基于磁梯度和曲率的測(cè)距方法
【專利摘要】用于確定從正在鉆的井到被磁化的目標(biāo)井的距離的方法包括從正在鉆的井獲取磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果。所獲取的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果是在所述正在鉆的井中的多個(gè)間隔開的位置處實(shí)施的。所獲取的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果被處理以獲得包括以下中的至少一個(gè)的比率：(ⅰ)磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)的比率，(ii)磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率，和(iii)磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率。所述比率然后被處理，以獲得從所述正在鉆的井到被磁化的目標(biāo)井的距離。
【專利說明】
基于磁梯度和曲率的測(cè)距方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年10月24日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/894460號(hào)的優(yōu)先權(quán) 及權(quán)益，通過參引方式將該申請(qǐng)納入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 所公開的實(shí)施例總體上設(shè)及鉆探和勘測(cè)諸如用于石油和天然氣開采的地下鉆孔， 并且更具體地設(shè)及用于利用所測(cè)磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)和二階空間導(dǎo)數(shù)確定李生井和被磁 化的目標(biāo)井之間的距離的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 可W使用磁測(cè)距測(cè)量來獲得到相鄰井的距離和方向。例如，共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利 7656161中公開了一種技術(shù)，其中預(yù)定的磁場(chǎng)模式被刻意施加到多個(gè)套管管件。如此被磁化 的運(yùn)些管件連接在一起，并下放到相鄰井（目標(biāo)井）中，W形成套管柱的一個(gè)磁化段，其通常 包括多個(gè)縱向間隔開的成對(duì)的相斥磁極。磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果然后可W被用于勘測(cè)并引導(dǎo)正在鉆 的井(例如，李生井)相對(duì)于目標(biāo)井的鉆探?？蒞從在所述李生井中進(jìn)行的各種磁場(chǎng)測(cè)量來 確定李生井和目標(biāo)井之間的距離(如在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利7617049中進(jìn)一步公開的）。運(yùn) 些雙井技術(shù)可W有利地用于例如鉆探水平李生井W從油砂中回收重油的蒸汽輔助重力泄 油(SAGD)應(yīng)用中。
[0005] 雖然W上描述的方法已成功地用于雙井應(yīng)用中，然而仍然有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。 例如，從所測(cè)磁場(chǎng)中準(zhǔn)確地移除地球磁場(chǎng)可能是困難的，運(yùn)是因?yàn)橐话悴荒芫_地知道正 在鉆的井的姿態(tài)。此外，由于兩個(gè)井間的距離是由所測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度(強(qiáng)度)獲得的，因此套管磁 化強(qiáng)度的任何變化可能會(huì)導(dǎo)致所獲得的距離的相應(yīng)誤差(例如，套管磁化的衰減可能會(huì)導(dǎo) 致所述距離被低估）。因此，需要改進(jìn)測(cè)距方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 公開了用于確定從正在鉆的井到被磁化的目標(biāo)井的距離的方法。所述方法包括從 所述正在鉆的井獲取磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果。鉆柱被部署到所述正在鉆的井中，且包括位于源于所 述被磁化的目標(biāo)井的磁通量的感知范圍內(nèi)的至少一個(gè)磁場(chǎng)傳感器。在多個(gè)間隔開的位置實(shí) 施所獲得的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，例如在正在鉆的井中的多個(gè)間隔開的軸向和/或徑向位置。所獲 得的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果被處理W獲得包括W下中的至少一個(gè)的比率：（0磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的一 階空間導(dǎo)數(shù)的比率，（ii)磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率，和（iii)磁場(chǎng)的一階空間 導(dǎo)數(shù)與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率。所述比率然后被處理，W獲得從所述正在鉆的井到被 磁化的目標(biāo)井的距離。
[0007] 所公開的實(shí)施例可W提供各種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。例如，所公開的方法可W通過減小磁測(cè) 距測(cè)量對(duì)目標(biāo)磁化強(qiáng)度的依賴性來改善通過磁測(cè)距所確定的距離的精度。此外，某些所公 開的實(shí)施例可W避免從所測(cè)磁場(chǎng)移除地球磁場(chǎng)的需要。
[0008] 提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分是為了介紹一系列概念，運(yùn)些概念在下面的詳細(xì)描述中被進(jìn) 一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不旨在標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征，也不旨在 用作輔助限制所要求保護(hù)的主題的范圍。
【附圖說明】
[0009] 為了更完整地理解所公開的主題及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考下面的描述，其中： [0010]圖1描繪了現(xiàn)有技術(shù)的SAGD雙井作業(yè)的布置。
[0011] 圖2描繪現(xiàn)有技術(shù)的井眼管件磁化。
[0012] 圖3描繪了所公開的一種用于確定正在鉆的井和被磁化的目標(biāo)井之間的距離的方 法實(shí)施例的一個(gè)例子的流程圖。
[0013] 圖4描繪了被磁化的套管柱周圍磁場(chǎng)的曲線圖。
[0014] 圖5A和5B描繪了磁場(chǎng)的軸向和徑向分量(?和Br)作為沿所述目標(biāo)井在距目標(biāo)井的 不同距離處的規(guī)范化軸向位置的函數(shù)的曲線圖。
[0015] 圖6A、6B和6C描繪了磁場(chǎng)的S個(gè)獨(dú)立一階空間導(dǎo)數(shù)作為沿所述目標(biāo)井在距目標(biāo)井 的不同距離處的規(guī)范化軸向位置的函數(shù)的曲線圖。
[0016] 圖74、78、7(：、和70描繪了磁場(chǎng)的四個(gè)獨(dú)立二階空間導(dǎo)數(shù)作為沿所述目標(biāo)井在距目 標(biāo)井的不同距離處的規(guī)范化軸向位置的函數(shù)的曲線圖。
[0017] 圖8A和8B描繪了磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)的各個(gè)比率作為到被磁化的目 標(biāo)的實(shí)際距離的函數(shù)的曲線圖。
[0018] 圖9A和9B描繪了磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的各個(gè)比率作為到被磁化的目 標(biāo)的實(shí)際距離的函數(shù)的曲線圖。
[0019] 圖10A、10B、10C和IOD描繪了磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的各個(gè) 比率作為到被磁化的目標(biāo)的實(shí)際距離的函數(shù)的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 圖1示意性地描繪了諸如SAGD雙井作業(yè)的雙井應(yīng)用的一個(gè)例子。常見的SAGD雙井 作業(yè)需要在目標(biāo)井30的水平部分大致正上方的大致固定距離處鉆探水平李生井20(例如， 相對(duì)于下方井向上或向下或向左或向右偏離不超過約1-2米）。在示出的示例性實(shí)施例中， 下方（目標(biāo))井30首先被鉆出，例如，使用常規(guī)的定向鉆井和MWD技術(shù)。然而，所公開的實(shí)施例 在哪個(gè)井首先被鉆出方面不受限制。目標(biāo)井30然后使用多個(gè)預(yù)磁化的管件(例如，在下面描 述的示于圖2上的那些)下套管W形成被磁化的套管柱35。在所示的實(shí)施例中，鉆柱24包括 至少一個(gè)緊鄰鉆頭22部署的=軸式磁場(chǎng)測(cè)量傳感器28。當(dāng)鉆探李生井時(shí)，傳感器28被用于 被動(dòng)地測(cè)量目標(biāo)井30周圍的磁場(chǎng)。運(yùn)種被動(dòng)磁場(chǎng)測(cè)量然后用來引導(dǎo)李生井20相對(duì)于目標(biāo)井 30沿預(yù)定路徑繼續(xù)鉆探(例如，如在美國(guó)專利7617049,7656161和8026722中所描述的，在此 通過參引方式將它們中的每一個(gè)完全納入本文）。
[0021] 現(xiàn)在參考圖2,示出了按專利'722中所描述的被磁化的一個(gè)示例性管件60。所描繪 的管件60實(shí)施例包括多個(gè)分離的磁化區(qū)62(通常為=個(gè)或更多個(gè)）。每個(gè)磁化區(qū)62可W被認(rèn) 為是分離的圓柱狀磁體，其具有在其一個(gè)縱向端部上的北咐及和在其相反縱向端部上的南S 極，使得縱向磁通68被施加到管件60。管件60還包括在其中點(diǎn)處的一對(duì)相斥的北-北順極 65。相斥的磁極65的目的是使磁通從管件60如附圖標(biāo)記70所示地向外聚集(或?qū)τ谙喑獾?南-南極，如附圖標(biāo)記72所示地向內(nèi)聚集）。管件可被磁化，例如，使用在美國(guó)專利7538650中 所公開的裝置，在此通過參引方式將該專利完全納入本文。
[0022] 繼續(xù)參考圖1，通過將預(yù)磁化管件接合(螺紋連接)到目標(biāo)井30中來形成套管柱35。 在一個(gè)實(shí)施例中，得到的柱35在每個(gè)管件的中屯、區(qū)域（中間=分之一）具有一對(duì)相斥的磁 極。因此，成對(duì)的相斥磁極(NN或SS) W約等于管件的長(zhǎng)度的間隔分隔開，而磁場(chǎng)模式的周期 (例如，從目斥磁極對(duì)到下一個(gè)NN對(duì)的距離)是管件的大約兩倍長(zhǎng)度。
[0023] 如上所述，鉆柱20可W包括=軸式磁場(chǎng)傳感器28。所描繪的傳感器28的實(shí)施例包 括=個(gè)相互正交的磁場(chǎng)傳感器，其中一個(gè)大致定向?yàn)榕c鉆孔軸線(Mz)平行。傳感器28因此 可W被認(rèn)為是確定正交于鉆孔軸線的一個(gè)平面（由Mx和My定義）W及平行于所述李生井的鉆 孔軸線的磁極(Mz)，其中，Mx、My和Mz表示在x、y和Z方向上測(cè)量的磁場(chǎng)向量。
[0024] 磁化套管柱周圍的磁場(chǎng)可被測(cè)量并表示為，例如一個(gè)向量，其方向取決于在磁場(chǎng) 內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)的位置。為了確定在井下任意點(diǎn)處的由目標(biāo)井(例如，目標(biāo)井30)產(chǎn)生的磁場(chǎng)向 量，可W使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的那些手段從所測(cè)磁場(chǎng)向量中減去地球磁場(chǎng)。例如 可W從先前的地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)或地磁模型得知所述地球磁場(chǎng)(包括大小和方向分量）。應(yīng)當(dāng)理 解，在某些實(shí)施例中，不需要如此減去地球磁場(chǎng)。
[0025] 應(yīng)當(dāng)理解，所公開的實(shí)施例不限于圖1和2的描繪。例如，本公開并不限于SAGD應(yīng) 用。相反，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性方法可W用于鉆探具有基本上用于任意應(yīng)用的基本上 任意相對(duì)方向的李生井。此外，本公開不限于任何特定的磁化模式或目標(biāo)井上的成對(duì)的相 斥磁極的間距。
[0026] 圖3描繪了用于確定正在鉆的井和被磁化的目標(biāo)井(例如，如圖1所描繪的）之間的 距離的公開的方法實(shí)施例100的一個(gè)例子的流程圖。該方法包括在步驟110獲取多個(gè)軸向 和/或徑向間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果。所述磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果然后可W在步驟120被處理，W計(jì)算 磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)和二階空間導(dǎo)數(shù)。所述一階空間導(dǎo)數(shù)和二階空間導(dǎo)數(shù)可W在步驟130 被進(jìn)一步處理，W計(jì)算W下比率中的一個(gè)或多個(gè)：（i)磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)的比 率，（ii )磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率，和/或（iii)磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)與磁場(chǎng) 的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率。所計(jì)算出的比率然后可W在步驟140被進(jìn)一步處理，W獲得正在鉆 的井與被磁化的目標(biāo)井之間的距離。
[0027] 在步驟110通過使用部署在正在鉆的井中的鉆柱中的磁場(chǎng)傳感器(例如，部署于圖 1中的正在鉆的井20中的鉆柱24中的傳感器28)可W獲得多個(gè)軸向和/或徑向間隔開的磁場(chǎng) 測(cè)量結(jié)果。在某些實(shí)施例中，可W使用單個(gè)=軸式磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行所述間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量。 例如，可W通過在各次測(cè)量間在井眼中軸向移動(dòng)所述鉆柱(往井口或井底方向）來獲得軸向 間隔開的測(cè)量結(jié)果?？蒞通過在各次測(cè)量間轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)偏離中屯、的（偏屯、的）傳感器至不同的 工具面角來獲得徑向間隔開的測(cè)量結(jié)果。在其他實(shí)施例中，所述鉆柱可W包括多個(gè)軸向和/ 或徑向間隔開的磁場(chǎng)傳感器。例如，可W通過部署在鉆柱中的相應(yīng)磁場(chǎng)傳感器(例如，沿著 所述鉆柱的長(zhǎng)度有半米的間隔)來獲得兩個(gè)、=個(gè)或更多個(gè)軸向間隔開的測(cè)量結(jié)果?？蒞通 過繞著所述鉆柱的圓周部署的相應(yīng)磁場(chǎng)傳感器(例如，第一和第二直徑方向上相對(duì)的傳感 器或沿所述圓周W合適的角度間隔部署的=個(gè)或更多個(gè)傳感器)來獲得徑向間隔開的測(cè)量 結(jié)果。也可W使用具有不同偏屯、度的相應(yīng)傳感器(例如，中央傳感器和一個(gè)或多個(gè)偏屯、傳感 器)來獲得徑向間隔開的測(cè)量結(jié)果。所述磁場(chǎng)傳感器還可W同時(shí)軸向和徑向偏置(例如，第 一和第二軸向間隔開的傳感器具有一個(gè)或多個(gè)軸向上位于它們之間的偏屯、傳感器）。所公 開的方法實(shí)施例不限于任何特定的磁場(chǎng)傳感器配置和/或間距。
[00%]磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果可被分解成=個(gè)正交分量，其依次可W被定義為例如垂直方向、橫 向和沿孔或軸向方向（或如上所述的X、y和Z方向）。所述垂直方向分量和橫向分量也可W被 分解到例如由徑向強(qiáng)度和工具面到目標(biāo)方向指定的極坐標(biāo)系統(tǒng)中?？蒞根據(jù)所述軸向和徑 向分量來定義四個(gè)磁場(chǎng)梯度(磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)）。然而，由于該磁場(chǎng)是靜磁的和無電流 的，其旋量是零并且只有=個(gè)梯度是獨(dú)立的，表示如下：
[0029]
巧)
[0030] 其中，広和私表示所測(cè)磁場(chǎng)在軸向（Z)和徑向（r)方向上的強(qiáng)度。還可W根據(jù)所述磁 場(chǎng)的軸向和徑向分量來獲得所述磁場(chǎng)的四個(gè)獨(dú)立的二階空間導(dǎo)數(shù)。它們?nèi)缦拢?br>[0031]
傑
[0032] 應(yīng)該理解的是，通常需要至少兩個(gè)間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果來獲得磁場(chǎng)的一階空間 導(dǎo)數(shù)(磁場(chǎng)的梯度），并且通常需要至少=個(gè)間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果來獲得磁場(chǎng)的二階空間 導(dǎo)數(shù)(磁場(chǎng)的曲率）。
[0033] 在步驟120可W例如由第一和第二間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果計(jì)算所述磁場(chǎng)梯度。例 如，磁場(chǎng)在軸向上的軸向分量的梯度（(組g/?。┛扇缦芦@得：
[0034]
(3)
[0035] 其中，A Bz表示在第一和第二測(cè)量位置之間磁場(chǎng)的軸向分量之差（即A Bz = Bz2-Bzi)，且A Z表示軸向測(cè)量間距(第一和第二測(cè)量位置之間的距離，即A z = Z2-zi)。可W類似 地計(jì)算磁場(chǎng)在徑向方向上的徑向分量的梯度。
[0036] 在步驟120可W例如由第一、第二和第=間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果計(jì)算所述二階空 間導(dǎo)數(shù)。例如，磁場(chǎng)在軸向上的軸向分量的曲率（滬公,/&-'）可如下獲得：
[0037]
辦
[003引其中，^(1)表示第一和第二軸向位置之間的磁場(chǎng)梯度，表示第二和第S Az AZ 軸向位置之間的磁場(chǎng)梯度，并且A Z表示軸向測(cè)量間距。所述二階空間導(dǎo)數(shù)還可W通過例如 將=個(gè)或更多個(gè)間隔開的測(cè)量結(jié)果擬合為諸如多項(xiàng)式的函數(shù)、然后微分該函數(shù)來獲得。可 W類似地計(jì)算磁場(chǎng)在徑向方向上的徑向分量的二階空間導(dǎo)數(shù)。
[0039] 由于井下工具的尺寸限制，徑向巧慢間距往往限于約0.1米或W下。軸向方向上的間 距在物理上并不W相同的方式受到約束;然而有利的是，軸向測(cè)量間距可小于約幾米，W保持 良好的分辨率和避免因工具彎曲引起的復(fù)雜性。短的徑向測(cè)量間距趨于增加對(duì)噪聲的靈敏 度，使得在某些作業(yè)中當(dāng)可能時(shí)使用軸向分布的測(cè)量結(jié)果a馬/3z，aBz/az，S 2跨 和可能是有利的。
[0040] 磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)和二階空間導(dǎo)數(shù)隨著相對(duì)于被磁化的目標(biāo)井的位置的變化 可W使用磁模型進(jìn)行評(píng)估。例如，沿所述柱的軸線具有重復(fù)磁場(chǎng)模式的磁化套管柱(例如， 如上面參考圖1和2所描述的）可被建模為沿該柱的中屯、線分布的重復(fù)系列的點(diǎn)源(單極） 和/或線源。對(duì)于單極模型，源于位于(〇，zp)的點(diǎn)源的任意點(diǎn)(r，z)的磁場(chǎng)可W表示如下：
[00… 口）
[0042] (巧
[0043] 其中，P表示每個(gè)磁極的強(qiáng)度，且0含P含l，z表示沿所述重復(fù)的磁場(chǎng)模式的軸向位 置（其中，P = O, 1……的位置是相鄰的相斥磁極）。對(duì)于線源模型，源于長(zhǎng)度為U中屯、在 (〇，zp)的線源的任意點(diǎn)(r，z)的磁場(chǎng)可W表示如下：
[0044] (7)
[0045] (H)
[0046] 圖4描繪了在磁化套管柱周圍的實(shí)際磁場(chǎng)的曲線圖。該磁場(chǎng)被表示為磁場(chǎng)的軸向 分量相對(duì)于磁場(chǎng)的徑向分量的曲線圖。所述磁場(chǎng)在距柱的不同徑向距離處被進(jìn)一步描繪。 套管柱被磁化而具有相斥磁極的重復(fù)模式，使得該模式W組成所述套管柱的管件長(zhǎng)度的兩 倍的周期重復(fù)(如上所述）?？蒞注意到，在運(yùn)個(gè)例子中的套管磁化是輕微非對(duì)稱的，曲線的 左側(cè)比右側(cè)大，運(yùn)可能表明被一個(gè)磁極磁化的接頭比其它部件保留有稍多的磁化(所公開 的實(shí)施例當(dāng)然在運(yùn)方面并不受限）。運(yùn)一事實(shí)將有助于確定測(cè)距技術(shù)對(duì)目標(biāo)的絕對(duì)磁化的 靈敏度，因?yàn)槔硐氲氖怯?jì)算出的距離對(duì)于所有的接頭是相同的。
[0047] 當(dāng)如上所述地測(cè)量到被磁化的目標(biāo)井的距離時(shí)，可停止鉆井，并且在對(duì)應(yīng)于由目 標(biāo)產(chǎn)生的最大徑向磁通的位置（即靠近位于每個(gè)管件的大致中點(diǎn)的或SS相斥磁極)進(jìn)行 磁勘測(cè)。在運(yùn)些位置，源于目標(biāo)的軸向場(chǎng)趨于很?。ń咏悖?，而徑向場(chǎng)趨于最大值。運(yùn)些位 置對(duì)應(yīng)于圖4中描繪的曲線的左側(cè)和右側(cè)。梯度3礙:/&和3i>V/浙在運(yùn)些位置相對(duì)較大，而 巧跨/瓜很小（接近零）。對(duì)于二階空間導(dǎo)數(shù)，滬瑪./身和3巧，、/艇;;趨于很大，而身3錢辦和 起辦r''很小(接近零）。因?yàn)閷?duì)于小數(shù)量級(jí)的測(cè)量易于受到噪聲的影響，因而可W有利的是 利用較大的值或錢./紙，，弓馬，伯X，玲./漱a和紙踩/如2，并且特別地是長(zhǎng)基線測(cè)量9%/紙和 妒餐/艇》。
[0048] 圖5A和5B描繪了磁場(chǎng)的軸向和徑向分量(?和Br)作為沿所述目標(biāo)井在距目標(biāo)井的 不同距離處的規(guī)范化軸向位置的函數(shù)的曲線圖。接頭端部位于規(guī)范化軸向位置中的1.0和 2.0處，而相斥磁極位于規(guī)范化軸向位置中的0.5，1.5和2.5處(SS相斥磁極位于0.5和2.5處 而順相斥磁極位于1.5處）。與圖4描繪的曲線相吻合，徑向分量在0.5，1.5和2.5的軸向位置 處(靠近相斥磁極)具有最大值。
[0049] 圖6A、6B和6C描述了S個(gè)獨(dú)立磁場(chǎng)梯度(一階空間導(dǎo)數(shù))作為沿所述目標(biāo)井在距目 標(biāo)井的不同距離處的規(guī)范化軸向位置的函數(shù)的曲線圖。圖6A描繪了徑向磁場(chǎng)分量的強(qiáng)度在 徑向方向上的梯度a稼鄉(xiāng)'。圖6B描繪了軸向磁場(chǎng)分量的強(qiáng)度在軸向方向上的梯度{鴻鮮^圖 6C描繪了徑向磁場(chǎng)分量的強(qiáng)度在軸向方向上的梯度 3玲(其等于軸向磁場(chǎng)分量的強(qiáng)度在 徑向方向上的梯度Siy斯）。圖6A和6B表明，浄玲./V)r和3&/3S在0.5，1.5和2.5的軸向位置處 (靠近相斥磁極)具有最大值。圖6C表明，!衛(wèi)辦在相同的軸向位置處大致為零。
[0050] 圖7A、7B、7C和7D描繪了磁場(chǎng)的四個(gè)獨(dú)立二階空間導(dǎo)數(shù)作為沿所述目標(biāo)井在距目 標(biāo)井的不同距離處的規(guī)范化軸向位置的函數(shù)的曲線圖。圖7A描繪了磁場(chǎng)的徑向分量在徑向 方向上的二階空間導(dǎo)數(shù)滬巧7'加 2。圖7B描繪了磁場(chǎng)的徑向分量在軸向方向上的二階空間導(dǎo) 數(shù)於殘、姆s'i。圖7C描繪了磁場(chǎng)的軸向分量在徑向方向上的二階空間導(dǎo)數(shù)3^，心3。圖7D描繪了 磁場(chǎng)的軸向分量在軸向方向上的二階空間導(dǎo)數(shù)滬沒J獻(xiàn)氣圖7A和7B表明，()?,誠(chéng)叫IldS取種 在0.5，1.5和2.5的軸向位置處（靠近相斥磁極）具有最大值。圖7C和7D表明，燦辦^郝 在相同的軸向位置處大致為零。
[0051] 當(dāng)在靠近(或幾乎靠近)相斥磁極的軸向位置進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度、一階空 間導(dǎo)數(shù)和二階空間導(dǎo)數(shù)可W例如由上面的公式5和6近似(單極近似）。因此，例如當(dāng)Z = ZP時(shí) 磁場(chǎng)強(qiáng)度可W表示如下：
[0052] Bz-O (9)
[0化3] 〇〇)
[0054] 還可W例如表示如下：
[0化5] (II)
[0056] (據(jù)）
[0化7] (巧）
[005引 還可W例如表示如下：
[0059] (N)
[0060] (巧）
[0061] <1巧
[0062] 如上所述，磁測(cè)距測(cè)量的目的是確定正在鉆的井相對(duì)于被磁化的目標(biāo)井的相對(duì)位 置，例如，通過確定從正在鉆的井到目標(biāo)井的距離和方向。朝向所述目標(biāo)的工具面方向（在 垂直于工具軸線的平面中的方向）可W由在該平面內(nèi)測(cè)量的兩個(gè)分量的比率(例如，所測(cè)磁 場(chǎng)的X和y分量的比率)來獲得。到目標(biāo)的距離可W從磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)的比 率、磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率、和/或磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)與磁場(chǎng)的二階空間 導(dǎo)數(shù)的比率來得到。使用W下比率中的一個(gè)或多個(gè)是有利的，因?yàn)檫\(yùn)些比率獨(dú)立于磁極的 強(qiáng)度。通過給出相應(yīng)的多個(gè)獨(dú)立測(cè)量結(jié)果，使用多個(gè)比率可W進(jìn)一步提高所獲得的距離的 精度。
[0063] 當(dāng)在靠近(或幾乎靠近)相斥磁極的軸向位置進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量時(shí)，各個(gè)比率可W由上 面的公式9至16中的某些近似。距目標(biāo)的距離可W例如基于磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo) 數(shù)的示例性比率表示如下：
[0064]
聊
[00化] (化）
[0066] ^例如基于磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的示例性比率表 示如下：
[0067] (19)
[006 引 cm
[0069] ^例如基于磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的示 例性比2
[0070] 巧;〇
[0071] 鮮
[0072] 終》）
[0073] (M)
[0074] 運(yùn)些函數(shù)（公式17至24)的特性可利用在圖4中所示的磁化目標(biāo)的模型來估計(jì)?？?W開發(fā)一種變換來將所述比率轉(zhuǎn)化成其相應(yīng)的實(shí)際距離。磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù) 之間的比率(在公式17和18中給出化圖8A和8B中所示的曲線進(jìn)行評(píng)估。圖8A描繪了在0.5、 1.5和2.5的軸向位置處比率
相對(duì)于實(shí)際距離的曲線圖。在該例子中，所述比率似乎
是不太適^心心距離，因?yàn)樗旧吓c距離無關(guān)。圖8B描繪了在0.5,1.5和2.5的軸向位 置處比率- 相對(duì)于實(shí)際距離的曲線圖。在該例子中，所述比率相對(duì)于距離單調(diào)地變 化。在較大距離處兩條曲線之間的分離表示所述比率可能對(duì)磁極的絕對(duì)強(qiáng)度有些敏感。
[0075] 磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)之間的比率(在公式19和20中給出）在圖9A和9B 所示的曲線圖中的規(guī)范化軸向位置0.5、1.5和2. 5處講行評(píng)價(jià)。圖9A描繪了比率
巧對(duì)于實(shí)際距離的曲線圖，而圖9B描繪了比璋 巧對(duì)于實(shí)際 距離的曲線圖。在運(yùn)些實(shí)例中，運(yùn)些比率相對(duì)于距離單調(diào)地變'忙，囚化IfiT化距離確定中 使用。在每個(gè)曲線圖中兩條曲線之間的分離表示運(yùn)些比率可能對(duì)磁極的絕對(duì)強(qiáng)度有些敏 感。
[0076] 磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)和磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)之間的比率(在公式21至24中給出） 在圖IOA，IOB，IOC，和1OD所示的曲線圖中的規(guī)范化軸向位置0.5，1.5和2.5處進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖 IOA描繪了比率
相對(duì)于實(shí)際距離的曲線圖。在該例子中，所述比率是距離的強(qiáng)單 調(diào)函數(shù)，使得它成為用于距離確定的良好候選。圖IOB描繪了比率
相對(duì)于實(shí)際 距離的曲線圖。在該比率中的二階空間導(dǎo)數(shù)也可W通過測(cè)量(化/(>)恥侶公幻 來確定。圖IOC描繪了比率
巧對(duì)于實(shí)際距離的曲線圖。在運(yùn)些例子中，比率相對(duì) 于距離單調(diào)地變化，因此可W適于在距離確定中使用。在圖IOA和IOB中的兩條曲線之間的 分離表示運(yùn)些比率可能對(duì)磁極的絕對(duì)強(qiáng)度有些敏感。圖IOC中的比率表明對(duì)磁極的絕對(duì)強(qiáng) 度有非常小的靈敏度。圖IOD描繪了比率
相對(duì)于實(shí)際距離的曲線圖。在該比率 中的二階空間導(dǎo)數(shù)也可W通過測(cè)量Zfz)巧O 化/f>)來確定。在該例子中，比率 與距離不密切相關(guān)。
[0077] 應(yīng)該理解的是，方法100可W使用井上和/或井下處理器來執(zhí)行。所公開的實(shí)施例 在運(yùn)個(gè)方面并不受限。例如，磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果可W被發(fā)送到地面(使用任何合適的遙測(cè)技術(shù)）。 所述距離然后可W在地面被計(jì)算并進(jìn)一步用于計(jì)算隨后可W被發(fā)送回工具的新的鉆井方 向?？商娲?，該磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果可W在井下被處理W獲得所述距離，例如使用一個(gè)或多個(gè)查 找表來關(guān)聯(lián)所計(jì)算的比率和距離。所獲得的距離然后可W被用來在井下計(jì)算新的鉆井方 向，其可W被實(shí)現(xiàn)為閉環(huán)雙井方法的一部分。
[0078] 雖然上述例子使用具有軸向間隔開的相斥磁極的目標(biāo)井磁化，但是應(yīng)該理解的 是，所公開的實(shí)施例并不局限于此。磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)和二階空間導(dǎo)數(shù)和包括那些導(dǎo)數(shù) 的比率的使用可W與基本上任何合適的目標(biāo)井磁化一起使用。
[0079] 盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了一種用于基于磁梯度和曲率的測(cè)距的方法和其某些優(yōu)點(diǎn)， 但是應(yīng)該理解，在不脫離由所附權(quán)利要求所定義的本公開的精神和范圍的前提下，在此可 W做出各種改變、替換和更換。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于確定從正在鉆的井到被磁化的目標(biāo)井的距離的方法，所述方法包括： (a) 在正在鉆的井中部署鉆柱，所述鉆柱包括位于源于被磁化的目標(biāo)井的磁通量的感 知范圍內(nèi)的至少一個(gè)磁場(chǎng)傳感器； (b) 在正在鉆的井中進(jìn)行多個(gè)間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量； (c) 處理間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)的比率；以及 (d) 處理(c)中計(jì)算出的比率，以獲得從正在鉆的井到被磁化的目標(biāo)井的距離。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，目標(biāo)井被磁化成使其包括沿其縱向軸線間隔開的大 致呈周期性模式的相斥北-北(NN)磁極和相斥南-南(SS)磁極。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，（b)中的多個(gè)間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量在鄰近相斥NN或SS 磁極之一的位置處進(jìn)行。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中： 在(b)中進(jìn)行的磁場(chǎng)測(cè)量是徑向間隔開的；以及 在(c)中處理磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)的徑向分量的磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的徑向分量在 徑向方向上的一階空間導(dǎo)數(shù)的比率。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中： 在(b)中進(jìn)行的磁場(chǎng)測(cè)量是軸向間隔開的；以及 在(c)中處理磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)的徑向分量的磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的軸向分量在 軸向方向上的一階空間導(dǎo)數(shù)的比率。6. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括： (e) 處理在(b)中獲得的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以計(jì)算工具面到目標(biāo)的方向。7. -種用于確定從正在鉆的井到被磁化的目標(biāo)井的距離的方法，所述方法包括： (a) 在正在鉆的井中部署鉆柱，所述鉆柱包括位于源于被磁化的目標(biāo)井的磁通量的感 知范圍內(nèi)的磁場(chǎng)傳感器； (b) 在正在鉆的井中進(jìn)行多個(gè)間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量； (c) 處理間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率；以及 (d) 處理在(c)中計(jì)算出的比率，以獲得從正在鉆的井到被磁化的目標(biāo)井的距離。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，目標(biāo)井被磁化成使其包括沿其縱向軸線間隔開的大 致呈周期性模式的相斥北-北(NN)磁極和相斥南-南(SS)磁極。9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，（b)中的多個(gè)間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量在鄰近相斥NN或SS 磁極之一的位置處進(jìn)行。10. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中： 在(b)中進(jìn)行的磁場(chǎng)測(cè)量是徑向間隔開的；以及 在(c)中處理磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)的徑向分量的磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的徑向分量在 徑向方向上的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率。11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中： 在(b)中進(jìn)行的磁場(chǎng)測(cè)量是軸向間隔開的；以及 在(c)中處理磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)的徑向分量的磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的徑向分量在 軸向方向上的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率。12. 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括： (e)處理在(b)中獲得的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以計(jì)算工具面到目標(biāo)的方向。13. -種用于確定從正在鉆的井到被磁化的目標(biāo)井的距離的方法，所述方法包括： (a) 在正在鉆的井中部署鉆柱，所述鉆柱包括位于源于被磁化的目標(biāo)井的磁通量的感 知范圍內(nèi)的磁場(chǎng)傳感器； (b) 在正在鉆的井中進(jìn)行多個(gè)間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量； (c) 處理間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)的一階空間導(dǎo)數(shù)與磁場(chǎng)的二階空間導(dǎo)數(shù) 的比率；以及 (d) 處理在(c)中計(jì)算出的比率，以獲得從正在鉆的井到被磁化的目標(biāo)井的距離。14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，目標(biāo)井被磁化成使其包括沿其縱向軸線間隔開的 大致呈周期性模式的相斥北-北(NN)磁極和相斥南-南(SS)磁極。15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，（b)中的多個(gè)間隔開的磁場(chǎng)測(cè)量在鄰近相斥NN或 SS磁極之一的位置處進(jìn)行。16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中： 在(b)中進(jìn)行的磁場(chǎng)測(cè)量是徑向間隔開的；以及 在(c)中處理磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)的徑向分量在徑向方向上的一階空間導(dǎo)數(shù)與 磁場(chǎng)的徑向分量在徑向方向上的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率。17. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中： 在(b)中進(jìn)行的磁場(chǎng)測(cè)量是軸向間隔開的；以及 在(c)中處理磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)的軸向分量在軸向方向上的一階空間導(dǎo)數(shù)與 磁場(chǎng)的徑向分量在軸向方向上的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率。18. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中： 在(b)中進(jìn)行的磁場(chǎng)測(cè)量同時(shí)是軸向間隔開與徑向間隔開的； 在(c)中處理磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)的軸向分量在軸向方向上的一階空間導(dǎo)數(shù)與 磁場(chǎng)的徑向分量在徑向方向上的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率。19. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中： 在(b)中進(jìn)行的磁場(chǎng)測(cè)量同時(shí)是軸向間隔開與徑向間隔開的； 在(c)中處理磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以獲得磁場(chǎng)的徑向分量在徑向方向上的一階空間導(dǎo)數(shù)與 磁場(chǎng)的徑向分量在軸向方向上的二階空間導(dǎo)數(shù)的比率。20. 如權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括： (e) 處理在(b)中獲得的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，以計(jì)算工具面到目標(biāo)的方向。
【文檔編號(hào)】E21B47/092GK105829648SQ201480068176
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2014年10月23日
【發(fā)明人】A·G·布魯克斯, G·A·麥克爾希尼, L·科洛, K·斯特納森
【申請(qǐng)人】普拉德研究及開發(fā)股份有限公司