付友義, 周洪林, 陳佳杰

(1中國石油大港油田分公司 2中國石油渤海鉆探工程有限公司)

大港油田長5井在2012年12月9日解堵作業(yè)時井口發(fā)生爆炸，61 m和96 m井深處為套管斷裂點，三層套管全部錯斷移位，井口處于失控狀態(tài)，經(jīng)多次井口修復(fù)找不到原井眼導(dǎo)致作業(yè)失敗。為消除安全風(fēng)險，決定鉆長新5救援井，鉆穿事故井油層套管及內(nèi)部的油管，注水泥封堵。實施前調(diào)研國外Scientific Drilling International公司被動靜磁場跟蹤系統(tǒng)MagTrac，Vector Magnetics公司的主動測距Wellspot TM系列電磁場定位測距救援井技術(shù)，以上技術(shù)無鉆穿套管的成功案例[1-7]。2013年在國內(nèi)采用國外MagTrac技術(shù)實施了一口救援井案例[8]，貼近落魚底沿老井眼鉆至蓋層中下部位置后下套管固井，然后分段射孔擠水泥封堵，該井施工周期長，技術(shù)服務(wù)費高。因此，決定采用磁感應(yīng)定位技術(shù)實施長新5救援井，克服在中深層位置對接套管的不確定性誤差、雙層管柱擴碰磨銑難度等因素的影響，應(yīng)用隨鉆磁感應(yīng)精準(zhǔn)定位技術(shù)，反演修正磁異?？臻g位置，通過多次調(diào)整彎螺桿工作狀態(tài)，實現(xiàn)兩井交匯，消除安全隱患。

一、救援井設(shè)計

1. 設(shè)計思路

由于事故井設(shè)計碰撞點在井深3 625 m處，計算不確定橢圓長軸半徑為7.1 m，而隨鉆被動磁測距的有效探測距離僅為2 m。因此，先鉆三段制試碰井眼，初步確定目標(biāo)井套管位置，降低不確定橢圓誤差對實鉆軌跡的影響。在鉆井過程中采用MWD被動磁感應(yīng)技術(shù)探測事故井套管的磁干擾，如未監(jiān)測到磁干擾，填井鉆下一個靶點的試碰井眼；若發(fā)現(xiàn)磁干擾則填井，實施五段制小井斜的找碰井眼，鉆至事故井套管的異常磁干擾區(qū)域后，采用隨鉆磁引導(dǎo)技術(shù)引導(dǎo)鉆頭實現(xiàn)碰撞，碰撞成功后進(jìn)行磨銑、井眼連通、注水泥作業(yè)。

2. 井眼設(shè)計

由于隨鉆探測出套管在不同方向的水平磁場變化值波動較大，將直接影響救援井設(shè)計軌跡方位和能否及時探測出異常磁場。室內(nèi)實驗研究表明，正南、西南、東南方向的水平磁場異常值較高，容易探測到套管的磁干擾。因此，救援井口根據(jù)地面條件，碰撞軌跡方向設(shè)計在事故井偏南173.99°，在事故井井深3 500～3 650 m、方位32°～47°的位置，與目標(biāo)井套管交叉。

在事故井長5井的油層段以上選擇三個點，作為救援井試碰的靶點T1A、備用T1B、T1C靶點，垂深分別為3 618.54 m、3 568.54 m、3 518.54 m。第一試碰井眼鉆至靶點T1A，如發(fā)現(xiàn)事故井套管磁場干擾確定套管位置后，側(cè)鉆實施磁引導(dǎo)找碰軌跡；未發(fā)現(xiàn)干擾則填眼繼續(xù)側(cè)鉆T1B、T1C靶點探尋磁干擾。

試碰井眼T1A軌跡，造斜點3 230 m，造斜率2.4°/30 m，最大井斜12.61°，完鉆井深3 625.5 m。兩個備用靶點軌跡的井斜、方位相同，目標(biāo)垂深、造斜點、位移不同。長新5救援井?339.7 mm表層套管下深500 m，?244.5 mm技術(shù)套管下深2 910 m封砂一段地層，三開?215.9 mm井眼鉆至碰撞點與事故井井口連通后注水泥封堵(見圖1)。

圖1 長新5救援井鉆井軌跡示意圖

二、關(guān)鍵技術(shù)

室內(nèi)實驗表明，?139.7 mm套管在不同方向的被動磁感應(yīng)距離有所不同，最高4 m，最低2 m，地下數(shù)千米地層中金屬磁性元素及鉆井液的存在減弱了套管磁感應(yīng)距離。因此，需在特定方向上設(shè)計救援井軌跡，采用隨鉆MWD探測直至發(fā)現(xiàn)異常磁干擾，反演修正計算距離和方向后填井，微調(diào)方向及位移指向目標(biāo)井套管。救援井關(guān)鍵技術(shù)包括試碰井眼設(shè)計、磁異常距離確定、套管磁定位、磁感應(yīng)定位引導(dǎo)、碰撞磨銑及鉆井液技術(shù)。

1. 試碰井眼設(shè)計

以三段制小井斜(11°～12°)接近事故井靶點探尋磁干擾。該軌跡與目標(biāo)井套管相交，相對于大井斜可能發(fā)現(xiàn)磁異常的井段更長，實鉆中加密測點有利于及時發(fā)現(xiàn)磁場異常。

2. 磁異常距離確定

在標(biāo)準(zhǔn)大地磁場的地面試驗，將?139.7 mm單根套管入井9 m，采用磁測量工具對露出地表的管材進(jìn)行測量，在地面八個不同方向和距離布置測點，測量測點的磁場異常值。參考國內(nèi)儀器磁通門精度，取大于標(biāo)準(zhǔn)大地磁場0.5 μT(微特斯拉)為異常標(biāo)準(zhǔn)，實測數(shù)據(jù)中垂直磁異常有效距離為3 m，水平磁場異常有效距離為4 m。通過確定不同方向磁異常變化值，可初步反演修正正鉆井與套管的距離。而實鉆中鉆井液、地層金屬元素對套管磁場存在屏蔽現(xiàn)象，表現(xiàn)為不同地層磁導(dǎo)率值要小于真空磁導(dǎo)率，因此需要根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行反演修正，距離定位精度為0.5 m。

3. 套管磁定位

石油套管可產(chǎn)生大于大地磁場強度的異常磁場，隨鉆磁感應(yīng)定位技術(shù)是通過隨鉆MWD探測工具密集測量，對實鉆磁分量中的異常水平磁分量數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸反演，確定測點處事故井套管的相對位置。救援井位于事故井北方向，且為小井斜，異常水平磁干擾對真實方位影響較小，2 m內(nèi)方位計算誤差小于5%。

4. 磁感應(yīng)引導(dǎo)技術(shù)

采用MWD隨鉆被動探測事故井套管的磁場參數(shù)，確定有效的磁場異常后，使用磁分量異常值反演出事故井套管的相對位置，引導(dǎo)鉆頭軌跡前進(jìn)。長5井所在地區(qū)的大地磁場強度標(biāo)準(zhǔn)值為53.7 μT，地磁傾角標(biāo)準(zhǔn)值為57.9°，設(shè)定測量磁場強度或磁傾角與標(biāo)準(zhǔn)值變動±1%范圍為正常，1%～2%為異常，超過2%為嚴(yán)重異常。救援井測點發(fā)現(xiàn)事故井磁感應(yīng)異常后，根據(jù)垂直、水平磁場異常變化數(shù)據(jù)反演修正計算事故井的距離及方向，引導(dǎo)救援井軌跡方向。當(dāng)測點的水平磁異常變化值達(dá)高峰，垂直磁異常變化值相對平緩時，則判定距目標(biāo)套管大約0.5 m。經(jīng)多個測點的反演修正計算判斷套管的相對位置，用彎螺桿扭方位或調(diào)整井斜去找碰套管，成功后換PDC鉆頭擴碰磨銑，實現(xiàn)兩井的交匯連通。

5. 碰撞磨銑

采用牙輪鉆頭+螺桿鉆具用于軌跡調(diào)整，工具面擺放較為容易，且鉆頭與套管碰撞時反應(yīng)明顯，易于司鉆發(fā)現(xiàn)井下異常?？紤]到牙輪鉆頭磨銑作業(yè)中易發(fā)生牙輪掉落，且牙輪鉆頭切削端面不如PDC鉆頭規(guī)則，無法形成規(guī)則的交匯窗口。因此，使用牙輪鉆頭找碰成功后，起鉆更換PDC鉆頭進(jìn)行窗口擴碰磨銑。

6. 鉆井液性能

由于救援井的井底連通窗口容易發(fā)生堵塞，因此磨銑過程中隨時調(diào)整好鉆井液的黏度、切力等性能，滿足井壁穩(wěn)定和攜砂要求[9]。另外，洗井常用的高黏度、高切力鉆井液會增加流動阻力，窗口磨銑成型后，應(yīng)降低鉆井液黏度、切力，充分循環(huán)打通井下通道，如未連通可關(guān)封井器反復(fù)憋壓加速連通。觀察到事故井返出鉆井液后，方可進(jìn)行注水泥封堵作業(yè)。

三、救援井實施

救援井于2019年1月28日一開，1月31日二開，2月15日三開，3月3日試碰井眼鉆至井深3 583 m發(fā)現(xiàn)磁異常，繼續(xù)鉆進(jìn)至3 625 m未碰到事故井套管，打水泥塞填眼側(cè)鉆。3月11日在井深3 065 m進(jìn)行側(cè)鉆，3月25日2∶20在井深3 586 m碰撞成功，3月26日下入PDC鉆頭磨銑至3 587.60 m，起鉆注水泥封堵。救援井井身結(jié)構(gòu)：?444.5 mm×486 m+?339.7 mm×484.77 m+?311.1 mm×2 931 m+?244.5 mm×2 928.49 m+?215.9 mm×3 625 m。

1. 試碰軌跡控制

2月25日18∶00在井深3 227.29 m開始造斜，鉆進(jìn)中在測點3 583.80 m、3 585.73 m、3 588.79 m、3 598.47 m、3 603.11 m探測到有效磁干擾，在測點3 583.80 m、3 585.73 m、3 588.79 m分別出現(xiàn)了最大磁異常變化值-1.48 μT、-1.92 μT、-1.65 μT，計算異常比值為3.86%、5.02%、4.31%(見表1)，均超過了嚴(yán)重磁異常2%的標(biāo)準(zhǔn)，通過反演修正計算套管磁干擾方向，在救援井方位線右60°～80°區(qū)域，計算得到與事故井套管相距1.3 m。受MWD 18 m探測工具盲區(qū)影響，判斷與事故井套管的最近距離點已過，鉆至3 625 m填眼側(cè)鉆。

表1 試碰井眼與事故井磁定位數(shù)據(jù)

2. 找碰軌跡控制

以試碰井眼3 585 m為目標(biāo)點，軌跡方位線向右平移1.3 m，采用五段制軌跡設(shè)計在3 566 m降直，與事故井套管形成順行纏繞的方式，逐漸接近目標(biāo)實現(xiàn)引導(dǎo)碰撞。在3 065～3 078 m井段使用彎接頭+直螺桿側(cè)鉆成功，后下入單彎螺桿+PDC組合，鉆至井深3 540 m發(fā)現(xiàn)磁場異常，判斷已進(jìn)入目標(biāo)井套管磁異常區(qū)域，起鉆換牙輪鉆頭，鉆具組合改為剛性碰撞組合。

通過分析磁感應(yīng)異常數(shù)據(jù)，調(diào)整磁引導(dǎo)碰撞軌跡，反演修正計算出救援井位于事故井套管右側(cè)。為驗證計算的準(zhǔn)確性，向左側(cè)調(diào)整方位再次確認(rèn)計算，在測點3 536.50 m處垂直異常值為1.94 μT，超出標(biāo)準(zhǔn)值4.37%，經(jīng)計算與事故井套管相距小于1.5 m，位于右63°(表2)，向左側(cè)增斜向小扭方位。

表2 長新5井磁感應(yīng)引導(dǎo)碰撞數(shù)據(jù)

鉆進(jìn)至測點3 546.22 m后增斜至2.5°，此時方位由171°降至154°，鉆至測點3 549.00 m數(shù)據(jù)表明磁感應(yīng)異常信號逐漸減弱，鉆頭穿過套管井并位于左側(cè)，磁測距離為1.5 m。

繼續(xù)向右調(diào)整方位由154°扭至180°，鉆進(jìn)至測點3 569 m，水平磁感應(yīng)強度再次經(jīng)歷了由弱變強達(dá)到峰值的過程(見表2)，通過反演修正計算事故井套管位于救援井軌跡下方相距0.5 m，水平異常差值為-2.57 μT，判斷救援井已貼近事故井套管，決定降斜實現(xiàn)兩井相碰。

滑動鉆進(jìn)至3 586.00 m，無進(jìn)尺、蹩泵、轉(zhuǎn)動鉆進(jìn)扭矩上升，鉆具出現(xiàn)規(guī)律性的蹩跳，采用60 r/min轉(zhuǎn)速磨銑至3 586.50 m，鉆井液漏失21 m3，找碰套管成功。25日4∶00起鉆，11∶30鉆具起至2 803.00 m關(guān)封井器，長5事故井井口涌出鉆井液。

井深3 587 m錄井鈣元素含量由4.57%上升至7.31%。起出牙輪鉆頭HJT437G，1號牙輪斷齒2個，2號牙輪斷齒2個，3號牙輪斷齒4個，都為中排齒斷，巴掌有劃痕，表明鉆頭鉆破長5井套管。

3. 磨銑窗口

下入MD9441H PDC鉆頭擴碰磨銑，用時2 h磨銑進(jìn)尺1.1 m，結(jié)束井深3 587.60 m。起出PDC鉆頭牙齒完全磨平，使用強磁鐵收集鐵屑近2.5 kg，計算洞穿套管應(yīng)產(chǎn)生2.18 kg鐵屑，說明鉆頭已鉆穿長5井?139.7 mm油層套管及內(nèi)部?73 mm油管，具備注水泥封堵作業(yè)條件，決定實施封堵作業(yè)。

4. 注水泥封堵

下光鉆桿至技術(shù)套管2 700 m注水泥，注沖洗液9 m3，領(lǐng)漿59 m3，尾漿45 m3，替鉆井液30 m3，環(huán)空反擠3 m3。替鉆井液17 m3時、長5井井口開始返出水泥漿，施工結(jié)束返出水泥漿大于10 m3。3月29日下鉆探水泥塞，塞面深度為2 981.3 m，完成了長5井的隱患治理。

四、結(jié)論

(1) 根據(jù)隨鉆MWD水平和垂直分量的磁場變化規(guī)律，可判斷套管磁場空間位置，當(dāng)水平磁異常值達(dá)相對峰值時，說明已貼近事故井套管，此時可調(diào)整螺桿狀態(tài)實現(xiàn)與事故井套管的對接交匯。

(2) 隨鉆磁引導(dǎo)為被動測距控制技術(shù)，測量范圍受地層和鉆井液及磁源方向影響，有效探測距離受限，應(yīng)用此技術(shù)宜先確定救援井方向，優(yōu)化三段制小井斜試碰井眼軌跡，探測到套管異常磁場位置后，用磁引導(dǎo)技術(shù)指引鉆頭進(jìn)行碰撞。

(3) 牙輪鉆頭控制軌跡及井下找碰對接優(yōu)勢明顯，井口能夠第一時間觀察到井下碰撞。