一種反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉測距裝置及測距防碰方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于叢式井鉆井技術領域，尤其涉及一種反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉測距裝置及測距防碰方法。
【背景技術】
[0002]叢式井鉆井過程中，由于隔水管的井斜誤差、直井段的井斜誤差、儀器測量誤差和人為因素等各種影響因素，導致正鉆井軌跡不能嚴格按照預定軌跡鉆進，致使正鉆井與已鉆井軌跡碰撞的事故時有發生，造成油氣井停產、報廢而產生巨大經濟損失，處理不當還可能會產生嚴重環境污染及施工人員傷亡。因此，解決井眼防碰問題，在叢式井鉆井過程中具有重要的現實意義。
[0003]預防井眼碰撞的方法有兩大類，第一類方法是精確控制井眼軌跡，使井眼軌跡嚴格按照預先設計的不會導致碰撞的軌跡鉆進;第二類方法是鉆進過程中實施監控正鉆井與鄰井之間的距離，使得正鉆井在防碰安全距離內鉆進。第一類方法通過提高井眼軌跡測量計算儀器的精度，以減少井眼軌跡誤差來實現，但這種方法只是鉆前的預防功能，無法做到鉆時實時監測正鉆井與鄰井之間的距離，因此無法從根源上避免井眼碰撞。第二類方法能夠實時監測正鉆井與鄰井之間的距離，使這個距離一直保持一個合理的不會導致碰撞的值，該類方法能夠從根源上解決井眼防碰撞的問題，是叢式井防碰鉆進的主要研究方向。
[0004]目前，鉆井測距防碰監測方法技術主要有震動監測法、單電纜引導系統(SingleWire Guidance，SWG)、旋轉磁場測距系統((Rotating Magnet Ranging Service，RMRS)及電磁鐵防碰實時測距系統等。震動監測法是一種可以避免碰撞的預警方法，主要有套管震動監測法與隨鉆震動監測法。套管震動監測法通過檢測地面已鉆井套管頭震動信號，并對信號進行處理以判斷正鉆井是否到達碰撞危險范圍，由于震動傳播受套管長度及固井質量影響，該預警方法準確性不夠高。隨鉆震動監測法是在已鉆生產井中下入聲波傳感器，通過監測震動能量變化判斷正鉆井鉆頭與傳感器之間的大致距離進行防碰預警，該防碰方法應用時需要與正鉆井鉆頭同步移動才能準確的判斷鉆頭與已鉆井之間的最短距離，鉆頭及鉆桿與井身碰撞產生震動還會干擾鉆頭震動監測，同時震動傳播衰減快慢受地層影響，因此井底震動監測法預警范圍小且準確性不夠高。
[0005]SWG系統工作原理是在已鉆井中下入一根電纜通入一個恒定的電流，使得電纜的周圍會產生一個固定的磁場，通過正鉆井鉆頭附近MWD中的磁場測量單元對電纜產生的磁場進行測量，由泥漿將數據傳輸至地面經計算確定出已鉆井相對于正鉆井的距離和方位。這種工具的缺點是必須在已鉆鄰井中下入電纜，這樣會影響生產井的正常生產，并且需要動用大量的工具設備來完成此項工作。RMRS系統是主要應用于蒸汽輔助重力泄油中隨鉆指導注入井平行于生產井鉆進的輔助工具，同時該系統也能夠應用于叢式井正鉆井防碰鉆進。雖然該工具在平行井距離控制方面準確度較高，但是用于正鉆井防碰時還需要對該系統改進，同時由于防碰監測時需要在已鉆井中下入探管進行引導，因此防碰監測工作量大，使用不方便。電磁鐵防碰實時測距系統使用的是兩個磁矩大小相等，方向相反的電磁鐵關于磁通門傳感器測點反向排列，實時測量周期旋轉磁化場用于計算正鉆井與已鉆井之間的距離，用于叢式井隨鉆測距防碰。該方法實驗測試效果較好，但要發揮該工具的有效性則要求安裝于鉆頭后端的無磁鉆鋌儀器長度必須達到1.2m以上，這勢必會影響鉆井的導向功能。同時，該工具要求大電流供電并且要求很高的線圈匝數來產生較大的磁場，其實際應用具有一點難度。
【發明內容】
[0006]本發明針對目前叢式井鉆井測距與防碰監測方法存在的不足，提出一種反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉測距裝置及測距防碰方法，該裝置能夠隨鉆實時測量正鉆井與鄰井之間的距離，不需要停鉆，也不需要在另一口井中下入其他引導設備，不影響已鉆井的作業。同時，該方法采用磁測點近距離反磁矩補償，能夠有效增強旋轉磁化場大小，提高磁場測距有效性;該磁測距儀器較短，能夠極大減小或消處儀器工具對鉆井導向的影響;且該工具采用永磁鐵磁源，儀器設計制作及工作更加方便。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:
[0008]本發明公開了一種反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉測距裝置，包括永磁鐵組、反向補償電磁鐵及磁場測量傳感器，所述永磁鐵組、所述反向補償電磁鐵及所述磁場測量傳感器成一條直線安裝在鉆頭與無磁鉆鋌之間。
[0009]進一步，所述永磁鐵組包括多個表面磁感應強度約為1.5T(或更高)的等效磁矩同向平行排列的柱狀永磁鐵。
[0010]進一步，所述反向補償電磁鐵的等效磁矩與所述柱狀永磁鐵等效磁矩方向相反。[0011 ]進一步，所述磁場測量傳感器為單軸磁場傳感器，其磁場測點位于該旋轉測距裝置的軸線上，磁場測量方向與所述軸線垂直，通過調整所述反向補償電磁鐵電流使得旋轉軸處測點垂向磁場小于0.1nT。
[0012]本發明還公開了一種反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉測距防碰方法，該方法包括以下步驟:
[0013]步驟一，將永磁鐵組、反向補償電磁鐵及磁場測量傳感器固定安裝在一根無磁金屬短接中構成反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉測距裝置，無磁短接測距裝置安裝在無磁鉆鋌與鉆頭之間；
[0014]步驟二，無磁短接測距裝置隨著鉆桿一起轉動，當正鉆井周圍不存在已鉆井套管時，磁場傳感器測量垂向磁化場周期波動接近OnT;當正鉆井周圍防碰范圍內存在已鉆井套管時，磁場傳感器測量到周期性的磁化場波動，波動峰峰值大小滿足式(I)函數關系:
[0015]Bpp = f(mal,ma2,---,niaN,Xa, Φ ,δ,?) (I)
[0016]式(I)中mal，ma2，…，maN為永磁鐵組每個永磁鐵的等效磁矩，xa為已鉆鄰井套管的有效磁化率，Φ為套管的外徑J為套管的厚度，這些參數在進行磁場測距防碰前測量得到，為已知變量，即式(I)可變為旋轉垂向磁場峰峰值Bpp關于正鉆井磁測點鄰井距離D的單變量函數:
[0017]B 卯= f(D) (2)
[0018]步驟三，通過MDR建立反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉計算模型，在式(I)已知參數和測量得到垂向磁場磁Bpp的條件下，使用粒子群優化算法和反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉計算模型，找到使得計算垂向磁場峰峰值與測量垂向磁場峰峰值差異盡量小的距離D，調整正鉆井實時鉆進使得正鉆井鉆頭保持在安全鉆進范圍內，以實現正鉆井與鄰井之間的隨鉆防碰。
[0019]本發明的有益效果:
[0020]本發明提供的這種反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉測距裝置能夠隨鉆實時測量正鉆井與鄰井之間的距離，不需要停鉆，也不需要在另一口井中下入其他引導設備，不影響已鉆井的作業。同時，這種反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉測距防碰方法采用磁測點近距離反磁矩補償，能夠有效增強旋轉磁化場大小，提高磁場測距有效性;該磁測距儀器較短，能夠有效減小或消處儀器工具對鉆井導向的影響;且該工具采用永磁鐵磁源，儀器設計制作及工作更加方便。
【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0022]圖1為本發明反磁矩補償磁化場隨鉆旋轉測距裝置結構剖面示意圖；
[0023]圖中:1、永磁鐵組;2、反向補償電磁鐵;3、磁場測量傳感器。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例