海上丛式井网整体加密井眼轨迹防碰绕障技术应用
海上丛式井网整体加密
井眼轨迹防碰绕障技术应用冰
ｌ张晓诚１
刘亚军２
王昆剑：
张海ｚ
曹阳，
Ｉ
１．中海石油（中国）有限公司天津分公司；２．中海油能源发展监督监理技术公司；
Ｉ３．中海油田服务股份有限公司
摘要：海上油田综合调整过程中，井眼防碰已经成为制约丛式井网加密钻采的关键因素。针对海上油田单平台井数多、井间距离小、丛式井网密集的特点，利用井眼轨迹优化和防碰绕障设计，实施丛式井网整体加密钻采井眼轨迹防碰绕障技术。在绥中３６－１油田Ｌ平台应用效果证明，该技术能够有效防止井下碰撞事故的发生，减小钻井施工的难度。
关键词：丛式井网
整体加密井眼轨迹防碰绕障绥中３６－１
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—３０２ｘ．２０１０．０５．００４
目前，渤海油田部分稠油区块已经进入开发中后期。为了提高最终采收率，改善开发效果，需要在清楚认识剩余油分布的基础上，通过对丛式井网的整体加密钻采，进行海上油田的综合调整开发。如何优化井眼轨迹设计并有效控制井眼轨迹，穿越或避开老井眼，已经成为制约加密钻采的关键因素。因此，我们开展了针对海上油田丛式井网整体加密钻采的井眼轨迹防碰绕障技术研究，应用效果明显，对于海上油田的综合调整具有重要意义。
１
海上油田丛式井网整体加密钻井的难点
绥中３６—１油田Ｌ平台共布井９口，其中定向井８
口、水平井１日。绥中３６－１油田Ｂ平台为一个老平台，共有２０口井。Ｌ平台与Ｂ平台用栈桥连接，平台几何中心距约４５ｍ。Ｌ平台的井位布置在Ｂ平台原井位之间，相当于在“扫把”中间再插一把“扫把”，其难度可想而知（图１、图２）。由于丛式井轨迹呈放射状分布的特点，致使Ｌ平台有一部分井浅层就需朝Ｂ平台方向钻进，这使得防碰风险进一步加大。
图１ＳＺ３６—１Ｌ平台及Ｂ平台井位布置图
Ｂ平台的２０口井中，只有４口井直井段有陀螺数据（０—２５０ｍ），另外１６口井没有直井段数据（０—３００１５５０ｍ），且原平台各井眼轨迹测量仪器也有不同。此外，由于测点不是连续的，测点间距大，以及各种系统误差和计算误差，坐标系统与现用不一致，Ｂ平台井眼轨迹数据具有较大的不确定性。这又增加了Ｌ平台钻井过程中，井眼轨迹控制和防碰方面的难度。
｝基金项目：国家科技重大专项“海上稠油油田高效开发示范．ｘ，ＩＩ”，项目编号：２００８ＺＸ０５０５７。
第一作者简介：张晓诚，１９６８年生，１９９１年毕业于江汉石油学院开发系钻井工程专业，现任中海石油（中国）有限公司天津分公司绥中３６—１Ｉ期调整钻完井项目经理，主要从事钻完井方面的管理和技术工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｃｈ３＠ｃｎｏｏｃ．ｃｏｍ．ｃｎ
——
～一——
．．＿一
●，，
图２丛式井网加密调整并眼轨迹图
２井眼轨迹优化及防碰绕障设计
２．１井眼间距表述及计算方澍，１
在丛式井的设计与施工中，除了需要时刻注意实钻轨迹与设计轨迹的相符程度及其变化趋势，以确保中靶并保持良好的井身质量外，还需要考虑邻井的设计轨迹和实钻轨迹，用于进行防碰计算与设计。
目前用于表述井眼轨迹间相互关系的方法主要有：水平距离扫描、法向面距离扫描和最近距离扫描３种（图３）。最近距离扫描法的主要优点为总是显示
图３几种不同的井间距离扫描方法
ＪＪ—ｒ．Ｎ－士’Ｉ＊ｊ人。ｉ一＾＾Ｊ＾＾一ｄ古尸‘柑
到邻井的最近距离；缺点为在法向面上的投影是扭曲的。法向面距离扫描法的优点是法向面概念准确；缺点是从邻井向参考井反向扫描很难理解。水平距离扫描法的优点是简单易懂；但缺点是不能用于非直井，可能错过水平轨迹与垂直轨迹的碰撞，不能用于水平井扫描。
其中最近距离扫描主要用于邻井的防碰（图４），
欲钻井井眼轨迹
图４邻井间最近距离示意图
Ｄ哨ｙｚ坐标系由北东和垂深方向构成，户点为欲钻井设计轨迹上的点，假设邻井实钻轨迹上距离Ｐ点最近的点为Ｃ点，且Ｃ点位于以Ａ、Ｂ为端点的井段上，则由几何关系可知：
％２Ｒｃ一只产（一一哗卜Ｅｃ（１）式中Ｒ——井眼轨迹上某点的坐标矢量。
由于假设Ｐ，Ｃ两点间的距离最近，所以有：
（Ｒｃ一尺，）％２【（Ｅ一只，卜Ｂｃ】ｚ，０（２）式中Ｌ——点Ｃ处井眼轨迹的单位切向矢量。
将上述公式写成标量形式，得
￡２ＩＲｐｃｌ２、／‘砭＿≮）２＋（ｒ：－‘）２＋“乙－ｚＰ）２
２、／【％一鼍）＋△一ｃ】２＋【（Ｌ一巧ｙ－△Ｌｃ］２＋
塬孑葺再Ｅ了（３）噼ｃｓｉｎ叩ｏｓ艮＋△∞ｉｌｌ叩ｉｒ峨＋△孙ｏｓ嚷Ｆ０（４）其中：
蚁疗噼ｆＸ０＋蚁自ｃ
△ｙ尸，（一ｙＰ卜ＡＬｃ
呼ｃ＝（乙一乙）＋呼ｃ
式中三——最近距离，ｍ；
Ｘ——北坐标，ｍ；
】，——东坐标，ｍ；
Ｚ——垂深，ｍ；
ａ——井斜角，（ｏ）；
卢——方位角，（ｏ）。
在井眼轨迹设计时，可以通过计算井眼距离的分离系数，来判断井眼间距是否处于危险情况，并做出相应的决策。
分离系数＝中心距，（Ｒ．＋尺，）（５）根据分离系数的大小，对井间间距可做出简单的判断：分离系数大于１时，两井眼轨迹误差椭圆未相交，安全；分离系数等于１时，两井眼轨迹误差椭圆表面相接，较危险；分离系数小于１时，两井眼轨迹误差椭圆相交，危险（图５）。
图５分离系数计算示意图
２．２老并井眼轨迹确定
由于绥中３６—１油田原来的坐标体统全部为ＷＧＳ７２系统，为了保证作业方便，在项目开始初期就将坐标系统转化为ＷＧＳ８４系统。为了确定老井的井眼轨迹，对ＳＺ３６—１Ａ和Ｂ平台部分老井进行了陀螺复测作业（表１）。
通过复测结果可以发现，在５０（０井深处，有两口井（Ａ１，Ａ４）陀螺轨迹与原ＭＷＤ轨迹偏差较大，偏差分别为６ｍ和５．５ｍ。在复测段井底深度（７１０。８４０ｍ）处，有４口井（Ａｌ，Ａ４，Ａ１２，Ａ２３）陀螺轨迹与原轨迹偏差较大，分别为１２ｍ，８．２８ｍ，１３．７ｍ和１０．２９ｍ。陀螺复测轨迹与老轨迹分离系数见表２。
２．３井眼轨迹及防碰绕障优化设计
综合考虑油藏钻井顺序、井斜方位等因素，合理分配槽口，确定造斜点和造斜率。对于优化设计及调整靶点后浅层防碰仍然严重的井（Ｌ４，Ｌ５，Ｌ８，Ｌ１ｌｈ，且这４口井浅层都是朝Ｂ平台方向钻进），进行了防碰绕障设计（表３）。
表１ＳＺ３６—１一Ａ和Ｂ平台部分老井陀螺复测结果
井名井深（ｍ）偏差（ｍ）井深（ｍ）偏差（ｍ）
Ａｌ５００６７ｌＯ１２
Ａ２５０００．３５７５０３．５９
Ａ４５００５．５８ｌＯ８．２８
～
Ａ９５００２．０４７５０４．６３
Ａ１２５００３．１５８４ＩＤ１３．７
Ａ１４５００２．０６８７０１．０２
Ａ１９５００３．８８４０３．５３
Ａ２２５０００．８４６２０２．０６
Ａ２３５００１．１３７４０ｌｏ．２９
Ａ２４５００１．１９７８０３．０９
Ｂ１３５００Ｏ．７８６０３．１４
表２陀螺复测轨迹与老轨迹分离系数井名井深（５００ｍ）井深（７００ｍ）
Ａ１２．４３ｌ１．７５７
Ａ２０．５５ｌＯ．４５７
Ａ４８．４１２４．３２７
Ａ９１．４３４１．４４ｌ
Ａ１２３．３３３５．３２３
Ａ１４２．３６３１．０１ｌ
Ａ１９２．８６９１．５１６
Ａ２２０—４６３０．４８１
Ａ２３１．４９ｌ７．４５６
Ａ２４１．１５７１．】２８
Ｂ１３ｏ－９３２１．５１７
Ｌ４井：造斜点２５０ｍ＿初始朝２００方向造斜＿＋造斜至４５０ｍ，井斜达到２００＿＋稳斜钻进至５００ｍ－＋向设计方向造斜；
Ｌ５井：预斜点１７０ｍ－＋初始朝４０。方向造斜．＋造斜至３７０ｍ，井斜达到２００＿＋向设计方向造斜；
Ｌ８井：预斜点１２０ｍ一初始朝３００方向造斜＿＋造斜至３２０ｍ，井斜达到２００＿＋向设计方向造斜；
Ｌｌｌｈ井：预斜点１５０ｍ＿初始朝３０。方向造斜．÷造斜至３５０ｍ，井斜达到２００－＋向设计方向造斜。
轨迹优化和防碰绕障设计后的防碰扫描计算结果见表４。
如果不进行井眼轨迹优化和防碰绕障设计，Ｌ４井
＾＾●＾庄廿ｃ相一ｔ浦列４ｄｅ扒上：■ｃ
表３ＳＺ３６—１一Ｌ平台井眼轨迹设计数据
井名斜深（ｍ）垂深（ｍ）狗腿度【（。）／３０ｍ】第一造斜点（ｍ）第一稳斜角（。）第二造斜点（ｍ）最终井斜（。）水平位移（ｍ）Ｌ１１７４５．６６１６０４．７５３．００３００．００２５．８４１４１１．６２３１．３９５９ｒ７．２９１３２０００．８４１６９９．３６３．００２００．００３４．６４１４３８．２５３９．０５９４８．８１Ｌ４１６５４．３０１６１５．３４３．００２５０加８．２９１２３０．００２１．０３２５２．２８Ｌ５１９１６．０２１６０７．０５３．００１７０．００３６．１４１５４１．２２４７．７７８８８．２８Ｌ７１７５７．５８１６１２．２５３．００２７０．００２７．３８１３８２．６６２７．２１６０８．１８Ｉ－８１９９１２．９Ｉ１６１３．７２３．ｏｏ１２０．００４０．１ｌ１６６４．０２４５．９０１０４１．０６Ｌ９１９４１．１４１６０２．５７３．００１５０．００３４．３５１４０１．５６４７．１９９８６．１９Ｌ１０１９８４．５０１６２４．４８３．００１５０．００４５．２７１４１７．４２２２．９０９８４．４８Ｌ１ｌｈ２０７２．４２１４０ｌＤ０３．００１５０．００３３．９１１２００．７７８９．１７１１３６３２
表４轨迹优化和防碰绕障设计后的
防碰扫描计算结果
当前井临井目标井深（ｍ］最近距离（ｍ）分离系数
Ｂｌ６８０２６．７３５．６６３
Ｌ２
Ｂ２６５０２１．２４．８７ｌ
Ｂｌｌ５９０２４．２８７．６３４
Ｌ４Ｂ１３７８２．９１２７．３６．００４
Ｂ１４９３０２２．３４３．４４５
Ｌ６Ｂ１２２１３０１４．７９０．２７３
ＢｌｌＳ３２２０．５９８．６７５
１，７
ＢｌＯ５２０３２．５１３．６１９
Ｉ－８Ｌ儿ｈ１７００７２．９１．７５６
Ａ３ｌ１５９０７７．１３２．１２４
Ｌ１０
Ｂ１８５４０３０．０７７．６０６
Ｂ１６１５８０４３．９８１．３５４
Ｌ１ｌｈ
Ｌ５７２０１８．３８２．１２１
在５７６ｍ处，与Ｂ１１井的中心距仅为０．７５ｍ，作业过程中
会发生相撞事故。经过优化设计以后，在５８９ｍ处，两井
间的中心距增大至１８．７ｍ，Ｌ４井的钻井作业顺利完成（表
５、图６）。
表５Ｌ４井绕障前和绕障后与邻井防碰扫描数据对比
邻井绕障前绕障后
井名斜深（ｍ）中心距（ｍ）斜深（ｍ）中心距（ｍ）
Ｂ“５７６０．７５５８９ｌ８．７
Ｂ１０５７４１０５６４０３５．７
Ｂ１３７弱１３．５７８０２４
Ｂ１４８６７１９９３１２ｌ
图６ＳＺ３６—１一Ｌ４井防碰绕障轨迹图
１６石油科技论坛?２０１—Ｉ＿——?—＿—－—＿——————一