[發明專利]一種螺線管組隨鉆電磁測距導向計算方法

有效

• 申請號: 201010145023.3
• 申請日: 2010-04-13
• 公開（公告）號: CN101806211A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 高德利;刁斌斌
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B47/09
• 分類號: E21B47/09;G01B7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一種應用于螺線管組隨鉆電磁測距導向系統的鄰井距離計算方法，屬于地下資源鉆采工程技術領域。?

背景技術

在石油、天然氣、煤層氣等地下油氣資源開發中，雙水平井、U型井、多分支井、叢式井、加密井和連通井等復雜結構井，要求對鄰井距離進行隨鉆精確探測。目前，國內普遍使用的隨鉆測量工具不能直接測量鄰井距離，因而難以滿足復雜結構井鄰井距離隨鉆探測的特殊要求。國外雖已研制出能夠基本滿足以上要求的隨鉆電磁引導系統(如MGT、RMRS等)，但其核心技術仍被保密和壟斷。另外，MGT(Magnetic?Guidence?Tool)采用螺線管作為磁信號發射源，可以通過提高螺線管線圈的電流強度等方法增加MGT的測距范圍，但其測量精度有限，一般多用于雙水平井中；RMRS(Rotating?Magnet?Ranging?System)結構簡單，使用方便，同時也是目前隨鉆引導系統中測量精度最高的系統，但由于采用永磁體組短節作為磁信號發射源，因而其信號源強度嚴重受限，難以增加RMRS的測距范圍。因此，本發明者特研究設計了“一種螺線管組隨鉆電磁測距導向系統”(另作專利申請)，本項發明即是該系統的核心算法，可在連通井和雙水平井中精確計算鉆頭與螺線管組短節的相對位置，進而為鉆井工程師提供有效的實時測量數據，以精確控制定向鉆井軌跡，使正鉆井眼與已鉆井眼連通或使兩口井保持一定的平行間距。?

螺線管組隨鉆電磁測距導向系統主要由螺線管組短節、經改裝的MWD(Measurement?While?Drilling)、鄰井間距計算系統及地面設備組成。螺線管組短節主要由兩列相互正交的螺線管組組成，主要作用是在探測點產生旋轉的橢圓極化磁場，是該電磁探測系統的信號源。螺線管組短節由鉆柱或前接有爬行器的電纜下入到已鉆井中合適位置。改裝的MWD主要是由傳統的MWD和一個三軸交變磁場傳感器組成，安裝在鉆頭后傳統MWD所在的位置，其作用是探測由螺線管組產生的旋轉磁場。地面設備為螺線管組短節提供兩個同步交流電，使螺線管組短節產生旋轉磁場，由改裝的MWD探測這個旋轉的磁矢量信號并發送到地面，經鄰井間距計算系統計算鉆頭與螺線管組短節的相對位置關系，并以數字、文字和圖形等形式顯示給鉆井工程師。?

發明內容

本發明的目的在于根據井下改裝的MWD接收到的磁信號，計算MWD與螺線管組短節的相對位置，進而確定鉆頭到已鉆井的相對空間位置。?

螺線管組隨鉆電磁測距導向系統在連通井中的工作原理如圖1所示，本發明提供一種確定鉆頭到連通點相對空間位置的計算方法，主要包括下列步驟：?

步驟1，提取水平井與直井的井況信息：水平井與直井井眼軌跡測量信息；水平井與直井的井口坐標；水平井與直井的鉆盤平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)；直井的井身結構，特別是連通處的井深和長度或洞穴的井深和近似尺寸；?

步驟2，處理提取的水平井與直井的井況信息；?

步驟3，建立螺線管組短節周圍空間磁感應強度計算模型；?

步驟4，在地表測定螺線管組短節的等效磁矩，并給出井下螺線管組短節等效磁矩可能的變化范圍；?

步驟5，在直井中下入螺線管組短節到合適位置；?

步驟6，改裝的MWD工作，檢測螺線管組短節產生的磁信號；?

步驟7，提取改裝的MWD采集的由螺線管組短節產生的磁信號；?

步驟8，利用處理后的井況信息、改裝的MWD采集的數據、螺線管組短節等效磁矩、當地磁偏角，由地面鄰井間距計算系統計算改裝的MWD與螺線管組短節的相對位置，進而確定鉆頭與直井連通點的相對位置。?

所述步驟2包括：?

步驟21，根據水平井與直井的鉆盤平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)，計算水平井鉆盤平面高度比直井鉆盤平面高度高多少或低多少；?

步驟22，確定井眼軌跡數據是相對于鉆盤平面高度還是地面海拔高度；?

步驟23，根據水平井與直井井口坐標計算直井井口相對水平井井口的偏移；?

步驟24，在螺線管組短節和連通點的實際垂直深度(TVD)、北坐標(N)、東坐標(E)數據上加上或減去上述偏移量。?

所述步驟3包括：?

如圖2所示，計算螺線管組短節周圍空間遠場磁感應強度時，可把螺線管組短節看成兩個相互正交、磁矩方向未知、磁矩大小隨時間按正余弦函數周期性變化的振蕩磁偶極子。兩磁偶極子的磁矩分別為而且?