和鵬飛,呂廣,程福旺,張?chǎng)?羅曼

中海油能源發(fā)展有限公司工程技術(shù)分公司（天津300452）

加密叢式調(diào)整井軌跡防碰質(zhì)量控制研究

和鵬飛,呂廣,程福旺,張?chǎng)?羅曼

中海油能源發(fā)展有限公司工程技術(shù)分公司（天津300452）

海上叢式井井眼軌跡防碰是叢式井作業(yè)的重中之重。以S油田規(guī)模化實(shí)施的井網(wǎng)加密調(diào)整井為例，該類油田在鉆井實(shí)施過(guò)程中面臨著老井軌跡不明確、測(cè)點(diǎn)稀疏，新設(shè)計(jì)井在定向井方面存在深、淺層防碰風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。通過(guò)深入研究，從技術(shù)和管理兩方面出發(fā)，坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、老井軌跡陀螺復(fù)測(cè)、單筒雙井表層預(yù)斜、優(yōu)選power drive Archer等措施的應(yīng)用，成功完成了98口井的井間加密調(diào)整作業(yè)。

叢式井；陀螺復(fù)測(cè)；井眼防碰；質(zhì)量控制

井眼防碰是叢式井作業(yè)的重中之重，一旦碰撞處理不及時(shí)，鄰井會(huì)被鉆穿，如果是生產(chǎn)井或含油、氣、水的井段，將直接建立流體流通通道，導(dǎo)致生產(chǎn)安全、環(huán)保事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響整個(gè)油田的生產(chǎn)安全。海上油氣開(kāi)發(fā)以導(dǎo)管架槽口平臺(tái)為基本，槽口距離較小，隨著油田開(kāi)發(fā)鉆井的數(shù)量增加，后續(xù)追加的調(diào)整井面臨嚴(yán)重的深層、淺層井眼防碰問(wèn)題。渤海S油田采取滾動(dòng)開(kāi)發(fā)模式，自1993年開(kāi)采以來(lái)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(diào)整的基礎(chǔ)上利用定向井+水平井的模式進(jìn)行整體加密調(diào)整[1-2]。

1 作業(yè)難點(diǎn)

全油田共有268口井，本次整體加密，新建2個(gè)新槽口平臺(tái)，2個(gè)外掛槽口平臺(tái)，槽口間距1.8m（橫向）×2m（縱向）。在原有井網(wǎng)基礎(chǔ)上采用定向井結(jié)合水平井的方式，對(duì)目前井網(wǎng)進(jìn)行加密，地下井網(wǎng)密布，井眼軌跡復(fù)雜，井槽毗鄰原生產(chǎn)平臺(tái)，淺層防碰壓力愈發(fā)突出（圖1），同時(shí)由于井間加密，各新鉆井靶點(diǎn)均布在已鉆井靶點(diǎn)間，由此導(dǎo)致深層防碰問(wèn)題也極為嚴(yán)重（圖2）。一方面軌跡實(shí)施非常困難，基本上所有井均存在不同程度地防碰問(wèn)題；另一方面，由于鄰近平臺(tái)均為生產(chǎn)平臺(tái)，一旦出現(xiàn)井眼碰撞、鉆穿鄰井套管的情況，影響重大。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 老井井眼軌跡的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換處理

20世紀(jì)90年代渤海定向井軌跡數(shù)據(jù)使用的坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS 72系統(tǒng)?，F(xiàn)階段渤海鉆井作業(yè)定向井方面使用的坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS 84系統(tǒng)，WGS 72系統(tǒng)下的定向井軌跡數(shù)據(jù)將無(wú)法在WGS 84系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)與周圍井的防碰掃描，給定向井防碰掃描帶來(lái)一定困難，需要將WGS 72系統(tǒng)下的坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到WGS 84系統(tǒng)下。

組織研發(fā)專門軟件，對(duì)原WGS 72系統(tǒng)下的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，將其轉(zhuǎn)化到WGS 84系統(tǒng)下[3-4]。首先根據(jù)平臺(tái)中心坐標(biāo)及結(jié)構(gòu)北角，計(jì)算各個(gè)井的理論井口坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后對(duì)完成轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)，利用其井口坐標(biāo)及井軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行投影成圖，與理論計(jì)算值相互驗(yàn)證，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確情況，確保轉(zhuǎn)化過(guò)程中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無(wú)誤。

2.2 老井井眼軌跡的陀螺復(fù)測(cè)驗(yàn)證

使用陀螺測(cè)斜儀器，對(duì)S油田老平臺(tái)所有定向井的軌跡數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行復(fù)測(cè)，建立完備的老井定向井軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)，與坐標(biāo)系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)做對(duì)比驗(yàn)證，如圖3所示。

圖1 加密前后淺層軌跡對(duì)比

圖2 某井深層防碰情況

圖3 老井井眼軌跡驗(yàn)證關(guān)系圖

2.2.1 復(fù)測(cè)原理

老井均是已經(jīng)投產(chǎn)的生產(chǎn)井或者注水井，井內(nèi)已經(jīng)下入管柱等設(shè)備，地面安裝了采油樹(shù)等配套設(shè)備。通過(guò)在采油樹(shù)上部連接、安裝小型（口徑較?。┥吡⒐?、防噴器組等保證井控安全，然后在防噴器、油管內(nèi)下入外徑小于生產(chǎn)管柱以及防噴器最小內(nèi)徑的陀螺測(cè)斜儀器串，利用電纜送入連續(xù)測(cè)斜。

2.2.2 井口防噴器的組成

采用高壓防噴系統(tǒng)，防噴管耐壓為70.0MPa，兩套閘板防噴器，半封和全封。采油樹(shù)與升高立管之間安裝2個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，先低壓2.1MPa穩(wěn)壓5min，再泄壓后打高壓20.0MPa穩(wěn)壓15min），連接回收池是為了避免帶出的原油等散落污染環(huán)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(fù)測(cè)工具組合

由于生產(chǎn)管柱內(nèi)存在結(jié)臘等問(wèn)題，為保證安全，下入測(cè)斜陀螺前先通井。通井儀器串物理性質(zhì)如表1所示。工具串下放，同時(shí)注意絞車張力變化，每500m上提試張力，通井工具下放超過(guò)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(zhì)

通井后下入復(fù)測(cè)陀螺組合，其物理性質(zhì)如表2所示。

2.3 常規(guī)表層預(yù)斜的創(chuàng)新優(yōu)化

海上叢式井、定向井軌跡設(shè)計(jì)時(shí)，為了讓上部軌跡不發(fā)生碰撞，一般采用上下錯(cuò)開(kāi)造斜點(diǎn)，根據(jù)軌跡方向分散原則選擇槽口等措施。初次造斜點(diǎn)發(fā)生在表層的做法一般稱為預(yù)斜技術(shù)，但是由于上部地層極其松軟，鉆頭很難產(chǎn)生較大的側(cè)向力，預(yù)斜作業(yè)存在較大的難度。常規(guī)渤海預(yù)斜技術(shù)采用簡(jiǎn)易井口閉路循環(huán)，利用馬達(dá)鉆具配合合理參數(shù)實(shí)現(xiàn)。在本次加密調(diào)整設(shè)計(jì)階段，本著高效、優(yōu)質(zhì)的理念，在原有作業(yè)工序的基礎(chǔ)上，優(yōu)化思路，提出開(kāi)路表層預(yù)斜技術(shù)。即不安裝簡(jiǎn)易井口，不建立閉路循環(huán)，通過(guò)海水開(kāi)路鉆進(jìn)配合掃稠膨潤(rùn)土漿的思路，保證作業(yè)質(zhì)量的同時(shí)，提高作業(yè)效率，單井表層提效20%～30%。

表2 復(fù)測(cè)陀螺儀器串物理性質(zhì)

2.4 單筒雙井表層預(yù)斜技術(shù)

海上平臺(tái)建造費(fèi)用極高，將每個(gè)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(dǎo)管內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩口井的單筒雙井技術(shù)不斷發(fā)展，最早在岐口17-2油田首次實(shí)現(xiàn)單筒雙井，但是在表層防碰壓力極大的情況下，如何實(shí)現(xiàn)單筒雙井的表層預(yù)斜是海上油田加密調(diào)整的大命題[5]。通過(guò)理論研究與不斷創(chuàng)新最終形成一套成熟的單筒雙井表層預(yù)斜技術(shù)：①表層預(yù)斜設(shè)計(jì)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(dá)配合低排量、高鉆壓的鉆井參數(shù)，實(shí)現(xiàn)表層壓實(shí)強(qiáng)度較低、膠結(jié)較差情況的預(yù)斜；②第二趟擴(kuò)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(yù)斜鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)的第一層套管深度，起鉆更換第二趟擴(kuò)眼鉆具，要求擴(kuò)眼鉆壓持續(xù)不低于4～5t，保證進(jìn)尺不低于正常鉆進(jìn)的1.5倍，以免出現(xiàn)新井眼；③雙套管下入。兩口井的套管分短筒和長(zhǎng)筒，管鞋距離差20m左右，采用倒角套管，先下入長(zhǎng)筒套管，再下入短筒套管，長(zhǎng)筒套管內(nèi)灌滿鉆井液，短筒空置，利用重力、浮力原理分開(kāi)雙套管。

2.5 Power Drive Archer混合型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的應(yīng)用

S油田儲(chǔ)層具有埋藏淺、油稠、儲(chǔ)層膠結(jié)疏松的特點(diǎn)，儲(chǔ)層物性為中高孔-高滲，巖性以褐灰色細(xì)砂巖為主，夾薄層泥巖，泥質(zhì)膠結(jié)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)，儲(chǔ)層壓力衰竭，疏松程度進(jìn)一步加深。為了保證水平段鉆進(jìn)過(guò)程中的軌跡控制，同時(shí)提高作業(yè)效果，優(yōu)選新型混合型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)Power Drive Archer。該系統(tǒng)具有指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和常規(guī)彎角馬達(dá)的復(fù)合效果，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)15°/30m的理論造斜率，同時(shí)可以全力解放機(jī)械鉆速，最終應(yīng)用表明，平均機(jī)械鉆速可以達(dá)到90m/h，是馬達(dá)作業(yè)效率的2.2倍[6-8]。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

3.1 老井井眼軌跡陀螺復(fù)測(cè)效果

S油田前后累計(jì)已經(jīng)完成47口老井的陀螺復(fù)測(cè)作業(yè)，保證了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。同時(shí)證明老井測(cè)斜結(jié)果與復(fù)測(cè)結(jié)果存在一定的偏差，因此復(fù)測(cè)是必要的。圖5為某井的前后復(fù)測(cè)結(jié)果對(duì)比。

圖5 某井原始軌跡數(shù)據(jù)與陀螺復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)的水平投影圖

3.2 新鉆井井眼軌跡防碰質(zhì)量控制效果

S油田加密新鉆井96口，井網(wǎng)間距由350m縮減至150m，涉及井眼軌跡防碰問(wèn)題的井達(dá)到100%。統(tǒng)計(jì)顯示深層防碰井達(dá)到17口、防碰繞障井43口、表層預(yù)斜井56口。采用如圖6的技術(shù)管理流程，最終96口井全部順利完成，未出現(xiàn)井眼碰撞事故。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

海上叢式井綜合調(diào)整加密鉆井的關(guān)鍵是：對(duì)老井軌跡的確定和計(jì)劃井軌跡的設(shè)計(jì)。只有這樣才能有效避免井眼碰撞，實(shí)現(xiàn)油田效率最大化，因此老井軌跡的陀螺復(fù)測(cè)意義重大。同時(shí)表層預(yù)斜開(kāi)路鉆進(jìn)和單筒雙井表層預(yù)斜技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展進(jìn)一步擴(kuò)展了叢式井、定向井軌跡控制思路，具有較大的應(yīng)用前景。

圖6 S油田防碰技術(shù)管理流程圖

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

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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(xué)敏

2016-01-06

和鵬飛（1987-），男，工程師，主要從事海上鉆完井監(jiān)督及管理工作。