SAGD雙水平井入靶控制技術

章 敬 易 燦 張 龍 馬立君

（1.新疆油田公司開發(fā)公司，新疆克拉瑪依 834000；2.北京加華維爾能源技術有限公司，北京 100101）

目前，蒸汽輔助重力泄油（SAGD）是國際上一項前沿開采稠油技術，一般采用生產井（P 井）和注汽井（I 井）平行的雙水平布井方式，井口中心距離約為18～20 m，注汽井位于生產井上部，兩者水平段之間垂向距離為5～8 m。一般靶窗高度1 m，寬度2 m，水平段長度450～1 200 m［1-2］，2 口井縱、橫向間距均有嚴格要求，水平段的水平度和上下兩口井水平段的平行度是SAGD 平行水平井鉆井的兩項關鍵指標，控制好入靶前的實鉆軌跡沿設計軌跡鉆進是保證這兩項指標的基礎。對于水平井，造斜井段是軌道控制的關鍵。而對SAGD 雙水平井，它不僅要求具有合理的著陸點位置，而且對入靶時的井眼方向具有很高的要求。由于必須保證SAGD 雙水平井的平行度，此時，如果不能對井斜及井眼方向進行有效的控制，將會增大水平段軌跡控制難度和工作量，給施工帶來不利影響，并且影響原油采收率。

1 剖面設計與矢量中靶

1.1 剖面設計

水平井剖面設計是水平井設計中的重要部分，良好的水平井井身剖面設計可以減小井眼軌跡控制的難度，充分發(fā)揮動力鉆具和轉盤鉆具各自的優(yōu)勢，為鉆出平滑規(guī)則的井眼提供保障［3-5］。一般注汽井設計為直—增—穩(wěn)三段制剖面，對生產井，考慮到生產的需要，必須留有20 m 或更長的穩(wěn)斜段，因此剖面設計為直—增—穩(wěn)—增—平的五段制井身剖面，剖面設計實例可參考文獻［2］。

1.2 矢量中靶

水平井井眼軌跡中靶，與普通定向井、多目標井不同，水平井井眼軌跡中靶時進入的目標窗口，是一個柱狀體，因此，不僅要求實鉆軌跡點在窗口平面的設計范圍內，而且要求點的矢量方向符合設計，使實鉆軌跡點在進入目標窗口平面后的每一個點都處于靶柱所限制的范圍內。也就是說，控制水平井井眼軌跡中靶的要素是實鉆軌跡在靶柱內的每一點的位置要到位（即入靶點的井斜角、方位角、垂深和位移都在設計要求的范圍內），也就是矢量中靶。

由于造斜點到目的層入靶點的設計垂深增量和水平位移增量是確定的，如果實鉆軌跡點的位置和矢量方向偏離設計軌道，勢必改變待鉆井眼的垂深增量和位移增量的關系，也直接影響到待鉆井眼軌跡的中靶精度。以單面圓弧為例，如圖1 所示，設I1、I2為圓弧井身軌跡上的兩點，其井斜角分別為α1，α2，軌道曲率半徑為R，造斜率為K，該兩點的垂增（即垂深增值）為H，平增（水平位移增值）為S，井段長為L。不考慮方位變化，可推得［6］

式中，α1，α2為井身軌道上兩點I1、I2處的井斜，°；R為井身軌道曲率半徑，m；K 為造斜率，（°）/30 m；H 為I1和I2點處垂深差值，m；S 為I1和I2點處水平位移差值，m；L 為I1到I2點處軌道長度，m。

圖1 基本幾何關系示意圖

進一步轉化，得

式（3）、（4）即是位移增量和垂深增量的關系式，如果造斜點和入靶井斜角一定，則位移增量與垂深增量僅與造斜率相關。

2 入靶控制的主要影響因素

2.1 造斜率

SAGD 油井要達到預期的高采收率，必須對注汽井和產油井有嚴格的控制要求，要求2 口井的距離誤差滿足工程設計的要求，并且盡可能使2 口井的水平段始端距離最大。如果兩口井的水平段始端距離過近，高溫蒸汽從井口注入注汽井后，首先通過水平段始端，此時溫度最高，最容易發(fā)生汽竄，注采井容易過早形成熱聯(lián)通，影響采收率。一般采用“P下I 上”的入靶原則，盡量擴大注采井垂向距離。為了滿足這一要求，造斜率選擇范圍一般可由式（1）推導得出。

設造斜點（KOP）井斜角為0°，并設水平段的井斜角設計值為αA，靶窗高度為2h，如圖2 所示，則可求出實際著陸點（井斜αH=αA），與設計著陸點A 重合時的造斜率為

設靶窗為上、下對稱（即上、下允差分別為h），則可求出造斜率的最大值Kmax（著陸點A1′）和最小值Kmin（著陸點A2′）分別為

圖2 單圓弧剖面造斜率分析圖

式中，H 為造斜點與著陸點間的垂增值，m；h 為靶窗半高，m；αH為著陸點井斜角，°。

式（6）和式（7）即為平均造斜率的控制范圍。

為了保證實鉆造斜率在合適的范圍內，防止因各種因素造成工具實際造斜率低于其理論值，同時考慮實際造斜率若高于設計造斜率可以通過復合鉆進的方式降低造斜率，若低于設計造斜率則只能通過更換鉆具組合進行調整等因素。因此，應以“略高勿低”的原則選擇造斜工具，一般選擇工具的理論造斜率應比設計高10%～20%。同時為了減輕隨后軌跡控制難度，造斜率一般也采用“先高后低”原則，即通過適當調整設計，軌跡控制前段采用較高造斜率，入靶采用較低造斜率；如果在前段采用較低造斜率，一旦后段造斜率跟不上，則只能通過更換鉆具組合進行強力增斜。

2.2 方位控制

為了控制好軌跡，一方面要控制井斜，另一方面控制方位，否則很難使井眼軌跡矢量進靶。由于實際造斜點處存在一定井斜和位移，一般水平井實鉆剖面都是三維的，造斜點處的方位、閉合方位與設計方位往往存在一定的偏差，在增斜鉆進的同時需要扭方位以達到設計方位的要求，而扭方位的難易程度與井斜角的大小密切相關，為了控制好方位，井斜角越小時扭方位容易，井斜角大就會增加扭方位的難度，因此應盡早把方位調整到貼近設計方位，為矢量進靶奠定基礎。假定工具造斜率為15 （°）/30 m，表1 為不同井斜角時，鉆進10 m 全力扭方位最大調整角度。由表1 可見，為了確保矢量中靶，減小后續(xù)施工難度，盡量在井斜角30°之前完成方位的調整。針對SAGD 雙水平井鉆井，不僅需要盡早調整好方位，還必須注意注采井入靶時的“同向”原則，即確保入靶時兩井同時中左靶或者右靶。

表1 鉆具在不同井斜時扭方位能力

2.3 磁干擾

測量參數的精確程度除了與測量儀器自身的質量有關外，還與測量儀器所處的環(huán)境因素有直接關系，地層含鐵、無磁磁化及鄰井干擾等都對測量參數的精確程度有影響。MWD 測量是依靠探管內部3 個相互垂直的重力加速度計和3 個相互垂直的磁通門傳感器，分別測量3 個方向上的重力分量和磁力分量，分別以Gx、Gy、Gz和Bx、By、Bz表示。Z 軸方向即為探管的軸向，也就是鉆具和井眼方向［7］?，F(xiàn)場作業(yè)中所需要儀器的參考數據和井眼幾何參數均由這6 個分量計算得到。Bx、By反映了探管探測到的徑向的磁場強度和量，如果徑向方向存在鐵性物質，將引起B(yǎng)x、By測量值的變化。Bz反映了探管檢測到的井眼軸向的磁場分量，如果儀器受到上下部鉆具的磁干擾時，將引起測量值Bz的變化。在無磁干擾情況下，同一地區(qū)，相同的井斜和方位處的兩測點（或位置、井斜變化不大），所測的值應相近，同一測點，依據這6 個分量計算出的Bt值（一般±0.3 uT之內）與Gt值（一般3‰以內）也應相近。依據這一原理，SAGD 平行水平井可以通過對比注采井的Bx、By和Bz值，判斷注汽井是否受到磁干擾，一旦受到磁干擾，則應盡快偏離已鉆井，避免磁干擾影響軌跡精確控制。表2 和表3 是FHWX7I/P 井記錄的部分Gx、Bx、By等值，根據數值判斷，這2 口井基本沒有受到磁干擾。

表2 FHWX7I 井Gt 和Bt 在不同位置計算值

表3 FHWX7P 井Gt 和Bt 在不同位置計算值

3 著陸點井斜角的確定和入靶軌跡的控制

由于對地層情況比較熟悉，雙水平井一般采用MWD 控制軌跡，在二開造斜段至著陸點后，通常進行測井、通井和下套管作業(yè)，這將會使著陸點的井斜角減小1～2°，而且在水平段開始施工中，為避免磁干擾影響，通常先轉盤鉆進一段距離，另外由于儀器另長的存在，在十幾米后才能測出著陸點的井斜、方位，綜合上述情況，施工時應將著陸點井斜角定為90.5～91.5°左右，以平衡測井及通井、下套管作業(yè)所造成的影響。

實際施工中，參考其余文獻研究［8-10］，通常以入靶點垂深、井斜為目標進行軌跡修正計算，通過調整造斜率控制垂深和井斜以滿足入靶要求，一般面臨4種情況。

（1）位移超前，井斜超前。此時，實鉆軌跡點的位置位于設計軌道上方，井斜角超出設計，則會使鉆至目的層所產生的位移超過目標窗口平面的位置，即位移達到靶點要求時，垂深在目標靶點上方，容易導致脫靶。為了控制穿靶，此時必須減小造斜率，當到達著陸點時，一般位移與垂深滿足要求，但井斜角小于90°，如果井斜相差不大，則可考慮在水平段中繼續(xù)增斜至90°，此時應盡量控制著陸點從上靶窗進入，若施工中實在滿足不了，著陸點從下靶窗進入，則必須盡快增斜至90°以上，防止在增斜過程中，垂深下降過多，導致兩口井距離過近（過遠）。

（2）位移超前，井斜滯后。此時，實鉆軌跡點的位置位于設計軌道上方，井斜角小于設計值，通常這種情況是由在造斜點時正位移過大造成，通過控制好造斜率，使得實鉆軌跡點盡量靠近設計軌道，能夠確保中靶。

（3）位移滯后，井斜滯后。此種情況實鉆軌跡點位于設計軌道下方，井斜角小于設計值，一般發(fā)生在造斜時負位移，開始造斜時造斜率不夠，此時必須適當提高造斜率，使得實鉆軌跡盡量靠近設計軌跡線，確保中靶。

（4）位移滯后，井斜超前。此種情況實鉆軌跡點位于設計軌道下方，井斜適當超前，一般可提前著陸，此時通過轉盤穩(wěn)斜鉆進小段位移進行穿靶，避免了入靶前造斜率出現(xiàn)較大變化而脫靶，同時對于破壞巖屑床、清洗井眼是有極大幫助的，是一種比較理想的狀況。

實踐表明，實鉆軌跡點的位置接近或少量滯后于設計軌道，并保持井斜角適當超前，更有利于水平井的著陸。

4 實鉆實例

4.1 FHWXP/I

FHWXP/I 井組位于新疆油田重1 區(qū)塊，F(xiàn)HWXP 井設計造斜率分別為11.3 （°）/30 m 和12 （°）/30 m，按“略高勿低”的原則，選擇工具的造斜率應為13.2～ 14.4 （°）/30 m。

FHWXP 井造斜點114 m 處井斜2.5°，方位角243.05°，閉合方位角284.76°與設計265.57°有一定偏差。為盡早將方位扭到位，通過調整工具面邊增斜邊扭方位，鉆至井深171.41 m，井斜角19.4°，方位角264.05°，閉合方位262.84°，方位已基本調整完畢。進入油層后，全力增斜鉆進至A 點386 m，測深368.46 m，井斜87.4°，方位265.75°，垂深278.77 m，位移162.82 m，閉合方位265.74°，成功完成了矢量進靶，靶心距0.22 m。

FHWXI 井設計造斜率分別為10.5 （°）/30 m 和12.547 （°）/30 m，造斜率與P 井相近，采用同一套鉆具組合，在造斜點114 m 處井斜0.49°，方位為221.11°，閉合方位216.01°，采取先扭方位為主、增斜為輔的思路，鉆至井深171.34 m 時，井斜19.4°，方位266.55°，閉合方位263.14°，方位基本調整到位，控制合適造斜率，成功完成矢量中靶，靶心距0.46 m。中靶情況如表4 所示。

表4 FHWXP/I 中靶情況

4.2 FHWYP/I

FHWYP/I 井組位于新疆油田重18 區(qū)塊。P 井設計造斜率分別為10 （°）/30 m 和11.8 （°）/30 m，I 井設計造斜率為9.386 （°）/30 m 和12.5 （°）/30 m，設計方位112°，因此可以采用同一鉆具組合。P 井造斜點256.1 m，此時井斜1°，方位335°，采用先調方位，后增井斜方式，鉆至井深278.83 m 時，井斜7.7°，方位111.05°，方位基本調整到位；I 井造斜點255.1 m，此時井斜0.55°，方位133.46°，鉆至308.38 m 時，井斜17.3°，方位111.35°，方位調整完畢。此后控制合適造斜率，成功矢量中靶，中靶情況如表5 所示，其中P 井靶心距0.48 m，I 井靶心距0.19 m。

表5 FHWYP/I 中靶情況

5 結論

（1）在軌跡控制的前期和后期，井斜變化對垂深變化具有顯著不同的作用。SAGD 平行水平井鉆井，必須注意注采井入靶時的“同向”原則。

（2）控制合適造斜率、井斜和垂深關系，盡早扭方位和避免磁干擾是入靶控制技術的關鍵，是否受到磁干擾可以通過詳細對比P 井和I 井的Gt值和Bt值的變化來判定。

（3）入靶控制采用“P 下I 上”的入靶原則，盡量擴大注采井水平段始端垂向距離，不僅可避免磁干擾，還可避免注采井過早形成熱聯(lián)通；實鉆軌跡點的位置接近或少量滯后于設計軌道，并保持井斜角適當超前，更有利于水平井的著陸。

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