电磁探测定位系统及其在救援井设计中的应用

由于井眼轨迹不确定性的存在,要实现救援井与事故井的连通必须借助相应的探测定位工具,因此电磁探测定位系统的研究对于救援井方案设计及作业具有重要意义。研究分析了电磁探测定位系统的基本原理,分析了电磁探测定位系统事故井套管汇集电流计算方法及其流动分布特征;研究了救援井与事故井之间相对距离及相对方位的计算方法;结合电磁探测定位系统的实际应用,研究分析了事故井套管参数、切入角、井斜角、地层等参数对电磁探测定位系统测量效果及应用的影响;以电磁探测定位系统研究分析为基础,完成了南海某超深水井救援井设计中测距及连通相关工作。可以为救援井电磁探测定位系统研制提供相应的理论基础,并为救援井电磁探测定位系统在救援井设计、作业中的应用提供参考。     

瞬变电磁法救援井方位角误差分析与仿真

救援井电磁探测以井下瞬变电磁信号模型为基础,通过对事故井的空间几何定位,利用救援井与事故井在不同深度的距离计算相对方位,确定事故井套管与救援井之间的方位角信息。并结合实测数据利用MATLAB对事故井套管与救援井的方位角误差进行仿真分析。结果表明:方位角误差与深度步长成正比,而随救援井倾角和两井相对距离呈现先递增后递减的趋势。该研究结果为降低方位误差、提高救援井与事故井连通率提供支持。     

救援井探测定位方案设计研究

救援井和事故井的相对位置存在误差,需要借助于专用的探测定位工具实现救援井与事故井的连通,并最终控制事故井。分析了救援井和事故井相对位置不确定性以及目前常用探测定位工具性能及适合工况,给出了连通点及初始探测点位置确定的选择方案;结合救援井钻井工艺,设计了不同阶段的救援井探测定位作业流程,提出了提高测距范围及探测精度方法。本文的相关研究成果已在海上多个救援井备用设计方案中得到成功应用,可以为救援井探测定位方案设计及作业实践提供参考和技术指导。     

救援井与事故井连通探测工具模拟试验研究

救援井与事故井空间相对位置的精确探测是救援井定向钻井工程的关键技术之一。为了引导救援井与事故井在井下设计深度高效连通,研究了基于单电极和基于三电极系救援井与事故井连通探测工具确定2井间距和方位的磁测距导向算法。在此基础上设计加工了基于单电极和基于三电极系救援井与事故井连通探测工具的原理样机并进行了矿场模拟试验,验证了确定救援井与事故井间距和方位的计算方法,并分析了电极系注入地层的交变电流大小、电极系与探管间距等因素对救援井与事故井连通探测工具测量精度的影响。分析结果表明,基于三电极系救援井与事故井连通探测工具探测精度相对基于单电极救援井与事故井连通探测工具更高,更适用于引导救援井与事故井的成功连通。研究结果对我国自主研发救援井连通探测工具具有重要的指导意义。     

基于矩量法的救援井电磁测距正演建模及响应特性分析

采用电磁测距技术精确地探测救援井与事故井之间的距离是救援井导通成功的关键，准确的电磁测距算法是电磁测距技术的核心。文章基于矩量法理论建立救援井与事故井之间的电磁测距正演模型，研究了地层电导率对事故井套管电流分布的影响及发射电极尺寸与位置、事故井套管长度与直径、救援井套管长度与位置和救援井井斜角对信号强度的影响。结果表明：事故井套管上电流呈近似正弦波分布；地层电导率越高，发射电极长度与直径越大，越有利于向地层注入电流，信号强度越大；发射电极应远离救援井套管、事故井井底和探管，减小对信号传输的干扰；较大的事故井套管尺寸和较小的救援井井斜角有利于增大信号强度，扩大测距范围。文章建立的正演模型和响应特性研究成果可为救援井钻井电磁测距技术的研发与应用提供理论指导。     

救援井与事故井连通探测方法初步研究

钻救援井是目前解决井喷漏油问题的最有效方法,而救援井与事故井相对位置的精确探测是救援井技术成功的关键环节之一。为了能够成功连通救援井与事故井,初步研究了利用救援井与事故井连通探测工具确定两井相对位置的计算方法。将事故井套管近似为地层圆柱体,通过分析井下电极注入地层的低频交变电流在地层及事故井套管中的传播与衰减规律,得到了利用救援井与事故井连通探测工具确定两井间距和方位的方法,同时分析了井下电极注入地层的交变电流大小、井下电极与探管间距等因素对该探测工具测量精度的影响。研究结果表明,应用提出的确定救援井和事故井两井间距和方位的计算方法,可以引导救援井与事故井垂直连通或平行连通;分析认为,救援井与事故井连通探测工具基本可以满足救援井现场施工需求。      

瞬变电磁法事故井距离探测建模与仿真

距离探测作为事故井探测定位中的关键环节,基于井下瞬变电磁事故井探测系统理论分析了感应电动势与两井相对距离的一一对应关系,利用Maxwell软件建立事故井电磁探测的三维模型,得到不同探测距离下事故井套管的磁场强度和分布情况,为探测仪器与事故井套管相对距离的标定和刻度提供理论依据。最后讨论了不同距离下线圈匝数和发射电压对二次磁场分布的影响,并总结其规律。结果表明,二次场信号强度均与线圈匝数和发射电压成正比。该研究结果可以为瞬变电磁探测仪器的设计和优化提供参考。     

海洋深水救援井钻井关键技术

深水钻井具有较高风险,在救援井设计方面,国内外没有相关标准规范可参照,深水井实施救援井作业的数量也很少。为了保证深水油气田安全高效开发,结合中国南海深水钻井的需要,对深水救援井的井位选择、井眼轨迹设计方法、探测定位技术、连通技术、动态压井方法等一系列关键技术进行了整理和分析。救援井的井位选择需考虑海底地质条件、洋流、风向、热辐射、商业保险等因素,救援井井眼轨迹需根据连通点位置、探测定位工具的要求、轨迹实施难度进行设计,连通方式首选直接钻通事故井井眼,动态压井方案的制定应结合钻井船的能力优选最高效安全的压井方案。研究结果对于建立深水救援井设计体系具有一定的参考价值。     

救援井联合探测定位技术及其应用研究

在对国内外各种救援井探测定位技术的基本原理进行全面分析的基础上,根据不同救援井探测定位技术的使用范围和精确度,结合救援井实施过程中救援井与事故井井间距不断变化的特点,提出并设计了一套基于救援井探测定位技术联合运用的整套救援井探测定位系统。通过实验和现场应用测试,该系统显示出较好的重复性和一致性。     

基于点源的救援井探测模型分析与仿真

钻救援井是目前控制井喷事故的有效方法。为了研究救援井电磁探测方法,采用井地电流注入法,构建了基于点源的救援井探测模型,并利用有限元软件,分析了电极布局方式、电流大小、事故井与电极间距、套管长度对事故井套管汇聚电流密度的影响。研究结果表明:接地电极置于套管处更利于事故井套管的电流汇聚;电极与套管的间距越大则汇聚电流密度越小,且注入电流大小与套管的汇聚电流密度大小呈线性关系;汇聚电流密度大小随套管长度的增加而增大,但增大的幅度随着套管长度的增加而减小。验证了事故井套管汇聚电流模型的有效性与可行性,为研制救援井连通测量工具提供了一定的理论依据。     

基于三电极系救援井与事故井连通探测系统

通过调研救援井与事故井连通探测系统工作原理,分析了三电极系注入地层的低频交变电流在地层及事故井套管中的传播与衰减规律,建立了事故井套管上聚集电流产生的交变磁场空间分布模型,得到了救援井与事故井间距和相对方位的计算方法。通过数值模拟与试验验证,将三电极系应用于救援井与事故井连通探测系统,提高了系统测距范围和探测精度;通过对比基于单电极救援井与事故井连通探测系统,基于三电极系的探测系统对探管灵敏度的要求更低,更有利于在实际工况中的应用,为中国自主研发救援井与事故井连通导向工具提供理论支持。     

基于声波远探测的浅海软地层邻井井眼成像方法

为满足超软地层钻井防碰与井眼轨迹描述的需要,基于声波远探测测井技术,提出了一种偶极纵波邻井井眼成像方法。首先,基于有限差分法模拟了井中偶极声源激发的邻井散射全波场,分析了不同类型散射波的幅度特征及方位特性;然后,分析了两井不共面对散射波幅度和到达时间的影响;最后,通过双井模型试验和现场实际测井数据,验证了偶极纵波邻井成像的可靠性。研究结果表明：偶极纵波相对于横波在超软地层邻井成像中更具优势;四分量旋转后成像最清晰的方位即为目标井方位;两井不共面也不会影响邻井成像。偶极纵波邻井井眼成像方法为浅海软地层钻井防碰和井眼轨迹描述提供了新的技术手段。     

深水油气勘探救援井精确探测技术研究

深水油气勘探开发已成为石油工业的热点,但井喷等事故时有发生。钻救援井是解决井喷事故的有效方法,其中救援井与事故井相对位置的精确探测是实施救援的关键。利用软件模拟半径为139.7 mm的井喷井,在其附近设置一个1 A电流源和一个接地电极,研究电流源和事故井距离、两电极距离、事故井半径对事故井套管上电流密度的影响。研究结果表明:事故井和救援井距离越近,事故井套管上的电流密度越大,且事故井套管上电流密度最小值的位置点越接近电流源所在处的位置;事故井中电流密度最小值的位置点所在处是由点电流源所在处的位置决定的;事故井半径越小,电流密度的幅值变化就越大,其上的电流密度的幅值也越大。研究结果对海上钻井救援提供了一定的理论依据。     

主动磁测距技术在裸眼落鱼井中的重入试验

主动磁测距技术通过对井中套管、落鱼等施加一定的激励,使套管、落鱼等产生相应的磁场强度,探测目标井套管或落鱼的管柱与新钻井眼的距离及相对位置关系来实现井眼连通,在原油泄漏井、井喷失控井等救援方面有重要应用价值。文章介绍了国内自主研发的主动磁测距技术在储气库贯穿盖层及储气层的落鱼废弃井眼中的重入试验,拓展了磁测距技术的应用领域。针对废弃井眼井斜角度大,盖层上部有长段留置钻具的情况,设计新井眼轨迹为渐进探测段、试碰段、回填侧钻伴行段、重入段,并制定了基于主动磁测距技术的轨迹控制要求,对可能出现的复杂情况制定了配套技术措施。该技术在南堡1-29储气库12-198井中进行了现场试验,新钻井眼成功进入废弃井眼,验证了自主磁测距技术在裸眼落鱼井中重入导向的可靠性,其轨迹设计及探测方法、作业流程可为同类型井的应用提供技术借鉴。     

密集丛式井上部井段防碰设计关键参数临界值计算分析

井眼轨道整体防碰设计是保障密集丛式井钻井施工安全的关键因素之一,而上部井段井眼轨道设计参数的优选与优化则是降低井眼轨迹碰撞风险的基础。对比分析了国内现行标准对密集丛式井整体井眼轨道防碰设计的指导作用及适用性。针对密集丛式井整体井眼轨道防碰设计问题,应用实钻井眼轨迹碰撞风险分析的分离系数概念,计算分析了分离系数为1时,密集丛式井上部井段造斜点深度、邻井造斜点深度差、造斜率、造斜方位等4个关键参数的临界值。研究结果表明:井口间距是影响密集丛式井上部井段井眼轨道防碰设计参数取值的关键,井口间距越小,临界造斜点深度、造斜深度差及造斜方位差越小,临界造斜率越大;现行标准所规定的邻井造斜点深度差预留了足够的安全余量,加密调整井防碰设计时可适当减小。