一种救援井与事故井连通探测系统及探测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种救援井与事故井连通探测系统及探测方法，它包括一三分量磁芯探头，三分量磁芯探头包括两两相互垂直的Z探头、X探头和Y探头，Z探头、X探头和Y探头均包括一发射线圈和一接收线圈；发射单元用于发射瞬变激励信号，Z探头、X探头和Y探头的发射线圈接收瞬变激励信号同时并将瞬变激励信号通过救援井扩散到事故井中产生Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号，Z探头、X探头和Y探头的接收线圈分别对应接收Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号，并将接收的Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号依次通过接收单元和采集传输单元传输给地面单元，地面单元根据Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号计算事故井与三分量磁芯探头的距离和方位并进行显示。

【技术实现步骤摘要】
一种救援井与事故井连通探测系统及探测方法
本专利技术涉及石油开采安全保障领域，特别是涉及一种救援井与事故井连通探测系统及探测方法。
技术介绍
在钻井作业中，一旦发生井喷失控，不但会使油气资源受到严重破坏，而且还易酿成火灾，造成人员伤亡、设备毁坏、油气井报废和环境污染等恶性事故。其中，发生井喷事故的油井称为事故井，为抢险控制事故井而设计施工的定向井称为救援井。通常救援井与事故井有一定距离，在实际救援时，首先要探测事故井相对于救援井的距离和方位，然后使得事故井和救援井连通，最后从救援井向事故井注入高密度压井液以控制事故井。显而易见地，探测事故井相对于救援井的距离和方位是实施救援的首要技术之一。目前，探测事故井相对于救援井的距离和方位主要有两种方法，1)通过发射电极向地层中发射大功率脉冲电流一次场信号，由磁通门传感器接收一次场信号及事故井套管上产生的二次场信号，并上传至地面接收单元计算，以此来实现事故井探测定位。该方法虽然能够在一定程度上实现对事故井的探测定位，但是该方法中的大功率电源较难实现，一次场激励信号不容易获得，且磁通门传感器接收到的一次场和二次场信号频率分量不完整，尤其不能接收到二次场中的高频分量；另外，磁通门在接收远距离微弱信号时易受到地磁信号和噪声信号的影响，造成探测定位结果精度、分辨率降低。2)利用布置在地面和救援井中的三电极系向地层中注入低频交变电流，利用井下探管探测事故井套管上汇聚的低频交变电流产生的磁场，从而实现救援井与事故井的方位和距离确定。该方法虽然也能够在一定程度上实现对事故井的探测定位，但是该方法的救援井中必需下套管，且电极系与救援井套管必须接触良好才能向地层中注入低频交变电流，实现所需条件较复杂，且事故井套管上汇聚的低频交变电流很微弱，较难探测。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够对远距离事故井进行准确探测定位的救援井与事故井连通探测系统及探测方法。为实现上述技术目的，本专利技术采取以下技术方案：一种救援井与事故井连通探测系统，它包括一三分量磁芯探头、一发射单元、一接收单元、一采集传输单元和一地面单元；所述三分量磁芯探头、发射单元、接收单元和采集传输单元均设置在救援井中所述三分量磁芯探头包括两两相互垂直的Z探头、X探头和Y探头，所述Z探头、X探头和Y探头均包括一发射线圈和一接收线圈；所述发射单元用于发射瞬变激励信号，所述Z探头、X探头和Y探头的发射线圈接收瞬变激励信号同时并将瞬变激励信号通过所述救援井扩散到所述事故井中产生Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号，所述Z探头、X探头和Y探头的接收线圈分别对应接收所述Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号，并将接收的所述Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号依次通过所述接收单元和采集传输单元传输给所述地面单元，所述地面单元根据所述Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号计算所述事故井与所述三分量磁芯探头的距离和方位并进行显示。所述Z探头、X探头和Y探头的接收线圈和发射线圈分别均匀绕制在一磁芯上，所述Z探头、X探头和Y探头的接收线圈和发射线圈均由铜加工制成。所述发射单元包括主控芯片、驱动电路和输出电路；所述主控芯片产生双极性方波信号，并将双极性方波信号中的瞬变激励信号传输给所述驱动电路，所述驱动电路接收并对所述瞬变激励信号进行功率放大后通过所述输出电路传输给所述三分量磁芯探头。所述接收单元包括前置放大电路、滤波电路、可变增益放大电路；所述前置放大电路对所述三分量磁芯探头传输的感应信号进行放大后传输给所述滤波电路，所述滤波电路对放大后的感应信号进行滤波、去除噪声后传输给所述可变增益放大电路，所述可变增益放大电路根据早期、中期和晚期感应信号的幅度差异进行放大倍数调整，并根据所调整的放大倍数对其接收的感应信号再放大后传输给所述采集传输单元。所述采集传输单元包括A/D转换电路、主控芯片和脉冲耦合变压器；所述A/D转换电路将所述接收单元传输的感应信号转换成数字信号后传输给所述主控芯片，所述主控芯片接收并对转换成的数字信号进行编码处理，经过编码处理后的数字信号通过所述脉冲耦合变压器传输给所述地面单元。所述地面单元包括解码子单元、数据传输子单元和上位机；所述解码子单元包括耦合变压器、滤波电路、比较输出电路和主控芯片；所述耦合变压器接收所述采集传输单元传输的信号，并分离出其接收信号中的有效信号，并将该有效信号传输给所述滤波电路，所述滤波电路接收并对其接收的信号进行滤波处理、抑制噪声后传输给所述比较输出电路，所述比较输出电路接收并将其接收的信号转换成所述主控芯片可识别的数字信号后通过所述数据传输子单元传输给所述上位机，所述上位机根据其接收的信号计算所述事故井与所述三分量磁芯探头的距离和方位，并将所述距离和方位信息进行显示。所述探测系统还包括一测深单元，所述测深单元包括一电缆、一光电编码器和一主控芯片；所述电缆缠绕设置在码盘上，所述电缆一端连接所述采集传输单元，所述电缆另一端连接所述地面单元，所述光电编码器记录所述电缆运行时所述码盘转动的脉冲个数，并将所述脉冲个数传输给所述测深单元的主控芯片，所述测深单元的主控芯片接收并对其接收的所述脉冲个数进行统计，并将脉冲个数统计结果实时传输给所述地面单元，所述地面单元根据脉冲个数统计结果计算出所述三分量磁芯探头在所述救援井中的位置。所述探测系统还包括一供电单元，所述供电单元包括多绕组变压器、整流子单元、井下供电子单元和地面供电子单元；所述整流子单元包括第一整流模块、第二整流模块、第三整流模块和第四整流模块；所述多绕组变压器的输入端连接220V交流电，并将所述220V交流电降压转化成130V交流电、±20V交流电和10V交流电后分别输出至所述整流子单元；所述第一整流模块接收130V交流电并将其转换成170V直流电后传输给所述井下供电子单元，所述井下供电子单元将接收的170V直流电转换成3.3V、±12V和5V直流电，并用于为所述发射单元、接收单元和采集传输单元供电；所述第二整流模块、第三整流模块和第四整流模块分别接收±20V交流电和10V交流电，并分别转换成±20V直流电和10V直流电后传输给所述地面供电子单元，所述地面供电子单元将接收的±20V直流电和10V直流电转换成±15V直流电和5V直流电，并用于为所述测深单元和地面单元的解码子单元以及数据传输子单元供电。一种救援井与事故井连通探测系统的探测方法，其特征在于包括以下内容：(1)将三分量磁芯探头下放到救援井内，且保证三分量磁芯探头的Z探头和救援井的轴线平行；(2)三分量磁芯探头在下放的过程中Z探头、X探头和Y探头分别发送瞬变激励信号，并分别对应接收Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号，并将Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号分别传输给地面单元；(3)三分量磁芯探头在下放的过程中测深单元实时记录电缆运行时的脉冲个数，且将脉冲个数传输给地面单元；(4)地面单元接收脉冲个数数据，并根据脉冲个数数据计算出三分量磁芯探头在救援井中的位置；(5)地面单元接收Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号，并根据Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号分别计算出事故井的套管相对于Z探头、X探头和Y探头的Z向相对距离、X向相对距离Y向相对距离；(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：它包括一三分量磁芯探头、一发射单元、一接收单元、一采集传输单元和一地面单元；所述三分量磁芯探头、发射单元、接收单元和采集传输单元均设置在救援井中，所述三分量磁芯探头包括两两相互垂直的Z探头、X探头和Y探头，所述Z探头、X探头和Y探头均包括一发射线圈和一接收线圈；所述发射单元用于发射瞬变激励信号，所述Z探头、X探头和Y探头的发射线圈接收瞬变激励信号同时并将瞬变激励信号通过所述救援井扩散到所述事故井中产生Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号，所述Z探头、X探头和Y探头的接收线圈分别对应接收所述Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号，并将接收的所述Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号依次通过所述接收单元和采集传输单元传输给所述地面单元，所述地面单元根据所述Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号计算所述事故井与所述三分量磁芯探头的距离和方位并进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：它包括一三分量磁芯探头、一发射单元、一接收单元、一采集传输单元和一地面单元；所述三分量磁芯探头、发射单元、接收单元和采集传输单元均设置在救援井中，所述三分量磁芯探头包括两两相互垂直的Z探头、X探头和Y探头，所述Z探头、X探头和Y探头均包括一发射线圈和一接收线圈；所述发射单元用于发射瞬变激励信号，所述Z探头、X探头和Y探头的发射线圈接收瞬变激励信号同时并将瞬变激励信号通过所述救援井扩散到所述事故井中产生Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号，所述Z探头、X探头和Y探头的接收线圈分别对应接收所述Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号，并将接收的所述Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号依次通过所述接收单元和采集传输单元传输给所述地面单元，所述地面单元根据所述Z向感应信号、X向感应信号和Y向感应信号计算所述事故井与所述三分量磁芯探头的距离和方位并进行显示。2.如权利要求1所述一种救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：所述Z探头、X探头和Y探头的接收线圈和发射线圈分别均匀绕制在一磁芯上，所述Z探头、X探头和Y探头的接收线圈和发射线圈均由铜加工制成。3.如权利要求1所述一种救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：所述发射单元包括主控芯片、驱动电路和输出电路；所述主控芯片产生双极性方波信号，并将双极性方波信号中的瞬变激励信号传输给所述驱动电路，所述驱动电路接收并对所述瞬变激励信号进行功率放大后通过所述输出电路传输给所述三分量磁芯探头。4.如权利要求1所述一种救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：所述接收单元包括前置放大电路、滤波电路、可变增益放大电路；所述前置放大电路对所述三分量磁芯探头传输的感应信号进行放大后传输给所述滤波电路，所述滤波电路对放大后的感应信号进行滤波、去除噪声后传输给所述可变增益放大电路，所述可变增益放大电路根据早期、中期和晚期感应信号的幅度差异进行放大倍数调整，并根据所调整的放大倍数对其接收的感应信号再放大后传输给所述采集传输单元。5.如权利要求1所述一种救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：所述采集传输单元包括A/D转换电路、主控芯片和脉冲耦合变压器；所述A/D转换电路将所述接收单元传输的感应信号转换成数字信号后传输给所述主控芯片，所述主控芯片接收并对转换成的数字信号进行编码处理，经过编码处理后的数字信号通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰飞，蒋世全，党博，陈嘉辉，周建良，李迅科，李志强，张文辉，刘容，党瑞荣，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海油研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11