夏環(huán)宇，倪益民，陳洪亮，陳鵬飛，吳事難

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司，廣東湛江 524057）

基于油氣藏特點、生產(chǎn)要求、環(huán)境限制、成本控制等技術(shù)和經(jīng)濟的原因，連通井成為部分油氣藏開采的有效手段，另外在一些特殊情況下，也需用到井眼連通技術(shù)。因常規(guī)井眼軌跡測量方法存在橢圓誤差，該誤差隨著井深增加而增大，造成對地下井眼相對位置的準確判斷難度極高，影響測量精度及連通成功率。目前測距工具（技術(shù)）主要針對兩個井眼的相對位置進行測量和計算，消除了橢圓誤差的影響，并保證了較高的精確度。目前該技術(shù)發(fā)展較為成熟，已廣泛應(yīng)用于煤層氣U型井、SAGD井、救援等[1-7]井中，其他特殊用途井[8-11]也有少量應(yīng)用。

1 典型的連通方式

從油氣生產(chǎn)的角度出發(fā)，井眼之間的連通通常被泛指為井筒內(nèi)流體的連通。本文中將被連通的井（老井）稱為目標井，新井稱為接力井。基于連通井的概念，連通方式一般分為兩類：直接連通和間接連通，間接連通典型的有救援井和SAGD井。

1.1 直接連通

直接連通指接力井進入到目標井井眼，根據(jù)兩井眼方位關(guān)系可以分為順接和對接兩種（圖1、圖2）。其中，順接井在連通點處，兩井夾角小于90°。

圖1 直接連通方式示意圖-順接Fig.1 Schematic diagram of direct connection modes-sequential connection

圖2 直接連通方式示意圖-對接Fig.2 Schematic diagram of direct connection modes-docking

其中，順接井常見于救援井中，對接井主要用于特殊用途。

1.2 間接連通

間接連通指井眼之間并未直接連通，而是通過特定技術(shù)手段為井眼之間的流體提供運移通道，該方式的核心是通過流體壓差實現(xiàn)的連通（圖3）。常用輔助連通的技術(shù)手段有加熱、壓裂、定向射孔等。

圖3 間接連通方式示意圖Fig.3 Schematic diagram of indirect connection modes

2 工具原理

傳統(tǒng)軌跡測量方法[12-13]基于地球重力加速度（陀螺）或者地球磁場（MWD），從一口井的井口開始測量，軌跡上某點的實際坐標范圍具有不確定性，普遍認為是以測量結(jié)果為中心的橢球形狀，平面內(nèi)稱為誤差橢圓，而且誤差隨著井深增加逐漸累積，誤差橢圓呈增大的趨勢，這樣在地下，尤其在深井之間的連通幾乎是不可能的。

井間精確測量工具令這一難題有了解決的可能。測距工具基于電磁測量原理，以目標井內(nèi)金屬（如套管）剩磁或者人工磁場為對象，探測該磁場并利用軟件計算，確定兩口井軌跡上任意兩點的空間相對位置關(guān)系，并可保證較高的精度，指導(dǎo)并實現(xiàn)連通作業(yè)。如圖4：其中A為目標井軌跡上的一點，B為接力井軌跡上的一點，測距工具可判斷A點和B點中心的直線距離、方位和傾角關(guān)系。與常規(guī)MWD測量不同的是：MWD測量大地磁場，而測距工具測量目標井某點磁場。

圖4 測距參數(shù)示意圖Fig.4 Schematic diagram of measuring principle

3 工具分類

根據(jù)測距工具的特性及目標井情況，通常將其分為：主動和被動式、或（目標井）可入和不可入式。

3.1 主動式和被動式

主、被動式測距的區(qū)別在于工具是否對自身、鉆井管串或者目標井套管等施加人為電磁影響，可施加影響的為主動式，否則為被動式。

主動測距儀器令測距信號更強，范圍更大，精度更高；被動測距主要利用MWD測距，普遍時效更高。

3.2 可入式和不可入式

根據(jù)目標井筒的可入性，又可以將測距工具分為（目標井）可入式和（目標井）不可入式。顧名思義，測距工具可以下入到目標井進行測量的叫可入式工具，否則為不可入式。

可入式工具通?？稍谀繕司邢氯霚y量工具組件，以配合接力井鉆進時的測量工作，提高測距范圍、靈敏度、以及結(jié)果的準確性；不可入式工具不能直接進入目標井，可對其施加的人為影響有限，該工具性能通常低于可入式工具，常用于事故井（如救援井）中。

3.3 典型工具介紹

國內(nèi)外工具種類較多，功能也不盡相同，按主被動分類。主動式工具或技術(shù)主要有哈里伯頓旗下的Sperry公司的WellspotTM系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)電磁測距技術(shù)RMRS、單芯電纜電磁測距SWG、主動式電磁測距RGR、MGT技術(shù)，中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所（廊坊）的“慧磁”SmartMag測距技術(shù)，中石油集團名下西部鉆探鉆井工程院的RMS-Ⅰ型磁定位系統(tǒng)與中國石油鉆井工程技術(shù)研究院的DRMTS-Ⅰ遠距離穿針定位系統(tǒng)等；被動式有Sperry公司的PMR磁測距技術(shù)、Scientific Drilling的MagTraC技術(shù)及Shell[14]的PWT測距技術(shù)等。

如圖5所示，工具種類以主動式為主，其中主動式工具通常是可入式的，典型的有RMRS，不可入式較少（如Wellspot）；被動式較少，目前市面上的被動式工具均為目標井不可入式，典型的有Magtrac。目標井可入時，亦可使用不可入式工具，條件允許時，各類工具可按需配合使用，有助于提高連通效率。

圖5 工具分類比例示意圖Fig.5 Schematic diagram of tool classification scale

4 工具核心部件及性能參數(shù)

作為一種新型的工具/技術(shù)，它具有與常規(guī)測斜工具不同的組成部分，其核心部分由磁發(fā)射、接收設(shè)備和配套軟件組成。

4.1 磁發(fā)射和接收設(shè)備

因井眼連通的軌跡精確測量要求，井間精確測量工具通常采用特有的磁發(fā)射和接收設(shè)備，通過人為附加電磁場的方式以增加測距范圍、提高測距靈敏度和測距精度。因部分目標井的特殊性，無法采用人工磁場的測量方式，這類型工具常見于目標井不可入的情況，其性能稍弱于其他井間精確測量工具。磁發(fā)射和接收設(shè)備分為兩大類。

4.1.1 專有設(shè)備

測距工具專有的磁發(fā)射和接收設(shè)備主要使用在目標井可入式井中（圖6）。典型的磁發(fā)射設(shè)備有旋轉(zhuǎn)磁短節(jié)、可通電線圈、電纜等，用來產(chǎn)生人工磁場；接收設(shè)備主要為磁場、加速度、磁通門等傳感器組成，用于檢測人工磁場并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬉怨┓治觥?/p>

圖6 磁發(fā)射和接收裝置及工作示意Fig.6 Schematic diagram of magnetic transmitting and receiving device and operation

4.1.2 MWD+套管剩磁/電流激勵裝置

磁發(fā)射和接收設(shè)備分別為套管剩磁/電流激勵裝置+MWD，也就是說，在目標井連通段附近，如果有套管或落魚等金屬件，則僅通過MWD的測量數(shù)據(jù)也可以指導(dǎo)完成連通作業(yè)。該種模式下，MWD工具在測斜的同時，將套管剩磁或電流激勵裝置產(chǎn)生人工磁場的數(shù)據(jù)記錄在內(nèi)，通過軟件對該數(shù)據(jù)進行分析、提取和處理，判斷出井間的相對位置關(guān)系。以上裝置主要應(yīng)用于目標井不可入的連通井測距作業(yè)中。

4.2 軟件

無論是使用專有設(shè)備還是MWD完成測距工作，均需根據(jù)目標井內(nèi)的電磁信號準確判斷兩井軌跡上某點間的相對空間位置關(guān)系，通常每種工具均有其配套使用的軟件。軟件的功能主要是鑒別目標井磁場并計算確定磁源的空間位置。值得一提的是，常規(guī)井中，MWD收集的主要信號是用作測斜，套管剩磁信號屬于干擾信號，而在測距過程中，套管剩磁為有用信號，需進行信號甄別和處理，保留套管剩磁信號，并在此基礎(chǔ)上進行位置計算。

4.3 工具參數(shù)

因井眼連通對軌跡的精確要求，對于測距工具，最重要的參數(shù)是測量距離和精度。另外，連通井技術(shù)越來越多的應(yīng)用于深井中，工具耐溫性能也是非常關(guān)鍵的。其次，不同的工具在尺寸、耐壓、下入方式、測距時間等均有差別，在作業(yè)前需要考慮，按需選取。目前典型井間精確測量工具的參數(shù)見表1。

表1 典型工具參數(shù)表Table 1 typical tool parameter

4.3.1 測量距離

測量距離是測距工具非常重要的指標，較大的測量距離為測距作業(yè)留足軌跡調(diào)整的余地，提高一次連通的概率，保證較高的連通成功率?？偟膩碚f，主動測距工具的測量距離較大，不同工具測距范圍差異性較大，各工具最大測距在15～198 m（SWG）之間；被動式測量距離相對較小，因其均探測套管剩磁，測距范圍受套管直徑、接箍等影響較大，通常最大測距在5～23 m之間。

4.3.2 精度

地下兩井眼之間的直接連通，要求測距工具在測距范圍內(nèi)有極高的精度。例如一口接力井的215.9 mm井眼需要重入到目標井244.4 mm套管中，那么若要保證鉆頭完全重入到套管內(nèi)，工具在重入點的測量誤差不得超過14 mm，約為鉆頭直徑的7%，這是常規(guī)測斜工具難以達到的精度要求。

測距工具的精度與兩井距離有關(guān)，總的來說，兩井距離越小，電磁信號越強，測量精度也越高，反之亦然。該工具的特性使得其在重入點的測距誤差幾乎為零，可滿足連通需要。

4.3.3 耐溫

隨著深井和高溫高壓井數(shù)量的不斷增加，測距工具也將面臨高溫的挑戰(zhàn)。因普通磁測量工具及MWD耐溫有限，所以傳統(tǒng)的測距工具耐溫大約在120 ℃左右。目前，一些廠家研發(fā)的電流激勵工具，如WellspotTM等，將工具的耐溫提高到了200 ℃左右。

5 工具的選擇及應(yīng)用

5.1 工具的選擇

根據(jù)以上分析，認為根據(jù)連通方式、目標井可入性、接入點管柱情況等，可對連通工具適用性做快速判斷。其他如溫度等參數(shù)，也對連通工具的選擇有一定的限制。圖7總結(jié)了連通工具選擇步驟，可作為工具初選方面的參考。

圖7 工具選擇步驟圖Fig.7 Selection steps of the tool

5.2 應(yīng)用實例

某油田一口需要重入的連通目標井，該井為氣井，已投產(chǎn)，井型為大斜度井，最大井斜69°，井深7 591 m，目的層溫度為179.7 ℃。該井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見表2。

表2 某井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表Table 2 Data sheet of well structure for some wells

根據(jù)圖7，該井為可入型目標井；根據(jù)新井井位與目標井位置關(guān)系，采用順接的連通方式，考慮主被動工具配合使用；接入點管柱為套管，主被動工具均可選用。根據(jù)套管層次，連通點宜選擇在244.4 mm或者177.8 mm套管處，避免涉及穿兩層套管的情況；考慮工具耐溫，連通點若選擇在溫度高于120 ℃的位置，則必須考慮使用耐溫的wellspot工具。

6 結(jié)論

（1）井間精確測量是關(guān)注兩井間相對位置關(guān)系的測量方法，井間精確測量工具以其特殊的測量原理使井間精確測量技術(shù)成為可能。

（2）根據(jù)工具的不同用途，井間精確測量工具分為不同類別，在工具的選用中應(yīng)根據(jù)目標井實際情況進行針對性優(yōu)選。

（3）井間精確測量工具的核心部件為磁發(fā)射和接收設(shè)備，工具主要參數(shù)為精度和測距，在連通井設(shè)計中，以上因素需重點考慮。

（4）連通井工具的選擇需要從連通方式、目標井可入性、接入管柱情況等方面綜合考慮。