CN103277088A - Sagd水平井远程监控方法及其装置 - Google Patents

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赵金洲
胡红
张禾
马欣
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本发明涉及一种SAGD水平井远程监控方法及其装置，MGT磁源放置在完钻的生产井的靶位上，将加装有MGT磁感应传感器的MWD随钻测量装置放置在正在钻进的注气井中，二者结合，用于测量MGT磁源所产生的磁场大小，用测算得出的井斜角、方位角以及井深变化量测算注气井与生产井之间的井眼轨迹相对位置并计算井眼轨迹间距；对两口井的矢量平行进行整体监控。本发明采用MWD与MGT配合使用的方式，实时测量井眼轨迹参数，并可在监控软件中实时显示变化趋势曲线图；在数据库的基础上，运用新的算法经过数据分析计算得出井眼轨迹间距，实现井眼轨迹防碰及偏离预警；实现静态数据与随钻测量数据的融合比对，实现井场基地监控一体化。

Description

SAGD水平井远程监控方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种水平井远程监控，特别是一种SAGD水平井远程监控方法及其装置。
背景技术
目前，随着世界化石能源需求量的增加，石油开采行业加大了对稠油的开采力度。SAGD（Steam Assisted Gravity Drainage，蒸汽辅助重力泄油）平行水平井原油开采技术是通过注气井向目的层注入高干度高温蒸汽，形成蒸汽腔加热稠油油藏，使原油温度升高，黏度系数降低，在重力作用下原油被驱向位于目的层底部的生产井，然后连续采出。SAGD平行水平井原油开采工艺对注气井和生产井两口井水平段的钻进提出了较一般单井筒水平井更高的要求：首先，必须保证两口井井眼轨迹的水平段以一定的井斜角和方位角在目的层中穿行。生产井能够尽可能的位于油层底部，以保证尽可能多的原油能够采出；注气井在油层中所处的位置要保证能够在注气阶段形成并合理利用蒸汽腔。其次，必须尽可能保证两口井井眼轨迹的水平段在重力切面上平行，并保持一定的距离。井眼间距在工程技术误差允许的范围内，尽可能的保证两口井井眼轨迹水平段平行的关系；如果距离太近，容易发生汽窜，在蒸汽冷凝后形成蒸汽水锥堵塞生产井；如果距离太远，蒸汽腔就无法包裹住整个油层和生产井，影响采收率。
但是，针对SAGD平行水平井的钻井工艺特点，目前国内外还没有一套将MWD与MGT相配合，运用井斜角、方位角、井深及各自变化量等井眼轨迹参数计算井眼轨迹间距，具有集井眼轨迹监控、井眼防碰预警以及数据融合比对等功能于一体的专门用于SAGD平行水平井井眼轨迹监控的系统。现有的井眼轨迹防碰技术存在不足之处。
现有的SAGD水平井监控系统存在以下的不足之处：
1、现有的SAGD水平井监控系统中，MWD与MGT相对独立，形成的是分离监控的模式，数据信息分散，系统只能针对钻井过程的某一方面进行分离监控，破坏了数据信息之间原本存在的相互关系，无法实现对SAGD水平井的“矢量平行”的一体化集中监控，进而不能更好地确保SAGD后期注采过程的有效实施。
2、井眼轨迹间距算法是利用磁通门传感器与磁场发射源之间的距离及相对位置，在现有监控模式下，MWD与MGT系统虽然能够在一定程度上对SAGD水平井的钻进施工进行井斜角、方位角以及井眼间距的测量与监控，但是数据信息分散，监控参数之间相互独立，信息的应用需要“近似平行”的假设前提。
3、现有监控系统仅仅能对数据的变化趋势予以监控，未能将静态数据与实时曲线进行比对核实，对静态数据的真实性无法辨识，进而无法确保井眼轨迹的真实性。
发明内容
为了克服现有SAGD平行水平井井眼轨迹监控的不足，本发明提供一种SAGD水平井远程监控方法及其装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：SAGD水平井远程监控方法，MGT磁源放置在完钻的生产井的靶位上，将加装有MGT磁感应传感器的MWD随钻测量器放置在正在钻进的注气井中，二者结合，用于测量MGT磁源所产生的磁场大小，同时，用测算得出的井斜角、方位角以及井深变化量测算注气井与生产井之间的井眼轨迹相对位置并计算井眼轨迹间距；对两口井的矢量平行进行整体监控。
进一步，本发明提供一种SAGD水平井远程监控装置，包括重力加速度计、磁通门和MGT磁源，其特征在于，还包括MWD随钻测量器、数据采集器、MGT监控单元和井场监控中心；所述的重力加速度计和磁通门联接MWD随钻测量器，MWD随钻测量器通过数据采集器联接至井场监控中心；所述的MGT磁源通过MGT监控单元联接至井场监控中心；所述的井场监控中心还联接有远程传输模块、监控预警模块和真伪辨识模块。
本发明运用MWD和MGT相结合的数据采集手段，采用多源信息融合技术，基于SAGD双水平井一体化的集中监控模式，运用与之配套的井眼轨迹监控优化算法，形成一套集井眼轨迹监控、预警及静态数据真伪辨识等功能于一体的SAGD水平井集控系统，对SAGD水平井的井眼轨迹姿态和相对位置关系进行实时监控，确保SAGD水平井轨迹在目的层内的“矢量平行”，进而确保SAGD水平井注采过程的有效实施；同时，SAGD水平井一体化集控模式，将确保轨迹控制参数的真实性，更为真实地反映轨迹形态。
本发明的有益效果是：采用MWD与MGT配合使用的方式，实时测量井眼轨迹参数，并在监控软件中实时显示变化趋势曲线图，使得参数监控更加系统直观；在数据库的基础上，监控系统对所测得的井深、井斜角、方位角及其变化量等参数进行数据融合，建立空间几何数学模型，运用新的算法经过数据分析计算得出井眼轨迹间距，实现井眼轨迹防碰以及偏离预警；实现静态数据与随钻测量数据的融合比对，为甲方提供可靠的数据验证平台。远程传输系统将现场数据实时传输给指挥系统所在基地地，实现井场基地监控一体化。
附图说明
图1是本发明监控装置的结构示意图； 
图2是本发明的实施例现场示意图； 
图3是本发明实施例的预警算法示意图； 
图4是本发明实施例的预警算法判断示意图。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
SAGD水平井远程监控方法，MGT磁源放置在完钻的生产井的靶位上，将加装有MGT磁感应传感器的MWD随钻测量器放置在正在钻进的注气井中，二者结合，用于测量MGT磁源所产生的磁场大小，同时，用测算得出的井斜角、方位角以及井深变化量测算注气井与生产井之间的井眼轨迹相对位置并计算井眼轨迹间距；对两口井的矢量平行进行整体监控。
所述的MGT磁感应传感器用于测量生产井中MGT磁源所产生的磁场变化，从磁场变化中得出双水平井注气井与生产相对位置参数。
如图1所示，SAGD水平井远程监控装置，包括重力加速度计、磁通门和MGT磁源，其特征在于，还包括MWD随钻测量器、数据采集器、MGT监控单元和井场监控中心；所述的重力加速度计和磁通门联接MWD随钻测量器，MWD随钻测量器通过数据采集器联接至井场监控中心；所述的MGT磁源通过MGT监控单元联接至井场监控中心；所述的井场监控中心还联接有远程传输模块、监控预警模块和真伪辨识模块。
如图2所示，上方为注气井，下方为生产井，采用MWD随钻测量器与MGT监控单元配合使用，在已经完钻的生产井中靶点处安放磁场发射源，用以产生稳定磁场；在正在钻进的注气井中运用经过改进的MWD随钻测量器与上方的注气井中的MGT监控单元配合使用，以测量注气井的实时井斜角、方位角以及相对磁场发射源的位置和距离，基于RS485总线结构搭建监控系统的数据采集系统，采集来自各传感器的实际测量信号。
为了保证注气井与生产井井眼轨迹水平段相互平行并且之间的距离保持在设计的范围内，要对注气井的井眼轨迹进行实时监控，测量其到生产井的距离。根据MWD随钻测量器的测量原理进行测量。
井眼轨迹防碰预警算法示意如图3所示，直线BE为生产井井眼轨迹，直线AF为注气井设计轨迹，根据SAGD双平行水平井的工艺特点，将注气井实钻轨迹AD向设计轨迹所在水平面投影，得到投影直线AC，则实钻轨迹直线AD与投影直线AC之间的夹角为井斜角变化量                                                
Figure 781473DEST_PATH_IMAGE001
，投影直线AC与设计轨迹直线AF之间的夹角为方位角变化量
Figure 929427DEST_PATH_IMAGE002
。通过MWD测得A点、G点的井斜角、方位角和井深参数分别为A点
Figure 171052DEST_PATH_IMAGE003
、G点。
点J为G点在实钻轨迹投影AC直线上的投影，点L为J点在设计轨迹AF直线上的投影，点M为点L在生产井轨迹BE所在水平面的投影。
根据空间几何证明可得：点G、J、L、M共面于平面GLJ，GM⊥BE。线段GM的长度即为测量点到生产井的距离。将GM的长度与设定距离h进行比较，即可得到预警算法。在直角三角形△GLJ、直角三角形△GJA、直角三角形△ALJ中，
Figure 620805DEST_PATH_IMAGE005
；（2-1）
Figure 674080DEST_PATH_IMAGE006
；（2-2）
Figure 403002DEST_PATH_IMAGE007
；（2-3）
故
；（2-4）
设∠GLJ=
Figure 448636DEST_PATH_IMAGE009
，∠GLM=90°+
Figure 689124DEST_PATH_IMAGE009
；在△GLM中，由余弦定理可得：
Figure 639762DEST_PATH_IMAGE010
；（2-5）
在直角三角形△GJL中，
Figure 991109DEST_PATH_IMAGE011
；
又
Figure 343593DEST_PATH_IMAGE012
故有方程：
Figure 13040DEST_PATH_IMAGE013
；（2-6）
各项带入数据参数得
Figure 450974DEST_PATH_IMAGE014
；（2-7）
对实际距离|GM|与设定距离h的值做差运算，即
Figure 340433DEST_PATH_IMAGE015
（2-8）
井眼轨迹防碰预警算法判断示意如图4所示，根据式（2-8）可以看出，若差值
Figure 813003DEST_PATH_IMAGE016
大于零，则注气井测量点和生产井之间的距离超出设定距离，若
Figure 926452DEST_PATH_IMAGE016
小于零则注气井测量点和生产井之间的距离不足设定距离，这两种情况可以判定注气井井眼轨迹偏离了设计轨迹，发出预警，如图4中注气井3、4、5、6所示的位置；若等于零，则距离满足要求，如图4中注气井1、2所示的位置，但是实际距离与设定距离的差值
Figure 544832DEST_PATH_IMAGE016
等于零的情况却还无法判定注气井井眼轨迹就是位于设计轨迹之上，如图4中注气井2所示的位置。于是，还需要根据井斜角和方位角的偏差来判断。
在实际工程中，由于在地层中设定距离、测量点和测量点在生产井轨迹上的投影构成的是以测量点在生产井轨迹上的投影为圆心，以设定距离为半径的一个与井眼轨迹前进方向垂直的圆形平面。
当测量点与其投影点与之间的距离等于设定距离时，只能说明测量点位于圆上；要在判断出实际距离与设定距离之差为零的基础之上，引入井斜角和方位角的判断：如果井斜角和方位角的改变量都为零，则判定此时注气井实钻轨迹的测量点位于设计轨迹之上；如果井斜角和方位角的改变量中，至少有一个不为零，那么就可据此判定此时注气井实钻轨迹已经偏离了设计轨迹，通过真伪辨识模块后，监控预警模块发出预警警报。
根据建立的空间立体几何数学模型，将位于注气井实钻轨迹上的测量点到生产井轨迹的距离与设计距离做差运算，结合测量点与实钻轨迹上的已知点之间井斜角和方位角的变化量，综合计算判断平行井井眼轨迹之间的距离是否符合实际工程技术指标，实现SAGD双水平井的井眼轨迹防碰预警。
系统通过MWD与MGT系统各自的传感器对相应的井眼轨迹参数进行数据采集，采集到的数据信息以泥浆脉冲的形式上传至地面，解码后传输至数据采集器，此时数据采集器将数据编码，以WITS数据格式发送至井场监控中心的服务器，在井场监控中心服务器采用多源信息融合技术，运用监控预警配套算法对数据进行分析处理，实现信息的综合应用，达到集中监控SAGD水平井钻井过程的目的。数据采集方案是在Visual Studio 2010集成开发环境下采用C#语言实现TCP的连接。网络应用程序通信时，数据采集器与井场监控中心的服务器建立TCP连接后，双方通过IP层进行双向通信，都可以向对方发送数据或接收对方传来的数据。在创建连接时，数据采集器连接的目标服务器IP地址和开放端口应同服务器的IP地址和开放端吻合，服务器程序才能相应建立连接，实现双方之间的通信。
采用MWD随钻测量器与MGT磁导向工具系统配合使用，在已经完钻的生产井中靶点处安放MGT磁源，用以产生磁场；在正在钻进的注气井中运用经过改装的MWD随钻测量器与注气井中的MGT磁导向工具配合使用，以测量注气井的实时井斜角、方位角以及井眼轨迹间距。
而在地面部分，系统针对井下上传的数据信息分别通过MWD与MGT的数据采集器进行数据采集，得出相应的监控数据信息，但是并不对数据信息进行处理，而是将各自采集到的定向数据信息传送至MWD井场监控中心，将两个数据采集的数据信息进行融合，采用配套算法进行分析计算。在一体化的监控模式下，系统实施多源信息融合，恢复了数据信息之间的数学逻辑关系，实现多个信息源数据集中监控，达到对SAGD水平井钻井施工的监控，确保SAGD水平井的“矢量平行”的顺利实施。
在生产井钻进过程中，该系统通过MWD随钻测量器对生产井井眼轨迹的井斜角、方位角等数据参数进行测量，跟据测得的数据对生产井井眼轨迹进行监控；在注气井的钻进过程中，利用生产井中的MGT磁源和位于注气井中的经过改进的MWD监控单元对注气井的井斜角、方位角等参数进行测量，测量的参数将被传输到井场监控中心的数据库服务器，并运用软件对数据进行分析计算，形成实时曲线图，以监控井眼轨迹，同时根据井眼轨迹监控预警配套算法对参数改变量进行解算，对偏离轨迹的情况做出及时判断和预警，从而为后续的井眼轨迹控制系统提供参数修改方案；另外，该系统通过真伪辨识模块进行对静态测量数据的真伪辨识，为甲方提供一个数据核实的监控平台。 

Claims (3)

1.一种SAGD水平井远程监控方法，其特征在于，MGT磁源放置在完钻的生产井的靶位上，将加装有MGT磁感应传感器的MWD随钻测量器放置在正在钻进的注气井中，二者结合，用于测量MGT磁源所产生的磁场大小，同时，用测算得出的井斜角、方位角以及井深变化量测算注气井与生产井之间的井眼轨迹相对位置并计算井眼轨迹间距；对两口井的矢量平行进行整体监控。
2.根据权利要求1所述的SAGD水平井远程监控方法，其特征在于，所述的MGT磁感应传感器用于测量生产井中MGT磁源所产生的磁场变化，从磁场变化中得出双水平井注气井与生产相对位置参数。
3.一种SAGD水平井远程监控装置，包括重力加速度计、磁通门和MGT磁源，其特征在于，还包括MWD随钻测量器、数据采集器、MGT监控单元和井场监控中心；所述的重力加速度计和磁通门联接MWD随钻测量器，MWD随钻测量器通过数据采集器联接至井场监控中心；所述的MGT磁源通过MGT监控单元联接至井场监控中心；所述的井场监控中心还联接有远程传输模块、监控预警模块和真伪辨识模块。
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