风城油田超稠油区域磁偏角校正

杜洪凌，刘瑞兰，万教育，姜朝民，李俊胜，丁　红

（1.新疆油田公司开发公司，新疆克拉玛依834000；2.西部钻探定向井技术服务公司，新疆乌鲁木齐830026）

风城油田超稠油区域磁偏角校正

杜洪凌*1，刘瑞兰1，万教育2，姜朝民2，李俊胜2，丁红2

（1.新疆油田公司开发公司，新疆克拉玛依834000；2.西部钻探定向井技术服务公司，新疆乌鲁木齐830026）

新疆油田风城区域稠油油藏储量丰富，用常规直井开采，效率低、周期短。采用常规水平井技术开发，效果会大幅提高，但仍然不能满足高效开采的需求。目前SAGD水平井技术作为稠油油藏开发的关键技术，在新疆稠油油藏试验和应用，效果显著。由于SGAD水平井是一组双筒水平井，对工程质量和轨迹控制要求高。目前所采用磁偏角数据为1980版中国地磁图数据，随着时间推移磁偏角发生变化，存在一定误差，会影响到SAGD水平井精细控制。经过对风城油田超稠油区块40km2区域磁场进行高精度高密三分量测量，对该区域磁偏角进行校正，以此消除影响SAGD水平井高精度轨迹控制的影响因素之一。

SAGD水平井；磁偏角；测量

1　新疆油田风城超稠油SAGD水平井钻井现状

1978年首次提出SAGD理论技术，随着该技术的发展，SAGD技术在稠油油藏开发中发挥的功效受到越来越多国家的重视。新疆油田公司于2008年在风城油田建立了SAGD水平井试验区，凭借其超越常规水平井3倍以上的产量，已成为油田公司不可或缺的开采超稠油油藏技术。SAGD水平井工程质量要求非常高，为确保双筒水平井的水平段平行，采用磁定位工具导向，水平井轨迹垂向误差不超过5±0.5m，横向误差不超过±1m，井斜角60°以上井段造斜率小于10°/30m，井眼曲率变化不超过13°/30m，水平段垂深以上20～30m留一段井斜小于60°的稳斜段或微增斜段，中完后技术套管下入靶窗A点。目前风城油田重1井区、重18井区以及重32井区都在采用SAGD水平井开发稠油油藏，其测量误差成为影响SAGD水平井轨迹精确控制的因素之一。

在定向过程中，以随钻测量仪器MWD为主，该仪器在井底测得磁场三分量得到井底的磁方位，再通过附加一个修正值才能得到我们所需要的真北方位，而这个修正值就是磁偏角。用磁性测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位角，并不是真方位角，需要经过换算求得真方位角，这种换算称为磁偏角校正。换算的方法如下：真方位角=磁方位角+东磁偏角；真方位角=磁方位角－西磁偏角。磁偏角是一个一直处于变化之中的量，因此，为了提高水平井中靶精度，满足新疆油田风城区块水平井轨迹精细控制要求，提高油藏开发效率，有必要对风城油田超稠油区块40km2区域进行高精度高密磁场三分量测量，以测量数据为基础，重新测绘该区域地磁图。将新测得的磁偏角数据输入对应老井资料中，对老井轨迹进行复测。新的磁偏角数据值对提高后续水平井轨迹控制精度具有很重要的意义。

2　磁偏角随时间的变化

磁偏角的存在根本上是由于地球自转轴与地磁轴不重合，形成一定的角度，使得任意地点指向地理北极的方向和指向地磁北极的方向偏离了一定角度。在地球上不同的区域磁偏角也有可能不相同，而且磁偏角随着时间的推移在一直变化，磁偏角随时间的变化分为长期变化和短期变化，长期变化来源于地球内部磁场，其变化周期缓慢，一般是十几年甚至上百年。短期变化来源于电离层的潮汐运动，及太阳的活动变化，磁偏角的短期变化都是来自地球外部的空间磁场，其变化周期几个小时至十几天不等。根据科学家对近100年磁北极运动的研究发现，磁北极的运动速度有加快的趋势，根据这一趋势推算，未来几年磁偏角将会产生2°～3°的变化。

3　磁偏角测量的国内外现状

磁偏角的现场测量工作受到越来越多的重视，在美国，磁偏角大范围、高密度、高精度的测量已成为其基础工作，美国所有的民航飞机都配备测量磁场三分量的仪器，这样对于绘制高精度、高分辨率的地磁分布图十分有利。地磁测量工作成为常规的职业，并无时无刻地进行下去。在油田开采和使用之前，工作人员已经根据已有的地磁图对该地区的磁偏角进行确定和修正。因此，在美国油田地区的磁偏角使用情况不存在精度不够的问题。

国内大多数油田的磁偏角都是采用中科院20世纪80年代绘制的地磁图数据，新疆油田公司一直沿用的磁偏角是4.15°，这样得到的磁偏角数据存在2个不确定因素：一个是时间因素，沿用80版磁偏角数据已有30年，期间磁偏角发生怎样的变化无人可知，这可能会导致水平井轨迹控制的精度降低，使油层钻遇率大大降低，甚至会导致脱靶，基于这点原因中科院已经把地磁图的更新时间变为5年更新一次，以此来提高磁偏角的精确度。另一个不确定因素是量算误差，80版地磁图存在测点不均匀的情况，而且新疆地区的测量非常稀疏，简单的通过量算地磁图来确定某点的磁偏角数值，会存在的非常大误差。若磁偏角误差达到0.17° （10′），SAGD井水平段按400m计算，通过误差公式计算产生的定向井距离偏差为1.16m，这样会造成实际井眼轨迹偏离设计，甚至会导致脱靶。

4　磁偏角测点分布方案及数据处理

目前采用磁偏角取值于1980年出版的1∶300万的中国地磁图，其测点精度完全不能满足油田小范围作业的要求。由此，我们与中科院地球物理所测量组联合，根据风城油田开发生产部署方案，本着测点分布均匀，着重测量稠油油藏主力生产作业区的原则，对风城油田区域进行了磁场、磁偏角测量：测量区域为40km2，在风城稠油测量区域内均匀选取32个测点（图1）；通过避开有电磁干扰的环境测量（如变压器、油管、储油罐等），选择磁场强度平静区域布点；对当地磁偏角日变化进行观测，消除日变化对磁偏角数据的干扰，进而保证了磁场、磁偏角观测值准确性。

图1　测量点分布图

本次风城稠油区域测量，采用小尺度地磁场勒让德多项式建模方法：

式中：x——自变量；

k——勒让德多项式的阶数；

m——求和各项的序数。

把实验数据作为方程组输入，把每一个数据用同一组参数的勒让德多项式表示，然后利用最小二乘原则对系数矩阵进行求解，得到最优的参数解。若地磁的总强度为B，则基于勒让德多项式所建立的区域磁异常基本模型方程为：

式中：B——观测数据；

aij——要求的参数；

N——勒让德多项式的截止阶数；

Pi（Δφ）——i阶的勒让德函数；

Δφ和Δλ——归一化以后观测数据所在的纬度和经度值。

需要把观测数据的经纬度坐标做归一化处理：

然后把观测数据作为输入建立方程组，利用已知的Pi（Δφ）或Pi-j（Δλ），简化方程组为B=AX。其中B为观测数据序列，B=［B1，…，Bk］T；A为勒让德函数组成的矩阵：

式中：C-1——协方差矩阵，这里定义为单位矩阵。

采用最小曲率法作为插值方法，有利于模型的数值拟合，使数据点分布合理，经过处理后的观测数据再经过插值得到的结果可以较好地控制边界，最后把插值以后的数据矩阵加上原始数据作为方程组的输入用于求解模型参数，从而得到模型拟合的磁场总强度等值线图（图2）。

图2　磁场总强度等值线图

5　测量的计算和分析

经过对新疆油田风城稠油区域已使用30年的磁偏角数据值进行测量、校对，从测量结果上看，整个区域磁偏角变化趋势平缓，没有剧烈变动，最大相差0.2°。对SAGD水平井来说，400m水平井段会产生1.4m的偏差，而工程要求横向误差不超过±1m，由于磁偏角的误差已经造成井眼轨迹脱离靶窗，可见磁偏角数据的准确性对于井眼轨迹控制的重要性。因此在后续钻探SAGD、火驱井等高精度轨迹控制要求的水平井时需要选用新校对后的磁偏角数据值进行定向作业，以提高轨迹精度，满足地质开发的需求。

此次新疆油田风城稠油区域采用小尺度地磁场勒让德多项式建模方法能够有效地反映小尺度磁场的分布情况，为地磁场在地下结构分析、空间延拓提供了重要的方法和理论依据。磁偏角校正有利于提高井眼轨迹精度，在油藏勘探上，有利于认识和评价含油气构造，提高勘探开发成功率和效益，节约钻井投资；可以减少地质认识偏差，减少开发投入。

6　认识

（1）磁偏角的测量校正对风城油田SAGD水平井轨迹控制有着重要的意义，通过校正井口磁偏角数据能准确提高井眼轨迹控制精度，满足地质开发的需求，对水平井后期开发和上产提供重要支持。

（2）磁偏角的测量和校正，消除磁偏角偏差对测量精度的影响，从而提高轨迹测量的精度，满足SAGD水平井轨迹精细控制的要求。

（3）精细的轨迹控制技术，必将最大化地发挥SAGD水平井技术优势和增效作用，推进SAGD水平井在稠油开采中的规模化的应用，为新疆及国内稠油油藏的高效开发带来活力和生机。

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TE132

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1004-5716（2016）05-0056-03

2015-05-14

2015-05-14

杜洪凌（1973-），男（汉族），重庆人，高级工程师，现从事油田开发技术工作。