测量钻井相对距离的旋转磁场测距仪制造技术

一种测量钻井相对距离的旋转磁场测距仪，包括永久磁钢钻铤，井下探测仪和地面接口箱，永久磁钢钻铤固定在钻头后部，与钻头一起旋转产生旋转磁场，以提供磁场信号源；井下探测仪包括两个三轴磁通门和三个加速度表；地面接口箱用于对得到的数据进行处理，并给井下探测仪供电，永久磁钢钻铤为斜置安装的永久磁钢钻铤或垂直与平行组合安装的永久磁钢钻铤。根据本实用新型专利技术的磁场测距仪以及测量方法，能够直接测量钻头和目标靶点的相对位置。避免了误差的积累，实现了精确测量钻头和靶点的相对位置。除在蒸汽辅助重力泻油(SAGD)、煤层气开发等矿产资源的开发之外，还在隧道穿越、煤矿冻结建井、密集竖井等施工中，实现高精度的相对位置测量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种磁场测距仪，具体地，涉及一种测量钻井相对距离的旋转磁 场测距仪。
技术介绍
有了 MWD (随钻测量Measure While Drilling)后，定向井和水平井等各种三维轨 迹的井都可以实现。但是在两口以上的三维轨迹的井，进行对接或保持平行或绕障，MWD的 积累误差会随井深增加，只有MWD无法为轨迹控制提供准确的相对间距。这时候需要测量 钻头与已钻井的相对间距，消除MWD的积累误差。 现有技术中，大多是采用磁场测距的方法实现相对测量，磁场信号源包括已钻井 套管磁化的磁场、螺线管在已钻井中通电流产生磁场和钻头上装永久磁钢的磁场。由于磁 场的随距离的三次方衰减，已钻井套管磁化的磁场敏感距离太近，永久磁钢比螺线管的敏 感距离远，故永久磁钢最实用，应用范围最广。如稠油SAGD井、稠油THAI井、煤层气对接 井、煤炭地下气化的U型V型井、煤矿救援井、煤矿冻结建井中冻结孔、海洋平台密集竖井、 管线的对接穿越、盐碱矿的连通、加密井的绕障等施工中，磁场信号源大都采用永久磁钢的 方式。目前需要提高测量距离和提高测量可信度，需要以永久磁钢为基础做多方面改进。 例如，US5258755采用NS极垂直与钻头轴的永久磁钢再加上一个NS极平行与 钻头轴的螺线管，但是实际中这个螺线管的通电难以实现，只能把螺线管换成永久磁钢。 US5258755中的螺线管通交变电流，产生交变磁场。永久磁钢的磁场是不变的。 CN101799558B提出用两个感应式磁力仪，形成同步地测量空间两个位置的磁场 三分量。一个感应式磁力仪该测量旋转磁钢产生的旋转磁场。另外一个感应式磁力仪测量 地球磁场与加速度表一起建立地球重力和地球磁场坐标系。但该方法精度不高。 US5589775专利提出偶极子的磁场分布计算间距，但是偶极子的磁场分布受到钻 头和螺杆及目标井的磁性材料干扰，会影响计算间距的准确性。 US5485089提出用一个可以移动的螺旋管在已钻井产生磁场。CN101852078B提出 已钻井产生磁场，用两个螺旋管产生磁场，用MWD的磁通门测量，但是MWD的磁通门的远离 钻头，测量的数据也很少，并且影响MWD的正常工作任务。 因此，如何克服现有技术中磁场测量的各种缺陷，避免误差的积累，精确测量钻头 和靶点的相对位置成为现有技术亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种测量钻井相对距离的旋转磁场测距仪，能够用于 精确测量钻头和靶点的相对位置 为达此目的，本技术采用以下技术方案： 一种测量钻井相对距离的旋转磁场测距仪，包括永久磁钢钻铤，井下探测仪和地 面接口箱，其中， 永久磁钢钻铤包括永久磁钢钻铤本体，以及固定在所述永久磁钢钻铤本体内部的 多个永久磁钢，所述永久磁钢钻铤固定在钻头后部，成为旋转磁场短节，与钻头一起旋转产 生旋转磁场，以提供磁场信号源； 所述井下探测仪包括两个三轴磁通门和三个加速度表，所述两个三轴磁通门之间 间距固定，对旋转磁场两个位置的磁场进行测量，加速度表和磁通门在地球重力场和地球 磁场中为磁通门建立坐标系； 所述地面接口箱用于对得到的数据进行处理，并给井下探测仪供电，所述井下探 测仪和地面接口箱之间通过电缆进行数据和电源连接。 优选地，所述永久磁钢钻铤为斜置安装的永久磁钢钻铤或垂直与平行组合安装的 永久磁钢钻铤， 所述斜置安装的永久磁钢钻铤为所有永久磁钢排列成NS极相对纵向轴线的垂直 方向偏一定的角度的方式斜置安装， 所述垂直与平行组合安装的永久磁钢钻铤为部分永久磁钢排列成NS相对纵向轴 线垂直，另一部分永久磁钢排列成与NS极和纵向轴线平行。 优选地，所述井下探测仪包括两个传感器舱、一个CPU舱和一个电源舱，其中两个 传感器舱相隔一定间距，每个传感器舱由三个相互垂直的重力加速度计和一个高精度三轴 磁通门传感器组成，三个加速度计的作用是确定井下探测仪的井斜角和重力高边，给磁通 门建立坐标系，三轴磁通门传感器测量旋转磁场该磁通门传感器中心处三个坐标轴上的分 量；电源舱从电缆取电，并通过电缆传输数据；CPU舱采集传感器舱电压，并将所采集的两 个传感器舱的电压数据传送给电源舱。 优选地，所述电缆为单芯钢丝电缆。 综上，本技术的旋转磁场测距仪包括永久磁钢钻铤、井下探测仪、地面接口 箱。永久磁钢钻铤作为信号源，井下探测仪作为信号探测端，测量钻头到已钻井的间距和方 向的计算方法使用井下探测仪探测到的信号来计算量钻头到已钻井的间距和方向。 本技术测量钻头相对另一井的测距，所用的永久磁钢短钻铤，由多个永久型 磁钢排列。一种是所有永久磁钢排列成NS相对轴线垂直方向偏一定的角度安装，一种是一 部分排列成NS相对轴线垂直，另一部分排列成与NS极和轴线平行。这两种方式都可以使旋 转磁场的特征更加明显，最有利于测量。并且在平行水平井施工中，间距5米只需要2米 的深度位移，或10米的深度位移可以实现间距为25米的测量范围，即可以做25米间距的 平行井，能缩短钻头的深度位移要求。对于垂直对接井和水平对接井，把磁钢装体积最大， 使每米偏移对应的磁场幅值的变化更大，提高敏感距离。 本技术的井下探测仪由两个三轴磁通门构成，对旋转磁场进行两个位置的测 量。对于垂直对接井和水平对接井，用这两个三轴磁通门的已知间距实时标定计算结果，提 高数据的可信度和准确性。对于平行井，间距与间距高边角有冗余数据，还能测出钻头轴线 与已钻井轴线的角度。 根据本技术的磁场测距仪以及测量方法，能够直接测量钻头和目标靶点的相 对位置。避免了误差的积累，实现了精确测量钻头和靶点的相对位置。除在蒸汽辅助重力 泻油（SAGD)、煤层气开发等矿产资源的开发之外，还在隧道穿越、煤矿冻结建井、密集竖井 等施工中，实现高精度的相对位置测量。【附图说明】 图1不出了静态磁偶极子在空间磁场强度分布图； 图2示出了磁偶极子的椭圆极化磁力线模型； 图3示出了静态磁偶极子在空间磁场强度分布图； 图4示出了根据本技术具体实施例的永久磁钢钻铤的外观图； 图5示出了根据本技术具体实施例的斜置安装的永久磁钢钻铤的轴向截面 图； 图6示出了根据本技术具体实施例的垂直与平行组合安装的永久磁钢钻铤 的横向截面图； 图7不出了磁偶极子的椭圆极化磁场倾斜后空间磁场强度分布图； 图8示出了根据本专利技术的具体实施例的地面接口箱和井下探测仪的示意图。 图中的附图标记所分别指代的技术特征为： 1、永久磁钢钻铤；11、永久磁钢钻铤本体；12、永久磁钢；2、井下探测仪；21、传感 器舱；22、CPU舱；23、电源舱；3、地面接口箱；4、电缆；5、数据处理设备。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处 所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说 明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。 本技术的永久磁钢钻铤安装在钻头之后，与钻头一起旋转产生旋转磁场。旋 转磁场在目标位置处的井下探测仪上的每个位置，产生三个正交分量，频率与旋转磁场同 步。因此，首先必须计算如何给予旋转的永久磁钢钻铤对磁场强度进行测量。 由于永久磁钢钻铤的尺寸远小于两个井的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量钻井相对距离的旋转磁场测距仪，包括永久磁钢钻铤，井下探测仪和地面接口箱，其特征在于，永久磁钢钻铤包括永久磁钢钻铤本体，以及固定在所述永久磁钢钻铤本体内部的多个永久磁钢，所述永久磁钢钻铤固定在钻头后部，成为旋转磁场短节，与钻头一起旋转产生旋转磁场，以提供磁场信号源；所述井下探测仪包括两个三轴磁通门和三个加速度表，所述两个三轴磁通门之间间距固定，对旋转磁场两个位置的磁场进行测量，加速度表和磁通门在地球重力场和地球磁场中为磁通门建立坐标系；所述地面接口箱用于对得到的数据进行处理，并给井下探测仪供电，所述井下探测仪和地面接口箱之间通过电缆进行数据和电源连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，林原，李攀攀，曹晨啸，
申请(专利权)人：北京纳特斯拉科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11