磁偏角對(duì)斜井校正處理的影響

丁建平，丁 慧

(1.大慶油田公司第九采油廠地質(zhì)研究所，黑龍江 大慶 163853；2.黑龍江省紅崗經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，黑龍江 大慶 163511)

在油田開發(fā)工作中，由于受到地面條件的限制，需要采用斜井開采方式[1]。通過鉆斜井，一些按常規(guī)開發(fā)沒有經(jīng)濟(jì)效益的小油田得以開發(fā)并具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益[2-3]。斜井鉆井需要考慮到磁偏角的影響，并涉及到工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)、下部鉆具組合性能評(píng)價(jià)、鉆頭選型、鉆井參數(shù)及鉆井液體系的優(yōu)選等問題[4]。為了更好地了解磁偏角對(duì)斜井的影響[5]，開展了磁偏角對(duì)斜井校正處理過程中的影響研究[6]。

1 磁偏角的定義

磁偏角是指磁針靜止時(shí)所指的北方與真正北方的夾角。磁針指北極N向東偏則磁偏角為正，向西偏則磁偏角為負(fù)[7]。

大慶油田公司第X采油廠各油田(區(qū)塊)的磁偏角的變化范圍為：-10.69°(新站大424區(qū)塊)～-11.11°(齊家北古702區(qū)塊)，平均-10.89°，均為向西偏，各油田(區(qū)塊)磁偏角情況如表1所示[8]。

表1 各油田(區(qū)塊)磁偏角情況Table 1 Statistics of magnetic declination in various oilfields(blocks)

2 理論推導(dǎo)

2.1 不考慮磁偏角的情形

對(duì)于每一口斜井而言，沿井身結(jié)構(gòu)的井斜段(dl)，其水平偏移(ds1)及其水平偏移進(jìn)一步分解的東西偏移(dx1)和南北偏移(dy1)可以分別表示如下：

ds1=dlsinβ

dx1=dlsinβsinα

dy1=dlsinβcosα

式中：dl為井斜段長度，通常情況下為0.05 m；α為井斜段方位角；β為井斜段井斜角；ds1為井斜段水平偏移；dx1為井斜段東西偏移；dy1為井斜段南北偏移。

2.2 考慮磁偏角的情形

對(duì)于每一口斜井而言，沿井身結(jié)構(gòu)的井斜段(dl)，其水平偏移(ds2)及其進(jìn)一步分解的東西偏移(dx2)和南北偏移(dy2)可以分別表示如下[9-11]：

ds2=dlsinβ

dx2=dlsinβsin (α-δ)

dy2=dlsinβcos (α-δ)

式中：dl為井斜段長度，通常情況下為0.05 m；α為井斜段方位角；β為井斜段井斜角；δ為磁偏角；ds2為井斜段水平偏移；dx2為井斜段東西偏移；dy2為井斜段南北偏移。

2.3 整個(gè)井身的井斜段水平偏移差(2種算法比較)

由于磁偏角的存在，導(dǎo)致以上2種情形計(jì)算的結(jié)果不同，兩者東西偏移差(Δx)和南北偏移差(Δy)、水平偏移差(Δs)分別可以表示為：

Δx=dx2-dx1=dlsinβsin (α-δ)-

dlsinβsinα=dlsinβ[sin (α-δ)-sinα]

Δy=dy2-dy1=dlsinβcos (α-δ)-

dlsinβcosα=dlsinβ[cos (α-δ)-cosα]

(Δs)2=(Δx)2+(Δy)2=(dl)2(sinβ)2×

{[sin (α-δ)-sinα]2+[cos (α-δ)-

cosα]2}=(dl)2(sinβ)2[sin2(α-δ)-

2sinαsin (α-δ)+sin2α+cos2(α-δ)-

2cosαcos (α-δ)+cos2α] =(dl)2(sinβ)2×

[2-2sinαsin (α-δ)-2cosαcos (α-δ)] =

(dl)2(sinβ)2{2-2cos [α-(α-δ)] }=

(dl)2(sinβ)2[2-2cosδ] =2(dl)2(sinβ)2×

(1-cosδ)=4(dl)2(sinβ)2sin2(δ/2)

即Δs=2(dl)(sinβ)sin (δ/2)

則S=∑ds=∑2(dl)(sinβ)sin (δ/2)=0.1×sin (δ/2)∑sinβ

式中：Δx為在2次校正中井斜段東西偏移差；Δy為在2次校正中井斜段南北偏移差；Δs為在2次校正中井斜段水平偏移差；S為整個(gè)井身的井斜段水平偏移差。

通過比較不考慮磁偏角與考慮磁偏角這2種情形，兩者的水平偏移差除了與井斜角有關(guān)外，還與該地區(qū)的磁偏角大小有關(guān)。具體地講，與井斜段的井斜角的正弦值呈正比關(guān)系，其比例系數(shù)為0.1×sin(δ/2)。

在平均磁偏角為10.89°的情形下，當(dāng)井斜角=3°(一般將井斜角小于3°視為直井)時(shí)，對(duì)于一口2 000 m井深的斜井來說，整個(gè)井身的井斜水平偏移差僅為19.86 m；當(dāng)井斜角=10°時(shí)，整個(gè)井身的井斜水平偏移差為65.91 m；當(dāng)井斜角=20°時(shí)，整個(gè)井身的井斜水平偏移差為129.82 m。隨著井斜角的增大，整個(gè)井身的井斜水平偏移差將會(huì)明顯增大。

3 實(shí)際應(yīng)用

茂15-1示范區(qū)有102口斜井，除2口井(茂15-27-斜4、茂15-32-斜3)測(cè)斜點(diǎn)有異常外，根據(jù)其余100口斜井資料，分別利用不考慮磁偏角和考慮磁偏角2種算法進(jìn)行斜井校正處理，結(jié)果如表2所示。

表2 2種算法偏移差對(duì)比情況Table 2 Comparison of deviation values through two algorithms

續(xù)表2序號(hào)井號(hào)目的層橫坐標(biāo)目的層縱坐標(biāo)未考慮磁偏角考慮磁偏角橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)偏移差橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)偏移差67M15-28-S321614755505055421614739.135050572.224.1521614736.685050539.9123.1168M15-28-S421615300.65050522.121615295.45050447.1175.1721615306.455050518.077.169M15-29-S121613820.85050040.721613862.815050058.245.5121613818.485050043.273.4670M15-29-S221614882.45050020.321614875.145050053.5334.0121614882.235050021.170.8971M15-29-S321615475505010121615495.165050023.8979.721615496.785050102.8821.8672M15-2-S121612947.15057573.321612954.355057549.9424.4621612924.195057619.6151.6773M15-30-S121613841504977821613828.245049787.816.0921613835.215049769.929.9474M15-30-S221614230.75049780.221614228.425049720.0760.1721614241.715049775.2912.0675M15-30-S321615474.45049805.621615409.645049702.15122.0521615472.645049772.1733.4876M15-31-S121614027504932521613936.215049299.6194.2721614032.415049309.0616.8377M15-31-S221614672.95049325.921614681.335049385.0959.7921614664.595049328.548.7278M15-31-S321615299.15049331.621615307.835049276.0456.2421615301.095049335.414.379M15-32-S221614693.15049035.121614647.35049085.0667.7821614686.615049028.689.1380M15-3-S121611660505716121611733.675057185.3877.621611651.285057162.778.981M15-3-S221612307.125057219.7321612313.875057227.810.5221612353.315057183.8258.5182M15-3-S321612931.175057193.6121612890.115057175.2744.9721612928.135057239.4745.9683M15-3-S421613557.55057153.421613620.835057151.8663.3521613544.815057156.3313.0284M15-4-S121610474.55056931.621610515.215057035.7111.7821610464.615056947.9819.1385M15-5-S121610550.85056665.821610531.765056727.764.7621610535.555056648.6822.9386M15-5-S221611110.35056782.321611125.095056764.9122.8321611112.915056795.5313.4887M15-5-S321611719505669221611705.925056722.7133.3821611710.525056704.1814.8488M15-5-S421612275505670121612290.745056617.7684.7221612303.295056706.5228.8289M15-6-S121610669.25056319.821610710.215056325.1441.3621610669.015056322.863.0790M15-6-S221611870.85056279.521611921.795056290.0152.0621611863.885056286.9810.1991M15-6-S321612234505630421612286.855056344.8266.7821612223.725056308.0911.0692M15-7-S221611902.35056141.121611933.375056154.6133.8821611899.165056155.8215.0593M15-7-S321612230505607621612236.445056108.6133.2421612216.815056066.5116.2594M15-7-S421612827505601821612826.365055951.8966.1121612828.25056022.54.6695M15-7-S521613266.185055949.7721613298.955055973.4840.4521613267.475055916.133.6996M15-7-S621613848.795055741.2921613810.965055697.4857.8821613820.745055740.2428.0797M15-8-S121610720.35055905.521610686.585055896.5434.8921610725.175055899.937.498M15-8-S221611306.75055927.621611244.55055923.4262.3421611289.425055910.7424.1499M15-8-S321611929.75055894.721611917.665055897.5812.3821611930.145055900.395.71100M15-9-S121610739.55055662.221610661.835055651.7178.3821610746.595055653.4911.23平均 51.74 11.26

由表2中可以看出，當(dāng)不考慮磁偏角時(shí)，M15-30-S3井偏移差最大為122.05 m，而當(dāng)考慮磁偏角時(shí)，該井偏移差為33.48 m，后者僅為前者的27.4%。當(dāng)不考慮磁偏角時(shí)，M15-12-S3井偏移差最小為6.34 m；而當(dāng)考慮磁偏角時(shí)，該井偏移差為1.73 m，后者僅為前者的27.3%。

整體上看，當(dāng)不考慮磁偏角時(shí)，偏移差范圍為6.34～122.05 m，平均偏移差為51.74 m；而考慮磁偏角時(shí)，偏移差范圍為0.89～58.51 m，平均偏移差為11.26 m，后者僅為前者的21.8%，說明通過磁偏角校正處理，可以大大地提高計(jì)算坐標(biāo)的準(zhǔn)確度，滿足油田開發(fā)生產(chǎn)的需要。

4 測(cè)井質(zhì)量對(duì)斜井井位的影響

影響測(cè)井質(zhì)量的因素主要包括測(cè)井儀器、測(cè)井環(huán)境、測(cè)井時(shí)間及測(cè)井干擾因素等，如M15-27-斜4、M15-32-斜3在一些深度處，方位角發(fā)生突變，從而導(dǎo)致了斜井井位計(jì)算不準(zhǔn)確，如圖1、圖2所示。建議加強(qiáng)測(cè)井曲線質(zhì)量的檢查驗(yàn)收工作。

圖1 茂15-27-斜4井方位角隨深度變化情況Fig.1 Change of azimuth angle with the depth for M15-27-S4

圖2 茂15-32-斜3井方位角隨深度變化情況Fig.2 Change of azimuth angle with the depth for M15-32-S3

5 結(jié)論及建議

(1)在不考慮磁偏角和考慮磁偏角這2種情形下，2種算法計(jì)算出的井斜段水平偏移差與該井斜段井斜角的正弦值呈正比關(guān)系，其比例系數(shù)為0.1×sin(δ/2)。

(2)統(tǒng)計(jì)該區(qū)100口斜井資料，考慮磁偏角計(jì)算所得的井斜段水平偏移都比不考慮磁偏角時(shí)計(jì)算所得要小。