楊 光

（中國石油天然氣集團(tuán)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(shè)計研究與應(yīng)用

楊 光

（中國石油天然氣集團(tuán)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(shè)計難、管串下入摩阻大等難題開展攻關(guān)與實踐，并在長慶油田莊230井區(qū)林平35-1井組進(jìn)行了先導(dǎo)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(shù)難題，形成了以井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、井網(wǎng)布局優(yōu)化、剖面軌跡控制等技術(shù)集成配套的叢式三維水平井井組整體設(shè)計。圖1表1參5

叢式水平井防碰技術(shù)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(yīng)用較為廣泛的水平井鉆井技術(shù)難以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)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(shè)和井場建設(shè)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(jì)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(shù)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(yīng)用前景。

1 叢式三維水平井整體設(shè)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(yù)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(shè)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(dǎo)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(jī)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(jī)組作業(yè)布井8口，設(shè)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?dāng)?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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jìn)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(fù)雜情況以滿足采油的需要設(shè)計井身結(jié)構(gòu)。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(guān)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(jìn)。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(jié)構(gòu)方案設(shè)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(shè)計

在對叢式三維水平井進(jìn)行可行性論證后，進(jìn)行井口排序，確定鉆井順序，進(jìn)行井身剖面設(shè)計。這是整個工程的關(guān)鍵，也是綜合統(tǒng)籌的安排，圍繞防碰這一中心，進(jìn)行井身剖面優(yōu)化設(shè)計。剖面設(shè)計原則是，優(yōu)先設(shè)計三維水平井井眼軌道，預(yù)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(shè)計的三維水平井軌跡空間為預(yù)防碰對象，如果兩井軌跡有相碰趨勢，應(yīng)進(jìn)行繞障施工。

2 叢式三維井組現(xiàn)場施工技術(shù)措施

眾所周知，防碰技術(shù)是叢式井組的核心技術(shù)，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(jié)出如下技術(shù)措施。

2.1 嚴(yán)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(shù)是水平井施工的基礎(chǔ)，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(yán)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(qiáng)防斜打直技術(shù)措施，確保直井段井身質(zhì)量。

2.2 優(yōu)化井身軌跡設(shè)計和防碰預(yù)案制定

根據(jù)地層造斜規(guī)律、工具的造斜能力、軌跡設(shè)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(jìn)行修改。而對于三維水平井，其關(guān)鍵技術(shù)是直井段進(jìn)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(zhǔn)靶體方位，狗腿度不大于6°/30 m。同時，做好防碰預(yù)案的設(shè)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(cè)位移或負(fù)位移的方式進(jìn)行預(yù)防碰。

2.3 做好井組的整體設(shè)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(shè)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(shè)計有相近趨勢時，優(yōu)先設(shè)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(shè)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(yán)格施工參數(shù)，保證滑動鉆進(jìn)的效果，使實鉆的井身軌跡盡可能與設(shè)計趨于一致。叢式井組施工前，應(yīng)進(jìn)行全井組井眼軌跡設(shè)計，先設(shè)計三維水平井井眼軌跡，預(yù)留三維水平井軌道空間，其它井以三維水平井為預(yù)防碰目標(biāo)井進(jìn)行井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計。先施工井嚴(yán)格按照設(shè)計軌跡施工，如與三維水平井預(yù)留軌道空間有相碰趨勢時，應(yīng)提前做出調(diào)整，必要時進(jìn)行繞障施工。

2.5 保證鉆井液性能和嚴(yán)格施工措施

針對長慶油田三維水平井地質(zhì)情況復(fù)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(qiáng)，保證鉆井施工的正常進(jìn)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(yīng)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(qiáng)泥漿性能的維護(hù)處理，加強(qiáng)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(yán)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(hù)較高的性能，嚴(yán)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(jìn)行短起下作業(yè)。起下鉆時嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,避免出現(xiàn)復(fù)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(dāng)提高密度及強(qiáng)化抑制性，防止坍塌。根據(jù)鉆井液消耗情況，用稀膠液進(jìn)行“細(xì)水長流”的辦法維護(hù)，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(shè)備，嚴(yán)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(shù)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(xué)的現(xiàn)場施工技術(shù)。

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(jìn)行井組整體井眼軌道設(shè)計，按照鉆井順序盡可能優(yōu)化軌道設(shè)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(shè)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(shè)計按照魚刺狀進(jìn)行表層繞障預(yù)分，為后續(xù)施工預(yù)留空間。表層直井段采用346 mm鉆頭，高轉(zhuǎn)速低鉆壓，這樣提高了機(jī)械鉆速，又達(dá)到防斜的目的。單多點儀器測量監(jiān)控，跟蹤控制，加強(qiáng)多點測量，實時預(yù)算軌跡，采用最小距離法進(jìn)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(shù)在2口三維水平井施工中，將三維軌道優(yōu)化設(shè)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(shè)計趨于同步。采用高效PDC鉆頭加優(yōu)質(zhì)低轉(zhuǎn)速大扭矩7級馬達(dá),配合先進(jìn)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(dǎo)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(zhǔn)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(jìn)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(shè)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(jìn)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(shè)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(shè)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(guān)鍵，確保了后續(xù)施工井有足夠的防碰繞障空間。

4 結(jié)論與建議

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

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

（3）在方案實施過程中，應(yīng)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(dāng)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。

1王偉.三維型斜面圓弧井眼軌跡控制技術(shù)[J].石油鉆采工藝，2007，29（4）.

2蘇義腦.水平井井眼軌道控制[M].北京:石油工業(yè)出版社，2000.

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(shù)，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(shù)[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(shè)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(tuán)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(shè)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