用于控制钻进过程的磁测距系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于控制井下钻进过程的测距系统（1），该测距系统具有纵向方向且包括：用于钻第一钻孔（3）的钻进工具（2），钻进工具具有工具轴（4）且包括电磁体形式的磁场源（5），该磁场源产生磁场（6）且具有基本上与工具轴平行的磁场源轴（7）。而且，测距系统包括布置在第二钻孔（9）中的感测工具（8），用于通过至少两个传感器单元（10）测量磁场，所述传感器单元被布置为沿着感测工具的轴彼此相距一距离（D）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于控制井下钻进过程的磁测距系统。测距系统具有纵向方向且包括用于钻第一钻孔的钻进工具，钻进工具具有工具轴并包括电磁体形式的、产生磁场的磁场源，且具有磁场源轴。此外，测距系统包括布置在第二钻孔中的感测工具，其用于通过传感器单元来测量磁场。
技术介绍
当钻入到现有的井或钻孔的地层(formation)中时，在钻进过程中了解到现有的井或钻孔的距离是非常重要的。在一些情况下，目的是为了在特定位置与现有的井或钻孔相遇，且在另一些情况下，目的是为了在距离现有的井或钻孔的确切位置钻出一个新的钻 孔，同时保证两者之间的距离沿着某一延伸基本上是相同的。已知的工具包括确定该距离的不同方案。为了确定距离，使用工具来检测磁场。一些工具使用现有钻孔中导线的电流，而其他的使用在钻头中旋转的磁体。在现有技术的工具中，诸如US 2008/0041626中所描述的，钻头中的磁体需要旋转，以便传感器能检测到磁场以及从而检测相对于已知位置的钻头的距离。但是有时候，钻头停止，使得不可能检测到磁场且因而不能确定距离以及钻头的钻进方向。而且，为了进行测量，不得不停止钻进过程以允许磁体旋转并使得工具比井间间距(interwellseparation)更远地来回滑动，即，大于5_10米。关于这些工具和使用现有钻孔中导线中的电流的工具，磁场感测装置被放置在钻进工具中。由于钻进工具的钻头是由经由钻柱输送的高压流体驱动的，传输来自由传感器件执行的测量的数据是非常困难的。这些工具在流体中产生波作为传送数据的手段，它是非常慢的通讯手段且可进一步地抑制钻进过程。
技术实现思路
本专利技术的目的是全部或部分地克服现有技术的上述劣势和缺点，并提供了可替换的测距系统，其能够确定钻进工具和现有的井或钻孔之间的距离，甚至是钻头的三维位置和方向，以便在钻进时控制钻进工具。—个额外的目的是提供改进的测距系统，其能够即使当钻进工具或钻柱没有旋转时，也能确定到现有的钻孔或井的距离。将从以下描述中变得明显的上述目的、以及许多其他的目的、优势和特征，由根据本专利技术的方案通过用于控制井下钻进过程的测距系统来完成，测距系统具有纵向方向，且包括-用于钻第一钻孔的钻进工具，该钻进工具具有工具轴且包括磁场源，该磁场源是产生磁场且具有磁场源轴的磁体，以及-布置在第二钻孔中的传感工具，用于通过至少两个传感器单元测量磁场，其中，传感器单元被布置为沿着传感工具的轴彼此相距一距离。当传感器被布置在沿着传感工具的轴彼此相距一距离时，电磁体不需要移动以便进行足够的测量以 能够计算磁体相对于传感工具的位置。当必须移动磁体时，结果会发生两组测量之间不精确的距离；但是，当两组传感器单元被布置在固定的相互距离时，这不会发生。而且，当具有与永久磁相对的电磁体时，不需要旋转磁体。因此，磁体以及因而钻进工具的位置的计算被简化，因为磁场相对于旋转以改变场的旋转永久磁体来说是相同的。在一个实施例中，磁场源轴基本上与工具轴平行。磁场源轴也可基本上与工具轴重合。每个传感器单兀可包括一个三轴磁力计，用于测量磁场的大小和方向。而且，磁力计可被布置在传感器单元中的相同平面上。根据一个实施例，第二钻孔可以是现有的钻孔。在另一个实施例中，传感器单元和/或钻进工具可由驱动单元驱动。测距系统还可包括定位工具，用于确定第二钻孔内的感测工具的位置或第一钻孔内的钻进工具的位置。该感测工具还可具有用于控制和/或测量感测工具的位置的装置。磁场源可具有通孔，从而允许用于驱动钻进工具的钻头的流体穿过磁场源。测距系统还可包括计算单元，用于处理由感测工具测量的磁场的大小和方向测量。此外，测距系统还可包括第二钻进工具，且感测工具可被布置在第二钻进工具内或与第二钻进工具相关地布置，这样第一钻进工具包括磁场源且第二钻进工具包括感测工具。本专利技术还涉及一种用于使用根据本专利技术的测距系统的方法，包括以下步骤-在一个钻进方向钻第一钻孔；-将感测工具插入到第二钻孔内；-测量磁场的大小和方向；以及-计算钻进工具相对于感测工具的位置，其中，当钻第一钻孔时，发生测量和计算的步骤。在一个实施例中，测量和计算的步骤与钻第一钻孔同时执行，这意味着测量和计算的步骤至少每一小时被执行一次，优选地至少每半小时一次，更优选地至少每10分钟一次。而且，该方法可包括计算钻头方向的步骤。此外，该方法可包括基于所计算的钻进工具相对于感测工具的相对位置来调整钻进方向的步骤。此外，该方法可包括基于所计算的钻进工具的方向和相对位置来调整钻进方向的步骤。最后，本专利技术涉及根据本专利技术的测距系统的任何使用。附图说明以下将参考附图详细说明本专利技术及其许多优势，所述附图为了描述的目的示出了一些非限制性实施例，在附图中图I示出了布置在两个井下钻孔中的、根据本专利技术的测距系统的横截面图；图2示出了钻进工具的部分横截面图；图3示出了磁场源的透视图，且图4示出了感测单元。所有的附图都是高度示意性的且不是必须按比例的，且它们仅示出了对于解释本专利技术所必须的那些部分，其他部分被忽略或仅仅被暗示。具体实施例方式本专利技术涉及测距系统1，其用于控制井下钻进过程，测距系统具有纵向方向。当 钻一个钻孔时，能控制钻进方向并获知钻头的定向以保证钻孔位于预定的位置是非常重要的。当使用蒸汽辅助重力泄油(SAGD)从地中提取油时，两个钻孔必须沿着其几乎整个水平延伸被基本上平行地钻入，以保证蒸汽沿着钻孔的几乎整个水平延伸渗透进地层。测距系统包括钻进工具2，用于在已有的钻孔附近钻一个新的钻孔，如图I所示。钻进工具2包括钻头14，用于将第一钻孔钻入到地层中，且它还包括生成磁场6的磁场源5，磁场6可由布置在第二钻孔中的感测工具8检测，以在钻进时确定钻进工具2和感测工具8之间的距离并确定钻头的定向。当钻两个新的钻孔时，也可使用测距系统I。当大体同时钻两个钻孔时，磁场源5被布置在一个钻进工具2中，且感测工具8的传感器单元10被布置在另一个钻进工具2中或与之相关地被布置。通过处理传感器单元10执行的测量，钻进工具2的钻进方向可被调整以保证两个钻孔之间的距离保持基本上一样。为了保证钻孔被定位在预定的位置，钻进工具2中的一个可包括定位工具，其能够确定钻进工具相对于开始位置或另一个已知位置的位置。在图I和图2中，钻进工具2具有工具轴4，且磁场源5具有基本上与工具轴4重合的磁场源轴7。磁场源5可以是任何合适的电磁体。通过使用电磁体，极可被转换，且传感器单元10由此能够执行测量，其中来自地球磁场的作用被有效地消除。而且，旋转钻柱以及因而旋转磁场源，不会对测量产生任何实质性的影响，这意味着当钻进时甚至当钻进工具没有旋转时，可执行有用的测量。如图4所示，感测工具包括至少两个传感器单元10，其沿着感测工具的轴被布置为彼此相距距离D。这意味着，可同时执行对磁场的单独测量，即，没有必要沿着工具轴移动磁体且由此当执行测量时停止钻进。在现有技术的工具中，执行测量取决于当执行测量时磁场源旋转和滑动。因此，在现有技术的工具中，仅当钻进过程停止时，可执行测量。如果钻进工具2且由此钻进过程停止，例如，如果钻进工具2出故障，本专利技术的感测工具8仍能够感测磁场6并因而可继续执行测量。如图4所示，感测工具8包括至少两个传感器单元10。因此，传感器工具8包括至少两个磁力计，使得其能够计算钻头14相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.30 EP 09174667.71.一种用于控制井下钻进过程的测距系统(1)，该测距系统具有纵向方向且包括 -用于钻第一钻孔(3)的钻进工具(2)，该钻进工具具有工具轴(4)且包括电磁体形式的磁场源(5)，该磁场源(5)产生磁场(6)且具有基本上与工具轴平行的磁场源轴(7)，以及-布置在第二钻孔(9)中的感测工具(8)，用于通过至少两个传感器单元(10)测量磁场，其中所述传感器单元被布置为沿着感测工具的轴彼此相距一距离(D)。2.如权利要求I所述的测距系统，其中每个传感器单元包括至少一个磁力计(20)。3.如权利要求I或2所述的测距系统，其中磁场源轴基本上与工具轴重合。4.如前述任一权利要求所述的测距系统，其中感测工具通过线缆被浸入到井中。5.如前述任一权利要求所述的测距系统，其中磁力计被布置在传感器单元中的同一个平面上。6.如权利要求5所述的测距系统，其中磁力计测量磁场的大小和方向，诸如局部磁场矢量的大小和方向。7.如前述任一权利要求所述的测距系统，其中第二钻孔是现有的钻孔。8.如前述任一权利要求所述的测距系统，其中传感器单元和/或钻进工具由驱动单元(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·哈伦德巴克，M·弗兰克，
申请(专利权)人：韦尔泰克有限公司，
类型：发明
国别省市：