杜洪凌，劉瑞蘭，萬教育，姜朝民，李俊勝，丁　紅

（1.新疆油田公司開發(fā)公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026）

風(fēng)城油田超稠油區(qū)域磁偏角校正

杜洪凌*1，劉瑞蘭1，萬教育2，姜朝民2，李俊勝2，丁紅2

（1.新疆油田公司開發(fā)公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026）

新疆油田風(fēng)城區(qū)域稠油油藏儲量豐富，用常規(guī)直井開采，效率低、周期短。采用常規(guī)水平井技術(shù)開發(fā)，效果會大幅提高，但仍然不能滿足高效開采的需求。目前SAGD水平井技術(shù)作為稠油油藏開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，在新疆稠油油藏試驗和應(yīng)用，效果顯著。由于SGAD水平井是一組雙筒水平井，對工程質(zhì)量和軌跡控制要求高。目前所采用磁偏角數(shù)據(jù)為1980版中國地磁圖數(shù)據(jù)，隨著時間推移磁偏角發(fā)生變化，存在一定誤差，會影響到SAGD水平井精細(xì)控制。經(jīng)過對風(fēng)城油田超稠油區(qū)塊40km2區(qū)域磁場進(jìn)行高精度高密三分量測量，對該區(qū)域磁偏角進(jìn)行校正，以此消除影響SAGD水平井高精度軌跡控制的影響因素之一。

SAGD水平井；磁偏角；測量

1　新疆油田風(fēng)城超稠油SAGD水平井鉆井現(xiàn)狀

1978年首次提出SAGD理論技術(shù)，隨著該技術(shù)的發(fā)展，SAGD技術(shù)在稠油油藏開發(fā)中發(fā)揮的功效受到越來越多國家的重視。新疆油田公司于2008年在風(fēng)城油田建立了SAGD水平井試驗區(qū)，憑借其超越常規(guī)水平井3倍以上的產(chǎn)量，已成為油田公司不可或缺的開采超稠油油藏技術(shù)。SAGD水平井工程質(zhì)量要求非常高，為確保雙筒水平井的水平段平行，采用磁定位工具導(dǎo)向，水平井軌跡垂向誤差不超過5±0.5m，橫向誤差不超過±1m，井斜角60°以上井段造斜率小于10°/30m，井眼曲率變化不超過13°/30m，水平段垂深以上20～30m留一段井斜小于60°的穩(wěn)斜段或微增斜段，中完后技術(shù)套管下入靶窗A點。目前風(fēng)城油田重1井區(qū)、重18井區(qū)以及重32井區(qū)都在采用SAGD水平井開發(fā)稠油油藏，其測量誤差成為影響SAGD水平井軌跡精確控制的因素之一。

在定向過程中，以隨鉆測量儀器MWD為主，該儀器在井底測得磁場三分量得到井底的磁方位，再通過附加一個修正值才能得到我們所需要的真北方位，而這個修正值就是磁偏角。用磁性測斜儀測得的井斜方位角稱為磁方位角，并不是真方位角，需要經(jīng)過換算求得真方位角，這種換算稱為磁偏角校正。換算的方法如下：真方位角=磁方位角+東磁偏角；真方位角=磁方位角－西磁偏角。磁偏角是一個一直處于變化之中的量，因此，為了提高水平井中靶精度，滿足新疆油田風(fēng)城區(qū)塊水平井軌跡精細(xì)控制要求，提高油藏開發(fā)效率，有必要對風(fēng)城油田超稠油區(qū)塊40km2區(qū)域進(jìn)行高精度高密磁場三分量測量，以測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，重新測繪該區(qū)域地磁圖。將新測得的磁偏角數(shù)據(jù)輸入對應(yīng)老井資料中，對老井軌跡進(jìn)行復(fù)測。新的磁偏角數(shù)據(jù)值對提高后續(xù)水平井軌跡控制精度具有很重要的意義。

2　磁偏角隨時間的變化

磁偏角的存在根本上是由于地球自轉(zhuǎn)軸與地磁軸不重合，形成一定的角度，使得任意地點指向地理北極的方向和指向地磁北極的方向偏離了一定角度。在地球上不同的區(qū)域磁偏角也有可能不相同，而且磁偏角隨著時間的推移在一直變化，磁偏角隨時間的變化分為長期變化和短期變化，長期變化來源于地球內(nèi)部磁場，其變化周期緩慢，一般是十幾年甚至上百年。短期變化來源于電離層的潮汐運動，及太陽的活動變化，磁偏角的短期變化都是來自地球外部的空間磁場，其變化周期幾個小時至十幾天不等。根據(jù)科學(xué)家對近100年磁北極運動的研究發(fā)現(xiàn)，磁北極的運動速度有加快的趨勢，根據(jù)這一趨勢推算，未來幾年磁偏角將會產(chǎn)生2°～3°的變化。

3　磁偏角測量的國內(nèi)外現(xiàn)狀

磁偏角的現(xiàn)場測量工作受到越來越多的重視，在美國，磁偏角大范圍、高密度、高精度的測量已成為其基礎(chǔ)工作，美國所有的民航飛機都配備測量磁場三分量的儀器，這樣對于繪制高精度、高分辨率的地磁分布圖十分有利。地磁測量工作成為常規(guī)的職業(yè)，并無時無刻地進(jìn)行下去。在油田開采和使用之前，工作人員已經(jīng)根據(jù)已有的地磁圖對該地區(qū)的磁偏角進(jìn)行確定和修正。因此，在美國油田地區(qū)的磁偏角使用情況不存在精度不夠的問題。

國內(nèi)大多數(shù)油田的磁偏角都是采用中科院20世紀(jì)80年代繪制的地磁圖數(shù)據(jù)，新疆油田公司一直沿用的磁偏角是4.15°，這樣得到的磁偏角數(shù)據(jù)存在2個不確定因素：一個是時間因素，沿用80版磁偏角數(shù)據(jù)已有30年，期間磁偏角發(fā)生怎樣的變化無人可知，這可能會導(dǎo)致水平井軌跡控制的精度降低，使油層鉆遇率大大降低，甚至?xí)?dǎo)致脫靶，基于這點原因中科院已經(jīng)把地磁圖的更新時間變?yōu)?年更新一次，以此來提高磁偏角的精確度。另一個不確定因素是量算誤差，80版地磁圖存在測點不均勻的情況，而且新疆地區(qū)的測量非常稀疏，簡單的通過量算地磁圖來確定某點的磁偏角數(shù)值，會存在的非常大誤差。若磁偏角誤差達(dá)到0.17° （10′），SAGD井水平段按400m計算，通過誤差公式計算產(chǎn)生的定向井距離偏差為1.16m，這樣會造成實際井眼軌跡偏離設(shè)計，甚至?xí)?dǎo)致脫靶。

4　磁偏角測點分布方案及數(shù)據(jù)處理

目前采用磁偏角取值于1980年出版的1∶300萬的中國地磁圖，其測點精度完全不能滿足油田小范圍作業(yè)的要求。由此，我們與中科院地球物理所測量組聯(lián)合，根據(jù)風(fēng)城油田開發(fā)生產(chǎn)部署方案，本著測點分布均勻，著重測量稠油油藏主力生產(chǎn)作業(yè)區(qū)的原則，對風(fēng)城油田區(qū)域進(jìn)行了磁場、磁偏角測量：測量區(qū)域為40km2，在風(fēng)城稠油測量區(qū)域內(nèi)均勻選取32個測點（圖1）；通過避開有電磁干擾的環(huán)境測量（如變壓器、油管、儲油罐等），選擇磁場強度平靜區(qū)域布點；對當(dāng)?shù)卮牌侨兆兓M(jìn)行觀測，消除日變化對磁偏角數(shù)據(jù)的干擾，進(jìn)而保證了磁場、磁偏角觀測值準(zhǔn)確性。

圖1　測量點分布圖

本次風(fēng)城稠油區(qū)域測量，采用小尺度地磁場勒讓德多項式建模方法：

式中：x——自變量；

k——勒讓德多項式的階數(shù)；

m——求和各項的序數(shù)。

把實驗數(shù)據(jù)作為方程組輸入，把每一個數(shù)據(jù)用同一組參數(shù)的勒讓德多項式表示，然后利用最小二乘原則對系數(shù)矩陣進(jìn)行求解，得到最優(yōu)的參數(shù)解。若地磁的總強度為B，則基于勒讓德多項式所建立的區(qū)域磁異?；灸Ｐ头匠虨椋?/p>

式中：B——觀測數(shù)據(jù)；

aij——要求的參數(shù)；

N——勒讓德多項式的截止階數(shù)；

Pi（Δφ）——i階的勒讓德函數(shù)；

Δφ和Δλ——歸一化以后觀測數(shù)據(jù)所在的緯度和經(jīng)度值。

需要把觀測數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度坐標(biāo)做歸一化處理：

然后把觀測數(shù)據(jù)作為輸入建立方程組，利用已知的Pi（Δφ）或Pi-j（Δλ），簡化方程組為B=AX。其中B為觀測數(shù)據(jù)序列，B=［B1，…，Bk］T；A為勒讓德函數(shù)組成的矩陣：

式中：C-1——協(xié)方差矩陣，這里定義為單位矩陣。

采用最小曲率法作為插值方法，有利于模型的數(shù)值擬合，使數(shù)據(jù)點分布合理，經(jīng)過處理后的觀測數(shù)據(jù)再經(jīng)過插值得到的結(jié)果可以較好地控制邊界，最后把插值以后的數(shù)據(jù)矩陣加上原始數(shù)據(jù)作為方程組的輸入用于求解模型參數(shù)，從而得到模型擬合的磁場總強度等值線圖（圖2）。

圖2　磁場總強度等值線圖

5　測量的計算和分析

經(jīng)過對新疆油田風(fēng)城稠油區(qū)域已使用30年的磁偏角數(shù)據(jù)值進(jìn)行測量、校對，從測量結(jié)果上看，整個區(qū)域磁偏角變化趨勢平緩，沒有劇烈變動，最大相差0.2°。對SAGD水平井來說，400m水平井段會產(chǎn)生1.4m的偏差，而工程要求橫向誤差不超過±1m，由于磁偏角的誤差已經(jīng)造成井眼軌跡脫離靶窗，可見磁偏角數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對于井眼軌跡控制的重要性。因此在后續(xù)鉆探SAGD、火驅(qū)井等高精度軌跡控制要求的水平井時需要選用新校對后的磁偏角數(shù)據(jù)值進(jìn)行定向作業(yè)，以提高軌跡精度，滿足地質(zhì)開發(fā)的需求。

此次新疆油田風(fēng)城稠油區(qū)域采用小尺度地磁場勒讓德多項式建模方法能夠有效地反映小尺度磁場的分布情況，為地磁場在地下結(jié)構(gòu)分析、空間延拓提供了重要的方法和理論依據(jù)。磁偏角校正有利于提高井眼軌跡精度，在油藏勘探上，有利于認(rèn)識和評價含油氣構(gòu)造，提高勘探開發(fā)成功率和效益，節(jié)約鉆井投資；可以減少地質(zhì)認(rèn)識偏差，減少開發(fā)投入。

6　認(rèn)識

（1）磁偏角的測量校正對風(fēng)城油田SAGD水平井軌跡控制有著重要的意義，通過校正井口磁偏角數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確提高井眼軌跡控制精度，滿足地質(zhì)開發(fā)的需求，對水平井后期開發(fā)和上產(chǎn)提供重要支持。

（2）磁偏角的測量和校正，消除磁偏角偏差對測量精度的影響，從而提高軌跡測量的精度，滿足SAGD水平井軌跡精細(xì)控制的要求。

（3）精細(xì)的軌跡控制技術(shù)，必將最大化地發(fā)揮SAGD水平井技術(shù)優(yōu)勢和增效作用，推進(jìn)SAGD水平井在稠油開采中的規(guī)?；膽?yīng)用，為新疆及國內(nèi)稠油油藏的高效開發(fā)帶來活力和生機。

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TE132

B

1004-5716（2016）05-0056-03

2015-05-14

2015-05-14

杜洪凌（1973-），男（漢族），重慶人，高級工程師，現(xiàn)從事油田開發(fā)技術(shù)工作。