青東5人工島密集叢式井組井眼軌跡優(yōu)快控制技術(shù)

【摘要】勝利油田為有效開發(fā)動用青東凹陷西南部青東5塊油藏，部署了青東5人工島大型密集叢式井組，并實(shí)施批量化鉆井施工模式。在簡述青東5密集叢式井組地質(zhì)情況、井身結(jié)構(gòu)和井眼軌道剖面的基礎(chǔ)上，針對井組防碰難度大、淺地層大井眼造斜困難、井斜角大、裸眼段長等施工難點(diǎn)，詳細(xì)闡述了青東5密集叢式井組井眼軌跡優(yōu)快控制技術(shù)，安全高效的完成了61口井鉆井施工任務(wù)，總結(jié)了施工經(jīng)驗(yàn)，為有效開發(fā)灘淺海油田提供了重要技術(shù)保障。

【關(guān)鍵詞】青東5；人工島；叢式井組；防碰；軌跡控制

青東5人工島密集叢式井組是勝利油田勘探、開發(fā)、工程一體化項(xiàng)目，位于東營市萊州灣西部極淺海海域，平均水深約3.6m，由一條8.48公里的進(jìn)海路和一座150×90平方米的海油陸采平臺組成。設(shè)計鉆井61口，規(guī)劃新建產(chǎn)能23.2萬噸。由四部鉆機(jī)同時在島上進(jìn)行鉆井施工任務(wù)，實(shí)施批量化鉆井施工模式，地面鉆井設(shè)備多、井口間距小，地下井眼軌跡交錯，4口井眼軌跡同時延伸，防碰任務(wù)艱巨，探索形成多鉆機(jī)聯(lián)合施工情況下的密集叢式井組井眼軌跡控制技術(shù)，成為該井組能否安全高效完成的重要技術(shù)保障。

1、青東5井組概況

1.1地質(zhì)情況

青東5井組構(gòu)造位置位于濟(jì)陽坳陷青東凹陷西斜坡青東5斷塊，儲層壓力系數(shù)1.00左右，為正常壓力系統(tǒng)。青東凹陷位于渤海南部海域，東臨濰北凸起，西北以青坨子凸起、墾東凸起與沾化凹陷相隔，西南與東營凹陷相望，兩側(cè)為郯廬斷裂分支斷裂所支持，凹陷內(nèi)發(fā)育沙三、沙四兩套重要烴源巖，主要目的層沙三下、沙四上亞段主要發(fā)育扇三角洲、辮狀三角洲及灘壩等沉積砂體。鉆遇地層層序自上而下依次為：第四系平原組（340m），上第三系明化鎮(zhèn)組（810m）、館陶組（1115m），下第三系沙三段（1450m）、沙四段（<1840m）。主要含油氣層系為沙四上，地層厚度約140～550m，沙三段之前以砂泥巖互層為主。

1.2井場部署情況

青東5人工島長150m，寬90m，61口井分為雙排四部鉆機(jī)鉆進(jìn)，1號鉆機(jī)和2號鉆機(jī)一排，自東南向西北方向整拖，3號鉆機(jī)和4號鉆機(jī)一排，自西北向東南方向整拖。排距50m，井距2m，1號鉆機(jī)14口井，2號鉆機(jī)15口井，3號鉆機(jī)17口井，4號鉆機(jī)15口井。

1.3井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

青東5區(qū)塊60口井全部為定向井，井身結(jié)構(gòu)分為普通定向井（如圖1）和大位移定向井（如圖2）2種：

（1）普通定向井為二開井，共47口。一開表層為直井段，造斜段在表層套管以下，二開后定向。

（2）大位移定向井為二開井，共13口。一開表層開始造斜，一開結(jié)束造斜完畢。

兩類定向井一開表層井眼直徑346.1mm，表層套管外徑273.1mm；二開井眼直徑241.3mm，油層套管外徑273.1mm。

1.4井眼軌道設(shè)計

出于對青東5密集叢式井組施工過程中遇到的防碰繞障、雙靶點(diǎn)和后期作業(yè)開采的實(shí)際需要，井眼軌跡類型分為“直-增-穩(wěn)”和“直-增-穩(wěn)-降-穩(wěn)”兩種。，盡量選用簡單平滑、易于實(shí)現(xiàn)、工藝技術(shù)成熟、工具配套的軌道類型。[1]

2、井眼軌跡控制技術(shù)難點(diǎn)分析

（1）表層大井眼定向，造斜點(diǎn)淺。該井組共有25口井的造斜點(diǎn)在平原組（100～340m），平原組位于地表，地層巖性疏松，并且為了滿足無線隨鉆測量信號的正常傳輸和井下安全必須建立一定排量的循環(huán)系統(tǒng)，井眼擴(kuò)大率大，造斜率不易掌控。

（2）井斜大，斜井段裸眼段相對較長，水平位移大。整個井組有25口井水平位移超過1000m，6口水平位移超過1500m，其中青東5-9-斜4側(cè)井最大水平位移達(dá)到2106.36m。整個井組設(shè)計全部為定向井，井斜角在50°以上的井有14口，60°以上的有4口，最大井斜角達(dá)65.6°。這類井施工難度很大，起下鉆和電測都會遇到困難。

（3）井眼密集，防碰難度較大。該井組槽口間距只有2m，各井與鄰井防碰工作尤為突出，每口井必須沿著特定的軌跡進(jìn)行施工，如果施工過程中侵占了其他井的軌道空間，則會增加后期施工的困難。除此之外，還要密切注意與青東5塊已鉆井青東5-2、青東5-斜3、青東5-斜4、青東5-斜5和青東5-斜6井的防碰。

（4）一口井地質(zhì)調(diào)整影響整個井組的防碰和軌跡調(diào)整。由于儲層厚度薄，橫向變化快，平面連通狀況及無井控制區(qū)儲層展布存在不確定性，難免存在地質(zhì)調(diào)整，會影響后續(xù)井的軌跡，需要全部調(diào)整，四部鉆機(jī)同時施工，需要一體化考慮，工作量和難度大。

3、密集叢式井組井眼軌跡控制技術(shù)

借鑒鄰井施工經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真分析地層巖性和特點(diǎn)，確定施工重點(diǎn)和施工難點(diǎn)，細(xì)化施工措施，做好技術(shù)管理工作。在井眼軌跡控制過程中，集成應(yīng)用了“表層直井段防斜打直技術(shù)”、“大井眼超淺疏松地層定向技術(shù)”、“長穩(wěn)斜段導(dǎo)向鉆井技術(shù)”、和三維繞障防碰技術(shù)。

3.1表層直井段防斜打直技術(shù)

表層Φ346.1mm井眼一開直井段打直、不碰和不串，為后續(xù)井的施工打好了基礎(chǔ)。如果表層直井段偏離了原設(shè)計井眼，而占用了其它井的井眼，會給后續(xù)施工井帶來一系列的問題，因此保證表層井段鉆直，給后續(xù)施工創(chuàng)造一個良好的開端。采用了塔式鉆具：Φ346.1mm鉆頭+630×630+Φ203.2mm鉆鋌×3根（其中無磁1根）+631×410+Φ177.8mm鉆鋌×3根+Φ127mm鉆桿。采用小鉆壓、低排量進(jìn)行吊打，確保直井段打直；鉆井中不劃眼，不中途循環(huán)，打完進(jìn)尺立即接單根等措施，保證了井眼規(guī)則，不出現(xiàn)大肚子井眼現(xiàn)象。

3.2大井眼超淺疏松地層定向技術(shù)

表層大尺寸井眼定向技術(shù)是密集叢式井組成功實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)之一，為了給后續(xù)施工井留下足夠空間，需要確保表層1次定向成功。由于Ф346.1mm井眼尺寸是油田非常規(guī)井眼，施工經(jīng)驗(yàn)少，定向鉆具組合、鉆進(jìn)參數(shù)及螺桿結(jié)構(gòu)型號等都需要進(jìn)行優(yōu)選。鉆具組合：Φ346.1mm 牙輪鉆頭+Φ244.5mm1.50或1.75°單彎螺桿（扶正塊Φ343mm）+Φ127mm無磁承壓鉆桿×1根+MWD短節(jié)+Φ127mm加重鉆桿×10柱+Φ127mm鉆桿。優(yōu)選柔性鉆具組合，鉆具組合中不加鉆鋌，增加加重鉆桿數(shù)量，減少鉆具剛性，提高造斜能力；同時優(yōu)化螺桿扶正塊外徑尺寸，常規(guī)Φ244.5mm螺桿鉆具本體扶正塊為Φ308mm，優(yōu)化為Φ343mm，確保在非常規(guī)尺寸Φ346.1mm井眼中的造斜能力。定向鉆進(jìn)過程中跟足鉆壓，一般在40kN以上，若出現(xiàn)放空現(xiàn)象，則加快送鉆速度，確保鉆頭能保持一定的鉆壓；初期定向適當(dāng)降低排量至40L/s，不劃眼、不定點(diǎn)循環(huán)，待井斜增至3～5°后，逐步提高排量，直到造斜率滿足軌跡控制要求。[2-3]

25口表層定向井中造斜點(diǎn)最淺的是青東5-1-斜2井，造斜點(diǎn)井深55m，表層定向井設(shè)計造斜率一般在10～15°/100m，而實(shí)鉆平均造斜率最小的為10.51°/100m，最大的為15.69°/100m，可以滿足軌跡控制的需要，實(shí)現(xiàn)了密集叢式井組井位優(yōu)化的目的，確保了青東五塊密集叢式井組的順利實(shí)施。

3.3長穩(wěn)斜段導(dǎo)向鉆井技術(shù)

二開長穩(wěn)斜段是提高全井機(jī)械鉆速的主力井段，優(yōu)質(zhì)快速施工本井段對于一口井的提速提效來說具有重要的意義。為了達(dá)到預(yù)期的目的，采用了導(dǎo)向鉆井技術(shù)來施工本井段，隨時調(diào)整井眼軌跡，實(shí)現(xiàn)“一趟鉆”鉆井技術(shù)。采用柔性鉆具組合：Φ241.3mmPDC鉆頭+Φ197mm 1.25°單彎螺桿（扶正塊Φ238mm）+531×410轉(zhuǎn)換接頭+411×410回壓閥+Φ127mm無磁承壓鉆桿+MWD短節(jié)（411×520）+521×410轉(zhuǎn)換接頭+Φ127mm斜坡鉆桿（若干）+Φ127mm加重鉆桿10柱+Φ127mm鉆桿。鉆進(jìn)過程中以復(fù)合鉆進(jìn)方式為主，鉆壓30～50kN，排量40L/s，通過調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)控制井斜增降情況，調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)若達(dá)不到軌跡控制要求，則采取滑動鉆進(jìn)方式調(diào)整，采取“勤調(diào)微調(diào)”方式，原則上調(diào)整幅度都在±2°以內(nèi)，決不讓井眼出現(xiàn)拐角，保持井眼光滑。同時加強(qiáng)固控設(shè)備的利用率，及時清除鉆井液中的大量砂子，降低摩阻扭矩，每150～200m進(jìn)行一次短程起下鉆，及時破壞巖屑床，提高井眼凈化程度。通過采用導(dǎo)向鉆井技術(shù)，青東五井組所有定向井二開僅需兩趟鉆完成，井深在1800m以內(nèi)的井（不含粗礫石層）甚至一趟鉆即可完成，大大節(jié)約了鉆井周期，達(dá)到了提速提效的目的。[4]

3.4三維防碰繞障技術(shù)

密集叢式井順利施工最關(guān)鍵的工作是井眼“防碰”，面對“蜘蛛網(wǎng)”一樣的地下井眼軌跡，制定了“精、準(zhǔn)、細(xì)、嚴(yán)”四字防碰方針，全方位加強(qiáng)三維防碰繞障工作。

（1）精確防碰掃描設(shè)計

青東5島上不僅有新部署的61口待鉆新井，還有5口已鉆老井，因此在施工過程中，對每一口井的實(shí)鉆井眼軌道都要與其他已鉆井實(shí)鉆軌跡和待鉆井設(shè)計軌跡進(jìn)行防碰掃描，既考慮完鉆井軌跡繞障，又要為后續(xù)井留有充分防碰余地，確保三維空間中每一口井都有最安全的通道。

（2）減少系統(tǒng)誤差，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

①加強(qiáng)定向儀器質(zhì)量控制，嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行儀器室內(nèi)校驗(yàn)，完鉆后測多點(diǎn)校驗(yàn)MWD數(shù)據(jù)，減少儀器測量誤差；

②為減少儀器測量系統(tǒng)誤差，固定使用同一種、同一套探管，以保證探管測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定；

③全程監(jiān)測磁場強(qiáng)度，排除鄰井套管的磁干擾影響，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

（3）細(xì)化防碰技術(shù)措施

①采取表層深度和造斜點(diǎn)深度錯開法，利用橢圓錐形理論優(yōu)化防碰總體設(shè)計，做好防碰預(yù)案；

②開鉆前，通過對施工井與完鉆井實(shí)鉆軌跡和待鉆井設(shè)計軌道進(jìn)行防碰掃描計算，提前做好防碰圖，標(biāo)明防碰井段；

③對于直井段，堅持邊測斜、邊監(jiān)控、邊掃描和邊記錄的“組合拳”措施，確保直井段防斜打直；

④對于斜井段，縮短測斜間距加密監(jiān)測，對防碰危險井段，采取繞障措施提前進(jìn)行避讓；

⑤重點(diǎn)井段加密測斜，提高軌跡精度，勤預(yù)判軌跡趨勢，做到心中有數(shù)；

⑥重點(diǎn)防碰井加測陀螺，與MWD測量數(shù)據(jù)比對，防止出現(xiàn)較大偏差。

（4）強(qiáng)化防碰意識，嚴(yán)格技術(shù)規(guī)程

①強(qiáng)化現(xiàn)場人員防碰意識，定向、工程技術(shù)、現(xiàn)場監(jiān)督三方相互溝通，緊密協(xié)作，將防碰工作落實(shí)到每個施工環(huán)節(jié)；

②嚴(yán)格執(zhí)行防碰技術(shù)規(guī)程，施工中遇憋跳等異常情況立即停鉆并進(jìn)行分析，查明原因后再恢復(fù)鉆進(jìn)，不得盲目打鉆，造成嚴(yán)重后果。

通過強(qiáng)化三維防碰繞障工作，青東5井組多口井實(shí)現(xiàn)了空間距離在2m以內(nèi)的小間距防碰繞障，例如青東5-3-斜12井在30m范圍內(nèi)防碰井多達(dá)17口，與青東5-3-斜7、青東5-3-斜6和青東5-6-斜2井最小空間距離均在0.5m左右，成功的繞過了3口井的層層“阻擾”，順利鉆達(dá)油氣儲層，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)開發(fā)目的。

5、實(shí)鉆數(shù)據(jù)及效果

（1）青東5井組完成定向井61口，總進(jìn)尺124671m，平均井深2043.79m，平均水平位移1019.65m，平均井斜角44.08°，平均機(jī)械鉆速34.7m/h，平均鉆井周期8.08天，比設(shè)計縮短15.09天。

（2）整個井組比計劃提前156天完成，無任何井眼軌跡相碰或其它復(fù)雜事故，創(chuàng)造了勝利油田單平臺井?dāng)?shù)最多紀(jì)錄。

6、結(jié)論與建議

（1）青東5密集叢式井組的成功實(shí)施，總結(jié)了一套多鉆機(jī)聯(lián)合施工條件下密集叢式井組井眼軌跡高效控制技術(shù)，為灘淺海油田的安全高效開發(fā)提供了技術(shù)保障。

（2）建議開展基于震動信號分析及磁測距等防碰鉆井技術(shù)研究應(yīng)用，提高密集叢式井組井眼軌跡防碰主動性，有利于密集叢式井組更加安全高效鉆井施工。

參考文獻(xiàn)

[1]曹向峰，吳明波.非常規(guī)致密砂巖長水平段水平井井眼軌跡控制技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，2：25

[2]韓志勇.定向井懸鏈線軌道的無因次設(shè)計方法[J].石油鉆采工藝，1997，19（4）：13-16.

[3]韓志勇.關(guān)于大位移井軌道設(shè)計問題的思考[R].石油工程學(xué)會大位移井理論研討會，西安，1997.

[4]崔紅英，張建國，韓志勇.兩維定向井軌跡設(shè)計的通用方程[J].鉆采工藝，1999，22（4）：16-19

[5]夏焱，管志川，史玉才.底部鉆具組合參數(shù)設(shè)計的評價方法[J].石油大學(xué)學(xué)報，自然科學(xué)版，2005，29（4）：48-51

作者簡介

劉樂寧（1981—），男，2004年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，工程師，主要從事鉆井工程現(xiàn)場管理工作。