涪陵页岩气田二期水平井钻井防碰绕障技术

李亚南于占淼

1.中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院；2.中原石油工程有限公司钻井二公司

涪陵页岩气田二期水平井钻井防碰绕障技术

李亚南1于占淼2

1.中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院；2.中原石油工程有限公司钻井二公司

涪陵页岩气田二期处于油藏边缘地带，地层倾角大、断层多。由于储层埋藏深，设计直井段长，防斜打直问题突出；为提高采收率并降低钻探成本，二期工程继续采用井工厂模式开发，但与一期相比，平台布井数量增加，井口距离小，防碰绕障难题亟待解决。以焦页81-1HF井为例，撰写了现场水平井防碰施工注意事项；结合同平台井组井史资料，优化设计了焦页81-1HF井身剖面；模拟邻井防碰数据，确定了防碰重点井位、井段，制定了防碰技术方案及定向施工措施，优选钻头、钻具组合，避免邻井防碰，降低作业风险。现场应用表明，同平台7口水平井防碰绕障成功，井眼轨迹光滑，准确中靶，为下套管及固井施工奠定了基础，为涪陵二期丛式水平井防碰绕障施工提供了借鉴。

页岩气；工厂化钻井； 水平井； 防碰绕障； 轨迹控制；涪陵

涪陵页岩气田二期产建区划分为江东、平桥、白涛等5个开发区块，其中江东、平桥区块试气效果最好，作为重点开发区。但与一期产建区相比，二期地处油藏边缘带、地层高陡、断层发育、储层埋藏加深、单块有利气藏面积小，地质情况复杂，因此为提高钻井效率，降低施工成本，采用井工厂丛式水平井开发模式，单平台布井密度高，井口间距小，导致同平台井组及相邻平台井井间防碰问题异常突出，属于多井防碰绕障，一旦施工设计方案及防碰技术不合理，易造成邻井相碰事故［1］。文中以焦页81-1HF井为例，分析了涪陵页岩气田二期丛式水平井现场施工技术难点，制定了井眼轨迹控制及防碰技术方案和施工措施，保证井眼轨迹质量，实现井间高效防碰，为涪陵二期丛式水平井多井防碰绕障提供借鉴。

1 焦页81-1HF井概况

Summary of Well Jiaoye 81-1HF

焦页81平台位于川东南涪陵区中部涪陵页岩气田二期江东区块，地处重庆市涪陵区罗云乡。地层构造位置川东高陡褶皱带万县复向斜天台场断鼻，目的层上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组下部页岩气层段。平台上部署了焦页81-2HF等7口大位移水平井，采用井工厂开发模式，但布井方式由一期常规型布井方式转为鱼钩型布井。其中焦页81-IHF井是该平台上最后施工的一口井，设计井深5060 m，最大井斜65.52°，方位0°，水平段长1648.18 m，靶前距567.36 m，入靶垂深3 166 m，靶区窗口上下5 m、左右10 m，面临着6口同平台井防碰绕障问题，施工难度大。该平台井组水平投影见图1。

图1 焦页81平台井组水平投影图Fig.1 Horizontal projection of well group on Jiaoye 81 flat

2 技术难点

Construction difficulties

（1）地层倾角大、岩性复杂。焦页81平台位于万县复向斜天台场断鼻，属于油藏边界带，地层倾角大（20°～30°）、变化多；龙潭组地层含硅质灰岩夹泥岩，易蹩跳钻，钻速时快时慢，定向工具面不稳，井斜控制困难，钻进过程中定向频繁［2］。

（2）邻井多、间距小。焦页81号平台共有7口大位移水平井，南北平台内井口间距等间距排列，井口间距10 m，其中焦页81-2、7、6、5HF 4口井成“L”型排列，位于南半平台；焦页81-1、3、4HF 3口井成一字排列，位于北半平台，焦页81-4HF井与焦页81-1HF井井口间距最近。焦页81平台井位布局见图2。

图2 焦页81平台井位布局Fig.2 Well location arrangement of Jiaoye 81 pad

（3）按照钻机整拖方向开展钻井施工。焦页81平台南北平台由两支钻井队承钻，均采用钻机整拖方式施行导轨平移井架，由于现场施工中钻机整拖方向的钻井井序问题，导致没有优先钻水平位移大、造斜点浅的井，增加了井间防碰施工难度［3］。

（4）直井段长。涪陵页岩气田二期储层埋藏垂深3 200～3 800 m，井身剖面直井段长1 800～2 400 m，设计要求直井段1 000 m内全角变化率小于1（°）/30 m，1 000 m至造斜点全角变化率控制在1.25（°）/30 m，防斜打直难度大。

（5）随钻测量仪器误差。仪器测量误差及测量数据滞后直接影响井眼轨迹控制，焦页81平台使用随钻测斜仪器，误差范围方位角±1.5°，井斜角±0.1°，磁性工具面角±1.5°，重力工具面角±1.5°。

3 技术方案

Construction preparation

3.1 总体技术方案

Construction scheme

（1）明确井场地理位置，确定周边邻井数量，明确防碰井位。根据防碰井实钻井眼轨迹数据，确认防碰井井口坐标、磁偏角、电测连斜和多点数据，保证电测数据与随钻数据的一致性，统一方位数据、统一地磁模型［4］，确保防碰设计准确指导现场施工。

（2）优选井眼轨迹防碰扫描方法。防碰扫描方法主要有最小距离扫描法、水平面扫描法、法面扫描法3种方法，其中最小距离法可计算井眼轨迹空间最小距离，反映邻井三维空间距离、井斜关系。

（3）模拟计算邻井空间防碰最近距离，确定防碰绕障重点、难点井位及井段，优选防碰绕障技术，制定绕障施工方案。

（4）施工中严密监测井斜数据变化。应用的随钻仪器，测点距钻头位置距离16～19 m，测斜数据有延迟，在防碰重点井段施工时，依据已钻井眼变化规律预测井底数据，实时分析防碰数据。考虑测斜仪误差，修正防碰模拟数据，指导现场施工。

（5）邻井防碰间距缩小时，及时采取加密测量，勤模拟多分析，发现问题及时定向调整；测量井斜数据时，认真观察磁场强度数据变化情况，辨识、判断有无邻井套管磁场干扰。

3.2 分井段技术方案

Technical scheme of separate well section

3.2.1 一开直井段 一开采用“减震+扶正”技术，确保直井段防斜打直，提高机械钻速。工程设计要求一开直井段位移≤5 m，全角变化率1（°）/30 m。

3.2.2 二开井段 针对焦页81-1HF井井斜控制难、防碰井数多、施工难度大的问题，优化造斜点位置，采取前期造侧负向位移方法绕障，减少同一防碰扫描区域内防碰井数量，降低防碰风险。

焦页81-1HF井与6口邻井进行防碰，模拟防碰扫描数据，焦页81-3、4HF井是重点防碰井位，其中焦页81-4HF井防碰最小中心距离4.23 m、最近椭圆距离仅0.95 m，分离系数1.291，井眼相碰风险高，详细数据见表1，防碰分离系数见图3。

表1 二开防碰模拟数据Table 1 Anti-collision simulation data of the second spudding

为降低防碰风险，并保证储层钻遇率，二开重点防碰段井眼轨迹剖面优化设计为“微增-增斜扭方位-稳斜”，造斜点上移至750 m。750～800 m以全角变化率3（°）/100 m进行定向施工，井斜增至1.5°，扭方位到130°；800～1 600 m以全角变化率1（°）/100 m钻进，增斜稳方位，井斜增至10°，方位130°。以方位130°造侧负向位移，减少同一区域段内防碰井数量，降低防碰风险；1 600～1 950 m，增斜扭方位，井斜增至24.32°，方位由130°扭到268.81°；1950 m稳斜稳方位至二开中完。

图3 防碰扫描分离系数Fig.3 Anti-collision scanning separation coefficient

4 三维防碰绕障技术

3D collision avoidance and obstacle bypass technology

4.1 一开直井段

Vertical hole section during the first spudding

（1）钻具组合：Ø406.4 mm牙轮钻头+ Ø244mm单弯螺杆（0.5°，Ø398 mm扶正器）×1根+Ø390 mm扶正器×1根+Ø228.6 mm钻铤×1根+Ø203 mm无磁钻铤+Ø203 mm钻铤×4根+Ø229 mm减震器+Ø 139.7 mm加重钻杆×20根+Ø139.7 mm钻杆。

（2）一开70～711 m直井段复合钻进，每百米吊测一次，若井斜超过设计要求，采用小钻压吊打钻进。一开完钻，使用多点测斜仪器测量井斜方位数据。

4.2 二开防碰控制技术

Anti-collision technology of the second spudding

4.2.1 微增段 微增段主要与焦页81-3HF、焦页81-4HF井防碰，要求全角变化率较小，采用“小弯角螺杆+扶正器”技术。

（1）钻具组合：Ø311.2 mm PDC钻头+ Ø216 mm单弯螺杆（1°，Ø305 mm扶正器）×1根+ Ø300 mm扶正器×1根+浮阀+ Ø203 mm无磁钻铤×1根+Ø203 mm无磁悬挂×1根+ Ø203 mm钻铤×3根+Ø139.7 mm加重钻杆×20根+ Ø139.7 mm钻杆。

（2）复合钻进与滑动钻进相结合，滑动钻进控制井斜微增，全角变化率控制为1～2（°）/100 m，方位120～140°，滑动钻进走侧负方向位移，此段防碰井数量由6口减到2口，减少防碰绕障的同时保证井眼光滑。

4.2.2 增斜扭方位段 （1）钻具组合：Ø311.2 mm PDC钻头+ Ø216 mm单弯螺杆（1.25°，Ø305 mm扶正器）×1根+浮阀+ Ø203mm无磁钻铤×1根+Ø203 mm无磁悬挂×1根+ Ø203 mm钻铤×3根+ Ø139.7 mm加重钻杆×20根+ Ø139.7 mm钻杆。（2）井深1 600～1 950 m以全角变化率15（°）/100 m开始增斜扭方位，井斜增至24.32°，扭方位增至286.81°，在井深1 770 m与焦页81-5HF井距离最近，采取定向增斜、扭方位，1 794 m后井段逐渐远离，与此井再无防碰风险。

4.2.3 稳斜段 （1）钻具组合：Ø311.2 mm PDC钻头+Ø216 mm单弯螺杆（1°，Ø305 mm扶正器）×1根+Ø285 mm扶正器×1根+浮阀+ Ø203 mm无磁钻铤×1根+Ø203 mm无磁悬挂×1根+ Ø203mm钻铤×3根+Ø139.7 mm加重钻杆×20根+ Ø139.7 mm钻杆。（2）由于模拟焦页81-1HF井稳斜段与邻井焦页81-2、6、7HF井防碰，井深2 040 m，距离焦页81-6HF井最近，分离系数4.791；井深2 070 m，距离焦页81-2井最近，分离系数7.827；井深2 077.94 m，距离焦页81-7井最近，分离系数3.356，因此施工风险高，密切监视与邻井的防碰距离变化，分析已钻井眼井斜微增、方位微降的规律基础上，提前定向施工，避免了井间碰撞可能。在井深2 180 m，井斜23.9°，方位286.82°，与最近焦页81-7HF井，中心距离55.5 m，椭圆距离47 m，分离系数提升至6.228，消除了井间碰撞风险，全井防碰施工结束，防碰绕障成功。

4.3 现场应用效果

Field application

焦页81-1HF井通过应用防碰绕障控制技术，与6口邻井防碰成功，重点防碰井位井间距离和相对方位变化见图4。

图4 井间距离和相对方位变化Fig.4 Change of interwell distance and relative azimuth

焦页81-1HF井一开井段全角变化率小于1（°）/30 m，符合设计要求；二开采用“小弯角螺杆+扶正器”技术，降低了滑动钻进比例，提高机械效率的同时保证了轨迹的平滑，缓解了后续施工难度。

5 结论与认识

Conclusions and cognitions

（1）涪陵页岩气田二期产建区地层结构较一期复杂多变，采用井工厂丛式水平井开发模式，需结合工程设计整体规划钻机整拖井序，制定总体设计方案，减少防碰控制不利因素。

（2）一开直井段采用“减震+扶正”防斜打直技术，避免了井斜过大，为后续防碰绕障施工奠定基础，同时提高了机械钻速。

（3）优化了二开重点防碰井段井身剖面，应用最小距离防碰扫描法，确定了重点防碰井位；二开“微增段-增斜扭方位段-稳斜段”重点防碰井段，优化了造斜点位置，采用走侧负向位移绕障井眼轨迹控制技术成功实现了井间防碰绕障。

（4）丛式井组多井防碰施工，获得准确的邻井实钻数据、分析预测井眼轨迹走向、精确判断有无邻井套管磁干扰是实现安全优快防碰钻井的关键。

References:

［1］赵峰.辽河油田曙一区水平井防碰绕障技术［J］.西部探矿工程，2012，24（8）： 39-42.ZHAO Feng.Horizontal well anti-collision and barrier bypassing technology of Shuyi block in the Liao He oilfield［J］.West-China Exploration Engineering,2012,24（8）:39-42.

［2］王霞.连平6-4井防碰绕障技术研究［J］.中国石油和化工标准与质量，2014（10）：79.WANG Xia.Lian Ping6-4 Well anti-collision and barrier by-passing technology research［J］.China Petroleum and Chemical Standard and Quality,2014(10): 79.

［3］刘晓艳，施亚楠，李培丽.丛式井组整体防碰与钻井顺序优化技术及应用［J］.石油钻采工艺，2012，34（2）：9-12.LIU Xiaoyan,SHI Ya’nan,LI Peili.Techniques of cluster well general anti-collision and drilling sequence optimization［J］.Oil Drilling & Production Technology,2012,34（2）: 9-12.

［4］王万庆，田逢军.长庆马岭油田水平井钻井防碰绕障技术［J］.石油钻采工艺，2009，31（2）： 35-38.WANG Wanqing,TIAN Fengjun.The anti-collision and barrier-bypassing technology of horizontal well drilling in Changqing Maling Oilfield［J］.Oil Drilling &Production Technology,2009,31（2）: 35-38.

（修改稿收到日期 2017-02-08）

〔编辑 薛改珍〕

Collision avoidance and obstacle bypass technology for horizontal wells in the second phase of Fuling shale gas field

LI Ya’ nan1,YU Zhanmiao2
1.Drilling Engineering Technology Research Institute,SINOPEC Zhongyuan Petroleum Engineering Ltd.,Puyang457001,Henan,China;
2.No.2Drilling Company,SINOPEC Zhongyuan Petroleum Engineering Ltd.,Puyang457001,He’nan,China

Phase 2 site of Jiaoshiba shale gas project in Fuling is geographically located at the margin of oil reservoir with high stratigraphic dip and multiple faults.The reservoirs are buried deeply,so the vertical hole section shall be long.Therefore,inclination prevention is vital.To enhance recovery factor and decrease drilling cost,the phase 2 engineering is still developed in the mode of well factory.There are more wells in one pad and wellhead distance is shorter in phase 2 than in phase 1,so it is in urgent need to guarantee collision avoidance and obstacle bypass of horizontal wells.The seventh horizontal well (i.e.,Well Jiaoye 81-1HF) on the Jiaoye 81 pad was taken as an example to investigate the collision avoidance which is the construction focus and difficulty in phase 2.The on-site considerations of horizontal well anti-collision were prepared.Well profile of Well Jiaoye 81-1HF was optimally designed based on the historical data of well group on the same pad.The key well locations and hole sections of collision avoidance were determined by simulating the anti-collision data of neighboring wells.Anti-collision technology program and directional construction measure were formulated.Bit and BHA were optimized.And thus,collision between one well and its neighboring well was avoided and the operation risk was reduced.It is indicated that collision avoidance and obstacle bypass are realized successfully at 7 horizontal wells on the same pad and their hole trajectories are smooth with accurate targeting.It provides the foundation for casing job and cementing.And it can be used as the reference for the collision avoidance and obstacle bypass of cluster horizontal wells in the second phase of Fuling shale gas project.

shale gas; factory-like drilling; horizontal well; collision avoidance and obstacle bypass; trajectory control; Fuling

李亚南，于占淼.涪陵页岩气田二期水平井钻井防碰绕障技术［J］.石油钻采工艺，2017，39（3）：303-306.

TE243

：A

1000–7393（2017 ）03–0303–04DOI:10.13639/j.odpt.2017.03.009

: LI Ya’ nan,YU Zhanmiao.Collision avoidance and obstacle bypass technology for horizontal wells in the second phase of Fuling shale gas field［J］.Oil Drilling & Production Technology,2017,39(3): 303-306.

李亚南（1987-），2010年毕业于东北石油大学石油工程专业，现主要从事定向井及钻井工艺研究。通讯地址：（457001）河南省濮阳市华龙区中原东路钻井工程技术研究院。 E-mail：liyanan19870506@163.com