丛式定向井直井段交碰事故分析、处理及启示

刘永旺 管志川 史玉才 魏文忠 王丹辉 肖利民

（1.中国石油大学石油工程学院，山东青岛 266580；2.胜利石油管理局，山东东营 257001）

丛式定向井直井段交碰事故分析、处理及启示

刘永旺1管志川1史玉才1魏文忠2王丹辉2肖利民2

（1.中国石油大学石油工程学院，山东青岛 266580；2.胜利石油管理局，山东东营 257001）

丛式定向井直井段钻进过程中极易发生井眼交碰事故。以桩148-斜6井为例，从直井段井眼交碰事故发生的经过、事故原因分析及采取的技术措施等方面论述了该井井眼交碰事故处理的全过程，并介绍了从事故中得到的有益启示。该井交碰事故的成功处理，不仅挽救了2口近海油气井，也对今后该类事故的解决提供了重要借鉴。事故处理过程中得到的启示为今后该问题的解决指出了研究方向。

丛式定向井；井眼交碰事故；风险因素；安全技术对策；研究方向

丛式定向井以其独特的优点被广泛应用于地面空间小、地下油藏面积大的区域的油气开发过程中［1］。由于地面空间较小，丛式定向井上部直井密度较大，使得井眼交碰事故时有发生，既影响了钻井作业的安全、延长了钻井周期，也增加了钻探过程的成本。现有的防碰手段皆基于实测数据及防碰扫描算法，虽然由于实测数据误差的存在及防碰扫描算法的局限，防碰效果并不理想，但可以在一定程度上减少该类事故的发生［2-4］。然而丛式井在钻进上部直井段时，一般不进行随钻测斜，更无法进行防碰扫描，如何减小该过程的交碰风险一直困扰着钻井工作者。桩148-斜6井设计井深3 642.13 m，直井段深度1 300.0 m。该井直井段钻进完成，投多点测斜仪器测斜，并配置钻具准备定向，在读取测斜结果时发现仪器受到磁干扰，但磁干扰的原因难以判定。笔者对该次事故的经过、事故发生原因及处理方法进行了详细论述，并得出了一些启示，以期对今后该类事故的处理及开展科研攻关提供一点思路。

1 井眼及事故概况

桩148-斜6井位于桩西油田济阳坳陷沾化凹陷桩西潜山披覆构造带北坡桩斜148块构造较高部位，是海油陆采丛式定向井中的一口。钻探该井前，该平台上已钻井8口，井眼间的最近距离为4.58 m。

该井直井段钻井结束，投入多点测斜仪进行直井段测斜，并于当日配好钻具下钻准备定向，随钻MWD下入井底准备定向时发现，仪器测的方位不稳定，并且变化幅度较大。

2 磁参数失精原因分析

随钻测斜仪器磁参数测量失精的原因可能是由于井下存在地磁场干扰源或者仪器存在故障。产生磁干扰可能是由于地层中含有铁磁介质、无磁钻铤被磁化、钻井液中含有铁磁介质、与邻井距离过近或者产生了交碰等原因［5-8］。为了判断问题的原因，做了以下工作。

（1）分析使用的钻井液是否有磁性成分。对钻井液的组分及添加剂进行了分析，在直井段钻进过程中，钻井液原配方中不含有铁磁物质，排除钻井液中含有磁性物质干扰随钻测斜仪磁参数测量的可能。

（2）通过返出的岩屑判断地层中是否含有磁性成分。直井段地层为明化镇组，为了判断地层中是否含有铁磁介质，利用磁铁对岩屑进行吸取实验，岩屑不被磁铁吸取，证明该地层内不含有铁磁介质。

（3）更换仪器及无磁钻铤。上述的两个步骤均是于地面完成，耗时短，判断容易。在排除上述两方面干扰的基础上，更换了仪器及无磁钻铤，重新进行测量，发现磁干扰现象仍未改善，最终判断是钻进的井眼与邻井距离过近，或者产生了交碰，导致测斜仪器磁参数测量结果异常。

3 技术措施

由于钻进直井段过程中未发生跳钻现象，并且返出的钻井液中不含有过多的铁屑，说明两井眼并未产生实质性交碰。致使仪器磁测量参数失精的原因应该是两井眼的距离过近，邻井套管在地磁场作用下磁化，产生的磁化磁场影响到了仪器的磁通门。在处理该类事故时，通常有2种方法：（1）填井重钻，并采取防止井斜的措施，尽量增大两井眼间的距离；（2）试探性定向，看能否使两井眼分离。第1种方法比较安全，但是会大幅增加钻井成本；第2种方法存在一定的风险性，如果实施成功，可将损失减小到最低，但一旦失败，可能会导致两井眼相碰。

在与有关专家及甲方共同商讨后，决定下入螺杆钻具+牙轮钻头进行试探性定向钻进，具体钻具结构为：Ø215.9 mm牙轮钻头+ Ø172 mm 1.25°单弯动力钻具+411×410回压阀+411×410定向接头+411×4A10配合接头+ Ø158.8 mm无磁钻铤×1根+4A11×410配合接头+ Ø127 mm加重钻杆×24根+ Ø127 mm钻杆；钻进参数为：钻压50～80 kN，泵压 10～12 MPa，排量 28～30 L/s，转速 70～80 r/min。

试探性定向过程中，密切注意观察钻压扭矩的变化情况，如发现异常，立即停钻，改采取其他措施。钻进27.65 m后测斜，仪器磁参数恢复正常，说明两井眼已经分离。

定向成功后，为了防止打钻过程中钻柱的转动磨穿邻井套管，在钻杆与邻井套管接触处加防磨接头，防磨接头的数量为每3根钻杆加1个防磨接头，当最下端防磨接头快进入到定向段时，进行短起，将防磨接头整体上移。通过上述措施，最终在保证邻井安全的基础上，成功完成了该井的钻探任务。

4 事故处理得到的启示

（1）目前丛式定向井设计还不够科学，设计过程中考虑的风险因素不够。设计丛式井钻探顺序时，有的设计者遵循直井段深度由深到浅的原则，有的遵循由浅到深的原则。当采用由深到浅的原则时，会增加定向造斜时的风险，如果定向过程中出现偏差，工具面失控，极易引起井眼交碰事故的发生；当采用由浅到深的原则时，新钻井的造斜点比已钻井深，即使出现工具面摆放的错误也不会发生井眼间的交碰［9-10］。但上述2种设计方法存在着共同的问题，即直井段钻进过程中的交碰风险均较大，合理地分布直井段可以在一定程度上减小直径段的交碰风险，但目前国内还未开展该方向的研究。

（2）未建立根据实测参数情况判断干扰源的方法。井下存在铁磁物质对仪器产生了干扰，最直接的表现形式就是磁参数测量的失精。当钻井工作者发现磁测量参数存在问题后，如何根据失精的数据来判断干扰的来源是下一步研究的重要方向。开展该项研究可以大幅度减少事故的判断及处理所用的时间。目前，有学者对利用振动来辨析井眼距离进行了研究，取得了较好的成果，但有效井眼深度有限，当实测点距离井口过深时，振动波衰减严重，井口难以测得有用的振动信号［11］。

（3）钻平行井眼时，防碰预警方法还不成熟。现有的防碰手段皆基于实测数据及防碰扫描算法，虽然由于实测数据的误差及防碰扫描算法的局限，防碰效果并不理想，但可以在一定程度上减少该类事故的发生［12-13］。然而丛式井在钻进上部直井段时，一般不进行随钻测斜，更无法进行防碰扫描，为了定向段能够防碰，在直井段钻完后，进行多点测斜，从而进行防碰扫描来确定井间距离。如何减小钻直井过程的交碰风险一直困扰着钻井工作者。如果能在直井段钻进的钻具上安装上一套特殊的接头，用于检测磁场异常情况或者探测套管距该井距离，一旦磁场超过某一范围或者套管距离小于某一值即报警，钻井工作人员马上采取措施，防碰工作将会变得十分简单。国内学者已经开展了该方向的研究，但还未形成专用的工具或者方法解决该问题。直井段钻进过程中，使用螺杆钻具+随钻MWD配合，可以对井眼进行监测，及时采取适当的措施防碰，但却增加了钻井成本及钻进时间，并且循环测斜过程中，会使井眼变大，使用需经过周详的考虑。

（4）未建立磁干扰下轨迹参数修正方法。钻进过程中一旦出现磁干扰现象，即使未发生井眼真正的交碰，此时测量的方位及磁性工具面也出现了较大的偏差。方位的偏差会给后续防碰工作增加风险，误差的积累会影响到下部防碰扫描结果的准确性。当井斜较小时（还未进行高边工具面的转换），定向要使用磁性工具面，磁性工具面受到干扰后，定向井工作人员无法再根据工具面判断螺杆钻具弯角的方向，导致施工无法进行，即使可以继续施工，也会大大增加井眼交碰风险。在磁干扰下如果建立起井眼轨迹参数的修正方法对上述参数进行修正，是解决该问题的有效途径之一。

5 结论及建议

（1）从式定向井直井段钻井过程中的防碰预警方法还不够完善，设计及施工措施也存在着缺陷，使得直井段施工过程中井眼交碰风险无法避免。

（2）处理丛式定向井直井段交碰通常有填井重钻和试探性定向2种做法。桩148-斜6井直井段采用了试探性定向，在定向过程中时刻注意岩屑的返出情况及测斜仪器的磁参数，准确地判断出了井眼的分离。该井事故的成功解决为今后解决该类事故提供了有益的借鉴经验，但此方法存在很大的风险，使用过程需要谨慎。

（3）建议开展直井段优化分布、仪器磁干扰源判断方法、平行井眼钻进过程中防碰报警方法和磁干扰下轨迹参数修正方法等方面的研究，减小丛式定向井整体钻探风险。

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［3］周延军，李文飞. 丛式井井眼交碰风险因素分析及安全技术对策［J］.安全、健康与环境，2011，11（9）：21-23.

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［5］POEDJONO B, AKINNIRANYE G， CONRAN G, et al.Minimizing the risk of well collisions in land and offshore drilling［R］. SPE/IADC 108279, 2007.

［6］胥豪，牛洪波，许新强.钻井液磁干扰原因及对策［J］.科技创新导报，2008（19）：60-61.

［7］毛建华，王清江. MWD磁干扰的分析判断方法探讨［J］.钻采工艺，2008， 31（3）： 129-130.

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［13］陈炜卿. 定向井轨迹误差分析及三维可视化描述研究［D］.东营：中国石油大学（华东），2006.

（修改稿收到日期 2013-03-28）

Analysis and treatment on vertical section collision accidents occurred in cluster directional wells and its revelation

LIU Yongwang1, GUAN Zhichuan1, SHI Yucai1, WEI Wenzhong2, WANG Danhui2, XIAO Limin2

（1. College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao266580,China;2. Shengli Petroleum Administration Bureau of SINOPEC,Dongying257001,China）

Collision accidents during the process of vertical well section drilling can be easily produced in cluster directional wells.Taking Z148-X 6 well as an example, the whole handling process of wellbore collision accidents are discussed form the aspects of how the accident happened, the reason and the technical measures of the accident, et al. lots of benef i cial revelations have been gained from the accident. The successful treatment of this wellbore collision accident not only save the life of two offshore oil and gas wells, but also provides important reference for solving the kind of accident. The experience of handling this accident points out the study direction to solve the problem for the future.

cluster directional well; well-bore collision accident; risk factor; safety technical measures; research direction

刘永旺，管志川，史玉才，等.丛式定向井直井段交碰事故分析、处理及启示 ［J］. 石油钻采工艺，2013，35（3）：45-47.

TE28

B

1000 – 7393（ 2013 ） 03 – 0045 – 03

国家高技术研究发展计划（863计划）项目“海上大位移井钻完井关键技术开发”（编号：2012AA091501），中央高校基本科研业务费专项资金课题“邻井套管对磁性测斜仪的磁干扰规律及修正方法研究”（编号：10CX04005A），教育部创新团队发展计划“海洋油气井钻完井理论与工程”（编号：IRT1086），中国石油大学（华东）研究生创新基金资助项目“基于介质磁化理论的定向井磁测量参数修正方法研究”（编号：BZ10-04）。

刘永旺，1983年生。中国石油大学（华东）油气井工程专业在读博士研究生，主要研究方向为井下信息传输与控制技术。E-mail：liuyongwang2003@163.com。

〔编辑

朱 伟〕