作者:曹建国
丛式开发井存在节省占地面积、降低油田建设投资成本、解决特殊地域及特殊油藏开发难题等优点，这使其广泛应用于海洋、海滩及沼泽等地的油气田开发过程当中。井眼交碰事故的发生给该类井的钻探带来了极大的风险，也增大了钻探成本。在海洋丛式井钻井平台上，直径段的防碰问题更是是钻探过程遇到的首要难题。目前定向井施工过程中采用的防碰方法为利用实测井眼轨迹参数进行井眼轨迹的拟合，再利用法面扫描法或其他方法计算出井眼轨迹间的距离，在此基础上采取绕障措施进行防碰。该方法成立的前提是能够获得井
眼轨迹参数，然而目前直径段钻井一般采用先钻进后测斜的方式，上述方法不再适用。那么如何减小直径段内的交碰风险成为丛式井钻探必须解决的难题。对此有的学者提出采用预造斜增大井眼间距及造斜点距离的方法，该方法为直径段防碰提供了一个较好的思路，但提前造斜增加了钻井作业的成本。学者们又提出直井段排列由深到浅和由浅到深的顺序排列方式，但效果仍不理想，并且找不到理论依据来指导。鉴于此，笔者对井眼交碰概率与井眼间距和两井眼平行段长度的关系、不同排列下井组直径段总体交碰风险进行了研究，以期通过科学的方法对丛式井直径段交碰风险进行评价，通过优化直径段的排列及设计减小井组整体的交碰风险。
1 井组内直井段井眼交碰概率计算方法
井眼间的距离关系到井眼的相碰与否，当井眼间距小于等于井眼半径之和时，两井相碰；当井眼间距大于两井眼半径之和时，两井眼安全。为了描述井眼交碰概率与井眼间距的关系，建立模型如图1所示。设存在两口平行的直井，这两口井的井眼直径分别为d1、d2，井眼间距为．s，两口井的相对位置如图1。
从图中可以看出，当井0向AOB区域内倾斜并且倾斜的位移大于等于S-d1-d2时，两井交碰发生碰撞，当井0向其他方向倾斜时，不会发生井眼交碰事故。AOB区域夹角满足下一关系：
sinα=2×(d1+d2)/2S=(d1+d2)/S (1)
从而可以得出这个夹角的具体数值：
在单位长度平行井眼内，井眼向AOB区域倾斜的概率为：
井眼向AOB区域倾斜并不一定产生井眼交碰，只有当井眼向AOB区域倾斜并且倾斜的距离大于等于S-d1-d2时，才会产生交碰。设该地区相同深度直井钻进最大井眼曲率为Kz，井眼参数如图2所示。
则交碰所需最短深度为：
式中：Kz为造斜率，O/30m;Rz为曲率半径，m。
根据概率相关理论，平行段长度为Lm的两井眼间的总的交碰概率可用以下表达式求取：
式中，Li、Lj为计算交碰概率的两井眼直井段长度。
从而可以计算出第z口井钻进的交碰概率为：
按一定顺序排列的∞口直井的总体交碰概率为：
如果丛式井组包含∞口井，这些井可以组成的排列方式为：
为了减小钻井过程中的风险，选择的直井段最佳排列方式应该为井眼交碰概率最小的组合，即井眼交碰概率满足以下关系式：
2 井眼交碰概率特征分析
为了分析井眼交碰概率与井眼间距的关系，对两口直井进行分析，设两井井眼直径均为311.1mm时，根据式(3)可以得出单位长度内井眼交碰概率与井眼间距的关系，如图3所示。
从图3中可以看出，随着井眼间距的增大，平行井眼间的的交碰概率呈快速下降趋势，当井眼间距大于1. 5m后，平行井眼间的的交碰概率下降趋势变慢，交碰概率的变化较小，可认为基本不再变化。昕以在该类直径的井眼井口布置的时候，井眼间的距离应该大于等于1. 5m。
为了分析井眼交碰概率与井眼平行段长度的关系，假设井眼间距为2m，两井井眼直径均为311. 1mm时，根据统计分析，附近区域直径段钻进的最大造斜率为8o/100m．根据式(6)可以得出井眼交碰几率与平行段井眼间长度关系如图4所示。
从图4可以看出，当井眼间距一定时，井眼交碰概率与平行段井眼长度成正比关系，随着平行段井眼长度的增加，井眼交碰概率增加，并且增加的趋势呈略微加快趋势。从而可以看出，再设计丛式井直井段时，小井距段的长度不宜过长。
3 井组总体交碰概率计算及优化钻进次序实例
假设丛式定向井组包含有4口井，井间距离均为2m，根据地质特征，4口井的直井段深度分别选择为：150m,190m，230m及400m，统计该地区的其他井组直井段最大造斜率为8 0/1OOm，依据式(9)，这4口井的钻进排列方式有w=C14C31．C21．C11=24种，具体如图5所示。
从图5中可以看出，井眼间距有3种，即距离为2m、4m、6m，井眼间距为上述值时，单位长度上的井眼交碰概率为：
以第一种组合为例说明计算井组整体井眼交碰风险的过程：
第一口井钻进时无交碰风险，P(1，1) =0
第二口井在L2段与第一口井存在交碰风险，P(1,2)=1-(1- P( A2))
第三口井在L3段与第一口井存在交碰风险，P(1．3) =1-(1- P(A4))
与第二口井存在交碰风险的段长为L2，P(2，3)
=1-(1- P(A2))
第四口井与第一口井存在交碰风险的段长为L4，P(l,4)=1-(1- P(A6))
与第二口井为L2，P(2，4)=1-(1- P(A4))
与第三口井为L3，P(3，4)=1-(1- P(A2))
该种排列时，钻进整体交碰风险为：
P总=P(l，1)+P(1，2)+尸(1，3)+P(2，3)+P(1，4)+P(2,4)+P(3,4) =0. 6595
同理，可以得到其他组合的钻进交碰风险如表1所示。
从表1中可以看出，组合2的整体交碰风险最小，推荐采用该种钻进方式。采用造斜点由浅到深的钻井策略整体井眼交碰概率为0. 7003，是24种组合中最大的，所以单从减小直井段防碰角度来看，造斜点由浅到深的排列策略是不可取的。
4 结论及建议
1)平行段长度相同的两口直井，井眼交碰概率与井眼间距成反比关系，并且存在某一个距离，当井眼间距大于该距离时，井眼交碰概率趋近于恒定；当井眼间距小于该距离时，随着井眼间距的减小，井眼交碰概率增长趋势加快。
2)井眼间距一定时，随着直井段平行井眼长度的增加，井眼交碰概率呈现增长趋势；并且其增长速度逐渐加快。
3)利用井眼交碰概率与井眼间距及平行段井眼长度关系建立的模型，能够求取出直井段不同钻进顺序时的总体井眼交碰概率，根据井眼总体井眼交碰概率最小化的原则，可以找到最佳的钻井顺序，利用该方法不仅可以减小钻井风险，且不需要追加其他成本。
4)为了降低大组丛式井的钻井风险，建议在设计轨迹时，采用“从两边到中间”的设计方式，即首先确定靶点及造斜点的排列，再通过优化造斜段稳斜段的轨迹来减小中间段的井眼交碰风险。
5摘要：
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一研究为减小丛式开发井整体风险提供了新思路。
