萨平5001井多井防碰扫描优化设计

李欢欢，王玉玺，杨永祥，高大勇，李相勇，荣鹏飞

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

为了探索松辽盆地北部萨中区块萨零油层组地质储量有效动用方式，优选有利目标部署评价控制井萨平5001井。由于本井位于采油厂开发区内，本井沿轨迹方向周围300m范围内有39口油井，500m范围内有64口注水井，其中和本井井口及轨道距离较近的开发井有11口。因此，防碰是萨平5001井钻井工程设计的重中之重。针对该井在钻井过程中可能遇到的难点与风险，进行了井身结构设计、井眼轨道设计、防碰扫描、钻井液设计等。

1 萨平5001井设计难点分析

萨平5001井是一口部署在采油厂开发区内的评价控制井，轨道方向上距离较近邻井多达11口井，且地质提示可能会钻遇断层，地质勘探风险较高，钻井施工风险较高，主要有以下设计难点：

（1）钻井防碰设计难度较大：本井位于第一采油厂开发区内，井网密度大，井口及轨道距开发井较近，防碰是本口井设计的重中之重。

（2）油、气、水侵风险高：该井开发目的层萨零组虽未注水开发，但萨零萨Ⅰ夹层平均厚度14.2m，有油气上窜可能。且本井地层埋深较浅，邻井喇浅2井黑帝庙油层试油获工业气流，本区可能存在浅气层。井喷、井涌、油水侵、油气侵等事故的发生的风险较高。

（3）嫩江组井塌风险：嫩江组一、二段大段泥岩段地层，造浆性强，有井壁坍塌的风险。

（4）钻遇断层：从地震资料上看，本井嫩三段下部约690m钻遇一断层，断距约40m，存在井斜、井漏、井塌等多种风险。

2 萨平5001井钻井优化设计

2.1 井眼轨道优化

根据本井地质目标，采用逆推设计法，靶点连线回归出最大井斜角88.25°，采用5段制双弧双增剖面，提高中靶率，设计造斜率5°~6°/30m，反算出造斜点616.03m。详细井眼轨道数据优化设计表见表1。

表1 萨平5001井井眼轨道设计表

2.2 防碰扫描

萨平5001井距离较近邻井多达11口井，其与11口邻井的位置关系见图1。

图1 萨平5001井与11口邻井的位置关系

利用Landmark专业软件中的Compass模块进行轨道防碰模拟计算。根据井眼防碰技术要求：①设计分离系数应大于1.5或理论井眼间距大于15m。否则，重新修正井眼轨道设计，以满足防碰要求。②分离系数1.5~3.0。在本井段施工时，若测量间距不大于30m，需要进行防碰扫描。③分离系数不小于3.0时，在本井段施工时，可以不考虑防碰问题。综合考虑，采取ISCWSA误差计算模型，本井设置分离系数为1.0、1.5、3.0时的3个预警级别。定向分离系数计算公式如下：

式中：C——定向分离系数；

L——误差椭球圆心距，m；

R、r——待设计井和扫描井井眼轨迹误差椭球的半径，m。

根据综合考虑后设置的三个预警级别，通过以上分离系数计算公式，可以计算出临界安全分离系数，分离示意图见图2。

图2 定向分离系数示意图

如图2所示，①当使用R1、r1、L1计算分离系数时，C1≥3.0，则在本井段施工时，可以不考虑防碰问题。②当使用R2、r2、L2计算分离系数时，1.5≤C2＜3.0，在本井段施工时，若测量间距不大于30m，需要进行防碰扫描。③当使用R3、r3、L3计算分离系数时，1.0≤C3＜1.5，则此时应停钻，重新调整轨道设计，待重新扫描确保安全后，才可以继续钻进。

根据老井测量仪器的不同，对应各自的测量模型和椭圆误差，建立防碰障碍雷区，优化微调出最佳靶点坐标及轨道曲线。采用法面扫描和三维最近距离扫描方法对进入防碰范围的11口邻井进行防碰扫描，并对防碰扫描结果，根据防碰预警级别的不同，设置相应的防碰要求及施工技术措施。邻井防碰扫描计算总表见表2。

表2 萨平5001井邻井防碰扫描计算总表

2.3 井身结构设计

为了封固地表窜层，保护明水组浅水层，表层套管应尽量深下，针对邻井黑帝庙有工业气层，设计表层套管下至黑帝庙顶深10m四方台组。且根据邻井表套下深统计表3，最终优化萨平5001井表套下深245m。

表3 萨平5001井邻井表套下深表

井口安装井控装置，为二开施工提供安全保障。二开全井下入P110×9.17mm生产套管，满足压裂要求。全井井身结构优化设计见图3。

图3 萨平5001井井身结构图

2.4 钻井液设计优化

针对二开嫩江组大段泥岩易水化剥落，有发生井塌风险，设计使用高性能水基钻井液。该体系具有抑制性强、润滑性好、失水小、防塌等特点，能有效提高长裸眼段井眼稳定性。

针对邻井黑帝庙有工业气层，结合地层三压力预测值，设计二开密度1.25g/cm3以上。

为保证水平井钻井安全，防止萨Ⅰ组油气上窜造成井下复杂，设计进目的层前50m即832m将钻井液密度加重至1.40~1.45g/cm3。

3 现场应用效果

3.1 钻井液

本井二开实钻钻井液性能稳定，钻井液密度设计合理，施工过程顺利，未发生喷、漏、塌、卡等与钻井液有关的复杂或事故，水平段失水2mL，有效保护了储层。

3.2 实钻轨迹

优化设计的井眼轨道平滑，防碰设计有效，实钻轨迹基本和设计吻合，未发生井眼相碰事故。对比图见图4。

3.3 实钻效果

该井完钻斜深1922m(垂深982.29m)，平均机械钻速15.75m/h。本井实际钻井周期16.31d，设计钻井周期16d，设计周期符合率达到98%。

4 结论

（1）优化井眼轨道设计，是保证施工顺利和防碰的关键。

（2）使用旋转导向系统测点更靠近钻头，测量盲区小，更有利于防碰施工，同时可以提高钻井时效和储层钻遇率。

（3）设计前期收集整理邻井的井斜方位数据等相关资料，并据此制定了针对性的防碰技术措施，有效避免了井眼相碰事故的发生。