饒志華楊 超段澤輝耿艷紅劉 剛劉華亮

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司; 2.中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院; 3.中海石油(中國)有限公司湛江分公司; 4.中海油研究總院)

淺層多井防碰相對井間距預(yù)測模型的建立與現(xiàn)場驗(yàn)證*

饒志華1楊 超2段澤輝3耿艷紅4劉 剛2劉華亮2

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司; 2.中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院; 3.中海石油(中國)有限公司湛江分公司; 4.中海油研究總院)

隨著加密調(diào)整增產(chǎn)技術(shù)在海上油田的廣泛應(yīng)用,防碰問題已經(jīng)成為嚴(yán)重影響鉆井施工安全的主要問題之一。根據(jù)鉆頭破巖激發(fā)的振動(dòng)波在地層及套管中的傳播規(guī)律,建立了淺層多井防碰相對井間距預(yù)測模型,并利用所建模型對潿洲11-1N油田在鉆井A16井的3口風(fēng)險(xiǎn)鄰井套管頭振動(dòng)信號進(jìn)行了分析處理,得出了監(jiān)測井段鉆頭與各風(fēng)險(xiǎn)鄰井套管的相對距離,其結(jié)果與COMPASS掃描分析結(jié)果較為一致。所建立的預(yù)測模型具有實(shí)時(shí)、快速特點(diǎn),可以作為預(yù)測淺層多井防碰相對井間距的一種識(shí)別方式,為現(xiàn)場防碰作業(yè)提供參考。

多井防碰;相對井間距;預(yù)測模型;現(xiàn)場驗(yàn)證

隨著勘探程度的不斷深入,為實(shí)現(xiàn)海上油田的經(jīng)濟(jì)、高效開發(fā),高密度加密井項(xiàng)目的陸續(xù)展開必將導(dǎo)致淺層鉆井時(shí)井間距越來越小,使鉆井施工面臨很大的井眼碰撞風(fēng)險(xiǎn)[1]?！笆晃濉逼陂g,為提高采收率,在渤海油田部分區(qū)塊實(shí)施叢式井加密調(diào)整,期間出現(xiàn)了多次井眼碰撞險(xiǎn)情,制約了該地區(qū)鉆完井作業(yè)的順利進(jìn)行[2]。因此,海上油田叢式井加密調(diào)整對鉆井防碰提出了更高的要求。目前國內(nèi)外已經(jīng)形成一套相對成熟的現(xiàn)場井眼防碰設(shè)計(jì)方法和措施,主要包括鉆前的防碰設(shè)計(jì)和施工過程中的隨鉆監(jiān)測,但由于老井測斜數(shù)據(jù)丟失或不準(zhǔn)確,測斜方位角不準(zhǔn)確或未校正,使得鉆前防碰設(shè)計(jì)難以滿足防碰需求[3-4]。此外,防碰掃描受測斜數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)等因素的影響,使其在某些情況下無法滿足現(xiàn)場防碰的需求。

筆者根據(jù)鉆頭破巖激發(fā)的振動(dòng)波在地層及套管中的傳播規(guī)律,建立了淺層多井防碰相對井間距預(yù)測模型,通過對多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測值直接求解模型估計(jì)出目標(biāo)(鉆頭)距鄰井套管的距離,或者通過對單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測值進(jìn)行系數(shù)回歸來實(shí)現(xiàn)模型求解。這2種預(yù)測算法對節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和分布密度要求相對較低[5],因此均可選作振動(dòng)波能量傳播模型距離的求解方法。潿洲11-1N油田現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明,利用本文提出的預(yù)測模型所求取的多井相對井間距能夠較準(zhǔn)確地判斷在鉆井鉆頭的趨近趨勢,從而實(shí)現(xiàn)對鉆頭趨近臨近風(fēng)險(xiǎn)井的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。

1 預(yù)測模型建立

1.1 條件假設(shè)

鉆井作業(yè)中鉆頭產(chǎn)生的振動(dòng)波在不同地層及套管中的傳播情況很復(fù)雜,其在地層和套管中的衰減會(huì)受到很多因素的影響,為使問題得到簡化,作出如下3點(diǎn)假設(shè):

1)假設(shè)防碰點(diǎn)處鉆頭與鄰井套管之間地層的巖性和物性在橫向上基本一致,振動(dòng)波在地層中的衰減系數(shù)α(f)數(shù)值相同。淺層段叢式井各井之間的中心距較小,有些井之間不到10 m,因此假設(shè)鉆頭與鄰井套管之間地層的巖性、物性在橫向上基本一致是合理的。

2)假設(shè)振動(dòng)波在套管中的衰減系數(shù)β(f)數(shù)值相同。由于同一(或相鄰)平臺(tái)中各井的井身結(jié)構(gòu)大致相同,主要是指從防碰點(diǎn)到地面的套管連接狀態(tài)和套管頭連接狀態(tài)基本相同,故認(rèn)為衰減系數(shù)β(f)數(shù)值相同是合理的。

3)假設(shè)在鉆井和各監(jiān)測鄰井在造斜點(diǎn)之前的上部井段是直井段,故井筒套管長度近似相等。

1.2 模型建立

淺部地層巖石膠結(jié)相對疏松,硬度較低,根據(jù)鉆頭振動(dòng)波在地層及套管中的傳播規(guī)律,忽略振動(dòng)波能量的球面擴(kuò)散,僅考慮振動(dòng)波能量在介質(zhì)中傳播的吸收衰減,可建立測量相對井間距的數(shù)學(xué)模型[6]。

如圖1所示,以存在3口監(jiān)測鄰井為例推導(dǎo)井間距預(yù)測模型。設(shè)在鉆井鉆頭到各監(jiān)測鄰井的距離為ri(i=1,2,3),彈性波在地層中傳播時(shí)其能量隨傳播的距離成指數(shù)形式衰減[7],鉆頭振動(dòng)傳播到鄰井套管時(shí)其幅值與井間距的關(guān)系為

式(1)中:A0表示振源(鉆頭)處的振動(dòng)波強(qiáng)度;Ai表示監(jiān)測鄰井井底接收的振動(dòng)波幅值強(qiáng)度;α(f)表示振動(dòng)波在地層中的衰減系數(shù),與地層特征有關(guān)。

圖1 淺層多井防碰相對井間距預(yù)測模型示意圖(以存在3口監(jiān)測鄰井為例)

鉆頭振動(dòng)波經(jīng)套管傳播到井口套管頭,被加速度傳感器接收時(shí),其幅值與井深的關(guān)系如下:

1)對于在鉆井信號

2)對于監(jiān)測鄰井信號

對于整個(gè)監(jiān)測過程,則有

根據(jù)式(2)和式(4),得到各監(jiān)測鄰井信號與井間距之間的關(guān)系為

式(5)中:A、B表示相對井間距系數(shù),是以信號幅值關(guān)系建立起來的。由式(5)可知,由井口得到振動(dòng)信號的幅值關(guān)系就可以判斷鉆頭到監(jiān)測鄰井的相對距離關(guān)系,從而為現(xiàn)場防碰作業(yè)提供參考。

2 模型驗(yàn)證

現(xiàn)場試驗(yàn)在潿洲11-1N油田“南海四號”平臺(tái)進(jìn)行,試驗(yàn)開始時(shí)該油田已經(jīng)完成開發(fā)井13口,經(jīng)過油藏地質(zhì)研究后計(jì)劃再新鉆3口開發(fā)井(A14H、A15、A16井)。本次試驗(yàn)主要監(jiān)測A16井。油田位置和平臺(tái)井口分布如圖2所示。

圖2 潿洲11-1N油田位置及平臺(tái)井口分布圖

取防碰監(jiān)測井A16井在210～450 m范圍內(nèi)不同井深處套管頭采集的振動(dòng)信號數(shù)據(jù),經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理,得到代表鉆頭趨近特征的信號相對幅值,并結(jié)合對應(yīng)的井深一并代入式(5),計(jì)算得到A16井到各監(jiān)測鄰井的相對距離,如表1所示。使用COMPASS軟件對井深在210～450 m范圍內(nèi)進(jìn)行防碰掃描,得到A16井到各監(jiān)測鄰井的相對距離,二者的對比結(jié)果如圖3所示。

表1 預(yù)測模型計(jì)算與COMPASS掃描得到的A16井到各監(jiān)測鄰井相對井間距對比

圖3 潿洲11-1N油田井間相對距離預(yù)測模型計(jì)算結(jié)果與防碰掃描結(jié)果對比

從表1和圖3可知:在210～450 m井深范圍內(nèi),模型預(yù)測的在鉆井A16井與各監(jiān)測鄰井的相對井間距與防碰掃描結(jié)果較為吻合。在200～300 m井段,模型預(yù)測A7H和A1井與在鉆井A16井的相對井間距有減少的趨勢,說明在鉆井A16井與A1井的井間距離大于在鉆井A16井與A7H井的井間距離,此時(shí)A16井與A7 H井碰撞風(fēng)險(xiǎn)較大;同樣,在鉆井A16井與A1井的井間距離大于在鉆井A16井與A13井的井間距離,此時(shí)A16井與A13井碰撞風(fēng)險(xiǎn)較大。綜合對比圖認(rèn)為,在200～300 m井段,A7 H井和A1井與A16井的井間相對距離大于A13井和A1井與A16井的井間相對距離,說明在鉆井A16井更加趨近A13井,與A13井的碰撞風(fēng)險(xiǎn)最高;在300～400 m井段,在鉆井A16井與各監(jiān)測鄰井的相對距離變化趨勢相對平坦,且均無增大趨勢,說明在鉆井A16井不趨近于任何監(jiān)測鄰井,此時(shí)鉆井作業(yè)過程無井眼碰撞風(fēng)險(xiǎn),而且由上述判斷得到的鉆頭趨近方向與經(jīng)COMPASS掃描分析得到的鉆頭實(shí)際鉆進(jìn)方向相同。因此,相對于防碰掃描耗時(shí)費(fèi)力的計(jì)算過程,利用本文提出的淺層多井防碰相對距離預(yù)測模型可以實(shí)時(shí)、快速獲取鉆進(jìn)過程中的鉆頭信號數(shù)據(jù),并通過對預(yù)測結(jié)果的合理解釋能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測在鉆井與各監(jiān)測井的位置關(guān)系,大大縮短了預(yù)警時(shí)間。

3 結(jié)論

1)基于鉆頭破巖激發(fā)的振動(dòng)信號,建立了淺層多井防碰井眼距離預(yù)測模型。

2)潿洲11-1N油田試驗(yàn)結(jié)果表明,利用本文所建立的淺層多井防碰相對井間距預(yù)測模型可以實(shí)時(shí)、快速獲取鉆進(jìn)過程中的鉆頭信號數(shù)據(jù),能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測在鉆井與各監(jiān)測井的位置關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)對鉆頭趨近臨近風(fēng)險(xiǎn)井的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。

[1] POEDJONO B,AKINNIRANYE G,CONRAN G,et al.Well collision risk in congested environments[C].SPE 101719,2006.

[2] 霍微偉.石油鉆井防碰測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].北京:北京交通大學(xué),2010.

[3] 劉剛,孔得臣,孫金,等.套管頭振動(dòng)信號特征應(yīng)用于油井防碰監(jiān)測的可行性分析[J].中國海上油氣,2012,24(3):54-55.

[4] 王飛躍,劉峰剛,薛燕.防碰掃描方法在叢式鉆井中的應(yīng)用[J].遼寧化工,2010,39(9):925-928.

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(編輯:孫豐成)

Establishment and field verification of relative inter-well distance prediction model for anti-collision of shallow multi-wells

Rao Zhihua1Yang Chao2Duan Zehui3Geng Yanhong4Liu Gang2Liu Hualiang2

(1.Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,518067; 2.School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Shandong,266580;3.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,524057;4.CNOOC Research Institute,Beijing,100027)

With infill well technique widely used in offshore oilfields,the anti-collision problem has become one of the main problems that seriously affect domestic wells drilling safety.The model was built based on the theory of elastic waves in spherical spreading and absorption attenuation,and was used to analyze the well casing head vibration signals of three risk wells adjacent to A16 well to be drilled in WZ11-1N oilfield,and the relative interwell distance between monitored drill bit and the adjacent wells was obtained.The result is almost the same with the COMPASS scanning in anti-collision risk segment.The prediction model can be used as a method to predict relative inter-well distance with real-time and quick characteristics,and can provide a reference for field anti-collision job.

multi-well anti-collision;relative interwell distance;prediction model;field verification

2013-09-10改回日期:2013-12-20

*“十一五”國家科技重大專項(xiàng)“海上油田叢式井網(wǎng)整體加密及綜合調(diào)整技術(shù)”之子課題“定向井防碰地面監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)研究(編號: 2008ZX05024-004-006)”、“十二五”國家科技重大專項(xiàng)“海上油田叢式井網(wǎng)整體加密及綜合調(diào)整技術(shù)”之子課題“海上油田叢式井網(wǎng)整體加密調(diào)整多平臺(tái)鉆井趨近井筒監(jiān)測方法研究(編號:2011ZX05024-002-010)”部分研究成果。

饒志華,男,2004年畢業(yè)于長江大學(xué)石油工程學(xué)院,2007年獲長江大學(xué)采油工程專業(yè)碩士學(xué)位,現(xiàn)主要從事鉆完井方面工作。地址:廣東省深圳市南山區(qū)蛇口工業(yè)二路1號海洋石油大廈B座2樓鉆完井部(郵編:518067)。電話:0755-26022552。E-mail:raozhh@ cnooc.com.cn。