[发明专利]用于检测随钻测量操作的井下磁干扰的方法和系统

说明书

公开了一种方法和实现该方法的系统，其使用随钻测量井下工具系统的横向和轴向磁干扰来计算随钻测量操作中的磁干扰。利用所公开的方法和实施该方法的系统，可以确定磁干扰源是来自在随钻测量井下工具系统的横向还是轴向。当磁场强度异常时，将监控横向和轴向磁干扰，然后将其与异常磁场强度之前的值进行比较。这样便可分析磁干扰的方向，以消除或判断干扰的原因，并将随钻测量井下工具系统正确引导至其储层或井位。

技术领域

本公开总体上涉及随钻测量操作，其中使用磁力计并通过计算随钻测量井下工具系统的横向和轴向的磁场强度值来确定某些磁干扰，并且引导随钻测量井下工具系统。

背景技术

1.随钻测量概述

多年来已在许多应用中使用了磁传感器，特别是在汽车、航空航天、生物医学、计算机系统、绿色能源发电和机器人的领域。由于纳米技术制造领域的进步，它们在这些领域中的应用继续快速地增长。然而与上述一些应用相比，磁传感器在石油/天然气工业中的应用仍是相对未开发的研究领域。

资源的匮乏迫使石油和天然气公司在更极端和未知的环境中向更深的方向和不同的方向(即，不是垂直的方向)进行钻探。因此，重要的是在钻井时实时监控和分析井下环境，以便及时做出决定，从而优化效率并防止代价高昂的错误。因此，开发了定向钻井，以从井的原始垂直路径偏离到预定的轨迹，从而允许进入到从地表钻出的垂直井无法有效达到的储层。而且，通过从钻井平台钻出多个定向井而不是钻出几个垂直井，可以降低钻井成本、对环境的影响，以及健康和安全问题。然而在规划定向井时必须考虑许多因素，例如随钻测量系统、传感器、目标位置、形状和大小、井眼轨迹、地质构造、相邻的井，以及钻机地面设施。井的偏差必须被精确地控制，以将井的轨迹保持在规定的角度内，从而达到预期的目标。未能正确钻出定向井会导致“干洞”，给公司造成巨大的财务损失，并影响其商业战略。

因此，为了从地下储层中开采碳氢化合物(例如石油和天然气)，通过连接至地表随钻测量(MWD)系统的井下MWD系统来创建井，该系统通过有线或无线方式连接至遥测系统，以发送和接收相关的信息。这些随钻测量技术将测量工具整合到钻柱中，并提供实时信息以帮助操纵钻机。井下MWD系统通常包含电池、脉冲发生器、脉冲发生器驱动器、MWD井下工具，以及连接在钻柱端部以用于生成钻孔(即井眼)的旋转钻头。随着钻探变得越来越复杂，水平钻和定向钻的数量不断增加，因此测井也不得不进行调整和改进。

尽管这些钻孔通常是垂直钻出的，但也可使用定向钻井系统来钻孔，以增加碳氢化合物的产量。这些现代的定向钻井系统通常使用钻柱(其具有井底钻具组合(BHA)和位于其端部处的钻头)和能够旋转钻头的钻探马达(即冲洗马达)，以产生钻孔。勘探期间使用的MWD井下工具系统还可配备传感器和罗盘，用于测量井温、井压、钻具方位角和钻头倾斜度。还可使用其他测量器件作为电阻率测量设备，用于确定碳氢化合物和水的存在。因此，系统性能将在功能上取决于井眼倾角、方位角、地磁场矢量、地理位置和其他外部值。更重要的是，地球磁场主要在其内部产生，但也从地球的外核延伸到磁层顶，从而对地球提供屏蔽作用。然而，问题并没有就此停止，这是因为磁场是随时间变化的非静态磁场，其由高层大气中的电流给定。

因此，本领域的普通技术人员将很快意识到，连接到MWD井下工具系统的装置的性能非常依赖于MWD井下工具系统在操作期间的某些设计元素、校准性能和质量控制。然而，MWD井下工具系统还极其依赖于其他外部因素，例如通过使用陀螺罗盘工具来感测地球的自旋速率，其中要考虑井眼位置的纬度。如本领域的普通技术人员可观察到的那样，这些传感器的性能通常随着倾角的增加而降低，特别是在较高纬度的东或西的方向。磁性工具在较高纬度的地球磁场中产生较弱的水平分量，而在高东向或西向倾斜时误差增加，这是由于在补偿钻柱磁效应方面存在着渐进困难。进一步观察到，一些潜在的磁干扰原因可能是由于：(a)钻柱；(b)非磁性钻铤的缺陷；(c)磁场构造；(d)套管及相邻的井；(e)浅孔处的平台本身或太阳风。这样，这些类型的磁干扰可以定义为来自外部源的场对地磁场的破坏，从而在从磁传感器中获取适当的测量读数(主要是方位角)时造成干扰。本领域的技术人员将认识到，50nT的误差是极限，超过了这个值，钻孔则不再精确。