叢式井施工順序優(yōu)化探討

謝 鑫，丁少華，王進(jìn)濤，竇正道，徐 浩

（1.中國(guó)石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚(yáng)州225009）

叢式井組開(kāi)發(fā)可節(jié)約大量的道路、井場(chǎng)建設(shè)投資，節(jié)省地面空間，便于采油集中建站和管理。目前，江蘇油田已開(kāi)采多年，地面水網(wǎng)密布，房屋和農(nóng)田密集與地下條件常常限制區(qū)塊開(kāi)發(fā)方案的整體實(shí)施，為了滿(mǎn)足油藏整體開(kāi)發(fā)的部署要求，減小投資成本，大量使用叢式井鉆井技術(shù)［1-2］。由于叢式井組之間井位密集，而且叢式井組之間的施工順序?qū)M之間的防碰至關(guān)重要。目前“一字形”叢式井組一般施工原則是利用造斜點(diǎn)相互錯(cuò)開(kāi)的方式實(shí)現(xiàn)各井間防碰，通常推薦的鉆井施工順序優(yōu)化原則是：先鉆靶前距大、造斜點(diǎn)淺的井，后鉆靶前距小、造斜點(diǎn)深的井［3］。但是該原則并不能適用于所有平臺(tái)和部署井間的位置關(guān)系，有的反而會(huì)出現(xiàn)“蹩腿”現(xiàn)象，即隨著井深增加兩口井防碰距離出現(xiàn)一個(gè)更近的拐點(diǎn)。因此，根據(jù)平臺(tái)與部署井之間相對(duì)位置關(guān)系，科學(xué)地布置井架整拖方向，優(yōu)化鉆井施工順序，對(duì)叢式井施工是否經(jīng)濟(jì)、高效，甚至能否成功有重要的影響。

1 叢式井施工原則

1.1 叢式井組設(shè)計(jì)部署計(jì)算模型

根據(jù)“一字形”叢式井組施工規(guī)則，選擇2 口井組成的叢式井組進(jìn)行模擬計(jì)算。假設(shè)如下：

（1）有A、B 兩個(gè)靶點(diǎn)，A 靶點(diǎn)坐標(biāo)：南北坐標(biāo)為A1、東西坐標(biāo)為A2；B 靶點(diǎn)坐標(biāo)：南北坐標(biāo)為B1、東西坐標(biāo)為B2。令A(yù)1＞B1，A2＜B2。

（2）井口坐標(biāo)：南北坐標(biāo)X1、東西坐標(biāo)Y1；

（3）計(jì)劃采用叢式井組施工，井口的位置有2個(gè)地方可以選擇，一個(gè)位置在靶點(diǎn)的一側(cè)，即X1＞A1或X1＜B1 或Y1＜A2 或Y1＞B2；一個(gè)位置在靶點(diǎn)中間，即B1＜X1＜A1且A2＜Y1＜B2［4-5］。

（4）由于叢式井組之間的“蹩腿”主要是發(fā)生在直井段或者是剛開(kāi)始造斜的井段，故認(rèn)為A 井“蹩腿”現(xiàn)象發(fā)生的點(diǎn)在A 井直井段，B 井“蹩腿”現(xiàn)象發(fā)生的點(diǎn)在B井的剛開(kāi)始造斜的井段。

1.2 井口坐標(biāo)在靶點(diǎn)坐標(biāo)一側(cè)的井位部署

當(dāng)井口的坐標(biāo)在靶點(diǎn)坐標(biāo)的一側(cè)時(shí)，叢式井井位部署時(shí)要特別避免出現(xiàn)所謂的“蹩腿”現(xiàn)象，如圖1、圖2 所示，A 井的靶前距大于B 井，井口位置在靶點(diǎn)的右側(cè)［6-7］。

圖1 大門(mén)向著靶點(diǎn)方向的井口位置

圖2 大門(mén)向著靶點(diǎn)方向井口位置空間圖

B 井軌跡上“蹩腿”點(diǎn)E 在水平面的投影點(diǎn)為F點(diǎn)，整拖方向線(xiàn)與B 井軌跡水平投影的夾角為θ；A井直井段“蹩腿”點(diǎn)為G 點(diǎn)投影到水平面為點(diǎn)O1，B井直井段投影到水平面為O2點(diǎn)。O1O2為整拖距離5 m。O1點(diǎn)到B 軌跡水平投影的最短距離O1F=O1O25sinθ。G點(diǎn)和E點(diǎn)之間的垂深之差為ΔH。則G點(diǎn)和E點(diǎn)的距離S為：

由于G點(diǎn)和E點(diǎn)最近安全距離為5 m。

當(dāng)井架整拖接近靶點(diǎn)時(shí)，即由O2向O1整拖，如圖1 所示。由于B 井先施工，如果A 井的造斜點(diǎn)深于B 井，則B 井軌跡上必然有一點(diǎn)E，與A 井上G 點(diǎn)垂深之差ΔH = 0，即蹩腿（見(jiàn)圖2）。如果設(shè)計(jì)將A井的造斜點(diǎn)淺于B，則可確保G 點(diǎn)與E 點(diǎn)的垂深之差ΔH ＞5cosθ，避免“蹩腿”現(xiàn)象。

反之，如圖3 所示，當(dāng)井架整拖遠(yuǎn)離靶點(diǎn)時(shí)，即由O1向O2整拖。由于B 井先施工，如果A 井的造斜點(diǎn)淺于B 井，則B 井軌跡上必然有一點(diǎn)E，其與A 井上G 點(diǎn)垂深之差ΔH = 0，即蹩腿。如果設(shè)計(jì)將A 井的造斜點(diǎn)深于B 井，則可確保G 點(diǎn)與E 點(diǎn)的垂深之差ΔH ＞5cosθ，避免“蹩腿”現(xiàn)象。

圖3 大門(mén)背著靶點(diǎn)方向的井口位置

總之，由于A井的靶前距大于B井的靶前距，則A 井的造斜點(diǎn)通常會(huì)淺于B 井的造斜點(diǎn)。當(dāng)井架整拖接近靶點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先鉆B井再鉆A井，這樣便不會(huì)出現(xiàn)蹩腿情況，如圖1 所示鉆井順序。當(dāng)井架整拖遠(yuǎn)離靶點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先鉆A井然后再鉆B井，這樣便不會(huì)出現(xiàn)蹩腿現(xiàn)象，如圖3所示鉆井順序。

在圖1的情況，如果在地質(zhì)要求必須先鉆A 井，則必須使A 的造斜點(diǎn)比B 井深。如果A 井靶前距過(guò)大，且靶點(diǎn)垂深比B井靶點(diǎn)垂深淺很多，會(huì)使鉆井施工難度增加。

當(dāng)井架整拖方向近乎平行于靶點(diǎn)，如圖4所示，只要軌跡不交叉，即由O2向O1整拖，就可避免蹩腿。大門(mén)朝上時(shí)，先鉆下邊的B井，然后A井。大門(mén)向下時(shí)，先鉆上邊的A 井，然后B 井。如果軌跡相交，便要通過(guò)三維井眼繞開(kāi)，才可以防碰。

圖4 大門(mén)和靶點(diǎn)連線(xiàn)方向一致的井口位置

1.3 井口在兩個(gè)靶點(diǎn)之間的井位部署

當(dāng)井架整拖方向朝上（見(jiàn)圖5），即由O2向O1整拖，很顯然O1E＞O1O2＝5，即G 和E 的距離必然大于5 m。故先鉆下邊的B 井，然后是A 井，可避免“蹩腿”現(xiàn)象。

如果軌跡相交，如圖6 所示，當(dāng)井架整拖方向朝上，即由O2向O1整拖，B 井軌跡上必然有一點(diǎn)E，與A 井上G 點(diǎn)垂深之差ΔH = 0，即蹩腿。此時(shí)，要通過(guò)三維井眼繞開(kāi)，才可以防碰，但會(huì)增加施工難度。

圖5 軌跡不交叉的井口位置

圖6 軌跡交叉井口位置

因此，當(dāng)井口的坐標(biāo)在靶點(diǎn)之間時(shí)，大門(mén)朝向沒(méi)有特殊要求，對(duì)造斜點(diǎn)也沒(méi)有要求，只要軌跡不交叉，按照井的分布順序施工，便可避免出現(xiàn)蹩腿的現(xiàn)象。

1.4 井口在多個(gè)靶點(diǎn)之間的井位部署

叢式井組布井?dāng)?shù)量往往在2 口以上，對(duì)于n 口井的叢式井施工，以井口為中心建立一個(gè)坐標(biāo)系，將井分成4 個(gè)部分，分別是第一象限井，第二象限井，第三象限井，第四象限井。各個(gè)象限之間的井鉆井順序不能相交，要對(duì)各個(gè)象限中井分別施工。在每個(gè)象限內(nèi)，鉆井順序按照“井口坐標(biāo)在靶點(diǎn)一側(cè)”中的原則設(shè)計(jì)。在各象限之間，按照“井口坐標(biāo)值在兩個(gè)靶點(diǎn)坐標(biāo)值之間”和“井口坐標(biāo)在靶點(diǎn)一側(cè)”中的原則施工（見(jiàn)圖7）。

圖7 多口叢式井施工設(shè)計(jì)

如果大門(mén)向東如圖7 所示，總的施工順序要先施工西邊的A 和B，然后是東邊的C，D，F(xiàn)。由于井架整拖方向是遠(yuǎn)離靶點(diǎn)，要先鉆造斜點(diǎn)淺的，后鉆造斜點(diǎn)深的。由于A 的靶前距大于B，A 的造斜點(diǎn)比B淺，因此要先對(duì)第四象限的A施工，然后是第三象限的B。對(duì)于井口東邊的井，由于是整拖方向接近靶點(diǎn)，因此要先鉆造斜點(diǎn)深的，后鉆造斜點(diǎn)淺的。由于C井的靶前距比D和F相對(duì)較小，因此要先鉆C井。又由于F 的靶前距比D 要大，其造斜點(diǎn)要淺于D。因此要先鉆D井，而后鉆F井。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 F斷塊

F 斷塊是一個(gè)斷背構(gòu)造。預(yù)計(jì)布井f11-6，f11-1，f11-4。

圖8 F斷塊井位部署

勘察井位時(shí)，在該井組的南邊選擇一井口，大門(mén)方向選擇向北。鉆井順序要求f11-1，f11-4，f11-6，此時(shí)由于靶前距由大到小，依次為f11-6，f11-1，f11-4。先鉆井口東邊的井，由于是接近f11-1 和f11-4 的靶點(diǎn)，因此要求f11-1 的造斜點(diǎn)要深于f11-4。然后再鉆西邊井f11-6，其造斜點(diǎn)要淺于f11-4。

2.2 B6斷塊

B6 斷塊是由北東至北東東向的反向正斷層切割形成的斷鼻構(gòu)造，井位密集程度高。B6-106，B6-107，B6-108，B6-109 四口井使用一個(gè)井場(chǎng)進(jìn)行叢式井施工（見(jiàn)圖9）。

圖9 B6斷塊井位部署

如圖9所示，大門(mén)方向向北，在以井口為中心的坐標(biāo)系中，先鉆第三象限的B6-107 和B6-110，由于B6-107 的靶前距小于B6-110，井架整拖方向是遠(yuǎn)離該兩口井，故先鉆造斜點(diǎn)淺的B6-110，然后鉆B6-107。之后是第二象限的B6-109，第一象限的B6-108，由于這兩口井的靶前距和井深很接近，施工順序無(wú)特別要求。故該井組最優(yōu)化的順序是：B6-110，B6-107，B6-109或B6-108。

由于地質(zhì)要求鉆井的順序是B6-107、B6-108、B6-109、B6-110。先對(duì)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。由于不同象限之間的井出現(xiàn)交叉，導(dǎo)致B6-110 必須要使用三維軌跡才可避開(kāi)蹩腿，而三維井的設(shè)計(jì)使井身質(zhì)量變差，增大了油井生產(chǎn)時(shí)桿管偏磨，同時(shí)也增加了施工難度，增加鉆井成本。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)井口位置在靶點(diǎn)坐標(biāo)一側(cè)時(shí)，大門(mén)向著靶點(diǎn)方向，則先實(shí)施的井造斜點(diǎn)要深，后實(shí)施的井造斜點(diǎn)要淺；大門(mén)方向背著靶點(diǎn)方向，則先實(shí)施的井造斜點(diǎn)要淺，后實(shí)施的井造斜點(diǎn)要深。

（2）當(dāng)井口位置在靶點(diǎn)中間時(shí)，大門(mén)方向沒(méi)有特定要求，只要軌跡不交叉，按順序依次施工即可。

（3）對(duì)于井組中井?dāng)?shù)較多的叢式井組，要以井口為中心劃分為4個(gè)象限，象限之間的井不能交叉，依次對(duì)每個(gè)象限中的井施工；在每個(gè)象限中，按照“井口位置在靶點(diǎn)坐標(biāo)一側(cè)”和“井口位置在靶點(diǎn)中間”中涉及的原則設(shè)計(jì)施工。