石油鉆進(jìn)中平行水平井垂直距離測定方法研究

尚東鋒，胡更會(huì)

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452）

石油鉆進(jìn)中平行水平井垂直距離測定方法研究

尚東鋒1，胡更會(huì)2

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452）

石油資源作為不可再生資源，其消耗量隨著國家的發(fā)展日益增加，因此對(duì)石油資源的開采率資源越來越重視。而石油鉆進(jìn)中注汽井和生產(chǎn)井的相對(duì)位置直接決定著對(duì)石油的采收率。因此，主要研究了利用磁通門傳感器結(jié)合旋轉(zhuǎn)磁鋼的方法對(duì)SAGD中的注汽井和生產(chǎn)井的垂直距離進(jìn)行了有效的測定，并給出了相應(yīng)的解決方法，以減少磁場干擾原因?qū)κ唾Y源采收率造成的影響。

SAGD；磁通門傳感器；垂直距離；測定方法

石油資源作為國家發(fā)展的重要資源，能夠使石油的采收率得到提升是發(fā)展的目標(biāo)。而SAGD中注汽井和生產(chǎn)井的相對(duì)位置對(duì)其采收率的提升起著關(guān)鍵性的作用。因此利用磁通門傳感器結(jié)合旋轉(zhuǎn)磁鋼的方法對(duì)石油鉆進(jìn)中平行水井的垂直距離進(jìn)行測定顯得尤為重要。

1 SAGD的意義

SAGD是蒸汽輔助重力泄油的簡稱，主要是一種開采石油的方法，最早根據(jù)密度的差異應(yīng)用于注水采鹽，其原理是應(yīng)用高濃度鹽溶液密度大的特性，達(dá)到對(duì)其的采收率。而SAGD則是利用同樣的原理，將蒸汽注入到注汽井后，由于蒸汽向上漂浮的同時(shí)也向周圍進(jìn)行擴(kuò)散，因此可以形成附著在地層表面的蒸汽腔，通過蒸汽腔可以讓原油利用氣壓差與其相對(duì)位置發(fā)生交換，而受熱后的原油便可和蒸汽中的冷凝水根據(jù)自身密度大的特性，流入到底下的生產(chǎn)井中，再從生產(chǎn)井中流出達(dá)到采油的作用[1]。而對(duì)注汽井和生產(chǎn)井的相對(duì)位置，為了在最大的程度上提升石油的開采率，要使生產(chǎn)井和注汽井盡量在水平段保持平行。另外對(duì)于兩口井的距離也要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使兩口井保持合適的位置能有效地減少因過近而形成的蒸汽水錐堵塞生產(chǎn)井的狀況發(fā)生，同時(shí)也能提升加熱的效果，進(jìn)一步提高對(duì)石油的采收率。

2 磁通門傳感器的工作方式

磁通門傳感器是采用一個(gè)傳感率較高的特殊變壓器，先利用變壓器輸出信號(hào)，然后根據(jù)外磁場對(duì)這種信號(hào)的產(chǎn)生的某些特殊的作用來對(duì)外磁場進(jìn)行檢測，這些作用的任何一種類型都可以對(duì)外磁場進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。具體的工作原理如下圖所示：

圖1 磁通門傳感器的工作原理

3 石油鉆進(jìn)中平行水井垂直距離的測定

3.1 通過假設(shè)法建立空間模型

通過對(duì)地磁場的產(chǎn)生作出假設(shè)，便可以利用相關(guān)的公式對(duì)石油鉆進(jìn)中平行水井的垂直距離進(jìn)行測定。即

其中的H和U分別是地磁場的磁場強(qiáng)度矢量和磁位。

以此可以利用空間三維坐標(biāo)對(duì)磁場強(qiáng)度在x、y、z方向的分量進(jìn)行計(jì)算，即Hx、Hy、Hz

式中空間一點(diǎn)的地心距用r表示，RE表示地球的半徑，而λ則表示的是格林尼治起算的東經(jīng)。Pmn（cosθ）為m的n次方的關(guān)聯(lián)勒讓德函數(shù)，θ為地磁余緯度。另外其中的gmn、hmn均為變量，其具體值會(huì)因地球自身的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)而受到影響，所以不容易被直接確定，需要通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行具體分析，稱為磁場的高斯系數(shù)。

以上公式為對(duì)橫向磁場強(qiáng)度的計(jì)算，而對(duì)其縱向只需將公式中包含水平的余弦值用正弦值進(jìn)行替換，而對(duì)于其立面方向上的磁場強(qiáng)度則為：

通過以上的磁場可根據(jù)假定的空間模型來通過對(duì)地磁場中某一點(diǎn)的空間三維方向上的磁場分量進(jìn)行計(jì)算，從而有效地對(duì)垂直井的距離進(jìn)行測定，保證其能夠有效的鉆進(jìn)。

3.2 利用磁通門傳感器進(jìn)行測量

利用磁通門傳感器進(jìn)行測量時(shí)，先要把磁通門傳感器和旋轉(zhuǎn)磁鋼分別放在已完成井的水平段以及還未進(jìn)行鉆進(jìn)的井段內(nèi)。利用磁通門傳感器與旋轉(zhuǎn)磁鋼相互產(chǎn)生的感應(yīng)來使另一口井在鉆進(jìn)水平井時(shí)能有效地與已完成井的水平段保持平行，再通過對(duì)磁通門傳感器接收到的收據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)兩口井平行段的垂直距離進(jìn)行測定。另外可根據(jù)以下公式對(duì)地層中任何位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行檢測：

式中Bx、By、Bz為磁通門的空間磁場強(qiáng)度。

而通過此公式不難看出，由于磁鋼在不斷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過程中，磁通門對(duì)應(yīng)的空間磁場強(qiáng)度也在進(jìn)行周期性的變化，而旋轉(zhuǎn)過程中磁場強(qiáng)的峰值主要體現(xiàn)在磁鐵位于水平位置和磁鐵位于豎直位置時(shí)的磁場的強(qiáng)度。即可根據(jù)下式計(jì)算：

式中：D是磁通門和RM在垂直方向的距離；A是磁通門和RM在平面的距離；Z是磁通門和RM在水平方向上的距離。

3.3 利用磁場的極性距離進(jìn)行校核

利用磁場的極性距離進(jìn)行校核的方式在進(jìn)行實(shí)際的鉆進(jìn)操作時(shí)，由于磁通門傳感器本身在使用過程中會(huì)被周圍的磁性材料影響，磁性材料放射出的干擾磁場對(duì)導(dǎo)致其接收到的信號(hào)與實(shí)際要求出現(xiàn)較大的偏差，可能降低鉆進(jìn)過程的準(zhǔn)確性。對(duì)于此問題的處理，可計(jì)算出干擾磁場的極性距離與當(dāng)?shù)氐拇艌鰳O性的距離，通過把計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)的方法來彌補(bǔ)干擾磁場造成的影響。即可以假設(shè)磁通門傳感器在鉆井中的固定位置進(jìn)行測量，而測量的同時(shí)受到穩(wěn)定磁場的干擾，而磁性材料自身所具有的干擾磁場矢量為BE，地磁場本身的磁場矢量為B0，而在進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，放置在鉆井固定位置的磁通門傳感器測出來的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則可以根據(jù)以下的公式對(duì)測出來的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算：

式中：BR為旋轉(zhuǎn)磁鋼的磁場矢量。

因?yàn)橥ㄟ^磁通門傳感器捕捉到的旋轉(zhuǎn)磁鋼的數(shù)據(jù)均為三角函數(shù)曲線，而干擾磁鋼與地磁場在空間三維直角坐標(biāo)系上的各個(gè)方向上的分量均為定值。因此可通過利用磁通門輸出的三角函數(shù)圖分別對(duì)有外界磁場干擾下的磁通門輸出的數(shù)據(jù)及未存在其他干擾磁場下的磁通門輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，便可對(duì)水平井的垂直距離進(jìn)行校正。

準(zhǔn)確地分析出干擾磁場對(duì)磁通門傳感器的影響，進(jìn)而分析在對(duì)水平井鉆進(jìn)的過程中，通過磁通門傳感器對(duì)三軸向的輸出值的差異對(duì)比，可分析出如何對(duì)石油鉆進(jìn)中平行水平井的垂直距離進(jìn)行控制。

4 結(jié)束語

石油資源作為不可再生資源，因此應(yīng)該減少對(duì)石油資源的浪費(fèi)。而對(duì)于石油開采的方式以及開采的采收率也直接決定著對(duì)大自然的破壞程度，因此需要研究出更為先進(jìn)的方式來減少對(duì)大自然的破壞。對(duì)注汽井和生產(chǎn)井的相對(duì)位置進(jìn)行合理的控制，提升石油的采收率，推動(dòng)石油行業(yè)本身的進(jìn)步，進(jìn)而促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 別康，劉敏，王辰偉，等.水平井非平行界面縫洞型儲(chǔ)層的雙側(cè)向測井響應(yīng)特性[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2015，12（3）：322-326.

Study on Vertical Distance Measurement Method of Parallel Horizontal Wells in Oil Drilling

Shang Dong-feng，Hu Geng-hui

As a non renewable resource，the consumption of petroleum resources increases with the development of the country.Therefore，more and more attention has been paid to the exploitation rate of petroleum resources.For oil drilling，the relative position of steam injection well and production well directly determines the oil recovery.This paper mainly combines method of rotary magnetic SAGD in steam injection wells and production wells vertical distance effectively determined by fluxgate sensor，and gives the corresponding solution method，reduce magnetic interference causes of oil recovery caused by.

SAGD； fluxgate sensor；vertical distance；measuring method

TE355.6

B

1003–6490（2017）10–0235–02

2017–07–08

尚東鋒（1982—），男，甘肅慶陽人，助理工程師，主要研究方向?yàn)槭豌@井應(yīng)用選沖鉆進(jìn)技術(shù)、跟套管鉆進(jìn)技術(shù)等。