[发明专利]一种双螺线管组随钻电磁测距导向系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种随钻测量邻井距离的电磁引导系统，属于地下资源钻采工程技术领域。

背景技术

在石油、天然气及煤层气等地下资源的开采中，双水平井、连通井、U型井和加密井等复杂结构井，要求对邻井距离进行随钻精确探测。目前，国内普遍使用的随钻测量工具不能直接测量邻井距离，因而难以满足复杂结构井邻井距离随钻探测的特殊要求。国外虽已研制出能够基本满足以上要求的随钻电磁引导系统(如MGT、RMRS等)，但其核心技术仍被保密和垄断。本发明者在MGT和RMRS的基础上，在以前申请的专利201010145020X和专利2010101450233中研究设计了“一种螺线管组随钻电磁测距导向系统”，该系统虽然具有较大的测距范围，但是测量和数据传输时间较长，浪费了总体钻井时间。为节省探测系统的测量和数据传输时间，提高钻井效率，本发明者特研究设计了“一种双螺线管组随钻电磁测距导向系统”，本发明采用双螺线管组短节作为磁信号发射源，放到已钻井中，可以产生两个不同频率的旋转磁场，与RMRS具有相当的测量精度；该系统不仅具有较大的测距范围，而且测量计算时，无需拖动双螺线管组短节就可以精确探测计算邻井间距和相对方位，因此可以在较短的时间内完成测量。同时，数据分析和邻井间距计算程序可以放到井下，只将计算后少量的必要数据发送到地面，节约了数据发送时间。

发明内容

本发明的主要技术问题是提供一种双螺线管组随钻电磁测距导向系统，它能在一定范围内精确测量邻井的相对距离和方位，为双水平井、连通井、U型井和加密井等复杂结构井提供一种有效的探测与控制手段。

为了随钻探测邻井的间距和相对方位，本发明提供了一种双螺线管组随钻电磁测距导向系统，其特征在于：主要包括一个双螺线管组短节、一套经改装的MWD(Measurement While Drilling)、地面显示系统及地面设备，其中：

所述双螺线管组短节，其主要作用是在探测点产生两个不同频率的旋转磁场，是该电磁探测系统的信号源，以此确定钻头在正钻井中的位置。在使用时，钻柱或爬行器将螺线管组短节下到已钻井中。

所述改装的MWD，主要是由传统的MWD、一个三轴交变磁场传感器和固化有数据分析及邻井间距计算程序的微处理器组成，安装在传统MWD所处的位置。交变磁场传感器在MWD中的安装方式与MWD中其它三轴传感器安装方式相同，其作用是探测由螺线管组产生的旋转磁场。MWD中的三轴磁通门传感器和三轴加速度传感器主要用来检测MWD所在位置处的地磁场矢量和重力场矢量。数据分析及邻井间距计算程序，其作用是分析传感器检测到的信号并计算改装的MWD与双螺线管组短节的间距和相对方位，同时计算改装的MWD所在井深处的井斜角和方位角，并将计算结果由MWD传输到地面设备。

所述的地面显示系统，主要是将接收到的井下发送数据，经进一步计算，以数字、文字及图形等形式显示钻头到邻井的相对空间位置。钻井工程师可以根据这些信息，结合传统的MWD测斜数据，有效地控制钻头运动轨迹，以便精确控制相邻两口井平行段按设计间距钻进或使相邻两口井连通。

所述的地面设备，主要是为双螺线管组短节提供两组同步交流电和接收双螺线管组短节内传感器探测的信号。其中每组交流电包括两个同步交流电，两个同步电流的波形在时间上相差四分之一个周期，交流电的波形可是正弦和余弦波形，也可以都是方波，这是因为两方波的傅立叶谐波也是正弦和余弦波形。一般地，产生方波形交流电要比产生纯净的正余弦波形交流电容易得多，因此在现实应用中常采用方波形交流电。

进一步地，上述双螺线管组随钻电磁测距导向系统还可具有以下特点：所述双螺线管组短节主要包括两段螺线管组，每段螺线管组由两列相互正交的螺线管组成，其特征在于：两段螺线管组分别位于双螺线管组短节两端，相距4米，每段螺线管组长1米左右，直径为60毫米。其中每个螺线管的线圈绕在层叠的软磁铁芯上。螺线管组可以用尼龙绳系在无磁骨架上，也可以在螺线管与骨架的缝隙中灌入环氧树脂来固定螺线管。为了保护螺线管组也可以将固定好的螺线管和骨架放入一个无磁外壳中。

进一步地，所述双螺线管组短节还包括传感器模块和处理电路，其特征在于：传感器模块主要由三轴磁通门传感器和三轴加速度传感器，用来探测双螺线管组短节所在井深位置的地磁场矢量和重力场矢量，以计算双螺线管组短节自身的摆放姿态。两个三轴传感器的Z轴沿双螺线管组短节的轴向；两个传感器的X轴位于同一个平面上，且相互平行；Y轴的情况与此相同。处理电路主要用来处理传感器模块检测到的信号，并将信号发送到地面设备。