高温磁定位系统研制与应用

摘要：针对新疆油田稠油老区SAGD开发井底温度高，井控风险大，现有仪器井底抗高温能力不足，无法随钻实时监测井底温度参数等技术难点，结合新疆油田稠油老区钻探、开发特征，开展高温磁定位系统研制，形成具备井底温度实时监测与预警功能的抗高温磁定位系统，满足稠油老区SAGD开发需求。

关键词：高温；磁定位系统；研制；应用

随着老区调整井位增加，因长期注高温蒸汽，普遍存在井温偏高情况，从2020年重32井区实钻资料分析，静止时间增加，井底温度会逐渐抬升，FHW144、FHW142井组均发生超仪器耐温极限而损坏仪器；且同区FHW12259井曾发生钻遇高温蒸汽腔井喷事故，稠油SAGD开发同样面临井控安全风险；而磁定位系统测量探管位于生产井内，若高温蒸汽窜层时，井底温度变化无法及时获知，油田甲方急需对井底温度实时监测预警。鉴于新疆油田稠油区域目前基本集中在老区施工，对高温仪器的需求日益迫切，同时磁定位系统功能升级扩展工作也十分必要。

通过本次项目的研究，对现有磁定位系统开展全新升级，使系统硬件满足高温工况，攻关研究井底实时测温功能，满足150℃高温条件下长时间使用，以符合稠油老区的SAGD开发技术需求，促进SAGD轨迹控制技术的水平进一步提升。

一、研究主要内容

1.1耐高温测量探管的总体设计方案

磁通门传感器和高精度数据采集系统。磁通门传感器将微弱的磁信号转化为电压信号，然后把电压信号传输给高精度数据采集系统，转化为24位的数据信号，通过485通讯接口将数据传输至计算机处理。

系统构成：探管外筒、模拟、数采电路及调理通讯电路、电路板基座、信号传输连接器、通讯软件等。

1.2耐高温测量探管的研制

（1）模拟电路。模模拟电路设计包括磁通门传感器探头、振荡电路、激振驱动电路、精密运放电路。

（2）数采电路。数采电路设计包括32位高精度AD、三轴加速度传感器、MCU数采控制电路、耐高温电源模块、ADT温度传感器集成、485通讯芯片等。

（3）电路板基座设计。电路板设计如下：1）整体式设计，增强电路板的稳定性和强度、去除UPVC外管更利于散热；2）保证强度同时，扩展了电路板的安装空间；3）两端均设计缓冲密封圈槽，增强抗振保护。

（4） 探管外筒设计。完成图纸设计绘制，缩短长度尺寸，更加紧凑，减轻重量。优化密封结构方式采用法兰与密封圈结结合实现密封，通讯线抗拉由法兰结构承受，整体提升探管使用可靠性。

1.3井底温度实时监测技术研究

方案一：对ADS1281芯片温度传感器进行开发编程，传输解码温度数据。

实验结果：经多次室内高温样机验证：当测试温度超过100℃时，温度已无法测量，与产品的介绍性能指标存在较大偏差，无法满足高温条件使用。

方案二：数采电路进行重新设计，选用的Analog Devices公司的温度传感器ADT7420进行集成。

实验结果：探管放置于150℃恒温高温箱内，通电工作24小时，工作正常。

1.4高温信号传输技术研究

（1）完成了耐高温信号连接器设计。技术指标：耐温150℃，密封35MPa，抗拉能力400KG。

（2）完成了耐高温信号连接器抗拉试验。实验结果：拉至1005KG未断，满足设计使用要求。

（3）完成了订制通讯线缆抗高温试验。实验结果：150℃恒温条件下试验24小时，取出后测试通讯正常，外观完好。

1.5高温磁定位软件优化升级

优化完成了三分量数字磁强计调试、校正、实时监测功能为一体的温度实时监测软件。

2.现场试验及应用情况

FHW3210井组位于准噶尔盆地西部隆起乌夏断褶带夏红北断裂上盘中生界超覆尖灭带上风重025井区。

FTHW3210P井组由克钻30631队承钻，该井设计井深837.03m，设计工期10天，实际完钻井深836m，全井实际工期14.5d。斜井段设计工期4.5d，斜井段实际用时6.61d，除去通井、加深前非生产作业时间2.77d，斜井段实际定向工期3.84d。

FTHW3210I井组由克钻30631队承钻，该井设计井深822m，设计工期12天，实际完钻井深825m，全井实际工期13.25d。斜井段设计工期5.5d，斜井段实际工期 2.69d。

FTHW3210井组由西部钻探工程技术研究院承担SAGD水平井磁导向及井眼轨迹控制技术总包服务，西部钻探定向井技术服务公司提供井眼轨迹控制技术服务。

（1）造斜段磁导向技术服务。2022年9月20日服务人员及SAGD磁导向仪器到达井场，10月24日11：00仪器随油管下入FTHW3210P井中，下深338.10m；10月25日6:00开始造斜段磁导向钻进，磁导向井段312m～402m，进尺90m，10月25日22:00二开完钻。

钻具组合：F311.2mm钻头+F203mm强磁接头+F197mm螺杆(2.25°，F308mm稳定器) +F172mm定向接头＋F127mm无磁钻杆（2根）+F127mm加重钻杆(30根) +F127mm钻杆。

（2）水平段磁导向技术服务。2022年10月30日14:30下入水平段钻具组合，10月30日16：00 I井开始水平段磁导向钻进，10月31日17:00，钻至825.00m完钻，磁导向钻井井段：402m～825m，进尺423m。水平段磁导向井段进尺423m，两井垂距最大5.15m，最小4.79m；两井偏移距最大0.64m，最小值0.02m。

钻具组合：F215.9mm钻头+F172mm强磁接头+F172mm螺杆（1.25°，F210mm稳定器）+F172mm定向接头+F127mm无磁承压钻杆（2根）+F127mm加重钻杆（2根）+F127mm斜坡钻杆（30根）+F127mm加重钻杆（28根）+F127mm斜坡钻杆。

（3）垂距与偏移距。由西部钻探公司负责磁定位导向钻进的FTHW3210P/I双水平井井组在导向钻进的过程中数据测量准确、轨迹控制合理，成功实现两双水平井按设计要求完钻，证明西部钻探公司自主研发的高温磁定位系统的数据测量精度和稳定性均符合设计要求，满足磁定位导向钻井施工要求。

（4）温度监测。温度监测：与MWD实测数据对比，磁定位系统监测温度平均高出4-8°，分析认为MWD测量为循环温度，磁定位系统测量为静止温度，因此温度数据偏高。温度监测系统基本与过外先进设备媲美。

3.经济、社会效益及推广应用前景

3.1 经济效应

（1）、增加稠油产量。相同时间的累计产油和日产油是普通井的3.4倍，稳产时间长，生产时效高，油气比相当。

（2）、延长油井寿命，采用常规水平井蒸汽吞吐技术进行稠油开采，单井平均开采寿命为2年，与常规水平井相比，采用SAGD成对水平井开采技术进行稠油开采，可延长开采寿命9年。

3.2 社会效应

SAGD（蒸汽辅助重力驱油技术）技术是一项钻采新工艺，涉及到许多新的钻井工艺和设备，起关键作用的磁定位测量技术，在国内属起步阶段，其核心技术及设备基本被国外几个从事油气钻采技术服务大公司所垄断，租赁、使用成本非常高，西部钻探公司磁定位系统的研制成功，打破了多年来国外公司对此项技术的垄断。

按照“新疆大庆”建设目标，至2015年，稠油年产量计划将达400万吨，随着生产规模的不断扩大，稠油资源转换开采方式已势在必行，而SAGD技术已成为一项稠油开发的有效采油技术。高温磁定位系统的研发成功，扩大了磁定位系统的使用范围，对稠油的开采范围增大，提高公司的整体实力和市场竞争力，对祖国的西部建设具有非常重要的意义。

3.3 推广应用前景

高温磁定位系统研制成功，实现对生产井井底高温突变监测并实时预警，成为监测高温蒸汽窜层的有力手段，满足油田老区开发技术需要，可为稠油老区增产上产提供强有力的技术支撑。作为国内钻井技术智能化、信息化和自动化发展的亮点，该技术必将为西部大开发的建设发挥积极作用。

4.结论与认识

（1）、成功研制出由耐高温测量探管、温度实时监测模块、高温信号传输连接器以及对相应软件的优化组成的耐高温磁定位系统，并且形成相应的

（2）、经过大量的室内实验和FTHW3210井组的现场应用实验，高温磁定位系统的性能得到充分的肯定和全面的验证，测量技术达到国外同类仪器的先进水平。

（3）、高温磁定位系统的研制成功，打破国外企业在该技术的长期垄断与封锁，为国内油田稠油资源的高效开发提供了有力的技术保障。建议加大该技术在国内稠油油田的推广应用，以展示该技术强大的生命力。