薩平5001井多井防碰掃描優(yōu)化設(shè)計(jì)

李歡歡，王玉璽，楊永祥，高大勇，李相勇，榮鵬飛

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

為了探索松遼盆地北部薩中區(qū)塊薩零油層組地質(zhì)儲(chǔ)量有效動(dòng)用方式，優(yōu)選有利目標(biāo)部署評(píng)價(jià)控制井薩平5001井。由于本井位于采油廠開發(fā)區(qū)內(nèi)，本井沿軌跡方向周圍300m范圍內(nèi)有39口油井，500m范圍內(nèi)有64口注水井，其中和本井井口及軌道距離較近的開發(fā)井有11口。因此，防碰是薩平5001井鉆井工程設(shè)計(jì)的重中之重。針對(duì)該井在鉆井過程中可能遇到的難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行了井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、井眼軌道設(shè)計(jì)、防碰掃描、鉆井液設(shè)計(jì)等。

1 薩平5001井設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

薩平5001井是一口部署在采油廠開發(fā)區(qū)內(nèi)的評(píng)價(jià)控制井，軌道方向上距離較近鄰井多達(dá)11口井，且地質(zhì)提示可能會(huì)鉆遇斷層，地質(zhì)勘探風(fēng)險(xiǎn)較高，鉆井施工風(fēng)險(xiǎn)較高，主要有以下設(shè)計(jì)難點(diǎn)：

（1）鉆井防碰設(shè)計(jì)難度較大：本井位于第一采油廠開發(fā)區(qū)內(nèi)，井網(wǎng)密度大，井口及軌道距開發(fā)井較近，防碰是本口井設(shè)計(jì)的重中之重。

（2）油、氣、水侵風(fēng)險(xiǎn)高：該井開發(fā)目的層薩零組雖未注水開發(fā)，但薩零薩Ⅰ夾層平均厚度14.2m，有油氣上竄可能。且本井地層埋深較淺，鄰井喇淺2井黑帝廟油層試油獲工業(yè)氣流，本區(qū)可能存在淺氣層。井噴、井涌、油水侵、油氣侵等事故的發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)較高。

（3）嫩江組井塌風(fēng)險(xiǎn)：嫩江組一、二段大段泥巖段地層，造漿性強(qiáng)，有井壁坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）鉆遇斷層：從地震資料上看，本井嫩三段下部約690m鉆遇一斷層，斷距約40m，存在井斜、井漏、井塌等多種風(fēng)險(xiǎn)。

2 薩平5001井鉆井優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 井眼軌道優(yōu)化

根據(jù)本井地質(zhì)目標(biāo)，采用逆推設(shè)計(jì)法，靶點(diǎn)連線回歸出最大井斜角88.25°，采用5段制雙弧雙增剖面，提高中靶率，設(shè)計(jì)造斜率5°~6°/30m，反算出造斜點(diǎn)616.03m。詳細(xì)井眼軌道數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)表見表1。

表1 薩平5001井井眼軌道設(shè)計(jì)表

2.2 防碰掃描

薩平5001井距離較近鄰井多達(dá)11口井，其與11口鄰井的位置關(guān)系見圖1。

圖1 薩平5001井與11口鄰井的位置關(guān)系

利用Landmark專業(yè)軟件中的Compass模塊進(jìn)行軌道防碰模擬計(jì)算。根據(jù)井眼防碰技術(shù)要求：①設(shè)計(jì)分離系數(shù)應(yīng)大于1.5或理論井眼間距大于15m。否則，重新修正井眼軌道設(shè)計(jì)，以滿足防碰要求。②分離系數(shù)1.5~3.0。在本井段施工時(shí)，若測(cè)量間距不大于30m，需要進(jìn)行防碰掃描。③分離系數(shù)不小于3.0時(shí)，在本井段施工時(shí)，可以不考慮防碰問題。綜合考慮，采取ISCWSA誤差計(jì)算模型，本井設(shè)置分離系數(shù)為1.0、1.5、3.0時(shí)的3個(gè)預(yù)警級(jí)別。定向分離系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：C——定向分離系數(shù)；

L——誤差橢球圓心距，m；

R、r——待設(shè)計(jì)井和掃描井井眼軌跡誤差橢球的半徑，m。

根據(jù)綜合考慮后設(shè)置的三個(gè)預(yù)警級(jí)別，通過以上分離系數(shù)計(jì)算公式，可以計(jì)算出臨界安全分離系數(shù)，分離示意圖見圖2。

圖2 定向分離系數(shù)示意圖

如圖2所示，①當(dāng)使用R1、r1、L1計(jì)算分離系數(shù)時(shí)，C1≥3.0，則在本井段施工時(shí)，可以不考慮防碰問題。②當(dāng)使用R2、r2、L2計(jì)算分離系數(shù)時(shí)，1.5≤C2＜3.0，在本井段施工時(shí)，若測(cè)量間距不大于30m，需要進(jìn)行防碰掃描。③當(dāng)使用R3、r3、L3計(jì)算分離系數(shù)時(shí)，1.0≤C3＜1.5，則此時(shí)應(yīng)停鉆，重新調(diào)整軌道設(shè)計(jì)，待重新掃描確保安全后，才可以繼續(xù)鉆進(jìn)。

根據(jù)老井測(cè)量?jī)x器的不同，對(duì)應(yīng)各自的測(cè)量模型和橢圓誤差，建立防碰障礙雷區(qū)，優(yōu)化微調(diào)出最佳靶點(diǎn)坐標(biāo)及軌道曲線。采用法面掃描和三維最近距離掃描方法對(duì)進(jìn)入防碰范圍的11口鄰井進(jìn)行防碰掃描，并對(duì)防碰掃描結(jié)果，根據(jù)防碰預(yù)警級(jí)別的不同，設(shè)置相應(yīng)的防碰要求及施工技術(shù)措施。鄰井防碰掃描計(jì)算總表見表2。

表2 薩平5001井鄰井防碰掃描計(jì)算總表

2.3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了封固地表竄層，保護(hù)明水組淺水層，表層套管應(yīng)盡量深下，針對(duì)鄰井黑帝廟有工業(yè)氣層，設(shè)計(jì)表層套管下至黑帝廟頂深10m四方臺(tái)組。且根據(jù)鄰井表套下深統(tǒng)計(jì)表3，最終優(yōu)化薩平5001井表套下深245m。

表3 薩平5001井鄰井表套下深表

井口安裝井控裝置，為二開施工提供安全保障。二開全井下入P110×9.17mm生產(chǎn)套管，滿足壓裂要求。全井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 薩平5001井井身結(jié)構(gòu)圖

2.4 鉆井液設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對(duì)二開嫩江組大段泥巖易水化剝落，有發(fā)生井塌風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)使用高性能水基鉆井液。該體系具有抑制性強(qiáng)、潤滑性好、失水小、防塌等特點(diǎn)，能有效提高長(zhǎng)裸眼段井眼穩(wěn)定性。

針對(duì)鄰井黑帝廟有工業(yè)氣層，結(jié)合地層三壓力預(yù)測(cè)值，設(shè)計(jì)二開密度1.25g/cm3以上。

為保證水平井鉆井安全，防止薩Ⅰ組油氣上竄造成井下復(fù)雜，設(shè)計(jì)進(jìn)目的層前50m即832m將鉆井液密度加重至1.40~1.45g/cm3。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

3.1 鉆井液

本井二開實(shí)鉆鉆井液性能穩(wěn)定，鉆井液密度設(shè)計(jì)合理，施工過程順利，未發(fā)生噴、漏、塌、卡等與鉆井液有關(guān)的復(fù)雜或事故，水平段失水2mL，有效保護(hù)了儲(chǔ)層。

3.2 實(shí)鉆軌跡

優(yōu)化設(shè)計(jì)的井眼軌道平滑，防碰設(shè)計(jì)有效，實(shí)鉆軌跡基本和設(shè)計(jì)吻合，未發(fā)生井眼相碰事故。對(duì)比圖見圖4。

3.3 實(shí)鉆效果

該井完鉆斜深1922m(垂深982.29m)，平均機(jī)械鉆速15.75m/h。本井實(shí)際鉆井周期16.31d，設(shè)計(jì)鉆井周期16d，設(shè)計(jì)周期符合率達(dá)到98%。

4 結(jié)論

（1）優(yōu)化井眼軌道設(shè)計(jì)，是保證施工順利和防碰的關(guān)鍵。

（2）使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)更靠近鉆頭，測(cè)量盲區(qū)小，更有利于防碰施工，同時(shí)可以提高鉆井時(shí)效和儲(chǔ)層鉆遇率。

（3）設(shè)計(jì)前期收集整理鄰井的井斜方位數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，并據(jù)此制定了針對(duì)性的防碰技術(shù)措施，有效避免了井眼相碰事故的發(fā)生。