叢式井施工順序優化探討

謝 鑫，丁少華，王進濤，竇正道，徐 浩

（1.中國石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇揚州225009）

叢式井組開發可節約大量的道路、井場建設投資，節省地面空間，便于采油集中建站和管理。目前，江蘇油田已開采多年，地面水網密布，房屋和農田密集與地下條件常常限制區塊開發方案的整體實施，為了滿足油藏整體開發的部署要求，減小投資成本，大量使用叢式井鉆井技術［1-2］。由于叢式井組之間井位密集，而且叢式井組之間的施工順序對井組之間的防碰至關重要。目前“一字形”叢式井組一般施工原則是利用造斜點相互錯開的方式實現各井間防碰，通常推薦的鉆井施工順序優化原則是：先鉆靶前距大、造斜點淺的井，后鉆靶前距小、造斜點深的井［3］。但是該原則并不能適用于所有平臺和部署井間的位置關系，有的反而會出現“蹩腿”現象，即隨著井深增加兩口井防碰距離出現一個更近的拐點。因此，根據平臺與部署井之間相對位置關系，科學地布置井架整拖方向，優化鉆井施工順序，對叢式井施工是否經濟、高效，甚至能否成功有重要的影響。

1 叢式井施工原則

1.1 叢式井組設計部署計算模型

根據“一字形”叢式井組施工規則，選擇2 口井組成的叢式井組進行模擬計算。假設如下：

（1）有A、B 兩個靶點，A 靶點坐標：南北坐標為A1、東西坐標為A2；B 靶點坐標：南北坐標為B1、東西坐標為B2。令A1＞B1，A2＜B2。

（2）井口坐標：南北坐標X1、東西坐標Y1；

（3）計劃采用叢式井組施工，井口的位置有2個地方可以選擇，一個位置在靶點的一側，即X1＞A1或X1＜B1 或Y1＜A2 或Y1＞B2；一個位置在靶點中間，即B1＜X1＜A1且A2＜Y1＜B2［4-5］。

（4）由于叢式井組之間的“蹩腿”主要是發生在直井段或者是剛開始造斜的井段，故認為A 井“蹩腿”現象發生的點在A 井直井段，B 井“蹩腿”現象發生的點在B井的剛開始造斜的井段。

1.2 井口坐標在靶點坐標一側的井位部署

當井口的坐標在靶點坐標的一側時，叢式井井位部署時要特別避免出現所謂的“蹩腿”現象，如圖1、圖2 所示，A 井的靶前距大于B 井，井口位置在靶點的右側［6-7］。

圖1 大門向著靶點方向的井口位置

圖2 大門向著靶點方向井口位置空間圖

B 井軌跡上“蹩腿”點E 在水平面的投影點為F點，整拖方向線與B 井軌跡水平投影的夾角為θ；A井直井段“蹩腿”點為G 點投影到水平面為點O1，B井直井段投影到水平面為O2點。O1O2為整拖距離5 m。O1點到B 軌跡水平投影的最短距離O1F=O1O25sinθ。G點和E點之間的垂深之差為ΔH。則G點和E點的距離S為：

由于G點和E點最近安全距離為5 m。

當井架整拖接近靶點時，即由O2向O1整拖，如圖1 所示。由于B 井先施工，如果A 井的造斜點深于B 井，則B 井軌跡上必然有一點E，與A 井上G 點垂深之差ΔH = 0，即蹩腿（見圖2）。如果設計將A井的造斜點淺于B，則可確保G 點與E 點的垂深之差ΔH ＞5cosθ，避免“蹩腿”現象。

反之，如圖3 所示，當井架整拖遠離靶點時，即由O1向O2整拖。由于B 井先施工，如果A 井的造斜點淺于B 井，則B 井軌跡上必然有一點E，其與A 井上G 點垂深之差ΔH = 0，即蹩腿。如果設計將A 井的造斜點深于B 井，則可確保G 點與E 點的垂深之差ΔH ＞5cosθ，避免“蹩腿”現象。

圖3 大門背著靶點方向的井口位置

總之，由于A井的靶前距大于B井的靶前距，則A 井的造斜點通常會淺于B 井的造斜點。當井架整拖接近靶點時，應先鉆B井再鉆A井，這樣便不會出現蹩腿情況，如圖1 所示鉆井順序。當井架整拖遠離靶點時，應先鉆A井然后再鉆B井，這樣便不會出現蹩腿現象，如圖3所示鉆井順序。

在圖1的情況，如果在地質要求必須先鉆A 井，則必須使A 的造斜點比B 井深。如果A 井靶前距過大，且靶點垂深比B井靶點垂深淺很多，會使鉆井施工難度增加。

當井架整拖方向近乎平行于靶點，如圖4所示，只要軌跡不交叉，即由O2向O1整拖，就可避免蹩腿。大門朝上時，先鉆下邊的B井，然后A井。大門向下時，先鉆上邊的A 井，然后B 井。如果軌跡相交，便要通過三維井眼繞開，才可以防碰。

圖4 大門和靶點連線方向一致的井口位置

1.3 井口在兩個靶點之間的井位部署

當井架整拖方向朝上（見圖5），即由O2向O1整拖，很顯然O1E＞O1O2＝5，即G 和E 的距離必然大于5 m。故先鉆下邊的B 井，然后是A 井，可避免“蹩腿”現象。

如果軌跡相交，如圖6 所示，當井架整拖方向朝上，即由O2向O1整拖，B 井軌跡上必然有一點E，與A 井上G 點垂深之差ΔH = 0，即蹩腿。此時，要通過三維井眼繞開，才可以防碰，但會增加施工難度。

圖5 軌跡不交叉的井口位置

圖6 軌跡交叉井口位置

因此，當井口的坐標在靶點之間時，大門朝向沒有特殊要求，對造斜點也沒有要求，只要軌跡不交叉，按照井的分布順序施工，便可避免出現蹩腿的現象。

1.4 井口在多個靶點之間的井位部署

叢式井組布井數量往往在2 口以上，對于n 口井的叢式井施工，以井口為中心建立一個坐標系，將井分成4 個部分，分別是第一象限井，第二象限井，第三象限井，第四象限井。各個象限之間的井鉆井順序不能相交，要對各個象限中井分別施工。在每個象限內，鉆井順序按照“井口坐標在靶點一側”中的原則設計。在各象限之間，按照“井口坐標值在兩個靶點坐標值之間”和“井口坐標在靶點一側”中的原則施工（見圖7）。

圖7 多口叢式井施工設計

如果大門向東如圖7 所示，總的施工順序要先施工西邊的A 和B，然后是東邊的C，D，F。由于井架整拖方向是遠離靶點，要先鉆造斜點淺的，后鉆造斜點深的。由于A 的靶前距大于B，A 的造斜點比B淺，因此要先對第四象限的A施工，然后是第三象限的B。對于井口東邊的井，由于是整拖方向接近靶點，因此要先鉆造斜點深的，后鉆造斜點淺的。由于C井的靶前距比D和F相對較小，因此要先鉆C井。又由于F 的靶前距比D 要大，其造斜點要淺于D。因此要先鉆D井，而后鉆F井。

2 實例應用

2.1 F斷塊

F 斷塊是一個斷背構造。預計布井f11-6，f11-1，f11-4。

圖8 F斷塊井位部署

勘察井位時，在該井組的南邊選擇一井口，大門方向選擇向北。鉆井順序要求f11-1，f11-4，f11-6，此時由于靶前距由大到小，依次為f11-6，f11-1，f11-4。先鉆井口東邊的井，由于是接近f11-1 和f11-4 的靶點，因此要求f11-1 的造斜點要深于f11-4。然后再鉆西邊井f11-6，其造斜點要淺于f11-4。

2.2 B6斷塊

B6 斷塊是由北東至北東東向的反向正斷層切割形成的斷鼻構造，井位密集程度高。B6-106，B6-107，B6-108，B6-109 四口井使用一個井場進行叢式井施工（見圖9）。

圖9 B6斷塊井位部署

如圖9所示，大門方向向北，在以井口為中心的坐標系中，先鉆第三象限的B6-107 和B6-110，由于B6-107 的靶前距小于B6-110，井架整拖方向是遠離該兩口井，故先鉆造斜點淺的B6-110，然后鉆B6-107。之后是第二象限的B6-109，第一象限的B6-108，由于這兩口井的靶前距和井深很接近，施工順序無特別要求。故該井組最優化的順序是：B6-110，B6-107，B6-109或B6-108。

由于地質要求鉆井的順序是B6-107、B6-108、B6-109、B6-110。先對第三象限的B6-107 施工，之后是第一象限的B6-108，之后是第二象限的B6-109，最后又是第三象限的B6-110。由于不同象限之間的井出現交叉，導致B6-110 必須要使用三維軌跡才可避開蹩腿，而三維井的設計使井身質量變差，增大了油井生產時桿管偏磨，同時也增加了施工難度，增加鉆井成本。

3 結論

（1）當井口位置在靶點坐標一側時，大門向著靶點方向，則先實施的井造斜點要深，后實施的井造斜點要淺；大門方向背著靶點方向，則先實施的井造斜點要淺，后實施的井造斜點要深。

（2）當井口位置在靶點中間時，大門方向沒有特定要求，只要軌跡不交叉，按順序依次施工即可。

（3）對于井組中井數較多的叢式井組，要以井口為中心劃分為4個象限，象限之間的井不能交叉，依次對每個象限中的井施工；在每個象限中，按照“井口位置在靶點坐標一側”和“井口位置在靶點中間”中涉及的原則設計施工。