渤海油田叢式井綜合調(diào)整加密防碰技術(shù)

林家昱，王曉鵬，張羽臣，張磊，李進(jìn)

中海石油（中國）有限公司天津分公司 （天津 300459）

隨著油田的不斷開發(fā)，中海石油渤海油田（以下簡稱渤海油田） 部分油井年產(chǎn)量遞減已達(dá)到8%~10%，目前已進(jìn)入綜合調(diào)整階段[1]。 海上叢式井組加密調(diào)整井需在原本密集的老井網(wǎng)基礎(chǔ)上插入一張新井網(wǎng)， 隨著海洋叢式鉆井與加密井工藝技術(shù)的日益成熟，尤其是小井距密集叢式定向井技術(shù)，井?dāng)?shù)多、井距小導(dǎo)致的海洋叢式平臺定向井淺層防碰和深層防碰問題也越來越突出[2-4]。 如何避免新井眼與老井眼空間上碰撞，是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)[5]。 調(diào)整井?dāng)?shù)量增多及外掛井槽、外加樁腿等使井間距越來越小，為節(jié)省平臺空間面積，井槽間距由2.0 m×2.0 m 縮小至1.5 m×1.7 m，防碰風(fēng)險(xiǎn)由淺層防碰演變?yōu)樯顪\層防碰，由單點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)展為多點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)。 軌跡交碰鉆穿鄰井套管事故風(fēng)險(xiǎn)增大，輕者會使井眼報(bào)廢，重者造成井噴損毀平臺， 甚至造成海洋環(huán)境的嚴(yán)重污染及人員傷亡[6]。 針對海上密集叢式井防碰問題，分析了目前渤海油田整體加密技術(shù)現(xiàn)狀，研究了陀螺復(fù)測、靶點(diǎn)優(yōu)化調(diào)整及重點(diǎn)防碰井段牙輪鉆頭的使用， 重點(diǎn)研究了防碰風(fēng)險(xiǎn)高的單筒雙井所使用的占位技術(shù)、表層預(yù)斜技術(shù)及叢式井防碰預(yù)警技術(shù)， 給出了密集叢式井工程一體系統(tǒng)化防碰方案， 并以綏中36-1 油田Ⅱ期綜合調(diào)整方案為例進(jìn)行說明， 現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。

1 渤海油田整體加密技術(shù)現(xiàn)狀

渤海油田規(guī)模實(shí)施調(diào)整井推動油氣上產(chǎn)， 提高油田開發(fā)效益，以綏中36-1 油田為起點(diǎn)，逐步拓展加密調(diào)整技術(shù)， 截至目前已有7 個油田實(shí)施加密調(diào)整，其中主力油田秦皇島32-6、綏中36-1 油田調(diào)整方案已經(jīng)實(shí)施完畢（表1）。

綏中36-1 油田經(jīng)歷了I 期開發(fā)、 Ⅱ期開發(fā)，2009 年開始實(shí)施加密調(diào)整。海上平臺井槽槽口間距為2.0 m×1.8 m，油井間距為350 m×175 m×90 m，隨I 期與Ⅱ期綜合加密調(diào)整的實(shí)施， 加密調(diào)整井的實(shí)施難度越來越大，尤其是Ⅱ期綜合加密調(diào)整。

隨著調(diào)整加密的進(jìn)行，如圖1—圖3 所示，井眼軌跡三維大幅度變化，井間距越來越小，由淺層風(fēng)險(xiǎn)演變?yōu)樯顪\層風(fēng)險(xiǎn)，由單點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)展為多點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)。若鉆穿鄰井套管，輕者會使井眼報(bào)廢，重者造成井噴損毀平臺。

表1 渤海油田加密調(diào)整井情況

圖1 綏中36-1 油田A 平臺加密前井眼軌跡水平投影

圖2 綏中36-1 油田A 平臺加密后井眼軌跡水平投影

圖3 渤海X 平臺槽口區(qū)軌跡圖

目前調(diào)整井普遍存在“三多”問題：槽口多（槽口間距變?。?、調(diào)整批次多、同一儲層布井多，這給現(xiàn)場防碰工作帶來很大困難， 另外老井軌跡數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，直井段一般都是多點(diǎn)測斜數(shù)據(jù)，甚至有的井沒有數(shù)據(jù)，MWD 測量數(shù)據(jù)測點(diǎn)距離大。 如圖4 所示，很多井需要穿過誤差橢圓，由于調(diào)整井的局限性，靶點(diǎn)和軌跡的調(diào)整余地非常有限， 使得許多井在設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)穿過誤差橢圓， 實(shí)鉆過程中的碰撞風(fēng)險(xiǎn)非常大。

圖4 綏中36-1 油田A 平臺軌跡誤差橢圓投影圖

2 叢式井調(diào)整加密技術(shù)

2.1 觀察井眼相碰征兆

鉆進(jìn)過程中對于重點(diǎn)防碰井段定向井工程師、錄井人員、井隊(duì)人員及現(xiàn)場監(jiān)督多部門應(yīng)密切配合，緊密觀察作業(yè)中可能發(fā)生的相碰征兆。 常見的相碰征兆如下：①鉆井參數(shù)異常。 扭矩波動明顯（旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)），鉆具蹩跳，鉆壓有增無減，鉆速變慢，泵壓升高（帶馬達(dá)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)）等；②MWD 的Btotal 值和Dip 值異常，超出該地區(qū)正常值的±2%；③振動篩返出水泥（鄰井有水泥封固），甚至鐵屑；④鉆具短暫放空（鄰井無水泥封固）；⑤聆聽到被碰撞井套管存在敲擊聲音； ⑥互為單筒雙井或鄰井套管頭翼閥打開時(shí)有鉆井液返出（套管環(huán)空未擠水泥）；⑦發(fā)生井漏或井涌。

鉆遇或鉆穿套管后可能出現(xiàn)下列現(xiàn)象： 返出有水泥或鐵屑；返出流量異常；井涌；井漏；鄰井套壓變化或套管試壓不合格等。 一旦有鉆具憋跳以及井眼相碰預(yù)兆，立即將鉆具提離井底5 m 以上，同時(shí)將泵排量降至20 沖/min，并降低轉(zhuǎn)速，禁止在井底大排量循環(huán)，并通知鉆井監(jiān)督，等候處理。

2.2 綜合調(diào)整加密技術(shù)

2.2.1 陀螺復(fù)測軌跡數(shù)據(jù)

海上叢式井槽口間距一般在1.8 m 內(nèi)， 井深120 m 后開始造斜， 因此在井深小于120 m 的淺層井段相碰風(fēng)險(xiǎn)較高， 需要對待鉆井與已鉆井軌跡數(shù)據(jù)有較好的認(rèn)識，常規(guī)隨鉆測量（MWD）抗套管等磁干擾能力較差，因此現(xiàn)場采用自動尋北速度快、抗磁干擾能力強(qiáng)的陀螺測斜儀進(jìn)行測量[7]，其具體測試流程如圖5 所示。

圖5 陀螺復(fù)測流程圖

1）老井KEEPER 陀螺復(fù)測：平臺上老井淺層測量時(shí)為多點(diǎn)數(shù)據(jù)，測量誤差大。 平臺鉆新井前，提前進(jìn)行陀螺復(fù)測，根據(jù)陀螺數(shù)據(jù)精確設(shè)計(jì)軌跡，建立老平臺軌跡數(shù)據(jù)庫，輸入新井測量的數(shù)據(jù)，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

2）新井KEEPER 陀螺復(fù)測：對于新鉆井，在陀螺定向、表層結(jié)束及完鉆后均需要復(fù)測軌跡。

2.2.2 合理安排槽口排布及優(yōu)化造斜點(diǎn)

根據(jù)軌跡的初步設(shè)計(jì)， 應(yīng)用Compass 軟件與鄰井、鄰平臺進(jìn)行防碰掃描，從中心距離、分離系數(shù)、位置關(guān)系等多方面進(jìn)行防碰綜合分析， 并據(jù)此進(jìn)行防碰繞障優(yōu)化。根據(jù)井眼方位依次布井，盡量避免井與井立體交叉；造斜點(diǎn)深度一般外排淺，內(nèi)排深，同時(shí)造斜點(diǎn)錯開30 m 以上[8]；外排井采用不低于內(nèi)排井造斜率，外排井表層預(yù)斜。

2.2.3 靶點(diǎn)優(yōu)化調(diào)整

在油田前期研究設(shè)計(jì)中， 根據(jù)井槽坐標(biāo)和靶點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計(jì)[9]，對新井及老井均采用防碰掃描分析，防碰掃描的標(biāo)準(zhǔn)可采用分離系數(shù)結(jié)合理論井眼間距的方法， 通常新油氣田的井設(shè)計(jì)分離系數(shù)宜不小于1.5，加密調(diào)整井設(shè)計(jì)分離系數(shù)應(yīng)大于1.0，將存在深層防碰風(fēng)險(xiǎn)及扭方位度數(shù)大、狗腿度大等存在施工難度的井， 通過調(diào)整靶點(diǎn)優(yōu)化井眼軌跡。

2.2.4 牙輪鉆頭通過防碰井段

相對PDC 復(fù)合金剛石鉆頭而言，牙輪鉆頭齒比較鈍，破碎巖石以壓入沖擊為主，剪切力比較小，在鉆遇鄰井套管時(shí)不易將套管鉆穿。 表層井段和防碰繞障井段直接使用牙輪鉆頭鉆進(jìn)，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.5 精確定向井軌跡控制

為使叢式井軌跡整體防碰， 需要綜合運(yùn)用直井段防斜打直、初始定向時(shí)工具面的精準(zhǔn)度、陀螺復(fù)測上部軌跡、防碰繞障、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向近鉆頭測斜等多種技術(shù)精確控制井眼軌跡[10]。

隔水導(dǎo)管初始打樁時(shí)不直會導(dǎo)致表層、 直井段偏斜， 容易使鉆頭在出導(dǎo)管鞋時(shí)沿著隔水導(dǎo)管偏斜方向鉆進(jìn)，給軌跡控制帶來難度。

2.2.6 表層預(yù)斜及占位鉆具技術(shù)

為了節(jié)省甲板面積，充分利用槽口資源，通常海上在槽口布局優(yōu)化中將平臺井槽區(qū)四角布置單筒雙井，這將會給軌道防碰設(shè)計(jì)、鉆井作業(yè)施工及后期棄置工作帶來較大難度。為避免軌跡交碰，單筒雙井在鉆井設(shè)計(jì)及施工時(shí)須采用表層預(yù)斜及占位鉆具等技術(shù)措施，具體體現(xiàn)在以下幾方面：①表層預(yù)斜技術(shù)將外排槽口在密集的槽口區(qū)進(jìn)行有效的井眼分離，在軌道設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先進(jìn)行扭方位設(shè)計(jì)，鉆至安全井段后，再按預(yù)定方向設(shè)計(jì)軌道；②由于表層預(yù)斜，表層下入較深，常規(guī)表層預(yù)斜技術(shù)無法滿足，需要使用占位鉆具，能有效實(shí)現(xiàn)表層閉路深鉆及軌跡精確控制。

2.2.7 叢式井防碰預(yù)警裝置

根據(jù)振動信號在不同介質(zhì)中的傳播及衰減規(guī)律， 研究了鉆頭振動信號在地層及套管中距離識別方法，建立分析相對距離識別模型，實(shí)現(xiàn)了通過軟件對地下防碰情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。 可以實(shí)現(xiàn)單平臺和多平臺的實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)監(jiān)控井?dāng)?shù)可達(dá)4～8 口，該裝置操作程序簡單，防碰預(yù)警靈敏性高。

3 實(shí)例分析

綏中36-1 油田Ⅱ期綜合調(diào)整方案，利用N 平臺井槽實(shí)施F、H 區(qū)調(diào)整井作業(yè)，共24 口井，屬于老油田加密調(diào)整井，防碰風(fēng)險(xiǎn)高，因此根據(jù)上述的叢式井綜合調(diào)整加密技術(shù)進(jìn)行了加密調(diào)整井的設(shè)計(jì)及實(shí)施。

3.1 加強(qiáng)觀察碰撞征兆

加密調(diào)整井的鉆井過程中， 應(yīng)時(shí)刻注意相碰征兆，如注意扭矩、泵壓突然增高，鉆具短暫放空（鄰井無水泥封固），MWD 的Btotal 值異常，超出該地區(qū)正常值的±2%，則應(yīng)分析是否發(fā)生了碰撞。

3.2 KEEPER 陀螺復(fù)測

由于綏中36-1 油田是20 世紀(jì)90 年代開發(fā)的老油田，井眼軌跡的測量結(jié)果精確度不高，為避免與老井發(fā)生碰撞， 對綏中36-1 油田Ⅱ期綜合調(diào)整的新井及相碰風(fēng)險(xiǎn)高的20 口老井進(jìn)行了陀螺復(fù)測井斜數(shù)據(jù)，復(fù)測井段0～1 550 m。具體見表2。鉆新井過程中，在陀螺定向后、表層結(jié)束及完鉆后均進(jìn)行了復(fù)測軌跡。

表2 陀螺復(fù)測井段

通過陀螺復(fù)測，老井的復(fù)測結(jié)果，井眼中心距偏差1～9 m。 而新井測量間距為10 m/點(diǎn)，測量深度儀器所能下達(dá)的最大深度，保證了井眼軌跡的準(zhǔn)確性。

3.3 槽口靶點(diǎn)優(yōu)化

N 平臺總計(jì)35 個井槽，呈5 m×7 m 分布，本次實(shí)施24 口井的調(diào)整。根據(jù)鉆井順序，造斜點(diǎn)外排淺，內(nèi)排深，外排井造斜率3°/30 m 以上，以保證井眼空間分布無任何交叉現(xiàn)象。

部分調(diào)整井上部井段穿過F 平臺老井，深層要穿過H 平臺老井，相碰風(fēng)險(xiǎn)高。 經(jīng)過調(diào)整靶點(diǎn)，全井段分離系數(shù)大于1，N6、N15H、N17H 等總計(jì)11 口井調(diào)整靶點(diǎn)，滿足地質(zhì)油藏的前提下，大大減輕了防碰壓力，具體的槽口-靶點(diǎn)優(yōu)化結(jié)果如圖6 所示。

圖6 槽口優(yōu)化結(jié)果

3.4 牙輪鉆頭鉆過防碰井段

牙輪鉆頭鉆遇鄰井套管相碰征兆明顯， 因此對于相碰風(fēng)險(xiǎn)高的井，如表3 所示，需根據(jù)井眼軌跡數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、防碰繞障、井眼中心距及分離系數(shù)綜合分析。

通過對調(diào)整井進(jìn)行調(diào)整， 繞障前后同樣井深同樣垂深與老井最近距離增大20 m 以上、 分離系數(shù)全部大于1，滿足綜合調(diào)整井防碰要求。

表3 相碰風(fēng)險(xiǎn)高井牙輪鉆頭通過井段

3.5 精確軌跡控制

鉆具組合：406.4 mm(16")CONE-Bit+244.5 mm(")PDM（438 mm1.5°）+203.2 mm(8")F/V+311.2 mm(")STB+203.2 mm(8")NMDC+203.2 mm(8")HOS+203.2 mm(8")NMDC+203.2 mm(8")UBHO +203.2 mm(8")（F/J+JAR）+X/O+127 mm(5")HWDP×13。表層采用海水開路鉆進(jìn)，滑動井段鉆壓1～3 t，排量2 200～3 600 L/min； 旋轉(zhuǎn)井段的鉆壓0.5～1 t，排量3 200～4 100 L/min，轉(zhuǎn)速30～60 r/min。 起始造斜井段不進(jìn)行倒劃眼，同時(shí)掃稠膨潤土漿清潔井眼。

二開軌跡控制，鉆具組合采用馬達(dá)鉆具組合（上部井段）+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向（下部井段），防碰井段使用牙輪鉆頭。根據(jù)鄰井造斜率情況，優(yōu)選扶正器尺寸。優(yōu)化鉆井順序，減少相碰井?dāng)?shù)和風(fēng)險(xiǎn)。 加密撈砂取樣，分析所鉆遇地層情況， 防碰井段盡量保持鉆井參數(shù)恒定，便于分析判斷。

3.6 叢式井防碰預(yù)警裝置

根據(jù)鉆頭振動信號在地層及套管中傳播及衰減規(guī)律， 通過安裝在套管頭上的傳感器接受鉆頭振動信號，計(jì)算識別在鉆井鉆頭距該井套管的最近距離，實(shí)現(xiàn)了地下防碰情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。 綏中361C3 平臺C45H、C61H、C52H、C55H 計(jì)4 口井，進(jìn)行了該裝置的應(yīng)用，工作性能穩(wěn)定，軟件的識別能力強(qiáng)，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。 綏中36-1 油田經(jīng)過Ⅱ期加密井綜合調(diào)整方案后，僅N 平臺加密鉆井?dāng)?shù)多達(dá)24 口，最小井間距僅1.5 m×1.7 m，未發(fā)生一起鉆穿鄰井套管事故，為渤海油田安全高效開發(fā)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)論

1）針對海上密集叢式井防碰問題，分析了目前渤海油田整體加密技術(shù)現(xiàn)狀，指出了井眼相碰征兆。

2）系統(tǒng)性介紹了現(xiàn)在海上調(diào)整加密的關(guān)鍵技術(shù)，研究了陀螺復(fù)測、靶點(diǎn)優(yōu)化調(diào)整，重點(diǎn)防碰井段牙輪鉆頭的使用， 以及相碰風(fēng)險(xiǎn)高的單筒雙井所使用的占位技術(shù)及表層預(yù)斜技術(shù)。

3）隨著防碰技術(shù)的發(fā)展，更加智能、準(zhǔn)確、簡便的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生， 叢式井防碰預(yù)警裝置作業(yè)程序簡單，能夠大大提高防碰預(yù)警靈敏性。

4）應(yīng)用叢式井加密調(diào)整關(guān)鍵技術(shù)對綏中36-1油田經(jīng)過Ⅱ期加密井綜合進(jìn)行了實(shí)例應(yīng)用分析，未發(fā)生一起鉆穿鄰井套管事故。