孔店油田密集井區(qū)軌跡控制與復(fù)雜預(yù)防技術(shù)

劉旭強 肖仰德 吳華 靳穎

摘? 要：為提高油氣產(chǎn)量，加快油氣開發(fā)速度，降低鉆井作業(yè)成本，充分利用有限的土地資源，最大限度減少對環(huán)境的破壞，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，讓老油區(qū)再一次煥發(fā)生機，大港油田在所屬孔店油田近年施工眾多叢式井，密集井區(qū)式的井叢場增多。由于陸上井叢場周邊多有老井，且施工井場有限、井組間距小，井眼軌跡控制、井間防碰及三維繞障問題是井叢場鉆井施工面臨的重要問題。作者就井口高度水平、井眼軌跡控制、井下事故復(fù)雜預(yù)防與控制等方面進行闡述。

關(guān)鍵詞：密集井區(qū);井叢場;軌跡防碰;控制;事故復(fù)雜

中圖分類號：TE243? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）27-0147-03

Abstract： In order to increase oil and gas production， speed up oil and gas development， reduce drilling costs， make full use of limited land resources， minimize damage to the environment， implement sustainable development strategies， and make old oil areas coruscate life again， Dagang Oilfield has constructed many cluster wells in its Kongdian Oilfield in recent years， and the number of dense well clusters has increased. Because there are many old wells around the onshore well cluster field， and the construction well site is limited and the well group spacing is small， wellbore trajectory control， cross-well collision prevention and three-dimensional obstacle avoidance are important problems in well cluster field drilling. The author expounds the level of wellhead height， wellbore trajectory control， complex prevention and control of downhole accidents and so on.

Keywords： dense well area; well cluster field; trajectory collision prevention; control; accident complexity

近年，大港油田為壓縮開采成本，開始規(guī)模化部署井叢場。通過叢式井平臺布井，優(yōu)化各項地面配套，實現(xiàn)集約化用地，降本增效。大港油田所屬的孔店油田位于河北省黃驊市孔店鄉(xiāng)，為黃驊坳陷孔店凸起構(gòu)造，主要含油層系是館三油組。

1 密集井區(qū)軌跡控制難點與風(fēng)險

密集井區(qū)鉆井施工井眼軌跡受多重因素影響。地層可鉆性、各項異性、地層傾角等地層性質(zhì)為不可控因素;鉆具中穩(wěn)定器尺寸、鉆具剛性、鉆頭類型等鉆具組合結(jié)構(gòu)及鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆井參數(shù)為可控因素。改變鉆具組合結(jié)構(gòu)、鉆井參數(shù)是我們進行井眼軌跡控制時的重要手段。井叢場鉆井施工是多井密集施工，多涵括大斜度、大位移井及水平井。由于陸上井叢場周邊多有老井，且施工井場有限叢式井組井間距小，井眼軌跡控制、井間防碰及三維繞障問題是井叢場鉆井施工面臨重要問題（如圖1）。就孔店油田技術(shù)重難點，有如下幾項。

（1）井口水平化要求較高。由于建設(shè)方采油標(biāo)準化地面視覺效果與工藝需求，必須要求所有完井交井井口面，處于同一水平面，這項要求對于鉆井設(shè)備平移高度誤差設(shè)計較高。

（2）軌跡控制難度大。軌跡控制必須從表層開始，各個井眼軌跡必須按照設(shè)計要求執(zhí)行。

（3）軌跡事故復(fù)雜風(fēng)險高。在軌跡控制過程中，井眼間的防碰，是鉆井密集井區(qū)鉆井成敗的關(guān)鍵。

下文針對重難點技術(shù)問題，逐步進行解決，以達到降低風(fēng)險、避免復(fù)雜事故發(fā)生的目的。

2 工廠化井口水平設(shè)計

井場選取為孔店采油六廠，以孔店油田某鉆井平臺為例，整拖方向為由北向南，首批密集井區(qū)設(shè)計6口井，其中布設(shè)水平井3口、定向井3口，每口井之間相隔6m，要求6口井井口高度一致，誤差小于10mm。同時與已存在的老井軌跡，進行整體方案部署，密集區(qū)塊約有井?dāng)?shù)18口。

（1）項目實施時，將首口井調(diào)整至參照井孔103H井同一水平面，然后其余井井口高度以此為基準面進行計算施工。

（2）施工地面為非水泥硬化土質(zhì)地面，為保證鉆機底座平整以及地面承壓能力，制作高承壓的油管管排及25mm厚平面鋼板作為基礎(chǔ)，確保施工基準面找準便捷。

（3）在各次的井架平移作業(yè)時（整拖），為確保井口中心與轉(zhuǎn)盤中心在垂直方向上一致，平移中在鉆盤中心安放2.5kg重錐形鉛錘。

（4）表層套管上端預(yù)留高度，決定了6口井高度的一致性。因此，在每口井表層下入時，均計算為同一聯(lián)入值，并全部以轉(zhuǎn)盤面為參照平面計算。

3 工廠化單井井眼軌跡控制工藝

因孔店油田開發(fā)周期長，被定位“老油區(qū)”，其地面采油設(shè)備林立，地下軌跡錯綜復(fù)雜，部分油井因開發(fā)較早，軌跡數(shù)據(jù)誤差大;平臺內(nèi)井口分布較密，井眼間防碰距離較小，軌跡控制精度要求高，致使施工每個程序，均需要做到標(biāo)準化處理。筆者將從施工開始至完鉆進行每個工序的技術(shù)分析。

3.1 一開井段作業(yè)

（1）一開作業(yè)開始進行軌跡定向，在直井段采用牙輪鉆頭+常規(guī)鉆具。鉆具組合為：∮311.1mm牙輪BIT+∮203mmNMDC+∮203mmDC+∮310mmSTB+∮203mmDC+∮165mmDC+∮127mmHWDP+∮127mmDP。

下一步下入動力鉆具，鉆具組合為：∮311.1mm牙輪BIT+∮245mm1.5°PDM +∮203mmNMDC+∮203mmMWD+∮203mmNMDC+∮165mmDC+∮127mmHWDP+∮127mmDP。

常規(guī)鉆具鉆井參數(shù)：鉆壓20kN;轉(zhuǎn)速60 rpm;排量32L/s泵壓3-6MPa。定向鉆具鉆井參數(shù)：鉆壓20-40kN;轉(zhuǎn)速60 rpm;排量34-60L/s泵壓6-12MPa。

表層定向鉆進期間嚴格按照設(shè)計軌跡進行施工，先使用常規(guī)大鐘擺鉆具開眼，鉆進100m后更換定向鉆具組合，確保表層井段防斜打直，為整拖井后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)，并且鉆進至100m后開雙泵鉆進，防止上部地層垮塌。按設(shè)計完成一開進尺后，起出動力鉆具、更換常規(guī)鉆具通井1趟次，按井況需求做好井眼準備，確保表層套管順利到底。

（2）一開井段整體為直井，則選用“大鐘擺”鉆具組合：∮311.1mm牙輪BIT+∮203mmNMDC+∮203mmDC+∮310mmSTB+∮203mmDC+∮165mmDC+∮127mmHWDP+∮127mmDP。

鉆井參數(shù)：鉆壓20-40kN、轉(zhuǎn)速100rpm、排量34-60L/s，泵壓預(yù)計（5±1.5）MPa。

根據(jù)直井段軌跡控制要求（≤1°），在鉆井中必須采用小鉆壓（<40kN）、高轉(zhuǎn)速（>90rpm），并充足的排量，確保攜砂。

3.2 二開井段作業(yè)

二開全部為斜井段或“直+斜”組合，因此可使用一套鉆具組合，并在鉆進過程中根據(jù)各鉆井參數(shù)分析鉆頭及定向井儀器的情況。鉆具組合：∮215.9mmPDC +∮172mm1.5°PDM +∮206mmSTB+∮165mmNMDC+∮165mmMWD +∮165mmNMDC+∮127mmHWDP+∮127mmDP。

（1）直井段鉆進

在直井段鉆進過程中，“防斜打直”為軌跡控制的關(guān)鍵，各鉆井參數(shù)、水力參數(shù)設(shè)計以打直為目的。鉆壓控制在10-20kN、轉(zhuǎn)速60kN、排量>30L/s，鉆頭水力壓降2.5-5MPa。

（2）定向造斜段作業(yè)

定向作業(yè)，鉆頭應(yīng)選擇對工具面穩(wěn)定性有利的鉆頭，如型號215.9mmMD9431等;螺桿角度1.25°-1.5°，自帶210mm-212mm扶正塊;鉆鋌選擇20m無磁鉆鋌（NMDC）即可，不需螺旋鉆鋌;加重鉆桿（HWDP）具有一定柔性，同時可以增加鉆具穩(wěn)定性，選擇數(shù)量15-18根為宜。在鉆進過程中，平穩(wěn)加壓，關(guān)注泵壓、扭矩、懸鐘等各項直接參數(shù)的變化。鉆具下鉆到底開泵前，鉆頭位置應(yīng)與井底保持1m以上的距離，記錄未加壓、未旋轉(zhuǎn)時的循環(huán)壓力值;正常排量（>30L/s）開啟后，開啟轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)、將鉆具慢放至井底鉆進。初始造斜的40-60m，不要開頂驅(qū)劃眼，保證上提下放無明顯附加拉力方可接立柱鉆進。為提高初始造斜能力，可以適當(dāng)降低排量（26-28L/s），增強造斜效果，但必須確保攜砂順暢。

（3）穩(wěn)斜段作業(yè)

穩(wěn)斜段注重軌跡數(shù)據(jù)監(jiān)測，60-120m進行測量一次，如果發(fā)生軌跡異常變化，30m測量一次并以定向作業(yè)糾斜。200-350m進行短程起下鉆作業(yè)，確保井眼干凈、暢通;優(yōu)選鉆井參數(shù)，快速穿過油層;導(dǎo)向作業(yè)時，杜絕定點循環(huán)，應(yīng)大幅度活動鉆具，以免軌跡出現(xiàn)“梯坎臺階”或局部大肚子井眼，影響后期施工作業(yè)。推薦鉆井參數(shù)：鉆壓60-80kN、轉(zhuǎn)速60-80rpm、排量30-32L/s、泵壓14-16MPa。

3.3 水平段作業(yè)

短水平段鉆進，軌跡控制以MWD為主，中、長水平段鉆進，軌跡控制以LWD為主。LWD工具主要獲取電阻率、伽馬值、井斜數(shù)據(jù)等，地質(zhì)工程師根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，與地層資料實行對比，確定軌跡走向。

鉆具組合：∮215.9mmBIT+∮172mm1.75°PDM+∮165mm浮閥+∮206mmSTB+∮127mm無磁承壓鉆桿+∮165mmLWD +∮127mm無磁承壓鉆桿+∮127mmHWDP+∮127mmDP。

鉆井參數(shù)：鉆壓60-80kN，轉(zhuǎn)速65rpm，排量30-35L/s，泵壓14-17MPa。

4 井下事故復(fù)雜預(yù)防與控制

4.1 卡鉆事故預(yù)防

卡鉆為鉆井作業(yè)中最常見的事故之一，也是定向井事故復(fù)雜最易出現(xiàn)的事故，原因如下：

（1）井身軌跡全角變化率較大

定向作業(yè)中，應(yīng)避免出現(xiàn)較大的全角變化率（俗稱狗腿度），常規(guī)定向井應(yīng)選擇螺桿（PDM）角度1.25°-1.50°，水平井選擇1.50°-1.75°螺桿。

（2）泥漿潤滑性與攜砂效果均較差

鉆井液潤滑劑，以固液兩相潤滑為主，潤滑效果達到附加載荷小于150kN為標(biāo)準。在大排量鉆進時，充分利用鉆井液固控設(shè)備的五級進化設(shè)備，及時清除有害固相，降低坂土含量數(shù)值;使用合適目數(shù)的篩布，勤觀察振動篩、除砂器篩布，如有破損及時更換;鉆井液性能按照要求測量記錄，分析變化趨勢，同時做好維護工作，觀察振動篩返砂量大小，判斷井內(nèi)攜砂能力。

切勿在水平井將鉆具長久靜置。必須大幅度上下活動鉆具、開啟轉(zhuǎn)盤或者頂部驅(qū)動裝置，預(yù)防懸浮的巖屑沉積，導(dǎo)致卡鉆。

（3）鍵槽導(dǎo)致起下鉆受阻卡

在頻繁的鉆井、起下鉆作業(yè)時，使得井眼在上部造斜段出現(xiàn)鍵槽。因此，出現(xiàn)鍵槽后，必須通過工具破壞鍵槽，并每次下鉆、起鉆至此，通過轉(zhuǎn)動等手段阻止鍵槽出現(xiàn)。發(fā)生鍵槽卡鉆后，要以下壓鉆具至零，下壓無效后可適當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)，（嚴格控制扭矩），小排量循環(huán)，可接入隨鉆下?lián)羝鬟M行下?lián)粽駬簦敝两饪ā?/p>

4.2 軌跡相碰

兩口井軌跡相碰會給生產(chǎn)井帶來毀滅性的破壞，嚴重的結(jié)果可能使被碰井直接報廢，損失嚴重。針對軌跡防碰問題，在防碰距離不足15m時，鉆具組合中加入三牙輪鉆頭通過。因為牙輪鉆頭以壓剪破巖，對套管破壞小，并且易判斷。鉆井液循環(huán)出口第一道過濾裝置處，進行鐵屑監(jiān)測，若有鐵屑含量，必須立即停止作業(yè)。

4.3 劃出新井眼

在已鉆井眼基礎(chǔ)上，若下鉆過程中在上部地層或松軟地層遇阻，使用螺桿鉆具劃眼通過時，容易偏離原軌跡，出現(xiàn)新的軌跡，即新井眼。新井眼的出現(xiàn)直接導(dǎo)致軌跡發(fā)生改變，進尺報廢，影響惡劣。因此，在遇阻時應(yīng)遵循“一通二沖三劃眼”原則，在直接通過受阻，采取小排量沖劃，最后手段時劃眼通過。遇阻嚴重，應(yīng)起出更換常規(guī)鉆具組合下入劃眼。

4.4 井身軌跡質(zhì)量不達標(biāo)

井身軌跡質(zhì)量超過設(shè)計標(biāo)準值，成為質(zhì)量不達標(biāo)。導(dǎo)致此類事故原因主要有未檢測鉆進、測量儀器故障、受鄰井套管干擾導(dǎo)致測量不準確、定向井工程師計算錯誤等。在鉆進中，要及時校正井眼軌跡數(shù)據(jù)，每次起鉆，采取多點測量儀采集數(shù)據(jù)校核，預(yù)防超標(biāo)問題。

以上幾種情況都可能導(dǎo)致事故復(fù)雜，最后不得不回填側(cè)鉆，延誤鉆井周期，產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟損失，現(xiàn)場一定要避免出現(xiàn)此類問題。

5 結(jié)論

（1）以工廠化鉆井技術(shù)井口統(tǒng)一處理方式，保證整拖井井口套管頭垂直保持高度一致。

（2）嚴格按照設(shè)計軌跡進行施工，并合理進行鉆具組合與鉆井參數(shù)的設(shè)計，是完成軌跡控制的根本要求。

（3）根據(jù)定向儀器數(shù)據(jù)，及時進行磁場強度監(jiān)測;對返出物進行監(jiān)測，做好鄰井防碰，為后期施工井留有空間。

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