无源磁导向技术在储气库南堡12-198井的应用.pdf

文章编号：1008-2336（2023）02-0084-05无源磁导向技术在储气库南堡 12-198 井的应用胡勇科，李超锋，王金忠（冀东油田公司储气库建设项目部，河北唐海063200）摘要：复杂疑难井的有效处置是保证地下储气库密封完整性的关键。南堡 12-198 井为南堡 1-29 储气库建库范围内的一口疑难处置井，该老井有多个侧钻井眼，其中一个侧钻井眼钻穿盖层，与储层连通，存在井漏、溢流风险，若不能有效实施封堵，将影响储气库密封性和运行安全。该井眼内落井钻具长度约 1 163 m，常规方法难以完成作业。采用打新钻救援井的方式，利用陀螺和国产无源磁导向技术，精准确定救援井与老井眼落鱼之间的方位和距离，实现在鱼底与老井眼裸眼段重入，顺利冲探至井底，完成封堵目标。该井找眼重入成功，给国内储气库复杂疑难井处置探索出一条有效途径。关键词：储气库；疑难老井；无源磁导向；落鱼中图分类号：TE243 文献标识码：A DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2023.02.084ApplicationofPassiveMagneticGuidanceTechnologyinNanpu12-198WellofGasStorageHU Yongke,LI Chaofeng,WANG Jinzhong（Gas Storage Construction Project Department of Jidong Oilfield Company,Tanghai,Hebei 063200,China）Abstract:The effective disposal of complex wells is the key to ensure the sealing integrity of underground gas storage.Nanpu 12-198 well isa difficult disposal well within the scope of Nanpu 1-29 gas storage reservoir construction.The old well has multiple side drilling holes.Oneof the side drilling holes penetrates the cap rock and connects with the reservoir,with a risk of lost circulation and overflow.If the pluggingcannot be effectively implemented,it will affect the sealing and operation safety of the gas storage.The length of the drilling tool in thewellbore is about 1 163 m,and it is difficult to complete the operation by conventional methods.By means of drilling new rescue wells,usinggyroscope and domestic passive magnetic guidance technology,the azimuth and distance between the rescue well and the old boreholefalling fish are accurately determined,and the re-entry of the fish bottom and the open hole section of the old borehole is realized,and thewell bottom is successfully drilled to complete the plugging target.The successful re-entry of the well has explored an effective way for thedisposal of complex wells in domestic gas storage.Keywords:gas storage;complex old wells;passive magnetic guidance technology;fishing 地下储气库是用来解决天然气季节性供需矛盾、应急调峰和战略储备的主要手段，对于保障国家能源安全具有重要的意义。利用半枯竭油气藏改建地下储气库是最常用方式1。半枯竭油气藏建库时必须对影响储气库安全的疑难老井实施可靠的封堵，保证储气库的密封完整性2。南堡 12-198 井位于冀东油田南堡 1-2 人工岛上，为国内首座海上储气库建库范围内的一口疑难处置井。该井老井眼内存在落鱼，钻穿了泥岩盖层，若不能实现有效封堵，将影响该储气库密封性和运行安全，但常规方法难以完成作业。国产无源磁导向技术由中国石油集团工程技术研究院有限公司于 2020 年底研发成功，基本原理为：工具在治理井中向周围地层注入电磁波，由于老井套管或钻杆等金属管柱的电导率要远大于地层，大部分电磁波将在老井上聚集，根据麦克斯韦电磁场理论，聚集的电磁波将产生交变磁场。利用探管内的磁传感器检测目标井交变磁场信号，再结合姿态测量算法，从而确定两井的相对位置。目前该技术测距范围达到 70 m，测距误差 10%，达到国际先进水平，在吉林油田、大庆油田、辽河油田等老井封堵工程中一次成功。利用陀螺和国产无源磁导向技术，与老井眼近距离伴行 856 m，通过现场精准测量定位、精确控制井眼轨迹，在井深 1 683 m 试碰落鱼成功，并于井深 1 807.8 m 一次重入老井眼，随后实施老眼冲探至 2 560 m 顺利完井，比预计施工周期缩短一半。该疑难老井的成功处置，为冀东油田处置侧钻裸眼井积累了成功经验，也为加快国内海上储气库群建设奠定了坚实的基础。收稿日期：2021-12-06；改回日期：2022-01-29第一作者简介：胡勇科，男，1980 年生，本科，工程师，2006 年毕业于中国石油大学（北京）石油工程专业，从事储气库建设钻井工程工作。E-mail：hyk_。第 43 卷第 2 期Vol.43No.22023 年 6 月 OFFSHOREOILJun.2023 1 基本概况南堡 12-198 井封井工程承担着南堡储气库建设对老井眼连通重入进行封堵施工任务3。其钻井目的：为阻止储气库气体上窜，对井眼盖层和储层进行有效封堵，实现注气层位有效封隔，确保气库密封性和运行安全。南堡 12-198 老井分为 Y1、Y2、套管井眼三个井眼，井型为定向井（图 1）。Y1 井眼于 2018 年 5 月22 日完钻，完钻井深 2 633 m，未下套管，落鱼鱼顶641.73 m，鱼底 1 813 m，落鱼长度 1 162.61 m，水泥塞底 633 m。Y1 井眼井身结构：339.7 mm 表层套管507 m+裸眼井段落鱼 1 162.61 m（落鱼结构：215.9 mm 牙轮钻头0.35 m+双母0.5 m+165 mm 浮阀0.5 m+212 mm 扶正器1.63 m+165 mm 无磁钻铤17.68 m+127 mm 加重钻杆14 根+159 mm 随钻震击器1 根+127 mm 加重钻杆4 根+127 mm 钻杆105 根）。Y2 井眼于 2018 年 6 月 5 日井深 510 m侧钻，6 月 8 日钻进至井深 823 m 与一口未知井相撞。套管井眼于 2018 年 6 月 12 日侧钻，6 月 27 日钻进至井深 2 536 m，完钻下套管，8 月 7 日投产。Y1 侧钻点:510 m水泥塞底 633 m(Nm)Y2 侧钻点:734 m(Ng l)215.9 mm823 m339.7 mm(9.40504.54)m444.5 mm507 m技套水泥返高:514 m油套水泥返高:1 081 m盖层:2 0002 507.07 m垂深 1 813.72 256.5 m目前井眼244.5 m1 700.39 m311.1 mm1 703 m139.7 mm(8.682 613.8)mY1Y2215.9 mm2 618 m鱼底:1 813Y1:215.9 mm2 633 m盖层:2 0152 494 m垂深:2 391.97 mY1 落鱼鱼顶:641.73 m图 1 南堡 12-198 井井身结构图Fig.1 Wellbore structure of Nanpu 12-198 Well 2 疑难老井处置技术2.1井眼状况浅析目前套管井眼：需对射孔段先进行封堵处理，再封堵井筒至盖层以上 200 m。Y2 侧钻井眼：井深823 m，未钻至盖层，对储气库建设无影响。Y1 侧钻井眼：于 2 633 m 发生卡钻后侧钻，已钻穿直接泥岩盖层，落鱼以下裸眼段内储层与非储层同时存在（该井眼玄武岩盖层段斜深 2 0152 463 m，直接泥岩盖层段斜深 2 4632 494 m，建库储层段斜深2 4942 633 m）。储层与周围井连通，距离先导注气井 384 m，与现井筒对比，盖层、储层垂向对应关系较好。为了阻止储气库气体上窜，要对 Y1 井眼盖层和储层进行有效封堵，实现注气层位有效封隔，确保气库密封性和运行安全。2.2处置思路南堡 12-198 井 Y1 老井眼内存在千米落鱼，常规方法无法完成作业，同时钻磨卡钻风险极高。为解决这一难题，引入无源磁导向技术，跟踪 Y1 原井眼内落鱼位置，平行逐步逼近原井眼，不断校核原井井眼轨迹，在落鱼底部调整井眼轨迹，实现重入老井眼。若在原井鱼底实现重入老井眼裸眼井段，则冲探、扩眼后，下入套管进行固井封堵作业；若未能重入老井眼裸眼井段或者无法判断是否重入，则紧贴老井眼轨迹平行钻进至进入储层 40 m，下入套管至井底，开展射孔挤水泥封堵作业。2.3无源磁导向技术南堡 12-198 井重入封堵关键技术为无源磁导向第 43 卷第 2 期胡勇科，等.无源磁导向技术在储气库南堡 12-198 井的应用 85 钻井技术4-5，“无源”即目标井中不需要下入人工磁源，只需要在救援井中下入工具（图 2）。该技术通过实时检测落鱼磁场分布，实现钻井过程中对 Y1 井眼空间位置精确定位与导航定位，调整实钻井眼轨迹的井斜、方位，实现落鱼底部重入老井眼。供电部分探管部分电缆部分图 2 无源磁导向工具Fig.2 Passive magnetic guidance tool 磁测量工艺：磁导向仪器下至测量井段，激励电源输出高频（3.5 MHz）电磁波，通过入井铠装电缆传输至电磁波发生器，电磁波聚集在目标井落鱼或套管位置，聚集形成电磁信号，测距探管接收电磁信号，分析人员对数据进行解释，完成磁导向测量6-7。3 找眼重入封堵施工南堡 12-198 钻井封堵井采用三开井身结构，一开表套为 339.7 mm 套管，下深 350.325 m；二开技套为 244.5 mm 套管，下深 1 500.43 m；三开设计下入139.7 mm 套管。3.1一二开钻进过程该井于2021 年7 月23 日开钻，一开完井深352 m，二开完井深 1 503 m。上部 0813 m 井段正常按设计轨迹防碰绕障施工。二开钻进至 813 m 测斜数据方位磁干扰严重，进行增井斜作业远离落鱼，中途继续钻进至 1 151 m 随钻 MWD 仪器磁干扰持续严重，方位无法判断，起钻测陀螺，测磁导向。在 1 1511 404 m 井段重复上步工作，8 月 7 日钻进至 1 503 m二开中完。表1二开期间磁导向测量数据表Table 1 Magnetic guidance measurement data sheet during the second opening period 磁导向结果测深/垂深/（m/m）距离Y1井眼距离/m北向方位/高边方位/备注11 148/1 113.3696152南堡12-198井Y1井眼和原套管井眼在1 100 m以下才彻底分离21 296/1 221.864.411016831 402/1 320.806.22137202 第一次磁导向测量结果显示 Y1 井眼和原套管井眼在 1 100 m 以下才彻底分离，1 100 m 以上由于套管井眼和 Y1 井眼同时存在，未完全分开，测量误差较大（图 3）。分离后，第二、三次磁导向轨迹显示 K 井与 Y1井眼持续平行逼近。3.2试碰老井眼三开钻进过程：根据磁导向指令钻进 1 5031 692 m，该井段每钻进 2040 m 测陀螺、磁导向，在施工过程中，井深 1 6041 692 m 开始持续有铁屑返出，钻具无蹩跳、复合钻进时扭矩正常，在井深1 621 m 处有放空现象出现。603 42012-198K1 100 m Y1 与现井眼逐渐分离Y1 与现井眼暂未分离,误差较大Y1 井眼4 320 0404 320 0504 320 0604 320 0704 320 0804 320 0904 320 1004 320 1104 320 1204 320 1304 320 1404 320 150603 460603 500603 540W/E/()N/S/()603 580603 620图 3 第一次磁导向测量水平投影图Fig.3 Horizontal projection of the first magnetic guidance measurement 86 2023 年 6 月返出铁屑、起出的牙轮情况如图 4、图 5 所示，3 个牙轮中间向外突出的小齿均已断掉，本体和保径齿有明显的磨损及沟槽，表明钻头已与老井落鱼发生刮碰，但磁导向测量数据未饱和，分析为落鱼钻具发生屈曲，仅为局部刮蹭，继续钻进。钻进至 1 685 m，起钻测陀螺、磁导向，结果显示在井深 1 681 m 处与目标井 Y1 井眼距离 0.38 m，与落鱼最接近，复合钻进钻时由 36 min/m 上升至12 min/m，井口返出大量铁屑，经过化验为 G105 钢级钻杆材料，证明与落鱼发生了接触，圆满完成了碰落鱼校正轨迹数据目标。分析由于地层可钻性强，在钻头与落鱼碰撞时并没有发生强烈的钻具蹩跳现象，扭矩也没有发生大的变化。初步完成井眼轨迹校准需求，为进一步缩短工期，取消原定碰鱼后回填的方案，采用与 Y1 井眼平行钻进施工，提高重入老井眼落鱼底部的成功率。3.3重入老井眼在平行于老井眼落鱼 12 m 伴行钻进过程中，随钻 MWD 仪器造成方位磁干扰严重，每钻进约 20 m需进行陀螺测量及磁导向测量来调整方位的变化和跟踪井眼轨迹位置8。钻进至井深 1 7861 789 m 时，返出岩屑中再次出现铁屑，同时随钻 MWD 仪器测斜方位不再有磁干扰情况，结合磁导向磁场幅值大幅降低判断仪器所处位置应在落鱼无磁钻铤部分，返出铁屑分析为 212 mm 扶正器铁屑。根据现场测深计算，新井眼已经顺利通过鱼底 212 mm 扶正器和 215.9 mm牙轮钻头，可以实现重入老井眼目标。动力钻具组合：215.9 mm 牙轮钻头+172 mm 螺杆+165 mm 浮阀+210 mm 扶正器+165 mm 无磁钻铤+MWD+165 mm 无磁钻铤+127 mm 加重钻杆+127 mm钻杆。其中井段1 7391 756 m 采用PDC 钻头钻进施工。01 7501 7551 7601 7651 7701 7751 7801 7851 7901 795100200300信号/无量纲井深/m400500600图 6 幅值示意图Fig.6 Amplitude diagram 重入施工过程，根据磁导向结果显示：1 7181 794 m 井段井眼轨迹通过测陀螺，磁导向数据校正，实钻井眼轨迹与 Y1 井眼上下在 0.590.77 m 范围内。磁导向定向指令预计南堡 12-198 救援井于 1 808 m 处，重入目标井南堡 12-198 Y1 井眼。当钻进至 1 807.8 m时发生钻具放空现象，放空 11 808.8 m，钻压由6080 kN 下降至 24 kN，钻时由 16 min/m 下降至1 min/m，瞬时消耗钻井液 4 m3，正常排量循环时未见漏失。钻井液密度由 1.25 g/cm3降至 1.23 g/cm3，黏度由 45 s 升高至 50 s，持续 6 min 后恢复正常。分析救援井于 1 807.8 m 已重入老井眼 Y1，达到磁导向施工目的。南堡 12-198 井采用无源磁导向钻井技术，实现对老井眼落鱼目标位置的高精度定位，自井深 1 148 m至 1 790 m 累计开展 14 次磁导向测量作业9-10，测量结果见表 2。从表中可以看到，运用空间交叉的方式校准测距结果，距离测量精度最小为 10%，方位测量精度 3。并随着与老井距离的增加测量间距逐渐缩小，相对误差也越小。国产无源磁导向测量工具减少了传统测斜手段的不确定性，实现前期蹭落鱼，后期重入一次成功。图 4 1 6041 621 m 返出铁屑Fig.4 Iron scraps returned from 1 6041 621 m 图 5 1 6041 621 m 起出钻头磨损情况Fig.5 Drill bit wear from 1 6041 621 m 第 43 卷第 2 期胡勇科，等.无源磁导向技术在储气库南堡 12-198 井的应用 87 3.4冲探钻进施工钻进至 1 808.8 m 进入原井眼后，起钻更换冲探钻具组合，进行原井眼冲探作业。第一趟冲探钻具组合：190.5 mm 牙轮钻头+双母接头+165 mm 浮阀+165 mm 无磁钻铤+165 mm MWD+127 mm 加重钻杆（5 柱）+127 mm 钻杆。由井深 1 808.8 m 冲探至井深 1 811.15 m，钻时分别为 6.9、3.9、34 min/m。地质捞出的 1 811 m 砂样中疑似有新地层的砂样，存在偏离老井眼的风险，考虑冲探施工困难，调整井斜和方位与原眼轨迹一致，顺利重回老井眼。第二趟强刚性穿针钻具组合参考老井眼施工时钻具组合，更换为带螺杆、扶正器、两根无磁钻铤的强刚性穿针钻具组合：215.9 mm PDC 钻头+172 mm 螺杆（1.5）+165 mm 浮阀+210 mm 扶正器+165 mm 无磁钻铤+165 mm MWD+165 mm 无磁钻铤+127 mm 加重钻杆（7 柱）+127 mm 钻杆。下钻到底后冲按照老井眼定向井日报，定向增斜钻进，钻时分别为 18.8、23.6、13.2 min/m。利用定向钻具重回原井眼，继续使用定向钻具进行原井眼冲探有利于随时监测井眼轨迹并进行调整。至井深 1 815.5 m，钻时突然加快，重新回到老井眼，继续开展冲探作业。自井深 1 8162 560 m 井段冲探施工中，间断存在放空，冲探钻时为 0.41.6 min/m，确认钻具一直在老井眼内冲探。井深 2 0242 474 m 为玄武岩井段，在该井段冲探过程中出现大量岩屑和掉块，通过适当提高钻井液密度、黏度，降低失水、提高抑制性、封堵性能等，掉块现象明显减少。由于原井眼封闭时间长，气体自动扩散形成圈闭层，冲探过程中最高全烃值达 89.35%，为了确保井下安全采用每冲探一个立柱循环一个迟到时间，待全烃值下降至正常值后恢复冲探。优化冲探参数控制：钻压 1020 kN，转速 30r/min+螺杆，排量 30 L/s。在易漏层井段，合理调整钻井液密度，同时，加强坐岗观察，密切关注液面变化，保证了井下安全，顺利冲探至 2 560 m 完钻。3.5施工结果南堡 12-198 井经过 14 次无源磁导向与陀螺测井施工，顺利完成找眼重入作业，后续冲探 752 m 完钻，比预计周期缩短 40 天，节约封堵工程费用超过 500万元。作为冀东油田储气库疑难老井处置的第一口井，南堡 12-198 井试碰落鱼与在裸眼底部重入的成功，为今后储气库老井封堵中利用无源磁导向实现精准轨迹重入及现场施工积累了宝贵经验。4 结论与认识（1）在南堡 12-198 井无源磁导向钻井实践中，验证了国产无源磁导向技术的精度与在疑难老井找眼重入施工的可行性，保证了对老井眼的成功连通封堵，实现了隐患治理的目标，具备显著的推广价值。（2）在无源磁导向工具接触落鱼钻具时，根据其磁饱和程度，分析新老井眼空间位置关系，新老井眼点、井段之间的距离；测量磁场参数，对异常参数修正计算，反演还原磁源的真实方位和距离，准确实现两井平行交汇或穿插。（3）合理优选钻具组合，优化钻井参数，加密测量磁导向数据，及时校正陀螺方位数据，修正轨迹走向；同时，应用工程地质一体分析技术，密切关注钻时、岩屑、气测等变化，保障了碰撞落鱼钻具的成功，加快了冲探钻进速度。参考文献：王希勇,熊继有,袁宗明,等.国内外天然气地下储气库现状调研 J.天然气勘探开发，2004，27（1）：49-51.1 李治,于晓明,汪熊熊,等.长庆地下储气库老井封堵工艺探讨 J.石油化工应用，2015，34（2）：52-55.2 刘书杰,李相方,何英明,等.海洋深水救援井钻井关键技术 J.石油钻采工艺，2015，37（3）：15-18.3 李翠.救援井与事故井连通探测方法研究D.北京:中国石油大学(北京),2014.4 车阳,乔磊,袁光杰,等.主动磁测距技术在T1井封井工程的应用 J.石油机械，2022，50（2）：15-22.5 董胜伟,申瑞臣,乔磊,等.煤层气水平井连通工具测量误差分析 J.石油钻采工艺，2013，35（2）：56-58,62.6 李峰飞,蒋世全,李汉兴,等.救援井电磁探测工具分析及应用研究 J.石油机械，2014，42（1）：56-61.7 乔磊,高德利,代继樑,等.煤层气水平井磁导向钻井理论与实践 J.钻探工程，2021，48（6）：1-6.8 唐宁,熊祖根,王贵刚.定向随钻测量误差分析及应用 J.钻采工艺，2016，39（5）：22-25.9 夏环宇,倪益民,陈洪亮,等.井间精确测量工具及应用研究 J.海洋石油，2021，41（2）：79-84.10 表2无源磁导向测量数据Table 2 Passive magnetic guidance measurement data 序号测深/m距离Y1井眼距离/m北向方位/高边方位/备注11 1488.1596152第一次空间交叉21 2964.411016831 4026.2213720241 5504.22142205中完固井有150 m盲区51 5903.87126203第二次空间交叉，并在1 683 m试碰落鱼成功61 6143.4713420471 6391.214020981 6520.7112218491 6850.43153212101 7151.12185250维持1 m左右近距离伴行跟踪老井眼111 7381.19154221121 7540.77138205131 7750.84142202141 7900.59130195老井重入井深1 807.8m 88 2023 年 6 月