动调式陀螺仪数据处理解释软件开发与应用

徐建平,刘立志,尤立忠

(1.西安石油大学石油工程学院,陕西西安710065;2.大港油田测试公司,天津300280)

0 引 言

为提高油气井利用率和开发效果,地质部门在开发过程中,经常在原井眼基础上进行开窗侧钻,对井眼轨迹的准确性提出了更高的要求。以往由于受仪器精度及设备技术条件限制,井眼轨迹的测量结果往往存在较大偏差,从而影响了对地层的正确评估。所以,为了提高侧钻井的成功率,就需对某些老井复测井眼轨迹[1-2]。本文采用动调式陀螺仪进行井眼轨迹测量,为匹配仪器测量精度,测试数据处理采用空间曲线积分法,实现井眼轨迹空间展布的精细描述,开发出对应测斜资料分析方法与解释平台,为老井轨迹复测、侧钻井等提供实施依据。

1 陀螺测斜仪

常用2种陀螺测斜仪测量井眼轨迹。一种是框架式陀螺测斜仪[3],其原理是利用高速旋转的物体具有定轴性的原则实现方位测量,由于高速旋转的运动存在摩擦力,容易产生漂移,而且这种因漂移而产生的偏差会随着时间而增大。另外,框架式陀螺无法直接测量方位,需要在开始测量前用人工确定正北作为基准,这样容易带来人为误差。由于框架式陀螺测斜仪的漂移偏差无法预测和克服,导致井眼轨迹测量结果不稳定。而动调式陀螺仪采用了更为先进的挠性支撑,因而漂移很小,有效地提高了井眼轨迹测量结果的准确性。动调式陀螺测斜仪是一种精密陀螺测斜系统,采用惯性导航原理,利用挠性陀螺仪和石英挠性加速度计作为主要测量元件,通过定点测量仪器各轴的地球自转角速度和加速度分量,经过系统解算后得到当前位置的井斜度、方位角。然后,根据各测量点的方位、倾斜角确定井眼轴线的空间位置,同时为了与钻具配合,必须随时得到工具面角[4]。特别适用于有磁性干扰的丛式井、加密井的钻探测量及在完井后的套管内或钻杆内进行测量。

2 井眼轨迹曲线算法优化

井眼轨迹算法有很多种,常用方法有平均角法、圆柱螺线法、最小曲率法和曲率半径法[5-6]。这些计算方法大多是将测量段内的井眼轨迹假设为直线、折线、圆柱螺线和斜面圆弧曲线等简单曲线模型[8]。井眼轨迹计算是通过测量井眼的斜深、井斜角和方位角,然后,再用一定的计算方法将这些测量数据解释为XYZ空间坐标数据[9]。

井眼轨迹计算的积分法是一种基于空间曲线的方法,它将相邻的2个井斜测点的连线视为一渐变空间曲线[5-8],这更符合钻井工作的实际,其精度高于常用的井眼轨迹计算方法。在实际井眼轨迹测试时,通过优化工艺方案,制定合理资料录取方案,采取连续测斜或加密测点方案,可以最大程度地逼近轨迹空间曲线形态。

3 处理解释系统设计

陀螺测斜解释平台采用C#开发完成,充分利用人工智能,与上游基础数据库紧密衔接,用户仅需进行简单输入工作便可完成井眼轨迹评价,大大提高了单井处理效率。软件设计3个功能模块,主要实现数据处理、图表绘制、报告生成(见图1)。

图1 井眼轨迹模拟功能模块设计图

3.1 数据处理

动调式陀螺测井仪主要采取点测方式进行,在开窗侧钻位置或最大井斜位置采取加密测点或重复测试某深度点的工艺提高测试数据精度。在数据处理上实现数据质量自动检查,如果相邻测点测深增量ΔL=0,说明这2点为重复测试数据,需要计算其平均井斜角和方位角。再采用空间曲线积分法依次计算相邻测点垂深增量ΔH、水平位移增量ΔS、东西位移增量ΔE、南北位移增量ΔN,并对n个测点位移累积求和就是某点的垂深、水平位移、东西位移和南北位移。

3.2 图表绘制

对井眼轨迹的描述主要采用水平投影图、垂直剖面图和三维轨迹图方式。绘制水平投影图和垂直剖面图时,需要考虑实现新老井眼轨迹对比功能。因为早期的陀螺测井测量和分析误差相对较大,在开展动调式陀螺仪对老井数据进行普查,落实真正的井眼轨迹时,进行新老井眼轨迹对比绘图(见图2)。

图2 新老井眼垂直剖面、水平投影对比图

三维轨迹图主要利用计算机图形化计算,采用OPENGL绘图方式,实现井眼轨迹的三维缩放、旋转等功能,使用户对井眼轨迹走向更能直观准确地观察和掌握(见图3)。

图3 三维井眼轨迹图

3.3 报告生成

陀螺测试井眼轨迹报告内容包括井基础数据、现场测试情况、井的三维轨迹图、垂直剖面图、水平投影图、解释结论表等。井基础数据或轨迹对比所需老井井眼数据直接通过油田上游信息系统A2数据库中获取,只需输入正确的井号,便可连接A2系统。

报告形式以Word格式表现,利用Microsoft Office系统中word模板编辑功能,可以预先对报告内容进行整体编辑排版。系统以word标签查找方式,完成计算结果、各种表格、图件等内容对应添加到Word文档中,实现一键自动生成报告的功能,满足不同用户、不同地质需求,大大降低了单井处理解释时间。

4 陀螺测井技术应用

4.1 克服磁性干扰,指导加密井钻进

油田开发后期,依靠打定向井、加密井或老井侧钻稳产增效[8]。动调式陀螺测井仪由于其不受磁性干扰的特点,可以在井距较小:磁性干扰强烈的环境下,准确测取井筒的倾斜角、方位角、工具面角等参数,进一步计算可得出垂深、南北偏移、东西偏移、闭合方位等参数,指导新井钻进。

TJH油田计划在的G71井附近打1口水平井,由于该区块为低渗透区块,井距普遍较小。为了保证侧钻顺利完成,该井在侧钻过程中,对本井及邻井均分别进行了陀螺定向及测斜,发现水平井设计井眼轨迹存在问题,该井与水平井的最小距离只有18.58 m,存在安全隐患,随后根据计算结果及时调整钻井方案,保证了水平井顺利施工,投入正常生产后初期日产油近50 t。

4.2 应用陀螺定向,提高侧钻中靶成功率

在剩余油富集区实施侧钻井是老井产能建设的重要手段,陀螺定向在油田广泛用于老井开窗侧钻,减少定向时间,提高了侧钻中靶率[9-10]。

BQ油田B19-1断块计划在高部位部署BS24-7K井,实施前对BS24-7井进行陀螺测试,总水平位移与原来的认识相差204.2 m(见图4、图5),根据结果及时进行调整钻井方案,避免井位落空。该井投产后,初期日产油9.8 t。

图4 B19-1原井位图

图5 B19-1现井位图

5 结 论

(1)动调式陀螺测斜仪不受铁磁物质的影响,适用于有磁性干扰的丛式井、加密井的钻探测量及在完井后的套管内或钻杆内进行测量。无需人工校北并且采用先进的挠性支撑,更有效地提高了井眼轨迹测量结果的准确性。

(2)开发了井眼轨迹分析平台,采用与动调式陀螺测斜仪测量精度相匹配的空间曲线积分法,能够更加精细描述井眼曲线空间展布。

(3)动调式陀螺测井技术在油田落实井眼轨迹、判断油水井在油层中具体位置、指导加密井部署、提高侧钻中靶率等方面提供可靠了依据,能够取得很好的地质应用效果。