[發明專利]一種井下雙探頭磁測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202010965712.2
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112253084A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 趙國山;馮光通;于克武;李茜;王斌斌;姬戰民;祁亞男;孫梅;付琦;劉俊;朱建建
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化勝利石油工程有限公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術公司
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/0228
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 羅文遠

1.一種井下雙探頭磁測量裝置，其特征是：包括測量傳感器艙（1）、信號采集艙（2）、數據處理艙（3）、供電連接短節（4）、定位引導裝置（5）和無磁外筒（6），在無磁外筒（6）內依次安裝供電連接短節（4）、數據處理艙（3）、信號采集艙（2）、測量傳感器艙（1）和定位引導裝置（5），所述供電連接短節（4）主要由電纜接頭（7）和穩壓電源模塊（8）組成，電纜接頭（7）與下入電纜連接為井下供電，同時將編碼信號疊加在單芯供電電纜上傳輸；定位引導裝置（5）主要由錐形金屬頭（9）和水利塞（10）組成，錐形金屬頭（9）與儀器外殼連接，并通過重力和水力作用引導儀器定位，水力塞（10）安裝在錐形金屬頭基座上，通過泵送水力作用輔助引導定位。

2.根據權利要求1所述的一種井下雙探頭磁測量裝置，其特征是：所述測量傳感器艙（1）主要由三軸重力加速度計（11）、溫度傳感器（12）、第一三軸磁場測量探頭 （13）和第二三軸磁場測量探頭（14）組成，三軸重力加速度計（11）安裝在基線中點位置，三軸重力加速度計（11）測量三軸重力場數據，溫度傳感（12）提供溫度數據。

3.根據權利要求1所述的一種井下雙探頭磁測量裝置，其特征是：所述信號采集艙（2）主要由交直流隔離模塊（15）和信號采樣保持模塊（16）組成，從測量傳感器艙（1）獲得的信號輸送至信號采集艙（2），采樣頻率為80Hz，三軸磁場信號通過交直流隔離模塊（15）進行交流信號和直流信號分離，分離后的直流信號通過直流濾波模塊進行低通濾波，截止頻率為1Hz，分離后的交流信號通過低通濾波，截止頻率為10Hz。

4.根據權利要求1所述的一種井下雙探頭磁測量裝置，其特征是：所述數據處理艙（3）主要由數據處理模塊（17）和通信模塊（18）組成，數據處理模塊（17）依據采集信號得到測點處的方位角、傾斜角和溫度，通訊模塊（18）采用基于單芯電力載波通訊方式，編碼信號經過SN55451B電平驅動，然后通過變壓器耦合到單芯電纜中進行信號上傳，地面采用傳感器的輸出信號作為深度和速度的信號源。

5.根據權利要求4所述的一種井下雙探頭磁測量裝置，其特征是：所述數據處理模塊（17）采用TMS320F2809作為主控芯片。

6.根據權利要求1所述的一種井下雙探頭磁測量裝置，其特征是：所述電纜接頭（7）與下入電纜連接為井下供電，同時將編碼信號疊加在單芯供電電纜上傳輸；穩壓電源模塊（8）通過整流為井下儀器提供5V、12V和15V的直流穩壓供電。

7.根據權利要求1所述的一種井下雙探頭磁測量裝置，其特征是：所述供電連接短節（4）采用鋁合金和奧氏不銹鋼無磁材料加工。

8.根據權利要求1-7中任一項所述的一種井下雙探頭磁測量裝置的使用方法，其特征是包括以下過程：

在連通井施工中，下入直井距離連通點上方3米，第一三軸磁場測量探頭（13）與第二三軸磁場測量探頭 （14）沿軸線間距0.8m作為測量單元基線，第一三軸磁場測量探頭（13）與第二三軸磁場測量探頭（14）分別測量所在測點的磁場數據，兩個探頭沿軸線的磁場分量差值與基線距離比值可得到軸線磁場梯度值，可通過磁場梯度值變化有效判斷交變磁場影響確定磁導向定位起始點；

通過測量傳感器艙（1）、信號采集艙（2）和數據處理艙（3）得到測點處的方位角、傾斜角和溫度，地面采用傳感器的輸出信號作為深度和速度的信號源，對于地面接收的交流信號采用EMD方法進行消噪，步驟1利用EMD對交流信號進行分解，分解出８個頻率從高到低的IMF分量和和1個殘余分量；步驟2選取5Hz作為高頻和低頻的分界點，剔除IMF分量中的高頻成分；步驟3：再次運用EMD方法將剩余IMF分量重構信號，得到去噪后的信號，依據測點處的方位角、傾斜角和溫度，通過提取旋轉交變磁場信號的幅值和頻域特征進行相對距離和方位計算，確保已鉆井眼和在鉆井眼的精確導向定位。

9.根據權利要求1-7中任一項所述的一種井下雙探頭磁測量裝置的使用方法，其特征是包括以下過程：

平行水平井施工中，儀器進行分段引導，首先在A段引導點進行測量導向定位，再通過泵送水力作用將測量裝置運送到B段引導點進行測量導向定位，以此類推實現平行井分段導向定位；

測量定位過程中兩個探頭沿軸線的磁場分量差值與基線距離比值可得到軸線磁場梯度值，可通過磁場梯度值變化有效判斷交變磁場影響確定磁導向定位起始點；通過測量傳感器艙（1）、信號采集艙（2）和數據處理艙（3）得到測點處的方位角、傾斜角和溫度，地面采用馬丁代克傳感器的輸出信號作為深度和速度的信號源，對于地面接收的交流信號采用EMD方法進行消噪，得到去噪后的信號，依據測點處的方位角、傾斜角和溫度，通過提取旋轉交變磁場信號的幅值和頻域特征進行相對距離和方位計算，確保已鉆井眼和在鉆井眼的精確導向定位。