丛式井组总体防碰与钻井顺序优化技术及应用.pdf

第 3 4卷 第 2期 2 0 1 2年 3月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI L LI NG PRODUCTI ON TECHNOL OGY Vo 1 ． 3 4 No ． 2 Ma r c h 201 2 文章编号 1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 2 0 2 0 0 0 9 0 4 丛式 井组总体 防碰 与钻 井顺序 优化技术及应 用 刘晓艳 施亚楠 李培丽 胜利石油管理局钻 井工 艺研 究院， 山东东营2 5 7 0 1 7 引用格式刘晓艳， 施亚楠， 李培丽． 丛式井组总体防碰与钻井顺序优化技术及应用 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 2 9 - 1 2 ， 1 6 ． 摘要针对丛式井组井间距小、 钻井数量多、 井间防碰钻井顺序优化难度大的技术特点， 利用观察法结合系统科学方法， 对 平台与钻机整拖方向、 目标点与井 口位置、 各 目标井方位关系等进行 了系统研究， 以老 1 6 8丛式井组为例， 借助于 P a r a d i g m软 件计算辅助手段 ， 提 出了一套钻井顺序整体优化思路与方法， 并分析了钻井顺序排列规律。研究表明， 对于密集型丛式井组钻 井顺序优化 ， 在分析防碰控制不利因素的基础上， 根据油藏特点与布井规律分析钻井顺序优化原则， 结合平台自身特点确定钻 井顺序优化的方案， 借助计算软件进行钻井顺序实施前的不断优化与实施过程中的持续优化。最终得到既满足油藏要求、 又满 足钻探 目的的最优化钻 井顺序 ， 为国 内海油陆采大型丛式井组钻井方案总体规划提 供 了科学依 据。 关键词密集型丛式井组；防碰；排列规律；钻井顺序；老 1 6 8 平台 中图分类号 T E 2 1 文献标识码 A Te c hni qu e s o f c l us t e r we l l ge ne r a l a n t i - c o l l i s i o n a nd dr i l l i ng s e qu e n c e o pt i mi z a t i o n L I U X i a 0 y a n ， S HI Y a n a n ， L I P e i l i Dr i l l i n g T e c h n o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e ， S h e n g l i P e t r o l e u m A d mi n i s t r a t i o n ， Do n gyi n g 2 5 7 0 1 7 ， C h i n a Ab s t r a c t Du e t o t h e s ma l l we l l s p a c i n g ， l a r g e a mo u n t o f d r i l l e d we l l ， a n d g r e a t d i f fi c u l t y o f i n t e r we l l a n t i c o l l i s i o n d r i l l i n g s e q u e n c e o p t i mi z a t i o n ， b y t h e me t h o d o f ma s s o b s e r v a t i o n a n d s y s t e ma t i c s tud y , t h e d r a g d i r e c t i o n o f wh o l e p l a t f o r m a n d d r i l l i n g r i g s ， t h e p o s i t i o n o f t a r g e t p o i n t a n d we l l h e a d ， a n d t h e o r i e n t a t i o n r e l a t i o n s h i p o f d i ff e r e n t we l l s a r e s y s t e ma t i c a l l y s t u d i e d ． T a k i n g t h e ma t u r e d 1 6 8 c l u s t e r we l l a s a n e x a mp l e ， b a s e d o n t h e r e s u l t s c a l c u l a t e d b y Pa r a d i g m， a n a p p r o a c h o f wh o l e o p t i m i z e d d r i l l i n g s e q u e n c e i s p r o p o s e d ， a n d t h e a r r a n g e me n t o f d r i l l i n g s e q u e n c e i s a n a l y z e d ． T h e s tud y s h o ws t h a t o p t i m i z a t i o n o f i n t e n s i v e c l u s t e r we l l d r i l l i n g s e q u e n c e s h o u l d b e b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f a d v e r s e f a c t o r s ， a n t i - a v o i d a n c e c o n t r o l ， t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e r e s e rvo i r a n d t h e d i s t r i b u t i o n o f we l l s ， c o mb i n i n g wi t h i t s o wn c h a r a c t e r i s t i c s ． T h e n ， t h e c a l c u l a t i o n s o f t wa r e i s u s e d d u r i n g t h e e n t i r e d r i l l i n g p r o c e d u r e t o i mp r o v e t h e d r i l l i n g s e q u e n c e ． At l a s t ， t h e b e s t d r i l l i n g s e q u e n c e wh i c h n o t o n l y me e t r e s e r v o i r r e q u i r e me n t s b u t a l s o t h e p u r p o s e o f d r i l l i n g i s a c h i e v e d ． I t s u p p l i e s a n s c i e n t i fi c e v i d e n c e f o r d o m e s t i c l a r g e s c a l e c l u s t e r we l l d r i l l i n g p r o g r a m p l a n n i n g ． Ke y wo r d s i n t e n s i v e c l u s t e r we l l ； a n t i - c o l l i s i o n ； a r r a n g e me n t s e q u e n c e ； d r i l l i n g s e q u e n c e ； m a t ur e d 1 6 8 p l a t f o r m 丛式井组 开发可节约大量 的道路建设 、 井场建 设投资， 节省地面空间， 便于采油集中建站和管理， 对开发浅海 、 滩涂 、 市区等油田具有广 阔的应用前景 ⋯ 。目前， 东部老油田均已开采多年， 地面条件与地 下条件常常限制区块开发方案的整体实施， 为了满 足特殊油藏整体开发的部署要求， 需要采取丛式井 组钻井方式获取 目 标层位。随着钻井技术水平的日 益提高 ， 钻井所能探及的区域半径 日益增大， 在地面 条件 与地下条件受限 的情况下 ， 密集型丛式井组渐 渐成为主要 的丛式井组开发方式。 丛式井组开发应遵循科学论证为前提、 整体防 碰设计为关键 、 现场施工技术措施是保障的原则 ， 总 体防碰与钻井顺序优化是丛式井组优化设计的关键 技术 ， 也是丛式井组整体实施、 顺利实现钻探 目的的 基金项 目中石化集 团公 司重 点科技攻 关项 目 “ 滩海老 1 6 8地 区高效开发 关键技 术研 究” 编号 P 0 9 0 3 2 。 作者简介刘晓艳， 1 9 7 4 年生。 2 0 0 8 年获中国石油大学 华东油 气井工程专业工程硕士学位， 现主要从事钻井工程设计及相关科研工作 高级工程师。 电话 0 5 4 6 8 7 8 4 5 5 3 。E ma i l z j y l x y a n 1 2 6 ．c o rn。 1 O 石油钻采工艺2 0 1 2年 3月 第 3 4卷 第 2 期 前提与保障 。笔者从总体防碰与钻井顺序优化的 角度出发 ， 结合老 1 6 8 丛式井组 的实际应用 ， 阐述密 集型丛式井组 的总体防碰与钻井顺序优化技术。为 密集型丛式井组钻井顺序优化提供了基本设计思路 与理论支撑， 对于油田后期滚动开发、 提高整体开发 效益具有重要意义。 1 钻井顺序总体优化方法 老 1 6 8区块位于渤海湾 内， 海水深 2 m左右 ， 距 海岸线约 2 ～ 4 k m。该地区地层发育 比较齐全 ， 开发 的目的层是馆陶组， 属高孔、 高渗稠油油藏。共部署 新钻井 5 8口， 采用建立海 上陆地平 台、 单 台控制的 钻井方式开发 ， 具有井数多、 井位密集等特点 ， 为了 更好地实现老 1 6 8区块的合理滚动开发， 需要对平 台钻井顺序进行合理优化。 密集型丛式井组防碰与钻井顺序优化需要整体 考虑， 确定平台位置与平台数量后， 首先分析影响钻 井顺序优化、 防碰控制的不利因素， 主要考虑布井方 位 、 研究 区块所处地域的地面与地下条件 、 平 台建设 走向、 油藏对其 目标层位获取顺序的要求等多方面 因素对其防碰控制 的影响 ， 确定对钻井顺序排布影 响的因素， 从而明确整体优化原则与优化思路 。 优化内容包括平台位置与部署井位置的相对 关系；钻机整拖方向与各井方位间的相对关系；为 了便于落实储量和储层， 油藏对开发顺序的要求； 后期采油作业各开发层系对泵挂深度的不同要求； 后期井位调整的可能性 ；井身轨道设计的科学性与 可行性等 L 3 。 根据井位部署特征和油藏对钻井的要求等实际 情况 ， 充分考虑 防碰控制不利因素的影响 ， 根据优化 原则 ， 从总体上确定防碰设计优化思路 ， 最大限度地 削弱不利因素的影响 ， 确保安全施工 。利用专业 软件 如p a r a d i g m计算分析软件 行井眼轨道优化， 根据防碰扫描结果和轨道参数 的合理性不断调整钻 井顺序， 最终确定整体的最优化钻井顺序。 在方案实施过程中， 根据实钻显示的油藏特征不 断落实新的靶点位置， 再次按照总体优化的方法不断 优化平台总体钻井顺序， 直至整个平台实施完成， 获 得满足油藏需要逐步落实储层的最优钻井顺序。 2 钻井顺序排列规律分析 多平 台同时开发时 ， 采取就近原则 ， 在满足油藏 对开发顺序要求的前提下， 各平台控制井之间平面 轨迹尽量不交叉 。单平 台开发控制数 1 0口井 时， 应 考虑平台与部署井相对位置关系。 2 ． 1 平台与部署井相对位置关系 若平台位于部署井一侧开发时， 部署井钻井顺序 走 向尽量与钻机整拖方向一致。如平台位于部署井 北侧 ， 平台东西走 向， 钻机整拖方 向朝东 ， 控制井顺序 原则上先控制西部部署井位再控制东部部署井位。 若平台位于部署井中间开发时， 可按平台与部 署井的相对位置关系划分控制区域， 各区域尽可能 控制其扇 区范围内的井位。如老 1 6 8 平 台位于部署 井中间， 布双排 4 部钻机同时开发， 按钻机数量划分 为 4个作业区域 ， 平台西南走向， 考虑布井方位不均 匀 ， 排序时布井少的区域尽可能多地照顾布井多的 区域 ， 保证各区平衡。老 1 6 8 丛式井组 区域控制图 如图 1 所示 ， 1区主要控制东 向井 、 2区主要控制北 向井 、 3区主要控制西向井 、 4区主要控制南 向井 。 2 ． 2 钻机整拖方向与各井方位间的相对关系 丛式井组一般利用造斜点相互错开的方式实现 各井间防碰。当目的层位相同时， 水平位移大的井 造斜点浅 ， 水平位移小的井造斜点深 ， 通常推荐的钻 井施工顺序优化原则是先钻水平位移大、 造斜点 浅的井 ， 后钻水平位移小 、 造斜点深的井 。 但实际应用过程 中， 此原则 只适用于钻机整拖 方 向与部署井方位走 向相反 的情况 ， 通过对各种形 式丛井组钻井顺序优化实践的分析 ， 在确定造斜点 井深时 ， 需考虑钻机整拖方 向与各井方位间的相对 关系 ， 若钻机向着远离部署井方位的方 向整拖 ， 也就 是钻机整拖方向与 目标点方位方 向相反时 ， 相邻两 井的造斜点趋势应是越来越深；相反， 若钻机顺着 部署井方位的方向整拖， 也就是钻机整拖方向与 目 标点方位方向一致时， 相邻两井的造斜点趋势应是 越来越浅 。 2 ． 3 目的层相同的两井 ， 方位及水平位移相近时的 排列规律 当相邻两井 目的层相同、 方位相近、 水平位移也 相近时， 无法利用造斜点错开的方式解决井间防碰 问题， 此时可考虑利用方位错开的原则， 先钻探其他 刘晓艳等丛式井组总体防碰与钻 井顺序优化技术及应用 方位的部署井， 错开造斜点后再钻探相近方位与水 平位移的井， 从而解决防碰问题。 3 老1 6 8 平台钻井顺序总体优化 3 ． 1 影响老 1 6 8平台防碰控制的不利因素 老 1 6 8 平台方案部署新钻井 5 8口， 考虑其钻井 平台实际建设走向， 结合井位部署特征和方案分批 实施 、 后期调整的要求 ， 在优化钻井顺序 时， 影 响各 井间防碰控制的不利因素主要为 1 钻机整拖方 向不利于同台井防碰控制。部署 井方位与钻机整拖方向相同的区域内的井排序时无 法满足水平位移先远后近， 便于落实储量的原则， 限 制了钻井顺序的优化。 2 井位部署重心倾斜 ， 布井不均匀， 不利于钻井 顺序 的优化 ， 不利于防碰控制。平 台西部 、 南部布井 相对密集 ， 东部、 北部布井相对稀少 ， 布井不均匀大大 地削弱了各区域控制井选择的余地和后期调整能力。 3 钻井顺序与地下需求是否相 匹配不确定 。 方案实施前储量落实不明确 ， 后期 根据储量 的进一 步落实， 重新调整井位的可能性较大， 井位的调整必 将导致后期钻井顺序的进一步调整， 致使防碰控制 处于被动局面。 3 ． 2 老 1 6 8平台钻井顺序优化原则 老 1 6 8丛式井组总体防碰与钻井顺序优化原则 主要考虑以下几个方面 1 为了便于储量和储层的落实 ， 先期实施 的 l 0 口井必须满足水平位移由远至近的原则 ； 2 考虑后期调整的可能性较大 ， 优化时以各 区 钻机主要控制其扇区内的井位为原则， 尽量保证各 工作区域布井均匀， 为调整留有余地； 3 以钻机整拖为原则， 尽可能地减少钻机搬迁； 4 尽可能优化轨道设计 ， 避免井眼相碰。 3 ． 3 老 1 6 8平台钻井顺序优化思路 该井组一期落实井位 1 0口， 其余井位均有调整 可能 。因此 ， 尽可能将这 1 0口井均匀地放在 4个作 业 区， 减少后期井位调整时的排序压力 图 2 。 图2 老 1 6 8丛式井组井槽与井号对照图一 1 根据优化原则 ， 考虑 2区钻机整拖方 向， 位于 2区的x 2 、 x 3 、 x 9 井无法满足油藏由远至近落实储量 的要求。纵 观整个平 台， 只能将此 3口井放在 3区 实施 。 2 考虑埕北 1 0 3井 区 3口井 、 老 1 7 3 井最后实 施， 结合其方位和水平位移， 确定在 1 区东南处留出 4 个井槽。 3 根据各 区钻机主要控制其扇 区内井位的原 则， 大体划分各区域控制井。 4 x 7 、 x l 位于 4区扇区内， 且在同一方位线上， 4区钻机整拖方 向由西北 向东南 ， 先钻 x 7再钻 x l 无 法满足防碰要求。x l O 、 x 4 情况类似。优化后， 一期 1 0口井可均匀分布于 4 个工作区域， 且一期井基本 可以从各区第 1口井槽处开始钻井， 利于后期钻机 的整拖 ， 有效地避免 了为解决防碰需要而带来 的钻 机搬迁问题。 5 各区控制井在确保一期 1 0口井满足上述位 置的前提下 ， 根据各 区钻机整拖方 向与布控井方位 间的关系确定防碰原则。 1 区、 3区内布控井优化钻井顺序时， 可考虑钻 井顺序、 方位走向与钻机整拖走向一致， 造斜点浅、 水平位移大的井先钻， 造斜点深、 水平位移小的井后 钻， 相邻两井的水平位移相近时， 采取方位相互错开 的防碰原则 。 2区、 4区内布控井受钻机整拖方向与布控井方 位影 响， 必须考虑造斜点不断上提 、 钻井顺序 、 方位 走 向与钻机走 向一致 、 水平位移 由近至远的优化原 则来确保井间距最大 。 3 ． 4 实施过程钻井顺序的调整与优化 随着一期第一批井的逐步实施， 储层和储量得 到进一步落实， 二期重新部署了第二批实施的 2 3口 井， 其余井位仍有调整可能。 借鉴一期实施方案优化思路， 依据优化原则 ， 对 一 期未钻探 井与二期 2 3口井重新考虑钻井顺序优 化思路。首先重新划分控制区域 图 3 。 图 3 老 1 6 8丛式井组 井槽 与井号对 照图二 1 x 2 、 x 3 井仍放在 3区， 以满足油藏 由远至近 1 2 石油钻采工艺 2 0 1 2年 3月 第 3 4卷 第 2 期 落实储量的要求。 2 x 7 、 x l 井仍按原思路安排在 1 区， 既解决了 储量落实与防碰要求间的矛盾， 又解决了 1 区控制 井数少的问题。 3 位 于 4区的 x 2 9 、 x 3 0 井 的水平位移较小 ， 可 安排在 1 区 ， 在增加 l区控制井数 的同时又有利于 后期井位的调整。 4 由于 l区控制井较少 ， 将位于 4区控制井最 东侧的x 5 0 、 x 6 0 井放在 1 区， 弥补 1 区控制井数少 的不足。 5 各区控制井首先确保一期二期井尽量满足油 藏要求， 其余井根据各区钻机整拖方向与布控井方 位间的关系确定防碰原则。 根据优化思路 ， 对 5 8口井的钻井顺序再次进行 了优化 。优化后的钻井顺序见图 3 。 4 优化后防碰 扫描结果 满足油藏需要， 而且也要满足防碰要求 ， 老 1 6 8平台 实施完工后 ， 未发生任何钻井防碰事故 ， 优化后的钻 井顺序满足了施工要求 。 表 1 实钻防碰扫描结果 槽号 井号 井深 ／ m比较井井深 ／ m 最近距 离／ m 4 L x】 7 3实钻2 8 6 ． 8 3 x 3 0 2 8 6 8 9 4 6 7 2 3 x 5实钻 5 2 0 ． 1 4 P 1 24 x1 6 4 6 x 6实钻 47 x8 4 8 x4 6 4 9 ． 7 9 52 4． 4 6 24 0． 0 0 1 9 3 ． 7 6 x 5实钻 P3 x 6实钻 x 8实钻 5 2 0 ． 1 4 2 ． 3 4 4 9 ． 7 9 4 ． 8 9 5 2 4 ． 5 6 4 ． 7 9 2 40．00 4．40 1 93． 6 9 4． 5 4 5 井眼轨道优化设计 钻井顺序优化包括对井眼轨道的优化设计 ， 优 化后的井眼轨道应确保井眼平滑， 避免同台井之间 以及与老井井眼相碰。井眼轨道优化主要是轨道类 型与轨道参数的优化 加 。尽量选用简单平滑、 易于 为了确保钻井顺序优化方案、 轨道设计优化方 实现、 技术成熟、 工具配套的轨道类型， 老 1 6 8 平台 案的可操作性， 优化过程中随时对新钻井与其他各 的定向井采用了直 一 增 一 稳三段制轨道类型。轨道 井进行轨道防碰扫描 ， 不 断调整钻井顺序与井眼轨 参数的优化主要涵盖以下几个方面 道， 确保井口间距为各井间最小距离 ]。老 1 6 8 平 1 相邻井的造斜点相互错开至少 3 0 m， 优化时 台井间距设计为5 m， 优化后各井问最小距离位于直 在确保钻井能够实现的前提下错开至少 5 0 m， 为后 井段 间距为 5 m ， 最终方案能够满 足各井间 防碰 期调整预留空间。 要求。表 1 列出了实钻数据与邻井距离小于 5 I n的 2 考虑后期采油作业对泵挂深度的要求， 造斜 井 ， 其 中， 由于老 1 6 8 一 x 5井实钻过程 中直井段不直 ， 点尽可能地深 。 造成后续已部署井难以调整与该井的最近距离。因 3 井斜角尽可能小 6 0 。 以内 ， 确保携岩能力， 此， 在方案实施过程中， 每一 口井的直井段打直是确 保证井眼清洗能力。 保钻井顺序优化方案顺利实施的关键， 同时， 必须对 4 根据工艺要求优化造斜率， 老 1 6 8 平台定向 在钻井与已完钻井进行实时防碰扫描， 及时调整钻 井造斜率选定 1 5 。 ／ 1 0 0 m。优化后的老 1 6 8 平台 井顺序与井眼轨迹 ] 。优化后的钻井顺序不仅应该 井眼轨道主要参数如表 2 。 表 2 老 1 6 8平台井眼轨 道优化后轨道参数 参数 最大 最小 井斜 角 ／ 。 6 8 ． 0 1 老 1 6 8 一 斜 1 0井 2 0 ． 6 5 老 1 6 8 ． 斜 3 0井 井底位移 ／ m 2 2 0 5 ． 6 9 老 1 6 8 ． 斜 4 8井 2 6 3 ． 7 9 老 1 6 8 一 斜 8井 井斜角 6 0 。的井数 ／ 口 1 2 井底 位移 2 0 0 0 m 的井数 ／ 口4 x 2井、 x l 0井、 x 4 4井、 x 4 8井 6 结论与建议 1 密集型丛式井组总体防碰与钻井顺序优化是 实现整体开发钻探任务的前提与保障。 2 确定丛式井组总体防碰与钻井顺序优化原则 时 ， 主要考虑平台与部署井的相对位置关系 、 钻机整 拖方 向与各井方位间的相对关系 、 油藏对开发顺序 的要求 、 后期采油作业各开发层系对泵挂深度 的不 同要求、 后期井位调整的可能性、 井身轨道设计的科 学性与可行性等多个方面。 3 在确定造斜点井深时， 需考虑钻机整拖方向 与各井方位间的相对关系若钻机向着远离部署井 方位的方向整拖， 相邻两井的造斜点趋势越来越深； 相反， 若钻机顺着部署井方位的方向整拖， 相邻两井 的造斜点趋势越来越浅。 4 钻井顺序优化时， 相邻两井间关系应遵循造 下转第 1 6页 l 6 石油钻采工艺 2 0 1 2年 3月 第 3 4卷 第 2期 技术具备了五级分支井的 3个技术特性 分支井眼 与主井眼连接处具有整体机械支撑完整性、 整体液 力密封性和分支井眼的选择性再进入功能。上述技 术特性使分支井眼与主井眼连接处能抵抗地层变 形、 防砂、 防水侵， 同时还能实现投产对分支井眼的 施工作业 ， 提高油井的寿命和开发效果。 2 通过河 3 一 支平 1 井 的成功施工 ， 初步形成了 一 套五级分支井钻完井工艺 ， 为五级分支井钻完井 积累了宝贵的经验 ， 同时也为该 技术 的进一步推广 应用打下了基础 。 参考文献 [ 1 ] 蒋祖军． 国内第一口T AML五级双分支井完井技科 J ] ． 石油钻 采工艺， 2 0 0 4 ， 2 6 2 5 ． 7 ． [ 2] 刘坚， 李勇， 马旭川 ． X Q9 0气井分支井完井技术 [ J ]． 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