井眼防碰技术存在的问题及主动防碰方法探讨

意外的井眼交碰会为人类及环境带来潜在的甚至灾难性的后果,为减小此类事故的发生提出了井眼防碰技术,该技术在钻井应用中效果较差。结合井眼轨迹测量及计算理论与实践,对现有防碰技术进行了分析,得出导致井眼防碰工作失败的因素包括施工井随钻测斜数据存在误差,邻井轨迹参数精度低、失真或缺失,轨迹拟合方法过于理想化,防碰扫描方法存在缺陷等4方面。基于低精度的数据,过于理想化的轨迹拟合方法拟合出的井眼轨迹偏离实钻井眼轨迹,防碰扫描出的失真的轨迹间的相对关系难以等同于实钻轨迹间的相对关系。为此,提出了主动防碰理念,认为主动防碰方法将成为未来井眼防碰技术的发展方向,并列举了3种可能解决防碰问题的主动防碰方案,即声波探测防碰技术方案、电磁波探测防碰技术方案、射线探测防碰技术方案,并就这几种方法的原理及优劣性进行了介绍。

钻头振动波井眼防碰监测系统及其现场试验

现有的井眼防碰检测技术均建立在井眼测量轨迹数据和钻进中对异常现象判断的基础上,由于各项数据误差及井下情况的不确定性,致使防碰作业存在极高的危险性。为此,根据现场实际防碰钻进时人工监听方法得到的启发,研发了钻头振动波井眼防碰监测系统:通过安装在套管顶端的加速度传感器采集井下沿套管传播的钻头破岩时产生的振动信号,并对信号进行特征提取以判断钻头趋近邻井套管的程度,利用计算分析软件实现信号特征显示,当信号特征值超过门限值时实现报警,由定向井工程师及时进行井眼防碰扫描,决定是否改变井眼轨迹。通过对比分析不同工况下监测系统采集振动信号的时域特点,认识到钻头钻速、钻压对钻头振动信号的影响,经过频域分析得到钻头振动信号的频域范围在200～400Hz。该监测系统操作简单、不影响正常的油气井生产及钻井施工,目前已经在中国渤海、南海等区块进行了先导性试验,为井眼防碰技术发展提供了一条新的技术思路。

海上多平台井眼防碰监测系统设计

为了弥补常规的井眼防碰技术存在的实时性不强等不足,同时确保多平台加密调整井的安全,研制了基于无线数据传输的海上多平台井眼防碰监测系统。该系统通过传感器检测钻头破岩振动波传至邻井套管头的信号,无线数据传输装置发射和接收多平台套管头振动信号,由计算机软件处理获取防碰预警信息。有线传输与无线传输试验结果对比表明,2种方式下信号的特征基本一致,证明无线数据传输具有高保真性,不影响监测的实时性。模拟试验结果表明,系统在海湾地区相距2.4 km处仍能传递高质量的振动信号,满足多平台井眼防碰监测要求。

井眼防碰监测中的风险信号特征识别

随着海上加密钻井技术的广泛应用,井眼碰撞风险也急剧增加。为保证海洋石油资源的安全、环保开发,确保钻井施工的顺利进行,提出一种基于检测钻头运动诱发的振动信号识别井眼趋近生产井套管的方法,并在多口防碰风险很高的钻井施工中应用,取得满意的效果。以南海油田某区块W6H井实施的钻井防碰监测为例,对现场监测过程中不同工况下的信号特征进行识别,对风险信号特点进行了归纳,为防碰监测系统的改进和防碰工艺技术的不断完善提供实践与技术支撑。

侧钻井过程中的井眼防碰计算及应用

采用侧钻井开发低渗透油气田,可以降低钻井成本和提高油气井产量,钻井过程中的防碰绕障技术是侧钻井钻井成败的关键。在分析侧钻井井眼相碰的形式、现象、防碰作业程序及井眼碰撞时的补救方案后,对防碰扫描参数的计算方法进行论述,利用该计算方法可以对各井眼的空间关系及钻进趋势进行预测。现场实例表明该方法能避免钻进过程中两井相碰,对现场施工具有重要的指导意义。

丛式井井眼防碰技术

丛式井在油田建设和采油方面有其优点,但是随着单平台内井口数目越来越多,在钻井过程中井眼碰撞的风险越来越大。丛式井井眼防碰技术作为丛式井定向钻井的配套技术,旨在降低丛式井井眼碰撞的风险。丛式井设计对于井眼防碰尤为重要。在设计中,采用邻井距离扫描计算设计井眼轨道。在施工中,与井眼轨迹监测和预测相结合的邻井距离扫描计算贯穿丛式井井眼轨迹的非安全区,尤其是直井段和定向造斜段。由于井眼轨迹误差随着井深的增加而增加,因此邻井距离扫描计算有其不足之处。防碰测距可以直接降低钻头与邻井距离及钻头位置的测量误差。

二次开发油藏中井眼导向和防碰方案分析

底水油藏在二次开发过程中遇到的主要难点包括储层物性的非均质性、构造倾角和当前流体分布特征的不确定性,而且两期开发井眼之间可能存在较高的防碰风险。该项目成功实施的关键在于定量刻画厚储层的细节特征。为此,提出了基于GeoSphere超深随钻油藏描绘技术的综合优化方案,并进行了现场应用。在南海东部的实例分析表明:(1)沿着水平井轨迹,GeoSphere可同时识别垂向上多达4个有效边界和5套地层的特征,而且确认当前实际的油水界面仍为倾斜状态,有效的剩余油柱高于12m;(2)基于该综合方案的定量地质导向结果,不仅保证了二次开发过程中的工程安全,而且使得实际产能比设计高约30%。综合分析认为,基于GeoSphere超深随钻油藏描绘技术的综合优化方案可为单井的随钻追层和井眼防碰提供关键的技术支持和保障。

页岩气井工厂防碰绕障井眼轨迹控制技术

涪陵页岩气采取井工厂水平井开发模式,井眼防碰是提高钻井效率的重要措施。针对工区井网布置密集、地质构造复杂、直井段易斜,易导致同平台井之间直井段防碰压力大,不同平台井之间轨迹交叉等难题,施工中采用直井段防斜打直技术、防碰预控技术及三维绕障轨道设计和轨迹控制技术,有效控制井眼轨迹,达到优质钻井的目的,为后续页岩气井工厂安全、顺利施工奠定了良好基础。

防碰扫描方法在丛式钻井中的应用

采用丛式井开发低渗透油气田可以降低钻井成本和提高油气井产量,防碰绕障技术是丛式井钻井成败的关键。介绍了丛式井防碰扫描的原理方法、扫描参数的计算以及具体应用,可以利用该方法对各井眼的空间关系及钻头运动趋势作出预测,从而避免因各种原因导致的井眼相碰,具有重要的现实意义。

邻井随钻电磁测距防碰计算方法研究

为了解决丛式井邻井井眼防碰问题,对邻井随钻电磁测距防碰计算方法进行了初步研究。在了解邻井随钻电磁测距防碰工具结构与工作原理的基础上,将磁源看作磁偶极子,利用磁偶极子法分析了磁源周围磁场的分布规律,建立了邻井套管磁化磁场计算模型和探管处磁感应强度计算模型,确立了丛式井邻井随钻电磁测距防碰计算方法,并利用数值模拟方法分析了探管内磁源间距、磁源磁矩和套管相对磁导率等参数对探管处磁感应强度的影响。探管处磁感应强度与磁源间距、磁源磁矩、套管相对磁导率和直径等参数呈正相关,合理设计工具的关键参数,可以增强探管处的磁感应强度,提高工具测量的准确性。研究结果表明,邻井随钻电磁测距防碰工具应用确立的邻井随钻电磁测距防碰计算方法,实时测量计算正钻井与邻井的间距和方位,基本可以满足丛式井导向钻井工程需求,这对丛式井邻井随钻电磁防碰技术的发展具有非常重要的现实意义。

丛式井组加密井防碰技术及应用

大型丛式井组加密井防碰形势严峻,通过对井眼轨迹距离扫描方法进行分析,优选出最近距离法作为轨迹距离扫描方法,并对轨迹误差影响因素、误差椭圆、分离系数进行分析,最后以一个已完钻36口井的大型海上丛式井组加密井为例,通过距离扫描、分离系数计算、测量仪器优选、钻具组合优化及现场施工工艺优化完成了两口井防碰工作,对类似防碰井施工积累了宝贵经验。

加密丛式调整井轨迹防碰质量控制研究

海上丛式井井眼轨迹防碰是丛式井作业的重中之重。以S油田规模化实施的井网加密调整井为例,该类油田在钻井实施过程中面临着老井轨迹不明确、测点稀疏,新设计井在定向井方面存在深、浅层防碰风险问题。通过深入研究,从技术和管理两方面出发,坐标系统转换、老井轨迹陀螺复测、单筒双井表层预斜、优选power drive Archer等措施的应用,成功完成了98口井的井间加密调整作业。

芳90-96钻井平台小井距定丛井防碰技术研究

为防止芳90-96钻井平台小井距井眼施工发生相碰,施工前进行了丛式定向井井排线的优化设计、造斜点的优选和造斜率的优化,施工中直井段应用MWD进行随钻监测,造斜段进行三维轨迹绕障,稳斜段加密测斜防碰,成功完成了该钻井平台8口井防碰施工,为小井距定丛井钻井防碰积累了宝贵经验。

平台丛式井组防碰技术与应用

随着钻井工艺与测量仪器的不断进步,平台丛式井以其特殊的优势越来越受到青睐,施工的大平台丛式井也越来越多。在平台丛式井施工中如何保证井眼之间不发生相碰事故是施工的重点,因此在平台丛式井施工中首先要对钻井平台进行优化,然后根据优化的结果从钻井设计源头进行井眼防碰,施工中根据实际的测斜数据进行计算,并进行防碰扫描计算,这样才能保证井眼不发生相碰事故。在F区块10口井的钻井平台防碰施工中,采用优选造斜点、进行三维扭方位设计、应用MWD进行随钻跟踪等技术措施,实现了安全施工,为通过同类型井防碰积累了经验。

三维水平井A45H深层防碰预防及处理技术

针对渤海调整井钻井井眼防碰问题,通过老井陀螺复测轨迹、出台设计阶段和实施阶段、井眼碰撞后应急处理指导文件等手段,从技术和管理上对浅层防碰做了有效规避。但深部井段防碰(井眼防碰点在测深1 000 m以下的井)不同于浅部防碰,具有钻井参数反应滞后、分析判断干扰因素多等难点,现场操作处于被动防碰阶段,通过对定向井深层井眼防碰钻前数据比对、分析,优化轨迹控制、绕障措施,以某A45H井着陆段和水平段的防碰控制措施为例,进行技术分析和探讨。得出:与深层防碰相比浅层防碰技术更多体现在陀螺定向和绕障措施的制定,深层防碰技术更多体现在轨迹控制和深层防碰征兆的观察上;深层防碰需要更加认真的考虑实际轨迹的控制,在实际轨迹控制过程中向有利于防碰方向进行偏离;深层防碰作业过程中,需要根据最新的实测数据和近钻头数据实时扫描防碰问题,并做预测;当前在渤海区域,采用的防碰技术都是被动式的,建议研究主动式的防碰技术即可能解决防碰问题的声波探测防碰技术、电磁波探测防碰技术、射线探测防碰技术的应用。

丛式井组直井段交碰风险评价及设计优化

直井段井眼防碰是丛式定向井施工过程中需要解决的主要难题之一。为了有效减小丛式定向井直井段的交碰风险,对井眼交碰概率与井眼间距、井眼交碰概率与两井眼平行段长度的关系进行了研究,得出了丛式定向井直井段总体交碰概率的求取方法。基于该方法,对由4口井组成的线形井口丛式井直井段井眼交碰概率进行了计算,通过分析找出了交碰概率最小的直井段排列方式。研究结果表明:随着井眼间距的增大,井眼交碰概率呈快速下降趋势,井眼间距超过某一距离后,井眼交碰概率趋近于平稳;随着两井眼平行段长度的增加,井眼交碰概率呈增长趋势;通过优化排列及设计方式可有效减小丛式定向井直径段的交碰风险。研究为减小丛式开发井整体风险提供了新思路。

井眼分离系数计算新方法

井眼分离系数是目前最常用的井眼交碰风险评价指标,但现有计算方法无法实现在三维空间中直接评价2个误差椭球的分离程度,导致井眼交碰风险评价结果难以满足防碰钻井要求。提出了一种全新的井眼分离系数计算方法,该方法通过同比例缩放2个误差椭球使之满足外切条件,与之对应的缩放系数即为井眼分离系数,实现了直接在三维空间中准确评价2个误差椭球的分离程度;推导出了井眼分离系数计算新方法对应的基本方程组(四元二次方程组),探讨了与之配套的数值求解方法及快速求解策略,使该方法在理论上和计算上均可行。井眼交碰实例分析表明,与其他井眼分离系数计算方法相比,新方法能够更好地指导井眼交碰风险评价工作,有助于准确定位危险井段,减少防碰施工工作量。

井眼测量误差椭球最小间距计算方法

随着丛式井和加密井在油田的广泛应用,对井眼防碰分析提出了更高的要求。井眼分离系数是防碰分析的一个常用指标,然而不同误差椭球分离距计算方法导致结果差异较大,为此提出测量误差椭球最小间距计算新方法,以更好地满足应用需要。在坐标变换及误差椭球计算基础上,推导了中心向量法误差椭球分离距计算公式,进而应用最优化理论求解了两误差椭球最小间距,并研究了快速求解策略,可精确、快速地计算井眼分离系数。算例分析表明,与其他计算方法相比,新方法能更好地指导井眼防碰风险评价工作,在丛式井设计和定向钻井中具有应用价值。

基于邻井相对位置的井眼分离系数计算方法

针对现有井眼分离系数计算方法存在的不足,提出了基于邻井相对位置的井眼分离系数计算方法(简称相对位置法),并进行了算例分析。在轨迹误差椭球模型的基础上,考虑邻井轨迹误差的相关性,推导了邻井相对误差椭球的计算公式,提出了基于邻井相对位置的分离系数计算公式,并利用共轭梯度法进行求解。算例分析表明,与椭球缩放法和椭球间距法相比,相对位置法计算结果更加精确,适用性更强,能更合理地评价井眼交碰状态。采用提出的方法进行大批量计算,并结合相应的防碰技术规范要求,可以快速简便地寻找关键设计参数的许用范围,在丛式井和定向井设计中具有较好的应用价值。

大平台丛式定向井钻井实践与认识

大平台丛式定向井由于要在一个有限空间内完成十几口井的设计和施工,为满足油田开发的要求,往往会遇到井与井之间的防碰和绕障问题,需要综合考虑地面条件和地下井网的分布情况,合理地规划布井方向及井位运行顺序,避免因为钻机就位和井序等原因导致地下井网交叉导致不满足防碰要求。对井眼轨道进行优化设计,合理选择造斜点和井眼轨道类型,减少钻井施工的难度。本文通过大平台丛式定向井钻井实践,提出了大平台丛式定向井施工的一些认识与建议,不正之处还请批评指正。