丛式井施工顺序优化探讨

谢 鑫，丁少华，王进涛，窦正道，徐 浩

（1.中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏扬州225009）

丛式井组开发可节约大量的道路、井场建设投资，节省地面空间，便于采油集中建站和管理。目前，江苏油田已开采多年，地面水网密布，房屋和农田密集与地下条件常常限制区块开发方案的整体实施，为了满足油藏整体开发的部署要求，减小投资成本，大量使用丛式井钻井技术［1-2］。由于丛式井组之间井位密集，而且丛式井组之间的施工顺序对井组之间的防碰至关重要。目前“一字形”丛式井组一般施工原则是利用造斜点相互错开的方式实现各井间防碰，通常推荐的钻井施工顺序优化原则是：先钻靶前距大、造斜点浅的井，后钻靶前距小、造斜点深的井［3］。但是该原则并不能适用于所有平台和部署井间的位置关系，有的反而会出现“蹩腿”现象，即随着井深增加两口井防碰距离出现一个更近的拐点。因此，根据平台与部署井之间相对位置关系，科学地布置井架整拖方向，优化钻井施工顺序，对丛式井施工是否经济、高效，甚至能否成功有重要的影响。

1 丛式井施工原则

1.1 丛式井组设计部署计算模型

根据“一字形”丛式井组施工规则，选择2 口井组成的丛式井组进行模拟计算。假设如下：

（1）有A、B 两个靶点，A 靶点坐标：南北坐标为A1、东西坐标为A2；B 靶点坐标：南北坐标为B1、东西坐标为B2。令A1＞B1，A2＜B2。

（2）井口坐标：南北坐标X1、东西坐标Y1；

（3）计划采用丛式井组施工，井口的位置有2个地方可以选择，一个位置在靶点的一侧，即X1＞A1或X1＜B1 或Y1＜A2 或Y1＞B2；一个位置在靶点中间，即B1＜X1＜A1且A2＜Y1＜B2［4-5］。

（4）由于丛式井组之间的“蹩腿”主要是发生在直井段或者是刚开始造斜的井段，故认为A 井“蹩腿”现象发生的点在A 井直井段，B 井“蹩腿”现象发生的点在B井的刚开始造斜的井段。

1.2 井口坐标在靶点坐标一侧的井位部署

当井口的坐标在靶点坐标的一侧时，丛式井井位部署时要特别避免出现所谓的“蹩腿”现象，如图1、图2 所示，A 井的靶前距大于B 井，井口位置在靶点的右侧［6-7］。

图1 大门向着靶点方向的井口位置

图2 大门向着靶点方向井口位置空间图

B 井轨迹上“蹩腿”点E 在水平面的投影点为F点，整拖方向线与B 井轨迹水平投影的夹角为θ；A井直井段“蹩腿”点为G 点投影到水平面为点O1，B井直井段投影到水平面为O2点。O1O2为整拖距离5 m。O1点到B 轨迹水平投影的最短距离O1F=O1O25sinθ。G点和E点之间的垂深之差为ΔH。则G点和E点的距离S为：

由于G点和E点最近安全距离为5 m。

当井架整拖接近靶点时，即由O2向O1整拖，如图1 所示。由于B 井先施工，如果A 井的造斜点深于B 井，则B 井轨迹上必然有一点E，与A 井上G 点垂深之差ΔH = 0，即蹩腿（见图2）。如果设计将A井的造斜点浅于B，则可确保G 点与E 点的垂深之差ΔH ＞5cosθ，避免“蹩腿”现象。

反之，如图3 所示，当井架整拖远离靶点时，即由O1向O2整拖。由于B 井先施工，如果A 井的造斜点浅于B 井，则B 井轨迹上必然有一点E，其与A 井上G 点垂深之差ΔH = 0，即蹩腿。如果设计将A 井的造斜点深于B 井，则可确保G 点与E 点的垂深之差ΔH ＞5cosθ，避免“蹩腿”现象。

图3 大门背着靶点方向的井口位置

总之，由于A井的靶前距大于B井的靶前距，则A 井的造斜点通常会浅于B 井的造斜点。当井架整拖接近靶点时，应先钻B井再钻A井，这样便不会出现蹩腿情况，如图1 所示钻井顺序。当井架整拖远离靶点时，应先钻A井然后再钻B井，这样便不会出现蹩腿现象，如图3所示钻井顺序。

在图1的情况，如果在地质要求必须先钻A 井，则必须使A 的造斜点比B 井深。如果A 井靶前距过大，且靶点垂深比B井靶点垂深浅很多，会使钻井施工难度增加。

当井架整拖方向近乎平行于靶点，如图4所示，只要轨迹不交叉，即由O2向O1整拖，就可避免蹩腿。大门朝上时，先钻下边的B井，然后A井。大门向下时，先钻上边的A 井，然后B 井。如果轨迹相交，便要通过三维井眼绕开，才可以防碰。

图4 大门和靶点连线方向一致的井口位置

1.3 井口在两个靶点之间的井位部署

当井架整拖方向朝上（见图5），即由O2向O1整拖，很显然O1E＞O1O2＝5，即G 和E 的距离必然大于5 m。故先钻下边的B 井，然后是A 井，可避免“蹩腿”现象。

如果轨迹相交，如图6 所示，当井架整拖方向朝上，即由O2向O1整拖，B 井轨迹上必然有一点E，与A 井上G 点垂深之差ΔH = 0，即蹩腿。此时，要通过三维井眼绕开，才可以防碰，但会增加施工难度。

图5 轨迹不交叉的井口位置

图6 轨迹交叉井口位置

因此，当井口的坐标在靶点之间时，大门朝向没有特殊要求，对造斜点也没有要求，只要轨迹不交叉，按照井的分布顺序施工，便可避免出现蹩腿的现象。

1.4 井口在多个靶点之间的井位部署

丛式井组布井数量往往在2 口以上，对于n 口井的丛式井施工，以井口为中心建立一个坐标系，将井分成4 个部分，分别是第一象限井，第二象限井，第三象限井，第四象限井。各个象限之间的井钻井顺序不能相交，要对各个象限中井分别施工。在每个象限内，钻井顺序按照“井口坐标在靶点一侧”中的原则设计。在各象限之间，按照“井口坐标值在两个靶点坐标值之间”和“井口坐标在靶点一侧”中的原则施工（见图7）。

图7 多口丛式井施工设计

如果大门向东如图7 所示，总的施工顺序要先施工西边的A 和B，然后是东边的C，D，F。由于井架整拖方向是远离靶点，要先钻造斜点浅的，后钻造斜点深的。由于A 的靶前距大于B，A 的造斜点比B浅，因此要先对第四象限的A施工，然后是第三象限的B。对于井口东边的井，由于是整拖方向接近靶点，因此要先钻造斜点深的，后钻造斜点浅的。由于C井的靶前距比D和F相对较小，因此要先钻C井。又由于F 的靶前距比D 要大，其造斜点要浅于D。因此要先钻D井，而后钻F井。

2 实例应用

2.1 F断块

F 断块是一个断背构造。预计布井f11-6，f11-1，f11-4。

图8 F断块井位部署

勘察井位时，在该井组的南边选择一井口，大门方向选择向北。钻井顺序要求f11-1，f11-4，f11-6，此时由于靶前距由大到小，依次为f11-6，f11-1，f11-4。先钻井口东边的井，由于是接近f11-1 和f11-4 的靶点，因此要求f11-1 的造斜点要深于f11-4。然后再钻西边井f11-6，其造斜点要浅于f11-4。

2.2 B6断块

B6 断块是由北东至北东东向的反向正断层切割形成的断鼻构造，井位密集程度高。B6-106，B6-107，B6-108，B6-109 四口井使用一个井场进行丛式井施工（见图9）。

图9 B6断块井位部署

如图9所示，大门方向向北，在以井口为中心的坐标系中，先钻第三象限的B6-107 和B6-110，由于B6-107 的靶前距小于B6-110，井架整拖方向是远离该两口井，故先钻造斜点浅的B6-110，然后钻B6-107。之后是第二象限的B6-109，第一象限的B6-108，由于这两口井的靶前距和井深很接近，施工顺序无特别要求。故该井组最优化的顺序是：B6-110，B6-107，B6-109或B6-108。

由于地质要求钻井的顺序是B6-107、B6-108、B6-109、B6-110。先对第三象限的B6-107 施工，之后是第一象限的B6-108，之后是第二象限的B6-109，最后又是第三象限的B6-110。由于不同象限之间的井出现交叉，导致B6-110 必须要使用三维轨迹才可避开蹩腿，而三维井的设计使井身质量变差，增大了油井生产时杆管偏磨，同时也增加了施工难度，增加钻井成本。

3 结论

（1）当井口位置在靶点坐标一侧时，大门向着靶点方向，则先实施的井造斜点要深，后实施的井造斜点要浅；大门方向背着靶点方向，则先实施的井造斜点要浅，后实施的井造斜点要深。

（2）当井口位置在靶点中间时，大门方向没有特定要求，只要轨迹不交叉，按顺序依次施工即可。

（3）对于井组中井数较多的丛式井组，要以井口为中心划分为4个象限，象限之间的井不能交叉，依次对每个象限中的井施工；在每个象限中，按照“井口位置在靶点坐标一侧”和“井口位置在靶点中间”中涉及的原则设计施工。