主动磁测距技术在裸眼落鱼井中的重入试验

吴 艳，余文艳，刘永辉，晋新伟，周 岩，朱宽亮

1中国石油冀东油田分公司钻采工艺研究院 2中国石油冀东油田分公司储气库建设项目部

0 引言

由于地磁场的不确定性、钻具磁性影响及工具非线性误差等，造成实际井眼与测量轨迹间存在误差椭圆，因此，在处理原油泄漏井、井喷失控井等时，实现救援井与目标井眼之间的精准连通必须依赖专业探测工具对故障井进行精确定位并引导救援井靠近或者重入[1- 7]。主动磁测距技术是一种高精度磁定位技术，在国外公司解决救援井与故障井之间的连通技术方面取得了较好的应用效果[8- 9]，如美国Vector Magnetics公司的Wellspot TM系列工具[10- 11]和SDI公司的Blackshark主动测距系统等。其中，2010年的墨西哥湾原油泄漏事件即为Wellspot TM系列工具实施的成功案例，工具探测范围大、精度高、应用效果好，但技术服务费用高，供货周期长。为解决这一问题，国内自主研制了首套主动磁测距系统，并在冀东海上储气库NP12- 198井“落鱼型”废弃裸眼重入封堵中进行了现场试验，拓展了磁测距技术在储气库老眼重入领域的应用，配套形成的轨迹设计及探测方法、作业流程等，突破复杂老井重入难的困境，对可能需要的老井重入作业及救援井作业具有一定的参考和借鉴意义。

1 主动磁测距系统

自主主动磁测距系统通过对故障井中套管、落鱼施加一定的激励，使套管、落鱼产生相应的磁场强度，通过分析磁场强度分布规律来反演新井眼与故障井的相对位置关系。

1.1 作用原理

磁测距系统通过电缆下入新井眼中，如图1所示，利用井下电磁波发射电极向地层注入球形对称分布的电磁波，当故障井中有电导率远高于地层的套管、落鱼或其它金属管柱，其周围将产生低频交变磁场，探管测量单元检测到故障井管柱磁场强度及其随两井井距变化的趋势，利用传输单位将探测到的信息传递至地面计算机系统进行数据分析，获得新井眼与故障井的相对距离、方位等信息，实现对故障井的精准定位[12]。

1.2 定位方法

磁测距系统中探管测量单元可获得新井眼当前地磁场和重力场，明确探管摆放姿势，掌握新井眼当前井底姿势。故障井中管柱产生的低频交变磁场，会对地磁场产生干扰，视管柱电磁特性稳定不变，则探管测得的磁场强度与两井间距成一一对应的反比关系，即磁场幅值迅速增大且到时较短，说明新井眼正在逐步靠近故障井，反之，若探测的磁场幅值迅速减小且到时变长，则说明新井眼正在逐渐远离故障井。通过对磁场强度随两井间距变化趋势的分析与处理，即可明确新井眼与故障井的相对姿势，确定故障井相对新钻井眼的空间位置，实现对故障井位置的定位及下步导航方向，引导新井眼钻向故障井目标位置[13- 15]。

图1 主动磁测距系统基本原理

1.3 引导连通方法

磁测距系统获取故障井相对新井眼的距离和方位，确定故障井相对新钻井眼的空间位置，结合新井眼实测数据和故障井原始测斜数据科学预判下步轨迹，引导新井眼钻至预判靶点并逐步逼近故障井直至重入。具体过程见图2所示。图中(a，b……n)，(a′，b′……n′)，(a″，b″……n″)分别为新井眼当前测点，磁测距实测该垂深故障井相对位置，故障井原始测斜数据该垂深对应的测点数据。以新井眼轨迹为基准，根据磁测距实测数据，反演计算该垂深故障井空间坐标，获得故障井实测测点数据，并对故障井原始井眼轨迹进行修正，确定下一步待钻目标点，图2中L是预判靶点[16]。

图2 磁测距工具引导两井连通过程示意图

该磁测距系统耐温125 ℃，抗压150 MPa，测量精度为0.05 nT，测量距离30 m，测量误差小于25%。

2 试验井井况及难点分析

2.1 井况

NP12- 198井为南堡1- 29储气库构造高部位的一口侧钻老井，该井Ø215.9 mm井眼钻进至完钻井深2 633 m时发生了卡钻，导致井眼报废，留置长度约1 162.61 m的落鱼，鱼顶井深641.73 m，鱼底井深1 804.34 m，原井眼报废后在井深510 m处打水泥塞侧钻，完成此开发井的钻探作业，但留有一废弃井眼需处理。

废弃井眼井深2 463～2 494 m为盖层，废弃井眼钻穿储气库盖层、贯通储气层，破坏了储气库的密封性，不满足储气库长期安全运行要求，如何重入盖层、储层并实施封堵是该井顺利处置的瓶颈，高精度的探测定位落鱼、摸清老眼轨迹、在落鱼底部实现老眼重入是处置本废弃井的关键技术。表1为废弃井的井眼轨迹数据表，落鱼底部位为稳斜段，最大井斜为34.58°。

表1 NP12- 198井废弃井眼轨迹数据表

2.2 难点分析

废弃井眼最大井斜34.58°，鱼长1 162.61 m，鱼底深1 804.34 m，完钻井深2 630 m，井斜大、落鱼深且长度大，国内未实施过此等难度的裸眼井重入。

2.2.1 跟踪及重入难度大

大井斜井眼、超长落鱼导致井眼跟踪及井眼重入难度大。常规电子测斜仪磁方位测量易受落鱼的干扰，无法完成新井眼的轨迹精准控制要求。

2.2.2 井下发生复杂的风险大

频繁测斜与轨迹调整，增加井眼浸泡时间、多次定向增加井壁台阶，易诱发仪器阻卡复杂故障；重入废弃井眼后，在最大井斜达34.58°的废弃井眼中穿行，面临着划出新井眼的风险。

3 新井眼设计方案

3.1 总体方案设计

新井眼井眼轨迹分段设计如表2所示。磁测距技术于井深1 200 m左右开始探测新井眼与废弃井眼的距离，判断新井眼钻进趋势；在井深1 620～1700m为试碰落鱼段，当碰鱼成功，确定废弃井眼空间位置后，将此段回填至约1 560 m，调整新井眼轨迹与废弃井眼保持空间并行，避免两井眼井斜差值过大而无法重入，伴行跟踪落鱼直至在落鱼底部实现重入。图3为新井眼与废弃井眼的连通、重入方案设计示意图。

表2 新井眼井眼轨迹分段设计

图3 新井眼与废弃井眼的连通、重入方案

3.2 重点技术措施

3.2.1 轨迹探测与控制措施

井深1 620 m以上控制新井眼与废弃井眼渐近，每50 m测距一次；试碰井段新井眼贴近落鱼并控制井距为3～0 m，每10 m进行一次磁测距，实现对落鱼的定位；井深1 700 m处试碰落鱼，达到新井与落鱼点对点的连通，确定相对空间位置，进一步校正废弃井眼轨迹；回填后从侧钻井深开始跟踪落鱼，在井深1 700～1 800 m井段控制轨迹与落鱼间距为2～1 m，每10 m测一次磁导向，重点是控制轨迹不断接近废弃井眼，做好重入准备[17- 19]；在井深1 800 m以下控制轨迹与废弃井眼间距在0.5 m左右，加密磁测距频率，强化废弃井眼轨迹校正，实现在落鱼底部重入老眼。

3.2.2 随钻测量工具

新井眼与废弃井眼间距大于4 m，采用MWD随钻测量新井眼井斜、方位数据；新井眼与废弃井眼间距小于4 m后，则配合使用陀螺测斜仪监测井眼轨迹，避免磁化钻具干扰方位角测量结果。

3.2.3 钻井液性能及钻井参数

钻井液摩阻系数控制在0.08以下，提高钻井液润滑性、抑制性和防塌性，并在磁测距作业前通井保持井壁光滑，裸眼段打入润滑防塌钻井液，以确保磁导向工具起下通畅；裸眼冲探过程中，优化钻井参数，控制钻压不超过2 t，排量不低于33 L/s等，以实现加装动力钻具冲探废弃井眼，规避划出新井眼的风险。

4 现场试验

现场试验过程中共进行了14次主动磁测距作业，于井深1 683 m碰鱼成功，于1 807.8 m引导新井眼重入废弃井眼。磁测距应用情况如表3所示。

表3 磁测距实测数据

4.1 轨迹接近段

轨迹接近段共实施3次磁测距作业，与废弃井眼的间距由4.4 m增至6.22 m，高边方位角由168°增至202°，两井空间交叉后又分离，此时新井眼位于废弃井眼下方，下步井段扭方位至废弃井眼上方或逐步逼近废弃井眼，实现交叉找眼。

4.2 轨迹渐近、碰鱼段

1 520～1 683 m井段为轨迹渐近、碰鱼段，共实施6次磁测距作业。当测深1 683 m时，此时磁总量数据由平均50 000 nT降低至44 535 nT，同井深磁场幅值突升至858 nT，计算与废弃井眼间距为0.38 m(见图4)，钻时由3～6 min/m上升至12 min/m，井口返出大量铁屑，室内元素能谱分析判定为G105钢级钻杆，与落鱼性质一致，碰鱼成功。而此处新井眼随钻陀螺测斜数据与废弃井眼轨迹数据计算的间距为8.17 m。根据反演的目标井空间位置修正废弃井眼轨迹，并做好下步重入井段定向与轨迹调整(见图5)。同时碰鱼时钻具未产生强烈蹩跳，扭矩也没有发生大的变化，判断新井眼与落鱼属于空间相对并行，继续伴行跟踪可以提高井眼重入几率，并缩短施工周期。

图4 两种不同测量仪器的间距图

图5 新废井眼轨迹水平投影图

4.3 伴行跟踪段

井深1 683～1 790 m是伴行跟踪段，共实施5次磁测距作业，配合陀螺定向，井眼在测深1 790 m与废弃井眼的距离为0.59 m，见表3。新井眼随钻陀螺数据与校正后的废弃井眼轨迹的间距为0.06～0.67 m，与磁测距测量间距基本一致，新井眼轨迹已调整至即将重入废弃井眼中。

4.4 重入老眼段

根据第14次磁测距作业测试情况，预计新井眼将于1 808 m处重入目标裸眼。钻进至1 807.8～1 808.8 m时，钻时突然加快，放空瞬时消耗钻井液4 m3，气测录井全烃值由0.09%升至8.2%，钻井液密度由1.25 g/cm3降至1.23 g/cm3，钻时由16 min/m下降至1 min/m，钻压由6～8 t下降至2～4 t，工具面无任何反扭角，分析判断新井眼于井深1 807.8 m、以井斜34.11°与废弃井眼小角度相交的姿势重入废弃井眼。逐步调整井斜和方位与原轨迹基本一致，钻至井深1 816～2 560 m放空现象明显，平均冲划钻时1 min/m。为防止揭开废弃井眼漏失层，冲探至2 560 m提前完钻，井径大于240 mm，直接下套管后固井，盖层段封固良好，满足储气库封堵要求。对比国内同类井例[20]，本井实现了一次重入长达752.2 m的废弃裸眼井段，冲探周期仅8 d，刷新了国内老眼重入后裸眼冲探最快记录。

5 结论与认识

(1)主动磁测距技术通过对井中套管、落鱼等施加一定的磁激励，其周围将产生低频交变磁场，通过检测到的磁场强度及返回时间，可以实现对目标井的精准定位，在原油泄漏井、井喷失控井等救援方面有重要应用价值。

(2)主动磁测距技术在NP12- 198井的成功试验表明该技术在大井斜、长落鱼段的定向井中应用仍是可靠的，通过超长落鱼伴行跟踪，仍能够实现井眼轨迹的精确引导。

(3)渐进探测段、试碰段、回填侧钻伴行段、重入段四个关键井段为重入废弃井眼提供了保障。