[發明專利]一種基于鄰井套管柱自身磁場探測的叢式井上部直井段防碰預警方法

有效

• 申請號: 201711416109.3
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN109306863B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 史玉才;楊衛星;管志川;劉永旺;付成林;范致斌;苗在強;滕志想
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/022;E21B47/04
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發明公開了一種基于鄰井套管柱自身磁場探測的叢式井上部直井段防碰預警方法，主要包括兩個環節——鄰井套管磁干擾識別、鄰井套管相對位置反演。在井眼交碰風險識別環節，給出了一種利用MWD的快速工具面測量值盡早識別出鄰井套管磁干擾現象及井眼交碰風險的實用方法；在鄰井套管相對位置反演環節，給出了綜合利用MWD的快速工具面(磁工具面MTF)和全測量數據(含磁場強度、磁傾角)判斷磁干擾大小及方向，進而估算出鄰井套管相對距離及相對方位的實用方法。與目前的叢式井上部直井段防碰預警方法相比，本發明不僅能夠提高井眼交碰風險識別概率，還能夠盡早發現井眼交碰風險，并估算出鄰井套管柱相對位置，為防碰繞障施工提供重要支持。

技術領域

本發明涉及叢式井鉆井工程領域，尤其涉及一種基于鄰井套管柱自身磁場探測的叢式井上部直井段防碰預警方法。

背景技術

目前，新鉆加密井、調整井越來越多，新建叢式井組規模越來越大，井與井的空間距離越來越小，鉆遇(甚至鉆穿)鄰井套管的井眼交碰事故時有發生，不僅帶來重要經濟損失，也帶來重大安全隱患。井眼防碰問題是安全高效鉆加密井、調整井、叢式井的關鍵問題之一。目前主要采用無源磁測距探測方法解決井眼防碰問題。鐵磁性套管柱在地磁場作用下產生感應磁場，在套管檢測、運輸及井下服役過程中還產生剩磁。在感應磁場及剩磁共同作用下，井下套管柱周圍磁場異于正常地磁場，采用MWD(隨鉆測量)的磁傳感器能夠探測鄰井套管磁干擾，確定出鄰井套管的相對位置信息，這就是無源磁測距探測方法的基本原理(見圖1)。該方法的優點是不需要額外增加探測設備，能夠采用隨鉆測量和單井工作方式，不受鄰井是否投產或停產限制；缺點是探測范圍較小、探測精度較低。客觀原因是井下套管柱自身磁場相對較弱、可探測范圍相對較小，主觀原因是目前對井下套管柱自身磁場分布與無源磁測距井眼防碰機制認識不清。

認識套管柱周圍磁場分布規律是高效率識別鄰井套管磁干擾的基礎。套管柱自身磁場分布規律研究表明，同一批次的套管單根基本上具有相同的剩磁方向，將同一批次的套管單根經專用套管接箍聯結成套管柱之后，相鄰兩個套管單根的剩磁磁極主要為N/S(接箍上部為N極/下部為S極，見圖2、圖3)或S/N組合(接箍上部為S極/下部為N極，見圖4、圖5)，該情況下僅套管接箍處東西兩側的磁異常區稍大(接近1.0m)，其余位置磁異常區均較小(約0.5m以內)。盡管叢式井組井口間距比較小(海上井口間距通常小于2m；陸上井口間距約5m)，但是套管柱自身磁場影響范圍較小(通常1.0m以內)，MWD的磁傳感器距離鉆頭較遠(通常約14m)，現有井眼防碰預警方法僅以總磁場強度(BT)是否正常為依據識別鄰井套管磁干擾，不僅難以及時識別井眼交碰風險，也無法判斷鄰井套管相對位置。與此同時，盡管套管柱自身磁場影響范圍較小，但是叢式井組上部直井段井眼間距變化較慢，只要對現有的井眼防碰預警方法進行改進，就能夠及時識別出鄰井套管磁干擾和井眼交碰風險。

MWD系統的測量傳感器布置如圖6所示，z軸沿MWD軸線方向(向下為正方向)、x軸指向MWD基準方向、y軸符合右手法則；三軸加速度計測量數據分別為g_x、g_y、g_z，三軸磁通門的測量數據分別為B_x、B_y、B_z；利用6個原始測量數據可以計算出井眼軌跡參數(井斜角、方位角)、造斜工具姿態參數(磁工具面角MTF，重力工具面角GTF)、磁場參數(磁場強度B_T，磁場傾角D_IP)。快速工具面模式和全測量模式是MWD系統最基本的兩種工作模式。其中，快速工具面模式僅測量和上傳工具面角(井斜角較小時顯示MTF，井斜角較大時顯示GTF)，約3-5s更新一次，用于滑動鉆進調整井斜角和方位角；全測量模式用于測量和上傳井眼軌跡參數(井斜角、方位角)、磁場參數(磁場強度、磁場傾角)，用時約3min/次。無論采用何種工作模式，三軸磁通門的原始測量數據均不上傳至地面，直接利用三軸磁通門的原始數據進行防碰預警是行不通的。利用全測量模式加密測量獲取足夠多的磁場參數也是行不通的——因為全測量模式需要頻繁停泵(鉆井泵)和開泵，停止活動鉆具并等待數據上傳，不僅占用太多鉆井作業時間，還會增加卡鉆風險。