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RMRS在稠油_超稠油开发中的应用

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RMRS 超稠油 开发 中的 应用
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应用技术 稠油开发中的应用*孙东奎1高德利1刁斌斌1杨宝刚2( 1. 中国石油大学 ( 北京 ) 石油工程教育部重点实验室 2. 中国石油技术开发公司 )摘要 以直接探测钻头到目标井的距离和方位 , 随着井深的增加不会产生累积误差 ,可用于 水平井和连通井的井眼轨迹控制中 。在稠油 /超稠油开发中 , 水平井对采收率的贡献最大 , 但是仅依靠双水平井井型具有一定的限制 , 而双水平井加连通井的方案为浅层稠油 /超稠油开发开辟了新的途径 。在双水平井加连通井方案的施工中 , 可以只用 成双水平井水平段和水平井与直井连通的井眼轨迹探测 。因此 , 稠油 /超稠油 ( 特别是浅层稠油/超稠油 ) 开发中具有广阔的应用前景 。关键词 水平井 连通井 稠油 /超稠油0 引 言随着我国对稠油开发力度的不断加大 , 蒸汽辅助重力泄油 ) 技术作为一项开发稠油 /超稠油油藏的前沿技术 , 正在我国得到推广应用 。目前 , 术主要在以下 4 种井组中应用 : ①直井井组联采 ; ②丛式井 /斜直水平井联采 ; ③U 形井联采 , 直井火烧油层 , 水平井采油 ; ④双水平井联采 , 上注下采[ 1]。其中以双水平井联采方式对采收率的贡献最大[ 2]。为了保证 水平井技术的成功 , 钻井时须保持 水平井水平段平行 、间距误差不得超过 ±1. 0 m 以及注入井位于生产井正上方 。为了满足现场需求 , 国外研发了旋转磁场 测 距 导 向 系 统 ( 和 磁 导 向 工 具( , 并得到了广泛应用[ 2 -11]。为了打破国外对该类技术的垄断 , 我国目前也正大力开展这类技术的研究[ 12 -13]。1 技术分析1. 1 组成要由磁短节 、探管及信号采集与数据分析软件组成 。磁短节由无磁钻铤以及若干永磁体组成 , 永磁体轴向与磁短节轴向垂直 。磁短节紧跟在钻头的后面 , 随着钻头旋转 , 可以在周围空间产生一个交变磁场 , 这是 信号源 。探管主要由传感器组件 ( 三轴交变磁场传感器 、三轴加速度传感器 、三轴磁通门传感器和温度传感器 ) 、电路及无磁外壳组成 , 其外径约为 44. 5 度约为 1. 4 m, 放于已钻井中 。探管不仅可以探测地磁场和重力场 , 以确定探管自身的摆放姿态 , 而且还可以探测由磁短节产生的交变磁场 , 并将探测数据传输到地面计算机中 。安装在计算机中的信号采集与数据分析软件可以对测量信息进行处理与分析 , 将钻头相对目标井的位置测量信息转化为工程师可读的数据 。1. 2 技术规范与优势目前 , 用于 水平井间距探测的工具有 技术规范如表 1 所示 。可以直接探测钻头到目标井的距离和方位 ,不会产生传统测斜工具的累积误差 。虽然国外有95%的 水平井都采用 控制注入井与生产井的间距 , 而且 具有以下技术优势[ 6]: ①应用 以很方便地探测正钻井水平段任意一点到已钻井水平段的间距 ; ②测数据量小 , 更容易与电磁传输技术相结合 ; ③需要重复测量时 , 方便 ; ④如果 水平—37—2011 年 第 39 卷 第 7 期石 油 机 械基金项目 : 国家科技重大专项子课题 “复杂结构井优化设计与控制关键技术 ”( 2009005) 。井需要重钻时 , 以在注过蒸汽的地层正常工作 。但是 , 有以下 法取代的技术优势 : ①短节直接与钻头相接 , 而 0 m 以上 , 因此 ②量过程中无需停钻 , 节省了综合钻井时间 ; ③仅可以探测 2 口平行水平井的间距和方位 , 而且还可以探测钻头到靶点的距离和方位 ( 即 仅可以用于 水平井井眼轨迹控制 , 而且还可以用于连通井的井眼轨迹控制 ) 。表 1 技术规范项目 4. 5 50. 8长度 /m 4. 9 2. 5适用井眼直径 / >98. 4极限工作温度 /℃ 140 85最大工作压力 /03 1035 ~15 m 的测量精度 /% 2 ~4 515 ~25 m 的测量精度 /% 5 525 m 以上的测量精度 /% 超出测量范围 5最大测量距离 /m 25 80综上所述可知 , 在稠油 /超稠油的开发中 , 如果仅用 水平井来开采稠油 , 那么邻井距离探测工具可选 但是如果用双水平井和连通井的组合来开采稠油 /超稠油 , 使用最佳的选择 。当然也可以在双水平井中用行井眼轨迹控制 , 而在连通井中用 但是租用 2 套工具会增加钻井成本 。在我国的稠油 /超稠油开发中 , 仅依靠双水平井具有一定的限制 , 特别是在浅层稠油 /超稠油开发中 , 由于水平井井眼曲率过大导致的采油泵下入困难以及沉没度不够等一些列问题 , 采用双水平井和连通井的组合井型可以很好地解决这些问题 , 也为稠油 /超稠油的开发开辟了新的途径 。因此 ,稠油 /超稠油 ( 特别是浅层稠油 /超稠油 )开发中具有广阔的应用前景 。2 水平井中的工作原理 水平井中的工作原理示意图如图 1 所示 。检测 号的探管放置在已钻井中 , 随着钻头和磁短节开始旋转钻进 , 探管实时记录由旋转磁短节产生的三轴变化磁场强度 , 如图 2所示 。图 1 水平井中的工作原理示意图图 2 测的三轴磁场强度当旋转磁短节经过探管时 , 磁场强度轴向分量( 的振幅会出现 1 个最小值和 2 个最大值 。2个轴向磁场强度分量振幅最大值间的距离等于正钻井到已钻井的间距 。2 个振幅最大值的相对大小也是正钻井钻向已钻井或钻离已钻井的指示器 。当前一时刻轴向磁场强度分量振幅最大值大于后一时刻的振幅最大值时 , 表明钻头钻离已钻井 ; 反之 , 当前一时刻轴向磁场强度分量振幅最大值小于后一时刻的振幅最大值 , 表明钻头钻向已钻井 。理想测距结果的获得需要测得包含 2 个完整振幅最大值的数据[ 5]。例如 , 为了获得理想的测距结果 , 如果 2 井在设计时相距 5 m, 那么磁短节周围 7 ~ 8 m 区域的信号都需要获得 。虽然用信号处理的技术对短信号进行处理也可以得到 2 井间距 , 但是这会降低测量精度 。探管探测的磁场强度径向分量 ( y) 的幅值远小于磁场强度轴向分量 ( , 这是因为磁场强度径向分量穿过生产井中的套管或油管时会快速衰减 , 但是磁场强度径向分量可以用来确定注入井相对生产井的方位 。—47— 石 油 机 械 2011 年 第 39 卷 第 7 期3 连通井中的工作原理连通井中的工作原理示意图如图 3 所示 。以直接探测钻头到连通点的距离和方位 , 是引导 1 口水平井与 1 口洞穴井连通的前沿技术 , 在我国煤层气连通井钻井中已得到了广泛应用 。连通井中的最大测距范围为 80 m,有效测距范围为 50 m, 因此 用于水平井最后 50 m 的导向钻进 , 垂直井的钻进和水平井前期钻进工作均保持不变 。连通过程中 , 首先在直井中下入探管 , 在钻头后连接 1 个磁短节 。连通前首先将 2 口井的测斜数据输入到地面计算软件中 , 初始化坐标系 。当钻头进入到探管的测量范围后 , 探管不断地探测由磁短节产生的三轴交变磁场 , 并将数据传输到地面计算机 。计算机中的计算软件结合探管探测三轴交变磁场强度和 2 口井的测斜数据进行分析计算 , 可得到钻头与洞穴的距离及方位偏差 。根据计算结果调整工具面 , 可以及时地将正钻井井眼方向纠正至洞穴中心的位置 。当钻头距洞穴5 m 左右时 , 能正常工作 , 需要根据防碰原理和邻井距离扫描计算 , 利用专用的轨迹计算软件进行法面距离扫描和最近距离扫描 , 判断水平井与洞穴中心的距离 , 并结合井眼轨迹三维视图分析轨迹每接近洞穴一步的变化趋势 , 以达到连通的目的[ 7 -8]。图 3 连通井中的工作原理示意图4 现场应用克拉玛依油田超稠油资源十分丰富 , 利用直井和水平井热采开发采收率不理想 。2008 年 , 在该油田进行了多口 水平井钻井试验 , 采收率显著上升 。X - 组是其中的 1 组试验井 , X - 生产井 ) 应用传统的 行井眼轨迹控制施工 ; X - I 井 ( 注入井 ) 未进入水平段以前 , 也用 行井眼轨迹控制施工 , 进入水平段以后 , 采用 行井眼轨迹控制钻进 。X - 组要求 2 井水平段间距为 5 m, 轨迹距靶心垂向误差不超过 ±1. 0 m, 平面上水平段轨迹距靶心误差不超过 ±2. 0 m。X - 所示 。由图 4 X - 组井眼轨迹三维视图图可知 , X - I 井和 X - P 井的井眼轨迹基本一致 ,2 口井的水平段基本平行 。以 X - I 井为参考井 , X- P 井为比较井 , 进行最近距离扫描 , 可得最近距离扫描图 ( 见图 5) 和最近距离随参考井井深的变化关系曲线 ( 见图 6) 。由图 5 和图 6 可知 , X - - 2口井水平段图 5 最近距离扫描图图 6 最近距离随参考井井深的变化关系曲线的最大间距 5. 89 m, 误差 0. 89 m; 最小间距 4. 65m, 误差 0. 35 m; 平均间距 5. 27 m, 误差 0. 27 m。因此 , X - 组井眼轨迹控制精度完全达到设计—57—2011 年 第 39 卷 第 7 期 孙东奎等 : 稠油 /超稠油开发中的应用要求 。随后 , 该油田设计了几组试验井 , 由于某组双水平井的曲率过大 , 导致采油泵下入困难以及沉没度不够 。为了解决这些问题 , 该油田采用了 即下方的生产井与邻近的 1 口直井连通 ) , 利用直井采油 , 简化了有杆泵举升工艺 。利用 好地完成了 水平井加连通井方案的施工 , 该井组垂直剖面如图 7所示 。图 7 某井组垂直剖面图5 结 论( 1) 以直接探测钻头到目标井的距离和方位 , 随着井深的增加不会产生累积误差 , 可用于 水平井和连通井的井眼轨迹控制 。( 2) 在稠油 /超稠油 ( 特别是浅层稠油 /超稠油 ) 开发中 , 水平井对采收率的贡献最大 , 但是仅依靠双水平井井型具有一定的限制 , 而双水平井加连通井的方案为浅层稠油 /超稠油开发开辟了新的途径 。( 3) 在双水平井加连通井方案的施工中 , 可以只用 成双水平井水平段和水平井与直井连通的井眼轨迹探测 , 这是 工具没有的技术优势 。因此 , 稠油 /超稠油 ( 特别是浅层稠油 /超稠油 ) 开发中具有广阔的应用前景 。参 考 文 献[ 1] K. 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