摘要：為解決大港油田大型井叢場開發過程中井間防碰風險大、軌道優化難和鉆井提速難等問題，根據地質-工程一體化研究思路，進行了井網部署、井眼軌道及防碰設計、井身結構及配套提速工具等關鍵技術研究，建立了直線法/直線-圓心法井口-靶點匹配關系、剖面類型設計優先級層序、造斜點“V”字型設計法則、井身結構與一趟鉆提速工藝模板，形成大港油田大型井叢場高效鉆井技術。該技術在大港油田進行了現場應用，其中港西二號大型井叢場作為大港油田陸上最大規模井叢場，在0.04km2井場實現了56口井的安全規模開發，節約井場征地、鉆井搬遷等費用1200萬元，平均單井鉆井周期4.42d，機械轉速48.64m/h。研究與現場應用表明，大型井叢場高效鉆井技術在提升井場利用率、縮短鉆井周期、提高機械轉速及降成本方面效果顯著，為大港油田效益開發提供了技術支撐。

　　關鍵詞：井叢場;井網部署;井眼軌道;防碰;地質-工程一體化;大港油田

　　大港油田以復雜斷塊油藏為主，經歷50多年的注水開發和多輪次調整挖潛，呈現地下開發程度高、地面產能建設用地緊張局面，同時存在開發成本高難題，常規單井開發模式難以實現效益開發與可持續發展。井叢場鉆井將多口井部署到一個井場或平臺，整體規劃，集中作業，可緩解地上、地下矛盾，減少作業時間，滿足提高鉆井速度、降低鉆井成本需求。2018年以來，大港油田井叢場開發進入快速發展階段，呈現“大井叢、多層位、多井型、工廠化、立體式”特征[1-3]，同時油區完鉆井網密度高，斷層、特殊巖性發育易造成氣侵、溢流等工程復雜，因此大型井叢場鉆井設計中井網部署、井間防碰設計、井身結構優化及鉆井提速設計均受限制，制約油田高效開發。

　　國內外學者主要采用理論推導和計算機數值模擬的方法[4-7]，進行了叢式井平臺位置優選、井口靶點匹配、井眼軌道設計和軌跡控制等方面的研究。筆者在前人研究的基礎上，結合大港油田井叢場開發生產實踐，綜合考慮地質、工程因素對井叢場鉆井技術的影響，進行了井網部署、單井設計剖面類型、參數優化和防碰技術等關鍵技術研究，形成了直線法、直線法與圓心法相結合的井口靶點匹配關系，建立了設計井型優先級排序，提出了相鄰設計井造斜點“V”形排列法則，解決了大型井叢場鉆井技術難題。現場應用后，提高了鉆井速度、縮鉆了鉆井周期，降低鉆井成本效果顯著。

　　1大型井叢場鉆井技術難點

　　大港油田主要位于天津市濱海新區和河北省渤海新區，區域內自然保護區、生態農業保護區眾多，環境保護要求高，產能建設用地緊張。油田屬于典型復雜斷塊油藏，主力油藏黃驊坳陷儲層非均質性強，發育多套含油層系，埋深700～4300m，地下靶點分散，整體井網部署難度大;地質情況復雜，特殊巖性、斷層發育，制約大型井叢場鉆井工程設計優化。同時，油田進入開發中后期，開采成本高，產能建設成本年均增長5%以上，大型井叢場鉆井工程設計需滿足降本增效要求。分析認為，大型井叢場主要存在以下鉆井技術難點：

　　1)設計井數多，井口間距小、排列形式多樣，井間防碰設計難度大。大港油田處于勘探開發中后期，大型井叢場多為老區加密井場，為提高井場利用率，單平臺設計規模通常在3口井及以上，井口間距在2.50～6.00m;井場條件受限，井口排列形式存在多樣性，如單排排列、雙排排列和“L”形排列等方式;地下靶點方位、深度分散錯綜，因此設計井間防碰影響大。油區歷經多年開發，地下開發程度高，完鉆井網密度高，典型區塊井網密度達44口/km2，且多數完鉆鄰井完鉆年代久，井身數據可靠性差，單井設計發生碰撞概率在90%以上，設計井與完鉆鄰井間防碰問題突出。

　　2)同平臺應用井型多樣，單井軌道優化受制約。為提高單井利用率，實現一井多目標要求，同平臺井型應用常規定向井、大位移井和水平井等多種開發井型。受井口及靶點位置限制，因靶前距不足、偏移距大造成的三維水平井、大斜度井比例增大，同時伴有設計靶點深度大和水平段、大斜度段長等特點，因此單井軌道優化時需綜合考慮合理消除偏移距、鉆具受力和摩阻扭矩等多種因素。目前頁巖油開發井叢場設計靶點垂深普遍大于3500m，井口偏移距最長達867m，最長水平段1700m，軌道設計過程中易出現水平段鉆具托壓嚴重、摩阻扭矩大和套管下入難等問題，井眼軌道優化空間小。

　　3)井控風險大，井身結構優化與鉆井提速難度大。大港油區淺層大型井叢場主要位于港西油田，深層大型井叢場主要位于滄東頁巖油開發區。港西油田經長時間注水注聚，高低壓地層并存，地層縱向壓力差異大，鉆井溢流、井漏頻發，大部分為失返性漏失，且存在淺層氣，井漏誘發井噴風險高。滄東頁巖油開發井目的層孔二段埋藏較深，垂深普遍在3800m左右，沙河街組、孔一段存在廣泛分布的生物灰巖、玄武巖及輝綠巖特殊易漏巖性地層，井漏風險高;目的層主要為砂泥巖互層和白云質泥巖，水平鉆進時鉆頭進尺少，機械鉆速慢。同時，長水平段鉆進時采用常規破巖方式的能量有效利用率低，機械破巖能量不足。該區塊水平井平均機械鉆速只有7.06m/h，整體鉆井速度偏低，嚴重制約了效益勘探開發。

　　2大型井叢場鉆井關鍵技術

　　針對大型井叢場鉆井技術優化存在的難點，綜合地質需求、工程難度、后期工藝因素，以降防碰風險，降施工難度，提鉆井速度，降鉆井成本為原則[8-12]，地質-工程一體化進行井網部署、單井井眼軌道、井組防碰設計、井身結構及一趟鉆鉆井工藝等技術研究，保證大型井叢場鉆井的施工質量和效率。

　　2.1地質工程一體化井網優化

　　2.1.1井網部署優化

　　以滿足地質需求、安全健康環保要求為基礎，依照效益最優原則，整體優化平臺井數、井型。結合大港油田井叢場應用實踐，地質-工程一體建立常規定向井、大斜度井、大位移井、水平井等多目標井型井眼軌道優化的優先級排序，形成復雜多目標井的靶區軌道設計模型，以實現無關聯靶點間的軌道高效設計，其中常規定向井的井斜角宜控制在45°以內，井底位移宜在700m范圍內。以港西一號大型井叢場為例，該井場原方案設計槽口30個，部署地質目標點40個，井口間距5m。結合油藏特征，地質、工程協同將原方案中常規井西9-14-3井、西8-14-2井優化為水平井西8-14-2H，提高單井利用率，實現一井多目標的目的。

　　原方案中某設計井由于井底位移635.44m，造斜點優化至100.00m,造斜率優化為3.5°/30m后，井斜角仍達到62.78°，存在造斜點淺、井斜角大等難點。本區明化鎮組淺層和館陶組儲層疏松易出砂，大井斜不利于鉆進過程中攜巖屑砂巖要求;同時大井斜后期泵掛位置選擇難，測井、錄井費用高，因此建議取消部署該井。經優化，最終設計整體方案由28口優化為24口，結合該井場2口已完鉆井，形成26口井規模井叢場，集中使用1～26號槽口，節省已部署槽口數量，為后期井場加密及調整預留良好空間;井口間距由5.00m優化為6.00m，利于上部井段進行防碰設計，降低防碰風險，保障安全施工。

　　2.1.2井口-靶點匹配優化

　　按照井口單排排列、多排排列形式進行井口-靶點匹配研究，滿足井網部署優化要求。首先針對單排和多排井口利用直線法，多排井口利用直線法與同心圓法結合，遵循位移最小原則[13]，將各井口、靶點劃分區域，同一區域內按照靶點位移(距井口排中心點)由大到小的順序，由內及外、由近及遠依次將其匹配至最近井口。

　　實踐中，通常首先利用專業設計軟件，按照水平位移不相交原則，快速求出井口與靶點的最優分配結果;然后結合井場擺放位置、大門方向、生產要求及防碰需求，進行井口-靶點匹配調整。為避免定向造斜時磁性測斜儀器由于鄰井套管影響產生磁干擾而形成的測量誤差，保障井身軌道質量，通常優先部署水平位移大、造斜點位置淺的設計井，后部署位移小、造斜點深的設計井[14-16]，為同井場待鉆井預留良好軌道空間。經初步匹配及調整，制定井叢場平臺軌道初始方案，為下一步的軌道精細調整與優化奠定基礎。

　　2.2井眼軌道與防碰設計優化

　　井眼軌道優化指在滿足現場工具能力與防碰安全的要求下，通過優化剖面類型及軌道參數，取得最優鉆井進尺及扭矩/摩阻，降低鉆進過程中施工難度，減少井下事故，達到縮短鉆井周期，降低鉆井成本及保障后續完井、測試、修井和采注等作業順利實施的目的。

　　2.2.1剖面類型優選

　　大型井叢場井眼軌道設計時，為保障防碰安全，降低施工難度，剖面設計力求簡單化。針對靶前位移較小的井，優先考慮單增剖面(直井段-造斜段-穩斜段)，針對靶前位移充足設計井，可優化為雙增剖面(直井段-造斜段-穩斜段-增斜段-穩斜段)或者五段制剖面(直井段-造斜段-穩斜段-降斜段-直井段)，實現在上部井段提前造斜，減少設計井上部直井段與其他鄰井并行長度，減小防碰風險。羊三木一號井叢場的某水平井井眼軌道設計過程中，該井靶點位移640m,預設單增軌道與雙增軌道進行比較分析優選。

　　1)雙增剖面在造斜井段與增斜段之間加入穩斜設計作為調整段，便于鉆進時進行軌道偏離的糾正，有利于安全鉆進;2)單圓弧剖面造斜點深，與鄰井并行防碰井段長，不利于井間防碰，雙增剖面則可通過提前造斜把并行防碰井段優化在最小范圍內，便于鉆進時軌道偏離的糾正，有利于安全鉆進;3)雙增剖面鉆井進尺相對于單圓弧剖面進尺減少104m，因此推薦選擇雙增剖面井眼軌道。

　　2.2.2造斜點、全角變化率和井斜角優化

　　造斜點、全角變化率和井斜角的設計直接影響實鉆過程中井眼軌跡控制難度。造斜點過淺，造斜率過大，易出現方位不穩定，發生漂移;設計造斜點過深，造斜率過小，則容易出現過大井斜角，鉆井過程中易導致扭方位困難，轉盤扭矩大，井眼攜砂能力差等問題，并容易發生井壁坍塌等現象。

　　同時，考慮后期施工工藝，若井斜角過大，后期測井和完井作業施工難度大，對采注舉升等工藝造成困難。從防碰安全角度分析認為，井叢場軌道防碰多在上部井口，造斜點淺，設計井與與鄰井防碰關系安全，伴隨造斜點增加，與同井場設計井防碰系數降低造斜點不易過深，避免段增加上部防碰井段。結合大港油田地層特性，進行多因素條件下的井眼軌道參數研究，井叢場常規定向井造斜點范圍優選為150～1100m，造斜率(1.5°～3.6°)/30m，井斜角15°～45°。

　　王官屯油田某平臺單井J23-52井上部平原組底界深度320m，地層松軟，造斜過程中易垮塌，不適合定向作業，該區開發井表層套管通常封固平原組地層，為避免一開大井眼造斜，二開后井深350m處開始造斜，小井眼提高定向效率，提高鉆速，預設多條井眼軌道進行剖面參數優選：伴隨造斜點加深，全角變化率增大，井斜角呈增大趨，至造斜點800m，井斜角為47°;結合防碰設計需求，至造斜點600m,該設計井與鄰井J17-47井的防碰系數已降至1.0，因此造斜點繼續加深，已存在與鄰井相撞風險，實施風險大，因此該井最優造斜點范圍取值為320～550m。

　　2.2.3防碰技術

　　淺層大型井叢場，井間防碰在各設計井間上部垂直井段尤為突出，常規井型通過相鄰設計井造斜點“V”形設計，即相鄰設計井造斜點位置錯開30～50m,進行上部防碰設計,及時優化防碰距離，保障在上部井段最近距離不小于相鄰設計井間井口距，避免設計井間空間軌道交叉，降低防碰風險[17-18]。

　　為解決水平井、大位移井組井口間距小、垂直井段并行距離長和防碰井段深難題，通過01234502004006008001000井場造斜點造斜點造斜點造斜點造斜點T1T2T3T4T5中心350m400m500m600m700m800m900m1000m1100m1000120003009001500180021002400靶點600120027001600004006008001400垂深/m/m/m0200水平位移/m分離系數J13-43J17-47J13-41造斜點/m上部提前小角度預斜、下部雙增七段制三維剖面優化防碰設計。某區塊頁巖油開發水平井組井叢場部署6口水平井，最大偏移距494m，平均井深5017m，平均水平段長1421m，井口間距6.00m，目標層位深，上部垂直井段并行距離長，考慮后期工廠化壓裂作業需求，水平段呈平行排列方式，深部目標點入窗前空間交叉。

　　結合軌道優化與地層發育特征，進行防碰設計：進入二開井段后設計出5°～10°井斜角，使上部井段之間避開防碰;下部采用“V”形設計法則，三開入窗前相鄰設計井間的造斜點錯開30～50m，減少入窗前井段間防碰，通過優化防碰設計，使各井間防碰系數均大于1.0或防碰距離大于15m，降低防碰風險;結合地層發育玄武巖、斷層等特征，確保在特殊巖性地層穩斜通過，避免定向調整井段，保障井身質量，提高機械鉆速。

　　3現場應用

　　2018年以來，大港油田大型井叢場應用以上技術，共建成6口井以上的井叢場28個，井叢場鉆井數量占產能井總數68.2%，井場土地征用減少5.885km2，鉆井周期縮短11.9%。其中，港西一號井叢場成為中石油示范井叢場，2020年實施的港西二號大型式井叢場為目前大港油田陸上最大規模井叢場。港西二號井叢場位于港西油田四區斷塊，開發明化鎮組、館陶組2套層系，槽口呈雙排四組排列，排間距8.00m，井口間距5.00m，共設計部署56口井，其中水平井6口。

　　研究區內井網密集，老井眾多，前期涉及老井200余口，井間防碰形勢嚴峻。針對目標點位移較大和防碰困難的常規井，利用井間防碰技術，采用雙增剖面和三維繞障剖面，其中三維繞障井占比19.6%;針對靶前位移充足的水平井，采用雙增剖面，縮短設計進尺170余米;地質目標優化50井次，井眼軌道優化200余井次，整體方案調整9輪次，實現井間最小安全距離3.20m，最小分離系數0.878。通過鉆井技術優化，該平臺鉆井節約總進尺505m，鉆井液重復利用180m3。鉆井施工過程中采用“工廠化”批鉆井模式，2臺大鉆機的搬遷和安裝時間錯開，多口井依次一開、固井、二開、固井，所有設備在鉆機上協同運行，鉆井、固井和測井設備無停待，提高了設備、人員和組織的施工效率，縮短了整體鉆井時間，提速效果明顯。與港西二區單井相比，鉆井周期縮短17.6%，機械鉆速提高45.13%。

　　4結論與建議

　　1)綜合地質需求、鉆井難度、后期工程工藝、建設成本等要求，開展了地質-工程一體化大型井叢場井網部署研究，建立了井口-靶點匹配關系，并進行井叢場實施井數、井型和施共順序優化，滿足了大井叢效益最優化需求。2)井眼軌道設計及優化是大型井叢場高效鉆井工藝優化的關鍵環節，通過剖面類型優選、軌跡參數精細優化，可以解決大型井叢場井間防碰難題，降低鉆井風險;可以優化鉆井進尺，降低鉆井難度，為安全、高效、經濟鉆井提供良好的軌跡空間。

　　3)結合區域構造及地質發育特征，進行了適合各井叢場的井身結構、“一趟鉆”鉆具組合和鉆井參數等配套技術研究，減少了井下復雜，提高了機械鉆速，保障了鉆井提速。4)大型井叢場鉆井工藝優化方法解決了地上、地下矛盾，在提高鉆井速度、降低鉆井成本方面效果較好;但受復雜斷塊油藏地質特征影響，需要進一步研究深層水平井組大型井叢場平臺規模與提速技術，提高深層水平井組大型井叢場技術推廣與應用效果。

　　參考文獻References

　　[1]趙平起，李東平，唐世忠，等.大港油田井叢場建設管理創新與實踐[J].國際石油經濟，2020，28(12):95-100.ZHAOPingqi,LIDongping,TANGShizhong,etal.ManagementinnovationandpracticeofwellclusterfieldconstructionofDagangOilfield[J].InternationalPetroleumEconomics,2020,28(12):95-100.

　　[2]李興科，孫超，許建國.大井叢集約化效益建產開發方案優化與技術應用[J].特種油氣藏，2018，25(2):169-174.LIXingke,SUNChao,XUJianguo.Developmentprogramoptimizationandtechnologyapplicationinmulti-wellclusterintensificationbenefitproduction[J].SpecialOil&GasReservoirs,2018,25(2):169-174.

　　[3]趙賢正，趙平起，李東平，等.地質工程一體化在大港油田勘探開發中探索與實踐[J].中國石油勘探，2018，23(2):6-14.ZHAOXianzheng,ZHAOPingqi,LIDongping,etal.Researchandpracticeofgeology-engineeringintegrationintheexplorationanddevelopmentofDagangOilfield[J].ChinaPetroleumExploration,2018,23(2):6-14.

　　[4]李治衡，庹海洋，王文，等.渤海油田表層大尺寸井眼預斜技術探索與應用[J].非常規油氣，2020，7(1):87-92.LIZhiheng,TUOHaiyang,WANGWen,etal.Explorationandapplicationofpreventiveobliquetechnologyforlarge-scaleboreholeinsurfaceofBohaiOilfield[J].UnconventionalOil&Gas,2020,7(1):87-92.

　　[5]崔月明，史海民，張清.吉林油田致密油水平井優快鉆井完井技術[J].石油鉆探技術，2021，49(2):9-13.CUIYueming,SHIHaimin,ZHANGQing.OptimizeddrillingandcompletiontechnologyforhorizontalwellsintightoilreservoirsintheJilinOilfield[J].PetroleumDrillingTechniques,2021,49(2):9-13.

　　作者：王國娜1，張海軍1，孫景濤1，張巍2，曲大孜1，郝晨1