風(fēng)城油田超稠油區(qū)域磁偏角校正

杜洪凌，劉瑞蘭，萬教育，姜朝民，李俊勝，丁　紅

（1.新疆油田公司開發(fā)公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026）

風(fēng)城油田超稠油區(qū)域磁偏角校正

杜洪凌*1，劉瑞蘭1，萬教育2，姜朝民2，李俊勝2，丁紅2

（1.新疆油田公司開發(fā)公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026）

新疆油田風(fēng)城區(qū)域稠油油藏儲(chǔ)量豐富，用常規(guī)直井開采，效率低、周期短。采用常規(guī)水平井技術(shù)開發(fā)，效果會(huì)大幅提高，但仍然不能滿足高效開采的需求。目前SAGD水平井技術(shù)作為稠油油藏開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，在新疆稠油油藏試驗(yàn)和應(yīng)用，效果顯著。由于SGAD水平井是一組雙筒水平井，對(duì)工程質(zhì)量和軌跡控制要求高。目前所采用磁偏角數(shù)據(jù)為1980版中國(guó)地磁圖數(shù)據(jù)，隨著時(shí)間推移磁偏角發(fā)生變化，存在一定誤差，會(huì)影響到SAGD水平井精細(xì)控制。經(jīng)過對(duì)風(fēng)城油田超稠油區(qū)塊40km2區(qū)域磁場(chǎng)進(jìn)行高精度高密三分量測(cè)量，對(duì)該區(qū)域磁偏角進(jìn)行校正，以此消除影響SAGD水平井高精度軌跡控制的影響因素之一。

SAGD水平井；磁偏角；測(cè)量

1　新疆油田風(fēng)城超稠油SAGD水平井鉆井現(xiàn)狀

1978年首次提出SAGD理論技術(shù)，隨著該技術(shù)的發(fā)展，SAGD技術(shù)在稠油油藏開發(fā)中發(fā)揮的功效受到越來越多國(guó)家的重視。新疆油田公司于2008年在風(fēng)城油田建立了SAGD水平井試驗(yàn)區(qū)，憑借其超越常規(guī)水平井3倍以上的產(chǎn)量，已成為油田公司不可或缺的開采超稠油油藏技術(shù)。SAGD水平井工程質(zhì)量要求非常高，為確保雙筒水平井的水平段平行，采用磁定位工具導(dǎo)向，水平井軌跡垂向誤差不超過5±0.5m，橫向誤差不超過±1m，井斜角60°以上井段造斜率小于10°/30m，井眼曲率變化不超過13°/30m，水平段垂深以上20～30m留一段井斜小于60°的穩(wěn)斜段或微增斜段，中完后技術(shù)套管下入靶窗A點(diǎn)。目前風(fēng)城油田重1井區(qū)、重18井區(qū)以及重32井區(qū)都在采用SAGD水平井開發(fā)稠油油藏，其測(cè)量誤差成為影響SAGD水平井軌跡精確控制的因素之一。

在定向過程中，以隨鉆測(cè)量?jī)x器MWD為主，該儀器在井底測(cè)得磁場(chǎng)三分量得到井底的磁方位，再通過附加一個(gè)修正值才能得到我們所需要的真北方位，而這個(gè)修正值就是磁偏角。用磁性測(cè)斜儀測(cè)得的井斜方位角稱為磁方位角，并不是真方位角，需要經(jīng)過換算求得真方位角，這種換算稱為磁偏角校正。換算的方法如下：真方位角=磁方位角+東磁偏角；真方位角=磁方位角－西磁偏角。磁偏角是一個(gè)一直處于變化之中的量，因此，為了提高水平井中靶精度，滿足新疆油田風(fēng)城區(qū)塊水平井軌跡精細(xì)控制要求，提高油藏開發(fā)效率，有必要對(duì)風(fēng)城油田超稠油區(qū)塊40km2區(qū)域進(jìn)行高精度高密磁場(chǎng)三分量測(cè)量，以測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，重新測(cè)繪該區(qū)域地磁圖。將新測(cè)得的磁偏角數(shù)據(jù)輸入對(duì)應(yīng)老井資料中，對(duì)老井軌跡進(jìn)行復(fù)測(cè)。新的磁偏角數(shù)據(jù)值對(duì)提高后續(xù)水平井軌跡控制精度具有很重要的意義。

2　磁偏角隨時(shí)間的變化

磁偏角的存在根本上是由于地球自轉(zhuǎn)軸與地磁軸不重合，形成一定的角度，使得任意地點(diǎn)指向地理北極的方向和指向地磁北極的方向偏離了一定角度。在地球上不同的區(qū)域磁偏角也有可能不相同，而且磁偏角隨著時(shí)間的推移在一直變化，磁偏角隨時(shí)間的變化分為長(zhǎng)期變化和短期變化，長(zhǎng)期變化來源于地球內(nèi)部磁場(chǎng)，其變化周期緩慢，一般是十幾年甚至上百年。短期變化來源于電離層的潮汐運(yùn)動(dòng)，及太陽的活動(dòng)變化，磁偏角的短期變化都是來自地球外部的空間磁場(chǎng)，其變化周期幾個(gè)小時(shí)至十幾天不等。根據(jù)科學(xué)家對(duì)近100年磁北極運(yùn)動(dòng)的研究發(fā)現(xiàn)，磁北極的運(yùn)動(dòng)速度有加快的趨勢(shì)，根據(jù)這一趨勢(shì)推算，未來幾年磁偏角將會(huì)產(chǎn)生2°～3°的變化。

3　磁偏角測(cè)量的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

磁偏角的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作受到越來越多的重視，在美國(guó)，磁偏角大范圍、高密度、高精度的測(cè)量已成為其基礎(chǔ)工作，美國(guó)所有的民航飛機(jī)都配備測(cè)量磁場(chǎng)三分量的儀器，這樣對(duì)于繪制高精度、高分辨率的地磁分布圖十分有利。地磁測(cè)量工作成為常規(guī)的職業(yè)，并無時(shí)無刻地進(jìn)行下去。在油田開采和使用之前，工作人員已經(jīng)根據(jù)已有的地磁圖對(duì)該地區(qū)的磁偏角進(jìn)行確定和修正。因此，在美國(guó)油田地區(qū)的磁偏角使用情況不存在精度不夠的問題。

國(guó)內(nèi)大多數(shù)油田的磁偏角都是采用中科院20世紀(jì)80年代繪制的地磁圖數(shù)據(jù)，新疆油田公司一直沿用的磁偏角是4.15°，這樣得到的磁偏角數(shù)據(jù)存在2個(gè)不確定因素：一個(gè)是時(shí)間因素，沿用80版磁偏角數(shù)據(jù)已有30年，期間磁偏角發(fā)生怎樣的變化無人可知，這可能會(huì)導(dǎo)致水平井軌跡控制的精度降低，使油層鉆遇率大大降低，甚至?xí)?dǎo)致脫靶，基于這點(diǎn)原因中科院已經(jīng)把地磁圖的更新時(shí)間變?yōu)?年更新一次，以此來提高磁偏角的精確度。另一個(gè)不確定因素是量算誤差，80版地磁圖存在測(cè)點(diǎn)不均勻的情況，而且新疆地區(qū)的測(cè)量非常稀疏，簡(jiǎn)單的通過量算地磁圖來確定某點(diǎn)的磁偏角數(shù)值，會(huì)存在的非常大誤差。若磁偏角誤差達(dá)到0.17° （10′），SAGD井水平段按400m計(jì)算，通過誤差公式計(jì)算產(chǎn)生的定向井距離偏差為1.16m，這樣會(huì)造成實(shí)際井眼軌跡偏離設(shè)計(jì)，甚至?xí)?dǎo)致脫靶。

4　磁偏角測(cè)點(diǎn)分布方案及數(shù)據(jù)處理

目前采用磁偏角取值于1980年出版的1∶300萬的中國(guó)地磁圖，其測(cè)點(diǎn)精度完全不能滿足油田小范圍作業(yè)的要求。由此，我們與中科院地球物理所測(cè)量組聯(lián)合，根據(jù)風(fēng)城油田開發(fā)生產(chǎn)部署方案，本著測(cè)點(diǎn)分布均勻，著重測(cè)量稠油油藏主力生產(chǎn)作業(yè)區(qū)的原則，對(duì)風(fēng)城油田區(qū)域進(jìn)行了磁場(chǎng)、磁偏角測(cè)量：測(cè)量區(qū)域?yàn)?0km2，在風(fēng)城稠油測(cè)量區(qū)域內(nèi)均勻選取32個(gè)測(cè)點(diǎn)（圖1）；通過避開有電磁干擾的環(huán)境測(cè)量（如變壓器、油管、儲(chǔ)油罐等），選擇磁場(chǎng)強(qiáng)度平靜區(qū)域布點(diǎn)；對(duì)當(dāng)?shù)卮牌侨兆兓M(jìn)行觀測(cè)，消除日變化對(duì)磁偏角數(shù)據(jù)的干擾，進(jìn)而保證了磁場(chǎng)、磁偏角觀測(cè)值準(zhǔn)確性。

圖1　測(cè)量點(diǎn)分布圖

本次風(fēng)城稠油區(qū)域測(cè)量，采用小尺度地磁場(chǎng)勒讓德多項(xiàng)式建模方法：

式中：x——自變量；

k——勒讓德多項(xiàng)式的階數(shù)；

m——求和各項(xiàng)的序數(shù)。

把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為方程組輸入，把每一個(gè)數(shù)據(jù)用同一組參數(shù)的勒讓德多項(xiàng)式表示，然后利用最小二乘原則對(duì)系數(shù)矩陣進(jìn)行求解，得到最優(yōu)的參數(shù)解。若地磁的總強(qiáng)度為B，則基于勒讓德多項(xiàng)式所建立的區(qū)域磁異?；灸Ｐ头匠虨椋?/p>

式中：B——觀測(cè)數(shù)據(jù)；

aij——要求的參數(shù)；

N——勒讓德多項(xiàng)式的截止階數(shù)；

Pi（Δφ）——i階的勒讓德函數(shù)；

Δφ和Δλ——?dú)w一化以后觀測(cè)數(shù)據(jù)所在的緯度和經(jīng)度值。

需要把觀測(cè)數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度坐標(biāo)做歸一化處理：

然后把觀測(cè)數(shù)據(jù)作為輸入建立方程組，利用已知的Pi（Δφ）或Pi-j（Δλ），簡(jiǎn)化方程組為B=AX。其中B為觀測(cè)數(shù)據(jù)序列，B=［B1，…，Bk］T；A為勒讓德函數(shù)組成的矩陣：

式中：C-1——協(xié)方差矩陣，這里定義為單位矩陣。

采用最小曲率法作為插值方法，有利于模型的數(shù)值擬合，使數(shù)據(jù)點(diǎn)分布合理，經(jīng)過處理后的觀測(cè)數(shù)據(jù)再經(jīng)過插值得到的結(jié)果可以較好地控制邊界，最后把插值以后的數(shù)據(jù)矩陣加上原始數(shù)據(jù)作為方程組的輸入用于求解模型參數(shù)，從而得到模型擬合的磁場(chǎng)總強(qiáng)度等值線圖（圖2）。

圖2　磁場(chǎng)總強(qiáng)度等值線圖

5　測(cè)量的計(jì)算和分析

經(jīng)過對(duì)新疆油田風(fēng)城稠油區(qū)域已使用30年的磁偏角數(shù)據(jù)值進(jìn)行測(cè)量、校對(duì)，從測(cè)量結(jié)果上看，整個(gè)區(qū)域磁偏角變化趨勢(shì)平緩，沒有劇烈變動(dòng)，最大相差0.2°。對(duì)SAGD水平井來說，400m水平井段會(huì)產(chǎn)生1.4m的偏差，而工程要求橫向誤差不超過±1m，由于磁偏角的誤差已經(jīng)造成井眼軌跡脫離靶窗，可見磁偏角數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)于井眼軌跡控制的重要性。因此在后續(xù)鉆探SAGD、火驅(qū)井等高精度軌跡控制要求的水平井時(shí)需要選用新校對(duì)后的磁偏角數(shù)據(jù)值進(jìn)行定向作業(yè)，以提高軌跡精度，滿足地質(zhì)開發(fā)的需求。

此次新疆油田風(fēng)城稠油區(qū)域采用小尺度地磁場(chǎng)勒讓德多項(xiàng)式建模方法能夠有效地反映小尺度磁場(chǎng)的分布情況，為地磁場(chǎng)在地下結(jié)構(gòu)分析、空間延拓提供了重要的方法和理論依據(jù)。磁偏角校正有利于提高井眼軌跡精度，在油藏勘探上，有利于認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)含油氣構(gòu)造，提高勘探開發(fā)成功率和效益，節(jié)約鉆井投資；可以減少地質(zhì)認(rèn)識(shí)偏差，減少開發(fā)投入。

6　認(rèn)識(shí)

（1）磁偏角的測(cè)量校正對(duì)風(fēng)城油田SAGD水平井軌跡控制有著重要的意義，通過校正井口磁偏角數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確提高井眼軌跡控制精度，滿足地質(zhì)開發(fā)的需求，對(duì)水平井后期開發(fā)和上產(chǎn)提供重要支持。

（2）磁偏角的測(cè)量和校正，消除磁偏角偏差對(duì)測(cè)量精度的影響，從而提高軌跡測(cè)量的精度，滿足SAGD水平井軌跡精細(xì)控制的要求。

（3）精細(xì)的軌跡控制技術(shù)，必將最大化地發(fā)揮SAGD水平井技術(shù)優(yōu)勢(shì)和增效作用，推進(jìn)SAGD水平井在稠油開采中的規(guī)?；膽?yīng)用，為新疆及國(guó)內(nèi)稠油油藏的高效開發(fā)帶來活力和生機(jī)。

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TE132

B

1004-5716（2016）05-0056-03

2015-05-14

2015-05-14

杜洪凌（1973-），男（漢族），重慶人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事油田開發(fā)技術(shù)工作。