和鵬飛

三維水平井A45H深層防碰預防及處理技術(shù)

和鵬飛

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司（天津300452）

針對渤海調(diào)整井鉆井井眼防碰問題，通過老井陀螺復測軌跡、出臺設計階段和實施階段、井眼碰撞后應急處理指導文件等手段，從技術(shù)和管理上對淺層防碰做了有效規(guī)避。但深部井段防碰（井眼防碰點在測深1 000 m以下的井）不同于淺部防碰，具有鉆井參數(shù)反應滯后、分析判斷干擾因素多等難點，現(xiàn)場操作處于被動防碰階段，通過對定向井深層井眼防碰鉆前數(shù)據(jù)比對、分析，優(yōu)化軌跡控制、繞障措施，以某A45H井著陸段和水平段的防碰控制措施為例，進行技術(shù)分析和探討。得出：與深層防碰相比淺層防碰技術(shù)更多體現(xiàn)在陀螺定向和繞障措施的制定，深層防碰技術(shù)更多體現(xiàn)在軌跡控制和深層防碰征兆的觀察上；深層防碰需要更加認真的考慮實際軌跡的控制，在實際軌跡控制過程中向有利于防碰方向進行偏離；深層防碰作業(yè)過程中，需要根據(jù)最新的實測數(shù)據(jù)和近鉆頭數(shù)據(jù)實時掃描防碰問題，并做預測；當前在渤海區(qū)域，采用的防碰技術(shù)都是被動式的，建議研究主動式的防碰技術(shù)即可能解決防碰問題的聲波探測防碰技術(shù)、電磁波探測防碰技術(shù)、射線探測防碰技術(shù)的應用。

渤海油田；調(diào)整井鉆井；井眼防碰

叢式井技術(shù)是海上油田開發(fā)的主要模式，尤其是小井距密集叢式定向井技術(shù)在渤海地區(qū)廣泛應用，即井距1.5 m×1.7 m。叢式井具有井數(shù)多、井距小的特點，定向井淺層防碰問題極為突出，近幾年來隨著陀螺測軌跡、陀螺定向工藝、集束預斜等技術(shù)的廣泛應用，以及針對防碰制定的規(guī)程越來越完善，淺層防碰風險在渤海得到有效規(guī)避[1-5]。但是隨著開發(fā)的深入，調(diào)整井呈現(xiàn)的井網(wǎng)加密特性在目的層附近得以集中，因此出現(xiàn)了比較嚴重的深層防碰問題[6-8]。對于深層防碰問題定義為防碰點位于井眼軌跡測深大于1 000 m的防碰問題。

深層防碰最大的特點是隨著井深的增加，淺層很明顯的防碰征兆在深層逐步淡化，各類因素疊加出現(xiàn)，使地面判斷出現(xiàn)復雜性[9-10]。這種變化的主要表現(xiàn)有：在渤海地區(qū)很多井隨著井深的增加，因為井眼軌跡、井眼清潔狀況以及地層不均質(zhì)等問題的存在，旋轉(zhuǎn)鉆進時地面扭矩總會有一定波動，而出現(xiàn)深層井眼防碰征兆時，因為井深較深，干擾因素較多而導致地面扭矩等參數(shù)不明顯；隨著井深的增加鉆具蹩跳也會變的不明顯，和淺層有明顯區(qū)別；鉆壓有增無減，鉆速變慢是觀察到的現(xiàn)象，但是鉆遇不均質(zhì)夾層也會如此，信息疊加時需要仔細甄別；對于大斜度井和水平井在深部井段的返砂本身存在很大難點，對于出現(xiàn)防碰征兆以后的，根據(jù)返砂判斷受到遲到時間和返砂難的雙重影響，這對及時作出判斷有較大的影響；地面無法直接監(jiān)測鄰井的套管聲音。在淺層可以通過專人值守監(jiān)聽被防碰井的套管聲音輔助判斷防碰情況，但對于深層防碰問題，由于井深的原因是沒有辦法通過聆聽到被碰撞井套管有敲擊聲音來判斷。

1 陀螺測斜儀在渤海油田的應用現(xiàn)狀

1.1MWD測斜儀的局限性

鉆井過程中測量井眼軌跡、井斜角和方位角的主要儀器有隨鉆MWD和無線陀螺儀器。隨鉆MWD儀器是利用三軸磁通門測定方位角和三軸加速度計測量井斜角，具有集成化和實現(xiàn)隨鉆測斜的方法。該方法中方位角易受到附近套管等的磁干擾影響而導致數(shù)據(jù)誤差偏大，井斜角不受磁干擾影響。海上鉆井均為大規(guī)模的叢式井，井槽之間距離在1.5～2.0 m之間，因此在表層淺部井段鉆井時MWD的方位角誤差太大。此外叢式定向井、水平井根據(jù)靶點設計軌跡，一般在120～300 m不等的深度造斜偏離，也就是從直井段造斜為斜井段，此過程需要確定造斜的方位，即定向過程。由于造斜點附近叢式井鄰井套管集中，MWD方位角必然偏差極大，一般渤海采用有線陀螺儀器確定方位同時復測上部的軌跡情況。

1.2渤海常用陀螺測斜儀的概況

陀螺測斜系統(tǒng)是20世紀80年代初才發(fā)展起來的一種不受地質(zhì)和周圍環(huán)境影響的測斜系統(tǒng)。早期使用的陀螺測斜儀，稱為框架式陀螺測斜儀。它有2個缺點：測量過程繁瑣，待陀螺儀下井之前要多次校陀螺北向基準點，測量完成之后，拿到地面，陀螺還要再次進行校準，以補償誤差數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)上的內(nèi)外框支承的摩擦力造成陀螺漂移較大，使其不僅精度低而且直徑較大。為此研制了沒有內(nèi)外框架、將轉(zhuǎn)子懸掛在與驅(qū)動電機隔開的彈性支承上的撓性陀螺。再利用動力調(diào)諧抵消彈性支承的正彈性力矩，使轉(zhuǎn)子所受到的彈性約束近似為零[11-12]。這就是現(xiàn)在世界各大儀器生產(chǎn)廠商大力發(fā)展的速率陀螺。

KEEPER是美國科學鉆井公司生產(chǎn)的第三代自尋北速率陀螺。具有自動尋北，測量速度快，精度高，適用范圍廣，運行穩(wěn)定等特點。可以用于定向及井眼軌跡的測量。牢固的結(jié)構(gòu)設計使KEEPER能夠用于隨鉆導向鉆井，從直井段過渡到水平段的整個過程中KEEPER能以高達152.4 m/min的線速測量,在獲得連續(xù)的測量信息的同時而不會受到磁場干擾[13]。

KEEPER陀螺主要由地面和井下部分組成。地面部分有地面計算機、數(shù)據(jù)采集箱(110 V)、供電箱(110 V或220 V)、深度計算器、司鉆讀數(shù)器。井下部分有引鞋＋減振器＋下部扶正器＋保護筒（陀螺＋探管）＋上部扶正器＋供電短節(jié)＋電纜頭。

1.3陀螺儀在深部井段的局限性

目前大規(guī)模使用的陀螺儀均采用電纜輸送，即有線陀螺儀，滿足隨鉆使用的陀螺儀國內(nèi)尚在研發(fā)階段。對于淺部防碰，有線陀螺儀滿足作業(yè)需要，但是對于深層防碰，目前仍有很大的局限性。防碰出現(xiàn)后，首要的是明確2口井之間的相對空間位置關(guān)系，明確的前提是軌跡參數(shù)的準確性，即井斜角、方位角和深度，此時受鄰井磁干擾隨鉆MWD方位角數(shù)據(jù)必然有誤差。因此如果能夠在深層防碰中使用陀螺儀器確定軌跡參數(shù)是非常有必要的，但從目前技術(shù)和操作上實現(xiàn)該方案仍有一定難度。對于1 000 m以后的防碰點，從井身結(jié)構(gòu)來講，渤海常規(guī)表層套管下深在400 m左右，因此深層防碰點所處裸眼段較長；對于叢式井軌跡設計，1 000 m以后一般一次造斜已經(jīng)結(jié)束，該段屬于穩(wěn)斜井段，對于水平井及大斜度井作業(yè)量年均過半的渤海油田，裸眼電纜儀器下入到位的可能性較低。此外，即便采用鉆桿內(nèi)下入測斜，此方法也是在操作上可行，但在風險管控上不可行，因為陀螺儀器入井后在直井段先進行自尋北，操作時間在0.5 h左右，此時鉆桿不能活動，否則陀螺儀受震動干擾而尋北失敗，長時間鉆桿在裸眼內(nèi)靜止而導致鉆具黏卡的風險極高。

目前隨鉆陀螺儀在國內(nèi)尚屬于初期階段，渤海油田近年開展了相關(guān)研究，設計了隨鉆陀螺儀井下和地面設備，并在一口井中進行了測試，具有一定的成果，但尚未達到工業(yè)化規(guī)模應用[14]。國外主要以美國陀螺數(shù)據(jù)公司開發(fā)的隨鉆系列陀螺儀為主，先進程度高于國內(nèi)，但也處于不斷應用試驗不斷改進的階段，還未做到技術(shù)成熟[15]。因此針對目前的深層防碰，從前期的鄰井軌跡數(shù)據(jù)分析、新鉆井軌跡深化設計和隨鉆過程的軌跡優(yōu)化調(diào)整是應對的主要手段和措施。

2 井眼深層防碰技術(shù)在A54H井的探索

2.1著陸段軌跡井眼防碰控制技術(shù)

2.1.1 著陸段軌跡設計

A54H井一開深度350 m中完。著陸段及水平段軌跡設計如表1。

2.1.2 著陸段防碰分析

對A54H井軌跡進行防碰掃描，分析與鄰井的防碰掃描圖（圖1）、分離系數(shù)圖（圖2）以及防碰報告，得出的防碰數(shù)據(jù)見表2（數(shù)據(jù)分析井段：1 000～ 2 511.52 m）。

表1 A54H井著陸段及水平段井眼軌跡設計

圖1 A54H井井眼軌跡防碰距離掃描圖

圖2 A54H井井眼軌跡防碰分離系數(shù)圖

分析防碰報告,參考與A53H(未鉆井)井和BZ28 -2S-A6H（完鉆井）的空間位置關(guān)系，可以得知軌跡在2 511.52 m之前為著陸點；與BZ28-2S-A6H的水平段的深層防碰表現(xiàn)有:在2 225 m之后，分析系數(shù)小于1.50，2口井之間的最小的垂差為24.54 m；與A53H井軌跡的防碰主要體現(xiàn)是在2 173.23 m處有交叉；在2 105～2 250 m之間分離系數(shù)小于1.5大于1.13，2口井的分離主要是垂深上的分離。

2.1.3 著陸井段軌跡控制與防碰處理

1）A54H井Φ311.2 mm井段使用旋轉(zhuǎn)導向組合：Φ311.2 mmPDC鉆頭+Φ228.6 mm旋轉(zhuǎn)導向工具+Φ209.6 mm地質(zhì)導向工具+Φ209.6 mmMWD工具+Φ203.2 mm無磁鉆鋌+Φ203.2 mm隨鉆機械震擊器+變扣接頭+Φ139.7 mm加重鉆桿14根。

表2 A54H井井眼防碰分析

2）針對防碰形勢和現(xiàn)場實際作業(yè)情況，制定了深層防碰措施：①根據(jù)本井防碰分析，在實際軌跡控制上，著陸作業(yè)過程中按照控制軌跡，控制軌跡走設計線右邊，這樣有利于減小防碰風險。②鉆進過程中，隨時根據(jù)最新的實測數(shù)據(jù)和近鉆頭數(shù)據(jù)實時掃描防碰問題。③深部出現(xiàn)防碰的可能征兆：MWD測量的當?shù)卮艌鰪姸戎党稣Ｖ怠?%；A6H井生產(chǎn)參數(shù)發(fā)生異常波動（建議采油平臺進行觀察）；返出巖屑中含有水泥或鐵屑；鉆速突然變慢，泵壓、扭矩變化異常，鉆具有蹩跳現(xiàn)象；油層中實時的電測電阻率異常。④出現(xiàn)防碰征兆之后，立即停止鉆進，上提鉆具2 m，同時降低泵排量和轉(zhuǎn)速，禁止在井底大排量循環(huán)。復測并確認地球磁場強度值。用高黏高切鉆井液循環(huán)攜砂，觀察返出巖屑中是否有水泥和鐵屑含量。根據(jù)測量數(shù)據(jù)重新進行防碰掃描分析。

采用如上的深層防碰措施，在油藏地質(zhì)導向的指導下，順利在2 533 m著陸，深層防碰作業(yè)取得了良好的結(jié)果。

2.2水平段軌跡控制與防碰處理

2.2.1 水平段軌跡設計

A54H井著陸作業(yè)之后，因為油藏有了新的認識，故為油藏提供了新的靶點的數(shù)據(jù)，根據(jù)已鉆軌跡做優(yōu)化設計軌跡（表3）。

2.2.2 防碰分析

調(diào)整靶點前，水平段主要與A6H與A5H 2口井有深層防碰問題。其中，與A5H防碰主要體現(xiàn)在2口井水平段末端在垂直距離上一直相差21～22 m，故這2口井的深層防碰問題不是很嚴重；與A5H的防碰是水平段的防碰重點。主要表現(xiàn)有：A5H在2 707.81 m與A6H即最小的距離點在方位上有交叉（圖3），2口井的分離系數(shù)在0.402～0.595；分離距離由33.50 m降至20.88m再增至41.30 m；在2 533 ～2 743 m與A6H井3 237～3 007 m（水平段）的分離系數(shù)在0.511～0.599，垂差在20.88～22.29 m；在2 743～2 911.73 m與A6H井在3 007～2 846 m（著陸井段）分離系數(shù)由0.576降至0.402再增至0.557，垂差從21.12 m降至8.08 m，若水平段加深的話垂深更近，防碰風險越來越嚴重。

表3 A54H井水平段井眼軌跡設計

圖3 A54H水平段調(diào)整靶點前垂直投影圖

調(diào)整靶點后，防碰重點依然是與A6H的防碰問題，防碰風險加劇。主要表現(xiàn)有：調(diào)靶前2口井的分離系數(shù)在0.402～0.595，調(diào)靶后2口井分離系數(shù)在0.348～0.544；調(diào)靶前分離距離由33.50 m降至20.88 m再增至41.30 m，調(diào)靶后分離距離由33.50 m降至19.15 m再增至40.70 m；

在2 533～2 743 m與A6H井3 216～3 007 m（水平段）的分離系數(shù)在0.493～0.544，垂差在18.94～ 22.08 m；在2 743～2 911.73 m與A6H井在3 007～ 2 846 m（著陸井段）分離系數(shù)由0.517降至0.348再增至0.541，垂差從18.94 m降至4.16 m，與調(diào)靶之前相比防碰風險更加嚴重；在2 803 m之后，2口井的垂差就開始小于15 m。

由以上分析結(jié)果可見，深層防碰風險更加嚴重。

2.2.3 水平段軌跡控制與防碰處理

1）鉆具組合。A54H井Φ215.9 mm井段使用旋轉(zhuǎn)導向組合：Φ215.9 mmPDC鉆頭+Φ171.5 mm旋轉(zhuǎn)導向工具+Φ171.5 mm地質(zhì)導向工具+Φ171.5 mm MWD工具+Φ171.5 mm無磁鉆鋌+Φ171.5 mm隨鉆機械震擊器+變扣接頭+Φ139.7 mm加重鉆桿14根。

2）防碰技術(shù)措施：①根據(jù)本井防碰分析，在實際軌跡控制上，控制軌跡走設計線右邊，垂深靠上，有利于交叉后的分離距離的增加，減小防碰風險。②水平段不加深，加深水平段會使防碰風險增加，相對減少水平段長度有利于減小防碰風險。③鉆進過程中，隨時根據(jù)最新的實測數(shù)據(jù)和近鉆頭數(shù)據(jù)實時掃描防碰問題。④鉆進至最小分離系數(shù)點2 803 m（即垂差開始小于15 m）之后，采取每半柱一個測點的加密測量模式。⑤深部出現(xiàn)防碰的可能征兆：MWD測量的當?shù)卮艌鰪姸戎党稣Ｖ怠?%；A6H井生產(chǎn)參數(shù)發(fā)生異常波動；返出巖屑中含有水泥或鐵屑；鉆速突然變慢，泵壓、扭矩變化異常，鉆具有蹩跳現(xiàn)象，實時電阻率測井數(shù)據(jù)有異常的變小的趨勢甚至趨于零。⑥出現(xiàn)防碰征兆之后，立即停止鉆進，上提鉆具5 m，同時將泵排量降至400 L/min，并降低轉(zhuǎn)速，禁止在井底大排量循環(huán)；復測并確認地球磁場強度值；用高黏高切鉆井液循環(huán)攜砂，觀察返出巖屑中是否有水泥和鐵屑含量；根據(jù)測量數(shù)據(jù)重新進行防碰掃描分析。⑦本井水平段備用牙輪鉆頭。

針對制定的防碰措施，在水平段鉆進過程中，實際的軌跡一直控制在設計軌跡的右邊；旋轉(zhuǎn)導向近鉆頭方位的數(shù)據(jù)相對比較穩(wěn)定，在鉆進過程中一直關(guān)注近鉆頭方位是否有異常變化；水平段鉆進至2 903 m完鉆。

4 結(jié)論與建議

1）深層防碰與淺層防碰有比較大的區(qū)別，主要是防碰征兆的不同。與深層防碰相比淺層防碰技術(shù)更多體現(xiàn)在陀螺定向和繞障措施的制定，深層防碰技術(shù)更多體現(xiàn)在軌跡控制和深層防碰征兆的觀察上。深層防碰作業(yè)過程中，如果使用旋轉(zhuǎn)導向，近鉆頭方位數(shù)據(jù)是否有異常變化可以作為深層防碰的一個的征兆；有實時電阻率測井作業(yè)時，電阻率有異常的變小的趨勢甚至趨于零。

2）深層防碰需要更加認真的考慮實際軌跡的控制，在實際軌跡控制過程中向有利于防碰方向進行偏離。

3）深層防碰作業(yè)過程中，需要根據(jù)最新的實測數(shù)據(jù)和近鉆頭數(shù)據(jù)（使用旋轉(zhuǎn)導向時）實時掃描防碰問題，并做預測。

4）當前在渤海區(qū)域，采用的防碰技術(shù)都是被動式的，建議研究主動式的防碰技術(shù)，即可能解決防碰問題的聲波探測防碰技術(shù)、電磁波探測防碰技術(shù)、射線探測防碰技術(shù)的應用。

[1]和鵬飛,呂廣,程福旺,等.加密叢式調(diào)整井軌跡防碰質(zhì)量控制研究[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2016,32(6):20-23.

[2]姜偉.海上密集叢式井組再加密調(diào)整井網(wǎng)鉆井技術(shù)探索與實踐[J].天然氣工業(yè),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(diào)整井作業(yè)的難點與對策[J].科技創(chuàng)新與應用,2014（6）:77-78.

[4]李凡,趙少偉,張海,等.單筒雙井表層預斜技術(shù)及其在綏中36-1油田的應用[J].石油鉆采工藝，2012，34（S0）：12 -15.

[5]和鵬飛,孔志剛.Power Drive Xceed指向式旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)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.

[6]牟炯,和鵬飛,侯冠中,等.淺部大位移超長水平段I38H井軌跡控制技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2016,43(2):命周期投資成本，提高施工效率和最終產(chǎn)出品的質(zhì)量，對油田優(yōu)良資產(chǎn)的形成提供較好的保障；有效減少潛在的工期損失和成本支出，嚴格控制工程建設周期和費用支出，提高工程建設效率，提升了油田開發(fā)投資效益，形成了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]尤軍,劉少亭.石油工程監(jiān)督體制的實踐與認識[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2003,19(3):27-29.

[2]高志強.石油勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2005,21(6):41-43.

[3]沈建平.淺談鉆井工程監(jiān)督工作[J].江漢石油職工大學學報,2013,26(1):95-97.

[4]宋克濤.影響鉆井成本的主要因素與控制措施[J].化工管理,2016(15):21-21.

[5]劉斌,王發(fā)現(xiàn),金曙光等.創(chuàng)新監(jiān)督工程管理體系提高海塔勘探開發(fā)效益[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2011,27(6):7-10.57-59.

[7]劉鵬飛,和鵬飛,李凡,等.欠位移水平井C33H井裸眼懸空側(cè)鉆技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2014，36(1):44-47.

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

[9]鄧建明,劉小剛,馬英文,等.渤海油田鉆井提效新技術(shù)及其應用實踐[J].中國海上油氣,2016,28(3):106-110.

[10]毛劍.海洋叢式井組井眼防碰地面監(jiān)測方法研究[D].東營:中國石油大學,2010:90-94.

[11]魏彪,桂小明,趙巧宏.一種動調(diào)陀螺測斜儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[J].國外電子測量技術(shù),2008,27(5):40-42.

[12]季偉峰,張宜.地勘用陀螺測斜儀研究現(xiàn)狀及使用中主要問題的分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011,38(2): 57-59.

[13]繆玲娟，陳家斌.單激光陀螺捷聯(lián)尋北系統(tǒng)[J].北京理工大學學報(自然科學版),1997,17(2):215-219.

[14]郭先敏,成冠琪,蔡西茂,等.全姿態(tài)隨鉆陀螺測斜技術(shù)[J].石油機械,2016,44(6):1-6.

[15]謝濤,趙少偉,楊保健,等.隨鉆陀螺測斜系統(tǒng)設計及測試試驗[J].中國海上油氣,2016,28(3):121-126.

本文編輯：尉立崗收稿日期：2016-12-13

For the borehole collision prevention in the drilling of adjustment wells in Bohai oilfield,the shallow anti-collision was effectively avoided from the technology and management through gyro testing of old well trajectory,the development of guidance documents for the design and construction of well trajectory and the emergency treatment of borehole collision.However,the deep anticollision(collision prevention point is deeper than 1 000 m)is different from shallow anti-collision,because of the lagging of drilling parameter response and the numerous interference factors of analysis and judgment,the site anti-collision construction is always passive.Taking horizontal well A45H as an example,the borehole collision prevention measures in landing section and horizontal section were discussed by analyzing borehole data and optimizing welltrajectory.It is held that,the shallow anti-collision technology is reflected more in the development of gyro orientation and obstacle avoidance measures,while the deep anti-collision technology is reflected more in the control of well trajectory and the observation of deep collision signs;the deep anti-collision needs to well control the actual trajectory to leave the collision direction;the deep anti-collision needs to scan real time the latest measured data and the near bit data to predict collision;the anti-collision technologies currently applied in Bohai area are all passive,it is suggested to study and apply the active anti-collision technologies such as the acoustic detection anti-collision technology,the electromagnetic wave detection anti-collision technology,the X-ray detection anti-collision technology,etc..

Bohai oilfield;drilling of adjustment well;borehole collision prevention

賈強

2017-02-08

和鵬飛（1987-），男，工程師，主要從事海洋石油鉆井技術(shù)監(jiān)督與管理工作。