SAGD双水平井水平段轨迹质量评价方法

何小东 陈 森 游红娟

（中国石油新疆油田公司工程技术研究院，新疆克拉玛依 834000）

SAGD双水平井水平段轨迹质量评价方法

何小东 陈 森 游红娟

（中国石油新疆油田公司工程技术研究院，新疆克拉玛依 834000）

引用格式：何小东，陈 森，游红娟. SAGD双水平井水平段轨迹质量评价方法［J］.石油钻采工艺，2015，37（6）：27-30，51.

双水平井SAGD技术要求注汽井与生产井的水平段轨迹保持平行。如果水平段存在较大轨迹偏差，注采井间的热连通较为困难，增加循环预热时间，影响SAGD井组的生产效果。为定量评价该类型井组的井眼轨迹质量，首次提出可用于表征SAGD双水平井井眼轨迹质量的4个新概念：生产井靶区钻遇率、注汽井垂直距离合格率、注汽井水平偏距合格率和双水平井平行度。根据双水平井间的空间几何关系并考虑靶区误差允许范围，推导出上述概念的解析计算模型。实例分析表明这几种合格率可以定量化评价SAGD双水平井的水平段轨迹质量的优劣等级，与轨迹图形反映情况较为吻合。

SAGD；双水平井；轨迹质量；评价方法；合格率

蒸汽重力辅助泄油（SAGD）技术已成为开采稠油/超稠油油藏的重要技术手段，其中一种布井方式为双水平井。双水平井间的水平段轨迹横、纵向间距均有严格要求。如果双水平井的水平段轨迹存在较大偏差，注汽井与采油井之间形成热连通较为困难，需要大幅度增加循环预热时间，对SAGD井组生产效果影响极大［1-2］。为保证SAGD井组能有较好地实施效果，除了影响SAGD技术的地质参数与注采参数外，首先应保证双水平井的井眼轨迹质量。因此，如何有效地评价双水平井的井眼轨迹质量，显得尤为重要。

目前，国内外还未见有关SAGD双水平井轨迹质量评价方面的报道。因此，笔者从SAGD双水平井轨迹质量要求出发，建立轨迹评价模型，实例分析表明该模型可以定量评价双水平井水平井段的轨迹质量优劣。

1　SAGD双水平井水平段轨迹质量要求

为方便起见，文中将生产水平井井简称为P井，注汽水平井简称为I井。

SAGD双水平井水平段的质量要求可以归结为以下两点［3］。

（1）P井水平段要求其轨迹尽量保持水平且距储层底部一定距离，即在实际的钻井施工中P井尽量严格按照设计轨道来钻进；（2）在施工I井时，实时控制I井与P井的垂直距离与水平偏距，尽量使I井与P井在空间中保持平行（距离范围一般在工程设计中给出）。

基于以上两点，提出3R概念。

（1）生产井靶区钻遇率（PTDR）。表示P井的实钻轨迹与其设计轨迹从入靶点到出靶点水平井段的重合程度。

（2）注汽井垂直距离合格率（IVPR）。表示I井垂直投影图水平段距离P井水平段的垂直距离合格率。

（3）注汽井水平偏距合格率（IHPR）。表示I井水平投影图中水平段距离P井的水平偏距合格率。

显然，PTDR体现了生产井水平段与靶区之间的吻合程度，而IVPR和IHPR则体现了P井与I井之间的空间平行度。以上3R概念表征了SAGD双水平井井眼轨迹水平段的质量要求。

2　SAGD双水平井水平段轨迹质量评价方法

2.1生产井靶区钻遇率模型

靶区钻遇率是水平段实钻井眼轨迹在遇靶区内的有效长度LE与总进尺长度LP的比率。

总进尺长度LP易求，详见参考文献［4］。下面主要介绍有效长度LE求解模型。

如图1所示，在P井实钻轨迹水平段任意取点i，假设其空间坐标为（Ei，Ni，Di），分别在垂直投影图和水平投影图作垂线得到对应点j坐标为（Ej，Nj，Dj）。由空间几何关系可知，若点i满足条件：di≤0.5Z且Si≤0.5W，则点i是在靶区内；否则在靶区外。其中di为垂直偏差，Si为水平偏差，VS为视平移，D为垂深，N为南北坐标，E为东西坐标，Z为靶窗高度，W为靶窗宽度，A、B分别为设计入靶点、出靶点，A1、B1分别为实际入靶点、出靶点。

图1　垂直投影与水平投影示意图

如图2所示，i点水平投影点为U点，则U点平面坐标为（Ei，Ni）。过U点作设计轨道水平段AB的垂线LT，与设计方位线L1交于J点（Ej，Nj）。N为纵坐标，E为横坐标，则求得LT的直线方程为

式中，φ0为设计方位角，（°）。

图2　靶区内设计与实钻轨迹水平投影示意图

已知L1的直线方程为

联立式（1）、（2）可得J点的坐标（Ej，Nj）

则垂直偏差di与水平偏差Si计算如下

统计在靶区内所有离散点的个数为np，设水平段离散间距为m米（一般取m=1），则水平段有效长度LE=m·np，计算水平段靶区钻遇率

式中，PT为P井靶区钻遇率，%。

SAGD双水平井设计轨道一般为二维水平井且水平段井斜为90°，所以以上方法适用条件如下：

（1）水平井设计轨迹的井斜角为90°；

（2）二维水平井，即水平投影图上A、B与井口在同一直线上，如需计算三维水平井中的轨迹偏差详见参考文献［5］。

2.2I井垂直距离合格率与水平偏距合格率模型

由于双井井口坐标不同，因此必须先将I井和P井变换在同一井口坐标系下。

其次建立空间几何关系模型，如图3所示。在P井实钻轨迹上的各点作一系列的铅垂线，将这些铅垂线构成一个铅垂柱面—I井投影曲面。再将I井的实钻轨迹垂直投影到投影曲面上，得到I井投影曲面轨迹［6］。

在I井上任意取一点F，它在投影曲面的投影为Q点，再将Q点垂直投影到P井轨迹上必交于一点，设为G点。则F点到Q点的距离称之为水平偏距HF，而点Q到G点的距离则为垂直距离VF。这里将F点与G点称之为对应点。水平偏距HF和垂直距离VF计算方法见参考文献［6］。

从Z方向进行分析，表2和表3中的1阶固有频率对应仿真中的整体第1阶固有频率。Z方向的1阶模态振型如图6所示。该振型为电磁铁梁Z方向的弯曲变形，电磁铁梁在Z方向相当于一个大跨度简支梁，其在Z方向的刚度比较小，所以1阶频率较低。Z方向的2阶固有频率对应仿真中的整体第3阶固有频率，Z方向的3阶固有频率对应仿真中的整体第4阶固有频率。其中,Z方向的1阶和3阶固有频率数值与对应的仿真固有频率数值吻合较好，误差较小。

图3　投影曲面示意图

假设工程设计中要求I井与P井的垂直间距和水平间距分别为VR、HR（一般HR取为0，表示两井水平投影重合），允许误差范围分别为eV、eH，则IVPR、IHPR计算步骤如下。

（1）假设I井的水平段总进尺长度为LI，将水平段测点离散化，离散间距为m米（一般取m=1）。

（2）将I井上的每个离散点F曲面投影到P井中，得到对应点G，并求出两点间的垂直距离VF和水平偏距HF。

（3）判断F点是否在允许误差范围内，判别方式如下：

①若|VR|-|eV|≤|VF|≤|VR|+|eV|，则VF在允许范围内，该点垂直距离合格，否则为不合格；②若|HF|≤|HR|+|eH|，则HF在允许范围内，该点水平偏距合格，否则不合格。

（4）统计水平段离散点垂直距离合格点个数为nv，水平偏距合格点个数为nh；则IVPR与IHPR的计算公式如下

式中，IV为I井垂直距离合格率，%；IH为I井水平偏距合格率，%。

2.3双水平井平行度（PDHW）

统计平行点数为ns，则双井水平段平行度PDHW计算公式如下

式中，Pw为双水平井平行度，%。

2.4评价参考标准

通过计算3R-1W模型的值可以判断SAGD双水平井的井眼轨迹质量优劣。根据双水平井预热循环后转抽生产条件之一：水平段连通程度大于70%。提出的轨迹质量评价参考标准如表1所示。

表1　双水平井轨迹质量评价参考标准

3　计算实例

以某油田SAGD试验区井组为例：两口井设计方位244.97°，井口相距19.24 m，P井设计垂深为225.4 m，I井设计垂深为220.4 m，水平段长400 m，设计垂距相距5 m，靶窗高度和宽度均为1 m，则垂直距离偏差范围为［4，6］，水平偏差范围为［-1，1］。

计算步骤如下（数据见表2、表3）。

（1）将P井实钻轨迹水平段数据用最小曲率法作离散化处理（取m=1）得到多个离散点，用2.1中的计算方法计算各个离散点的垂直偏差di与水平偏差Si，统计离散点在靶区范围类的个数，可得到PTDR为51.6%。

（2）将I井水平段实钻轨迹数据离散后（取m=1）用2.2中所述方法进行曲面投影，计算求出每个测点的垂直距离VF和水平偏距HF，并统计误差范围内的测点个数，得到IVPR与IHPR值分别为97.8%、84.6%。

（3）根据2.3中的方法得到PDHW值为82.5%。由评价标准表可以看出P井实钻轨迹靶区钻遇率不合格。I井的水平井段的水平距离与垂直距离控制较好，因此，双井平行度为良好。计算结果与图形反映较为相符，图4、图5分别为井组水平段垂直投影图和水平投影图，蓝线为设计轨道，红线为实钻轨迹，黑框为靶区；图5中绿线为I井，红线为P井。

表2　P井水平段实钻轨迹数据离散结果（部分）

表3　I井水平段实钻轨迹数据离散结果（部分）

图4　双水平井垂直投影图

图5　双水平井水平投影图

4　结论

（1）提出的3R-1W模型可以表征SAGD双水平井水平段的轨迹质量要求，并通过算例分析表明该方法具有较强的实用性。

（2）文中的评价方法是对SAGD双水平井水平段轨迹质量评价的首次探索，该方法可作为评价双水平井轨迹质量的一种手段，可以进一步用于现场SAGD双水平井轨迹质量评价分析。

［1］何万军，陈新文，赵睿，等. 水平井轨迹偏移对蒸汽辅助重力泄油生产的影响［J］. 新疆石油地质，2013，34（6）：669-671.

［2］章敬，易灿，张龙，等. SAGD双水平井入靶控制技术［J］.石油钻采工艺，2013，35（6）：24-25.

［3］杨睿，关志刚，蒋刚. 新疆风城油田SAGD平行水平井钻井技术［J］.石油机械，2009，37（8）：79-82.

［4］韩志勇.定向钻井设计与计算［M］.东营：中国石油大学出版社，2007.

［5］鲁港，刑玉德，王刚. 水平井实钻轨迹中靶效果分析的偏差率模型［J］.石油钻探技术，2007，35（1）：20-22.

［6］刘修善. 三维定向井随钻监测的曲面投影方法［J］.石油钻采工艺，2010，32（3）：49-53.

［7］刘修善.定向钻井轨道设计与轨迹计算的关键问题解析［J］.石油钻探技术，2011，39（5）：2-7.

［8］李琪，王涛，王再兴，等. 一种新的钻井井身质量评价方法［J］.石油钻采工艺，2015，37（2）：1-4.

［9］陈森，窦升军，游红娟，等. 风城SAGD水平井均匀配气工艺研究与应用［J］.石油钻采工艺，2012，34（2）：114-116.

［10］赵睿，杨智，吴永彬，等. SAGD循环预热阶段加速连通方法的研究及应用［J］.石油钻采工艺，2015，27（2）：67-69.

（修改稿收到日期 2015-10-27）

〔编辑 薛改珍〕

Explorations on evaluation method for trajectory quality of horizontal section of SAGD double horizontal well

HE Xiaodong，CHEN Sen，YOU Hongjuan
（Engineering and Technology Research Institute of Xinjiang Oilfield Company，CNPC，Karamay 834000，China）

The double horizontal well SAGD technology requires that the horizontal section trajectory of steam injection well remains parallel to that of production well. If the horizontal section has relatively large deviation in trajectory，the thermal connection between injection-production wells will become relatively difficult，the cyclic preheating time will increase，and the production effect of SAGD well group will be affected. In order to evaluate the wellbore trajectory quality of such type of well group in a quantitative manner，the following 4 new concepts which can be used to indicate the wellbore trajectory quality of SAGD double horizontal well have been brought forth ，production well target area encountering rate，steam injection well vertical distance pass rate，steam injection well horizontal deviation pass rate and double horizontal well parallelism. On the basis of the special geometrical relation between two horizontal wells and in consideration of the permissible error range of target area，the analytical calculation model for the abovementioned concepts has been derived. The analysis on actual cases indicates that，these pass rates can evaluate the grade of horizontal section trajectory quality of SAGD double horizontal wells in a quantitative manner，and is relatively consistent with the situation reflected by trajectory figure.

SAGD； double horizontal well； trajectory quality； evaluation method； pass rate

TE21

A

1000-7393（ 2015 ） 06-0027-05 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.007

国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发项目“美洲地区超重油与油砂高效开发关键技术”（编号：2016ZX05031）资助。

何小东，1985年生。2013年毕业于西南石油大学油气井工程专业，硕士研究生，现主要从事稠油热采SAGD技术研究工作，助理工程师。电话：0990-6883305。E-mail：hexiaodong1@petrochina.com.cn。