本发明专利技术公开了一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距装置，包括安装在钻头与无磁钻铤之间的永磁铁组、反向补偿电磁铁及磁场测量传感器，还公开了一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距防碰方法，该方法通过调节反向补偿电磁铁电流使得永磁铁在磁场传感器测量点抵消后的旋转轴垂向磁场不高于0.1nT。此方法通过测量垂向磁场峰峰值大小估算正钻井钻头到已钻井套管之间的距离，实时控制正钻井钻进过程，实现丛式井随钻防碰。该装置能够随钻实时测量正钻井与邻井之间的距离，不需要停钻，也不需要在另一口井中下入其他引导设备，不影响已钻井的作业。同时，该方法采用磁测点近距离反磁矩补偿，能够有效增强旋转磁化场大小，提高磁场测距准确性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于丛式井钻井
，尤其涉及一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距装置及测距防碰方法。
技术介绍
丛式井钻井过程中，由于隔水管的井斜误差、直井段的井斜误差、仪器测量误差和人为因素等各种影响因素，导致正钻井轨迹不能严格按照预定轨迹钻进，致使正钻井与已钻井轨迹碰撞的事故时有发生，造成油气井停产、报废而产生巨大经济损失，处理不当还可能会产生严重环境污染及施工人员伤亡。因此，解决井眼防碰问题，在丛式井钻井过程中具有重要的现实意义。预防井眼碰撞的方法有两大类，第一类方法是精确控制井眼轨迹，使井眼轨迹严格按照预先设计的不会导致碰撞的轨迹钻进；第二类方法是钻进过程中实施监控正钻井与邻井之间的距离，使得正钻井在防碰安全距离内钻进。第一类方法通过提高井眼轨迹测量计算仪器的精度，以减少井眼轨迹误差来实现，但这种方法只是钻前的预防功能，无法做到钻时实时监测正钻井与邻井之间的距离，因此无法从根源上避免井眼碰撞。第二类方法能够实时监测正钻井与邻井之间的距离，使这个距离一直保持一个合理的不会导致碰撞的值，该类方法能够从根源上解决井眼防碰撞的问题，是丛式井防碰钻进的主要研究方向。目前，钻井测距防碰监测方法技术主要有震动监测法、单电缆引导系统(SingleWireGuidance，SWG)、旋转磁场测距系统((RotatingMagnetRangingService，RMRS)及电磁铁防碰实时测距系统等。震动监测法是一种可以避免碰撞的预警方法，主要有套管震动监测法与随钻震动监测法。套管震动监测法通过检测地面已钻井套管头震动信号，并对信号进行处理以判断正钻井是否到达碰撞危险范围，由于震动传播受套管长度及固井质量影响，该预警方法准确性不够高。随钻震动监测法是在已钻生产井中下入声波传感器，通过监测震动能量变化判断正钻井钻头与传感器之间的大致距离进行防碰预警，该防碰方法应用时需要与正钻井钻头同步移动才能准确的判断钻头与已钻井之间的最短距离，钻头及钻杆与井身碰撞产生震动还会干扰钻头震动监测，同时震动传播衰减快慢受地层影响，因此井底震动监测法预警范围小且准确性不够高。SWG系统工作原理是在已钻井中下入一根电缆通入一个恒定的电流，使得电缆的周围会产生一个固定的磁场，通过正钻井钻头附近MWD中的磁场测量单元对电缆产生的磁场进行测量，由泥浆将数据传输至地面经计算确定出已钻井相对于正钻井的距离和方位。这种工具的缺点是必须在已钻邻井中下入电缆，这样会影响生产井的正常生产，并且需要动用大量的工具设备来完成此项工作。RMRS系统是主要应用于蒸汽辅助重力泄油中随钻指导注入井平行于生产井钻进的辅助工具，同时该系统也能够应用于丛式井正钻井防碰钻进。虽然该工具在平行井距离控制方面准确度较高，但是用于正钻井防碰时还需要对该系统改进，同时由于防碰监测时需要在已钻井中下入探管进行引导，因此防碰监测工作量大，使用不方便。电磁铁防碰实时测距系统使用的是两个磁矩大小相等，方向相反的电磁铁关于磁通门传感器测点反向排列，实时测量周期旋转磁化场用于计算正钻井与已钻井之间的距离，用于丛式井随钻测距防碰。该方法实验测试效果较好，但要发挥该工具的有效性则要求安装于钻头后端的无磁钻铤仪器长度必须达到1.2m以上，这势必会影响钻井的导向功能。同时，该工具要求大电流供电并且要求很高的线圈匝数来产生较大的磁场，其实际应用具有一点难度。
技术实现思路
本专利技术针对目前丛式井钻井测距与防碰监测方法存在的不足，提出一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距装置及测距防碰方法，该装置能够随钻实时测量正钻井与邻井之间的距离，不需要停钻，也不需要在另一口井中下入其他引导设备，不影响已钻井的作业。同时，该方法采用磁测点近距离反磁矩补偿，能够有效增强旋转磁化场大小，提高磁场测距有效性；该磁测距仪器较短，能够极大减小或消处仪器工具对钻井导向的影响；且该工具采用永磁铁磁源，仪器设计制作及工作更加方便。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术公开了一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距装置，包括永磁铁组、反向补偿电磁铁及磁场测量传感器，所述永磁铁组、所述反向补偿电磁铁及所述磁场测量传感器成一条直线安装在钻头与无磁钻铤之间。进一步，所述永磁铁组包括多个表面磁感应强度约为1.5T(或更高)的等效磁矩同向平行排列的柱状永磁铁。进一步，所述反向补偿电磁铁的等效磁矩与所述柱状永磁铁等效磁矩方向相反。进一步，所述磁场测量传感器为单轴磁场传感器，其磁场测点位于该旋转测距装置的轴线上，磁场测量方向与所述轴线垂直，通过调整所述反向补偿电磁铁电流使得旋转轴处测点垂向磁场小于0.1nT。本专利技术还公开了一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距防碰方法，该方法包括以下步骤：步骤一，将永磁铁组、反向补偿电磁铁及磁场测量传感器固定安装在一根无磁金属短接中构成反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距装置，无磁短接测距装置安装在无磁钻铤与钻头之间；步骤二，无磁短接测距装置随着钻杆一起转动，当正钻井周围不存在已钻井套管时，磁场传感器测量垂向磁化场周期波动接近0nT；当正钻井周围防碰范围内存在已钻井套管时，磁场传感器测量到周期性的磁化场波动，波动峰峰值大小满足式(1)函数关系：Bpp＝f(ma1,ma2,…,maN,χa,φ,δ,D)(1)式(1)中ma1,ma2,…,maN为永磁铁组每个永磁铁的等效磁矩，χa为已钻邻井套管的有效磁化率，φ为套管的外径，δ为套管的厚度，这些参数在进行磁场测距防碰前测量得到，为已知变量，即式(1)可变为旋转垂向磁场峰峰值Bpp关于正钻井磁测点邻井距离D的单变量函数：Bpp＝f(D)(2)步骤三，通过MDR建立反磁矩补偿磁化场随钻旋转计算模型，在式(1)已知参数和测量得到垂向磁场磁Bpp的条件下，使用粒子群优化算法和反磁矩补偿磁化场随钻旋转计算模型，找到使得计算垂向磁场峰峰值与测量垂向磁场峰峰值差异尽量小的距离D，调整正钻井实时钻进使得正钻井钻头保持在安全钻进范围内，以实现正钻井与邻井之间的随钻防碰。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的这种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距装置能够随钻实时测量正钻井与邻井之间的距离，不需要停钻，也不需要在另一口井中下入其他引导设备，不影响已钻井的作业。同时，这种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距防碰方法采用磁测点近距离反磁矩补偿，能够有效增强旋转磁化场大小，提高磁场测距有效性；该磁测距仪器较短，能够有效减小或消处仪器工具对本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距装置，其特征在于，包括永磁铁组、反向补偿电磁铁及磁场测量传感器，所述永磁铁组、所述反向补偿电磁铁及所述磁场测量传感器成一条直线安装在钻头与无磁钻铤之间。
【技术特征摘要】
1.一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距装置，其特征在于，包
括永磁铁组、反向补偿电磁铁及磁场测量传感器，所述永磁铁组、所
述反向补偿电磁铁及所述磁场测量传感器成一条直线安装在钻头与
无磁钻铤之间。
2.根据权利要求1所述的一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距
装置，其特征在于，所述永磁铁组包括多个表面磁感应强度约为1.5T
的等效磁矩同向平行排列的柱状永磁铁。
3.根据权利要求2所述的一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距
装置，其特征在于，所述反向补偿电磁铁的等效磁矩与所述柱状永磁
铁等效磁矩方向相反。
4.根据权利要求1所述的一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距
装置，其特征在于，所述磁场测量传感器为单轴磁场传感器，其磁场
测点位于该旋转测距装置的轴线上，磁场测量方向与所述轴线垂直，
通过调整所述反向补偿电磁铁电流使得测点旋转轴处垂向磁场小于
0.1nT。
5.一种反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距防碰方法，其特征在于，
包括以下步骤：
步骤一，将永磁铁组、反向补偿电磁铁及磁场测量传感器固定安
装在一根无磁金属短接中构成反磁矩补偿磁化场随钻旋转测距装置，
无磁短接测距装置安装在...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭智勇，田茉莉，陈文辉，梁海波，杜坚，张禾，徐少枫，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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