[发明专利]一种超声波井眼防碰监测系统及监测方法

权利要求书

1.一种超声波井眼防碰监测系统，其特征在于，包括位于井下的超声波监测装置和地面控制系统；超声波监测装置包括圆柱形本体，本体顶部设置提丝，提丝顶部设置用于连接地面绞车的吊环；

所述本体表面固定设置有至少3个等间距分布的扶正器，在其中两个相邻的扶正器之间的本体表面开设安装槽一，槽内安装电控伸缩装置，电控伸缩装置包括水平设置的电动推杆和与电动推杆垂直的肋板，电动推杆底端与安装槽一底面固定连接，电动推杆前端连接肋板，肋板上开设安装槽二，槽内安装超声波换能器；电控伸缩装置与地面控制系统连接以控制电动推杆的伸长和缩短，当电动推杆处于缩短状态时，超声波换能器的水平凸出高度小于与之相邻的两个扶正器的水平高度，当电动推杆处于伸长状态时，超声波换能器的水平凸出高度等于与之相邻的两个扶正器的水平高度，超声波换能器紧贴井内套管壁；地面控制系统控制超声波换能器发射横波并接收被反射回来的反射波，通过监测横波发射时间和被反射回来的时间差，结合横波在地层中的传播速度，来计算两井之间的距离；与超声波换能器相邻的两个扶正器由硬质材料制成，其余的扶正器由弹性材料制成；所述圆柱形本体的上端设有母扣，所述提丝上设有公扣，通过丝扣将本体与提丝连接，提丝顶部设置吊环，该吊环连接地面绞车，实现整个超声波监测装置的上提和下放；所述扶正器有4个，呈长条形，4个长条形扶正器的轴线与圆柱形本体的轴线平行。

2.如权利要求1所述的超声波井眼防碰监测系统，其特征在于，所述圆柱形本体上部设有电缆线孔，电缆通过该电缆线孔连接地面控制系统与井下超声波监测装置。

3.一种利用如权利要求1或2所述的超声波井眼防碰监测系统的监测方法，其特征在于，采用绞车将超声波监测装置下放于与正钻井相邻的邻井中，超声波监测装置垂直邻井套管壁发射横波，在此入射条件下，横波在传播过程中遇到正钻井内的钻井液无法继续传播，而被原路反射回去，地面控制系统通过监测横波发射到横波被反射回来的时间差T，以及横波在地层中的传播速度V，计算两井之间的距离S，计算公式为对于不同类型的井段，分别操作如下：

对于直井段井眼防碰监测，采用实时监测工作模式，步骤如下：

S1、根据MWD测得正钻井的井斜角和井斜方位角，通过轨迹计算软件计算需要测量点的垂深a；

S2、根据步骤S1计算出的垂深a，采用绞车将超声波监测装置下放到垂深a；

S3、通过地面控制系统控制电动推杆开启，使超声波换能器紧贴邻井套管壁，然后超声波换能器发射横波，同时接收反射回来的反射波，并将发射波和反射波信号传送至地面控制系统，计算两井之间的距离；

S4、完成步骤S1-S3后，通过地面控制系统控制电动推杆关闭，通过绞车下放超声波监测装置，下放速度与正钻井钻进速度同步，下放2米停止下放，重复步骤S3，然后进行步骤S4，如此循环步骤S3和S4；实现直井段连续测量两井距离；

S5、测量完成后，通过地面控制系统控制电动推杆关闭，启动绞车上提超声波监测装置，提离井口；

对于造斜段井眼防碰监测，步骤如下：

S1、根据MWD测得正钻井井底的井斜角、井斜方位角，通过轨迹计算软件计算轨迹参数；

S2、利用防碰扫描，计算正钻井与邻井之间的最近距离，找到正钻井和邻井距离最近点的垂深a及井斜方位角b，再计算邻井监测方位角c；如果当前井所测方位在0-180°时，c＝360°-b；如果当前井所测方位在180°-360°之间，c＝b；

S3、利用罗盘在邻井井口测得方位角c的位置d，使超声波换能器的位置对准位置d；

S4、根据步骤S3的要求下入超声波监测装置到垂深a；

S5、通过地面控制系统控制电动推杆打开，使超声波换能器紧贴邻井套管壁，然后超声波换能器发射横波，同时接收反射回来的反射波，并将发射波和反射波信号传送至地面控制系统，计算两井之间的距离，结束后，上提超声波监测装置提离井口，进行下一个点的监测，重复S1-S5；

对于井眼交碰风险较大的井段防碰监测，采用实时监测+单点精确测量两种模式相结合的方式，步骤如下：

S1、根据MWD测得正钻井的井斜角、井斜方位角，通过轨迹计算软件计算需要测量点的垂深a；

S2、根据步骤S1计算的垂深a，采用绞车将超声波监测装置下放到垂深a；

S3、通过地面控制系统控制电动推杆开启，使超声波换能器紧贴邻井套管壁，然后超声波换能器发射横波，同时接收反射回来的反射波，并将发射波和反射波信号传送至地面控制系统，计算两井之间的距离；

S4、完成步骤S1-S3后，通过地面控制系统控制电动推杆关闭，通过绞车下放超声波监测装置，下放速度与正钻井钻进速度同步，下放2米停止下放，重复步骤S3，然后进行步骤S4，如此循环步骤S3和S4，实现实时监测；

S5、实时监测过程中，如果两井有交碰趋势即两井之间的距离持续减小，则切换精确测量模式，上提超声波监测装置，提离井口，按如下步骤进行：

S51、根据MWD测得正钻井井底的井斜角、井斜方位角，通过轨迹计算软件计算轨迹参数；

S52、利用防碰扫描，计算正钻井与邻井之间的最近距离，找到正钻井和邻井距离最近点的垂深a及井斜方位角b，再计算邻井监测方位角c；如果当前井所测方位在0-180°时，c＝360°-b；如果当前井所测方位在180°-360°之间，c＝b；

S53、利用罗盘在邻井井口测得方位角c的位置d，使超声波换能器的位置对准位置d；

S54、根据步骤S3的要求下入超声波监测装置到垂深a；

S55、通过地面控制系统控制电动推杆打开，使超声波换能器紧贴邻井套管壁，然后超声波换能器发射横波，同时接收反射回来的反射波，并将发射波和反射波信号传送至地面控制系统，计算两井之间的距离，结束后，上提超声波监测装置提离井口，进行下一个点的监测，重复S1-S5。