世界第一口底部连通的U形水平井..doc

SPE/IADC92685 世界第一口底部连通的U形水平井 Dean Lee, SPE, Landmark Graphics Corp; Richard Hay, SPE, and Femando Brandao, Halliburton Sperry-Sun, A Division of Halliburton Energy Services 主题词：水平井、U形井、随钻测量、井眼轨迹 引 言 本文给出本研究项目涉及的范围与预期结果，其中包括对两口水平井井眼轨迹与深度的设计。 文中还包括在设计前关于使两口井成功连通应采用技术的讨论。本文将介绍保证井眼连通所用特殊设备的测定，及对磁测距方法给出两口井眼相对位置及其精度所进行的地面模拟试验。最后叙述了井场作业及所遇到的问题，并讨论了所取得的经验，这对今后的类似作业是有用的。 目标与任务 必须在明确目标与任务之后才能进行一项新技术的设计与研发。从一开始即已确定本项目是钻生产井且要注意防砂问题。两口水平井井底连通目的完全是为了科学研究，并不要求对原始设计的井眼实际产量发挥作用。本项目所可能获取认知的价值，是可能使该项技术在若干战略规划中被给予考虑。根据该思路，确定本项目的目标如下： （1）应用现有定向钻井技术，验证两水平井井底是否能够连通。成功连通的定义是：两井须用钻头钻通，且以同一钻具组合能够进入另一口水平井内； （2）通过连通点能够下入标准钢套管，以表明两口井能以固体管柱沟通。如在8-3/4″井眼内连通点处能无卡阻地下入7″套管，则认为两水平井连通成功； （3）以联接技术结合的两套管柱能够减少产层出砂。认为在第一口井使用的连接技术应越简单越好。如第一口井试验成功，今后可采用更先进的连接技术。 储层描述与地面位置 本试验的场地选在陆上，储层为疏松砂岩，其垂直深度仅为195m。原始开发设计要求在流经该油田的一条河流下钻数口水平井。认为在这些水平井中有一口井位特别适合于试用本项技术，因为只需再钻一口井就可与已有计划中的井进行连通。 因为在河的一侧已计划将钻一口井。于是第二个地面井位将选定在河对岸。两口井的地面距离约430m。 技术选用与考虑 本项目更像是为以后大规模使用该项技术的一次模拟试验。其目的在于证明，以现有的可靠技术只是采用一种新方法就能够进行水平井连通。 传统穿越河流钻井需在地面一处钻进并使井眼在河对岸另一部位钻达地面。因为此类井眼多数都比较短且钻机有足够推进力能实现短井段钻进，所以不大考虑钻具遇阻及重力影响。但用一口井钻过多孔隙压力地层后，就有防喷问题。因此必须有既能满足安全要求且又能连通两个地面井位的方法。 用两个地面井位代替一口井的显著优点是两个井位之间的水平距离比一口井所达到的至少可增加一倍，因为从两口井所允许的钻柱最大扭矩和摩阻力之和是一口井的两倍。 于是决定采用从两口井位钻进的方法。为此，必须解决两口井井底可靠连通问题，且不能失败。因为这是研究性项目，如果第一次就不成功，以后就很难再获得资金投入。我们知道蒸汽驱重力采油（SAGD）井之间的井距必须高度准确。因此首先要研究SAGD井的测距问题。为此，所研制出的方法是采用电缆供能、油管传送的磁场发生传送器（磁螺线管）和专门使用的接收器。 为优化SAGD各井的效果，不能采用在一个水平井眼之上再钻另一水平井眼的方法。传统测量方法如MWD或较精确的寻北陀螺仪等误差均较大。Wolff-de Wardt的文章指出，有些仪器累计了各连续测量段的定位不确定性。这种累计误差对于SAGD井准确钻达予定测量深度来说确实太大。为解决此问题，研制了磁导引测距系统（magnetic guidance ranging system）。该测距系统的测量误差是每10m为±0.2m，能使一口水平井眼与其它SAGD井保持相等距离。与传统仪器不同，这种磁螺线管/MWD系统的误差不是累积的。这种系统测量的是传送器（磁螺线管）与接收器（MWD探头）之间的相对位移，而不计测量仪器的累计误差。这相当于每次测量时用卷尺确定两个井眼之间的绝对距离。虽然有相对位置误差但该值很小且各深度连续测量之间不是累加的。 因该磁导引设备系用于完全不同方式下，所以进行了初次试验，以检验当两口井距离很近时仪器是否工作良好。结果表明，当改装的MWD测量传感器位于磁螺线管的灵活点（sweet spot）范围内时，磁导引系统工作很好。但当传感器之间距离小于2m时，则不可能获取精确读数，因为MWD的磁力仪将被磁饱和。一旦磁饱和后，即不可能由螺线管传输磁场强度的全部数值而得出错误读数。 在设计一种低功率螺线管时（减小线管长度或使用低强度铁磁性材料，或两种方法均用），认为用标准螺线管也许有办法解决问题。所选的方案是降低螺线管的电流强度，以便能在距离小于2m条件下使用。为此