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        主動(dòng)找標(biāo)志層綜合防碰控制技術(shù) 在油田二次開發(fā)中的運(yùn)用

        2022-07-04 07:38:54秦世利張永濤馬溢張強(qiáng)
        化工管理 2022年18期
        關(guān)鍵詞:井眼水平井測(cè)井

        秦世利,張永濤,馬溢,張強(qiáng)

        (中海石油中國有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518067)

        0 引言

        由于水平井?dāng)?shù)量的不斷增加,各水平井間的軌跡防碰風(fēng)險(xiǎn)愈來愈嚴(yán)重,針對(duì)水平井軌跡控制技術(shù)的研究逐步增多。蔣太平等[1]在蘇14-19-34 井組作業(yè)過程中針對(duì)叢式三維水平井存在防碰風(fēng)險(xiǎn)高,斜井段長導(dǎo)致摩阻和扭矩大,滑動(dòng)鉆進(jìn)困難,水平段長及產(chǎn)層不穩(wěn)定導(dǎo)致鉆壓傳遞困難和井壁失穩(wěn)、井壁清潔困難等技術(shù)難題,通過優(yōu)化剖面設(shè)計(jì)和鉆具組合,采用鹽水鉆井液體系、螺桿優(yōu)選形成了配套的技術(shù)對(duì)策,有效地實(shí)現(xiàn)了鉆井工程的安全高效。崔露等[2]針對(duì)華北阿爾油田定向叢式井開發(fā)面臨的互層多、傾角大、跑方位、軌跡控制難度大以及該區(qū)塊叢式井開發(fā)布井多、井網(wǎng)密、井間碰撞因素較多,鉆井施工過程中繞障難度大,鉆具摩阻、扭矩較大,對(duì)井眼軌跡控制和監(jiān)測(cè)技術(shù)要求高的難題,實(shí)鉆過程中采用了定向剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)及MWD無線隨鉆定向與監(jiān)測(cè),及時(shí)調(diào)整井眼軌跡,保證了井眼軌跡規(guī)則,減少了后期采油桿管的偏磨效應(yīng)。于磊等[3]通過對(duì)水平井井眼軌跡控制的關(guān)鍵組成技術(shù)的研究,從技術(shù)、工具和參數(shù)控制三方面入手,對(duì)進(jìn)靶后直到鉆出全段水平井段整個(gè)過程,對(duì)于水平控制要采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控的手段,水平控制采用的是穩(wěn)斜鉆進(jìn)的方式,同時(shí)要采用加強(qiáng)對(duì)復(fù)合鉆進(jìn)工具的使用,保證鉆井速度的轉(zhuǎn)速,還要注意垂向控制的富余量,避免鉆頭在調(diào)整過程出現(xiàn)脫靶現(xiàn)象。但是通過分析,針對(duì)海上油田相同層位的水平井軌跡控制的研究及相關(guān)成果不多,研究深度也存在不足。

        南海東部某油田開發(fā)初期共布置5口水下井口,油田開發(fā)末期又在老井基礎(chǔ)上實(shí)施了3口調(diào)整井,該油田經(jīng)歷了棄置和二次開發(fā)兩個(gè)階段,棄置前已鉆9個(gè)井眼,在二次開發(fā)階段設(shè)計(jì)鉆4口生產(chǎn)井,由于油藏圈閉面積較小,且均為開發(fā)同一油層原因,二次開發(fā)階段設(shè)計(jì)A1H、A2H兩口井與已鉆老井軌跡存在不同程度防碰問題,尤其是水平段的防碰問題,除了分離系數(shù)小于1以外,井眼軌跡垂向距離也不滿足當(dāng)前井眼防碰控制標(biāo)準(zhǔn)要求的“水平段作業(yè)中的最近點(diǎn)垂向距離宜大于20 m”,該數(shù)據(jù)引中國海油石油總公司“Q/HS 2016:自海洋叢式井防碰設(shè)計(jì)與作業(yè)要求”,井眼軌跡如圖1所示。

        圖1 新井與老井井眼軌跡三位投影圖

        為解決這一問題,筆者提出了水平段“主動(dòng)找標(biāo)志層”配套超深電阻率成像測(cè)井工具在水平段進(jìn)行貼頂鉆井的綜合防碰控制技術(shù)措施,最終順利完成二次開發(fā)階段設(shè)計(jì)的4口生產(chǎn)作業(yè),未發(fā)生井眼碰撞征兆,取得較好的運(yùn)用效果。

        1 海上油田叢式井的分類和防碰設(shè)計(jì)

        1.1 海上油田叢式井的分類

        叢式井是井口集中在一個(gè)有限范圍內(nèi)的一組定向井,是海上油田開發(fā)鉆完井關(guān)鍵技術(shù)。海上油田叢式井主要分為兩類:第一類是在導(dǎo)管架平臺(tái)叢式井,預(yù)先在導(dǎo)管架上預(yù)制好一定數(shù)量的井槽,正方形或長方形網(wǎng)格分布,一般井槽間距2.286×2.286 m,主要用于開發(fā)淺水油田;第二類為水下井口叢式井,主要用于開發(fā)水下深水油田,井口間距一般為10~100 m左右,主要為正方形、長方形或環(huán)形分布。

        該油田是典型的水下井口叢式井開發(fā)油田,初次開發(fā)為5口叢式井、二次開發(fā)為4口叢式井。

        1.2 海上油田叢式井防碰設(shè)計(jì)要求

        當(dāng)前海上油田叢式井防碰設(shè)計(jì)主要參考如下要求執(zhí)行[4]:

        (1)常壓油田淺層防碰的設(shè)計(jì)分離系數(shù)應(yīng)大于1.0。

        (2)常壓油田斜深超過1 000 m 的深層防碰設(shè)計(jì)分離系數(shù)宜大于1.0。若分離系數(shù)小于1.0,應(yīng)避免并行防碰風(fēng)險(xiǎn),井筒最近點(diǎn)垂向距離應(yīng)大于30 m;水平井著陸段(井斜大于85°)及水平段作業(yè)中的最近點(diǎn)垂向距離宜大于20 m。

        (3)異常壓力油田、氣油比大于350 m3/m3的油田及氣田設(shè)計(jì)分離系數(shù)應(yīng)大于1.5。

        (4)井槽設(shè)計(jì)宜將井底位移小的井布置在內(nèi)排井槽,井底位移大的井布置在外排井槽,并根據(jù)井眼方位依次布井,避免井與井立體交叉。

        (5)軌跡設(shè)計(jì)應(yīng)整體考慮防碰,鉆井順序宜先鉆外排井,后鉆內(nèi)排井,最后鉆直井。

        (6)每口井的防碰井段應(yīng)在施工設(shè)計(jì)中明確提示,且有針對(duì)性防碰及應(yīng)急處置預(yù)案。

        (7)造斜點(diǎn)深度宜外排淺,內(nèi)排深。相鄰井造斜點(diǎn)深度差宜大于30 m。

        (8)外排井宜考慮預(yù)斜設(shè)計(jì),不宜采用低于內(nèi)排井的造斜率。

        (9)單筒雙井原則上表層套管下深淺的井先進(jìn)行作業(yè),兩井眼初始分離井段應(yīng)使用牙輪鉆頭鉆進(jìn)。

        (10)已投產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行外掛井槽時(shí),宜將井槽外掛在有利于防碰設(shè)計(jì)的方位。

        2 主動(dòng)找標(biāo)志層及配套隨鉆測(cè)井技術(shù)

        2.1 主動(dòng)找標(biāo)志層技術(shù)原理

        叢式井鉆井過程中,若井筒間距較短,井眼軌跡存在防碰風(fēng)險(xiǎn)時(shí),需要尋找參照物進(jìn)行軌跡識(shí)別,降低測(cè)量誤差?,F(xiàn)場作業(yè)過程中常以標(biāo)志層為主要依據(jù),對(duì)標(biāo)志層可辨識(shí)的井,用標(biāo)志層來劃分。標(biāo)志層不易辨識(shí)的井則綜合采取鄰井對(duì)比法,并參照沉積旋回,巖性、測(cè)井曲線組合特征、地層厚度等進(jìn)行對(duì)比,從而規(guī)避風(fēng)險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)。

        主動(dòng)找標(biāo)志層,是在水平段鉆進(jìn)過程中提出了一種規(guī)避防碰問題的技術(shù)措施,即在儲(chǔ)層附近主動(dòng)找到一個(gè)標(biāo)志層作為參考,控制水平段鉆進(jìn)軌跡始終貼近該標(biāo)志層或者軌跡偏差在可控深度范圍內(nèi),達(dá)到避免井眼碰撞目的。

        主動(dòng)找標(biāo)志層技術(shù),需要配套相應(yīng)的隨鉆測(cè)井工具才能夠?qū)崿F(xiàn),常用的隨鉆測(cè)井工具包括電阻率成像測(cè)井、伽馬電阻率測(cè)井,中子密度孔隙度測(cè)井等,以準(zhǔn)確識(shí)別地層內(nèi)的標(biāo)志層,筆者引入了超深電阻率成像測(cè)井工具。

        2.2 配套超深電阻率成像測(cè)井工具

        超深電阻率成像及測(cè)井工具是一種隨鉆油藏描述技術(shù),該工具探測(cè)能力超過30 m,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)多層反演,有助于增進(jìn)對(duì)油藏的認(rèn)識(shí)。

        該工具由1個(gè)發(fā)射器和2~3個(gè)接收器組成,在井下工作如圖2所示。通常在使用過程中配套其他隨鉆測(cè)井工具使用,如孔隙度/密度隨鉆測(cè)井工具,工具串配合如圖3所示。

        圖2 超深電阻率成像測(cè)井工具工作示意圖

        圖3 超深電阻率成像測(cè)井工具工作示意圖

        2.3 油田防碰段鉆井方案設(shè)計(jì)

        根據(jù)油田地層特點(diǎn),首次及二次開發(fā)均為同一個(gè)油層ZJ470,而ZJ470層內(nèi)細(xì)分為頂鈣砂和孔隙砂兩套儲(chǔ)層,由于頂鈣砂物性較差,不具備開發(fā)價(jià)值,水平段井眼軌跡主要設(shè)計(jì)在孔隙砂內(nèi)。

        以本油田一口水平井A井為例,本井軌跡設(shè)計(jì)水平段從四口老井B、C、D、E共4條井眼軌跡上方穿過,分離系數(shù)小于1,垂向距離小于20 m,且老井曾下入了7"割縫管,棄置階段未進(jìn)行了回收,不滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求,井眼碰撞風(fēng)險(xiǎn)極高,該井于鄰井防碰掃描結(jié)果如表1所示。

        表1 A1H井與鄰近防碰掃描結(jié)果

        通過對(duì)老井軌跡和新井軌跡位置的研究,以及對(duì)老井水平段隨鉆測(cè)井資料的研究,已棄置老井軌跡全部位于孔隙砂巖內(nèi),軌跡距離頂鈣砂5~20 m范圍內(nèi),本次作業(yè)將新井軌跡布置在距離頂鈣砂5 m以內(nèi)的孔隙砂內(nèi),始終保持軌跡貼頂鈣砂鉆進(jìn)是油井順利實(shí)施的關(guān)鍵。

        常規(guī)電阻率成像測(cè)井工具對(duì)于識(shí)別頂鈣砂和孔隙砂不明顯,水平段儲(chǔ)層內(nèi)無其他明顯可識(shí)別的標(biāo)志層。通過向外拓展,可將頂蓋砂層以上的泥巖蓋層作為標(biāo)志層,但由于該油田泥巖蓋層距離計(jì)劃開發(fā)的孔隙砂巖層達(dá)到12 m的原因,常規(guī)電阻率成像測(cè)井工具探測(cè)范圍有限,必須要引入超深電阻率成像測(cè)井工具,通過超深電阻率工具探測(cè)到的泥巖界面,扣除12 m左右的頂鈣砂巖垂厚,即可明確此時(shí)鉆具處在孔隙砂中的具體位置。同時(shí)通過分析已鉆井測(cè)井曲線和儲(chǔ)層分布特征,發(fā)現(xiàn)油田范圍內(nèi)蓋層以下的儲(chǔ)層的橫向及縱向有較一致的規(guī)律。綜上所述,實(shí)鉆過程中配合測(cè)井曲線響應(yīng)值的大小實(shí)現(xiàn)軌跡的實(shí)時(shí)調(diào)整。

        以相鄰的探井(2井)進(jìn)行鉆前預(yù)測(cè)。

        (1)目的層ZJ470頂部存在約12 m垂厚的頂鈣砂巖,其下為物性較好的孔除砂巖(目的層);

        (2)基于2井電阻率特征的反演顯示,軌跡可在ZJ470頂之下最遠(yuǎn)21 m的地方探測(cè)到比較準(zhǔn)確的ZJ470頂?shù)哪鄮r底界面,見節(jié)點(diǎn)(1)。扣除12 m的頂鈣砂巖厚度,可在空隙砂巖頂面之下約9 m范圍內(nèi)探測(cè)到比較準(zhǔn)確的ZJ470頂面;

        (3)Z470孔隙砂巖下部存在低阻的水層,軌跡可提前約30 m探測(cè)到下方的水層,見節(jié)點(diǎn) (2)。

        水平段主動(dòng)找標(biāo)志層貼頂鉆井方案最終確定為:

        (1)水平段著陸井斜盡量高,87°以上為宜;

        (2)密切跟蹤隨鉆電阻率成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),控制軌跡始終位于距離頂鈣砂5 m以內(nèi);

        (3)在進(jìn)入軌跡防碰段之前提前3柱上探孔隙砂和頂鈣砂過渡帶,使用孔隙度/密度工具輔助識(shí)別過渡帶;

        (4)配套常規(guī)定向井工具磁干擾監(jiān)測(cè)、加密測(cè)斜、嚴(yán)密鉆井參數(shù)監(jiān)測(cè)等手段降低風(fēng)險(xiǎn)。

        3 主動(dòng)找標(biāo)志層貼頂鉆井實(shí)施情況

        該油田二次開發(fā)階段,主動(dòng)找標(biāo)志層貼頂鉆井技術(shù)在該油田兩口存在嚴(yán)重問題的開發(fā)井井中進(jìn)行了實(shí)施,在水平段鉆具組合中增加超深電阻率成像測(cè)井工具,鉆進(jìn)過程中按照非防碰段適當(dāng)放寬軌跡調(diào)整空間,防碰段嚴(yán)格按照主動(dòng)找標(biāo)志層貼頂鉆井措施的原則進(jìn)行施工,兩口井順利實(shí)施,未發(fā)生井眼碰撞征兆,油藏鉆遇率100%,取得了較好的實(shí)施效果,實(shí)鉆情況如表2所示。

        表2 A1H井與鄰近防碰掃描結(jié)果

        4 結(jié)語

        油田開發(fā)過程中,創(chuàng)新性提出了水平段主動(dòng)找標(biāo)志層貼頂鉆井的綜合防碰控制措施,通過2口井的實(shí)踐,通過在水平段主動(dòng)拓寬標(biāo)志層的范圍,使用超深電阻率成像測(cè)井工具,配套常規(guī)定向井工具磁干擾監(jiān)測(cè)、加密測(cè)斜、嚴(yán)密鉆井參數(shù)監(jiān)測(cè)等手段,最終順利完成油田開發(fā)作業(yè),取得了較好的應(yīng)用效果,超深電阻率成像測(cè)井工具的運(yùn)用,同時(shí)也達(dá)到油藏完全貼頂鉆進(jìn)要求,實(shí)現(xiàn)了最大限度地開發(fā)油藏剩余油,建議推廣運(yùn)用。

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