一种磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，该模拟方法包括：确定步骤，确定磁短节和目标探管的相关参数；第一计算步骤，基于所述相关参数来计算得到各个采样时间点的所述磁短节和所述目标探管的相对位置；第二计算步骤，根据在各个采样时间点得到的相对位置，计算所述磁短节旋转形成的椭圆极化磁场在所述目标探管的磁场信号。本发明专利技术方法通过设置参数，全方位，高精度的实现椭圆极化条件下的交变磁场信号生成，为评价和验证磁性导向钻井技术的导向定位精度提供高质量的交变磁场信号源，大幅度降低试验成本，提高试验效率，有效评价和验证磁性导向钻井的导向定位精度。

Simulation method of alternating magnetic field signal of magnetic steering drilling

The invention discloses a simulation method of magnetic drilling of alternating magnetic field signals, including the simulation method of determining step for determining the magnetic joint and related parameters of the target probe tube; the first calculation step, to calculate the magnetic short of each sampling time point and the relative position of the target probe tube based on the correlation second parameters; calculation steps, according to the relative position in each sampling time point, probe magnetic signal tube in the target magnetic field of the magnetic calculation of elliptical polarization rotation short form. The method of the invention by setting parameters, full range, generating an alternating magnetic field signal to achieve high precision of the elliptic polarization conditions, with alternating magnetic field signal source of high quality oriented positioning evaluation and verification of magnetic drilling technology precision, greatly reduce the test cost, improve test efficiency, guide effective positioning precision evaluation and verification of magnetic steering drilling.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高精度导向钻井
，尤其涉及一种磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法。
技术介绍
在油气开采领域，现代导向钻井技术对于油气藏的高效立体式开发起着重要作用。而几何导向钻井是现代导向钻井技术中重要组成部分，是目前测井、钻井中采用的主要方法。几何导向是指在开发成熟油田的钻井地质情况完全清楚、几乎不存在地质不确定性问题时，按设计的三维井眼轨迹空间几何位置进行导向与控制，具有较高的控制精度。由于复杂结构井投入成本大，定位精度高，给钻井测井技术提出了更高要求。如水平对接连通井要求中靶精度高，达到1米以内；稠油热采成对平行井要求两口平行井走向一致，且保持一定的间距，如间距5-10米。传统几何导向技术，如电子单多点测量、捷联惯导，连续测斜仪等传统技术不能满足需求。原因之一是传统导向技术没有考虑到复杂结构井中待钻井眼与目标靶点或参考井眼之间的内在关系，仅以大地参考系为依据，各自独立测量，属于开环控制。利用交变磁场将待钻井眼和参考井眼耦合为一个闭环系统的磁性导向钻井技术开始出现，该技术的核心问题是获取准确的待钻井眼和参考井眼的相对位置关系，而所计算的相对位置关系的精确性和可靠性需要通过地面试验或者数值模拟实验取得交变磁场信号进行验证。也就是需要对其导向定位算法进行验证和评价。为了考察其导向定位精度，需要建设专用的地面试验装置，但是这些地面试验装置无法提供全空间的相对位置关系的实验。因此，亟需一种磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法解决上述问题，以大幅度降低试验成本，提高试验效率，有效评价和验证磁性导向钻井的导向定位精度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是需要提供一种能够实现高质量的交变磁场信号源的磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，包括：确定步骤，确定磁短节和目标探管的相关参数；第一计算步骤，基于所述相关参数来计算得到各个采样时间点的所述磁短节和所述目标探管的相对位置；第二计算步骤，根据在各个采样时间点得到的相对位置，计算所述磁短节旋转形成的椭圆极化磁场在所述目标探管的磁场信号，其中，所述磁场信号是在设定所述磁短节的坐标系和所述目标探管的坐标系，均与地理坐标系一致的条件下获得的。进一步，该磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，还包括，在所述磁短节的坐标系和所述目标探管的坐标系，与地理坐标系不一致时，还包括：转换步骤，根据磁短节坐标系、目标探管坐标系和地理坐标系相互各自之间的关系，将所述磁场信号转换为三轴交变磁场信号。进一步，该磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，还包括，所述相关参数包括：所述磁短节的起点坐标、终点坐标、磁矩、旋转速度、钻进速度、初始相位、井斜角和方位角；所述目标探管的位置坐标、井斜角、方位角和工具面角；所要产生模拟信号的采样频率。进一步，该磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，还包括，在基于所述相关参数来计算得到各个采样时间点的所述磁短节和所述目标探管的相对位置的步骤中，进一步包括以下步骤：根据所述磁短节的起点坐标、终点坐标、旋转速度、钻井速度和所要产生模拟信号的采样频率，得到各个采样时间点的所述磁短节的坐标；基于所述目标探管的位置坐标和各个采样时间点的所述磁短节的坐标，计算得到各个采样时间点的所述磁短节和所述目标探管的相对位置。进一步，该磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，还包括，利用以下表达式来得到各个采样时间点的所述磁短节的坐标Pi（Xi,Yi,Zi）：Xi=X0+(XN-X0)iT·FsYi=Y0+(YN-Y0)iT·FsZi=Z0+(ZN-Z0)iT·Fs]]>其中，P0（X0,Y0,Z0）表示所述磁短节起点坐标，PN（XN,YN,ZN）表示所述终点坐标，i表示任意采样时间点i=0,1,2,...,T·Fs，T=L/υ表示从起点坐标到终点坐标的所需总时间，L=(XN-X0)2+(YN-Y0)2+(ZN-Z0)2]]>表示从起点坐标到终点坐标的总距离，υ表示钻进速度，Fs表示所要产生模拟信号的采样频率。进一步，该磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，还包括，在计算所述磁短节旋转形成的椭圆极化磁场在所述目标探管的磁场信号的步骤中，将所述磁短节旋转形成的椭圆极化磁场视为两个正交磁偶极子的叠加，其中，这两个正交磁偶极子的方向分别垂直于与钻井方向一致的在磁短节坐标中的轴方向；根据由毕奥-萨伐尔定律得到的在一磁偶极子在原点时的另一磁偶极子的磁场强度，得到所述两个正交磁偶极子在所述目标探管的磁场强度；基于所述两个正交磁偶极子在所述目标探管的磁场强度，来得到所述磁短节旋转形成的椭圆极化磁场在所述目标探管的磁场信号。进一步，该磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，还包括，在所述磁短节坐标系的Y轴与钻井方向一致时，利用以下表达式来计算所述磁短节旋转形成的椭圆极化磁场在所述目标探管的磁场信号：其中，Mc、Ms表示正交磁偶极子，Mc=MtcosωtMs=Mtsinωt,]]>Mt表示旋转所述磁短节所形成的磁场，ω表示旋转角速度，r表示所述目标探管的位置坐标T0（Xt,Yt,Zt）与t时刻所述磁短节Pi（Xi,Yi,Zi）之间的相对距离，θ1表示所述相对位置PiT0(Xi-Xt,Yi-Yt,Zi-Zt)在XY平面上的投影与x轴的夹角，θ2表示PiT0在YZ平面上的投影与y轴的夹角，表示z轴与PiT0的夹角，表示x轴与PiT0的夹角，进一步，该磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，还包括，所述磁短节坐标系、目标探管坐标系和地理坐标系相互各自之间的关系可以通过以下表达式来得到：C1=cos(T)-sin(T)0sin(T)cos(T)0001cos(I)0-sin(I)010-sin(I)0cos(I)cos(A)-sin(A)0sin(A)cos(A)0001]]>C2=cos(mwd_A)sin(mwd_A)0-sin(mwd_A)cos(mwd_A)00011000cos(mwd_I)sin(mwd_I)0-sin(mwd_I)cos(mwd_I)]]>其中，C1表示所述地理坐标系到所述目标探管坐标系的转换矩阵；C2表示所述磁短节坐标系到所述地理坐标系的转换矩阵；A、I、T分别表示所述目标探管的相关参数中的方位角，井斜角和工具面角；mwd_A和mwd_I分别表示所述磁短节的相关参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，包括：确定步骤，确定磁短节和目标探管的相关参数；第一计算步骤，基于所述相关参数来计算得到各个采样时间点的所述磁短节和所述目标探管的相对位置；第二计算步骤，根据在各个采样时间点得到的相对位置，计算所述磁短节旋转形成的椭圆极化磁场在所述目标探管的磁场信号，其中，所述磁场信号是在设定所述磁短节的坐标系和所述目标探管的坐标系，均与地理坐标系一致的条件下获得的。

【技术特征摘要】
1.一种磁性导向钻井交变磁场信号的模拟方法，包括：
确定步骤，确定磁短节和目标探管的相关参数；
第一计算步骤，基于所述相关参数来计算得到各个采样时间点的所述磁
短节和所述目标探管的相对位置；
第二计算步骤，根据在各个采样时间点得到的相对位置，计算所述磁短
节旋转形成的椭圆极化磁场在所述目标探管的磁场信号，其中，
所述磁场信号是在设定所述磁短节的坐标系和所述目标探管的坐标系，
均与地理坐标系一致的条件下获得的。
2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，在所述磁短节的坐
标系和所述目标探管的坐标系，与地理坐标系不一致时，还包括：
转换步骤，根据磁短节坐标系、目标探管坐标系和地理坐标系相互各自
之间的关系，将所述磁场信号转换为三轴交变磁场信号。
3.根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于，
所述相关参数包括：所述磁短节的起点坐标、终点坐标、磁矩、旋转速
度、钻进速度、初始相位、井斜角和方位角；所述目标探管的位置坐标、井
斜角、方位角和工具面角；所要产生模拟信号的采样频率。
4.根据权利要求3所述的模拟方法，其特征在于，在基于所述相关参
数来计算得到各个采样时间点的所述磁短节和所述目标探管的相对位置的
步骤中，进一步包括以下步骤：
根据所述磁短节的起点坐标、终点坐标、旋转速度、钻井速度和所要产
生模拟信号的采样频率，得到各个采样时间点的所述磁短节的坐标；
基于所述目标探管的位置坐标和各个采样时间点的所述磁短节的坐标，
计算得到各个采样时间点的所述磁短节和所述目标探管的相对位置。
5.根据权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，利用以下表达式来
得到各个采样时间点的所述磁短节的坐标Pi（Xi,Yi,Zi）：
Xi=X0+(XN-X0)iT·FsYi=Y0+(YN-Y0)iT·FsZi=Z0+(ZN-Z0)iT·Fs]]>其中，P0（X0,Y0,Z0）表示所述磁短节起点坐标，PN（XN,YN,ZN）表示所述终
点坐标，i表示任意采样时间点i=0,1,2,...,T·Fs，T=L/υ表示从起点坐标到终
点坐标的所需总时间，L=(XN-X0)2+(YN-Y0)2+(ZN-Z0)2]]>表示从起点坐标到终点
坐标的总距离，υ表示钻进速度，Fs表示所要产生模拟信号的采样频率。
6.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，在计算所述磁短节
旋转形成的椭圆极化磁场在所述目标探管的磁场信号的步骤中，
将所述磁短节旋转形成的椭圆极化磁场视为两个正交磁偶极子的叠加，
其中，这两个正交磁偶极子的方向分别垂直于与钻...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗艳波，牛新明，郑俊华，王磊，钱德儒，孙连环，柯珂，张东清，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11