[發明專利]一種交變磁場導向裝置

有效

• 申請號: 201010234898.0
• 申請日: 2010-07-21
• 公開（公告）號: CN101915061A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 宗艷波;史曉鋒;林國鈞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B44/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

技術領域

本發明涉及一種交變磁場導向裝置，屬于鉆井軌跡導向定位技術領域。

背景技術

在石油、地礦等能源領域，鉆井工程是資源開發的一個關鍵環節。隨著現代油氣勘探開發的快速發展，復雜結構井軌道控制技術成為當前國際能源工業的前沿與關鍵。復雜結構井包括水平井、大位移井、多分支井和原井再鉆等新型油井，采用該技術可實現油氣藏的高效立體式開發。由于水平井、多分支井增加了井筒與油藏的接觸面積，在開發復式油藏、礁巖底部油藏、稠油熱采、煤層氣開發、控制水錐、氣錐等方面具有良好效果，是增加產量和提高采收率的重要手段。

復雜結構井技術核心在于井眼軌道控制與引導，為此，國內外提出了幾何導向鉆井技術與地質導向鉆井技術。目前，已有的幾何導向技術已能實現利用加速度計、磁力計、陀螺儀等傳感器，通過電子單點、多點測量、捷聯慣導、隨鉆測量等方式，測量井斜角、方位角等井跡參數。近來，隨著定向井、稠油熱采中蒸汽輔助重力泄油所需的成對平行井、水平對接連通井等復雜結構井對鉆井導向精度要求的不斷提高，傳統幾何導向定位技術已經無法滿足井眼軌跡的精度要求。其根本原因在于上述測量方式沒有將目標靶點和待鉆井眼耦合為閉環系統，在鉆井過程中對井眼軌跡的控制依據當前鉆進方向的測量，從待鉆井眼與目標靶點所形成的系統角度上看，此類方法屬于開環控制，沒有考慮目標靶點對待鉆井眼的引導能力。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有幾何導向定位技術應用于復雜結構井鉆井時存在的定位精度低的問題，提出一種交變磁場導向裝置，通過近鉆頭人工激發的磁場信息將鉆頭和目標靶點耦合為閉環系統，在目標端測量單元確定，鉆頭與目標靶點的相對方位和距離本發明突破了傳統的鉆頭端和目標端分別獨立測量的開環模式，避免了測量誤差的積累。

一種交變磁場導向裝置，包括近鉆頭人工磁極模塊、目標端模塊和源端控制模塊；

近鉆頭人工磁極模塊位于源端控制模塊的近鉆頭處，發射低頻交變磁場信號，目標端模塊采集近鉆頭人工磁極模塊所發射的低頻交變磁場信號，并解算鉆頭與目標靶點間的相對方位和距離，鉆頭與目標靶點間的相對方位和距離信息通過目標端模塊的遠距離傳輸單元傳輸至源端控制模塊的司鉆指示控制單元，由司鉆指示控制單元根據所收到的鉆頭與目標靶點間的相對方位和距離信息調整鉆頭的鉆進方向，實現控制鉆頭向目標靶點精確鉆進。

本發明的優點在于：

(1)安裝于近鉆頭的低頻有源交變磁場為將目標靶點和鉆頭端耦合為閉環系統提供了信息傳播途徑，近鉆頭人工磁極模塊所產生的交變磁場信號可以根據近鉆頭端和目標靶點間的相對距離調整磁場強度大小，從而滿足不同距離范圍的定位需求；

(2)通過對傳播至目標靶點的磁矢量信息的測量、解算，可以獲得鉆頭端與目標靶點間的相對方位和距離等定位信息，為通過目標端引導鉆頭鉆進提供了可行方案。而傳統方法均為鉆頭端和目標端各自獨立測量，沒有相對引導能力，本裝置則突破傳統的開環測量模式，避免了測量誤差積累；

(3)在蒸汽輔助重力泄油所需的成對平行井鉆井中，采用本發明方法可以精確控制成對平行井間的距離和走向，傳統的無源地磁導向技術無法滿足成對平行井間距控制的精度要求。

(4)本發明能夠解決常規隨鉆測量無法滿足大容量、高速率數據傳輸的問題。由于待鉆井眼軌跡的高精度導向控制需要大量實時隨鉆測量數據，通過將常規測井技術與隨鉆測量技術相結合，在目標端測量單元利用單芯測井電纜組成高速、大容量數據傳輸通道，并通過地面單元向司鉆指示控制單元發送鉆頭與目標靶點間的相對方位和距離信息。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明近鉆頭人工磁極系模塊的結構示意圖；

圖3是本發明目標端井下測量單元的結構示意圖；

圖4是本發明目標端地面單元的結構示意圖；

圖5是本發明目標端傳感器安裝結構示意圖；

圖6是本發明目標端井下測量電路框圖；

圖7為本發明目標端地面單元的信號傳遞關系圖；

圖8是本發明的方法流程圖；

圖9是本發明的磁場分布示意圖；

圖10是本發明的鉆頭與目標靶點間的相對方位和距離示意圖；

圖11是本發明的步驟三中獲取相對方位角θ的流程圖。

圖中：

1-近鉆頭人工磁極模塊??2-目標端模塊?????3-源端控制模塊

4-目標端井下測量單元??5-目標端地面單元?6-絞車

7-遠距離傳輸單元??????8-單芯電纜???????9-鉆頭

10-鉆鋌