風城油田超稠油區域磁偏角校正

杜洪凌，劉瑞蘭，萬教育，姜朝民，李俊勝，丁　紅

（1.新疆油田公司開發公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探定向井技術服務公司，新疆烏魯木齊830026）

風城油田超稠油區域磁偏角校正

杜洪凌*1，劉瑞蘭1，萬教育2，姜朝民2，李俊勝2，丁紅2

（1.新疆油田公司開發公司，新疆克拉瑪依834000；2.西部鉆探定向井技術服務公司，新疆烏魯木齊830026）

新疆油田風城區域稠油油藏儲量豐富，用常規直井開采，效率低、周期短。采用常規水平井技術開發，效果會大幅提高，但仍然不能滿足高效開采的需求。目前SAGD水平井技術作為稠油油藏開發的關鍵技術，在新疆稠油油藏試驗和應用，效果顯著。由于SGAD水平井是一組雙筒水平井，對工程質量和軌跡控制要求高。目前所采用磁偏角數據為1980版中國地磁圖數據，隨著時間推移磁偏角發生變化，存在一定誤差，會影響到SAGD水平井精細控制。經過對風城油田超稠油區塊40km2區域磁場進行高精度高密三分量測量，對該區域磁偏角進行校正，以此消除影響SAGD水平井高精度軌跡控制的影響因素之一。

SAGD水平井；磁偏角；測量

1　新疆油田風城超稠油SAGD水平井鉆井現狀

1978年首次提出SAGD理論技術，隨著該技術的發展，SAGD技術在稠油油藏開發中發揮的功效受到越來越多國家的重視。新疆油田公司于2008年在風城油田建立了SAGD水平井試驗區，憑借其超越常規水平井3倍以上的產量，已成為油田公司不可或缺的開采超稠油油藏技術。SAGD水平井工程質量要求非常高，為確保雙筒水平井的水平段平行，采用磁定位工具導向，水平井軌跡垂向誤差不超過5±0.5m，橫向誤差不超過±1m，井斜角60°以上井段造斜率小于10°/30m，井眼曲率變化不超過13°/30m，水平段垂深以上20～30m留一段井斜小于60°的穩斜段或微增斜段，中完后技術套管下入靶窗A點。目前風城油田重1井區、重18井區以及重32井區都在采用SAGD水平井開發稠油油藏，其測量誤差成為影響SAGD水平井軌跡精確控制的因素之一。

在定向過程中，以隨鉆測量儀器MWD為主，該儀器在井底測得磁場三分量得到井底的磁方位，再通過附加一個修正值才能得到我們所需要的真北方位，而這個修正值就是磁偏角。用磁性測斜儀測得的井斜方位角稱為磁方位角，并不是真方位角，需要經過換算求得真方位角，這種換算稱為磁偏角校正。換算的方法如下：真方位角=磁方位角+東磁偏角；真方位角=磁方位角－西磁偏角。磁偏角是一個一直處于變化之中的量，因此，為了提高水平井中靶精度，滿足新疆油田風城區塊水平井軌跡精細控制要求，提高油藏開發效率，有必要對風城油田超稠油區塊40km2區域進行高精度高密磁場三分量測量，以測量數據為基礎，重新測繪該區域地磁圖。將新測得的磁偏角數據輸入對應老井資料中，對老井軌跡進行復測。新的磁偏角數據值對提高后續水平井軌跡控制精度具有很重要的意義。

2　磁偏角隨時間的變化

磁偏角的存在根本上是由于地球自轉軸與地磁軸不重合，形成一定的角度，使得任意地點指向地理北極的方向和指向地磁北極的方向偏離了一定角度。在地球上不同的區域磁偏角也有可能不相同，而且磁偏角隨著時間的推移在一直變化，磁偏角隨時間的變化分為長期變化和短期變化，長期變化來源于地球內部磁場，其變化周期緩慢，一般是十幾年甚至上百年。短期變化來源于電離層的潮汐運動，及太陽的活動變化，磁偏角的短期變化都是來自地球外部的空間磁場，其變化周期幾個小時至十幾天不等。根據科學家對近100年磁北極運動的研究發現，磁北極的運動速度有加快的趨勢，根據這一趨勢推算，未來幾年磁偏角將會產生2°～3°的變化。

3　磁偏角測量的國內外現狀

磁偏角的現場測量工作受到越來越多的重視，在美國，磁偏角大范圍、高密度、高精度的測量已成為其基礎工作，美國所有的民航飛機都配備測量磁場三分量的儀器，這樣對于繪制高精度、高分辨率的地磁分布圖十分有利。地磁測量工作成為常規的職業，并無時無刻地進行下去。在油田開采和使用之前，工作人員已經根據已有的地磁圖對該地區的磁偏角進行確定和修正。因此，在美國油田地區的磁偏角使用情況不存在精度不夠的問題。

國內大多數油田的磁偏角都是采用中科院20世紀80年代繪制的地磁圖數據，新疆油田公司一直沿用的磁偏角是4.15°，這樣得到的磁偏角數據存在2個不確定因素：一個是時間因素，沿用80版磁偏角數據已有30年，期間磁偏角發生怎樣的變化無人可知，這可能會導致水平井軌跡控制的精度降低，使油層鉆遇率大大降低，甚至會導致脫靶，基于這點原因中科院已經把地磁圖的更新時間變為5年更新一次，以此來提高磁偏角的精確度。另一個不確定因素是量算誤差，80版地磁圖存在測點不均勻的情況，而且新疆地區的測量非常稀疏，簡單的通過量算地磁圖來確定某點的磁偏角數值，會存在的非常大誤差。若磁偏角誤差達到0.17° （10′），SAGD井水平段按400m計算，通過誤差公式計算產生的定向井距離偏差為1.16m，這樣會造成實際井眼軌跡偏離設計，甚至會導致脫靶。

4　磁偏角測點分布方案及數據處理

目前采用磁偏角取值于1980年出版的1∶300萬的中國地磁圖，其測點精度完全不能滿足油田小范圍作業的要求。由此，我們與中科院地球物理所測量組聯合，根據風城油田開發生產部署方案，本著測點分布均勻，著重測量稠油油藏主力生產作業區的原則，對風城油田區域進行了磁場、磁偏角測量：測量區域為40km2，在風城稠油測量區域內均勻選取32個測點（圖1）；通過避開有電磁干擾的環境測量（如變壓器、油管、儲油罐等），選擇磁場強度平靜區域布點；對當地磁偏角日變化進行觀測，消除日變化對磁偏角數據的干擾，進而保證了磁場、磁偏角觀測值準確性。

圖1　測量點分布圖

本次風城稠油區域測量，采用小尺度地磁場勒讓德多項式建模方法：

式中：x——自變量；

k——勒讓德多項式的階數；

m——求和各項的序數。

把實驗數據作為方程組輸入，把每一個數據用同一組參數的勒讓德多項式表示，然后利用最小二乘原則對系數矩陣進行求解，得到最優的參數解。若地磁的總強度為B，則基于勒讓德多項式所建立的區域磁異常基本模型方程為：

式中：B——觀測數據；

aij——要求的參數；

N——勒讓德多項式的截止階數；

Pi（Δφ）——i階的勒讓德函數；

Δφ和Δλ——歸一化以后觀測數據所在的緯度和經度值。

需要把觀測數據的經緯度坐標做歸一化處理：

然后把觀測數據作為輸入建立方程組，利用已知的Pi（Δφ）或Pi-j（Δλ），簡化方程組為B=AX。其中B為觀測數據序列，B=［B1，…，Bk］T；A為勒讓德函數組成的矩陣：

式中：C-1——協方差矩陣，這里定義為單位矩陣。

采用最小曲率法作為插值方法，有利于模型的數值擬合，使數據點分布合理，經過處理后的觀測數據再經過插值得到的結果可以較好地控制邊界，最后把插值以后的數據矩陣加上原始數據作為方程組的輸入用于求解模型參數，從而得到模型擬合的磁場總強度等值線圖（圖2）。

圖2　磁場總強度等值線圖

5　測量的計算和分析

經過對新疆油田風城稠油區域已使用30年的磁偏角數據值進行測量、校對，從測量結果上看，整個區域磁偏角變化趨勢平緩，沒有劇烈變動，最大相差0.2°。對SAGD水平井來說，400m水平井段會產生1.4m的偏差，而工程要求橫向誤差不超過±1m，由于磁偏角的誤差已經造成井眼軌跡脫離靶窗，可見磁偏角數據的準確性對于井眼軌跡控制的重要性。因此在后續鉆探SAGD、火驅井等高精度軌跡控制要求的水平井時需要選用新校對后的磁偏角數據值進行定向作業，以提高軌跡精度，滿足地質開發的需求。

此次新疆油田風城稠油區域采用小尺度地磁場勒讓德多項式建模方法能夠有效地反映小尺度磁場的分布情況，為地磁場在地下結構分析、空間延拓提供了重要的方法和理論依據。磁偏角校正有利于提高井眼軌跡精度，在油藏勘探上，有利于認識和評價含油氣構造，提高勘探開發成功率和效益，節約鉆井投資；可以減少地質認識偏差，減少開發投入。

6　認識

（1）磁偏角的測量校正對風城油田SAGD水平井軌跡控制有著重要的意義，通過校正井口磁偏角數據能準確提高井眼軌跡控制精度，滿足地質開發的需求，對水平井后期開發和上產提供重要支持。

（2）磁偏角的測量和校正，消除磁偏角偏差對測量精度的影響，從而提高軌跡測量的精度，滿足SAGD水平井軌跡精細控制的要求。

（3）精細的軌跡控制技術，必將最大化地發揮SAGD水平井技術優勢和增效作用，推進SAGD水平井在稠油開采中的規模化的應用，為新疆及國內稠油油藏的高效開發帶來活力和生機。

［1］劉太滿，李根奎.磁偏角在油田定向井中應用研究初探［J］.西部探礦工程，2006（3）.

［2］倪永生.地磁學簡明教程［M］.地震出版社.

［3］李根奎，朱炳蘭，楊曉東，等.江蘇油田油區地磁偏角測量與應用［J］.小型油氣藏，2006.

［4］李菊珍，張海春，于冬艷.首都圈地磁場變化的空間分布與中強地震活動［J］.地震地磁觀測與研究，2008.

［5］高金田，安振昌，顧左文，等.地磁正常場的選取與地磁異常場的計算［J］.地球物理學報，2005（1）.

［6］王雙亭，王明孝，朱寶山.圖幅磁偏角自動計算的原理和方法［J］.測繪學院學報，2002（2）.

［7］史勇軍，孫燕萍.磁偏角（D）的數據處理［J］.內陸地震，1999（1）.

TE132

B

1004-5716（2016）05-0056-03

2015-05-14

2015-05-14

杜洪凌（1973-），男（漢族），重慶人，高級工程師，現從事油田開發技術工作。