專利名稱：一種雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隨鉆測(cè)量鄰井距離的電磁引導(dǎo)系統(tǒng)，屬于地下資源鉆采工程技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在石油、天然氣及煤層氣等地下資源的開采中，雙水平井、連通井、U型井和加密井 等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井，要求對(duì)鄰井距離進(jìn)行隨鉆精確探測(cè)。目前，國(guó)內(nèi)普遍使用的隨鉆測(cè)量工具不 能直接測(cè)量鄰井距離，因而難以滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鄰井距離隨鉆探測(cè)的特殊要求。國(guó)外雖已 研制出能夠基本滿足以上要求的隨鉆電磁引導(dǎo)系統(tǒng)(如MGT、RMRS等)，但其核心技術(shù)仍被 保密和壟斷。本發(fā)明者在MGT和RMRS的基礎(chǔ)上，在以前申請(qǐng)的專利201010145020X和專利 2010101450233中研究設(shè)計(jì)了 “一種螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)”，該系統(tǒng)雖然具有較 大的測(cè)距范圍，但是測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間較長(zhǎng)，浪費(fèi)了總體鉆井時(shí)間。為節(jié)省探測(cè)系統(tǒng)的測(cè) 量和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，提高鉆井效率，本發(fā)明者特研究設(shè)計(jì)了“一種雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距 導(dǎo)向系統(tǒng)”，本發(fā)明采用雙螺線管組短節(jié)作為磁信號(hào)發(fā)射源，放到已鉆井中，可以產(chǎn)生兩個(gè) 不同頻率的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與RMRS具有相當(dāng)?shù)臏y(cè)量精度；該系統(tǒng)不僅具有較大的測(cè)距范圍，而 且測(cè)量計(jì)算時(shí)，無需拖動(dòng)雙螺線管組短節(jié)就可以精確探測(cè)計(jì)算鄰井間距和相對(duì)方位，因此 可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量。同時(shí)，數(shù)據(jù)分析和鄰井間距計(jì)算程序可以放到井下，只將計(jì) 算后少量的必要數(shù)據(jù)發(fā)送到地面，節(jié)約了數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要技術(shù)問題是提供一種雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)，它能在一 定范圍內(nèi)精確測(cè)量鄰井的相對(duì)距離和方位，為雙水平井、連通井、U型井和加密井等復(fù)雜結(jié) 構(gòu)井提供一種有效的探測(cè)與控制手段。為了隨鉆探測(cè)鄰井的間距和相對(duì)方位，本發(fā)明提供了 一種雙螺線管組隨鉆電磁測(cè) 距導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于主要包括一個(gè)雙螺線管組短節(jié)、一套經(jīng)改裝的MWD (Measurement While Drilling)、地面顯示系統(tǒng)及地面設(shè)備，其中所述雙螺線管組短節(jié)，其主要作用是在探測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，是 該電磁探測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)源，以此確定鉆頭在正鉆井中的位置。在使用時(shí)，鉆柱或爬行器將螺 線管組短節(jié)下到已鉆井中。所述改裝的MWD，主要是由傳統(tǒng)的MWD、一個(gè)三軸交變磁場(chǎng)傳感器和固化有數(shù)據(jù)分 析及鄰井間距計(jì)算程序的微處理器組成，安裝在傳統(tǒng)MWD所處的位置。交變磁場(chǎng)傳感器在 MWD中的安裝方式與MWD中其它三軸傳感器安裝方式相同，其作用是探測(cè)由螺線管組產(chǎn)生 的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。MWD中的三軸磁通門傳感器和三軸加速度傳感器主要用來檢測(cè)MWD所在位置 處的地磁場(chǎng)矢量和重力場(chǎng)矢量。數(shù)據(jù)分析及鄰井間距計(jì)算程序，其作用是分析傳感器檢測(cè) 到的信號(hào)并計(jì)算改裝的MWD與雙螺線管組短節(jié)的間距和相對(duì)方位，同時(shí)計(jì)算改裝的MWD所 在井深處的井斜角和方位角，并將計(jì)算結(jié)果由MWD傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備。
所述的地面顯示系統(tǒng)，主要是將接收到的井下發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)進(jìn)一步計(jì)算，以數(shù)字、 文字及圖形等形式顯示鉆頭到鄰井的相對(duì)空間位置。鉆井工程師可以根據(jù)這些信息，結(jié)合 傳統(tǒng)的MWD測(cè)斜數(shù)據(jù)，有效地控制鉆頭運(yùn)動(dòng)軌跡，以便精確控制相鄰兩口井平行段按設(shè)計(jì) 間距鉆進(jìn)或使相鄰兩口井連通。所述的地面設(shè)備，主要是為雙螺線管組短節(jié)提供兩組同步交流電和接收雙螺線管 組短節(jié)內(nèi)傳感器探測(cè)的信號(hào)。其中每組交流電包括兩個(gè)同步交流電，兩個(gè)同步電流的波形 在時(shí)間上相差四分之一個(gè)周期，交流電的波形可是正弦和余弦波形，也可以都是方波，這是 因?yàn)閮煞讲ǖ母盗⑷~諧波也是正弦和余弦波形。一般地，產(chǎn)生方波形交流電要比產(chǎn)生純凈 的正余弦波形交流電容易得多，因此在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中常采用方波形交流電。進(jìn)一步地，上述雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)還可具有以下特點(diǎn)所述雙螺 線管組短節(jié)主要包括兩段螺線管組，每段螺線管組由兩列相互正交的螺線管組成，其特征 在于兩段螺線管組分別位于雙螺線管組短節(jié)兩端，相距4米，每段螺線管組長(zhǎng)1米左右，直 徑為60毫米。其中每個(gè)螺線管的線圈繞在層疊的軟磁鐵芯上。螺線管組可以用尼龍繩系 在無磁骨架上，也可以在螺線管與骨架的縫隙中灌入環(huán)氧樹脂來固定螺線管。為了保護(hù)螺 線管組也可以將固定好的螺線管和骨架放入一個(gè)無磁外殼中。進(jìn)一步地，所述雙螺線管組短節(jié)還包括傳感器模塊和處理電路，其特征在于傳感 器模塊主要由三軸磁通門傳感器和三軸加速度傳感器，用來探測(cè)雙螺線管組短節(jié)所在井深 位置的地磁場(chǎng)矢量和重力場(chǎng)矢量，以計(jì)算雙螺線管組短節(jié)自身的擺放姿態(tài)。兩個(gè)三軸傳感 器的z軸沿雙螺線管組短節(jié)的軸向；兩個(gè)傳感器的X軸位于同一個(gè)平面上，且相互平行；Y 軸的情況與此相同。處理電路主要用來處理傳感器模塊檢測(cè)到的信號(hào)，并將信號(hào)發(fā)送到地 面設(shè)備。進(jìn)一步地，上述改裝的MWD還可具有以下特點(diǎn)傳感器模塊由一個(gè)三軸交變磁場(chǎng) 傳感器、一個(gè)三軸磁通門傳感器、一個(gè)三軸加速度傳感器和一個(gè)溫度傳感器組成。三軸交變 磁場(chǎng)傳感器與其它三軸傳感器的安裝方式相同。交變磁場(chǎng)傳感器用來檢測(cè)MWD所在位置處 由雙螺線管組短節(jié)產(chǎn)生的兩個(gè)不同頻率的磁信號(hào)；磁通門傳感器、加速度傳感和溫度傳感 器用來檢測(cè)MWD所在位置處地磁場(chǎng)矢量、重力場(chǎng)矢量和井下溫度。檢測(cè)到的信號(hào)并由MWD 傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備，為鄰井間距計(jì)算程序提供數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述改裝的MWD內(nèi)微處理上固化的鄰井間距計(jì)算程序包括鄰井平行間 距計(jì)算方法和鄰井連通計(jì)算方法，其特征在于可以根據(jù)改裝后MWD接收到的雙螺線管組 短節(jié)產(chǎn)生的兩組磁信號(hào)，計(jì)算MWD到雙螺線管組短節(jié)的間距和相對(duì)方位。鉆頭到MWD的距離 已知，進(jìn)而可以根據(jù)鉆頭與MWD的相對(duì)位置關(guān)系，計(jì)算鉆頭到雙螺線管組短節(jié)的相對(duì)位置， 最后結(jié)合測(cè)斜數(shù)據(jù)可以確定鉆頭到已鉆井或連通點(diǎn)的相對(duì)空間位置。進(jìn)一步地，所述鄰井平行間距計(jì)算方法與本發(fā)明者所申請(qǐng)專利201010127554X中 介紹的計(jì)算方法類似，在此不再贅述。進(jìn)一步地，所述鄰井連通計(jì)算方法，其特征在于如圖6所示建立直角坐標(biāo)系，改裝的MWD到雙螺線管組短節(jié)的徑向間距為R ；改裝 的MWD到雙螺線管組短節(jié)上部螺線管組的距離為r”到雙螺線管組短節(jié)下部螺線管組的距 離為r2 ；改裝的MWD到雙螺線管組短節(jié)上部螺線管組的軸向間距為Z2，到改裝的MWD到雙螺 線管組短節(jié)下部螺線管組的軸向間距為Zi ；兩段螺線管的間距為D(已知)。如圖7所示，以直井井眼的延伸方向?yàn)閣軸，直井井眼高邊方向?yàn)閡軸，v軸正交于w軸和u軸，建立UVW 直角坐標(biāo)系。將改裝的MWD檢測(cè)到的兩組不同頻率的三軸磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度的振幅代入以下幾式 Bj =BZ 其中| Bx |、| By |、| Bz |代表交變磁場(chǎng)傳感器X、Y和Z軸檢測(cè)到的磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度波 形的振幅?？汕蟮绵従叫虚g距R和Zp Z2。將R和Zp Z2代入下式 可得在兩段螺線管處單位矢量^到單位矢量左夾角的值a工、a 2，因此a =~(ai +a2)由以上求得的R、\、Z2和a就可確定改裝的MWD與雙螺線管組短節(jié)的相位置關(guān) 系。然后，結(jié)合改裝的MWD與鉆頭和雙螺線管組短節(jié)與連通點(diǎn)的空間位置關(guān)系，即可計(jì)算鉆 頭到連通點(diǎn)的相對(duì)位置。進(jìn)一步地，所述地面設(shè)備中為雙螺線管組短節(jié)提供兩組同步方波形交流電的供電 設(shè)備，其特征在于可由12伏小型鉛酸蓄電池接一個(gè)極性可逆場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)電路組 成。螺線管線圈中電流方向周期性逆轉(zhuǎn)，由晶體振蕩器產(chǎn)生的方波參考信號(hào)來控制，兩組交 流電的周期分別為0. 4秒和0. 6秒。本項(xiàng)發(fā)明采用雙螺線管組短節(jié)作為信號(hào)源，產(chǎn)生兩組不同頻率的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，具有 與RMRS相當(dāng)?shù)臏y(cè)量精度，且易于改變信號(hào)源的強(qiáng)度，容易控制測(cè)距范圍；測(cè)量計(jì)算時(shí)，無需 拖動(dòng)雙螺線管組短節(jié)就可以精確探測(cè)計(jì)算鄰井間距和相對(duì)方位，可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量，同時(shí)數(shù)據(jù)分析和鄰井間距計(jì)算程序放到井下，只將計(jì)算后少量的必要數(shù)據(jù)發(fā)送到地 面，因此節(jié)省了總體鉆井時(shí)間，提高了鉆井效率。本項(xiàng)發(fā)明可以用于鄰井平行間距和鄰井連 通的控制中，為鄰井距離的測(cè)量和控制提供了比現(xiàn)在普遍使用的MWD更高精度的工具。


圖1是本發(fā)明雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)在連通井中工作示意圖。圖2是雙螺線管組短節(jié)內(nèi)部螺線管排列示意圖。圖3是雙螺線管組短節(jié)激勵(lì)交流電波形圖。圖4是井下改裝的MWD內(nèi)部傳感器軸線方向排列示意圖。圖5是井下改裝的MWD功能模塊示意圖。圖6是雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)距計(jì)算模型。圖7 (a)和圖7 (b)是分析雙螺線管組短節(jié)與改裝的MWD相對(duì)方位示意圖。圖8是本發(fā)明雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)在雙水平井中工作示意圖<圖中1正鉆井2已鉆井3鉆井塔 4纜車 5電纜6鉆頭 7改裝的MWD 8雙螺線管組短節(jié) 9磁力線71三軸交變磁場(chǎng)傳感器 72三軸高精度磁通門傳感器73三軸重力加速度傳感器81螺線管組82螺線管組
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。如圖1所示，雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)的硬件主要由雙螺線管組短節(jié)、 改裝的MWD、地面設(shè)備等組成。改裝的MWD放在正鉆井中，放在鉆頭后傳統(tǒng)MWD安裝位置處， 探測(cè)鄰井(已鉆井)中雙螺線管組短節(jié)產(chǎn)生的兩組不同頻率的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。然后，檢測(cè)到的磁 矢量信號(hào)由MWD井下處理器中的數(shù)據(jù)分析與鄰井間距計(jì)算程序，計(jì)算雙螺線管組短節(jié)到改 裝的MWD的相對(duì)位置，并將計(jì)算結(jié)果傳輸?shù)降孛骘@示系統(tǒng)。進(jìn)而，結(jié)合MWD和鉆頭的位置關(guān) 系，可以計(jì)算鉆頭到螺線管組短節(jié)的相對(duì)位置。最后，地面顯示系統(tǒng)將鉆頭與雙螺線管組短 節(jié)的位置關(guān)系，以數(shù)字、文字和圖形等形式顯示給鉆井工程師。鉆井工程師參考測(cè)斜數(shù)據(jù)， 就可以精確控制鉆頭的運(yùn)動(dòng)軌跡。如圖2所示，雙螺線管組短節(jié)主要由兩段螺線管組組成，每段螺線管組的個(gè)數(shù)可 以隨探測(cè)距離的遠(yuǎn)近進(jìn)行調(diào)整，每段螺線管組長(zhǎng)1米左右，直徑為60毫米，其中每個(gè)螺線管 的線圈繞在層疊的軟磁鐵芯上。螺線管可以用尼龍繩系在無磁骨架上，也可以在螺線管與 骨架的縫隙中灌入環(huán)氧樹脂來固定螺線管。為了更好地保護(hù)螺線管組也可以將固定好的螺 線管和骨架放入一個(gè)無磁外殼中。雙螺線管組短節(jié)由鉆柱或爬行器下入到已鉆井中，并可 以在已鉆井中移動(dòng)。在雙水平井中，雙螺線管組短節(jié)近似放在改裝的MWD的正下方；在連通 井中，雙螺線管組短節(jié)的中點(diǎn)近似放在連通點(diǎn)處。雙螺線管組短節(jié)還包括傳感器模塊和處理電路，傳感器模塊主要由三軸磁通門傳 感器和三軸加速度傳感器組成，用來探測(cè)雙螺線管組短節(jié)所在井深位置的地磁場(chǎng)矢量和重 力場(chǎng)矢量，以計(jì)算雙螺線管組短節(jié)自身的擺放姿態(tài)。處理電路主要用來處理傳感器模塊檢測(cè)到的信號(hào)，并將信號(hào)發(fā)送到地面設(shè)備。改裝的MWD系統(tǒng)與傳統(tǒng)MWD的不同在于井下傳感器模塊中多安裝了一個(gè)三軸交變 磁場(chǎng)傳感器，用來檢測(cè)由螺線管組短節(jié)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。傳感器模塊中的磁通門傳感器、加 速度傳器和溫度傳感器分別用來檢測(cè)MWD處在位置處的地磁場(chǎng)、重力場(chǎng)和井下溫度。如圖4 所示，交變磁場(chǎng)傳感器、磁通門傳感器和加速度傳感器均為三軸傳感器，交變磁場(chǎng)傳感器與 其它三軸傳感器的安裝方式相同。三個(gè)傳感器的Z軸與MWD軸線重合，X軸和Y軸垂直于 MWD軸線；三個(gè)傳感器的X軸位于同一個(gè)平面上，且相互平行，Y軸的情況與X軸類似。改裝 的MWD安裝在鉆頭后傳統(tǒng)MWD安裝位置，求得MWD的位置后，可由MWD與鉆頭的位置關(guān)系計(jì) 算鉆頭的空間位置。另外，改裝的MWD與傳統(tǒng)的MWD相比添加了一個(gè)微處理器，上面固化了鄰井間距計(jì) 算程序，可以通過分析檢測(cè)到的磁信號(hào)，計(jì)算改裝的MWD與雙螺線管組短節(jié)的相對(duì)位置。鄰 井間距計(jì)算程序包括鄰井平行間距計(jì)算方法和鄰井連通計(jì)算方法，鄰井平行間距計(jì)算方法 與本發(fā)明者所申請(qǐng)專利201010127554X中介紹的計(jì)算方法類似，鄰井連通計(jì)算方法其特征 在于在雙螺線管組短節(jié)的每段螺線管組上建立RQZ直角坐標(biāo)系，單位矢量i指向直井 的延伸方向，以雙螺線管組短節(jié)到改裝的MWD的徑向?yàn)閱挝皇噶繛榈姆较颍瑔挝皇噶?。正?于單位矢量乏和左。在RQZ坐標(biāo)系中，每段螺線管組的磁矩為m = mcos(Am/})R-msm{AmR)Q， r = RR + ZZ ,可得 如圖7所示，以直井井眼的延伸方向?yàn)閣軸，直井井眼高邊方向?yàn)閡軸，v軸正交 于w軸和u軸，建立UVW直角坐標(biāo)系。磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度在w軸、v軸上的分量為 將(1) (2)式代入(4) (5)式可得 式中B。、B、代表磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度W、V軸分量的幅值。由(1)式和(3)可得
又因?yàn)閆2<D，由(1 6)式可解得
在雙螺線管組短節(jié)下段螺旋管處定義 ， 又因?yàn)閆、<0，由(19)式可解得
由(15)式和(18)式聯(lián)立可得 將(21) (23)式代入(14)式可得在兩段螺線管組處單位矢量眾到單位矢量為夾 角的值c^、a2，因此 由R、Zi、Z2和夾角a，可以確定改裝的MWD到雙螺線管組短節(jié)的相對(duì)空間位置。由 于改裝的MWD與鉆頭的相對(duì)位置關(guān)系和連通點(diǎn)與雙螺線管組短節(jié)的相對(duì)位置關(guān)系已知，因 此可由改裝的MWD到雙螺線管組短節(jié)的相對(duì)空間位置確定鉆頭到連通點(diǎn)的相對(duì)空間位置。地面設(shè)備主要是為雙螺線管組短節(jié)提供兩組同步交流電和接收雙螺線管組短節(jié) 內(nèi)傳感器探測(cè)的信號(hào)。如圖3所示，每組交流電包括兩個(gè)同步交流電，兩個(gè)同步電流的波形 在時(shí)間上相差四分之一個(gè)周期，一個(gè)電流為同一方向安裝的螺線管提供電流，另一電流為 與這一方向正交的另一列螺線管提供電流。電流的波形可以一個(gè)是正弦，另一個(gè)是余弦，也 可以都是方波，這是因?yàn)閮煞讲ǖ母盗⑷~分量也是正弦和余弦波。一般地，產(chǎn)生方形交流電 要比產(chǎn)生純凈的正余弦波交流電容易的多，故在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中常采用方波交流電。然后，對(duì)檢 測(cè)到的磁信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉分析，求得磁信號(hào)的正余弦分量，利用求得的正余弦分量來 計(jì)算改裝的MWD到螺線管組的相對(duì)空間位置。兩組交流電的變化周期分別為0. 4秒和0. 6 秒。改裝的MWD的各個(gè)功能模塊如圖5所示。激勵(lì)電路為MWD的各個(gè)傳感器供電，MWD 內(nèi)的交變磁場(chǎng)傳感器、磁通門傳感器和加速度傳感器分別檢測(cè)到螺線管組短節(jié)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)、地磁場(chǎng)和重力場(chǎng)。這些檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后，經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路變成 數(shù)字信號(hào)，傳到井下的微處理器，由微處理器內(nèi)的數(shù)據(jù)分析和鄰井間距計(jì)算程序分析計(jì)算 改裝的MWD到雙螺線管組的相對(duì)位置，將計(jì)算結(jié)果在井下編碼后通過電纜或泥漿脈沖傳輸 到地面顯示系統(tǒng)，地面顯示系統(tǒng)將信號(hào)解碼后提取有用數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)算法，計(jì)算出鉆頭與 已鉆井或連通點(diǎn)的相對(duì)位置。然后，以數(shù)字、文字和圖形等形式顯示給鉆井工程師。本發(fā)明中，由位于雙螺線管組短節(jié)兩端的兩段螺線管組成產(chǎn)生兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的等效磁 矩，兩個(gè)等效磁矩旋轉(zhuǎn)的角速度不同，因此在探測(cè)點(diǎn)可以檢測(cè)到兩組不同頻率的磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)探測(cè)器由傳統(tǒng)的MWD改裝而成，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系 統(tǒng)具有與RMRS相當(dāng)?shù)臏y(cè)量精度，且易于改變信號(hào)源的強(qiáng)度，容易控制測(cè)距范圍，同時(shí)可在 較短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量，提高了整體鉆進(jìn)效率。本發(fā)明為鄰井間距控制提供了一種導(dǎo)向精 度高、測(cè)距范圍廣、測(cè)量時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的隨鉆測(cè)量工具。
權(quán)利要求
一種雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)主要由雙螺線管組短節(jié)、改裝的MWD、地面顯示系統(tǒng)及地面設(shè)備等組成。
2.如權(quán)利要求1所述的雙螺線管組短節(jié)，其特征在于，主要由兩段螺線管組和傳感器 模塊組成，全長(zhǎng)5 6米，直徑為60毫米，由鉆桿或爬行器下入到已鉆井中。
3.如權(quán)利要求2所述的兩段螺線管組，其特征在于，每段螺線管組又由兩列相互正交 的螺線管組成，長(zhǎng)1米左右，直徑為60毫米，兩段螺線管組分別位于雙螺線管組短節(jié)的兩 端。為了保護(hù)螺線管組，可以在螺線管與無磁骨架的縫隙中灌入環(huán)氧樹脂，放入一個(gè)無磁外 殼中。
4.如權(quán)利要求2所述的傳感器模塊，其特征在于，主要由三軸磁通門傳感器和三軸加 速度傳感器組成，用來探測(cè)雙螺線管組短節(jié)所在井深位置的地磁場(chǎng)矢量和重力場(chǎng)矢量，以 計(jì)算雙螺線管組短節(jié)自身的擺放姿態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的改裝的MWD，其特征在于，在井下傳感器模塊與傳統(tǒng)的MWD多了 一個(gè)三軸交變磁場(chǎng)傳感器和微處器。改裝的MWD安裝在鉆頭后傳統(tǒng)MWD所在位置。
6.如權(quán)利要求5所述的微處器，其特征在于，微處理器上面固化有數(shù)據(jù)分析及鄰井間 距計(jì)算程序，鄰井間距計(jì)算程序包括鄰井平行間距計(jì)算方法和鄰井連通計(jì)算方法，可以通 過分析傳感器檢測(cè)到的兩組不同頻率的磁信號(hào)，計(jì)算改裝的MWD到雙螺線管組短節(jié)的相對(duì) 位置。
7.如權(quán)利要求6所述的鄰井連通計(jì)算方法，其特征在于，將改裝的MWD檢測(cè)到的兩組不 同頻率的三軸磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度的幅值代入以下幾式 其中IBx ι、ιBy ι、ιBzι代表交變磁場(chǎng)傳感器χ、Y和ζ軸檢測(cè)到的磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度波形的振幅?？汕蟮绵従叫虚g距R和Zp Z2。將R和Zp Z2代入下式 可得在兩段螺線管處單位矢量眾到單位矢量力夾角的值α” Ci2，因此 由以上求得的R、ZpZ2* α就可確定改裝的MWD與雙螺線管組短節(jié)的相位置關(guān)系。然 后，結(jié)合改裝的MWD與鉆頭和雙螺線管組短節(jié)與連通點(diǎn)的空間位置關(guān)系，即可計(jì)算鉆頭到 連通點(diǎn)的相對(duì)位置。
8.如權(quán)利要求1所述的地面顯示系統(tǒng)，其特征在于，通過合適的計(jì)算，以數(shù)字、文字及 圖形等形式將鄰井平行段的相對(duì)位置或鉆頭到連通點(diǎn)的相對(duì)位置顯示給鉆井工程師。
9.如權(quán)利要求1所述的地面設(shè)備，其特征在于，主要包括地面供電設(shè)備和信號(hào)接收設(shè) 備。地面供電設(shè)備是為雙螺線管組短節(jié)提供兩組同步方波交流電；信號(hào)接收設(shè)備主要用來 接收雙螺線管組短節(jié)內(nèi)傳感器探測(cè)的信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的兩組同步方波交流電，其特征在于，兩組交流電的變化周期分 別為0.4秒和0.6秒，每組交流電都由兩個(gè)同步交流電組成，這兩個(gè)同步電流的波形在時(shí)間 上相差四分之一個(gè)周期，一個(gè)電流為同一方向安裝的螺線管提供電流，另一電流為與這一 方向正交的另一列螺線管提供電流。
全文摘要
一種雙螺線管組隨鉆電磁測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)，能為雙水平井、連通井、U型井和加密井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的井眼軌跡控制提供精確的導(dǎo)向測(cè)量與計(jì)算。該系統(tǒng)主要由雙螺線管組短節(jié)、改裝的MWD、地面顯示系統(tǒng)及地面設(shè)備等組成。本發(fā)明采用雙螺線管組短節(jié)作為磁信號(hào)發(fā)射源，放到已鉆井中，可以產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與RMRS具有相當(dāng)?shù)臏y(cè)量精度；該系統(tǒng)測(cè)量計(jì)算時(shí)，無需拖動(dòng)雙螺線管組短節(jié)就可以精確探測(cè)計(jì)算鄰井間距和相對(duì)方位，因此可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量；該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和鄰井間距計(jì)算程序可以放到井下，只將計(jì)算后少量的必要數(shù)據(jù)發(fā)送到地面，節(jié)約了數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間；同時(shí)，可以通過提高螺線管線圈的電流強(qiáng)度等方法，提高磁信號(hào)發(fā)射源的強(qiáng)度，易于增加該系統(tǒng)的測(cè)距范圍。本發(fā)明導(dǎo)向精度高、測(cè)距范圍廣、測(cè)量時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為鄰井距離隨鉆探測(cè)與控制提供了一個(gè)有效的高新技術(shù)手段。
文檔編號(hào)E21B47/09GK101852078SQ20101019398
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者刁斌斌, 高德利 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)