復雜結構井磁導向鉆井技術進展
高德利, 刁斌斌     
石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(北京)), 北京 102249
摘要: 復雜結構井可以有效提高復雜油氣田單井產量和最終采收率,磁導向鉆井技術是復雜結構井鉆井的核心技術之一。總結了近年來磁導向鉆井技術的主要研究進展,包括鄰井距離隨鉆電磁探測系統、螺線管組隨鉆測距導向系統及三電極系救援井與事故井連通探測系統等主要研究成果,重點論述了磁導向鉆井的技術原理及井下磁信標、弱磁探測儀、測距算法及糾偏控制方法等關鍵技術,并介紹了磁導向鉆井技術在SAGD雙水平井、連通井、救援井及叢式井鉆井防碰中的現場應用情況。其中,鄰井距離隨鉆電磁探測系統已在稠油SAGD雙水平井鉆井中得以成功應用,不僅在注入井水平段實現了磁導向水平鉆進,而且在造斜井段也實現了磁導向鉆進。分析認為,需加強多學科協同創新研究,以進一步提高磁導向鉆井系統的耐溫性能或研發新型耐高溫磁導向鉆井系統,實現磁導向鉆井技術在復雜結構井的推廣應用,提高鉆井效率,保證鉆井作業安全。
關鍵詞: 復雜結構井     水平井     定向鉆井     鄰井距離     測距工具     磁導向鉆井    
Development of the Magnetic Guidance Drilling Technique in Complex Well Engineering
GAO Deli, DIAO Binbin     
Key Lab of Petroleum Engineering of the Ministry of Education, China University of Petroleum(Beijing), Beijing, 102249, China
Abstract: A complex well that display the characteristics of horizontal wells is an advanced well type and it effectively enhances single-well productivity and ultimate recovery in complicated oil and gas fields. The magnetic guidance drilling technique is one of the core techniques in complex well engineering. This paper presents the development of magnetic guidance drilling techniques, which involve the electromagnetic ranging tool for determining adjacent well distance while drilling, the electromagnetic ranging system based on a solenoid assembly while drilling, the ranging system based on three-electrode array for guiding a relief well to intersect a blowout well. This paper focuses on the introduction of technical principles, downhole magnetic beacons, downhole weak magnetic detectors, ranging algorithms, well trajectory control and other key techniques related to magnetic guidance drilling. The electromagnetic ranging system for the determination of adjacent well distance while drilling has been used successfully in the magnetic guidance drilling of twin horizontal SAGD wells for heavy oil development. It has been confirmed that the ranging system can be used to guide the well trajectory in directional drilling not only in horizontal sections but also in the building up sections. By strengthening coordinated researches involving multiple disciplines, the temperature-resistance performances of the magnetic guidance drilling systems can be further enhanced, and innovative high-temperature magnetic guidance drilling system can be developed. The application of magnetic guidance drilling techniques in complex wells can effectively enhance drilling efficiency and promote safety performances of such drilling operations.
Key words: complex well     horizontal well     directional drilling     adjacent well distance     ranging tool     magnetic guidance drilling    

以水平井為基本特征的復雜結構井,是高效開發低滲透、非常規及海洋油氣等復雜油氣田的主要井型[1]。利用水平井、加密井和叢式井開發低滲透、頁巖油氣、致密油氣等低品位油氣資源,利用雙水平井、U形水平井等開發稠油、油砂及天然氣水合物等固態油氣資源,利用連通井開發煤層氣、鹽礦等,在國內外均取得了良好的開發效果。復雜結構井鉆井過程中要求精確測量鄰井距離,以使相鄰兩口井連通或按設計間距定向鉆進,僅僅依靠傳統的測斜工具與鄰井距離掃描計算難以滿足實際的測控精度要求。理論和實踐證明,磁導向鉆井技術可以避免井眼軌跡測量誤差的累積,能夠滿足鄰井距離精確測控的技術要求,已成為復雜結構井鉆井的核心技術之一。

研究磁導向鉆井技術,最初是為了引導救援井與事故井的有效連通。救援井的井眼軌跡控制難度較大,傳統測斜工具獲得的井眼位置往往存在累積誤差[2-4],難以實現救援井與事故井的精確連通。1980年,C.L.West及A.F.Kuckes等人[5-6]研發了ELREC(extended lateral range electrical conductivity)工具,并多次成功引導救援井與事故井的有效連通,表現出磁導向鉆井技術在連通控制作業方面的優越性。1985年,A.F.Kuckes等人成立了Vector Magnetics公司,磁導向鉆井技術進入了快速發展階段,ELREC工具也改稱為Wellspot工具。1990年,Vector Magnetics公司申請了SWG(single wire guidance)工具的專利,并成功應用于定向鉆井鄰井防碰中[7-9]。1992年,A.F.Kuckes等人[10]提出利用交變磁場和靜磁場強度梯度確定救援井與事故井的矢量距離的方法,并研發了Wellspot RGR工具,與Wellspot工具相比,測距精度有所提高。1993年,Vector Magnetics公司與Sperry Sun Drilling Services公司合作,共同研發了MGT(magnetic guidance tool)工具,這也是首個用于稠油SAGD雙水平井磁導向鉆井的電磁探測工具[11-12]。迄今,國外約95%的SAGD雙水平井在鉆井時應用了MGT工具,并在21世紀初應用MGT工具鉆成了世界上第一口U形水平井[13-14]。為了實現SAGD雙水平井磁導向鉆井的近鉆頭探測,A.G.Nekut等人[15]又研發出RMRS(rotating magnet ranging system)工具,并于2001年進行了成功試驗。但是,由于RMRS工具在測距時間、耐溫性能和工具成本等方面不如MGT工具[13],所以RMRS工具在SAGD雙水平井磁導向鉆井中并沒有得到很好的推廣應用。之后,RMRS工具的功能得到進一步擴展,可以用于煤層氣(coalbed methane,CBM)水平連通井磁導向鉆井中[16]。2010年,在墨西哥“深水地平線”鉆井平臺井噴事故處理中,Vector Magnetics公司利用Wellspot工具和WSAB(wellspot at bit)工具成功引導了救援井與事故井的有效連通,充分體現了磁導向鉆井技術的重要作用[17]。另外,其他相關技術服務公司也對磁導向技術進行了研究,例如,Scientific Drilling International公司研發了MagTraC工具[18]

我國自2004年在煤層氣開發工程中引進并應用RMRS工具以來,積極開展了磁導向鉆井技術的研究,在井下磁信標、弱磁探測儀、測距算法及糾偏控制等方面取得了一系列研究成果,并在SAGD雙水平井、煤層氣連通井等復雜結構井磁導向鉆井中得到成功應用。

1 井下磁信標

井下磁信標是磁導向鉆井系統的信號源,包括主動磁信標和被動磁信標。Wellspot工具、Wellspot RGR工具和WSAB工具的磁信標是聚集了電流的事故井套管,MGT工具的磁信標是通電螺線管,RMRS工具的磁信標是永磁短節,這些磁信標都屬于主動磁信標。主動磁信標產生的磁場一般比較強,而且可以比較準確地計算其大小。因此,利用主動磁信標作為信號源的磁導向鉆井系統一般都具有測距范圍大、精度高的特點。被動磁信標主要指鄰井套管,其磁場主要來源于機械加工、磁探傷和地磁場的磁化。因此,被動磁信標的磁場很微弱,而且難于估算。目前,MagTraC工具采用被動磁信標作為信號源。

井下磁信標周圍空間的磁場分布,是研究磁導向鉆井技術的理論基礎。筆者及其團隊自2006年開始對磁導向鉆井技術進行研究,并陸續取得一系列研究成果:2008年,利用計算任意形狀永磁體磁場的積分表達式,給出了井下管柱形永磁體的三維空間磁場分布計算公式[19];2011年,基于磁偶極子模型,推導了計算旋轉永磁短節遠場磁場分布的表達式,給出了獲得磁短節等效磁矩的連續和不連續測量法,并指出連續測量法更易于現場應用[20];2014年,利用鏡像電流分析法,揭示了井下電磁源磁場強度在井下套管鐵磁環境下的衰變機理[21];2015年,建立了井下螺線管的電流層模型,并用離散模型給出了螺線管磁場的計算方法[22]。另外,宗艷波等人[23]也基于磁偶極子模型,得到了計算旋轉磁短節遠場磁場分布不同形式的表達式。

在我國磁導向鉆井作業中,永磁短節的使用較為廣泛。然而,永磁短節緊鄰鉆頭,降低了下部鉆具組合的破巖和造斜能力,且不利于控制井眼軌跡。為此,朱昱等人[24]分析了磁短節內部永磁體幾何參數對磁短節磁場強度的影響,為永磁體結構的優化提供了理論依據;刁斌斌等人[25]提出了一種更有利于井眼軌跡控制的磁短節,并定量分析了其機械強度和對下部鉆具組合的影響。

在以永磁短節為井下磁信標的磁導向鉆井過程中,有時永磁短節表面會吸附大量鉆井磨損產生的鐵屑,從而嚴重影響了測量精度。筆者提出了以正交兩列螺線管組作為井下磁信標的思路,可以通過斷電的手段,使表面吸附的鐵屑自動脫落,該螺線管組可以產生類似于旋轉磁短節產生的交變磁場,其測距算法與使用磁短節的算法基本相同[26]。筆者進一步提出了一種利用雙螺線管組作為井下磁信標的方法[27-28],其設計方法與單螺線管組基本類似,但尚未獲得工程應用與驗證,有待進一步深入研究。

2 井下弱磁探測儀

井下弱磁探測儀用來檢測井下磁信標產生的微弱磁場,并將接收到的磁信號從井下傳輸到地面計算機,為磁導向鉆井測距計算軟件提供必要數據。目前,我國主要研究了可用于探測旋轉磁短節磁場的井下弱磁探測儀,其基本功能主要包括[1]:1)實時測得探管自身的井斜角和方位角,以確定探管自身的姿態;2)實時測得磁短節在測量點的磁場強度矢量;3)通過實時測量系統硬件所在位置的溫度,對因溫度產生的探管測量誤差進行修正;4)測量信號能夠及時通過電纜傳到地面,并通過地面采集處理系統進行實時分析。井下磁信號的主要特征為[29]:1)井下磁信號屬微弱信號,其幅度隨傳播距離的三次方急速衰減,在所需測距范圍內,信號幅度從幾千納特急速衰減至幾納特;2)井下磁信號具有超低頻、窄帶、頻變等特征,其頻率會隨著鉆頭轉速的改變在2.0~4.0 Hz范圍內變化;3)井下磁信號中含有大量電磁干擾和噪聲,當測量距離超過30 m之后,有用信號已基本上被干擾和噪聲所淹沒。

為了檢測磁短節產生的交變磁場,筆者等人[30]發明了一種用于鄰井距離隨鉆電磁探測的測量儀。梁華慶等人[29, 31-32]根據磁短節在井下所產生磁場的特點,提出了信號采集系統的設計方案,設計了基于低噪聲、低零漂放大器的通帶平滑的窄帶濾波放大電路,并提出了一種基于離散傅里葉變換(DFT)雙峰值的信號提取算法,可自動跟蹤鎖定井下交變磁場信號頻率,精確提取信號的幅值,有效解決了強干擾、大噪聲背景下微弱頻變磁場信號的高精度檢測問題。在此基礎上,筆者等人[33-34]進一步設計了井下弱磁探測儀的整體結構,研制了井下探管和地面接口箱,同時研發了數據采集軟件,形成了可現場應用的井下弱磁探測儀。

3 磁導向鉆井測距算法

磁導向鉆井測距算法,是指利用由井下磁信標產生的磁信號、隨鉆測斜數據和井口坐標等數據,確定正鉆井與已鉆井空間相對位置的計算方法,也是磁導向鉆井系統地面軟件的核心算法。筆者等人在磁導向鉆井技術研究過程中,對磁導向鉆井測距算法進行了重點研究。

王德桂、高德利[19, 35]由管柱形磁體的空間磁場規律模型得到了管柱形磁源與探管之間矢量距離的基本計算公式。該公式可用于連通井和SAGD雙水平井磁導向鉆井,避免了磁導率的復雜計算。同時,他們還分析了管柱形磁源在巖層中的磁干擾規律。筆者等人[36-38]研究了利用旋轉磁短節產生的交變磁場確定鄰井距離的計算方法,該方法可用于SAGD雙水平井和連通井磁導向鉆井。基于磁短節的磁偶子模型,用數學方法論證了探管記錄的軸向磁信號兩個振幅最大值之間的距離等于雙水平井水平段間距的結論,給出了當雙水平井水井段平行時利用探管檢測的磁信號計算雙水平井水平段相對方位的計算公式,介紹了測距導向算法應用于雙水平井中的主要步驟,同時進行了實例驗證[37]。在稠油SAGD雙水平井磁導向鉆井中,磁導向鉆井系統的井下探管要下入篩管完井的生產井中,因此探管檢測數據將受到嚴重的鐵磁干擾。為了滿足現場需求,筆者給出了一種消除井下管柱鐵磁干擾的校正方法,并在稠油SAGD雙水平井磁導向鉆井中得到了成功應用[33]。筆者等人[38]進一步介紹了雙水平井造斜井段的測距算法,指出可以利用電磁信號等數據,通過坐標變換,結合水平段磁測距計算求得造斜井段磁短節到探管的方向,并把兩口井造斜井段的空間位置分解為共面會聚/發散和異面兩種情況,用αβ分別表征兩口井的會聚/發散程度和異面程度。其中,兩口井共面會聚/發散時磁短節到探管徑向距離r01和兩口井異面時磁短節到探管徑向距離r02的計算公式為:

(1)
(2)

其中

(3)
(4)
(5)
(6)

式中:w1w2分別為兩口井共面會聚/發散工況下,Bw的幅值達到兩個最大值時磁短節所在井深,m;i為虛數單位;w3w4分別為兩口井異面工況下,Bw的幅值達到兩個最大值時磁短節所在井深,m;Bw為探管處由磁短節產生磁場的磁感應強度在正鉆井井眼延伸方向上的分量,T。

上述方法需要磁短節隨鉆頭旋轉鉆進一段距離,不僅測量時間長,而且也會影響測距計算結果的精度。為此,筆者提出了一種利用兩個磁通門傳感器同時檢測旋轉磁短節產生的磁信號來確定雙水平井間距的方法,并給出了相應的計算公式[39]

同時,筆者等人也對其他磁信標的磁導向算法進行了初步研究:當螺線管長度不大于測量距離的五分之一時,可以用磁偶極子模型分析螺線管產生的磁場,并給出了考慮雙水平井不平行程度的測距算法[40];研究了Wellspot工具的工作原理和測距算法,并研制了試驗樣機,分析了井下電極注入地層的交變電流、井下電極與探管間距等因素對測量精度的影響[40-41];提出了利用三電極系向地層中注入電流的思路,可以顯著增加套管上聚集的電流,給出了相應的測距算法,分析了該探測系統探測精度的影響因素,并與救援井與事故井單電極連通探測系統進行了對比分析,為我國研發具有自主知識產權的救援井與事故井連通探測系統奠定了基礎[42-44];開展了叢式井隨鉆電磁防碰技術研究,提出了利用磁化相鄰已鉆井套管實現隨鉆防碰的思路,揭示了鄰井套管被磁化后的磁場分布規律,提出了相應的鄰井距離計算方法,分析了影響探管處磁感應強度的因素,并研制了叢式井隨鉆電磁防碰系統的原理樣機,驗證了該方法的可行性[45-46]

此外,國內其他學者對磁導向鉆井測距算法也進行了研究。宗艷波等人[23, 47]利用旋轉磁短節產生磁場的特征信號,給出了確定鉆頭到目標靶點的算法,而該特征信號可以通過希爾伯特變換對三軸可測磁信號進行相位解調和幅度解調而獲得,并進行了試驗研究。田雨等人[48]給出的有源交變磁場導向定位方法和曹向峰等人[49]介紹的旋轉磁場測距導向系統的導向定位算法,均與宗艷波等人所用算法類似。

4 磁導向鉆井糾偏控制計算方法

對于雙水平井、連通井和救援井等復雜結構井磁導向鉆井而言,鄰井距離的測控方法不同于傳統的井眼軌跡測斜與控制方法。現以稠油SAGD雙水平井磁導向鉆井為例,注入井水平段的井眼軌跡與生產井實鉆井眼軌跡平行且相距一定距離,在磁導向鉆井過程中,可以測得鉆頭到生產井的垂直距離和左右偏移,而鉆頭處的井斜角和方位角不能直接測得,因而注入井的實鉆井眼軌跡糾偏控制計算難以直接應用基于測斜數據的傳統糾偏控制計算方法。

筆者等人依據注入井采用傳統井眼軌跡控制技術井段的測斜數據和磁導向井段的兩井垂直間距及左右偏移,利用多項式擬合的方法,獲得了注入井當前井底的井斜角和方位角;以生產井井口位置為原點,分別以正北、正東和重力方向作為N軸、E軸和V軸(垂深)的正向,建立笛卡爾坐標系ONEV,在該坐標系中,將生產井的水平段實鉆井眼軌跡上任意一點的V軸坐標減去設計間距,其他坐標保持不變,得到的點都可能是糾偏目標點。實際上,符合實際情況最優的糾偏目標點只有一個,因而可以通過試算的方法確定糾偏目標點,結合傳統的定向鉆井糾偏控制方法確定注入井磁導向鉆井井段的糾偏井眼軌跡,以及下一步鉆進所需的造斜工具裝置角和糾偏井段的長度,基本計算流程如圖 1所示[50]。鑒于SAGD雙水平井的復雜性和特殊性,可應用生產井靶區鉆遇率、注入井垂直距離合格率、注入井水平距離合格率、SAGD雙水平井平行度和注入井井眼軌跡離散點分布狀況等5個參數,綜合評價稠油SAGD雙水平井磁導向鉆井的井眼軌跡質量[51]

圖 1 稠油SAGD雙水平井磁導向鉆井糾偏控制計算流程 Fig.1 Deviation control calculation of magnetic guidance drilling in SAGD horizontal wells for heavy oil development

相比傳統的定向井井眼軌跡控制,連通井磁導向鉆井連通控制也具有自己的特點,主要表現在中靶精度要求高和磁短節對井眼軌跡控制影響較大。在水平井與直井連通中,一旦井眼軌跡控制不當,錯過水平井與洞穴的連通,則需要回填后側鉆進行下一次嘗試;在定向井(或水平井)與水平井連通中,如果不能實現一次性連通,則需要將垂深抬高進行下一次嘗試。喬磊等人[52]認為水平連通井的磁導向鉆井井眼軌跡控制主要參數為方位角,并基于連通井段磁測距和方位偏差,結合穩斜扭方位或全力扭方位模式建立了水平井與直井連通的井眼軌跡控制模型。席寶濱、高德利等人[53-54]結合水平井對接連通的特點,提出了連通過程中井眼軌跡控制計算方法,并將定向井(或水平井)與水平井的連通過程類比于飛機的降落過程,采用穩斜扭方位模式建立了其井眼軌跡控制模型。

5 工程應用 5.1 SAGD雙水平井

1996年,國內在遼河油田杜84塊首次進行了SAGD雙水平井的先導試驗并獲得成功,但由于應用傳統的測斜工具,兩口水平井的水平段空間相對位置未完全達到設計要求,導致投產后產量與預測產量有較大差異[55]。2008年,遼河油田首先引進Halliburton公司的MGT磁導向鉆井技術,成功解決了稠油SAGD雙水平井鉆井井眼軌跡精細控制的難題;同年,新疆油田采用MGT工具順利鉆成了4對SAGD雙水平井,在風城油田重32井區建立了首個SAGD雙水平井試驗區[56]。2009年,MGT磁導向鉆井技術又在風城油田重37井區進行了成功應用[57]

筆者等人自主研發的鄰井距離隨鉆電磁探測系統[58-59],于2012年在新疆風城油田多組稠油SAGD雙水平井的注入井水平段磁導向鉆井中得以成功應用,2013年又率先在造斜井段實施了磁導向鉆井,并取得了良好的應用效果。

5.2 連通井

為了實現煤層氣資源的高效開發,我國于2004年完成了第一口煤層氣多分支水平連通井,并首次應用了RMRS[60]。在煤層氣鉆井施工時,一般先鉆一口直井并采用洞穴完井,該直井既便于后續的水平井連通作業,又可用于排水采氣生產井。在該基礎上實施主水平井連通作業,當主水平井鉆至距洞穴50 m時,采用磁導向鉆井系統引導主水平井與直井洞穴精確連通。之后,該技術在我國煤層氣、鹽礦、堿礦和芒硝礦等礦產資源開采中得到推廣應用[61-73]

近年來,我國自主研發了可用于連通作業的鄰井距離隨鉆電磁探測系統、DRMTS遠距離穿針工具及SmartMag鉆井中靶導向系統。其中,DRMTS工具已在多個煤層氣主水平井連通作業中獲得應用[74-76],SmartMag工具在鹽礦和堿礦開采鉆井中取得了良好的效果[77-80]

5.3 救援井

文23-6X井是冀中坳陷霸縣凹陷文安斜坡文23斷塊上的一口開發井,2005年3月6日,該井在鉆至井深2 704.52 m時發生漏失,強行起鉆4柱后發生地層垮塌,鉆具卡死,采取爆炸松扣只起出鉆桿9柱加1個單根,后用反扣倒出2根鉆桿,魚頂預計在井深284.53 m左右,魚底在井深2 584.00 m左右,多次探魚頭無果,無法進行打撈作業,致使該井報廢。由于該井關系到文23儲氣庫的成敗,因此,華北油田于2010年決定對該井進行修復,耗時4個月,鉆新井眼6個,但未發現魚頭。2013年,華北油田在國內首次引進MagTraC工具,嘗試鉆文23-6J平行救援井,從魚底下部連通文23-6X井,歷時近6個半月,鉆了5個井眼,第5個井眼在井深2 587.50 m處碰到落魚,在2 573.00~2 584.00 m和2 666.00~2 668.00 m兩個井段貼近老井眼,與老井眼距離都不大于1.50 m,然后定方位復合射孔擠水泥,經負壓測試驗證,文23-6X井封堵成功,達到了文23氣藏建庫要求[81]

5.4 叢式井防碰

在我國,磁導向鉆井技術在叢式井防碰中的應用尚屬空白。在國外,雖然關于磁導向鉆井技術用于叢式井防碰的相關文獻很少,但在實際工程中已有較多應用。文獻[9]介紹了Vector Magnetics公司研發的SWG工具在高密度叢式井防碰中的應用,該工具的硬件主要包括產生磁場的測井電纜和井下電磁探管,電纜末端接一電極放入已鉆井中,通入已知電流強度的低頻交變電流或直流電后,電纜周圍產生一定強度的磁場,并可由井下探管檢測到該磁場,同時傳輸到地面進行測距計算,從而確定正鉆井到相鄰已鉆井的矢量距離。另外,Scientific Drilling International公司研發的MagTraC工具,也在叢式井防碰工程中成功應用了300多井次,與SWG工具相比,應用MagTraC工具時,在已鉆井中不需要下入其他儀器,不會影響已鉆井的正常作業,因而在叢式井防碰中更具優勢。

6 結論

1)在復雜結構井定向鉆井中,對鄰井距離測控的要求越來越高,磁導向鉆井技術可以有效提高復雜結構井鄰井距離測控的精度和效率,具有良好的推廣應用前景。

2)井下磁信標、井下弱磁探測儀、測距算法及糾偏控制等軟硬件,是磁導向鉆井的關鍵技術,在國內外受到廣泛關注,其研發與工程應用已經取得了重要進展。

3)在高溫高壓鉆井工況下,磁導向鉆井目前面臨的主要技術瓶頸是井下探測儀器的耐高溫性能,有必要進一步加強多學科協同創新研究,以提高磁導向鉆井系統的耐溫性能或研發新型耐高溫磁導向鉆井系統。

4)在磁導向鉆井中,地層、鐵磁物質等復雜因素對電磁探測信號的影響較大,今后有必要進行大量的模擬試驗與理論分析,科學認識其影響規律,不斷提高鄰井距離電磁探測精度,以滿足各種復雜地質條件下實際工程的技術要求。

參考文獻
[1] 高德利. 復雜結構井優化設計與鉆完井控制技術[M]. 東營: 中國石油大學出版社 ,2011 : 1 -14. GAO Deli. Optimized design and control techniques for drilling & completion of complex-structure we11s[M]. Dongying: China University of Petroleum Press , 2011 : 1 -14.
[2] WOLFF C J M, de WARDT J P.Borehole position uncertainty analysis of measuring methods and derivation of systermatic error model[R].SPE 9223, 1981.
[3] WILLIAMSON H S.Accuracy prediction for directional measurement while drilling[R].SPE 67616, 2000. http://www.docin.com/p-947162053.html
[4] TORKILDSEN T, HAVARDSTEIN S T, WESTON J L, et al.Prediction of wellbore position accuracy when surveyed with gyroscopic tools[R].SPE 90408, 2008.
[5] KUCKES A F.Plural sensor magnetometer arrangement for extended lateral range electrical conductivity logging:US4323848[P].1982-04-06. http://www.freepatentsonline.com/4323848.html
[6] WEST C L, KUCKES A F, RITCH H J.Successful ELREC logging for casing proximity in an offshore Louisiana blowout[R].SPE 11996, 1983.
[7] KUCKES A F.Borehole guidance system having target wireline:US5074365[P].1991-12-24. http://www.freepatentsonline.com/5074365.html
[8] TARR B A, KUCKES A F, AC M V.Use of new ranging tool to position a vertical well adjacent to a horizontal well[R].SPE 20446, 1990. http://www.osti.gov/scitech/biblio/5158659
[9] MALLARY C R, WILLIAMSON H S, PITZER R, et al.Collision avoidance using a single wire magnetic ranging technique at Milne point, Alaska[R].SPE 39389, 1998. http://dx.doi.org/10.2523/39389-ms
[10] KUCKES A F.Alternating and static magnetic field gradient measurements for distance and direction determination:US5305212[P].1994-04-19.
[11] KUCKES A F.Method and apparatus for measuring distance and direction by movable magnetic field source:US5485089[P].1996-01-16.
[12] KUCKES A F, HAY R T, McMAHON J, et al.New electromagnetic surveying/ranging method for drilling parallel horizontal twin wells[R].SPE 27466, 1996.
[13] VANDAL B, GRILLS T, WILSON G.A comprehensive comparison between the magnetic guidance tool and the rotating magnet ranging service:Canadian International Petroleum Conference, Calgary, Alberta, June 8-10, 2004 [C].
[14] DEAN L, FERNANDO B.U-tube wells-connecting horizontal wells end to end case study:installation and well construction of the world's first U-tube well[R].SPE 92685, 2005. http://www.onepetro.org/conference-paper/spe-92685-ms
[15] NEKUT A G, KUCKES A F, PITZER R G.Rotating magnet ranging-a new drilling guidance technology:SPE/CIM Eighth One-Day Conference on Horizontal Well Technology, Calgary, Alberta, Canada, November 7, 2001[C].
[16] RACH N M. New rotating magnet ranging systems useful in oil sands, CBM developments[J]. Oil & Gas Journal , 2004, 102 (8) : 47–49.
[17] 李峰飛, 蔣世全, 李漢興, 等. 救援井電磁探測工具分析及應用研究[J]. 石油機械 , 2014, 42 (1) : 56–61. LI Fengfei, JIANG Shiquan, LI Hanxing, et al. Analysis of electromagnetic probe for relief well[J]. China Petroleum Machinery , 2014, 42 (1) : 56–61.
[18] DUNCAN L. MWD ranging-a hit and a miss[J]. Oil Gas-European Magazine , 2013, 39 (1) : 24–26.
[19] 王德桂, 高德利. 管柱形磁源空間磁場矢量引導系統研究[J]. 石油學報 , 2008, 29 (4) : 608–611. WANG Degui, GAO Deli. Study of magnetic vector guide system in tubular magnet source space[J]. Acta Petrolei Sinica , 2008, 29 (4) : 608–611.
[20] 刁斌斌, 高德利, 吳志永. 磁短節等效磁矩的測量[J]. 石油鉆采工藝 , 2011, 33 (5) : 42–45. DIAO Binbin, GAO Deli, WU Zhiyong. Measurement of magnetic sub equivalent moment[J]. Oil Drilling & Production Technology , 2011, 33 (5) : 42–45.
[21] 朱昱, 高德利. 井下電磁源磁場在鐵磁環境下的衰變機理研究[J]. 石油礦場機械 , 2014, 43 (8) : 1–7. ZHU Yu, GAO Deli. Study on the magnetic field decay mechanism of downhole electromagnetic source in the ferromagnetic environment[J]. Oil Field Equipment , 2014, 43 (8) : 1–7.
[22] 朱昱.井下電磁信號源及其分布規律研究[D].北京:中國石油大學(北京), 2015. ZHU Yu.Research on downhole electromagnetic source and magnetic field distributions[D].Beijing:China University of Petroleum(Beijing), 2015.
[23] 宗艷波, 張軍, 史曉鋒, 等. 基于旋轉磁偶極子的鉆井軌跡高精度導向定位方法[J]. 石油學報 , 2011, 32 (2) : 335–339. ZONG Yanbo, ZHANG Jun, SHI Xiaofeng, et al. A high-precision guidance method of wellbore trajectory based on the rotary magnetic dipole[J]. Acta Petrolei Sinica , 2011, 32 (2) : 335–339.
[24] 朱昱, 高德利. 旋轉磁導向系統井下磁源優化設計[J]. 石油鉆探技術 , 2014, 42 (3) : 102–106. ZHU Yu, GAO Deli. Design optimization of downhole magnetic source for rotary magnetic ranging system[J]. Petroleum Drilling Techniques , 2014, 42 (3) : 102–106.
[25] 刁斌斌, 高德利, 岑兵, 等. 雙水平井隨鉆磁導向系統井下磁源設計[J]. 石油機械 , 2016, 44 (4) : 106–111. DIAO Binbin, GAO Deli, CEN Bing, et al. Design of downhole magnetic source of magnetic guidance system for drilling twin parallel horizontal wells[J]. China Petroleum Machinery , 2016, 44 (4) : 106–111.
[26] 高德利, 刁斌斌.一種螺線管組隨鉆電磁測距導向系統:ZL201010145020.X[P].2014-04-01. GAO Deli,DIAO Binbin.A electromagnetic ranging system based on a solenoid assembly while drilling:ZL201010145020.X[P].2014-04-01.
[27] 高德利, 刁斌斌.一種雙螺線管組隨鉆電磁測距導向系統:ZL201010193984.1[P].2013-01-16. GAO Deli, DIAO Binbin.A electromagnetic ranging system based on dual solenoid assemblies while drilling:ZL201010193984.1[P].2013-01-16. http://www.wenkuxiazai.com/doc/cbcde432580216fc700afd51.html
[28] DIAO Binbin, GAO Deli. Study on a ranging system based on dual solenoid assemblies, for determining the relative position of two adjacent wells[J]. Computer Modeling in Engineering & Sciences , 2013, 90 (1) : 77–90.
[29] 時東海, 梁華慶, 史超. 旋轉磁場井間測距信號采集系統的設計與實現[J]. 電子設計工程 , 2013, 21 (23) : 123–127. SHI Donghai, LIANG Huaqing, SHI Chao. Design of signal acquisition circuits for rotating magnetic ranging system[J]. Electronic Design Engineering , 2013, 21 (23) : 123–127.
[30] 高德利, 吳志永.一種用于鄰井距離隨鉆電磁探測的測量儀:ZL200910210078.5[P].2012-10-31. GAO Deli, WU Zhiyong.A measuring instrument for adjacent well distance electromagnetic detection while drilling:ZL200910210078.5[P].2012-10-31.
[31] 梁華慶, 耿敏, 高德利.一種用于旋轉磁場井間測距的頻變信號消噪方法及裝置:ZL201210165021.X[P].2013-12-04. LIANG Huaqing, GENG Min, GAO Deli.A frequency-varying signal de-noising method and device for rotating magnet ranging system:ZL201210165021.X[P].2013-12-04.
[32] 梁華慶, 耿敏, 時東海, 等. 旋轉磁場井間隨鉆測距導向系統中微弱頻變信號的檢測方法[J]. 中國石油大學學報(自然科學版) , 2013, 37 (4) : 83–87. LIANG Huaqing, GENG Min, SHI Donghai, et al. A weak and frequency-varying signal detection method for rotating magnet ranging system[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science) , 2013, 37 (4) : 83–87.
[33] GAO Deli, DIAO Binbin, WU Zhiyong, et al. Research into magnetic guidance technology for directional drilling in SAGD horizontal wells[J]. Petroleum Science , 2013, 10 (4) : 500–506. DOI:10.1007/s12182-013-0301-6
[34] 吳志永, 高德利, 刁斌斌. SAGD雙水平井隨鉆磁導向系統的研制及應用[J]. 電子測試 , 2014 (21) : 107–109. WU Zhiyong, GAO Deli, DIAO Binbin. Dual horizontal well drilling SAGD development and application of magnetic guidance system[J]. Electronic Test , 2014 (21) : 107–109.
[35] 王德桂.底部鉆具動態特性和磁特性的測量研究[D].北京:中國石油大學(北京), 2008. WANG Degui.Study on measurements of dynamic and magnetic characteristics for BHA[D].Beijing:China University of Petroleum(Beijing), 2008. http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y1282549
[36] 高德利, 刁斌斌, 張輝.一種利用探管接收磁短節產生的磁信號確定鉆頭與直井靶點相對位置的方法:ZL200910210079.X[P].2012-08-22. GAO Deli, DIAO Binbin, ZHANG Hui.A method for obtaining the relative position between drilling bit and target point using the magnetic signals received by downhole probe tube and generated by magnetic sub:ZL200910210079.X[P].2012-08-22.
[37] 刁斌斌, 高德利, 吳志永. 雙水平井導向鉆井磁測距計算方法[J]. 中國石油大學學報(自然科學版) , 2011, 35 (6) : 71–75. DIAO Binbin, GAO Deli, WU Zhiyong. Magnet ranging calculation method of twin parallel horizontal wells steerable drilling[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science) , 2011, 35 (6) : 71–75.
[38] DIAO Binbin, GAO Deli. A magnet ranging calculation method for steerable drilling in build-up sections of twin parallel horizontal wells[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering , 2015, 27 (3) : 1702–1709.
[39] DIAO Binbin, GAO Deli. A new rotating magnet ranging method for drilling twin parallel horizontal SAGD wells[J]. Petroleum Science and Technology , 2013, 31 (24) : 2643–2651. DOI:10.1080/10916466.2011.580305
[40] 李翠, 高德利. 救援井與事故井連通探測方法初步研究[J]. 石油鉆探技術 , 2013, 41 (3) : 56–61. LI Cui, GAO Deli. Preliminary research on detection method for connecting relief well to blowout well[J]. Petroleum Drilling Techniques , 2013, 41 (3) : 56–61.
[41] 李翠.救援井與事故井連通探測方法研究[D].北京:中國石油大學(北京), 2014. LI Cui.Research on detection method for making relief well connected to blowout well[D].Beijing:China University of Petroleum(Beijing), 2014. http://mall.cnki.net/magazine/article/syzt201303015.htm
[42] 李翠, 高德利, 刁斌斌, 等. 基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統[J]. 石油學報 , 2013, 34 (6) : 1181–1188. LI Cui, GAO Deli, DIAO Binbin, et al. A detection system based on three-electrode array for connecting a relief well to failure well[J]. Acta Petrolei Sinica , 2013, 34 (6) : 1181–1188.
[43] LI Cui, GAO Deli, WU Zhiyong, et al. A method for the detection of the distance & orientation of the relief well to a blowout well in offshore drilling[J]. Computer Modeling in Engineering & Sciences , 2012, 89 (1) : 39–55.
[44] WU Zhiyong, GAO Deli, LI Cui, et al. Experiment research on detection tool for making relief well connect to blowout well in simulation well[J]. Electronic Journal of Geotechnical Engineering , 2014, 19 : 1945–1956.
[45] 吳志永.叢式井隨鉆電磁防碰系統設計研究[D].北京:中國石油大學(北京), 2015. WU Zhiyong.Research into the electromagnetic anti-collision system while drilling in cluster wells[D].Beijing:China University of Petroleum(Beijing), 2015.
[46] WU Zhiyong, GAO Deli, DIAO Binbin. An investigation of electromagnetic anti-collision real-time measurement for drilling cluster wells[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering , 2015, 23 (3) : 346–355.
[47] 宗艷波. 旋轉磁場定向測距隨鉆測量儀的研制與試驗[J]. 石油鉆探技術 , 2012, 40 (6) : 110–114. ZONG Yanbo. Development and field test of rotating magnetic MWD range finder[J]. Petroleum Drilling Techniques , 2012, 40 (6) : 110–114.
[48] 田雨, 王成林. 有源交變磁場導向定位方法及實驗研究[J]. 電子測量技術 , 2011, 34 (10) : 4–7. TIAN Yu, WANG Chenglin. Rotating magnetic guidance method and its experiments for measurement while drilling[J]. Electronic Measurement Technology , 2011, 34 (10) : 4–7.
[49] 曹向峰, 管志川, 劉慶龍, 等. 旋轉磁場測距系統構成及導向定位算法研究[J]. 石油機械 , 2015, 43 (11) : 54–58. CAO Xiangfeng, GUAN Zhichuan, LIU Qinglong, et al. Components of rotating magnet ranging system and its positioning algorithm[J]. China Petroleum Machinery , 2015, 43 (11) : 54–58.
[50] 童澤亮.雙水平井定向鉆井工藝研究[D].北京:中國石油大學(北京), 2014. TONG Zeliang.Study on directional drilling control in SAGD horizontal wells[D].Beijing:China University of Petroleum(Beijing), 2014.
[51] 王鵬.SAGD雙水平井軌跡控制工藝及標準化研究[D].北京:中國石油大學(北京), 2015. WANG Peng.Study on trajectory control and standardization in SAGD horizontal wells[D].Beijing:China University of Petroleum(Beijing), 2015.
[52] 喬磊, 孟國營, 范迅. 煤層氣水平井連通井組軌道設計與控制方法[J]. 煤炭學報 , 2013, 38 (2) : 284–287. QIAO Lei, MENG Guoying, FAN Xun. Design and control methods of remote intersection wells for development of coal-bed methane[J]. Journal of China Coal Society , 2013, 38 (2) : 284–287.
[53] XI Baobin, GAO Deli. Control technique on navigating path of intersection between two horizontal wells[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering , 2014, 21 (11) : 304–315.
[54] 席寶濱.U形井水平對接技術基礎研究[D].北京:中國石油大學(北京), 2015. XI Baobin.Basic research on horizontal intersection technology for U-shaped wells[D].Beijing:China University of Petroleum(Beijing), 2015.
[55] 林晶, 宋朝暉, 羅煜恒, 等. SAGD水平井鉆井技術[J]. 新疆石油天然氣 , 2009, 5 (3) : 56–60. LIN Jing, SONG Zhaohui, LUO Yuheng, et al. SAGD horizontal drilling technology[J]. Xinjiang Oil & Gas , 2009, 5 (3) : 56–60.
[56] 楊睿, 關志剛, 蔣剛, 等. 新疆風城油田SAGD平行水平井鉆井技術[J]. 石油機械 , 2009, 37 (8) : 79–82. YANG Rui, GUAN Zhigang, JIANG Gang, et al. Drilling technology of dual horizontal wells for SAGD of Fengcheng Oilfield, Xinjiang[J]. China Petroleum Machinery , 2009, 37 (8) : 79–82.
[57] 陳若銘, 陳勇, 羅維, 等. MGT導向技術在SAGD雙水平中的應用及研制[J]. 新疆石油天然氣 , 2011, 7 (3) : 25–28. CHEN Ruoming, CHEN Yong, LUO Wei, et al. Application of magnetic guidance technology in SAGD double horizontal well and development[J]. Xinjiang Oil & Gas , 2011, 7 (3) : 25–28.
[58] 高德利, 刁斌斌, 吳志永.一種鄰井平行間距隨鉆電磁探測系統:201010127557.3[P].2010-03-19. GAO Deli, DIAO Binbin, WU Zhiyong.A electromagnetic detection system for determining adjacent well parallel distance while drilling:201010127557.3[P].2010-03-19.
[59] 高德利, 刁斌斌.一種確定鄰井平行段的相對空間位置的方法:ZL201010127554.X[P].2013-03-13. GAO Deli, DIAO Binbin.A method for determining the relative position of two adjacent well parallel sections:ZL201010127554.X[P].2013-03-13.
[60] 張衛東, 魏韋. 煤層氣水平井開發技術現狀及發展趨勢[J]. 中國煤層氣 , 2008, 5 (4) : 19–22. ZHANG Weidong, WEI Wei. Status of coalbed methane horizontal well technology and trend of development[J]. China Coalbed Methane , 2008, 5 (4) : 19–22.
[61] 龔志敏, 段乃中. 嵐M1-1煤層氣多分支水平井充氣鉆井技術[J]. 石油鉆采工藝 , 2006, 28 (1) : 15–18. GONG Zhimin, DUAN Naizhong. Technology of drilling mixed with gas for Lan M1-1 coalbed gas multi-branch horizontal well[J]. Oil Drilling & Production Technology , 2006, 28 (1) : 15–18.
[62] 喬磊, 申瑞臣, 黃洪春, 等. 武M1-1煤層氣多分支水平井鉆井工藝初探[J]. 煤田地質與勘探 , 2007, 35 (1) : 34–36. QIAO Lei, SHEN Ruichen, HUANG Hongchun, et al. A preliminary study on drilling technique of Wu M1-1 CBM multi-branched horizontal well[J]. Coal Geology & Exploration , 2007, 35 (1) : 34–36.
[63] 王洪光, 肖利民, 趙海艷. 連通水平井工程設計與井眼軌跡控制技術[J]. 石油鉆探技術 , 2007, 35 (2) : 76–78. WANG Hongguang, XIAO Limin, ZHAO Haiyan. Design of interconnecting horizontal wells and wellbore trajectory control technique[J]. Petroleum Drilling Techniques , 2007, 35 (2) : 76–78.
[64] 董建輝, 王先國, 喬磊, 等. 煤層氣多分支水平井鉆井技術在樊莊區塊的應用[J]. 煤田地質與勘探 , 2008, 36 (4) : 21–24. DONG Jianhui, WANG Xianguo, QIAO Lei, et al. Application of CBM multi-branch horizontal well for drilling technology in Fanzhuang Block[J]. Coal Geology & Exploration , 2008, 36 (4) : 21–24.
[65] 黃勇, 姜軍. U型水平連通井在河東煤田柳林地區煤層氣開發的適應性分析[J]. 中國煤炭地質 , 2009, 21 (supplement 1) : 32–36, 43. HUANG Yong, JIANG Jun. Adaptability analysis of U shaped horizontal connected wells in CBM exploitation in Liulin Area, Hedong Coalfield[J]. Coal Geology of China , 2009, 21 (supplement 1) : 32–36, 43.
[66] 田中蘭, 喬磊, 蘇義腦. 鄭平01-1煤層氣多分支水平井優化設計與實踐[J]. 石油鉆采工藝 , 2010, 32 (2) : 26–29. TIAN Zhonglan, QIAO Lei, SU Yinao. Optimum design and field practice of multi-branch horizontal CBM Well ZHP01-1[J]. Oil Drilling & Production Technology , 2010, 32 (2) : 26–29.
[67] 楊力. 和順地區煤層氣遠端水平連通井鉆井技術[J]. 石油鉆探技術 , 2010, 38 (3) : 40–43. YANG Li. Remote-end horizontal communication drilling technology for coal bed methane in Heshun Block[J]. Petroleum Drilling Techniques , 2010, 38 (3) : 40–43.
[68] 王彥祺. 和順區塊煤層氣遠端連通水平井鉆井關鍵技術研究[J]. 中國煤層氣 , 2010, 7 (1) : 18–21. WANG Yanqi. Research on CBM remote horizontal connected drilling key technology in Heshun Block[J]. China Coalbed Methane , 2010, 7 (1) : 18–21.
[69] 洪常久. 水平對接井技術在天然堿礦中的應用[J]. 煤炭技術 , 2008, 27 (6) : 142–143. HONG Changjiu. Application of level docking wells in nature alkaline mine[J]. Coal Technology , 2008, 27 (6) : 142–143.
[70] 吳敬濤, 楊彥明, 周繼坤, 等. 連通水平井鉆井技術在芒硝礦中的應用[J]. 石油鉆探技術 , 1999, 27 (4) : 7–9. WU Jingtao, YANG Yanming, ZHOU Jikun, et al. Application of interconnected horizontal well drilling technology in mirabilite[J]. Petroleum Drilling Techniques , 1999, 27 (4) : 7–9.
[71] 周鐵芳, 向軍文. 采鹵對接井鉆井技術及在井礦鹽開采中的應用[J]. 中國井礦鹽 , 1996, 27 (1) : 16–19. ZHOU Tiefang, XIANG Junwen. Subsurface intersected brine development well drilling technique and its application in well and rock salt development[J]. China Well and Rock Salt , 1996, 27 (1) : 16–19.
[72] 余茂良. 對接井在江西巖鹽礦床的應用[J]. 中國井礦鹽 , 1997, 28 (2) : 25–28. YU Maoliang. Application of horizontal docking well technology in Jiangxi rock salt deposit[J]. China Well and Rock Salt , 1997, 28 (2) : 25–28.
[73] 陳霄. 淺析水平對接井技術在鹽井中的應用[J]. 中國井礦鹽 , 2012, 43 (3) : 14–16. CHEN Xiao. Brief analysis on the application of horizontal docking well technology in the salt well[J]. China Well and Rock Salt , 2012, 43 (3) : 14–16.
[74] SHEN Ruichen, QIAO Lei, FU Li, et al.Research and application of horizontal drilling for CBM[R].SPE 155890, 2012.
[75] TIAN Zhonglan, SHEN Ruichen, QIAO Lei.One new needle technology of remote intersection between two wells and application in Chinese coalbed methane basin[R].SPE 155892, 2012. https://www.researchgate.net/publication/267457582_One_New_Needle_Technology_of_Remote_Intersection_between_Two_Wells_and_Application_in_Chinese_Coalbed_Methane_Basin
[76] 羅亮, 王繼峰, 顧黎明, 等. DRMTS煤層氣遠距離穿針裝備及現場應用[J]. 長江大學學報(自科版) , 2015, 12 (8) : 51–52. LUO Liang, WANG Jifeng, GU Liming, et al. DRMTS coal-seam methane(CBM)remote intersection equipment and its field application[J]. Journal of Yangtze University(Natural Science Edition) , 2015, 12 (8) : 51–52.
[77] 胡漢月, 向軍文, 劉海翔, 等. SmartMag定向中靶系統工業試驗研究[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程) , 2010, 37 (4) : 6–10. HU Hanyue, XIANG Junwen, LIU Haixiang, et al. Industrial test research on SmartMag target-hitting guidance system[J]. Exploration Engineering(Rock & Soil Drilling and Tunneling) , 2010, 37 (4) : 6–10.
[78] 陳劍垚, 胡漢月. SmartMag定向鉆進高精度中靶系統及其應用[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程) , 2011, 38 (4) : 10–12. CHEN Jianyao, HU Hanyue. Experience on application of SmartMag high precision drilling guidance system[J]. Exploration Engineering(Rock & Soil Drilling and Tunneling) , 2011, 38 (4) : 10–12.
[79] 胡漢月, 向軍文, 陳劍垚. "慧磁"SmartMag鉆井中靶導向系統加強性工業試驗研究[J]. 中國井礦鹽 , 2011, 42 (3) : 12–15. HU Hanyue, XIANG Junwen, CHEN Jianyao. The enhanced industrial test research on smart mag Target-Hitting guide system[J]. China Well and Rock Salt , 2011, 42 (3) : 12–15.
[80] 向軍文, 胡漢月. 國產定向對接井精確中靶技術在鹽礦中的應用[J]. 中國井礦鹽 , 2010, 41 (5) : 16–18. XIANG Junwen, HU Hanyue. The application of accurate target technology of domestic directional butted-wells in salt mine[J]. China Well and Rock Salt , 2010, 41 (5) : 16–18.
[81] 熊臘生, 李振選, 劉明峰, 等. 文23-6J平行救援井鉆井技術[J]. 石油鉆采工藝 , 2014, 36 (4) : 22–25. XIONG Lasheng, LI Zhenxuan, LIU Mingfeng, et al. Drilling technology for parallel relief well of Well Wen 23-6J[J]. Oil Drilling & Production Technology , 2014, 36 (4) : 22–25.

文章信息

高德利, 刁斌斌
GAO Deli, DIAO Binbin
復雜結構井磁導向鉆井技術進展
Development of the Magnetic Guidance Drilling Technique in Complex Well Engineering
石油鉆探技術, 2016, 44(5): 1-9.
Petroleum Drilling Techniques, 2016, 44(5): 1-9.
http://dx.doi.org/10.11911/syztjs.201605001

文章歷史

收稿日期: 2016-08-12

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