专利名称：一种用于sagd双水平井随钻电磁测距导向的计算方法
技术领域：
本发明涉及一种双水平井邻井间距随钻电磁探测计算方法，是SAGD双水平井导 向钻井控制的技术关键之一，属于石油工程技术领域。
背景技术：
在石油、天然气及煤层气开采中，双水平井、连通井及U型井等复杂结构井钻井轨 迹复杂，定向控制难度大，要求对邻井距离进行随钻精确探测。目前，国内普遍使用的随钻 测量工具不能直接测量邻井距离，因而难以满足复杂结构井邻井距离随钻探测的特殊要 求。另外，国外虽已研制出能够基本满足以上要求的随钻电磁引导系统，但其核心技术仍被 保密和垄断。因此，本发明者特研究设计了“一种邻井距离随钻电磁探测系统”(申请号 200910210076. 6)，本项发明即是该系统的核心算法，可精确计算邻井平行段的空间相对位 置。SAGD(蒸汽辅助重力泄油)技术是以蒸汽作为热源，通过热传导与热对流相结合， 实现蒸汽和油水之间的对流，再依靠原油和凝析液的重力作用采油。SAGD技术其中一种 实现方式为采取一对上下平行的水平井，位于上面的水平井作为注入井，下面的作为采油 井。为了保证SAGD技术的成功，钻井时保持S AGD两水平井水平段平行、间距误差不得超过 士 1. Om是其中的关键环节之一。然而，通过测斜计算确定双水平井间距的传统方法误差较 大，无法满足现场需求，而本项发明结合邻井距离随钻电磁探测系统可精确计算双水平井 水平段的空间相对位置，从而工程技术人员根据计算结果可有效地控制钻头运动轨迹，以 便精确保持两口井之间的相对距离和方位。邻井距离随钻电磁探测系统主要由磁短节、电磁测量仪及邻井距离测量计算方法 等组成，可以随钻探测邻井距离，精确实现复杂结构井导向钻井控制目标。磁短节是由横 行排列的多个永磁体安装在两端带有API标准口型的无磁钻铤中组成，紧跟在正钻井钻头 后，与钻具一同旋转产生交变磁场是邻井距离随钻电磁探测系统的信号源。电磁探测仪主 要由井下探管和地面系统两部分组成，其主要作用是检测与钻头串联在一起的磁短节的磁 信号，并将检测到的磁信号数据通过电缆传输到地面系统。
发明内容
本发明的目的在于根据井下探管接收到的磁信号，计算磁短节与井下探管的相对 位置，进而确定SAGD双水平井水平段的空间相对位置。邻井距离随钻电磁探测系统在SA⑶双水平井中的工作原理如
图1所示，本发明是 该系统的核心算法，提供一种确定SAGD双水平井水平段相对位置的计算方法，包括下列步 骤步骤1，提取生产井与注入井的井况信息。生产井与注入井的井眼轨迹测量信息； 生产井与注入井的井口坐标；生产井与注入井的钻盘平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)； 生产井的井身结构。
步骤2，处理提取的生产井与注入井的井况信息。步骤3，计算旋转磁短节远场的磁感应强度。步骤4，提取探管采集的磁短节产生的磁信号。步骤5，对生产井与注入井进行测斜计算，并绘出生产井与注入井的井眼轨迹剖面 图，确定双水平井水平段相对方位的范围。步骤6，利用所述处理后的井况信息、探管采集数据及测斜计算结果，计算探管与 磁短节的相对位置，进而确定生产井与注入井水平段的相对位置。所述步骤2包括步骤21，根据生产井与注入井的钻盘平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)，计算注 入井钻盘平面高度比生产井钻盘平面高度高多少或低多少。步骤22，确定井眼轨迹数据是相对于钻盘平面高度还是地面海拔高度。步骤23，根据生产井与注入井井口坐标计算生产井井口相对注入井井口的偏移。步骤24，在探管和磁短节的实际垂直深度(TVD)、北坐标(N)、东坐标(E)数据上加 上或减去所述偏移量。所述步骤4包括根据估计的双水平井水平段的间距D，用吊车、电缆车以及泵车或者修井钻机将探 管下入到生产井合适位置，探管到钻头的轴向距离大约为D。钻头继续钻进大约2倍D的距 离，记录下在这段距离探管接收到的磁信号。所述步骤6包括如图3所示，当磁短节经过探管时，探管探测的磁感应强度的Bz分量(交变磁场 传感器Z轴检测到的磁场感应强度)的幅值会经过一个最小值，两个最大值，且Bz幅值达 到两个最大值时，ζ的变化量即为两口水平井水平段的间距。如图5所示，单位矢量i、j)代表三轴交变磁场传感器的X、Y轴；单位矢量而代表t 时刻磁短节等效磁矩的方向；单位矢量^代表磁短节到探管的径向；单位矢量^正交于探管 的轴向，同时正交于单位矢量^ ； Hs代表生产井井眼高边方向；A 代表单位矢量而到单位矢 量^的夹角；Ato代表生产井井眼高边Hs到单位矢量^的夹角；Ahx代表生产井井眼高边Hs到 单位矢量^的夹角；Act代表单位矢量;f到单位矢量卩的夹角。SAGD双水平井水平段的相对方 位可由角Ato的大小确定，而角Ahr的大小等于角Ahx和角Axr的和。角Ahx的大小可由三轴 加速度传感器测得；角Act的大小可由下式求得
权利要求
1.一种利用探管接收磁短节产生的磁信号确定SAGD双水平井水平段空间相对位置的计算方法，其特征在于下列步骤步骤1，提取生产井与注入井的井况信息。生产井与注入井的井眼轨迹测量信息；生产井与注入井的井口坐标；生产井与注入井的钻盘平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)；生产 井的井身结构。步骤2，处理提取的生产井与注入井的井况信息。 步骤3，计算旋转磁短节远场的磁感应强度。 步骤4，提取探管采集的磁短节产生的磁信号。步骤5，对生产井与注入井进行测斜计算，并绘出生产井与注入井的井眼轨迹剖面图， 确定双水平井水平段相对方位的范围。步骤6，利用所述处理后的井况信息、探管采集数据及测斜计算结果，计算探管与磁短 节的相对位置，进而确定生产井与注入井水平段的相对位置。
2.权利要求1所述的利用探管接收磁短节产生的磁信号确定SAGD双水平井水平段空 间相对位置的计算方法，其特征在于，步骤2包括步骤21，根据生产井与注入井的钻盘平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)，计算注入井 钻盘平面高度比生产井钻盘平面高度高多少或低多少。步骤22，确定井眼轨迹数据是相对于钻盘平面高度还是地面海拔高度。 步骤23，根据生产井与注入井井口坐标计算生产井井口相对注入井井口的偏移。 步骤24，在探管和磁短节的实际垂直深度(TVD)、北坐标(N)、东坐标(E)数据上加上或 减去所述偏移量。
3.权利要求1所述的利用探管接收磁短节产生的磁信号确定SAGD双水平井水平段空 间相对位置的计算方法，其特征在于，步骤4包括根据估计的双水平井水平段的间距D，用吊车、电缆车以及泵车或者修井钻机将探管下 入到生产井合适位置，探管到钻头的轴向距离大约为D。钻头继续钻进大约2倍D的距离， 记录下在这段距离探管接收到的磁信号。
4.权利要求1所述的利用探管接收磁短节产生的磁信号确定SAGD双水平井水平段空 间相对位置的计算方法，其特征在于，步骤6包括当磁短节经过探管时，探管探测的磁感应强度的Bz分量(交变磁场传感器Z轴检测到 的磁场感应强度)的幅值会经过一个最小值，两个最大值，且Bz幅值达到两个最大值时，ζ 的变化量即为两口水平井水平段的间距。SAGD双水平井水平段的相对方位可由角Ahr的大小确定，而角Ahr的大小等于角Ahx和 角的和。角Ahx的大小可由三轴加速度传感器测得；角Axr的大小可由下式求得
全文摘要
一种用于SAGD双水平井随钻电磁测距导向的计算方法，主要包括采集数据的处理、旋转磁短节远场磁感应强度的计算、井眼轨迹的测斜计算及邻井平行间距算法等。在稠油、天然气水合物等非常规油气资源开采过程中，对SAGD双水平井水平段间距进行精确控制是关键技术环节之一。本发明针对这一应用背景，采用井眼轨迹测斜计算方法与随钻电磁探测相结合的手段，以实时监测双水平井水平段的空间相对位置关系。首先，利用探管接收的旋转磁短节产生的磁信号得到双水平井水平段的间距；然后，利用井眼轨迹测斜计算和随钻电磁探测信号发明了一种可以确定双水平井水平段相对方位的计算方法。本发明既可应用于SAGD双水平井导向钻井探制中，也可应用于多井防碰和三维绕障监测计算中。
文档编号E21B47/00GK102003170SQ20101051088
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月19日 优先权日2010年10月19日
发明者刁斌斌, 闫永维, 高德利 申请人:中国石油大学(北京)