SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

何小東 陳 森 游紅娟

（中國(guó)石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

何小東 陳 森 游紅娟

（中國(guó)石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

引用格式：何小東，陳 森，游紅娟. SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量評(píng)價(jià)方法［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：27-30，51.

雙水平井SAGD技術(shù)要求注汽井與生產(chǎn)井的水平段軌跡保持平行。如果水平段存在較大軌跡偏差，注采井間的熱連通較為困難，增加循環(huán)預(yù)熱時(shí)間，影響SAGD井組的生產(chǎn)效果。為定量評(píng)價(jià)該類型井組的井眼軌跡質(zhì)量，首次提出可用于表征SAGD雙水平井井眼軌跡質(zhì)量的4個(gè)新概念：生產(chǎn)井靶區(qū)鉆遇率、注汽井垂直距離合格率、注汽井水平偏距合格率和雙水平井平行度。根據(jù)雙水平井間的空間幾何關(guān)系并考慮靶區(qū)誤差允許范圍，推導(dǎo)出上述概念的解析計(jì)算模型。實(shí)例分析表明這幾種合格率可以定量化評(píng)價(jià)SAGD雙水平井的水平段軌跡質(zhì)量的優(yōu)劣等級(jí)，與軌跡圖形反映情況較為吻合。

SAGD；雙水平井；軌跡質(zhì)量；評(píng)價(jià)方法；合格率

蒸汽重力輔助泄油（SAGD）技術(shù)已成為開(kāi)采稠油/超稠油油藏的重要技術(shù)手段，其中一種布井方式為雙水平井。雙水平井間的水平段軌跡橫、縱向間距均有嚴(yán)格要求。如果雙水平井的水平段軌跡存在較大偏差，注汽井與采油井之間形成熱連通較為困難，需要大幅度增加循環(huán)預(yù)熱時(shí)間，對(duì)SAGD井組生產(chǎn)效果影響極大［1-2］。為保證SAGD井組能有較好地實(shí)施效果，除了影響SAGD技術(shù)的地質(zhì)參數(shù)與注采參數(shù)外，首先應(yīng)保證雙水平井的井眼軌跡質(zhì)量。因此，如何有效地評(píng)價(jià)雙水平井的井眼軌跡質(zhì)量，顯得尤為重要。

目前，國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)有關(guān)SAGD雙水平井軌跡質(zhì)量評(píng)價(jià)方面的報(bào)道。因此，筆者從SAGD雙水平井軌跡質(zhì)量要求出發(fā)，建立軌跡評(píng)價(jià)模型，實(shí)例分析表明該模型可以定量評(píng)價(jià)雙水平井水平井段的軌跡質(zhì)量?jī)?yōu)劣。

1　SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量要求

為方便起見(jiàn)，文中將生產(chǎn)水平井井簡(jiǎn)稱為P井，注汽水平井簡(jiǎn)稱為I井。

SAGD雙水平井水平段的質(zhì)量要求可以歸結(jié)為以下兩點(diǎn)［3］。

（1）P井水平段要求其軌跡盡量保持水平且距儲(chǔ)層底部一定距離，即在實(shí)際的鉆井施工中P井盡量嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)軌道來(lái)鉆進(jìn)；（2）在施工I井時(shí)，實(shí)時(shí)控制I井與P井的垂直距離與水平偏距，盡量使I井與P井在空間中保持平行（距離范圍一般在工程設(shè)計(jì)中給出）。

基于以上兩點(diǎn)，提出3R概念。

（1）生產(chǎn)井靶區(qū)鉆遇率（PTDR）。表示P井的實(shí)鉆軌跡與其設(shè)計(jì)軌跡從入靶點(diǎn)到出靶點(diǎn)水平井段的重合程度。

（2）注汽井垂直距離合格率（IVPR）。表示I井垂直投影圖水平段距離P井水平段的垂直距離合格率。

（3）注汽井水平偏距合格率（IHPR）。表示I井水平投影圖中水平段距離P井的水平偏距合格率。

顯然，PTDR體現(xiàn)了生產(chǎn)井水平段與靶區(qū)之間的吻合程度，而IVPR和IHPR則體現(xiàn)了P井與I井之間的空間平行度。以上3R概念表征了SAGD雙水平井井眼軌跡水平段的質(zhì)量要求。

2　SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

2.1生產(chǎn)井靶區(qū)鉆遇率模型

靶區(qū)鉆遇率是水平段實(shí)鉆井眼軌跡在遇靶區(qū)內(nèi)的有效長(zhǎng)度LE與總進(jìn)尺長(zhǎng)度LP的比率。

總進(jìn)尺長(zhǎng)度LP易求，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)［4］。下面主要介紹有效長(zhǎng)度LE求解模型。

如圖1所示，在P井實(shí)鉆軌跡水平段任意取點(diǎn)i，假設(shè)其空間坐標(biāo)為（Ei，Ni，Di），分別在垂直投影圖和水平投影圖作垂線得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)j坐標(biāo)為（Ej，Nj，Dj）。由空間幾何關(guān)系可知，若點(diǎn)i滿足條件：di≤0.5Z且Si≤0.5W，則點(diǎn)i是在靶區(qū)內(nèi)；否則在靶區(qū)外。其中di為垂直偏差，Si為水平偏差，VS為視平移，D為垂深，N為南北坐標(biāo)，E為東西坐標(biāo)，Z為靶窗高度，W為靶窗寬度，A、B分別為設(shè)計(jì)入靶點(diǎn)、出靶點(diǎn)，A1、B1分別為實(shí)際入靶點(diǎn)、出靶點(diǎn)。

圖1　垂直投影與水平投影示意圖

如圖2所示，i點(diǎn)水平投影點(diǎn)為U點(diǎn)，則U點(diǎn)平面坐標(biāo)為（Ei，Ni）。過(guò)U點(diǎn)作設(shè)計(jì)軌道水平段AB的垂線LT，與設(shè)計(jì)方位線L1交于J點(diǎn)（Ej，Nj）。N為縱坐標(biāo)，E為橫坐標(biāo)，則求得LT的直線方程為

式中，φ0為設(shè)計(jì)方位角，（°）。

圖2　靶區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)與實(shí)鉆軌跡水平投影示意圖

已知L1的直線方程為

聯(lián)立式（1）、（2）可得J點(diǎn)的坐標(biāo)（Ej，Nj）

則垂直偏差di與水平偏差Si計(jì)算如下

統(tǒng)計(jì)在靶區(qū)內(nèi)所有離散點(diǎn)的個(gè)數(shù)為np，設(shè)水平段離散間距為m米（一般取m=1），則水平段有效長(zhǎng)度LE=m·np，計(jì)算水平段靶區(qū)鉆遇率

式中，PT為P井靶區(qū)鉆遇率，%。

SAGD雙水平井設(shè)計(jì)軌道一般為二維水平井且水平段井斜為90°，所以以上方法適用條件如下：

（1）水平井設(shè)計(jì)軌跡的井斜角為90°；

（2）二維水平井，即水平投影圖上A、B與井口在同一直線上，如需計(jì)算三維水平井中的軌跡偏差詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)［5］。

2.2I井垂直距離合格率與水平偏距合格率模型

由于雙井井口坐標(biāo)不同，因此必須先將I井和P井變換在同一井口坐標(biāo)系下。

其次建立空間幾何關(guān)系模型，如圖3所示。在P井實(shí)鉆軌跡上的各點(diǎn)作一系列的鉛垂線，將這些鉛垂線構(gòu)成一個(gè)鉛垂柱面—I井投影曲面。再將I井的實(shí)鉆軌跡垂直投影到投影曲面上，得到I井投影曲面軌跡［6］。

在I井上任意取一點(diǎn)F，它在投影曲面的投影為Q點(diǎn)，再將Q點(diǎn)垂直投影到P井軌跡上必交于一點(diǎn)，設(shè)為G點(diǎn)。則F點(diǎn)到Q點(diǎn)的距離稱之為水平偏距HF，而點(diǎn)Q到G點(diǎn)的距離則為垂直距離VF。這里將F點(diǎn)與G點(diǎn)稱之為對(duì)應(yīng)點(diǎn)。水平偏距HF和垂直距離VF計(jì)算方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)［6］。

從Z方向進(jìn)行分析，表2和表3中的1階固有頻率對(duì)應(yīng)仿真中的整體第1階固有頻率。Z方向的1階模態(tài)振型如圖6所示。該振型為電磁鐵梁Z方向的彎曲變形，電磁鐵梁在Z方向相當(dāng)于一個(gè)大跨度簡(jiǎn)支梁，其在Z方向的剛度比較小，所以1階頻率較低。Z方向的2階固有頻率對(duì)應(yīng)仿真中的整體第3階固有頻率，Z方向的3階固有頻率對(duì)應(yīng)仿真中的整體第4階固有頻率。其中,Z方向的1階和3階固有頻率數(shù)值與對(duì)應(yīng)的仿真固有頻率數(shù)值吻合較好，誤差較小。

圖3　投影曲面示意圖

假設(shè)工程設(shè)計(jì)中要求I井與P井的垂直間距和水平間距分別為VR、HR（一般HR取為0，表示兩井水平投影重合），允許誤差范圍分別為eV、eH，則IVPR、IHPR計(jì)算步驟如下。

（1）假設(shè)I井的水平段總進(jìn)尺長(zhǎng)度為L(zhǎng)I，將水平段測(cè)點(diǎn)離散化，離散間距為m米（一般取m=1）。

（2）將I井上的每個(gè)離散點(diǎn)F曲面投影到P井中，得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)G，并求出兩點(diǎn)間的垂直距離VF和水平偏距HF。

（3）判斷F點(diǎn)是否在允許誤差范圍內(nèi)，判別方式如下：

①若|VR|-|eV|≤|VF|≤|VR|+|eV|，則VF在允許范圍內(nèi)，該點(diǎn)垂直距離合格，否則為不合格；②若|HF|≤|HR|+|eH|，則HF在允許范圍內(nèi)，該點(diǎn)水平偏距合格，否則不合格。

（4）統(tǒng)計(jì)水平段離散點(diǎn)垂直距離合格點(diǎn)個(gè)數(shù)為nv，水平偏距合格點(diǎn)個(gè)數(shù)為nh；則IVPR與IHPR的計(jì)算公式如下

式中，IV為I井垂直距離合格率，%；IH為I井水平偏距合格率，%。

2.3雙水平井平行度（PDHW）

統(tǒng)計(jì)平行點(diǎn)數(shù)為ns，則雙井水平段平行度PDHW計(jì)算公式如下

式中，Pw為雙水平井平行度，%。

2.4評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)計(jì)算3R-1W模型的值可以判斷SAGD雙水平井的井眼軌跡質(zhì)量?jī)?yōu)劣。根據(jù)雙水平井預(yù)熱循環(huán)后轉(zhuǎn)抽生產(chǎn)條件之一：水平段連通程度大于70%。提出的軌跡質(zhì)量評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1　雙水平井軌跡質(zhì)量評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)

3　計(jì)算實(shí)例

以某油田SAGD試驗(yàn)區(qū)井組為例：兩口井設(shè)計(jì)方位244.97°，井口相距19.24 m，P井設(shè)計(jì)垂深為225.4 m，I井設(shè)計(jì)垂深為220.4 m，水平段長(zhǎng)400 m，設(shè)計(jì)垂距相距5 m，靶窗高度和寬度均為1 m，則垂直距離偏差范圍為［4，6］，水平偏差范圍為［-1，1］。

計(jì)算步驟如下（數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、表3）。

（1）將P井實(shí)鉆軌跡水平段數(shù)據(jù)用最小曲率法作離散化處理（取m=1）得到多個(gè)離散點(diǎn)，用2.1中的計(jì)算方法計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)的垂直偏差di與水平偏差Si，統(tǒng)計(jì)離散點(diǎn)在靶區(qū)范圍類的個(gè)數(shù)，可得到PTDR為51.6%。

（2）將I井水平段實(shí)鉆軌跡數(shù)據(jù)離散后（取m=1）用2.2中所述方法進(jìn)行曲面投影，計(jì)算求出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的垂直距離VF和水平偏距HF，并統(tǒng)計(jì)誤差范圍內(nèi)的測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)，得到IVPR與IHPR值分別為97.8%、84.6%。

（3）根據(jù)2.3中的方法得到PDHW值為82.5%。由評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表可以看出P井實(shí)鉆軌跡靶區(qū)鉆遇率不合格。I井的水平井段的水平距離與垂直距離控制較好，因此，雙井平行度為良好。計(jì)算結(jié)果與圖形反映較為相符，圖4、圖5分別為井組水平段垂直投影圖和水平投影圖，藍(lán)線為設(shè)計(jì)軌道，紅線為實(shí)鉆軌跡，黑框?yàn)榘袇^(qū)；圖5中綠線為I井，紅線為P井。

表2　P井水平段實(shí)鉆軌跡數(shù)據(jù)離散結(jié)果（部分）

表3　I井水平段實(shí)鉆軌跡數(shù)據(jù)離散結(jié)果（部分）

圖4　雙水平井垂直投影圖

圖5　雙水平井水平投影圖

4　結(jié)論

（1）提出的3R-1W模型可以表征SAGD雙水平井水平段的軌跡質(zhì)量要求，并通過(guò)算例分析表明該方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

（2）文中的評(píng)價(jià)方法是對(duì)SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量評(píng)價(jià)的首次探索，該方法可作為評(píng)價(jià)雙水平井軌跡質(zhì)量的一種手段，可以進(jìn)一步用于現(xiàn)場(chǎng)SAGD雙水平井軌跡質(zhì)量評(píng)價(jià)分析。

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（修改稿收到日期 2015-10-27）

〔編輯 薛改珍〕

Explorations on evaluation method for trajectory quality of horizontal section of SAGD double horizontal well

HE Xiaodong，CHEN Sen，YOU Hongjuan
（Engineering and Technology Research Institute of Xinjiang Oilfield Company，CNPC，Karamay 834000，China）

The double horizontal well SAGD technology requires that the horizontal section trajectory of steam injection well remains parallel to that of production well. If the horizontal section has relatively large deviation in trajectory，the thermal connection between injection-production wells will become relatively difficult，the cyclic preheating time will increase，and the production effect of SAGD well group will be affected. In order to evaluate the wellbore trajectory quality of such type of well group in a quantitative manner，the following 4 new concepts which can be used to indicate the wellbore trajectory quality of SAGD double horizontal well have been brought forth ，production well target area encountering rate，steam injection well vertical distance pass rate，steam injection well horizontal deviation pass rate and double horizontal well parallelism. On the basis of the special geometrical relation between two horizontal wells and in consideration of the permissible error range of target area，the analytical calculation model for the abovementioned concepts has been derived. The analysis on actual cases indicates that，these pass rates can evaluate the grade of horizontal section trajectory quality of SAGD double horizontal wells in a quantitative manner，and is relatively consistent with the situation reflected by trajectory figure.

SAGD； double horizontal well； trajectory quality； evaluation method； pass rate

TE21

A

1000-7393（ 2015 ） 06-0027-05 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.007

國(guó)家科技重大專項(xiàng)大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“美洲地區(qū)超重油與油砂高效開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”（編號(hào)：2016ZX05031）資助。

何小東，1985年生。2013年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣井工程專業(yè)，碩士研究生，現(xiàn)主要從事稠油熱采SAGD技術(shù)研究工作，助理工程師。電話：0990-6883305。E-mail：hexiaodong1@petrochina.com.cn。