RMRS在稠油超稠油开发中的应用_超稠油开发

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旋转磁场测距导向系统在稠油/超稠油开发中的应用

摘要：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SAGD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（特别是浅层稠油/超稠油）开发提供了新的技术途径。旋转磁场测距导向系统是在20世纪90年代发展起来的邻井距离探测新技术，可以直接探测钻头到目标井的距离和方位，可用于SAGD双水平井和连通井的井眼轨迹控制，而且旋转磁场测距导向系统在双水平井加连通井方案的施工中具有明显的技术优势。因此，旋转磁场测距导向系统在稠油/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。

关键词：旋转磁场测距导向系统；SAGD；双水平井；连通井；浅层

RMRS Application in Heavy Oil / Ultra-heavy Oil Reservoirs

Developments

SUN Dongkui, GAO Deli, DIAO Binbin(Key Laboratory for Petroleum Engineering of the Ministry of Education, China University of Petroleum,Beijing 102249, China)

Abstract: In heavy oil / ultra-heavy oil reservoirs developments, twin parallel horizontal SAGD wells play the most important role in enhancing oil recovery, but the twin parallel horizontal SAGD wells technology also has some disadvantages.However, the combination of the twin parallel horizontal SAGD wells technology and the connected well technology offered the new way for developing heavy oil / ultra-heavy oil reservoirs(especially shallow heavy oil / ultra-heavy oil reservoirs).RMRS, which is a new technology for detecting adjacent well distance and developed in 1990s, can be utilized to detect the distance and direction from drilling bit to target well and can be used in the well path control of twin parallel horizontal wells and connected wells.Moreover, RMRS enjoys obvious advantages in the project of combining twin parallel horizontal wells and connected wells.RMRS, therefore, has broad application prospects in heavy oil / ultra-heavy oil reservoirs(especially shallow heavy oil / ultra-heavy oil reservoirs)developments.Key Words: RMRS;SAGD;twin parallel horizontal wells;connected wells;shallow layer

稠油是世界经济发展的重要资源，其储量约有4000亿~6000亿立方米。我国也有着丰富的稠油资源，据不完全统计，在我国新增储量中稠油、低渗透、小断块等复杂油气藏所占比例在90%以上。随着我国对稠油开发力度的不断增加，SAGD（蒸汽辅助重力泄油）技术作为一项开发稠油/超稠油油藏的前沿技术，正在我国得到推广应用。目前，SAGD技术主要分为以下四种井组类型：①直井井组联采；②丛式井/斜直水平井联合开采；③U型井联采，直井火烧油层，水平井采油；④双水平井联采，上注下采。其中以双水平井联采方式对采收率的贡献最大。为了保证SAGD双水平井技术的成功，钻井时保持SAGD两水平井水平段平行、间距误差不得超过±1.0m和注入井位于生产井正上方是其中的关键环节之一。为了满足现场需求，国外研发了旋转磁场测距导向系统（RMRS）和磁导向工具（MGT），并得到了广泛应用的研究[12-13][2-11][2]

[1]。为了打破国外对该类技术的垄断，我国目前也正大力开展这类技术。RMRS的组成RMRS主要由磁短节、探管和信号采集与数据分析软件组成，如图1所示。磁短节是由无磁钻铤以及若干永磁体等组成的一个短节，永磁体轴向相对磁短节轴向垂直放置，这个短节紧跟在钻头的后面，随着钻头旋转，可以在周围空间产生一个交变磁场，是RMRS的信号源。探管主要由三部分组成：传感器组件（三轴交变磁场传感器、三轴加速度传感器、三轴磁通门传感器和温度传感器）、电路及无磁外壳，其外径约为44.5mm、长度约为1.4m，放于已钻井中。探管不仅可以探测地磁场和重力场，以确定探管自身的摆放姿态，而且可以探测由磁短节产生的交变磁场，并将探测数据传输到地面计算机中。安装在计算机中的信号采集与数据分析软件可以对测量信息进行处理与分析，将钻头相对目标井的位置测量信息转化为工程师可读的数据。

图1 RMRS的主要组成部分 RMRS的技术规范与优势

目前，用于SAGD双水平井间距探测的工具有RMRS和MGT，它们的技术规范如表1所示。RMRS和MGT都可以直接探测钻头到目标井的距离和方位，不会产生传统测斜工具的累积误差。虽然，在国外有95%的SAGD双水平都采用了MGT来控制注入井与生产井的间距，而且MGT相比RMRS主要还具有以下技术优势：①应用电磁引导工具可以很方便

[6]地探测正钻井水平段任意一点到已钻井水平段的间距；②电磁引导工具探测数据量小，更容易与电磁传输技术相结合；③需要重复测量时，电磁引导工具更为方便；④如果SAGD双水平井需要重钻时，电磁引导工具可以在注过蒸汽的地层正常工作。但是，RMRS也有以下MGT无法取代的技术优势：①RMRS磁短节直接与钻头相接，而MGT探测磁信号的工具距钻头在10米以上，因此RMRS的测量结果更精确反映钻头相对已钻井的位置；②RMRS测量过程中无需停钻，节省了综合钻井时间；③RMRS不仅可以探测两口平行水平井的间距和方位，而且可以探测钻头到靶点的距离和方位（即RMRS不仅可以用于SAGD双水平井井眼轨迹控制，而且可以用于连通井的井眼轨迹控制）。

表1 RMRS和MGT的技术规范

工具外径 长度 适用井眼尺寸 极限工作温度 最大工作压力 5m~15m的测量精度 15m~25m的测量精度 25m以上的测量精度

最大测量距离

RMRS 1.75 in 4.9 m —— 140℃ 15000 PSI 2%~4% 5% 超出测量范围m

MGT 2 in 2.5 m 3-7/8 in 以上

85℃ 15000 PSI 5% 5% 5% 80 m 由RMRS和MGT的技术规范和技术优势可知：在稠油/超稠油的开发中，如果仅用SAGD双水平井，那么邻井距离探测工具可选RMRS或MGT，但是如果用双水平井和连通井的组合井型来开采稠油/超稠油，显然使用RMRS是最佳的选择。当然也可以在双水平井中用MGT进行井眼轨迹控制，而在连通井中用RMRS进行轨迹控制，但是租用两套工具显然增加了钻井成本。在我国的稠油/超稠油开发中，仅依靠双水平井具有一定的限制，特别是在浅层稠油/超稠油开发中，由于水平井井眼曲率过大导致的采油泵下入困难以及沉没度不够等一些列问题，采用双水平井和连通井的组合井型可以很好的解决这些问题，也为稠油/超稠油的开发提供了新的技术途径。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。RMRS在SAGD双水平井中的工作原理[5]

图2 RMRS在SAGD双水平井中的工作示意图

图3 RMRS探测的三轴磁场强度

RMRS与MGT相比，磁源和磁信号探测器的位置进行了对调，RMRS在SAGD双水平井中的工作示意图，如图2所示。检测RMRS信号的探管放置在已钻井中，随着钻头和磁短节开始旋转钻进，探管实时记录下由旋转磁短节产生的三轴变化磁场强度，如图3所示。当旋转磁短节经过探管时，磁场强度轴向分量（Hz）的振幅经历一个最小值和两个最大值。两个轴向磁场强度分量振幅最大值间的距离等于正钻井到已钻井的间距。两个振幅最大值的相对大小也是正钻井钻向已钻井或钻离已钻井的指示器。当前一时刻轴向磁场强度分量振幅最大值大于后一时刻的振幅最大值，那么表明钻头钻离已钻井；反之，当前一时刻轴向磁场强度分量振幅最大值小于后一时刻的振幅最大值，那么表明钻头钻向已钻井。理想测距结果的获得需要测得包含两个完整振幅最大值的数据。例如：为了获得理想的测距结果，如果两井在设计时相距5米，那么磁短节周围7~8米区域的信号都需要获得。虽然用信号处理的技术对短信号进行处理也可以得到两井间距，但是这会降低测量精度。

探管探测的磁场强度径向分量（Hx和Hy）的幅值远小于磁场强度轴向分量（Hz），这是因为磁场强度径向分量穿过生产井中的套管或油管时会快速衰减，但是磁场强度径向分量可以用来确定注入井相对生产井的方位。4 RMRS在连通井中的工作原理[7-8]

图4 RMRS在连通井中的工作示意图

RMRS可以直接探测钻头到连通点的距离和方位，是引导一口水平井与一口洞穴井连通的前沿技术。目前，在我国煤层气连通井钻井中RMRS已得到了广泛用。RMRS在连通井中的工作原理：RMRS的最测距范围为80m，有效测距范围为50m，因此RMRS适用于水平井最后50m的导向钻进，垂直井的钻进和水平井前期钻进工作均保持不变。连通过程中首先在直井中下入探管，在钻头后直接连接一个磁短节。连通前首先将两口井所测的测斜数据输入到地面计算软件中，初始化坐标系。当钻头进入到探管的测量范围后，探管不断地探测由磁短节产生的三轴交变磁场，并将数据传输到地面计算机。计算机中的计算软件结合探管探测三轴交变磁场强度和两口井的测斜数据进行分析计算，可得到钻头与洞穴的距离及方位偏差。根据计算结果调整工具面，可以及时地将正钻井井眼方向纠正至洞穴中心的位置。当钻头距洞穴5米左右时，RMRS不能正常工作，需要根据防碰原理和邻井距离扫描计算，利用专用的轨迹计算软件进行法面距离扫描和最近距离扫描，判断水平井与洞穴中心的距离，并结合井眼轨迹三维视图上分析轨迹每接近洞穴一步的变化趋势，以达到连通的目的。现场应用分析

某油田超稠油资源十分丰富，利用直井和水平井热采开发采收率不理想。2008年，该油田进行了多口SAGD双水平井钻井试验，采收率得了显著提升。X-IP井组是其中的一组试验井，X-P井（生产井）应用传统的MWD进行井眼轨迹控制施工；X-I井（注入井）未进入水平段以前，也MWD进行井眼轨迹控制施工，进入水平段以后，采用RMRS进行井眼轨迹控制钻进。X-IP井组要求两井水平段间距为5m，轨迹距靶心垂向误差不超过±1.0m，平面上水平段轨迹距靶心误差不超过±2.0m。

X-IP井组井眼轨迹的三维视图，如图5所示。由图可知，X-I井和X-P井的井眼轨迹走向基本一致，两口井的水平段基本平行。以X-I井为参考井，X-P井为比较井，进行最近距离扫描，可得最近距离扫描图（如图6所示）和最近距离随参考井井深的变化关系图（如图7所示）。由图6和图7可知，X-I井水平段基本位于X-P井正上方，两口井水平段的最大间距为5.89m，误差0.89m；最小间距为4.65m，误差0.35m；平均间距为5.27m，误差0.27m。因此，X-IP井组井眼轨迹控制精度完全达到了设计精度要求。

随后，该油田设计了几组试验井，由于某组双水平井的曲率过大，导致采油泵下入困难以及沉没度不够等一些列问题。为了解决这些问题，该油田采用于SAGD双水平井加连通井的方案（即下方的生产井与邻近的一口直井连通），利用直井采油，从而简化了有杆泵举升工艺。利用RMRS该油田很好完成了SAGD双水平井加连通井方案的施工，如图8所示。

图5 X-IP井组井眼轨迹三维视图

图6最近距离扫描图

图7 最近距离随参考井井深的变化关系

图8 某井组垂直剖面图 结 论

（1）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。

（2）在稠油/超稠油（特别是浅层稠油/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/超稠油开发提供了新的技术途径，开拓了思路。

（3）在双水平井加连通井方案的施工中，可以只用RMRS一种工具完成双水平井水段和水平井与直井连通的井眼轨迹探测，这是MGT等工具没有的技术优势。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。

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