基于梯度的单井sagd测距系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 优先权
[0002] 本申请案要求2012年12月7日申请的标题为"Gradient-based Single Well Ranging System for SAGD Application" 的美国临时申请案第 61/734, 677 号和 2012 年 12 月 10 日申请的标题为"Gradient-based Single Well Ranging System for SAGD Application"的美国临时申请案第61/735, 426号的优先权，其公开的全文以引用的方式 并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开涉及钻井筒操作，且更具体地涉及用于追踪将多个井筒相对于彼此钻出的 方法和系统。更具体地，本公开涉及用于从使用磁梯度钻出的井筒确定参考井筒的相对位 置的方法和系统。
【背景技术】
[0004] 易获取和易生产碳氢化合物资源被耗尽，越发需要更先进的回收程序。一种这类 程序是蒸汽辅助重力泄油（SAGD)，一种结合两个间隔开的井筒利用蒸汽的程序。具体地， SAGD通过将高压、高温蒸汽注入地层中而解决地层中重油的流动性问题。这种高压、高温蒸 汽减小重油的粘度以提高采油率。将蒸汽注入地层中从第一井筒（注入井）发生，所述第 一井筒在第二井筒（生产井）上方且平行于第二井筒（生产井）钻出。当围绕第一井筒的 地层中的重油粘度减小时，重油泄入下方第二井筒中，从所述第二井筒采油。优选地，在彼 此相距仅几米的位置上钻出两个井筒。注入井筒的布置需以非常小的距离裕度实现。如果 注入井筒定位为太靠近生产井筒，那么生产井筒将暴露于非常高的压力和温度。如果注入 井筒定位为距离生产井筒太远，那么SAGD工艺的效率减小。为了协助确保第二井筒根据需 要相对于第一井筒钻出及定位，通常进行地层中两个井筒的勘探。这些勘探技术传统上被 称作"测距"。
[0005] 电磁（EM)系统和方法常用于测距以确定两个井筒之间的方向和距离。在EM测距 系统中，细长导电管柱（诸如井筒套管）被安置在一个井筒中。这种井筒通常被称作"目 标"井筒且通常代表SAGD注入井筒。在任意情况下，通过低频电流源将电流施加至目标井 筒导电管柱。电流沿着井筒套管流动并且泄漏至地层中。电流产生围绕目标井筒的EM场。 使用安置在另一个井筒中的电磁场传感器系统测量来自目标井筒套管上的电流的EM场， 所述井筒通常是在被钻过程中的井筒。这个第二井筒通常代表SAGD生产井筒。测量到的 磁场随后可用于确定两个井筒之间的距离、方向和角度。其中电流被注入目标井筒以引致 磁场的测距系统被称作"主动"测距系统。
[0006] 已用于EM测距的一个解决方案是使用测距装置来在后一个井被钻时，直接感测 并且测量两个井之间的距离。利用两个井（注入井和生产井）中的设备的两种众所周知的 商用方法基于旋转磁铁或磁制导技术。但是，这些方法非期望之处在于其需要两个单独和 不同的团队来管理每个井筒中的设备，即，生产井筒处的电缆团队和注入井处的随钻测井 团队，其成本效率低。一种现有技术方法仅利用单个井筒（注入井筒）中的设备来将电流 传输至目标井筒（生产井筒），在其之后，使用绝对磁场测量来计算距离。这种方法的一大 缺陷在于所述方法可能由于目标管上电流的变化而产生不可靠的结果。
【附图说明】
[0007] 将从下文给出的详细描述及从本公开的各种实施方案的附图更全面理解本公开 的各种实施方案。在附图中，相同参考数字可指示相同或功能类似的元件。元件首次出现 的附图大致由相应参考数字中的最左数字指示。
[0008] 图1图示SA⑶钻井操作中基于梯度的单井筒测距系统的实施方案。
[0009] 图2图示减压井筒操作中基于梯度的单井筒测距系统的实施方案。
[0010] 图3图示基于梯度的井筒测距系统的源和绝缘体构造的多个实施方案。
[0011] 图4图示基于梯度的井筒测距系统的基于梯度的测量原理。
[0012] 图5图示基于梯度的井筒测距系统的电极阵列构造。
[0013] 图6图示基于梯度的井筒测距系统的基于磁梯度的测量原理。
[0014] 图7图示基于梯度的井筒测距系统的3、4和8偶极配置。
[0015] 图8是图示磁场的绝对测量对梯度测量的不确定性的曲线图。
[0016] 图9图示使用基于梯度的井筒测距系统测量距离的方法。
[0017] 图10是利用磁场梯度的基于梯度的井筒测距系统的测距方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018] 上述公开可在各种实例中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和明了 的目的且其本身不规定所讨论的各种实施方案和/或构造之间的关系。此外，空间相对术 语，诸如"之下"、"下方"、"下"、"上方"、"上"、"井上"、"井下"、"上游"、"下游"和类似术语可 为了便于描述在本文中用于描述一个元件或特征与如图中所示的另一个（其它）元件或特 征的关系。空间相对术语旨在涵盖使用或操作中的设备除图中描绘的定向外的不同定向。 例如，如果图中的设备被颠倒，那么被描述为在其它元件或特征"下方"或"之下"的元件将 定向为在其它元件或特征"上方"。因此，示例性术语"下方"可涵盖上方和下方的定向。设 备可以其它方式定向（旋转90°或以其它定向），且本文中所使用的空间相对描述词同样 可相应地解释。
[0019] 首先参考图1和图2,第一井筒10从地层的地面13自井口 11延伸至地层12中。 细长导电构件14沿着井筒10长度的至少一部分安置在井筒10内，所述细长导电构件14 大致在井筒10内定向为与井筒10轴向对准。井筒10可下套管或无套管。在井筒10下套 管的情况下，在一些实施方案中，导电构件14可为安置在井筒10内的套管或衬管。对于下 套管井筒或无套管井筒，在一些实施方案中，导电构件14可为管柱、工具管柱、管路、电线 或安置在第一井筒10中的其它导体。在任意情况下，意图是提供路径供电流沿着参考井筒 的大部分长度流动，且可使用服务这个目的的任意导电路径。此外，导电构件14大致安置 在井筒10以从井筒10径向向外辐射磁场。
[0020] 在一些实施方案中，第一井筒10可包括垂直井段16和定向井段18。沿着期望方 位路径和期望倾斜路径从垂直井段16钻出定向井段18。
[0021] 继续参考图1和图2,示出在被钻过程中所示的第二井筒28。钻井系统300大致 被示为与其相关。钻井系统30可包括定位在地层12上方的钻井平台32和井口设施34,包 括防喷器36。平台32可被安置用于在第二井筒28内抬高和放低传送机构48。
[0022] 传送机构48携载的是电流注入系统50。电流注入系统50包括一对电极，即发射 电极"E"和返回电极"R"。邻近传送机构48的末端附接的是电磁（EM)传感器51。在一些 实施方案中，电磁传感器51可测量磁场的至少一个分量或磁场的梯度。在一些实施方案 中，电磁传感器51可测量电场的至少一个分量或电场的梯度。EM传感器51包括至少一个 磁梯度传感器或磁梯度仪（接收器）。在任意情况下，在一些优选实施方案中，电流注入系 统50和EM传感器51被一起部署在勘测井筒中，诸如第二井筒28。电流注入系统50和EM 传感器51 -起形成EM测距工具。这些工具组件可一起包装成单个分装或其可沿着管柱分 开部署。
[0023] 在钻井系统30用于主动钻出第二井筒28的情况下，电流注入系统50和EM传感 器51可为钻井系统的井底总成（BHA) 52的部分。在这些实施方案中，传送机构48可为管 柱或钻柱，其具有附接至管柱48的末端的BHA52。BHA52包括钻头54。BHA还可包括电力 模块56 (诸如泥浆马达）、转向模块58、控制模块60和其它传感器及仪器模块62。