長慶油田叢式三維水平井井組鉆井整體設計研究與應用

楊 光

（中國石油天然氣集團公司長慶油田川慶鉆探工程公司長慶鉆探總公司）

長慶油田叢式三維水平井井組鉆井整體設計研究與應用

楊 光

（中國石油天然氣集團公司長慶油田川慶鉆探工程公司長慶鉆探總公司）

針對叢式三維水平井軌跡控制精度高、井筒間的防碰設計難、管串下入摩阻大等難題開展攻關與實踐，并在長慶油田莊230井區(qū)林平35-1井組進行了先導性現(xiàn)場試驗，成功實施突破了叢式三維水平井井間防碰、井眼軌跡控制瓶頸技術難題，形成了以井身結構優(yōu)化、井網(wǎng)布局優(yōu)化、剖面軌跡控制等技術集成配套的叢式三維水平井井組整體設計。圖1表1參5

叢式水平井防碰技術大偏移距扭方位

0 引言

長慶油田致密油藏巖性致密、滲透率低、儲層物性差，且主要分布于井場受限的溝壑地帶，目前應用較為廣泛的水平井鉆井技術難以實現(xiàn)經(jīng)濟有效開發(fā)。國內(nèi)外油氣田開發(fā)實踐表明，利用叢式三維水平井開發(fā)油田，可節(jié)約大量的道路建設和井場建設投資，并節(jié)省地面空間，增加油層的裸露面積，提高采收率，提高油田經(jīng)濟效益，同時便于采油集中建站和管理。因此，叢式三維水平井技術對立體式開發(fā)長慶油田致密油藏具有重要的意義和廣闊的應用前景。

1 叢式三維水平井整體設計

1.1 目的層的確定

長慶油田長6和長7油層組致密油分布廣泛，初步預測致密油總資源量約30×108t，其中長7油層組致密砂巖油資源量約9×108t，長6油層組致密砂巖油資源量約11×108t，是長慶油田實現(xiàn)長期穩(wěn)產(chǎn)較為現(xiàn)實的石油接替資源。

本文以長慶油田莊230井區(qū)為例，目的層長6、長7，垂深1760～1860 m，靶體朝向方位165°。表1為莊230井區(qū)目的層設計分層。

1.2 井網(wǎng)布局

莊230井區(qū)是長慶油田叢式三維水平井組開發(fā)的先導試驗區(qū)，該區(qū)塊布井以“山字型”井網(wǎng)分布，充分利用“工廠化”多機組鉆井平臺作業(yè)效率高的特點，解決長慶油田致密油藏“儲量大，采出低”的問題。

以莊230井區(qū)林平35-1井井組為例，該井場雙機組作業(yè)布井8口，設圓柱形靶3個，水平靶5個，開發(fā)目的層長6、長63。川慶鉆探施工2#井組井數(shù)5口，其中定向井2口，常規(guī)水平井1口，三維水平井2口（圖1）。

表1 莊230井區(qū)目的層設計分層表

圖1 林平35-1井井組雙井場井序布置圖

1.3 井身結構設計

莊230井區(qū)根據(jù)三維井偏移距離和水平段長度對井身結構設計中的套管下深的確定原則、地層破裂壓力及井眼波動壓力等問題進行了分析。根據(jù)每口井的施工難度，避免上部定向、增斜井段出現(xiàn)復雜情況以滿足采油的需要設計井身結構。套管的下深，下至窗口不一定為最優(yōu)的選擇，三維水平井鉆井的關鍵井段是穩(wěn)斜扭方位和增斜入窗井段，還要兼顧水平井段的延伸鉆進。根據(jù)三維水平井偏移距離和水平段延伸長度，采用了如下兩種井身結構方案設計。偏移距離小于300 m或水平段長度小于1500 m時采用第一種方案。偏移距離大于300 m或水平段長度大于1500 m時采用第二種方案。

1.4 井身剖面設計

在對叢式三維水平井進行可行性論證后，進行井口排序，確定鉆井順序，進行井身剖面設計。這是整個工程的關鍵，也是綜合統(tǒng)籌的安排，圍繞防碰這一中心，進行井身剖面優(yōu)化設計。剖面設計原則是，優(yōu)先設計三維水平井井眼軌道，預留安全圓柱空間。定向井、常規(guī)水平井采用簡單井身剖面，三段制：直井段—斜井段—水平井段剖面，減少施工難度，均衡防碰空間，造斜點垂深錯開(不小于50 m)，水平投影軌跡盡量不相交。定向井施工時以后續(xù)設計的三維水平井軌跡空間為預防碰對象，如果兩井軌跡有相碰趨勢，應進行繞障施工。

2 叢式三維井組現(xiàn)場施工技術措施

眾所周知，防碰技術是叢式井組的核心技術，防碰成功與失敗也是整個工程的成與敗。經(jīng)多年在長慶油田的探索和實踐、總結出如下技術措施。

2.1 嚴格控制直井段井身質(zhì)量

水平井直井段的井身質(zhì)量直接影響叢式井的防碰、斜井段和水平段的軌跡控制及施工速度。直井段防斜打直技術是水平井施工的基礎，由于靶前位移受到限制，若正位移偏大，勢必造成實際造斜點下移，造斜率提高，嚴重影響軌跡控制、提高入靶的難度，同時在叢式水平井組中，如直井段位移較大將會使井眼間距變小,增加了防碰的難度，為此，在直井段施工中，必須加強防斜打直技術措施，確保直井段井身質(zhì)量。

2.2 優(yōu)化井身軌跡設計和防碰預案制定

根據(jù)地層造斜規(guī)律、工具的造斜能力、軌跡設計的要求確定造斜段的造斜率，同時要根據(jù)直井段的數(shù)據(jù)對剖面進行修改。而對于三維水平井，其關鍵技術是直井段進行增井斜糾偏，第一增斜段扭方位調(diào)整，保證在第二增斜段前將方位對準靶體方位，狗腿度不大于6°/30 m。同時，做好防碰預案的設計，一切以安全快速施工三維井為原則，必要時定向井和常規(guī)水平井采取提前定向,以造側位移或負位移的方式進行預防碰。

2.3 做好井組的整體設計和施工順序的安排

按照井組各井的軌跡，做好總體的井組設計，根據(jù)各井的靶點數(shù)據(jù)，合理安排井口，相鄰井造斜點錯開50 m以上，如施工井軌跡設計有相近趨勢時，優(yōu)先設計在直井段繞障分離，確保在斜井段前防碰距離安全，減小防碰及施工的難度。同時在施工前，優(yōu)化平臺布井，合理安排施工的順序，降低施工的難度。2.4保證實鉆軌跡趨于設計

在叢式水平井組施工中，要合理選擇單彎的度數(shù)，在定向施工時，嚴格施工參數(shù)，保證滑動鉆進的效果，使實鉆的井身軌跡盡可能與設計趨于一致。叢式井組施工前，應進行全井組井眼軌跡設計，先設計三維水平井井眼軌跡，預留三維水平井軌道空間，其它井以三維水平井為預防碰目標井進行井眼軌跡優(yōu)化設計。先施工井嚴格按照設計軌跡施工，如與三維水平井預留軌道空間有相碰趨勢時，應提前做出調(diào)整，必要時進行繞障施工。

2.5 保證鉆井液性能和嚴格施工措施

針對長慶油田三維水平井地質(zhì)情況復雜、環(huán)保要求高、鉆井施工難度大的特點，采用聚合物無毒鉆井液體系，該鉆井液防塌、抑制和潤滑防卡能力強，保證鉆井施工的正常進行。根據(jù)具體情況合理控制并提前考慮調(diào)整鉆井液性能，三維水平井鉆井液性能應保持良好的潤滑性和剪切稀釋性，保持低密度和高密度固相含量在一個較低的數(shù)值；加強泥漿性能的維護處理，加強固控措施，減少鉆井液無用固相含量，含砂量控制在0.3%以內(nèi)；要求鉆井液濾失量≤5 mL，嚴格控制鉆井液HTHP失水和摩擦系數(shù)（Kf≤0.07）。

在現(xiàn)場施工中，鉆井液要維護較高的性能，嚴格施工措施，這是保證井下安全最主要的條件。根據(jù)井下情況及時進行短起下作業(yè)。起下鉆時嚴格遵守操作規(guī)程,避免出現(xiàn)復雜情況。起鉆前,用“清掃液”清掃井眼?，F(xiàn)場可查泥餅潤滑性的好壞，視井下具體情況，加入原油或其他潤滑劑改善鉆井液潤滑性，降低摩阻、扭矩。如鉆遇泥巖，適當提高密度及強化抑制性，防止坍塌。根據(jù)鉆井液消耗情況，用稀膠液進行“細水長流”的辦法維護，杜絕干加和集中加；對于大型處理，要按一個或多個循環(huán)周均勻加入，以防止泥漿性能波動過大。充分利用四級固控設備，嚴格控制含砂量，減少有害固相對儲層的傷害。盡可能使用酸溶性加重材料。若鉆井過程中發(fā)生溢流、井涌等情況，可根據(jù)實際需要，提高鉆井液密度，確保施工安全。

3 現(xiàn)場施工技術的成功示例

林平35-1叢式井組是目前長慶油田最大叢式三維油井井組,該叢式井組的順利完工,體現(xiàn)了叢式井組科學的現(xiàn)場施工技術。

3.1 叢式井組總體防碰與鉆井施工原則

林平35-1叢式井組總體防碰與鉆井施工原則主要考慮以下幾個方面：

（1）為了便于儲量和儲層的落實，該井組采用超前注水、交錯排狀5點井網(wǎng)方式開發(fā)，考慮該區(qū)雙層開發(fā)、采用雙層錯位布井方式。

（2）進行井組整體井眼軌道設計，按照鉆井順序盡可能優(yōu)化軌道設計，避免井眼相碰。

（3）考慮先期施工注水井、后期施工三維水平井直井段糾偏調(diào)整的必要性，優(yōu)化時以三維水平井井眼軌道安全為原則，盡量保證各井井眼軌道服從于井組整體設計，趨于單井軌道，為三維井井眼軌道留有安全空間。

3.2 直井段施工

叢式井組施工井造斜點一般相互錯開50 m左右，整體設計按照魚刺狀進行表層繞障預分，為后續(xù)施工預留空間。表層直井段采用346 mm鉆頭，高轉速低鉆壓，這樣提高了機械鉆速，又達到防斜的目的。單多點儀器測量監(jiān)控，跟蹤控制，加強多點測量，實時預算軌跡，采用最小距離法進行防碰掃描，計算正鉆井與相鄰井最近距離。

3.3 糾偏段和斜井段施工

三維糾偏鉆井技術在2口三維水平井施工中，將三維軌道優(yōu)化設計為直井段糾偏+扭方位+二維入窗的定向模式。自定向造斜開始，全井采用無線隨鉆測量系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控井眼軌跡，井斜與方位始終保持與設計趨于同步。采用高效PDC鉆頭加優(yōu)質(zhì)低轉速大扭矩7級馬達,配合先進的水平井軌跡測量數(shù)據(jù)、處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了定向、增斜、穩(wěn)斜，隨時調(diào)整井斜、方位的連續(xù)作業(yè)。完成油井最大偏移距離418 m。

導向鉆具組合如下：

（1）Φ215.9 mmBit+Φ172 mm單彎螺桿（1.25°）+ MWD接頭+Φ168 mmNMDc×1根+Φ127 mmHWDp× 60根+Φ127 mmDp

（2）Φ215.9 mmBit+Φ172 mm單彎螺桿（1°）+ Φ168 mm接頭+Φ214 mm扶正器+MWD接頭+Φ168 mmNMDc×1根+Φ165 mm接頭+Φ127 mmHWDp×60根+Φ127 mmDp

3.4 水平井段施工

為了保證準確鉆遇目的層，采用帶伽馬參數(shù)的無線隨鉆測量儀器在鉆進過程隨時調(diào)整井眼軌跡，確保井眼水平段在油層的最佳位置穿行。鉆具組合如下：

Φ215.9 mmBit+Φ172 mm單彎螺桿（1°）+Φ168 mm接頭+回壓凡爾+Φ214 mm扶正器+MWD接頭+ Φ168 mmNMDc×1根+Φ165 mm接頭+Φ127 mmHWDp×12根+Φ127 mmDp×（60-138）根+Φ127 mmHWDp×（45-90）根+Φ127 mmDp

為了確保防碰施工和軌道設計優(yōu)化方案的可操作性，優(yōu)化過程中隨時對新鉆井與其它各井進行軌道防碰掃描，不斷調(diào)整井眼軌道，確保井眼距離安全。林5-11井井間距設計為6 m，優(yōu)化后各井間斜井段最小距離為23 m，最終整體方案設計能夠滿足各井間防碰要求。因此，在方案實施過程中，定向井和常規(guī)水平井的直井段打直是確保鉆井順序優(yōu)化方案順利實施的關鍵，確保了后續(xù)施工井有足夠的防碰繞障空間。

4 結論與建議

（1）合理的井筒間防碰設計與三維井眼軌跡控制技術是叢式三維水平井組鉆井的技術難點與關鍵技術。

（2）在進行軌道防碰掃描時，在危險防碰井段，應利用最小距離法進行防碰掃描，以擴大防碰空間。

（3）在方案實施過程中，應根據(jù)實鉆顯示的油藏特征不斷落實新的靶點位置，并繼續(xù)按照總體優(yōu)化的方法不斷優(yōu)化總體鉆井順序，直至整個井組實施完成。

（4）當叢式井組施工井目的層相同、方位相近、水平位移也相近時，無法利用造斜點錯開的方式解決井間防碰問題，此時可考慮利用方位錯開的原則，先鉆探其它方位的部署井，錯開造斜點后再鉆探相近方位與水平位移的井，從而解決防碰問題。

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3韓志勇.斜面圓弧形井眼的軌跡控制新模式[J].石油鉆探技術，2004，2:1-3.

4田逢軍，王萬慶，楊光.等.長慶油田中半徑三維水平井環(huán)平3井鉆井技術[J].石油鉆采工藝，2009，31（6）:27-31.

5何樹山,劉修善.三維水平井軌道設計[J].石油鉆采工藝，2001，23（4）:16-20.

（修改回稿日期2014-09-15編輯文敏）

楊光，男，1983年出生，中國石油集團川慶鉆探長慶鉆井總公司，鉆井工程師；現(xiàn)從事定向井、水平井鉆井設計、施工與研究。地址：（710021）陜西省西安市未央路151號長慶大廈2107室長慶鉆井定向井公司。電話：15097121706。E-mail：280411481@qq.com