jù)防碰計算結(jié)果

Table 2 Anti-collision calculation for the second Gyro survey of Well A11

由表1和表2可知，實鉆效果與初始定向的繞障方位吻合，平均造斜率達到4.5°/30m，有效避開了鄰井A8H井和A5H井，成功完成了A11井的淺層防碰繞障作業(yè)。

在A10井的實際作業(yè)中，考慮鄰井A9H井的防碰及給未鉆槽口留出空間，同樣采用淺層高造斜率快速鉆進脫離鄰井套管，繞障方位角選取290.00°，繞障成功后逐漸調(diào)整至設(shè)計方位角266.78°，也成功完成了A10H井的淺層防碰繞障作業(yè)。

3.2.3 繞障鉆進作業(yè)中的防碰計算和防碰監(jiān)測

1) 陀螺定向前，用陀螺儀復測φ508.0 mm表層套管段井眼軌跡，根據(jù)實測軌跡重新進行防碰計算，選取最佳初始繞障方位角、繞障初始點和造斜率，進行繞障井眼軌道設(shè)計。

2) 安排專人在存在防碰風險的鄰井井口監(jiān)聽套管振動情況[9]。

3) 在鉆井液返出管線口安裝強磁鐵，密切監(jiān)測鉆進過程中鐵屑的返出情況。

4) 每鉆進5.00 m撈砂一次，用酚酞試劑檢測水泥含量，必要時撈砂間距縮短至每鉆進1.00 m撈砂一次。

3.2.4 不斷修正繞障井眼軌道

根據(jù)碰撞鄰井套管的可能性，修正繪制的鄰井井眼軌跡，重新進行防碰計算，確定A11井的繞障井眼軌道。

A11井第一次用1.50°彎螺桿鉆具進行繞障作業(yè)，鉆至井深486.00 m時出現(xiàn)明顯的碰撞套管的征兆，井口返出物中出現(xiàn)少量鐵屑，防碰掃描數(shù)據(jù)分析也表明，鉆遇A8H井φ339.7 mm套管。于是將繪制A8H井井眼軌跡的多點測斜數(shù)據(jù)修正到較準確的位置，減小了多點測斜數(shù)據(jù)的誤差。經(jīng)過修正鄰井井眼軌跡數(shù)據(jù)后的防碰計算，繞障方位角取260.00°。由于鄰井套管偏向A11井的正下方，在A11井繞障鉆進過程中，采用1.83°彎螺桿鉆具組合，鉆頭出套管鞋后以較高的平均造斜率(4.0°/30m)盡早快速脫離鄰井套管，鉆至井深512.00 m用陀螺儀測斜，測深495.00 m，井斜角6.22°，方位角255.45°。經(jīng)過防碰計算，可知在井深495.00 m處距A8H井2.58 m，距A5H井1.84 m；推算在井底512.00 m處距A8H井3.25 m，距A5H井2.07 m。目前測得的實鉆造斜率達到設(shè)計要求，為了更安全地達到與鄰井脫離的目的，繼續(xù)按設(shè)計的繞障方位定向鉆進1個單根，復合鉆進2個單根至井深541.00 m，推測井底井斜角為7.80°，方位角為250.00°，推算井底541.00 m處距A8H井5.50 m，距A5H井3.30 m，并且按目前實鉆軌跡趨勢鉆進，A11井與鄰井逐漸遠離。利用Landmark定向井防碰軟件計算可知，A11井于井深541.00 m后無碰撞鄰井套管的風險，該井的淺層防碰繞障作業(yè)順利完成。循環(huán)鉆井液至井眼內(nèi)干凈后起鉆，換常規(guī)MWD鉆具組合進行下一步的鉆進作業(yè)，根據(jù)MWD的測斜結(jié)果，測深530.00 m，井斜角7.61°，方位角249.97°，在該井深處已無磁干擾，從另一方面說明該井淺層防碰繞障作業(yè)獲得成功。

4 結(jié) 論

1) 表層井眼鉆進的防斜打直和用陀螺儀測量表層井眼軌跡，對叢式井平臺的鉆井防碰和后期預留槽口的調(diào)整井鉆井作業(yè)的防碰至關(guān)重要；叢式井表層套管固井質(zhì)量良好，有利于后期在叢式井平臺上鉆調(diào)整井時保障淺層防碰繞障作業(yè)的安全。

2) 在生產(chǎn)管柱中，為了給淺層防碰繞障井段留有足夠的安全深度窗口，井下安全閥要盡量下得深一些。

3) 根據(jù)繞障鉆進過程中的陀螺測斜數(shù)據(jù)及時修正目標井的井眼軌道，選擇最佳的防碰繞障初始點、繞障方位角、造斜率和繞障近距離段，同時根據(jù)實際繞障過程中與鄰井的碰撞征兆及時修正繪制的鄰井井眼軌跡，做好防碰計算，能有效降低鉆穿鄰井套管的風險。

4) 在叢式井平臺淺層防碰繞障鉆進中，做好碰撞鄰井套管征兆的監(jiān)測工作，避免鉆穿鄰井套管。

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[編輯 令文學]

Anti-Collision and Obstacle Bypassing Techniques in Cluster Wells Drilling in Shallow Layers of the PY30-1 Gas Field

Li Hongxing

(ChinaOilfieldServicesLimited,Tianjin, 300457,China)

In PY30-1 Gas Field, well trajectories at shallow depth in wells drilled on cluster well platforms were uncertain, and it was possible that the infill wells might collide with surrounding wells while drilling in the shallow formations. In order to solve these difficulties, anti-collision and obstacle bypassing techniques were developed. When the well trajectory was designed, an anti-collision calculation was performed using Landmark software. The kick-off point, azimuth, deflection rate and short bypassing section were selected after an analysis of the errors of adjacent well trajectories mapped on the basis of electronic multishot data. The adjacent well trajectories were corrected using anti-collision scanning again based on available indications. Then new bypassing trajectories were designed and developed. In practical drilling, a Gyro was used to measure well trajectories so that the uncertainty of well locations was reduced. Directional drilling was conducted with PDM (Positive Displacement Motor) with top angle of 1.83° in order to escape from the surrounding wells as soon as possible. In addition, monitoring operations were carried out on the signs of surrounding casing collision and the cement content of returns. Well A11 was taken as an example for anti-collision and obstacle bypassing operations with the goal of illustrating and analyzing the results. This well was 5.50 m away from Well A8H and 3.30 m from Well A5H when it was drilled to the depth of 541 m. Gradually, they increased their spacing. Thus it was possible to successfully implement anti-collision and obstacle avoidance techniques while drilling in shallow layers. The research results in this paper will provide the

for anti-collision and obstacle avoidance for similar high-density cluster wells in shallow formations in the PY30-1 Gas Field.

cluster wells; shallow formations; anti-collision; bypassing obstacles; PY 30-1 Gas Field

2015-04-29；改回日期：2015-10-28。

李紅星(1966—),男，湖北漢川人，1989年畢業(yè)于江漢石油學院鉆井工程專業(yè)，高級工程師，主要從事定向井、水平井和叢式井的技術(shù)支持和相關(guān)研究工作。

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