CN104594881B - 确定邻井平行段相对空间位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种确定邻井平行段相对空间位置的方法，该方法包括：获取已钻井与正钻井井况信息；将其处理，获取正钻井井口坐标系中已钻井井口坐标；获取井下电磁探测仪中井下探管采集的数据；对正钻井与已钻井进行测斜计算，绘制邻井距离扫描图，确定双水平井水平段相对方位的范围；根据井下探管采集的数据以及双水平井水平段相对方位的范围，获取井下探管与磁短节的相对位置；根据正钻井井口坐标系中已钻井的井口坐标和井下探管与磁短节的相对位置，确定正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置。上述方法能确定邻井平行段相对空间位置，解决了现有技术中井下探管采集的轴向磁感应强度信号达到饱和时不能确定正钻井到已钻井距离的问题。

Description

确定邻井平行段相对空间位置的方法

技术领域

本发明涉及地下资源钻采工程技术领域，尤其涉及一种确定邻井平行段相对空间位置的方法。

背景技术

我国剩余的石油和天然气储量大多属于低品位或难动用资源，其开发难度越来越大，还有煤层气开发问题，都对复杂结构井技术提出越来越高的迫切需求。为了提高采收率，双水平井、连通井、U型井、多功能组合井及丛式井等复杂结构井在我国正大力推广。这些现代复杂结构井钻采技术都要求精确探测邻井距离，以使相邻两口井连通或按设计间距钻进，仅依靠传统的井眼轨迹误差分析理论和随钻测量工具难以达到理想的井眼轨迹控制效果。

现有技术公开了一种邻井距离随钻电磁探测***和一种井下电磁探测仪。邻井距离随钻电磁探测***的硬件主要由磁短节和井下电磁探测仪组成，可以随钻探测邻井距离，精确实现复杂结构井导向钻井控制目标。磁短节是由横行排列的多个永磁体安装在两端带有API标准口型的无磁钻铤中组成，紧跟在正钻井钻头后，与钻具一同旋转产生交变磁场是邻井距离随钻电磁探测***的信号源。井下电磁探测仪主要由井下探管和地面***两部分组成，其主要作用是检测与钻头串联在一起的磁短节的磁信号，并将检测到的磁信号数据通过电缆传输到地面***。

现有技术还公开了一种用于蒸汽辅助重力泄油(Steam Assisted GravityDrainage，简称SAGD)双水平井随钻电磁测距导向的计算方法，但是在正钻井距离已钻井较近时，利用邻井距离随钻电磁探测***井下电磁探测仪检测到的轴向磁信号饱和，不能应用该方法确定正钻井到已钻井的距离。

鉴于此，在井下电磁探测仪检中的井下探管采集的轴向磁感应强度信号达到饱和时，如何确定邻井平行段的相对空间位置，进而确定正钻井到已钻井的距离成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种确定邻井平行段相对空间位置的方法，该方法利用邻井距离随钻电磁探测***井下电磁探测仪检测到的径向磁信号，能够确定邻井平行段的相对空间位置，解决了现有技术中井下探管采集的轴向磁感应强度信号达到饱和时不能确定正钻井到已钻井的距离的问题。

第一方面，本发明提供一种确定邻井平行段相对空间位置的方法，包括：

获取已钻井与正钻井的井况信息；

将所述井况信息进行处理，获取以正钻井井口位置为参考建立的正钻井井口坐标系中所述已钻井的井口坐标；

获取井下电磁探测仪中的井下探管采集的数据；

对所述正钻井与已钻井进行测斜计算，并绘制出所述正钻井与已钻井的邻井距离扫描图，确定双水平井的水平段相对方位的范围；

根据所述井下探管采集的数据以及所述双水平井的水平段相对方位的范围，获取所述井下探管与磁短节的相对位置；

根据所述正钻井井口坐标系中已钻井的井口坐标和所述井下探管与磁短节的相对位置，确定所述正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置。

可选地，所述井况信息包括：已钻井与正钻井的井眼轨迹测量信息、已钻井与正钻井的井口坐标、已钻井与正钻井的钻盘平面高度和地面海拔高度和已钻井的井身结构；及

所述井下探管采集的数据包括：正钻井中磁短节产生的三轴磁感应强度B_x、B_y和B_Z，已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角A_hx。

可选地，所述将所述井况信息进行处理，获取以正钻井井口位置为参考建立的正钻井井口坐标系中所述已钻井的井口坐标，包括：

根据所述井况信息，以正钻井井口位置为参考建立正钻井井口坐标系；

根据所述正钻井与已钻井的钻盘平面高度和地面海拔高度，获取正钻井钻盘平面高度比已钻井钻盘平面高度高多少或低多少；

确定所述井眼轨迹测量信息是相对于钻盘平面高度还是地面海拔高度；

根据所述正钻井与已钻井的井口坐标，获取已钻井井口相对正钻井井口的偏移量；

在所述正钻井井口坐标系中的井下电磁探测仪中的井下探管的实际垂直深度、北坐标、东坐标数据上加上或减去所述偏移量。

可选地，所述获取井下电磁探测仪中的井下探管采集的数据，包括：

根据估计的正钻井到已钻井的距离D，用钻杆或爬行器将井下电磁探测仪中的井下探管下入到已钻井合适位置，所述井下探管到所述正钻井中钻头的轴向距离为D；

所述钻头继续钻进2D的距离，获取在这段距离所述井下探管采集的数据。

可选地，所述根据所述井下探管采集的数据以及所述双水平井的水平段相对方位的范围，获取所述井下探管与磁短节的相对位置，包括：

根据所述井下探管采集的数据，计算磁短节到井下探管的径向间距r和已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角A_hr；

根据所述双水平井的水平段相对方位的范围，确定夹角A_hr的取值范围；

根据所述磁短节到井下探管的径向间距r、夹角A_hr以及夹角A_hr的取值范围，获取所述井下探管与磁短节的相对位置。

可选地，所述磁短节到井下探管的径向间距r为：

其中，为在t₂时刻磁短节所处井深，代表在t₁时刻磁短节所处井深。

可选地，所述已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角A_hr为：

或，

其中，|B_x|、|B_y|为井下探管中交变磁场传感器x、y轴检测到的磁短节产生的磁场感应强度B_x、B_y波形的振幅，在以正钻井井口位置为参考建立的正钻井井口坐标系中，单位矢量的方向分别为井下探管中三轴交变磁场传感器x、y轴的方向，同时也为其它三轴传感器x、y的方向，单位矢量的方向为正钻井到已钻井的径向。

可选地，在确定所述正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置之后，还包括：

根据所确定的所述正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置的计算结果，调整钻头继续钻进下一位置；

返回所述获取井下电磁探测仪中的井下探管采集的数据的步骤，直至钻井完成。

由上述技术方案可知，本发明的确定邻井平行段相对空间位置的方法，通过获取已钻井与正钻井的井况信息，将其处理，获取正钻井井口坐标系中已钻井井口坐标，获取井下电磁探测仪中的井下探管采集的数据；对正钻井与已钻井进行测斜计算，并绘制出邻井距离扫描图，确定双水平井的水平段相对方位的范围，根据井下探管采集的数据以及双水平井的水平段相对方位的范围，获取井下探管与磁短节的相对位置，根据正钻井井口坐标系中已钻井的井口坐标和井下探管与磁短节的相对位置，确定正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置，由此，能够确定邻井平行段相对空间位置，解决了现有技术中井下探管采集的轴向磁感应强度信号达到饱和时不能确定正钻井到已钻井距离的问题。

附图说明

图1为本发明使用的邻井距离随钻电磁探测***在丛式井中的工作原理示意图；

图2为本发明一实施例提供的确定邻井平行段相对空间位置的方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的正钻井与已钻井相对位置示意图；

图4为本发明一实施例提供的正钻井与已钻井相对方位计算模型示意图；

图5为本发明一实施例提供的井下电磁探测仪中的井下探管在一段时间内接收到的三轴磁感应强度曲线的示意图；

图6为本发明一实施例提供的径向磁感应强度随时间的变化曲线的示意图；

图7为本发明一实施例提供的径向磁感应强度曲线的上包络线的示意图；

附图标记：

1、正钻井；2、已钻井；3、磁短节；4、井下电磁探测仪中的井下探管；5、钻头；6、钻杆；7、电缆；8、钻塔；9、缆车；31、磁力线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。

图2示出了本发明一实施例提供的确定邻井平行段相对空间位置的方法的流程示意图，如图2所示，该方法利用图1所示的邻井距离随钻电磁探测***，图1示出了本发明使用的邻井距离随钻电磁探测***在丛式井中的工作原理示意图，本发明所述方法是该***应用于丛式井主动防碰的核心方法，本实施例的确定邻井平行段相对空间位置的方法如下所述。

201、获取已钻井与正钻井的井况信息。

其中，所述井况信息包括：已钻井与正钻井的井眼轨迹测量信息、已钻井与正钻井的井口坐标、已钻井与正钻井的钻盘平面高度KB和地面海拔高度GL和已钻井的井身结构

202、将所述井况信息进行处理，获取以正钻井井口位置为参考建立的正钻井井口坐标系中所述已钻井的井口坐标。

在具体应用中，本步骤202可包括图中未示出的步骤202a-202e：

202a、根据所述井况信息，以正钻井井口位置为参考建立正钻井井口坐标系。

202b、根据所述正钻井与已钻井的钻盘平面高度和地面海拔高度，获取正钻井钻盘平面高度比已钻井钻盘平面高度高多少或低多少。

202c、确定所述井眼轨迹测量信息是相对于钻盘平面高度还是地面海拔高度。

202d、根据所述正钻井与已钻井的井口坐标，获取已钻井井口相对正钻井井口的偏移量。

202e、在所述正钻井井口坐标系中的井下电磁探测仪中的井下探管的实际垂直深度(true vertical depth，简称TVD)、北坐标N、东坐标E数据上加上或减去所述偏移量。

203、获取井下电磁探测仪中的井下探管采集的数据。

其中，所述井下电磁探测仪中的井下探管采集的数据包括：正钻井中磁短节产生的三轴磁感应强度B_x、B_y和B_Z，已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角A_hx。

应说明的是，B_x、B_y和B_Z可由井下电磁探测仪中的井下探管中的三轴交变磁场传感器测得，夹角A_hx可由井下电磁探测仪中的井下探管中的三轴加速度传感器测得。

在具体应用中，本步骤203可包括图中未示出的步骤203a和203b:

203a、根据估计的正钻井到已钻井的距离D，用钻杆或爬行器将井下电磁探测仪中的井下探管下入到已钻井合适位置，所述井下探管到所述正钻井中钻头的轴向距离为D。

203b、所述钻头继续钻进2D的距离，获取在这段距离所述井下探管采集的数据。

204、对所述正钻井与已钻井进行测斜计算，并绘制出所述正钻井与已钻井的邻井距离扫描图，确定双水平井的水平段相对方位的范围。

可理解的是，本步骤中的测斜计算方法是使用现有技术中的测斜计算方法，本发明并不对其进行限制，举例来说，可以使用平衡正切法、平均角法、最小曲率法、圆柱螺线法、校正平均角法、弦步法、自然参数法、恒装置角曲线法等。

205、根据所述井下探管采集的数据以及所述双水平井的水平段相对方位的范围，获取所述井下探管与磁短节的相对位置。

在具体应用中，本步骤205可包括图中未示出的步骤205a-205c：

205a、根据所述井下探管采集的数据，计算磁短节到井下探管的径向间距r和已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角A_hr。

205b、根据所述双水平井的水平段相对方位的范围，确定夹角A_hr的取值范围。

205c、根据所述磁短节到井下探管的径向间距r、夹角A_hr以及夹角A_hr的取值范围，获取所述井下探管与磁短节的相对位置。

其中，所述磁短节到井下探管的径向间距r为：

其中，为在t₂时刻磁短节所处井深，代表在t₁时刻磁短节所处井深；

所述已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角A_hr为：

或

其中，|B_x|、|B_y|为井下探管中交变磁场传感器x、y轴检测到的磁短节产生的磁场感应强度B_x、B_y波形的振幅，在以正钻井井口位置为参考建立的正钻井井口坐标系中，单位矢量的方向分别为井下探管中三轴交变磁场传感器x、y轴的方向，同时也为其它三轴传感器x、y的方向，单位矢量的方向为正钻井到已钻井的径向。

206、根据所述正钻井井口坐标系中已钻井的井口坐标和所述井下探管与磁短节的相对位置，确定所述正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置。

可理解的是，根据本实施例所确定的所述正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置，可以确定正钻井到已钻井距离。

在本实施例中，是根据所述双水平井的水平段相对方位的范围，确定夹角A_hr的取值范围，进而可以最终确定夹角A_hr的大小，由r和夹角A_hr就可以确定所述井下探管与磁短节的相对位置，进而确定所述正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置，为定向钻井工程师下一步井眼轨迹调整提供科学依据。

本实施例的确定邻井平行段相对空间位置的方法，通过获取已钻井与正钻井的井况信息，将其处理，获取正钻井井口坐标系中已钻井井口坐标，获取井下电磁探测仪中的井下探管采集的数据；对正钻井与已钻井进行测斜计算，并绘制出邻井距离扫描图，确定双水平井的水平段相对方位的范围，根据井下探管采集的数据以及双水平井的水平段相对方位的范围，获取井下探管与磁短节的相对位置，根据所述正钻井井口坐标系中已钻井的井口坐标和所述井下探管与磁短节的相对位置，确定所述正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置，能够确定邻井平行段相对空间位置，解决了现有技术中井下探管采集的轴向磁感应强度信号达到饱和时不能确定正钻井到已钻井距离的问题。

在具体应用中，在上述步骤206之后，还本方法可以包括图中未示出的步骤207和208：

207、根据所确定的所述正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置的计算结果，调整钻头继续钻进下一位置。

208、返回步骤203，直至钻井完成。

在具体应用中，在执行上述步骤205a的“根据所述井下探管采集的数据，计算磁短节到井下探管的径向间距r和已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角A_hr”的过程中，可参照图3和图4，图3示出了本实施例提供的正钻井与已钻井相对位置示意图，如图3所示，其中，qrw直角坐标系是以磁短节中心为原心，以正钻井延伸方向为w轴，以正钻井到已钻井的径向为r轴，q轴同时正交于w轴和r轴；图4示出了本实施例提供的正钻井与已钻井相对方位计算模型示意图，如图4所示，其中，在以正钻井井口位置为参考建立的正钻井井口坐标系中，单位矢量和的方向分别代表三轴交变磁场传感器x、y和z轴的方向，同时也代表其它三轴传感器x、y和z轴的方向，单位矢量的方向代表磁短节等效磁矩在某一时刻的方向，Hs代表井下探管处已钻井的井眼高边，A_mr表示单位矢量和单位矢量之间的夹角，A_hr表示已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角，A_hx表示已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角，A_xr表示单位矢量与之间的夹角；

当正钻井与已钻井平行井段相距较近时，井下电磁探测仪中的井下探管中的轴向传感器达到饱和，在图2所示坐标系中，由旋转磁短节周围远场磁场分布规律可得：

由(3)式和(4)可得径向磁感应强度B_R：

由于B_Z可由井下电磁探测仪中的井下探管中的z轴交变磁场传感器测得，而且

所以

磁短节经过井下电磁探测仪中的井下探管时，由井下电磁探测仪中的井下探管中的三轴交变磁场传感器测得的三轴磁感应强度B_x、B_y和B_Z随时间的变化曲线如图5所示，可得B_R随时间的变化曲线如图6所示；

由图6可知，磁短节每旋转一周，B_R都有一个最大值B_Rup，由(5)式得B_R可表示为：

B_Rup随时间的变化曲线如图7所示。由(8)式可得：

令(9)式等于零，可知当z＝0时，B_Rup达到最大值，且

当z＝r/2时，

由(10)式和(11)式可得：

而且由图6可知，B_Rup在t₁和t₂时刻达到因此，正钻井与已钻井平行段的径向间距r可由下式求得：

r＝MD_t2-MD_t1 (13)

其中，为在t₂时刻磁短节所处井深，代表在t₁时刻磁短节所处井深；

在t₁时刻或t₂时刻，由(1)式～(3)式可得：

如图4所示，井下电磁探测仪中的井下探管中的三轴交变磁场传感器x、y轴检测到的磁场感应强度分量为：

B_x＝B_r cos(A_xr)-B_q sin(A_xr) (17)

B_y＝B_rsin(A_xr)+B_q cos(A_xr) (18)

将(14)～(16)式代入(17)式和(18)式可得：

其中，

由(19)式和(20)式可得：

其中，|B_x|、|B_y|为井下探管中交变磁场传感器x、y轴检测到的磁短节产生的磁场感应强度B_x、B_y波形的振幅；

由(25)式可知，已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角A_hr可由下式求得：

或

本实施例的确定邻井平行段相对空间位置的方法，能够确定邻井平行段的相对空间位置，解决了现有技术中井下探管采集的轴向磁感应强度信号达到饱和时不能确定正钻井到已钻井的距离的问题。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种确定邻井平行段相对空间位置的方法，其特征在于，包括：

获取已钻井与正钻井的井况信息；

将所述井况信息进行处理，获取以正钻井井口位置为参考建立的正钻井井口坐标系中所述已钻井的井口坐标；

获取井下电磁探测仪中的井下探管采集的数据；

对所述正钻井与已钻井进行测斜计算，并绘制出所述正钻井与已钻井的邻井距离扫描图，确定双水平井的水平段相对方位的范围；

根据所述井下探管采集的数据以及所述双水平井的水平段相对方位的范围，获取所述井下探管与磁短节的相对位置；

根据所述正钻井井口坐标系中已钻井的井口坐标和所述井下探管与磁短节的相对位置，确定所述正钻井与已钻井在正钻井井口坐标系中的相对空间位置；

其中，所述根据所述井下探管采集的数据以及所述双水平井的水平段相对方位的范围，获取所述井下探管与磁短节的相对位置，包括：

根据所述井下探管采集的数据，计算磁短节到井下探管的径向间距r和已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角A_hr；

根据所述双水平井的水平段相对方位的范围，确定夹角A_hr的取值范围；

根据所述磁短节到井下探管的径向间距r、夹角A_hr以及夹角A_hr的取值范围，获取所述井下探管与磁短节的相对位置；

其中，所述磁短节到井下探管的径向间距r为：

$r={\mathrm{MD}}_{t_2}-{\mathrm{MD}}_{t_1},$

其中，B_Rup在t₁和t₂时刻达到B_Rupmax/1.9965，为在t₂时刻磁短节所处井深，代表在t₁时刻磁短节所处井深；B_Rup代表磁短节每旋转一周B_R的最大值，B_Rupmax代表B_Rup的最大值；B_x、B_y代表井下探管中交变磁场传感器x、y轴检测到的磁短节产生的磁场感应强度；

所述已钻井井眼高边Hs与单位矢量之间的夹角Ahr为：

$A_{hr}=A_{hx}+\frac{1}{2}\arccos \left(\frac{37\left(\right|B_x{|}^2-\left|B_y{|}^2\right)}{12\left(\right|B_x{|}^2+\left|B_y{|}^2\right)}\right),$

或，

$A_{hr}=\mathrm{\π}+A_{hx}-\frac{1}{2}\arccos \left(\frac{37\left(\right|B_x{|}^2-\left|B_y{|}^2\right)}{12\left(\right|B_x{|}^2+\left|B_y{|}^2\right)}\right),$

其中，|B_x|、|B_y|为井下探管中交变磁场传感器x、y轴检测到的磁短节产生的磁场感应强度B_x、B_y波形的振幅，在以正钻井井口位置为参考建立的正钻井井口坐标系中，单位矢量的方向分别为井下探管中三轴交变磁场传感器x、y轴的方向，同时也为其它三轴传感器x、y的方向，单位矢量的方向为正钻井到已钻井的径向。