SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量評價方法

何小東 陳 森 游紅娟

（中國石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量評價方法

何小東 陳 森 游紅娟

（中國石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

引用格式：何小東，陳 森，游紅娟. SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量評價方法［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：27-30，51.

雙水平井SAGD技術(shù)要求注汽井與生產(chǎn)井的水平段軌跡保持平行。如果水平段存在較大軌跡偏差，注采井間的熱連通較為困難，增加循環(huán)預熱時間，影響SAGD井組的生產(chǎn)效果。為定量評價該類型井組的井眼軌跡質(zhì)量，首次提出可用于表征SAGD雙水平井井眼軌跡質(zhì)量的4個新概念：生產(chǎn)井靶區(qū)鉆遇率、注汽井垂直距離合格率、注汽井水平偏距合格率和雙水平井平行度。根據(jù)雙水平井間的空間幾何關(guān)系并考慮靶區(qū)誤差允許范圍，推導出上述概念的解析計算模型。實例分析表明這幾種合格率可以定量化評價SAGD雙水平井的水平段軌跡質(zhì)量的優(yōu)劣等級，與軌跡圖形反映情況較為吻合。

SAGD；雙水平井；軌跡質(zhì)量；評價方法；合格率

蒸汽重力輔助泄油（SAGD）技術(shù)已成為開采稠油/超稠油油藏的重要技術(shù)手段，其中一種布井方式為雙水平井。雙水平井間的水平段軌跡橫、縱向間距均有嚴格要求。如果雙水平井的水平段軌跡存在較大偏差，注汽井與采油井之間形成熱連通較為困難，需要大幅度增加循環(huán)預熱時間，對SAGD井組生產(chǎn)效果影響極大［1-2］。為保證SAGD井組能有較好地實施效果，除了影響SAGD技術(shù)的地質(zhì)參數(shù)與注采參數(shù)外，首先應保證雙水平井的井眼軌跡質(zhì)量。因此，如何有效地評價雙水平井的井眼軌跡質(zhì)量，顯得尤為重要。

目前，國內(nèi)外還未見有關(guān)SAGD雙水平井軌跡質(zhì)量評價方面的報道。因此，筆者從SAGD雙水平井軌跡質(zhì)量要求出發(fā)，建立軌跡評價模型，實例分析表明該模型可以定量評價雙水平井水平井段的軌跡質(zhì)量優(yōu)劣。

1　SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量要求

為方便起見，文中將生產(chǎn)水平井井簡稱為P井，注汽水平井簡稱為I井。

SAGD雙水平井水平段的質(zhì)量要求可以歸結(jié)為以下兩點［3］。

（1）P井水平段要求其軌跡盡量保持水平且距儲層底部一定距離，即在實際的鉆井施工中P井盡量嚴格按照設(shè)計軌道來鉆進；（2）在施工I井時，實時控制I井與P井的垂直距離與水平偏距，盡量使I井與P井在空間中保持平行（距離范圍一般在工程設(shè)計中給出）。

基于以上兩點，提出3R概念。

（1）生產(chǎn)井靶區(qū)鉆遇率（PTDR）。表示P井的實鉆軌跡與其設(shè)計軌跡從入靶點到出靶點水平井段的重合程度。

（2）注汽井垂直距離合格率（IVPR）。表示I井垂直投影圖水平段距離P井水平段的垂直距離合格率。

（3）注汽井水平偏距合格率（IHPR）。表示I井水平投影圖中水平段距離P井的水平偏距合格率。

顯然，PTDR體現(xiàn)了生產(chǎn)井水平段與靶區(qū)之間的吻合程度，而IVPR和IHPR則體現(xiàn)了P井與I井之間的空間平行度。以上3R概念表征了SAGD雙水平井井眼軌跡水平段的質(zhì)量要求。

2　SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量評價方法

2.1生產(chǎn)井靶區(qū)鉆遇率模型

靶區(qū)鉆遇率是水平段實鉆井眼軌跡在遇靶區(qū)內(nèi)的有效長度LE與總進尺長度LP的比率。

總進尺長度LP易求，詳見參考文獻［4］。下面主要介紹有效長度LE求解模型。

如圖1所示，在P井實鉆軌跡水平段任意取點i，假設(shè)其空間坐標為（Ei，Ni，Di），分別在垂直投影圖和水平投影圖作垂線得到對應點j坐標為（Ej，Nj，Dj）。由空間幾何關(guān)系可知，若點i滿足條件：di≤0.5Z且Si≤0.5W，則點i是在靶區(qū)內(nèi)；否則在靶區(qū)外。其中di為垂直偏差，Si為水平偏差，VS為視平移，D為垂深，N為南北坐標，E為東西坐標，Z為靶窗高度，W為靶窗寬度，A、B分別為設(shè)計入靶點、出靶點，A1、B1分別為實際入靶點、出靶點。

圖1　垂直投影與水平投影示意圖

如圖2所示，i點水平投影點為U點，則U點平面坐標為（Ei，Ni）。過U點作設(shè)計軌道水平段AB的垂線LT，與設(shè)計方位線L1交于J點（Ej，Nj）。N為縱坐標，E為橫坐標，則求得LT的直線方程為

式中，φ0為設(shè)計方位角，（°）。

圖2　靶區(qū)內(nèi)設(shè)計與實鉆軌跡水平投影示意圖

已知L1的直線方程為

聯(lián)立式（1）、（2）可得J點的坐標（Ej，Nj）

則垂直偏差di與水平偏差Si計算如下

統(tǒng)計在靶區(qū)內(nèi)所有離散點的個數(shù)為np，設(shè)水平段離散間距為m米（一般取m=1），則水平段有效長度LE=m·np，計算水平段靶區(qū)鉆遇率

式中，PT為P井靶區(qū)鉆遇率，%。

SAGD雙水平井設(shè)計軌道一般為二維水平井且水平段井斜為90°，所以以上方法適用條件如下：

（1）水平井設(shè)計軌跡的井斜角為90°；

（2）二維水平井，即水平投影圖上A、B與井口在同一直線上，如需計算三維水平井中的軌跡偏差詳見參考文獻［5］。

2.2I井垂直距離合格率與水平偏距合格率模型

由于雙井井口坐標不同，因此必須先將I井和P井變換在同一井口坐標系下。

其次建立空間幾何關(guān)系模型，如圖3所示。在P井實鉆軌跡上的各點作一系列的鉛垂線，將這些鉛垂線構(gòu)成一個鉛垂柱面—I井投影曲面。再將I井的實鉆軌跡垂直投影到投影曲面上，得到I井投影曲面軌跡［6］。

在I井上任意取一點F，它在投影曲面的投影為Q點，再將Q點垂直投影到P井軌跡上必交于一點，設(shè)為G點。則F點到Q點的距離稱之為水平偏距HF，而點Q到G點的距離則為垂直距離VF。這里將F點與G點稱之為對應點。水平偏距HF和垂直距離VF計算方法見參考文獻［6］。

從Z方向進行分析，表2和表3中的1階固有頻率對應仿真中的整體第1階固有頻率。Z方向的1階模態(tài)振型如圖6所示。該振型為電磁鐵梁Z方向的彎曲變形，電磁鐵梁在Z方向相當于一個大跨度簡支梁，其在Z方向的剛度比較小，所以1階頻率較低。Z方向的2階固有頻率對應仿真中的整體第3階固有頻率，Z方向的3階固有頻率對應仿真中的整體第4階固有頻率。其中,Z方向的1階和3階固有頻率數(shù)值與對應的仿真固有頻率數(shù)值吻合較好，誤差較小。

圖3　投影曲面示意圖

假設(shè)工程設(shè)計中要求I井與P井的垂直間距和水平間距分別為VR、HR（一般HR取為0，表示兩井水平投影重合），允許誤差范圍分別為eV、eH，則IVPR、IHPR計算步驟如下。

（1）假設(shè)I井的水平段總進尺長度為LI，將水平段測點離散化，離散間距為m米（一般取m=1）。

（2）將I井上的每個離散點F曲面投影到P井中，得到對應點G，并求出兩點間的垂直距離VF和水平偏距HF。

（3）判斷F點是否在允許誤差范圍內(nèi)，判別方式如下：

①若|VR|-|eV|≤|VF|≤|VR|+|eV|，則VF在允許范圍內(nèi)，該點垂直距離合格，否則為不合格；②若|HF|≤|HR|+|eH|，則HF在允許范圍內(nèi)，該點水平偏距合格，否則不合格。

（4）統(tǒng)計水平段離散點垂直距離合格點個數(shù)為nv，水平偏距合格點個數(shù)為nh；則IVPR與IHPR的計算公式如下

式中，IV為I井垂直距離合格率，%；IH為I井水平偏距合格率，%。

2.3雙水平井平行度（PDHW）

統(tǒng)計平行點數(shù)為ns，則雙井水平段平行度PDHW計算公式如下

式中，Pw為雙水平井平行度，%。

2.4評價參考標準

通過計算3R-1W模型的值可以判斷SAGD雙水平井的井眼軌跡質(zhì)量優(yōu)劣。根據(jù)雙水平井預熱循環(huán)后轉(zhuǎn)抽生產(chǎn)條件之一：水平段連通程度大于70%。提出的軌跡質(zhì)量評價參考標準如表1所示。

表1　雙水平井軌跡質(zhì)量評價參考標準

3　計算實例

以某油田SAGD試驗區(qū)井組為例：兩口井設(shè)計方位244.97°，井口相距19.24 m，P井設(shè)計垂深為225.4 m，I井設(shè)計垂深為220.4 m，水平段長400 m，設(shè)計垂距相距5 m，靶窗高度和寬度均為1 m，則垂直距離偏差范圍為［4，6］，水平偏差范圍為［-1，1］。

計算步驟如下（數(shù)據(jù)見表2、表3）。

（1）將P井實鉆軌跡水平段數(shù)據(jù)用最小曲率法作離散化處理（取m=1）得到多個離散點，用2.1中的計算方法計算各個離散點的垂直偏差di與水平偏差Si，統(tǒng)計離散點在靶區(qū)范圍類的個數(shù)，可得到PTDR為51.6%。

（2）將I井水平段實鉆軌跡數(shù)據(jù)離散后（取m=1）用2.2中所述方法進行曲面投影，計算求出每個測點的垂直距離VF和水平偏距HF，并統(tǒng)計誤差范圍內(nèi)的測點個數(shù)，得到IVPR與IHPR值分別為97.8%、84.6%。

（3）根據(jù)2.3中的方法得到PDHW值為82.5%。由評價標準表可以看出P井實鉆軌跡靶區(qū)鉆遇率不合格。I井的水平井段的水平距離與垂直距離控制較好，因此，雙井平行度為良好。計算結(jié)果與圖形反映較為相符，圖4、圖5分別為井組水平段垂直投影圖和水平投影圖，藍線為設(shè)計軌道，紅線為實鉆軌跡，黑框為靶區(qū)；圖5中綠線為I井，紅線為P井。

表2　P井水平段實鉆軌跡數(shù)據(jù)離散結(jié)果（部分）

表3　I井水平段實鉆軌跡數(shù)據(jù)離散結(jié)果（部分）

圖4　雙水平井垂直投影圖

圖5　雙水平井水平投影圖

4　結(jié)論

（1）提出的3R-1W模型可以表征SAGD雙水平井水平段的軌跡質(zhì)量要求，并通過算例分析表明該方法具有較強的實用性。

（2）文中的評價方法是對SAGD雙水平井水平段軌跡質(zhì)量評價的首次探索，該方法可作為評價雙水平井軌跡質(zhì)量的一種手段，可以進一步用于現(xiàn)場SAGD雙水平井軌跡質(zhì)量評價分析。

［1］何萬軍，陳新文，趙睿，等. 水平井軌跡偏移對蒸汽輔助重力泄油生產(chǎn)的影響［J］. 新疆石油地質(zhì)，2013，34（6）：669-671.

［2］章敬，易燦，張龍，等. SAGD雙水平井入靶控制技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2013，35（6）：24-25.

［3］楊睿，關(guān)志剛，蔣剛. 新疆風城油田SAGD平行水平井鉆井技術(shù)［J］.石油機械，2009，37（8）：79-82.

［4］韓志勇.定向鉆井設(shè)計與計算［M］.東營：中國石油大學出版社，2007.

［5］魯港，刑玉德，王剛. 水平井實鉆軌跡中靶效果分析的偏差率模型［J］.石油鉆探技術(shù)，2007，35（1）：20-22.

［6］劉修善. 三維定向井隨鉆監(jiān)測的曲面投影方法［J］.石油鉆采工藝，2010，32（3）：49-53.

［7］劉修善.定向鉆井軌道設(shè)計與軌跡計算的關(guān)鍵問題解析［J］.石油鉆探技術(shù)，2011，39（5）：2-7.

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［9］陳森，竇升軍，游紅娟，等. 風城SAGD水平井均勻配氣工藝研究與應用［J］.石油鉆采工藝，2012，34（2）：114-116.

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（修改稿收到日期 2015-10-27）

〔編輯 薛改珍〕

Explorations on evaluation method for trajectory quality of horizontal section of SAGD double horizontal well

HE Xiaodong，CHEN Sen，YOU Hongjuan
（Engineering and Technology Research Institute of Xinjiang Oilfield Company，CNPC，Karamay 834000，China）

The double horizontal well SAGD technology requires that the horizontal section trajectory of steam injection well remains parallel to that of production well. If the horizontal section has relatively large deviation in trajectory，the thermal connection between injection-production wells will become relatively difficult，the cyclic preheating time will increase，and the production effect of SAGD well group will be affected. In order to evaluate the wellbore trajectory quality of such type of well group in a quantitative manner，the following 4 new concepts which can be used to indicate the wellbore trajectory quality of SAGD double horizontal well have been brought forth ，production well target area encountering rate，steam injection well vertical distance pass rate，steam injection well horizontal deviation pass rate and double horizontal well parallelism. On the basis of the special geometrical relation between two horizontal wells and in consideration of the permissible error range of target area，the analytical calculation model for the abovementioned concepts has been derived. The analysis on actual cases indicates that，these pass rates can evaluate the grade of horizontal section trajectory quality of SAGD double horizontal wells in a quantitative manner，and is relatively consistent with the situation reflected by trajectory figure.

SAGD； double horizontal well； trajectory quality； evaluation method； pass rate

TE21

A

1000-7393（ 2015 ） 06-0027-05 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.007

國家科技重大專項大型油氣田及煤層氣開發(fā)項目“美洲地區(qū)超重油與油砂高效開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”（編號：2016ZX05031）資助。

何小東，1985年生。2013年畢業(yè)于西南石油大學油氣井工程專業(yè)，碩士研究生，現(xiàn)主要從事稠油熱采SAGD技術(shù)研究工作，助理工程師。電話：0990-6883305。E-mail：hexiaodong1@petrochina.com.cn。