石油鉆進中平行水平井垂直距離測定方法研究

尚東鋒，胡更會

（中海油田服務股份有限公司，天津 300452）

石油鉆進中平行水平井垂直距離測定方法研究

尚東鋒1，胡更會2

（中海油田服務股份有限公司，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展日益增加，因此對石油資源的開采率資源越來越重視。而石油鉆進中注汽井和生產井的相對位置直接決定著對石油的采收率。因此，主要研究了利用磁通門傳感器結合旋轉磁鋼的方法對SAGD中的注汽井和生產井的垂直距離進行了有效的測定，并給出了相應的解決方法，以減少磁場干擾原因對石油資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展的重要資源，能夠使石油的采收率得到提升是發展的目標。而SAGD中注汽井和生產井的相對位置對其采收率的提升起著關鍵性的作用。因此利用磁通門傳感器結合旋轉磁鋼的方法對石油鉆進中平行水井的垂直距離進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，最早根據密度的差異應用于注水采鹽，其原理是應用高濃度鹽溶液密度大的特性，達到對其的采收率。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也向周圍進行擴散，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位置發生交換，而受熱后的原油便可和蒸汽中的冷凝水根據自身密度大的特性，流入到底下的生產井中，再從生產井中流出達到采油的作用[1]。而對注汽井和生產井的相對位置，為了在最大的程度上提升石油的開采率，要使生產井和注汽井盡量在水平段保持平行。另外對于兩口井的距離也要進行嚴格的控制，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井的狀況發生，同時也能提升加熱的效果，進一步提高對石油的采收率。

2 磁通門傳感器的工作方式

磁通門傳感器是采用一個傳感率較高的特殊變壓器，先利用變壓器輸出信號，然后根據外磁場對這種信號的產生的某些特殊的作用來對外磁場進行檢測，這些作用的任何一種類型都可以對外磁場進行準確的測量。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 石油鉆進中平行水井垂直距離的測定

3.1 通過假設法建立空間模型

通過對地磁場的產生作出假設，便可以利用相關的公式對石油鉆進中平行水井的垂直距離進行測定。即

其中的H和U分別是地磁場的磁場強度矢量和磁位。

以此可以利用空間三維坐標對磁場強度在x、y、z方向的分量進行計算，即Hx、Hy、Hz

式中空間一點的地心距用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。Pmn（cosθ）為m的n次方的關聯勒讓德函數，θ為地磁余緯度。另外其中的gmn、hmn均為變量，其具體值會因地球自身的內部運動而受到影響，所以不容易被直接確定，需要通過實驗數據來進行具體分析，稱為磁場的高斯系數。

以上公式為對橫向磁場強度的計算，而對其縱向只需將公式中包含水平的余弦值用正弦值進行替換，而對于其立面方向上的磁場強度則為：

通過以上的磁場可根據假定的空間模型來通過對地磁場中某一點的空間三維方向上的磁場分量進行計算，從而有效地對垂直井的距離進行測定，保證其能夠有效的鉆進。

3.2 利用磁通門傳感器進行測量

利用磁通門傳感器進行測量時，先要把磁通門傳感器和旋轉磁鋼分別放在已完成井的水平段以及還未進行鉆進的井段內。利用磁通門傳感器與旋轉磁鋼相互產生的感應來使另一口井在鉆進水平井時能有效地與已完成井的水平段保持平行，再通過對磁通門傳感器接收到的收據進行分析，對兩口井平行段的垂直距離進行測定。另外可根據以下公式對地層中任何位置的磁感應強度進行檢測：

式中Bx、By、Bz為磁通門的空間磁場強度。

而通過此公式不難看出，由于磁鋼在不斷進行旋轉的過程中，磁通門對應的空間磁場強度也在進行周期性的變化，而旋轉過程中磁場強的峰值主要體現在磁鐵位于水平位置和磁鐵位于豎直位置時的磁場的強度。即可根據下式計算：

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行校核

利用磁場的極性距離進行校核的方式在進行實際的鉆進操作時，由于磁通門傳感器本身在使用過程中會被周圍的磁性材料影響，磁性材料放射出的干擾磁場對導致其接收到的信號與實際要求出現較大的偏差，可能降低鉆進過程的準確性。對于此問題的處理，可計算出干擾磁場的極性距離與當地的磁場極性的距離，通過把計算結果進行比對的方法來彌補干擾磁場造成的影響。即可以假設磁通門傳感器在鉆井中的固定位置進行測量，而測量的同時受到穩定磁場的干擾，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，而在進行鉆進作業時，放置在鉆井固定位置的磁通門傳感器測出來的磁感應強度為B，則可以根據以下的公式對測出來的磁感應強度進行計算：

式中：BR為旋轉磁鋼的磁場矢量。

因為通過磁通門傳感器捕捉到的旋轉磁鋼的數據均為三角函數曲線，而干擾磁鋼與地磁場在空間三維直角坐標系上的各個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圖分別對有外界磁場干擾下的磁通門輸出的數據及未存在其他干擾磁場下的磁通門輸出的數據進行采集，便可對水平井的垂直距離進行校正。

準確地分析出干擾磁場對磁通門傳感器的影響，進而分析在對水平井鉆進的過程中，通過磁通門傳感器對三軸向的輸出值的差異對比，可分析出如何對石油鉆進中平行水平井的垂直距離進行控制。

4 結束語

石油資源作為不可再生資源，因此應該減少對石油資源的浪費。而對于石油開采的方式以及開采的采收率也直接決定著對大自然的破壞程度，因此需要研究出更為先進的方式來減少對大自然的破壞。對注汽井和生產井的相對位置進行合理的控制，提升石油的采收率，推動石油行業本身的進步，進而促進社會的可持續發展。

[1] 別康，劉敏，王辰偉，等.水平井非平行界面縫洞型儲層的雙側向測井響應特性[J].工程地球物理學報，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，主要研究方向為石油鉆井應用選沖鉆進技術、跟套管鉆進技術等。