复杂结构井磁导向钻井技术进展

复杂结构井可以有效提高复杂油气田单井产量和最终采收率，磁导向钻井技术是复杂结构井钻井的核心技术之一。总结了近年来磁导向钻井技术的主要研究进展，包括邻井距离随钻电磁探测系统、螺线管组随钻测距导向系统及三电极系救援井与事故井连通探测系统等主要研究成果，重点论述了磁导向钻井的技术原理及井下磁信标、弱磁探测仪、测距算法及纠偏控制方法等关键技术，并介绍了磁导向钻井技术在SAGD双水平井、连通井、救援井及丛式井钻井防碰中的现场应用情况。其中，邻井距离随钻电磁探测系统已在稠油SAGD双水平井钻井中得以成功应用，不仅在注入井水平段实现了磁导向水平钻进，而且在造斜井段也实现了磁导向钻进。分析认为，需加强多学科协同创新研究，以进一步提高磁导向钻井系统的耐温性能或研发新型耐高温磁导向钻井系统，实现磁导向钻井技术在复杂结构井的推广应用，提高钻井效率，保证钻井作业安全。      

SAGD双水平井随钻磁导向系统的研制及应用

针对实测信号微弱、频变、窄带的特点,设计出低噪声、窄通频带、高精度的数据采集滤波电路,有效地滤除了干扰和噪声,使系统探测精度达到±0.3m左右;根据磁感应强度数据的采集要求,制定了单组数据校验的通信协议,减少了干扰导致的个别数据传输错误对整体数据的影响。     

RMRS在稠油/超稠油开发中的应用

RMRS可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SAGD双水平井和连通井的井眼轨迹控制中。在稠油/超稠油开发中,SAGD双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RMRS完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,RMRS在稠油/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。     

邻井定向分离系数计算方法

随着丛式井和加密井设计间距的不断减小,仅利用邻井距离扫描计算和传统分离系数监测邻井距离已不能满足现场需求。定向分离系数不仅将井眼轨迹误差分析与邻井距离扫描计算结合在一起,而且考虑了参考点和比较点误差椭球的相对位置关系,与传统分离系数相比,其可以更精确地反映邻井的交碰概率,为邻井防碰决策提供更为科学的依据,以更好地满足现场需求。对比了传统分离系数和定向分离系数的区别;利用空间解析几何方法实现了法面距离扫描、最近距离扫描及水平距离扫描定向分离系数的计算,一般把最近距离扫描定向分离系数作为邻井防碰的依据。实例计算分析表明,在以定向井、大位移井为主要构成的丛式井中,传统分离系数的计算结果比定向分离系数小得多;定向分离系数在丛式井和加密井的设计和钻井过程中都具有十分重要的现场应用价值。      

磁短节等效磁矩的测量

旋转磁场测距导向系统是一种精确探测邻井距离的新技术,在复杂结构井钻井工程中正发挥越来越重要的作用。磁短节在钻井现场地表的等效磁矩是判断旋转磁场测距导向系统测量结果可信度的重要依据之一,磁短节等效磁矩的测量是旋转磁场测距导向系统作业中的关键环节之一。根据磁偶极子周围空间磁场分布规律,推导了旋转磁短节周围空间远场的磁场分布规律,给出了磁短节等效磁矩的间断测量法和磁短节等效磁矩的连续测量法,并对这两种测量方法操作的难易程度和影响测量精度的主要因素进行了初步探讨。研究结果表明,磁短节等效磁矩的连续测量法具有影响因素少、测量精度高及操作简单的特点,更易于现场应用。     

螺线管随钻测距导向系统

螺线管随钻测距导向系统是一种邻井距离随钻探测的前沿技术,可用于精细控制蒸汽辅助重力泄油（SAGD）双水平井的井眼轨迹。螺线管随钻测距导向系统主要包括螺线管短节、传感器组和地面测距计算软件。把通电螺线管短节看作磁偶极子,得到了通电螺线管短节远场磁场分布规律;分别给出了两口水平井平行、会聚/发散和异面时的测距导向算法,这些算法不仅可以用来计算SAGD双水平井的间距和相对方位,而且可以用来确定这两口水平井会聚/发散及异面的程度。对螺线管随钻测距导向系统的测距导向算法进行的算例验证和分析表明,螺线管随钻测距导向系统测距导向算法的计算精度可以满足实际工程的需求,具有直接探测邻井距离的技术优势,避免了累积误差的产生,可以用来引导SAGD双水平井的钻进。     

页岩气田压裂区加密调整井绕障轨道优化设计方法

在页岩气丛式水平井设计中，针对压裂区的加密调整井井眼轨道设计需要考虑绕开已钻井压裂段影响域及压裂段影响域之间互相干扰等问题。为了快速评估加密调整井压裂段井眼轨道设计方案的合理性，运用矢量代数方法对页岩气压裂区障碍物进行了几何建模，该几何模型考虑了压裂裂缝影响域；然后根据所建立的障碍物几何模型，建立了以设计轨道总长度最短、轨道势能最小为优化目标，以轨道间防碰为约束条件的页岩气压裂区绕障轨道优化设计模型，并给出了判断页岩气压裂段影响域之间是否存在干扰的几何校核方法；最后依据四川盆地涪陵页岩气田现场实钻数据，对所建立的设计模型进行了验证。研究结果表明：①在压裂区，忽略压裂影响域的障碍物尺寸会被严重低估；②忽略压裂影响域，所设计出的绕障轨道可以避开老井的井眼轨迹，但是有可能会与已钻井的压裂影响域相交，进而引发钻井事故。结论认为，所建立的页岩气压裂区绕障轨道优化设计模型能够满足防碰绕障约束的要求，相应的设计计算避免了繁琐的试算和校核，并且能够实现井眼轨道设计总长度和轨道势能达到最小值的优化目标。     

考虑“井工厂”学习效应的平台位置优化方法

随着"井工厂"技术的不断应用,"井工厂"模式所产生的学习效应对钻井费用及平台位置的选择具有重要的影响,研究该模式下的平台位置优化问题就变得很有必要。为此,结合"井工厂"钻井学习曲线,提出了"钻井学习指数"的概念,以量化"井工厂"模式下单井平均节约费用与平台布井数量之间的关系;进而考虑"钻井学习指数"、平台最大容量及轨道复杂度对平台位置选择的影响,建立了"井工厂"模式下丛式水平井平台位置优化模型;根据遗传算法原理,并结合每口井只能对应一个平台以及每个平台所允许的最大井数等特点,对遗传算子进行了改进,给出了所建立模型的解算步骤。算例分析结果表明,所提出的优化模型能够在满足所给定约束条件的前提下,减少平台数量,增加每个平台的井数。结论认为,考虑"井工厂"学习效应的平台位置优化模型能够充分发挥"井工厂"的技术优势,是一种降低丛式水平井建井费用的有效方法。     

基于赫巴流体的页岩气大位移水平井裸眼延伸极限分析

大位移水平井的裸眼延伸极限主要与环空压耗和地层破裂压力等因素有关,不同的钻井液流变模式又会对环空压耗的描述产生较大的影响,而赫巴模式能够更好地模拟实际钻井液的流变特性。为此,建立了基于赫巴流体的页岩气储层大位移水平井裸眼延伸极限模型,进而用实际案例分析了赫巴流体的基本流变参数(流性指数、稠度系数、屈服值)和主要钻进参数(机械钻速、钻井液密度、钻杆转速)对大位移水平井水平段延伸极限的影响,并将其与幂律流体模型计算结果进行对比分析。结果表明:(1)在同样的条件下,采用赫巴流体所得结果小于采用幂律流体计算的结果,新预测模型可靠性更好;(2)通过参数的敏感性分析可知,水平段延伸极限会随着上述3个基本流变参数和机械钻速的增加而减小,而该极限值会随着钻井液密度的增加而先增加后减小,它也会随着钻杆转速的增加而增加。结论认为:所给出的赫巴流体流变参数和钻进参数的优选方法,有助于解决大位移水平井在页岩储层中究竟可以打多远的问题,并且更加精确地预测了其裸眼延伸极限。     

防碰分离系数算法优选与邻井相对位置测量误差计算

在丛式井和加密井的定向钻井工程中,科学地评估正钻井与相邻已钻井的井眼碰撞风险具有十分重要的意义。目前,常用于评估井眼碰撞风险的分离系数具有多种计算方法。在分析分离系数常用计算方法局限性基础上,通过协方差矩阵的合成,建立了考虑井径影响的邻井相对位置测量误差计算模型,提出了基于邻井相对位置测量误差计算的分离系数算法优选方法;通过实例计算,分析了相同条件下常用分离系数（垂足分离系数和定向分离系数）计算结果的差异。同时,实例计算结果表明,文章提出的分离系数算法优选方法可以优选出符合实际情况的分离系数,为定向井工程实施防碰作业提供更为科学的依据,具有重要的应用价值。