涪陵頁巖氣田二期水平井鉆井防碰繞障技術

李亞南于占淼

1.中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院；2.中原石油工程有限公司鉆井二公司

涪陵頁巖氣田二期水平井鉆井防碰繞障技術

李亞南1于占淼2

1.中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院；2.中原石油工程有限公司鉆井二公司

涪陵頁巖氣田二期處于油藏邊緣地帶，地層傾角大、斷層多。由于儲層埋藏深，設計直井段長，防斜打直問題突出；為提高采收率并降低鉆探成本，二期工程繼續采用井工廠模式開發，但與一期相比，平臺布井數量增加，井口距離小，防碰繞障難題亟待解決。以焦頁81-1HF井為例，撰寫了現場水平井防碰施工注意事項；結合同平臺井組井史資料，優化設計了焦頁81-1HF井身剖面；模擬鄰井防碰數據，確定了防碰重點井位、井段，制定了防碰技術方案及定向施工措施，優選鉆頭、鉆具組合，避免鄰井防碰，降低作業風險?，F場應用表明，同平臺7口水平井防碰繞障成功，井眼軌跡光滑，準確中靶，為下套管及固井施工奠定了基礎，為涪陵二期叢式水平井防碰繞障施工提供了借鑒。

頁巖氣；工廠化鉆井； 水平井； 防碰繞障； 軌跡控制；涪陵

涪陵頁巖氣田二期產建區劃分為江東、平橋、白濤等5個開發區塊，其中江東、平橋區塊試氣效果最好，作為重點開發區。但與一期產建區相比，二期地處油藏邊緣帶、地層高陡、斷層發育、儲層埋藏加深、單塊有利氣藏面積小，地質情況復雜，因此為提高鉆井效率，降低施工成本，采用井工廠叢式水平井開發模式，單平臺布井密度高，井口間距小，導致同平臺井組及相鄰平臺井井間防碰問題異常突出，屬于多井防碰繞障，一旦施工設計方案及防碰技術不合理，易造成鄰井相碰事故［1］。文中以焦頁81-1HF井為例，分析了涪陵頁巖氣田二期叢式水平井現場施工技術難點，制定了井眼軌跡控制及防碰技術方案和施工措施，保證井眼軌跡質量，實現井間高效防碰，為涪陵二期叢式水平井多井防碰繞障提供借鑒。

1 焦頁81-1HF井概況

Summary of Well Jiaoye 81-1HF

焦頁81平臺位于川東南涪陵區中部涪陵頁巖氣田二期江東區塊，地處重慶市涪陵區羅云鄉。地層構造位置川東高陡褶皺帶萬縣復向斜天臺場斷鼻，目的層上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組下部頁巖氣層段。平臺上部署了焦頁81-2HF等7口大位移水平井，采用井工廠開發模式，但布井方式由一期常規型布井方式轉為魚鉤型布井。其中焦頁81-IHF井是該平臺上最后施工的一口井，設計井深5060 m，最大井斜65.52°，方位0°，水平段長1648.18 m，靶前距567.36 m，入靶垂深3 166 m，靶區窗口上下5 m、左右10 m，面臨著6口同平臺井防碰繞障問題，施工難度大。該平臺井組水平投影見圖1。

圖1 焦頁81平臺井組水平投影圖Fig.1 Horizontal projection of well group on Jiaoye 81 flat

2 技術難點

Construction difficulties

（1）地層傾角大、巖性復雜。焦頁81平臺位于萬縣復向斜天臺場斷鼻，屬于油藏邊界帶，地層傾角大（20°～30°）、變化多；龍潭組地層含硅質灰巖夾泥巖，易蹩跳鉆，鉆速時快時慢，定向工具面不穩，井斜控制困難，鉆進過程中定向頻繁［2］。

（2）鄰井多、間距小。焦頁81號平臺共有7口大位移水平井，南北平臺內井口間距等間距排列，井口間距10 m，其中焦頁81-2、7、6、5HF 4口井成“L”型排列，位于南半平臺；焦頁81-1、3、4HF 3口井成一字排列，位于北半平臺，焦頁81-4HF井與焦頁81-1HF井井口間距最近。焦頁81平臺井位布局見圖2。

圖2 焦頁81平臺井位布局Fig.2 Well location arrangement of Jiaoye 81 pad

（3）按照鉆機整拖方向開展鉆井施工。焦頁81平臺南北平臺由兩支鉆井隊承鉆，均采用鉆機整拖方式施行導軌平移井架，由于現場施工中鉆機整拖方向的鉆井井序問題，導致沒有優先鉆水平位移大、造斜點淺的井，增加了井間防碰施工難度［3］。

（4）直井段長。涪陵頁巖氣田二期儲層埋藏垂深3 200～3 800 m，井身剖面直井段長1 800～2 400 m，設計要求直井段1 000 m內全角變化率小于1（°）/30 m，1 000 m至造斜點全角變化率控制在1.25（°）/30 m，防斜打直難度大。

（5）隨鉆測量儀器誤差。儀器測量誤差及測量數據滯后直接影響井眼軌跡控制，焦頁81平臺使用隨鉆測斜儀器，誤差范圍方位角±1.5°，井斜角±0.1°，磁性工具面角±1.5°，重力工具面角±1.5°。

3 技術方案

Construction preparation

3.1 總體技術方案

Construction scheme

（1）明確井場地理位置，確定周邊鄰井數量，明確防碰井位。根據防碰井實鉆井眼軌跡數據，確認防碰井井口坐標、磁偏角、電測連斜和多點數據，保證電測數據與隨鉆數據的一致性，統一方位數據、統一地磁模型［4］，確保防碰設計準確指導現場施工。

（2）優選井眼軌跡防碰掃描方法。防碰掃描方法主要有最小距離掃描法、水平面掃描法、法面掃描法3種方法，其中最小距離法可計算井眼軌跡空間最小距離，反映鄰井三維空間距離、井斜關系。

（3）模擬計算鄰井空間防碰最近距離，確定防碰繞障重點、難點井位及井段，優選防碰繞障技術，制定繞障施工方案。

（4）施工中嚴密監測井斜數據變化。應用的隨鉆儀器，測點距鉆頭位置距離16～19 m，測斜數據有延遲，在防碰重點井段施工時，依據已鉆井眼變化規律預測井底數據，實時分析防碰數據?？紤]測斜儀誤差，修正防碰模擬數據，指導現場施工。

（5）鄰井防碰間距縮小時，及時采取加密測量，勤模擬多分析，發現問題及時定向調整；測量井斜數據時，認真觀察磁場強度數據變化情況，辨識、判斷有無鄰井套管磁場干擾。

3.2 分井段技術方案

Technical scheme of separate well section

3.2.1 一開直井段 一開采用“減震+扶正”技術，確保直井段防斜打直，提高機械鉆速。工程設計要求一開直井段位移≤5 m，全角變化率1（°）/30 m。

3.2.2 二開井段 針對焦頁81-1HF井井斜控制難、防碰井數多、施工難度大的問題，優化造斜點位置，采取前期造側負向位移方法繞障，減少同一防碰掃描區域內防碰井數量，降低防碰風險。

焦頁81-1HF井與6口鄰井進行防碰，模擬防碰掃描數據，焦頁81-3、4HF井是重點防碰井位，其中焦頁81-4HF井防碰最小中心距離4.23 m、最近橢圓距離僅0.95 m，分離系數1.291，井眼相碰風險高，詳細數據見表1，防碰分離系數見圖3。

表1 二開防碰模擬數據Table 1 Anti-collision simulation data of the second spudding

為降低防碰風險，并保證儲層鉆遇率，二開重點防碰段井眼軌跡剖面優化設計為“微增-增斜扭方位-穩斜”，造斜點上移至750 m。750～800 m以全角變化率3（°）/100 m進行定向施工，井斜增至1.5°，扭方位到130°；800～1 600 m以全角變化率1（°）/100 m鉆進，增斜穩方位，井斜增至10°，方位130°。以方位130°造側負向位移，減少同一區域段內防碰井數量，降低防碰風險；1 600～1 950 m，增斜扭方位，井斜增至24.32°，方位由130°扭到268.81°；1950 m穩斜穩方位至二開中完。

圖3 防碰掃描分離系數Fig.3 Anti-collision scanning separation coefficient

4 三維防碰繞障技術

3D collision avoidance and obstacle bypass technology

4.1 一開直井段

Vertical hole section during the first spudding

（1）鉆具組合：?406.4 mm牙輪鉆頭+ ?244mm單彎螺桿（0.5°，?398 mm扶正器）×1根+?390 mm扶正器×1根+?228.6 mm鉆鋌×1根+?203 mm無磁鉆鋌+?203 mm鉆鋌×4根+?229 mm減震器+? 139.7 mm加重鉆桿×20根+?139.7 mm鉆桿。

（2）一開70～711 m直井段復合鉆進，每百米吊測一次，若井斜超過設計要求，采用小鉆壓吊打鉆進。一開完鉆，使用多點測斜儀器測量井斜方位數據。

4.2 二開防碰控制技術

Anti-collision technology of the second spudding

4.2.1 微增段 微增段主要與焦頁81-3HF、焦頁81-4HF井防碰，要求全角變化率較小，采用“小彎角螺桿+扶正器”技術。

（1）鉆具組合：?311.2 mm PDC鉆頭+ ?216 mm單彎螺桿（1°，?305 mm扶正器）×1根+ ?300 mm扶正器×1根+浮閥+ ?203 mm無磁鉆鋌×1根+?203 mm無磁懸掛×1根+ ?203 mm鉆鋌×3根+?139.7 mm加重鉆桿×20根+ ?139.7 mm鉆桿。

（2）復合鉆進與滑動鉆進相結合，滑動鉆進控制井斜微增，全角變化率控制為1～2（°）/100 m，方位120～140°，滑動鉆進走側負方向位移，此段防碰井數量由6口減到2口，減少防碰繞障的同時保證井眼光滑。

4.2.2 增斜扭方位段 （1）鉆具組合：?311.2 mm PDC鉆頭+ ?216 mm單彎螺桿（1.25°，?305 mm扶正器）×1根+浮閥+ ?203mm無磁鉆鋌×1根+?203 mm無磁懸掛×1根+ ?203 mm鉆鋌×3根+ ?139.7 mm加重鉆桿×20根+ ?139.7 mm鉆桿。（2）井深1 600～1 950 m以全角變化率15（°）/100 m開始增斜扭方位，井斜增至24.32°，扭方位增至286.81°，在井深1 770 m與焦頁81-5HF井距離最近，采取定向增斜、扭方位，1 794 m后井段逐漸遠離，與此井再無防碰風險。

4.2.3 穩斜段 （1）鉆具組合：?311.2 mm PDC鉆頭+?216 mm單彎螺桿（1°，?305 mm扶正器）×1根+?285 mm扶正器×1根+浮閥+ ?203 mm無磁鉆鋌×1根+?203 mm無磁懸掛×1根+ ?203mm鉆鋌×3根+?139.7 mm加重鉆桿×20根+ ?139.7 mm鉆桿。（2）由于模擬焦頁81-1HF井穩斜段與鄰井焦頁81-2、6、7HF井防碰，井深2 040 m，距離焦頁81-6HF井最近，分離系數4.791；井深2 070 m，距離焦頁81-2井最近，分離系數7.827；井深2 077.94 m，距離焦頁81-7井最近，分離系數3.356，因此施工風險高，密切監視與鄰井的防碰距離變化，分析已鉆井眼井斜微增、方位微降的規律基礎上，提前定向施工，避免了井間碰撞可能。在井深2 180 m，井斜23.9°，方位286.82°，與最近焦頁81-7HF井，中心距離55.5 m，橢圓距離47 m，分離系數提升至6.228，消除了井間碰撞風險，全井防碰施工結束，防碰繞障成功。

4.3 現場應用效果

Field application

焦頁81-1HF井通過應用防碰繞障控制技術，與6口鄰井防碰成功，重點防碰井位井間距離和相對方位變化見圖4。

圖4 井間距離和相對方位變化Fig.4 Change of interwell distance and relative azimuth

焦頁81-1HF井一開井段全角變化率小于1（°）/30 m，符合設計要求；二開采用“小彎角螺桿+扶正器”技術，降低了滑動鉆進比例，提高機械效率的同時保證了軌跡的平滑，緩解了后續施工難度。

5 結論與認識

Conclusions and cognitions

（1）涪陵頁巖氣田二期產建區地層結構較一期復雜多變，采用井工廠叢式水平井開發模式，需結合工程設計整體規劃鉆機整拖井序，制定總體設計方案，減少防碰控制不利因素。

（2）一開直井段采用“減震+扶正”防斜打直技術，避免了井斜過大，為后續防碰繞障施工奠定基礎，同時提高了機械鉆速。

（3）優化了二開重點防碰井段井身剖面，應用最小距離防碰掃描法，確定了重點防碰井位；二開“微增段-增斜扭方位段-穩斜段”重點防碰井段，優化了造斜點位置，采用走側負向位移繞障井眼軌跡控制技術成功實現了井間防碰繞障。

（4）叢式井組多井防碰施工，獲得準確的鄰井實鉆數據、分析預測井眼軌跡走向、精確判斷有無鄰井套管磁干擾是實現安全優快防碰鉆井的關鍵。

References:

［1］趙峰.遼河油田曙一區水平井防碰繞障技術［J］.西部探礦工程，2012，24（8）： 39-42.ZHAO Feng.Horizontal well anti-collision and barrier bypassing technology of Shuyi block in the Liao He oilfield［J］.West-China Exploration Engineering,2012,24（8）:39-42.

［2］王霞.連平6-4井防碰繞障技術研究［J］.中國石油和化工標準與質量，2014（10）：79.WANG Xia.Lian Ping6-4 Well anti-collision and barrier by-passing technology research［J］.China Petroleum and Chemical Standard and Quality,2014(10): 79.

［3］劉曉艷，施亞楠，李培麗.叢式井組整體防碰與鉆井順序優化技術及應用［J］.石油鉆采工藝，2012，34（2）：9-12.LIU Xiaoyan,SHI Ya’nan,LI Peili.Techniques of cluster well general anti-collision and drilling sequence optimization［J］.Oil Drilling & Production Technology,2012,34（2）: 9-12.

［4］王萬慶，田逢軍.長慶馬嶺油田水平井鉆井防碰繞障技術［J］.石油鉆采工藝，2009，31（2）： 35-38.WANG Wanqing,TIAN Fengjun.The anti-collision and barrier-bypassing technology of horizontal well drilling in Changqing Maling Oilfield［J］.Oil Drilling &Production Technology,2009,31（2）: 35-38.

（修改稿收到日期 2017-02-08）

〔編輯 薛改珍〕

Collision avoidance and obstacle bypass technology for horizontal wells in the second phase of Fuling shale gas field

LI Ya’ nan1,YU Zhanmiao2
1.Drilling Engineering Technology Research Institute,SINOPEC Zhongyuan Petroleum Engineering Ltd.,Puyang457001,Henan,China;
2.No.2Drilling Company,SINOPEC Zhongyuan Petroleum Engineering Ltd.,Puyang457001,He’nan,China

Phase 2 site of Jiaoshiba shale gas project in Fuling is geographically located at the margin of oil reservoir with high stratigraphic dip and multiple faults.The reservoirs are buried deeply,so the vertical hole section shall be long.Therefore,inclination prevention is vital.To enhance recovery factor and decrease drilling cost,the phase 2 engineering is still developed in the mode of well factory.There are more wells in one pad and wellhead distance is shorter in phase 2 than in phase 1,so it is in urgent need to guarantee collision avoidance and obstacle bypass of horizontal wells.The seventh horizontal well (i.e.,Well Jiaoye 81-1HF) on the Jiaoye 81 pad was taken as an example to investigate the collision avoidance which is the construction focus and difficulty in phase 2.The on-site considerations of horizontal well anti-collision were prepared.Well profile of Well Jiaoye 81-1HF was optimally designed based on the historical data of well group on the same pad.The key well locations and hole sections of collision avoidance were determined by simulating the anti-collision data of neighboring wells.Anti-collision technology program and directional construction measure were formulated.Bit and BHA were optimized.And thus,collision between one well and its neighboring well was avoided and the operation risk was reduced.It is indicated that collision avoidance and obstacle bypass are realized successfully at 7 horizontal wells on the same pad and their hole trajectories are smooth with accurate targeting.It provides the foundation for casing job and cementing.And it can be used as the reference for the collision avoidance and obstacle bypass of cluster horizontal wells in the second phase of Fuling shale gas project.

shale gas; factory-like drilling; horizontal well; collision avoidance and obstacle bypass; trajectory control; Fuling

李亞南，于占淼.涪陵頁巖氣田二期水平井鉆井防碰繞障技術［J］.石油鉆采工藝，2017，39（3）：303-306.

TE243

：A

1000–7393（2017 ）03–0303–04DOI:10.13639/j.odpt.2017.03.009

: LI Ya’ nan,YU Zhanmiao.Collision avoidance and obstacle bypass technology for horizontal wells in the second phase of Fuling shale gas field［J］.Oil Drilling & Production Technology,2017,39(3): 303-306.

李亞南（1987-），2010年畢業于東北石油大學石油工程專業，現主要從事定向井及鉆井工藝研究。通訊地址：（457001）河南省濮陽市華龍區中原東路鉆井工程技術研究院。 E-mail：liyanan19870506@163.com