基于ANSYS的邻井套管磁干扰有限元仿真

邻井套管受到地磁场磁化后产生感应磁场,影响其周围的地磁场,并干扰随钻测斜仪致使磁测量参数失真,对钻井过程中井眼防碰和定向施工造成影响。利用ANSYS软件对套管进行二维与三维有限元电磁仿真,得到了套管周围叠加磁场的分布规律及特性。研究结果表明,竖直套管在地磁场作用下产生的磁化场在一定区域内对地磁场产生了干扰,干扰区具有对称性,并随套管尺寸的变大而增大;在干扰区内不同方向上的磁感应强度变化趋势不一致,沿磁力线方向,磁感应强度由强减弱,而垂直磁力线方向,磁感应强度则由弱增强。     

地磁场中竖直套管周围磁场分布规律研究

目前钻调整井、加密井和丛式井已经成为各油田增产增效的重要措施。井网密度的增大导致井间距的减小,邻井套管产生的磁干扰影响愈发显著。为此,采用圆柱坐标系,建立了套管在地磁场磁化的磁场模型,从水平磁化场和竖直磁化场2方面研究了地磁场中竖直套管周围磁场分布规律。研究结果表明,半径小于0.5 m的范围内,水平磁化场Hh检测出区别,Hh的极大值出现在0°和180°方位线上,随着半径增大,磁场强度迅速衰减为地磁场大小,Hh的极小值出现在90°和270°方位线上,随着半径增大,磁场强度迅速增大为地磁场大小;H总的变化规律与Hh一致,峰值有所增大。采用套管短节中心水平面的磁场数据对理论模型进行了验证,表明所建模型与试验规律具有较好的符合性。研究结果可为后续已知磁场分布获得空间位置的反演研究打下基础,从而可以更好地指导钻井,防止井眼碰撞。     

油井套管对地磁场的影响实验

油井中的铁磁质套管受到地磁场磁化作用会产生磁化磁场,引起套管附近的地磁异常。通过对地磁异常的分析,可以判断邻井的方位。实验中利用套管在地磁环境中分别模拟了竖直井、斜井和水平井3种情况,研究了套管对地磁场所造成的影响,总结了套管对地磁场影响的规律。实验表明:邻井为斜井、水平井时,二者所引起的地磁场强度异常区域分布相似,且异常区域较大,所引起的磁工具面偏角异常分布也如此,在井的NW、SE方向磁场强度异常较大,在NE、SW方向磁工具面偏角异常较大;邻井为竖直井时,引起的磁场强度和磁工具面偏角异常区域较小,其分布与斜井、水平井不同,在南北方向磁场强度异常较大,在东西方向磁工具面偏角异常较大。通过磁场强度异常和磁工具面偏角异常的分布可判断邻井的方位。     

BHA轴向磁干扰对方位测量误差的影响——基于人工磁场模拟方法

井下钻具组合（BHA）磁化形成的轴向磁场干扰是定向组件磁方位测量的一个重要的误差因素。为了对该误差因素进行独立分析，建立了大型三轴亥姆霍兹线圈人工磁场系统作为研究环境，使用不同磁通量的多个磁化组件作为干扰源研究在理想环境中轴向干扰磁场对定向组件的影响，并在此基础上提出了一种估算磁化组件磁极强度和校正轴向干扰的方法，通过改变空间姿态和三轴亥姆霍兹线圈磁场强度，分析了在不同井斜角、方位角和磁倾角的井眼轨迹中，轴向磁干扰对定向组件方位测量误差的影响，最后证明了校正磁性组件的轴向干扰方法，可以有效地提升BHA定向组件的方位测量精度。     

套管坐标截面法推算磁干扰轨迹的研究与应用

针对密集丛式井施工中,套管磁干扰情况复杂、防碰施工困难和井间关系难以定位等问题,提出了采用套管坐标截面法对出现套管磁干扰的丛式井直井段进行井眼轨迹定位的方法。通过合理简化套管附近空间磁化模型,建立了套管横截面磁场的数学模型。同时,通过套管磁干扰的模拟实验,获取了套管横截面磁场的分布规律,在此基础上提出了套管坐标截面法,并利用此方法反演测点所处的套管空间位置,绘制正钻井的磁干扰井段井眼轨迹,实现在磁干扰井段准确判断测点与邻井套管的相对空间关系。通过华北油田10口丛式井的现场施工试验,验证了套管坐标截面法的正确性和准确性,实现了丛式井防碰关系的精准定位,解决了密集丛式井施工中的防碰问题。     

磁性随钻测斜仪所需无磁钻具长度及影响因素研究

钻井过程中,磁性随钻测斜仪需要放置在无磁钻具中,以避免铁磁钻具磁化后感应磁场的干扰,但针对无磁钻具长度选取及影响因素的理论研究较少。为此,利用ANSYS有限元软件,建立了三维静态均匀强磁场,模拟得到了磁性随钻测斜仪所需无磁钻具的长度,并分析了井斜角、方位角、铁磁钻具壁厚和铁磁钻具长度等因素对磁性随钻测斜仪所需无磁钻具长度的影响。分析结果表明,磁性随钻测斜仪所需无磁钻具的临界长度与井斜角、方位角无明显的相关关系,与铁磁钻具壁厚、长度正相关;根据模拟数据,分析了井斜角和方位角对方位角偏差的影响,认为当存在固定轴向干扰磁场时,方位角偏差随井斜角、方位角变化而变化,这与施工经验相吻合。无磁钻具长度的优化方法和优化结果,为实际工程应用中磁性随钻测斜仪所需无磁钻具长度的优选提供了理论依据和参考。      

基于有限元分析的方位角误差计算和修正

为了满足定向井磁方位的高精度需求,需要准确计算方位角测量误差和分析误差来源。采用有限元分析软件,模拟了钻具在地磁场中产生的干扰磁场的变化情况。通过钻杆内部三轴磁感应强度得出方位角误差的测量值,与钻杆真实方位对比得到了方位角误差。通过控制钻杆方位角、井斜角、底部钻具组合、无磁钻铤长度、外部磁场的大小和方向等因素,来观测、分析了方位角误差的变化规律。模拟试验得出,方位角误差在钻杆的南北方向上最小,在钻杆的东西方向上最大,并随着井斜角增大而增大,这种变化呈现出正弦的变化规律;经度、纬度也会对方位角的变化产生影响,方位角误差大体上随着维度增加而增大,主要取决于当地的总磁场和磁倾角大小。研究结果表明,方位角误差与测斜数据、底部钻具组合、经度、纬度和无磁钻铤长度有密切关系,可以通过有限元模拟准确估算出不同情况下方位角误差的大小,对方位角误差进行修正。模拟结果可为工程应用中无磁钻铤、底部钻具组合的选取和方位角误差修正提供参考数据和理论依据。      

塔河油田TK432井复合剂堵水工艺

TK4 32井位于塔河油田 4号区块 ,于 2 0 0 1年 1月投产 ,同时开采多层。半年时间内含水就从 14%迅速上升到 84 %,到 2 0 0 1年 10月底含水已经上升为94 %,成为高含水井。为了控制该井含水的上升 ,决定采取堵水措施。1　出水原因及堵水剂选择1.1　出水原因为确定出水原因及出水层位 ,利用大地磁场探测仪 (CYT)对 TK4 32井进行了探测分析 ,测试解释结果为水浸油层有 5 5 2 2～ 5 5 30 m、 5 5 71.5～ 5 5 84 m两层。其中 5 5 2 2～ 5 5 30 m油层井筒周围 30 m范围内均受水浸 ;5 5 71.5～ 5 5 84 m油层西南方向距井筒 75 m范围内水淹 ,东北…     

磁力随钻测斜仪轴向磁干扰校正方法

针对磁力随钻测斜仪在受到轴向磁干扰时会出现方位角测量结果不准确的问题,在介绍磁力随钻测斜仪测量原理的基础上,研究了Russell法和短钻铤测量修正法2种间接磁干扰校正方法的原理及迭代计算过程,提出了矢量和法和钻具截面法2种直接磁干扰校正方法,并对这4种方法进行了数据仿真分析。数据仿真结果表明,直接校正方法计算简单,但具有一定的局限性;间接校正方法计算复杂,但具有较好的准确性。在其他井眼参数不变的条件下,方位角偏差随干扰磁场增强而增大;在轴向干扰磁场固定的情况下,方位角偏差随井斜角增大而增大,井斜角相同时,0°~360°范围内方位角偏差先增大后减小,呈现对称性;井眼轨迹接近水平东西方向时,轴向磁干扰的校正效果最差。4种校正方法均可以降低轴向磁干扰对方位角测量精度的影响,减少无磁钻铤的使用长度,具有较好的现场实用性。      

非开挖工程磁靶定位系统

为了解决非开挖工程钻井轨迹的高精度测量与控制难题,设计了一种磁靶定位系统。该定位系统的十字交叉磁靶通2 Hz交流电后,会在磁靶周围空间形成特定规律的旋转磁场分布。通过钻头位置的微弱动态磁场检测系统可测量该旋转磁场在3个正交方向磁场的分布,利用旋转磁场的轴对称特性,将近钻头三维旋转磁场转化为二维场,根据测量到的磁场矢量与场源空间位置的关系,实现钻头与微弱动态磁场采集系统之间的精确定位。地面测试结果表明:当电流为5 A时,空间场点与螺线管距离100 m处的磁场幅值可达1.53 nT,距离10～110 m范围测量误差均小于2%;在横向距离±30 m范围内相对方位测量误差小于2%;当相对方位夹角达到29.74°后,方位测量将失真,不能用于现场施工作业。研究结果对于油气管道穿越非开挖工程出土点的精确设计具有指导意义。     

基于邻井距离测量误差的救援井磁测距工具优选方法

为了确保能在可探测的前提下选用测量精度更高、作业风险更小的磁测距工具探测事故井,进行了救援井与事故井相对距离测量误差计算。由于“梯形”误差模型无法与井眼轨迹误差相耦合,通过协方差传播率,建立了磁测距工具测量误差模型。将磁测距工具测量误差与井眼轨迹误差相耦合,可得到磁测距工具工作平面内的总协方差矩阵,进而给出由总协方差矩阵确定的误差椭圆和救援井磁测距工具的优选方法。实例计算结果显示,救援井当前井底与事故井相距7.41 m时,磁测距工具测量误差椭圆长、短半轴长度分别为1.26 m和0.33 m。测距作业后,救援井继续钻进,当两井相对距离为6.68 m时,推荐使用Wellspot工具;当两井相对距离为5.21 m或2.07 m时,推荐使用RGRⅠ工具。研究结果表明,测距作业后,随着救援井继续钻进,两井相对距离的减小趋势大于两井相对距离测量误差的增大趋势;当磁测距工具探测范围完全包覆两井相对距离测量误差椭圆时,可以选用作业距离更小、但测量精度更高的磁测距工具。      

主动磁测距技术在裸眼落鱼井中的重入试验

主动磁测距技术通过对井中套管、落鱼等施加一定的激励,使套管、落鱼等产生相应的磁场强度,探测目标井套管或落鱼的管柱与新钻井眼的距离及相对位置关系来实现井眼连通, 在原油泄漏井、井喷失控井等救援方面有重要应用价值。文章介绍了国内自主研发的主动磁测距技术在储气库贯穿盖层及储气层的落鱼废弃井眼中的重入试验,拓展了磁测距技术的应用领域。针对废弃井眼井斜角度大,盖层上部有长段留置钻具的情况,设计新井眼轨迹为渐进探测段、试碰段、回填侧钻伴行段、重入段,并制定了基于主动磁测距技术的轨迹控制要求,对可能出现的复杂情况制定了配套技术措施。该技术在南堡1-29 储气库12-198 井中进行了现场试验,新钻井眼成功进入废弃井眼,验证了自主磁测距技术在裸眼落鱼井中重入导向的可靠性,其轨迹设计及探测方法、作业流程可为同类型井的应用提供技术借鉴。     

磁力随钻测量磁干扰校正方法研究

为提高磁力随钻测量的井眼轨迹精度,研究了随钻测量磁干扰校正方法。利用随钻测量参数,计算井斜角、工具面角和方位角;采取360°旋转钻柱记录、分析径向磁力计读数的方法,纠正磁热点引起的径向磁干扰;采用循环迭代的方法,纠正钻柱磁化引起的轴向磁干扰。通过仿真测量参数、磁干扰数据和地磁参数,应用磁干扰校正方法计算得到校正方位角,并与实测方位角、真实方位角进行了对比,结果发现,在其他井眼参数保持不变的条件下,井斜角接近90°或方位角接近90°、270°时,实测方位角误差变大;井斜角接近0°或方位角接近0°、180°时,实测方位角误差变小;真实方位角为0°~180°时,实测方位角比真实方位角小,真实方位角为180°~360°时,实测方位角比真实方位角大;井眼轨迹接近水平东或水平西方向时,轴向磁干扰的校正效果最差。磁干扰校正方法能够提高方位角测量精度,减少无磁钻铤长度。      

磁化田菁胶压裂液研究

磁化处理可使压裂液的一些性质发生改变。本文考察了磁化条件对田菁胶压裂液性能的影响，介绍了用磁化压裂液进行现场压裂试验的结果。磁化压裂液具有良好的性能，磁化压裂液的田菁胶含量可低于不磁化压裂液。     

中煤阶煤层气水平对接井开发效果与优化

通过理论分析与数值模拟相结合,分析对比SIS水平井与常规水平井的开发效果,在此基础上从生产制度与井型设计两方面对SIS水平井进行优化设计。研究表明,渗透率在1~40 mD,含气量小于12 m3/m3时,SIS水平井的采出程度是常规水平井的2~7倍。因此对于含气量较低,渗透率中等,割理较发育的中煤阶煤层气藏,SIS水平井具有较大的优势。SIS水平井合理泵排量为60~90 m3/d,合理生产井井底流压应控制在0.15~0.2 MPa.同时SIS水平井分支长度在1 100 m左右,分支夹角在40°~50°,SIS水平井主轴方向与面割理垂直时,SIS水平井开发效果最佳。     

主动磁测距技术在T1井封井工程的应用

主动磁测距技术主要用于解决救援井与事故井的有效连通难题,国内尚无相应设备。为此,研制了主动磁测距系统,形成主动磁测距数据解释方法和封井方案,配套井眼定向控制关键技术,成功应用于T1井封井工程。T1井主动磁测距轨迹实施难度高,在现场实施过程中进行了井眼轨迹优化、逐步加密测距、轨迹精细控制并提出校正目标井轨迹的方法,开展主动磁测距28次,引导救援井在705.2 m碰目标井套管,1 306.0 m重入裸眼,后续冲探至2 006.0 m完成封堵作业。此次应用证明了主动磁测距技术的探测精度满足老井重入封堵的技术要求,具有较高的推广价值。     

煤层气多分支水平井井身结构优化

煤层气多分支水平井能有效增加控制面积,降低表皮因数,其井身结构优化对获得最经济有效的产能至关重要。为此,分析了煤层倾角、储层保护和井身结构对煤层气水平井产能的影响。采用数值模拟的方法,以沁水盆地南部某区块3#煤层为例,对多分支水平井的井身结构参数进行优化。优化结果表明:主支走向对产能影响较大,适宜的方向为垂直主渗透率方向;产能随着主支长度和分支长度的增加而增加,结合经济性和增产效果,主支长度宜控制在900~1 300 m之间,分支长度宜控制在250~400 m之间;分支间距和主分支夹角在一定程度上影响产能,分支间距宜控制在200~300 m之间,主支和分支夹角宜控制在36°~53°之间。研究结果可为煤层气多分支水平井的井身结构设计提供参考。