长庆油田丛式三维水平井井组钻井整体设计研究与应用

杨 光

（中国石油天然气集团公司长庆油田川庆钻探工程公司长庆钻探总公司）

长庆油田丛式三维水平井井组钻井整体设计研究与应用

杨 光

（中国石油天然气集团公司长庆油田川庆钻探工程公司长庆钻探总公司）

针对丛式三维水平井轨迹控制精度高、井筒间的防碰设计难、管串下入摩阻大等难题开展攻关与实践，并在长庆油田庄230井区林平35-1井组进行了先导性现场试验，成功实施突破了丛式三维水平井井间防碰、井眼轨迹控制瓶颈技术难题，形成了以井身结构优化、井网布局优化、剖面轨迹控制等技术集成配套的丛式三维水平井井组整体设计。图1表1参5

丛式水平井防碰技术大偏移距扭方位

0 引言

长庆油田致密油藏岩性致密、渗透率低、储层物性差，且主要分布于井场受限的沟壑地带，目前应用较为广泛的水平井钻井技术难以实现经济有效开发。国内外油气田开发实践表明，利用丛式三维水平井开发油田，可节约大量的道路建设和井场建设投资，并节省地面空间，增加油层的裸露面积，提高采收率，提高油田经济效益，同时便于采油集中建站和管理。因此，丛式三维水平井技术对立体式开发长庆油田致密油藏具有重要的意义和广阔的应用前景。

1 丛式三维水平井整体设计

1.1 目的层的确定

长庆油田长6和长7油层组致密油分布广泛，初步预测致密油总资源量约30×108t，其中长7油层组致密砂岩油资源量约9×108t，长6油层组致密砂岩油资源量约11×108t，是长庆油田实现长期稳产较为现实的石油接替资源。

本文以长庆油田庄230井区为例，目的层长6、长7，垂深1760～1860 m，靶体朝向方位165°。表1为庄230井区目的层设计分层。

1.2 井网布局

庄230井区是长庆油田丛式三维水平井组开发的先导试验区，该区块布井以“山字型”井网分布，充分利用“工厂化”多机组钻井平台作业效率高的特点，解决长庆油田致密油藏“储量大，采出低”的问题。

以庄230井区林平35-1井井组为例，该井场双机组作业布井8口，设圆柱形靶3个，水平靶5个，开发目的层长6、长63。川庆钻探施工2#井组井数5口，其中定向井2口，常规水平井1口，三维水平井2口（图1）。

表1 庄230井区目的层设计分层表

图1 林平35-1井井组双井场井序布置图

1.3 井身结构设计

庄230井区根据三维井偏移距离和水平段长度对井身结构设计中的套管下深的确定原则、地层破裂压力及井眼波动压力等问题进行了分析。根据每口井的施工难度，避免上部定向、增斜井段出现复杂情况以满足采油的需要设计井身结构。套管的下深，下至窗口不一定为最优的选择，三维水平井钻井的关键井段是稳斜扭方位和增斜入窗井段，还要兼顾水平井段的延伸钻进。根据三维水平井偏移距离和水平段延伸长度，采用了如下两种井身结构方案设计。偏移距离小于300 m或水平段长度小于1500 m时采用第一种方案。偏移距离大于300 m或水平段长度大于1500 m时采用第二种方案。

1.4 井身剖面设计

在对丛式三维水平井进行可行性论证后，进行井口排序，确定钻井顺序，进行井身剖面设计。这是整个工程的关键，也是综合统筹的安排，围绕防碰这一中心，进行井身剖面优化设计。剖面设计原则是，优先设计三维水平井井眼轨道，预留安全圆柱空间。定向井、常规水平井采用简单井身剖面，三段制：直井段—斜井段—水平井段剖面，减少施工难度，均衡防碰空间，造斜点垂深错开(不小于50 m)，水平投影轨迹尽量不相交。定向井施工时以后续设计的三维水平井轨迹空间为预防碰对象，如果两井轨迹有相碰趋势，应进行绕障施工。

2 丛式三维井组现场施工技术措施

众所周知，防碰技术是丛式井组的核心技术，防碰成功与失败也是整个工程的成与败。经多年在长庆油田的探索和实践、总结出如下技术措施。

2.1 严格控制直井段井身质量

水平井直井段的井身质量直接影响丛式井的防碰、斜井段和水平段的轨迹控制及施工速度。直井段防斜打直技术是水平井施工的基础，由于靶前位移受到限制，若正位移偏大，势必造成实际造斜点下移，造斜率提高，严重影响轨迹控制、提高入靶的难度，同时在丛式水平井组中，如直井段位移较大将会使井眼间距变小,增加了防碰的难度，为此，在直井段施工中，必须加强防斜打直技术措施，确保直井段井身质量。

2.2 优化井身轨迹设计和防碰预案制定

根据地层造斜规律、工具的造斜能力、轨迹设计的要求确定造斜段的造斜率，同时要根据直井段的数据对剖面进行修改。而对于三维水平井，其关键技术是直井段进行增井斜纠偏，第一增斜段扭方位调整，保证在第二增斜段前将方位对准靶体方位，狗腿度不大于6°/30 m。同时，做好防碰预案的设计，一切以安全快速施工三维井为原则，必要时定向井和常规水平井采取提前定向,以造侧位移或负位移的方式进行预防碰。

2.3 做好井组的整体设计和施工顺序的安排

按照井组各井的轨迹，做好总体的井组设计，根据各井的靶点数据，合理安排井口，相邻井造斜点错开50 m以上，如施工井轨迹设计有相近趋势时，优先设计在直井段绕障分离，确保在斜井段前防碰距离安全，减小防碰及施工的难度。同时在施工前，优化平台布井，合理安排施工的顺序，降低施工的难度。2.4保证实钻轨迹趋于设计

在丛式水平井组施工中，要合理选择单弯的度数，在定向施工时，严格施工参数，保证滑动钻进的效果，使实钻的井身轨迹尽可能与设计趋于一致。丛式井组施工前，应进行全井组井眼轨迹设计，先设计三维水平井井眼轨迹，预留三维水平井轨道空间，其它井以三维水平井为预防碰目标井进行井眼轨迹优化设计。先施工井严格按照设计轨迹施工，如与三维水平井预留轨道空间有相碰趋势时，应提前做出调整，必要时进行绕障施工。

2.5 保证钻井液性能和严格施工措施

针对长庆油田三维水平井地质情况复杂、环保要求高、钻井施工难度大的特点，采用聚合物无毒钻井液体系，该钻井液防塌、抑制和润滑防卡能力强，保证钻井施工的正常进行。根据具体情况合理控制并提前考虑调整钻井液性能，三维水平井钻井液性能应保持良好的润滑性和剪切稀释性，保持低密度和高密度固相含量在一个较低的数值；加强泥浆性能的维护处理，加强固控措施，减少钻井液无用固相含量，含砂量控制在0.3%以内；要求钻井液滤失量≤5 mL，严格控制钻井液HTHP失水和摩擦系数（Kf≤0.07）。

在现场施工中，钻井液要维护较高的性能，严格施工措施，这是保证井下安全最主要的条件。根据井下情况及时进行短起下作业。起下钻时严格遵守操作规程,避免出现复杂情况。起钻前,用“清扫液”清扫井眼。现场可查泥饼润滑性的好坏，视井下具体情况，加入原油或其他润滑剂改善钻井液润滑性，降低摩阻、扭矩。如钻遇泥岩，适当提高密度及强化抑制性，防止坍塌。根据钻井液消耗情况，用稀胶液进行“细水长流”的办法维护，杜绝干加和集中加；对于大型处理，要按一个或多个循环周均匀加入，以防止泥浆性能波动过大。充分利用四级固控设备，严格控制含砂量，减少有害固相对储层的伤害。尽可能使用酸溶性加重材料。若钻井过程中发生溢流、井涌等情况，可根据实际需要，提高钻井液密度，确保施工安全。

3 现场施工技术的成功示例

林平35-1丛式井组是目前长庆油田最大丛式三维油井井组,该丛式井组的顺利完工,体现了丛式井组科学的现场施工技术。

3.1 丛式井组总体防碰与钻井施工原则

林平35-1丛式井组总体防碰与钻井施工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，该井组采用超前注水、交错排状5点井网方式开发，考虑该区双层开发、采用双层错位布井方式。

（2）进行井组整体井眼轨道设计，按照钻井顺序尽可能优化轨道设计，避免井眼相碰。

（3）考虑先期施工注水井、后期施工三维水平井直井段纠偏调整的必要性，优化时以三维水平井井眼轨道安全为原则，尽量保证各井井眼轨道服从于井组整体设计，趋于单井轨道，为三维井井眼轨道留有安全空间。

3.2 直井段施工

丛式井组施工井造斜点一般相互错开50 m左右，整体设计按照鱼刺状进行表层绕障预分，为后续施工预留空间。表层直井段采用346 mm钻头，高转速低钻压，这样提高了机械钻速，又达到防斜的目的。单多点仪器测量监控，跟踪控制，加强多点测量，实时预算轨迹，采用最小距离法进行防碰扫描，计算正钻井与相邻井最近距离。

3.3 纠偏段和斜井段施工

三维纠偏钻井技术在2口三维水平井施工中，将三维轨道优化设计为直井段纠偏+扭方位+二维入窗的定向模式。自定向造斜开始，全井采用无线随钻测量系统连续监控井眼轨迹，井斜与方位始终保持与设计趋于同步。采用高效PDC钻头加优质低转速大扭矩7级马达,配合先进的水平井轨迹测量数据、处理系统，实现了定向、增斜、稳斜，随时调整井斜、方位的连续作业。完成油井最大偏移距离418 m。

导向钻具组合如下：

（1）Φ215.9 mmBit+Φ172 mm单弯螺杆（1.25°）+ MWD接头+Φ168 mmNMDc×1根+Φ127 mmHWDp× 60根+Φ127 mmDp

（2）Φ215.9 mmBit+Φ172 mm单弯螺杆（1°）+ Φ168 mm接头+Φ214 mm扶正器+MWD接头+Φ168 mmNMDc×1根+Φ165 mm接头+Φ127 mmHWDp×60根+Φ127 mmDp

3.4 水平井段施工

为了保证准确钻遇目的层，采用带伽马参数的无线随钻测量仪器在钻进过程随时调整井眼轨迹，确保井眼水平段在油层的最佳位置穿行。钻具组合如下：

Φ215.9 mmBit+Φ172 mm单弯螺杆（1°）+Φ168 mm接头+回压凡尔+Φ214 mm扶正器+MWD接头+ Φ168 mmNMDc×1根+Φ165 mm接头+Φ127 mmHWDp×12根+Φ127 mmDp×（60-138）根+Φ127 mmHWDp×（45-90）根+Φ127 mmDp

为了确保防碰施工和轨道设计优化方案的可操作性，优化过程中随时对新钻井与其它各井进行轨道防碰扫描，不断调整井眼轨道，确保井眼距离安全。林5-11井井间距设计为6 m，优化后各井间斜井段最小距离为23 m，最终整体方案设计能够满足各井间防碰要求。因此，在方案实施过程中，定向井和常规水平井的直井段打直是确保钻井顺序优化方案顺利实施的关键，确保了后续施工井有足够的防碰绕障空间。

4 结论与建议

（1）合理的井筒间防碰设计与三维井眼轨迹控制技术是丛式三维水平井组钻井的技术难点与关键技术。

（2）在进行轨道防碰扫描时，在危险防碰井段，应利用最小距离法进行防碰扫描，以扩大防碰空间。

（3）在方案实施过程中，应根据实钻显示的油藏特征不断落实新的靶点位置，并继续按照总体优化的方法不断优化总体钻井顺序，直至整个井组实施完成。

（4）当丛式井组施工井目的层相同、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，先钻探其它方位的部署井，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。

1王伟.三维型斜面圆弧井眼轨迹控制技术[J].石油钻采工艺，2007，29（4）.

2苏义脑.水平井井眼轨道控制[M].北京:石油工业出版社，2000.

3韩志勇.斜面圆弧形井眼的轨迹控制新模式[J].石油钻探技术，2004，2:1-3.

4田逢军，王万庆，杨光.等.长庆油田中半径三维水平井环平3井钻井技术[J].石油钻采工艺，2009，31（6）:27-31.

5何树山,刘修善.三维水平井轨道设计[J].石油钻采工艺，2001，23（4）:16-20.

（修改回稿日期2014-09-15编辑文敏）

杨光，男，1983年出生，中国石油集团川庆钻探长庆钻井总公司，钻井工程师；现从事定向井、水平井钻井设计、施工与研究。地址：（710021）陕西省西安市未央路151号长庆大厦2107室长庆钻井定向井公司。电话：15097121706。E-mail：280411481@qq.com