一種螺線管組隨鑽電磁測距導向計算方法
2023-06-01 16:52:41 2
專利名稱：一種螺線管組隨鑽電磁測距導向計算方法
技術領域：
本發明是一種應用於螺線管組隨鑽電磁測距導向系統的鄰井距離計算方法，屬於地下資源鑽採工程技術領域。
背景技術：
在石油、天然氣、煤層氣等地下油氣資源開發中，雙水平井、U型井、多分支井、叢 式井、加密井和連通井等複雜結構井，要求對鄰井距離進行隨鑽精確探測。目前，國內普遍 使用的隨鑽測量工具不能直接測量鄰井距離，因而難以滿足複雜結構井鄰井距離隨鑽探測 的特殊要求。國外雖已研製出能夠基本滿足以上要求的隨鑽電磁引導系統(如MGT、RMRS 等)，但其核心技術仍被保密和壟斷。另外，MGT(Magnetic Guidence Tool)採用螺線管作 為磁信號發射源，可以通過提高螺線管線圈的電流強度等方法增加MGT的測距範圍，但其 測量精度有限，一般多用於雙水平井中；RMRS(Rotating Magnet Ranging System)結構簡 單，使用方便，同時也是目前隨鑽引導系統中測量精度最高的系統，但由於採用永磁體組短 節作為磁信號發射源，因而其信號源強度嚴重受限，難以增加RMRS的測距範圍。因此，本 發明者特研究設計了 「一種螺線管組隨鑽電磁測距導向系統」(另作專利申請)，本項發明 即是該系統的核心算法，可在連通井和雙水平井中精確計算鑽頭與螺線管組短節的相對位 置，進而為鑽井工程師提供有效的實時測量數據，以精確控制定向鑽井軌跡，使正鑽井眼與 已鑽井眼連通或使兩口井保持一定的平行間距。螺線管組隨鑽電磁測距導向系統主要由螺線管組短節、經改裝的 MWD(Measurement While Drilling)、鄰井間距計算系統及地面設備組成。螺線管組短節主 要由兩列相互正交的螺線管組組成，主要作用是在探測點產生旋轉的橢圓極化磁場，是該 電磁探測系統的信號源。螺線管組短節由鑽柱或前接有爬行器的電纜下入到已鑽井中合適 位置。改裝的MWD主要是由傳統的MWD和一個三軸交變磁場傳感器組成，安裝在鑽頭後傳 統MWD所在的位置，其作用是探測由螺線管組產生的旋轉磁場。地面設備為螺線管組短節 提供兩個同步交流電，使螺線管組短節產生旋轉磁場，由改裝的MWD探測這個旋轉的磁矢 量信號並發送到地面，經鄰井間距計算系統計算鑽頭與螺線管組短節的相對位置關係，並 以數字、文字和圖形等形式顯示給鑽井工程師。
發明內容
本發明的目的在於根據井下改裝的MWD接收到的磁信號，計算MWD與螺線管組短 節的相對位置，進而確定鑽頭到已鑽井的相對空間位置。螺線管組隨鑽電磁測距導向系統在連通井中的工作原理如圖1所示，本發明提供 一種確定鑽頭到連通點相對空間位置的計算方法，主要包括下列步驟步驟1，提取水平井與直井的井況信息水平井與直井井眼軌跡測量信息；水平井 與直井的井口坐標；水平井與直井的鑽盤平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)；直井的井身 結構，特別是連通處的井深和長度或洞穴的井深和近似尺寸；
步驟2，處理提取的水平井與直井的井況信息；步驟3，建立螺線管組短節周圍空間磁感應強度計算模型；步驟4，在地表測定螺線管組短節的等效磁矩，並給出井下螺線管組短節等效磁矩 可能的變化範圍；步驟5，在直井中下入螺線管組短節到合適位置；
步驟6，改裝的MWD工作，檢測螺線管組短節產生的磁信號；步驟7，提取改裝的MWD採集的由螺線管組短節產生的磁信號；步驟8，利用處理後的井況信息、改裝的MWD採集的數據、螺線管組短節等效磁矩、 當地磁偏角，由地面鄰井間距計算系統計算改裝的MWD與螺線管組短節的相對位置，進而 確定鑽頭與直井連通點的相對位置。所述步驟2包括步驟21，根據水平井與直井的鑽盤平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)，計算水平 井鑽盤平面高度比直井鑽盤平面高度高多少或低多少；步驟22，確定井眼軌跡數據是相對於鑽盤平面高度還是地面海拔高度；步驟23，根據水平井與直井井口坐標計算直井井口相對水平井井口的偏移；步驟24，在螺線管組短節和連通點的實際垂直深度(TVD)、北坐標(N)、東坐標(E) 數據上加上或減去上述偏移量。所述步驟3包括如圖2所示，計算螺線管組短節周圍空間遠場磁感應強度時，可把螺線管組短節 看成兩個相互正交、磁矩方向未知、磁矩大小隨時間按正餘弦函數周期性變化的振蕩磁偶 極子。兩磁偶極子的磁矩分別為闢、咚,而且Iii1 = Me sin(cot)m2 = Me cos(cot)式中，Me代表交流電達最大幅值時，任一列螺線管組產生的磁矩；ω代表兩交流電 周期性變化的角速度。由於兩磁偶極子相互正交，因此，螺線管組短節的磁矩為Me。以螺線管組短節的軸向(直井井眼的延伸方向)為Z軸，以一列螺線管的磁矩碑 方向為X軸，以另一列螺線管組的磁矩砵方向為Y軸，建立XYZ直角坐標系，則螺線管組短 節周圍空間遠場磁感應強度B計算如下formula see original document page 5
式中M = μ MeM代表螺線管組短節的等效磁矩；μ代表介質的磁導率。所述步驟4包括如圖6所示，在周圍無鐵磁介質和其它強磁信號幹擾足夠空曠的地方，將改裝的MWD和螺線管組短節相隔至少5米放置，同時改裝的MWD的軸線與螺線管組短節的軸線盡 量平行，而且改裝的MWD和螺線管組短節的中心儘量同一高度，它們中心的連線儘量垂直 於螺線管組短節的軸線。然後，旋轉改裝的MWD，使其內部三軸傳感器的X軸垂直向上。這 時給螺線管組短節供電，改裝的MWD正常工作後可以檢測到一組Bx、By、Bz數據。由Bx、By、 Bz數據可繪出它們的變化曲線，而且Bz曲線越接近直線越好。此時，螺線管組短節的等效 磁矩可由下式求得M= T3(Bxmax-Bxmin)
式中r代表改裝的MWD中心到螺線管組短節中心的距離汨—和Bxmin分別代表檢 測到的Bx數據的最大值和最小值。所述步驟8包括如圖2所示，分別由磁矩為碎、屯的磁偶極子在探測點產生的磁感應強度為為和 B2 ,那麼在探測點處必存在一個矢量雲|2 ,這個矢量由矢量雲,和尾叉乘得到，即良=禹χ尾。由螺線管組短節周圍空間遠場磁感應強度計算公式可知，螺線管組短節在遠場產 生的磁場等價於一個磁矩垂直於螺線管組短節軸線的磁偶極子繞螺線管組短節軸線以角 速度ω周期性旋轉產生的磁場。因此，螺線管組短節在遠場產生的磁場具有以Λ為對稱軸 的軸對稱性，螺線管組短節到探測點的矢量F、另12和眾必在同一個平面內，如圖3所示。如圖5所示，以直井井眼的延伸方向為w軸，直井井眼高邊方向為U軸，ν軸正交於 W軸和u軸，建立UVW直角坐標系。B12u、B12v, B12w分別為B12在u軸、V軸和w軸上的分量， 那麼α可由下式求得a=arctanM^L·
B\1W然後，將求得的α值代入α和θ的關係計算公式可求得θ的值。α和θ的關 系如下θ = 0. 07076 α 2+0. 2779 α +0. 008528由於F、雲12和眾必在同一個平面內，所以矢量雲|2 和矢量己的方向為同一方向。因 此，單位矢量^到矢量Fm,的夾角識和矢量否12 到矢量U勺夾角β的值相等，則夾角ρ的大小
可由下式求得
β
φ = β 二 arctan —
『η °
BUu螺線管組短節到探測點的距離可直接將估計的螺線管組短節等效磁矩M代入下 式求得
「 πI Mr = 3-
y ^Bmm式中Bmin代表改裝的MWD探測到的總磁場感應強度曲線的最小值。雖然這樣計算 的距離只是一個近似值，但是並不影響控制水平井與直井連通，這是因為距離的誤差僅代 表鑽頭到連通點的距離有誤差，不影響鑽頭到連通點的方向。由以上方法求得的r、α和θ的值就可以確定螺線管組短節與MWD的相對位置關係，進而可以計算鑽頭與連通點的相對位置。螺線管組隨鑽電磁測距導向系統在雙水平井中的工作原理如圖7所示，本發明提 供一種確定兩口井徑向間距和相對方位的計算方法，主要包括下列步驟步驟1，提取已鑽井與正鑽井的井況信息；步驟2，處理提取的已鑽井與正鑽井的井況信息；步驟3，建立螺線管組短節周圍空間磁感應強度計算模型；步驟4，在地表測定螺線管組短節的等效磁矩，並給出井下螺線管組短節等效磁矩 可能的變化範圍；步驟5，根據估計的雙水平井間距，用管柱或爬行器將螺線管組短節下入已鑽井眼 到合適位置。為得到較好的檢測信號，螺線管組短節到鑽頭後改裝的MWD的距離應至少為 雙水平井間距的0. 8倍；步驟6，改裝的MWD工作，檢測螺線管組短節產生的磁信號；步驟7，用管柱或爬行器將螺線管組短節拖動一段合適距離，至少為雙水平井間距 的1. 7倍，螺線管組短節移動過程中改裝的MWD不斷檢測磁信號；步驟8，提取改裝的MWD採集的由螺線管組短節產生的磁信號；步驟9，利用處理後的井況信息、螺線管組短節等效磁矩，由地面計算螺線管組短 節與改裝的MWD的空間位置，進而確定兩口水平井的相對位置關係；步驟10，根據計算結果調整井眼軌跡。前四個步驟的內容與連通井中前四個步驟的內容基本一致，在此不再贅述。所述步驟9包括當螺線管組短節從改裝的MWD的一側拖動到另一側時，改裝的MWD檢測到的三軸 磁感應強度分量如圖8所示。由圖8可知，螺線管組短節經過改裝的MWD過程中，磁感應強 度軸向分量的振幅在經過MWD前後(A點和B點)各產生一個最大值，在經過MWD時(C點) 產生一個最小值。在正鑽井中，改裝的MWD到已鑽井的徑向間距等於螺線管組短節在A點 到B點時間段內移動的距離。如圖9所示，夾角Ci1的大小代表兩口水平井的會聚/發散程度，夾角Ci1的大小 以順時針方向為正，夾角α工的值近似可由下式求得
^ bzli-b,α〒^:式中BzA、Bzb分別代表圖8中A點和B點的軸向磁感應強度。如圖10所示，夾角α 2表徵兩口水平井的不共面程度，稱為兩口水平井的異面夾 角。夾角α2的大小近似可由下式求得
γ sb.,α =-
b2,+bzb式中BzA、BzB、Bzc分別代表圖8中A點、B點和C點的軸向磁感應強度。如圖11所示，夾角Ahsk代表在螺線管組短節經過改裝的MWD時正鑽井偏離已鑽井 井眼高邊的程度，這個角在SAGD雙水平井中具有重要的意義。夾角Ahsk相當於在連通井計 算分析中的夾角…因此夾角Ahsk大小的計算可利用上面介紹的連通井中的計算分析方法， 求螺線管組短節經過改裝的MWD時已鑽井井眼高邊到改裝的MWD與螺線管組短節連線的夾角。這樣也就完全確定了兩口水平井的相對空間位置關係。
圖1是螺線管組隨鑽電磁測距導向系統在連通井中的工作示意圖；圖2是螺線管組短節周圍空間磁感應強度計算模型；圖3是矢量眾、拜口毛共面示意圖；圖4是夾角α、θ相對關係示意圖；圖5是螺線管組短節與改裝的MWD相對方向計算模型；圖6是在地面測定螺線管組短節等效磁矩時，螺線管組短節和改裝的MWD擺放位 置示意圖；圖7是螺線管組隨鑽電磁測距導向系統在雙水平井中的工作示意圖；圖8是改裝的MWD檢測到的磁信號示意圖；圖9是兩口水平井會聚/發散情況示意圖；圖10是兩口水平井不共面程度示意圖；圖11是螺線管組短節經過改裝的MWD時正鑽井偏離已鑽井井眼高邊程度示意圖。圖中1正鑽井2已鑽井 3鑽井塔 4纜車 5電纜6鑽頭 7改裝的MWD 8螺線管組短節 9磁力線
具體實施例方式在連通井中，本發明可基於改裝的MWD接收螺線管組短節產生的磁信號，確定鑽 頭到連通點的相對空間位置，其計算方法包括下列主要步驟步驟1，提取水平井與直井的井況信息水平井與直井井眼軌跡測量信息；水平井 與直井的井口坐標；水平井與直井的鑽盤平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)；直井的井身 結構，特別是連通處的井深和長度或洞穴的井深和近似尺寸；步驟2，處理提取的水平井與直井的井況信息提取水平井與直井的井況信息後，以水平井井口位置為參考建立全局坐標系，然 後計算直井的井口坐標。具體算法如下(1)根據水平井與直井的鑽盤平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)，計算水平井鑽 盤平面高度比直井鑽盤平面高度高多少或低多少；(2)確定井眼軌跡數據是相對於鑽盤平面高度還是地面海拔高度；(3)根據水平井與直井井口坐標計算直井井口相對水平井井口的偏移；(4)在螺線管組短節和連通點的實際垂直深度(TVD)、北坐標(N)、東坐標(E)數據 上加上或減去上述偏移量。步驟3，建立螺線管組短節周圍空間磁感應強度計算模型在螺線管組隨鑽電磁測距導向系統中要測的磁場範圍在距螺線管組短節4m以外 的地方，滿足磁偶極子法適應於計算遠場的要求。因此，如圖2所示，計算螺線管組短節周 圍空間遠場磁感應強度時，可把螺線管組短節看成兩個相互正交、磁矩方向未知、磁矩大小 隨時間按正餘弦函數周期性變化的振蕩磁偶極子。兩磁偶極子的磁矩分別為螂、rh2 ,而且
Iii1=MeSin(COt)(I)m2 = Me cos(cot) (2)式中吡代表交流電達最大幅值時，任一列螺線管組產生的磁矩；ω代表兩交流 電周期性變化的角速度。由於兩磁偶極子相互正交，所以螺線管組短節的磁矩為Me。以螺線管組短節的軸向(直井井眼的延伸方向)為Z軸，以一列螺線管的磁矩螂方向為X軸，以另一列螺線管組的磁矩咚方向為Y軸，建立XYZ直角坐標系，則螺線管組短 節周圍空間遠場磁感應強度B的三軸分量計算如下
_ M 3(χ η{ω ) +γζο ,(ω ))χ sin(ft i) x =(x2+y2+z2f2(χ2」2+ζγ2)
「_。 R M ^3(xsin(a)t) + ycos(at))y cosjmt) 、(x2 」2 + f2(x2」、—(3) _ M 3(x sin(iy^) + y cos(at))z
! =(x2+y2+ζ2)5'2^式中M = μ MeM代表螺線管組短節的等效磁矩；μ代表介質的磁導率。步驟4，在地表測定螺線管組短節的等效磁矩，並給出井下螺線管組短節等效磁矩 可能的變化範圍如圖6所示，在周圍無鐵磁介質和其它強磁信號幹擾足夠空曠的地方，將改裝的 MWD和螺線管組短節相隔至少5米放置，同時改裝的MWD的軸線與螺線管組短節的軸線盡 量平行，而且改裝的MWD和螺線管組短節的中心儘量同一高度，它們中心的連線儘量垂直 於螺線管組短節的軸線。然後，旋轉改裝的MWD，使其內部三軸傳感器的X軸垂直向上。此 時，在XYZ坐標系中，χ = ζ = 0，y = r，則由(3)式得
_ M sin(i i)
= -- ~
4π r
M cos(at)
剛卜=五+(4)
Bz =0由(4)式可得，螺線管組短節等效磁矩的計算公式如下M= T3(Bxmax-Bxmin) (5)式中r代表MWD中心到螺線管組短節中心的距離；Bxma!^PBxmin分別代表檢測到的 Bx數據的最大值和最小值。由(5)式可求得磁短節在地面的等效磁矩，一般情況下，井下螺 線管組短節的等效磁矩在地面測定的100% 90%範圍內；在特殊地層，井下螺線管組短 節的等效磁矩在地面測定的100% 80%範圍內。步驟5，在直井中下入螺線管組短節到合適位置。為使螺線管組短節產生的磁場少 受鐵磁介質的影響，螺線管組短節應下到套管下2 3米處；步驟6，改裝的MWD工作，檢測螺線管組短節產生的磁信號；步驟7，提取改裝的MWD採集的由螺線管組短節產生的磁信號；
步驟8，利用處理後的井況信息、改裝的MWD採集的數據、螺線管組短節等效磁矩、 當地磁偏角，由地面鄰井間距計算系統計算改裝的MWD與螺線管組短節的相對位置，進而 確定鑽頭與直井連通點的相對位置如圖2所示，分別由磁矩為碑、咚的磁偶極子在探測點產生的磁感應強度為耳和 B2，那麼在探測點處必存在一個矢量屯，這個矢量由矢量馬和或叉乘得到，即Bn =B1XB2(6)由螺線管組短節周圍空間遠場磁感應強度計算公式可知，螺線管組短節在遠場產 生的磁場等價於一個磁矩垂直於螺線管組短節軸線的磁偶極子繞螺線管組短節軸線以角 速度ω周期性旋轉產生的磁場。因此，螺線管組短節在遠場產生的磁場具有以Λ為對稱軸 的軸對稱性，螺線管組短節到探測點的矢量F、為2和眾必在同一個平面內，如圖3所示。由於螺線管組短節在遠場產生的磁場具有以&為對稱軸的軸對稱性，所以&到雲12 的夾角α與眾到F的夾角θ的關係與(《t)無關，而且探測點可以選在XOZ平面內，這時在 Cos(COt) = O時刻，由(3)式可得
『_Μ 2χ2-ζ2 · = 4^(χ2+Ζ2)5/2A = O(7)
_ M 3 XZ Ζ = 4^(χ2+Ζ2)5/2由(7)式可得
Bx 2x2-Z2/ΩΛ— =-= tana(8)
Bz 3xzv ，又因為,(9)所以，眾或2的夾角α與眾到F的夾角θ存在以下關係 Γ η + il-3cos(20)la==arctanh^i (io)由上式可以得到α與θ的關係圖，如圖4所示。由圖4可知，任意的一個α值 都存在唯一的一個θ值與之對應，因此如果知道α的值就可以確定θ的值。但是，由α 與θ的關係公式不易求出θ的計算公式，我們可以由圖4所示的關係曲線，多項式回歸出 由α計算θ的計算公式，即θ = 0. 07076 α 2+0. 2779 α +0. 008528 (11)如圖5所示，以直井井眼的延伸方向為w軸，直井井眼高邊方向為u軸，ν軸正交於w軸和u軸，建立UVW直角坐標系。在UVW直角坐標系中，Bnu = B12^(12)Buv=Bu-V(13)^2W =^i2-W(14)
那麼α可由下式求得formula see original document page 11(15)然後，將求得的α值代入(11)式可求得θ的值。由於F、為2和眾必在同一個平 面內，所以矢量禹、和矢量ξν的方向為同一方向。因此，單位矢量^到矢量&的夾角識和矢量
良 到矢量雲12 的夾角β的值相等，則夾角識的大小可由下式求得
formula see original document page 11
螺線管組短節到探測點的距離可直接將估計的螺線管組等效磁矩M代入下式求 得
formula see original document page 11式中Bmin代表MWD探測到的總的磁場感應強度曲線的最小值。雖然這樣計算的距 離只是一個近似值，但是並不影響控制水平井與直井連通，這是因為距離的誤差僅代表鑽 頭到連通點的距離有誤差，不影響鑽頭到連通點的方向。由以上方法求得的r、α和θ的值就可以確定螺線管組短節與改裝的MWD的相對 位置關係，然後，結合MWD與鑽頭的位置關係和螺線管組短節與連通點的位置關係，進而可 以計算鑽頭與連通點的相對位置關係。在雙水平井中，本發明可基於改裝的MWD接收螺線管組短節產生的磁信號，確定 兩口水平井的平行間距和相對方位，其計算方法包括下列主要步驟步驟1，提取已鑽井與正鑽井的井況信息；步驟2，處理提取的已鑽井與正鑽井的井況信息；步驟3，建立螺線管組短節周圍空間磁感應強度計算模型；步驟4，在地表測定螺線管組短節的等效磁矩，並給出井下螺線管組短節等效磁矩 可能的變化範圍；步驟5，根據估計的雙水平井間距，用管柱或爬行器將螺線管組短節下入已鑽井到 合適位置。為得到較好的檢測信號，螺線管組短節到鑽頭後改裝的MWD的距離應至少為雙 水平井間距的0. 8倍；步驟6，改裝的MWD工作，檢測螺線管組短節產生的磁信號；步驟7，用管柱或爬行器將螺線管組短節拖動一段合適距離，至少為雙水平井間距 的1. 7倍，螺線管組短節移動過程中改裝的MWD不斷檢測磁信號；步驟8，提取改裝的MWD採集的由螺線管組短節產生的磁信號；步驟9，利用處理後的井況信息、螺線管組短節等效磁矩，由地面鄰井間距計算系 統計算螺線管組短節與改裝的MWD的空間位置，進而確定兩口水平井的相對位置關係圖8為螺線管組短節從改裝的MWD的一側拖動到另一側時，改裝的MWD檢測到的 三軸磁感應強度分量信號。由圖8可知，在螺線管組短節經過改裝的MWD過程中，磁感應強 度軸向分量的振幅在經過MWD前後(Α點和B點)各產生一個最大值，在經過MWD時(C點)產生一個最小值。在正鑽井中，改裝的MWD到已鑽井的徑向間距R等於螺線管組短節在A 點到B點時間段內移動的距離。為了完全描述兩口水平井的空間位置關係，可以分析兩口水平井的垂直投影圖 (如圖9所示)和水平投影圖(如圖10所示)。如圖9所示，在兩水平井的垂直投影圖上 可以分析兩口水平井的會聚/發散情況，夾角h的大小代表兩口水平井的會聚/發散程 度。夾角Q1的大小以順時針方向為正，那麼Q1的值為正時代表兩水平井會聚，反之，Q1 的值為負時代表兩水平井發散。夾角Ci1的 值近似可由以下回歸的計算公式求得formula see original document page 12(18)式中BzA、BzB分別代表圖8中A點和B點的軸向磁感應強度。如圖10所示，在兩口水平井的水平投影圖上可以分析兩口水平井的不共面程度， 我們把表徵兩口水平井不共面程度的夾角α 2稱為兩口水平井的異面夾角。夾角Ci2的值 近似可由以下回歸的計算公式求得^2=風(『(19)式中BzA、BzB、Bzc分別代表圖8中A點、B點和C點的軸向磁感應強度。如圖11所示，夾角Ahsk代表在螺線管組短節經過改裝的MWD時正鑽井偏離已鑽井 井眼高邊的程度，這個角在SAGD雙水平井中具有重要的意義。夾角Ahsk相當於在連通井計 算分析中的夾角…因此夾角Ahsk大小的計算可利用上面介紹的連通井中的計算分析方法， 求螺線管組短節經過改裝的MWD時已鑽井井眼高邊到改裝的MWD與螺線管組短節連線的夾 角。由以上計算的R、α ρ α 2和夾角Ahsk也就完全確定了兩口水平井的相對空間位置 關係。步驟10，根據計算結果，調整井眼軌跡。
權利要求
一種利用改裝的MWD接收螺線管組短節產生的磁信號，確定螺線管組短節與改裝的MWD的相對位置關係的計算方法，其特徵在於螺線管組短節周圍空間磁感應強度計算模型；螺線管組短節地面等效磁矩的測定；在連通井中確定鑽頭與連通點相對空間位置關係的算法；在雙水平井中確定兩口水平井平行間距和相對方位的算法。
2.權利要求1所述的螺線管組短節周圍空間磁感應強度計算模型，其特徵在於 把螺線管組短節看成兩個相互正交、磁矩方向未知、磁矩大小隨時間按正餘弦函數周期性變化的振蕩磁偶極子，兩磁偶極子的磁矩分別為Hi1 = MeSin (ω t)和m2 = Mecos (ω t)， 其中，Me代表交流電達最大幅值時，任一列螺線管組產生的磁矩，ω代表兩交流電周期性變 化的角速度。這時，螺線管組短節的磁矩為軋。螺線管組短節周圍空間遠場磁感應強度計 算模型如下formula see original document page 2式中M = ；M代表螺線管組短節的等效磁矩；μ代表介質的磁導率。
3.權利要求1所述的螺線管組短節地面等效磁矩的測定，其特徵在於在周圍無鐵磁介質和其它強磁信號幹擾足夠空曠的地方，將改裝的MWD和螺線管組短 節相隔至少5米放置，同時改裝的MWD的軸線與螺線管組短節的軸線儘量平行，而且改裝的 MWD和螺線管組短節的中心儘量同一高度，它們中心的連線儘量垂直於螺線管組短節的軸 線。此時，螺線管組短節的等效磁矩可由下式求得 formula see original document page 2式中r代表改裝的MWD中心到螺線管組短節中心的距離；Bxmax和氏_分別代表檢測到 的氏數據的最大值和最小值。
4.權利要求1所述的在連通井中確定鑽頭與連通點相對空間位置關係的算法，其特徵 在於在探測點處存在一個矢量為2，這個矢量由磁矩為螂的磁偶極子在探測點產生的磁感應強度矢量為和由磁矩為咚的磁偶極子在探測點產生的磁感應強度尾叉乘得到，即formula see original document page 2。單位矢量眾到矢量F的夾角Θ可由下式計算formula see original document page 2式中formula see original document page 2 單位矢量Zi到矢量t的夾角識可由下式求得formula see original document page 2式中B12u、B12v, B12w分別為B12在u軸、V軸和W軸的分量。螺線管組短節到探測點的距離可直接將估計的螺線管組短節等效磁矩M代入下式求得formula see original document page 3式中Bmin代表改裝的MWD探測到的總磁場感應強度曲線的最小值。
5.權利要求1所述的在雙水平井中確定兩口水平井平行間距和相對方位的算法，其特 徵在於軸向磁感應強度分量兩波峰(A點和B點)間的距離等於正鑽井到已鑽井的徑向間距。 兩口水平井的會聚/發散程度和不共面程度可由以下兩式確定formula see original document page 3式中BzA、BzB、Bze分別代表A點、B點和C點的軸向磁感應強度；α i代表兩口水平井的 會聚/發散角；Ci2代表兩口水平井的異面夾角。
全文摘要
一種螺線管組隨鑽電磁測距導向計算方法，包括適用於連通井的鄰井距離測距導向算法和適用於雙水平井中的鄰井平行間距計算方法。其特徵在於把螺線管組短節看成是由兩個相互正交、磁矩方向未知、磁矩大小隨時間按正餘弦函數周期性變化的振蕩磁偶極子組成；螺線管組短節在遠場探測位置產生一個旋轉的橢圓極化磁場；根據探測到的磁信號，利用正交振蕩磁偶極子模型，發明了一種適用於連通井和雙水平井的螺線管組隨鑽測距導向算法。應用這種算法，可以在連通井和雙水平井中計算鑽頭與螺線管組短節的相對位置，進而為鑽井工程師提供有效的實時測量數據，以精確控制定向鑽井軌跡，使正鑽井眼與已鑽井眼連通或使兩口井保持一定的平行間距。
文檔編號E21B47/09GK101806211SQ20101014502
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月13日 優先權日2010年4月13日
發明者刁斌斌, 高德利 申請人:中國石油大學(北京)