三轴磁力仪的变分H线圈校准方法技术

本发明专利技术提供了一种定向工具和在钻孔柱中用该定向工具勘测井筒的方法。该定向工具的第一传感器设置在非均匀环境磁场中。向该第一传感器施加第一外加磁场。在该第一传感器设置在该非均匀环境磁场内并且施加该第一外加磁场时，在该第一传感器处获得第一测量结果。向该第一传感器施加第二外加磁场。在该第一传感器设置在该非均匀环境磁场内并且施加该第二外加磁场时，在该第一传感器处获得第二测量结果。基于该第一测量结果和该第二测量结果来校准该定向工具。在该井筒中用经校准的定向工具来获得井下勘测测量结果。来获得井下勘测测量结果。来获得井下勘测测量结果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三轴磁力仪的变分H线圈校准方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年11月14日提交的美国申请序列号62/935,284的更早提交日期的权益，该美国申请的全部公开内容以引用方式并入本文。

技术介绍

[0003]在资源回收行业中，磁场传感器诸如磁通门磁力仪可用于井下应用，诸如勘测、钻柱路线校正等。这些测量的准确度取决于正确校准的磁力仪。针对自然或环境磁场执行磁力仪的校准过程。由于校准位置附近的钢结构或磁性部件，这些场可能是不均匀的，这导致校准过程中存在困难。因此，需要开发一种用于在未知的和/或非均匀环境磁场的区域中校准磁力仪的方法。

技术实现思路

[0004]本文公开了一种在钻孔柱中用定向工具勘测井筒的方法。定向工具的第一传感器设置在非均匀环境磁场中。向第一传感器施加第一外加磁场。在第一传感器设置在非均匀环境磁场内并且施加第一外加磁场时，在第一传感器处获得第一测量结果。向第一传感器施加第二外加磁场。在第一传感器设置在非均匀环境磁场内并且施加第二外加磁场时，在第一传感器处获得第二测量结果。基于第一测量结果和第二测量结果来校准定向工具。在井筒中用经校准的定向工具来获得井下勘测测量结果。
[0005]本文还公开了一种用于定向工具的系统，该定向工具在钻孔柱中用于勘测井筒。该定向工具包括第一传感器，该第一传感器通过以下操作进行校准：将第一传感器设置在非均匀环境磁场中；将第一外加磁场施加到第一传感器；在第一传感器设置在非均匀环境磁场内并且施加第一外加磁场时，在第一传感器处获得第一测量结果；将第二外加磁场施加到第一传感器；在第一传感器设置在非均匀环境磁场内并且施加第二外加磁场时，在第一传感器处获得第二测量结果；并且基于第一测量结果和第二测量结果来校准定向工具。用设置在井筒中的经校准的定向工具来获得井下勘测测量结果。
附图说明
[0006]以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：
[0007]图1示出了例示性实施方案中的钻孔组件；
[0008]图2例示了定向工具或探头，示出了定向工具或探头坐标系和安装在定向工具或探头内的传感器的传感器坐标系；
[0009]图3示出了可用于钻柱的勘测和地质导向的例示性磁测量定向工具或探头，以及基准定向工具或探头和校准组件；
[0010]图4示出了传感器的z轴与定向工具或探头坐标系的轴线之间的关系；
[0011]图5示出了例示确定传感器的未对准角的方法的流程图；并且
[0012]图6示出了例示确定传感器偏差的方法的流程图。
具体实施方式
[0013]本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。
[0014]在本专利技术中，包括井下工具的主(未校准)传感器的定向工具或探头相对于基准(经校准的)传感器进行校准。这些传感器可以通过比例参数来表征，使得传感器响应可以通过比例参数和外加的场来计算。在定向工具或探头与基准传感器之间确实存在已知的角度，例如测量的角度。例如，定向工具或探头与基准传感器之间的已知角度可以为0
°
，使得定向工具或探头的轴线和基准传感器的轴线沿相同的定向工具或探头轴线对准。主传感器与定向工具或探头的轴线未对准，未对准角在校准过程中确定。除了环境磁场诸如可能非均匀的自然或背景磁场之外，外加磁场被施加到主传感器和基准传感器两者。在本公开的上下文中，非均匀磁场包括各向异性磁场，例如具有均匀总磁场强度的各向异性磁场。非均匀磁场可以至少对于进行如下所述的校准过程的测量所需的时间是非时变的。使用具有外加磁场的情况下的磁测量结果来确定比例参数和主传感器的可选偏差，继而可用于确定未对准角。然后可以基于比例参数、可选偏差和未对准角来校正主传感器处的井下磁场测量结果。
[0015]参考图1，在例示性实施方案中示出了钻孔组件100。钻孔组件100包括从钻机104延伸到形成在地层108中的井筒106中的钻柱102。钻柱102包括在底端处用于钻探井筒106的钻头110。钻头110可以通过钻柱102从地面位置130处的钻机104的旋转以及/或者通过井下马达(未示出)的旋转而旋转。钻柱102包括中空内孔114，并且在钻柱102的外表面与井筒106的壁118之间形成环孔。
[0016]在操作中，钻探泥浆112从地面位置130处的泥浆池120经由地面位置130处的泵122通过内孔114向井下泵送，并且在钻头110处离开钻柱102。泵122通常位于立管124中，该立管将钻探泥浆112从泥浆池120输送到钻柱102的顶部。一旦钻探泥浆112在钻头110处离开钻柱102，钻探泥浆112就经由环孔116返回地面位置130。在地面位置130处，钻探泥浆112经由回流管线126返回到泥浆池120。
[0017]钻柱112还包括用于控制钻柱102的各种操作的控制单元150。控制单元150包括处理器152和存储器存储装置154，该存储器存储装置包括各种程序和指令156，当由处理器152访问时，这些程序和指令使得处理器152能够执行本文所公开的各种操作。控制单元150可位于地面位置130或沿钻柱102的井下位置，诸如井下控制单元150a。
[0018]钻柱112还包括适用于改变钻柱102的钻孔方向的操纵单元140。在各种实施方案中，井下控制单元150a基于勘测信息来激活操纵单元140。钻柱102还包括工具，诸如定向工具，该定向工具可以是钻具或者可以是包括在钻具中的探头142，并且可包括勘测仪器。定向工具或探头142可包括倾斜仪。在各种实施方案中，定向工具或探头142包括响应并且获得地球磁场的测量结果的一组磁力仪。磁力仪可以是单轴或多轴的，诸如两轴/双轴或三轴磁力仪。在各种实施方案中，磁力仪为磁通门传感器、霍尔效应磁力仪、磁阻传感器、超导量子干涉装置(SQUID)、MEMS、洛伦兹力型磁力仪、原子气体磁力仪、原子干涉仪、光纤磁力仪或本领域中已知的任何其他磁力仪装置。磁场的测量结果可以在井下控制单元150a或地面
控制单元150处使用，以便确定钻柱102的钻孔方向，并且因此激活操纵单元140，以便根据由测量结果确定的钻孔方向来改变钻柱102的方向。
[0019]在另选的实施方案中，定向工具或探头142被包括在电缆管柱(wireline string)(未示出)中，该电缆管柱被构造成在定向工具或探头142在井筒106中处于井下时，下降到井筒106中以进行井下勘测测量。在用于钻孔柱诸如电缆管柱或钻柱102之前，可以校准定向工具或探头142的磁力仪以便提供准确的井下测量。下面讨论用于校准定向工具或探头142的磁力仪的方法。
[0020]在一个实施方案中，定向工具或探头142包括一个双轴传感器和一个单轴传感器的组合。在各种实施方案中，定向工具或探头142包括两个双轴磁力仪，其中一个双轴磁力仪始终用作双轴磁力仪，而另一个双轴磁力仪用作双轴或单轴磁力仪，具体取决于定向工具或探头的要求。在另外的实施方案中，定向工具或探头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在钻孔柱(102)中用定向工具(142)勘测井筒(106)的方法，所述方法包括：将所述定向工具(142)的第一传感器(302)设置在非均匀环境磁场中；向所述第一传感器(302)施加第一外加磁场；在所述第一传感器(302)设置在所述非均匀环境磁场内并且施加所述第一外加磁场时，在所述第一传感器(302)处获得第一测量结果；向所述第一传感器(302)施加第二外加磁场；在所述第一传感器(302)设置在所述非均匀环境磁场内并且施加所述第二外加磁场时，在所述第一传感器(302)处获得第二测量结果；基于所述第一测量结果和所述第二测量结果来校准所述定向工具(142)；以及用所述井筒(106)中的经校准的定向工具(142)来获得井下勘测测量结果。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：将第二传感器(304)设置在所述非均匀环境磁场中；向所述第二传感器(304)施加所述第一外加磁场；在所述第二传感器(304)设置在所述非均匀环境磁场内并且施加所述第一外加磁场时，在所述第二传感器(304)处获得第三测量结果；向所述第二传感器(304)施加所述第二外加磁场；在所述第二传感器(304)设置在所述非均匀环境磁场内并且施加所述第二外加磁场时，在所述第二传感器处获得第四测量结果；以及基于所述第一测量结果、所述第二测量结果、所述第三测量结果和所述第四测量结果来校准所述定向工具(142)。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第二传感器(304)为经校准的传感器。4.根据权利要求1所述的方法，其中校准包括确定一个或多个校准参数，所述一个或多个校准参数是所述第一传感器(302)的灵敏度和所述第一传感器(302)相对于所述定向工具(142)的未对准中的至少一者的函数。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述定向工具(142)具有第一纵向轴线，还包括确定所述第一纵向轴线与所述第二传感器(304)的轴线之间的传感器基准角度，并且基于所确定的工具基准角度来校准所述定向工具(142)。6.根据权利要求2所述的方法，其中所述定向工具(142)具有第一纵向轴线，并且所述第二传感器(304)位于具有第二纵向轴线的经校准的基准定向工具中，还包括确定所述第一纵向轴线与所述第二纵向轴线之间的工具基准角度，并且基于所确定的工具基准角度来校准所述定向工具。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述定向工具(142)具有第一纵向轴线，并且所述第一外加磁场和所述第二外加磁场基本上与所述第一纵向轴线对准。8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括沿所述定向工具(142)的x轴、所述定向工具(142)的y轴和所述定向工具(142)的z轴中的至少一者施加所述外加磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：贝克休斯油田作业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：