CN115434691A - 一种位置测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位置测量装置及方法，该一种位置测量装置包括：短节串列、收发单元、控制单元和/或信号采集单元，用于穿过曲率半径在预设范围内的高曲率井段，探测仪器容置井与目标井的位置关系；短节串列包括：以铰接方式相连接的至少一个收发短节、多个传送短节；收发短节上设置有用于收发探测信号的信号收发单元；还包括控制单元和/或信号采集单元，控制单元用于控制信号收发单元发射信号，信号采集单元用于采集信号收发单元接收到的探测信号；多个传送短节用于串接高通过性短节串列或用于连接收发短节及容置短节。本发明可以在高曲率井段及其延伸井段内实现双平行井或连通井作业。

Description

一种位置测量装置及方法

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种位置测量装置及方法。

背景技术

地下资源的开发需要大量采用井下仪器实现一口井与另外一口井的连通井，或，采用一口井平行于另外一口井钻探。现有技术可以针对垂直井、斜井、分支井进行连通井或者双平行井钻探。然而现有的连通井仪器或双平行井仪器无法通过曲率半径小于30米的高曲率井段或分支井段，尤其是无法通过曲率半径小于10米的极短半径井段或极短半径分支井段，这限制了高曲率井眼的连通井或双平行井的作业，增加了迆难度，阻碍了井旁资源的开发和评价。技术背景中描述的双平行井中主要应用为双水平井，在稠油开发中有大量的应用。本发明主要解决的技术问题是实现某条高曲率分支井与另外一口目标井的平行钻井，该技术可实现多条相互平行的高曲率分支井，在地热开采以及其他地下资源开发中最大限度的与储层接触。此外，该技术还可以实现某条高曲率分支井与其他井眼的连通。

发明内容

本发明实施例提供一种位置测量装置，用以实现高曲率分支井与目标经的连通作业或实现双平行井钻井作业。能提高地下资源开发的经济效益，降低施工井段的作业难度，该装置包括：

短节串列、控制单元和/或信号采集单元，用于穿过曲率半径在预设范围内的井眼；

所述短节串列包括：以铰接的方式相连接的至少一个收发短节和多个传送短节；

所述收发短节上设置有用于收发探测信号的信号收发单元；

所述控制单元和/或信号采集单元通过跨接测量线路与所述信号收发单元电连接，当所述控制单元和/或信号采集单元为控制单元时则用于控制所述信号收发单元发射信号，当所述控制单元和/或信号采集单元为信号采集单元时则用于采集所述信号收发单元接收到的探测信号；

还包括位置解算单元，能利用采集的探测信号解算目标井与仪器容置井的相对位置关系，所述位置解算单元与控制单元和/或信号采集单元采用通讯线路连接。

可选的，所述装置还包括：钻柱，设置于所述短节串列的上方，用于传送所述短节串列进入所述井眼；

至少一个容置短节用于容置控制单元和/或信号采集单元，所述容置短节以铰接的方式串接于所述短节串列中任意位置，或，所述容置短节设置于所述短节串列的上方，或，所述容置短节设置于所述短节串列的下方；

所述钻柱设置于主井眼中，用于传送其下端设置的短节串列进入分支井，所述短节串列的长度大于分支井段中待测区段的轴线长度，所述分支井段包括高曲率造斜井段及其延伸井段，所述高曲率造斜井段的曲率半径范围为0-60m。

可选的，至少一个容置短节用于容置所述位置解算单元，用于容置所述位置解算单元的所述容置短节以铰接的方式串接于所述短节串列中任意位置，或，用于容置所述位置解算单元的所述容置短节设置于所述短节串列的上方，或，用于容置所述位置解算单元的所述容置短节设置于所述短节串列的下方；

所述收发短节、所述容置短节、所述传送短节的轴线长度均小于或等于所述传送短节外直径的5倍。

可选的，所述装置还包括：顺次电连接的下通讯电路、跨接线路、上通讯电路和泥浆脉冲器；

所述下通讯电路与所述控制单元和/或信号采集单元电连接；

所述下通讯电路用于将来自所述控制单元和/或信号采集单元的探测信号通过所述跨接线路传递给所述上通讯电路，并通过所述上通讯电路传递至设置于短节串列上方的泥浆脉冲器；

所述泥浆脉冲器用于将探测信号经钻柱发送至井口处的接收端。

可选的，所述装置还包括：至少一个信标，所述信标设置于目标井中，所述信标中设置有换能器、电机、磁体、线圈或天线，所述信标能发送声信号、电场、磁场或电磁波，能辅助一种位置测量装置探测目标井的信息。

可选的，所述信号收发单元包括：至少两个收发线圈，采用电磁波的形式发射和/或接收信号；

每个所述收发线圈设置在一个对应的所述收发短节上一种位置测量装置。

可选的，所述信号收发单元包括：至少两个换能器，采用声波的形式发射和/或接收信号；

每个所述换能器设置在一个对应的所述收发短节上一种位置测量装置。

可选的，包括至少一个电磁波发射单元和至少两个电磁波接收单元；所述电磁波发射单元用于产生电磁场，在目标井中的金属套管或金属钻具上产生感应信号，所述电磁波接收单元用于接收来自目标井中的金属套管或金属钻具反馈的信号；

所述电磁波发射单元包括发射线圈，所述电磁波接收单元包括电磁波接收线圈。

可选的，所述信号收发单元包括电极，采用发射和接收电流的形式发射和/或接收信号；

所述一种位置测量装置包含至少两个载有电极的所述信号收发单元。

可选的，所述装置包括多个相互电连接的所述控制单元和/或信号采集单元；

多个所述控制单元和/或信号采集单元用于协同控制多个信号收发单元。

可选的，所述装置还包括：弹性件，贯穿于所述短节串列中，用于使多个所述收发短节处于同轴状态。

可选的，所述装置还包括：姿态测量单元，设置在所述收发短节和/或所述容置短节上。

可选的，所述姿态测量单元包括：至少一个加速度计和一个磁力计，所述加速度计和所述磁力计设置在所述收发短节的轴线上，用于测量所述收发短节的倾斜角和方位角。

可选的，所述控制单元和/或信号采集单元采用厚膜电路工艺制备而成。

可选的，在所述短节串列中，相邻两个短节通过铰接结构的结构死点控制相邻两个短节的轴线之间的最大可偏转角度，当相邻两个短节间达到结构死点位置时，所述最大可偏转角度为2°-10°。

本发明实施例还提供一种位置测量方法，用以实现对目标井和仪器容置井的相对位置关系测量，提高经济效益，降低施工井段的作业难度，该方法包括：

将具有位置测量功能的短节串列穿过曲率半径在预设范围内的井眼，所述短节串列包括：以铰接的方式相连接的至少一个收发短节和多个传送短节；

利用容置短节上的控制单元和/或信号采集单元控制信号收发单元发射信号；所述探测信号被目标井反射或与目标井发生电磁感应；

利用所述控制单元和/或信号采集单元采集所述信号收发单元接收到的探测信号；

所述位置解算单元根据所述控制单元和/或信号采集单元采集到的信号判断仪器溶置井与所述目标井的相对位置关系。

本发明实施例中，通过设置以铰接的方式相连接的多个收发短节、多个容置短节和多个传送短节，保证了短节串列可以顺利穿过曲率半径在预设范围内的井眼，保证了后续位置测量作业的顺利进行，提高了经济效益，降低了施工井段的作业难度。通过在收发短节上设置信号收发单元，可以实现对探测信号的收发。通过设置控制单元和/或信号采集单元，可以控制信号收发单元发射信号，以及采集信号收发单元接收到的探测信号，保障位置测量作业的顺利进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中一种位置测量装置探测正在钻井的目标井；

图2为本发明实施例中一种位置测量装置探测已完钻的目标井；

图3为本发明实施例中一种位置测量装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中一种位置测量装置的第一局部示意图；

图5为本发明实施例中一种位置测量装置的第二局部示意图；

图6为本发明实施例中一种位置测量装置的第三局部示意图；

图7为本发明实施例中一种位置测量装置的第四局部示意图。

图8为本发明实施例中通过信标实现位置测量的装置示意图。

附图标记如下：

1传送短节，

2容置短节，

3收发短节，

4信号收发单元，

5信号采集单元，

6下通讯电路，

7跨接线路，

8上通讯电路，

9泥浆脉冲器，

10跨接测量线路，

11调谐电路，

12扭矩传递结构，

13球头，

14球窝，

15扭矩传递销，

16扭矩传递槽，

17弹性件，

18导向钻井短节，

19位置解算单元，

20信标，

X钻柱，

Y短节串列。

A仪器容置井

B目标井

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明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

第一方面，本发明实施例提供了一种位置测量装置，如图3所示，该装置包括：用于穿过曲率半径在预设范围内的井眼的短节串列Y、信号收发单元4、以及控制单元和/或信号采集单元5。其中，短节串列包括：以铰接的方式相连接的至少一个收发短节3和多个传送短节1。收发短节3上设置有用于收发探测信号的信号收发单元4。至少一个容置短节2用于容置控制单元和/或信号采集单元5，容置短节2以铰接的方式串接于短节串列Y 中任意位置，或，容置短节2设置于短节串列Y的上方，或，容置短节2设置于短节串列 Y的下方。容置短节2上设置有控制单元和/或信号采集单元5，控制单元和/或信号采集单元5通过跨接测量线路10与信号收发单元4电连接；

当控制单元和/或信号采集单元5为控制单元时则用于控制所述信号收发单元4发射探测信号，当控制单元和/或信号采集单元5为信号采集单元时则用于采集信号收发单元4接收到的来自另外一口目标井B的反馈信号；

还包括位置解算单元(19)，能利用采集的探测信号解算目标井(B)与仪器容置井(A)的相对位置关系，所述位置解算单元(19)与控制单元和/或信号采集单元(5)采用通讯线路连接，所述位置解算单元(19)与控制单元和/或信号采集单元(5)可设置于同一个容置短节内部，也可以分开设置。本实施例中，所述位置解算单元(19)与所述控制单元和/或信号采集单元(5)设置于不同的短节中。

需要说明的是，井眼包括主井眼和分支井段，上述短节串列Y、信号收发单元4、以及控制单元和/或信号采集单元5用于穿过曲率半径在预设范围内的井眼，即用于顺次穿过曲率半径在预设范围内的主井眼和分支井段(主要是利用铰接结构的灵活性穿过主井眼和分支井段的交接处，该交接处具体可参见图1中主井眼和分支井段之间的分隔曲线处)。

当容置短节2以铰接的方式串接于短节串列Y中时，容置短节2的长度需要与收发短节3的长度或传送短节1的长度大体一致。当容置短节2设置于短节串列Y上方时，则对容置短节2的长度无限制性要求。

具体作业时，如图1所示，已完钻的井眼为仪器容置井A，正在钻探的井眼为目标井眼B，可以将所述一种位置测量装置设置于已经完钻的井眼A，通过所述一种位置测量装置探测正在钻探的目标井眼B的形态或者金属钻具，进一步的获知目标井眼B和仪器溶质井A之间的相对位置关系。如图2所示，已完钻的井眼为目标井眼B，正在钻探的井眼为仪器容置井A，所述一种位置测量装置连接于导向钻井短节18后方，直接在该分支井钻探过程中探测目标井眼B。将以铰接的方式相连接的多个收发短节3、多个容置短节2和多个传送短节1穿过曲率半径在预设范围内的井眼。利用收发短节3上的信号收发单元4收发探测信号。利用容置短节2上的控制单元控制信号收发单元4发射探测信号，并利用信号采集单元5通过跨接测量电路10采集所述信号收发单元4接收到的探测信号，具体地，当控制单元和/或信号采集单元5为控制单元时，控制信号收发单元4发射信号，当控制单元和/或信号采集单元5为信号采集单元时，采集信号收发单元4接收到的探测信号。需要说明的是，该短节串列包括：以铰接的方式相连接的多个收发短节3、多个容置短节2和多个传送短节1。收发短节3、容置短节2和传送短节1可以根据工作需要进行连接，该短节串列Y的末端可以连接钻井设备，首端可以连接井口处的泥浆脉冲器9。为了保障探测效果，可以将收发短节3和容置短节2设置在分支井段靠近井底处。例如一个容置短节用于容置控制单元和/或信号采集单元，所述容置短节设置于所述短节串列的下方；

本发明实施例提供的一种位置测量装置，通过设置以铰接的方式相连接的多个收发短节3、多个容置短节2和多个传送短节1，保证了短节串列Y可以顺利穿过曲率半径在预设范围内的井眼，保障了后续位置测量作业的顺利进行，提高了经济效益，降低了施工井段的作业难度。通过在收发短节3上设置信号收发单元4，可以实现对探测信号的收发。通过设置控制单元和/或信号采集单元5，可以控制信号收发单元4发射信号，以及采集信号收发单元4接收到的探测信号，保障位置测量作业的顺利进行。

其中，多个传送短节1的作用在于以串接方式形成所述短节串列Y或用于连接多个收发短节3。收发短节3的数量至少为两个，以构成阵列探测***，可大幅度提高位置测量作业精度。

此外，该一种位置测量装置包括至少两个所述控制单元和/或信号采集单元5协同控制两个或多个信号收发单元，至少两个所述控制单元和/或信号采集单元5实现电连接。需要说明的是，为了保证探测信号免受振动烦扰，跨接测量线路10通过固定件固定在短节串列Y上。

此外，将收发单元3与控制单元和/或信号采集单元4隔离设置于相互铰接的不同短节，通过跨接测量线路10实现控制单元和/或信号采集单元和信号收发单元之间的电连接，大幅度的提高了一种位置测量装置的通过性，同时保证了技术的可行性。通过铰接的方式隔离了弯矩，使传动短节1上的传感器不易被损坏。

在本发明实施例中，还包括：钻柱X，设置于短节串列Y的上方，用于传送短节串列Y进入所述井眼；短节串列Y的长度大于所述分支井段的长度。

其中，所述钻柱设置于主井眼中，用于传送其下端设置的短节串列进入分支井，所述短节串列的长度大于分支井段中待测区段的轴线长度，所述分支井段包括高曲率造斜井段及其延伸井段。该分支井段包括高曲率造斜井段及其延伸井段，该高曲率造斜井段的曲率半径范围为0-60m。例如，其可以为曲率半径为10m-60m的短半径井，也可以为曲率半径为0-10m的极短半径井。该钻柱X可以为高刚性钻柱，其可以由两段设有螺纹的连续钢管制成的钻杆串接而成。需要说明的是，高曲率造斜井段的目的在于，以尽可能少的进尺使分支井眼的延伸方向偏离主井眼，以达到预设延伸方向。所以在短-极短半径分支井施工过程中，其高曲率造斜井段的曲率半径在0-60米之间，但其延伸井段往往是稳斜井段。本发明意在解决短-极短半径分支井内无法实现对目标井的相对位置测量的问题，因此必须使所述一种位置测量装置能够通过高曲率造斜井段。

在分支井的应用中，在主井眼内采用钻柱传送一种位置测量装置可以大幅度减小短节串列Y的长度，降低事故风险。

进一步地，容置短节2以铰接的方式串接于短节串列Y中，收发短节3、容置短节2、传送短节1的轴线长度均小于或等于传送短节1外直径的5倍。

信号收发单元4包括：至少两个收发线圈，采用电磁波的形式发射和/或接收信号一种位置测量装置，每个收发线圈设置在一个对应的收发短节3上。作为更优的配置，所述容置短节2上还设置有调谐电路，所述调谐电路用于驱动收发线圈发射或接收电磁波。该调谐电路可以为调谐电路板，其至少包括电容，能与发射或接收线圈构成振荡电路，能激励电磁波。需要说明的是，由于每个收发线圈均设置在一个对应的收发短节3上，且每两个相邻的信号收发短节3之间均具有预设间距，通过如此设置，可以保证位置测量的效果，进而穿过高曲率井眼实现阵列电磁波感应探测或阵列感应探测。具体的，包括至少一个电磁波发射单元和至少两个电磁波接收单元；所述电磁波发射单元和电磁波接收单元分别设置于不同的信号收发短节3中，所述电磁波发射单元用于产生电磁场，在目标井中的金属套管或金属钻具上产生感应信号，所述电磁波接收单元用于接收来自目标井中的金属套管或金属钻具反馈的信号；

所述电磁波发射单元包括发射线圈，所述电磁波接收单元包括电磁波接收线圈。所述电磁波发射和/或接收线圈及作为顺便电磁阵列探头对目标井中的金属套管或金属钻具进行探测，其空间位置关系解算原理为现有技术，本发明中不再赘述。

信号收发单元4包括：至少两个换能器，采用声波的形式发射和/或接收信号，每个换能器设置在一个对应的收发短节3上。换能器最佳选择为压电陶瓷或磁致伸缩换能器一种位置测量装置。当信号收发单元4用于声学探测时，信号收发单元4为换能器，并用于发射或接收声信号，需要先将所述铰接短节送入分支井段，反向拉出过程中实现声学探测，此时的一种位置测量装置局部示意图可参见图7，此时图7中的信号收发单元4即为换能器。需要说明的是，由于每个换能器均设置在一个对应的收发短节3上，且每两个相邻的收发短节3之间均具有预设间距，通过如此设置，可以保证阵列探测的效果，进而穿过高曲率井眼实现阵列声波探测，尤其是通过多个设置有换能器的收发短节3实现反射声波探测。及通过目标井B的反射信号判断仪器容置井A与目标井B的相对位置关系。

信号收发单元4可以包括电极，采用发射和接收电流的形式发射和/或接收信号，该一种位置测量装置包含至少两个载有电极的信号收发单元4。

控制单元和/或信号采集单元5可以为控制电路板和/或信号采集电路板。基于厚膜电路具有噪声低，稳定性高等特点，该控制单元和/或信号采集单元5可以采用厚膜电路工艺制备而成。

在所述短节串列Y中，相邻两个短节通过铰接结构的结构死点控制相邻两个短节的轴线之间的最大可偏转角度，当相邻两个短节间达到结构死点位置时，所述最大可偏转角度为2°-10°。需要说明的是，所述结构死点位置即为铰接结构的输入端和输出端的活动空间用尽的角度位置。最大可偏转角度预设值越大，所述短节串列Y的通过性越好，但越容易发生屈曲，因此该最大可偏转角度预设值能满足仪器可能通过的井段的曲率即可。

在本发明实施例中，任意两个短节之间采用的铰接结构可以为能传递轴向力的万向节和关节结构，例如，能传递轴向力的万向节，或者任意万向节与球铰的组合。既能传递轴向力又能实现万向传动的十字轴万向节能起到等同于铰接的作用。

其中，如图3和图5所示，该关节结构包括：球头13和球窝14。该球头13和球窝 14之间还设置有扭矩传递结构12，球头13可在球窝14中偏转。需要说明的是，扭矩传递结构12包括扭矩传递销15和扭矩传递槽16，所述扭矩传递销15设置于球头13的外侧，扭矩传递槽16设置于球窝14的内侧，或，扭矩传递销15设置于球窝14的内侧，扭矩传递槽16设置于球头13的外侧；扭矩传递销15可以是球状、柱状；另外，扭矩传递结构 12不限于扭矩传递销15和扭矩传递槽16这一种形式，不排除采用齿、槽等方式传递扭矩的情形。

为了避免与短节串列首端连接的设备在下放时进入分支井段，从而发送卡顿，影响正常探测作业，可以将短节串列的长度设置为大于分支井段的长度。

在本发明实施例中，为了保证探测数据顺利传递至井上，如图3和图5所示，该装置还包括：自下而上顺次电连接的下通讯电路6、跨接线路7、上通讯电路8和泥浆脉冲器9。其中，下通讯电路6与控制单元和/或信号采集单元5电连接。下通讯电路6用于将来自控制单元和/或信号采集单元5的探测信号通过跨接线路7传递给上通讯电路8，并通过上通讯电路8传递至设置于短节串列Y上方的泥浆脉冲器9。泥浆脉冲器9用于将探测信号经钻柱X发送至井口处的接收端。需要说明的是，本申请中的“上”指的是井口方向，“下”指的是井底方向。

具体实施时，可以通过跨接线路7和上通讯电路8将下通讯电路6采集的探测信号传向主井眼内的泥浆脉冲器9，泥浆脉冲器9再将该信号传递至井口信号接收端。

为了完成对井下设备的供电及控制，如图3和图6所示，该装置还包括：供电单元9，设置在主井眼内，与上通讯电路8电连接。

其中，供电单元9可以串接于所述驱动钻柱中任意位置，或者连接于驱动钻柱的上端，其可以是内部设置有井下电池的电池筒短节，也可以是井下涡轮发电机。

进一步地，该下通讯电路6包括信号调制电路。其中，上通讯电路8包括信号解调电路。跨接线路7用于传递电能和信号。

具体实施时，信号调制电路能将探测数据通过交流分量载入跨接线路7；信号解调电路能将信号从跨接线路7上分离出来，信号调制电路将所发信息调制成容易叠加至供电信号的形式，该电路调制方式包括且不限于调频、调幅、调相和脉冲调制，并将调制后的信号叠加至跨接电线中的供电信号；信号解调电路设置于短节串列的上方或上部，解调电路能拾取跨接线路7上的载有信息的调制分量，并将所拾取的调制分量依据调制方式进行解调，形成泥浆脉冲器可处理的数字信号。泥浆脉冲器9进一步将所述数字信号以泥浆脉冲波的方式传递至井口的信号接收端。

在本发明实施例中，当需要将短节串列提至井上，进而获取探测数据时，该装置还包括：数据存储单元。该数据存储单元与信号采集单元5电连接，用于存储信号采集单元5采集到的探测信号。

其中，数据存储器至少包括存储芯片。

为了避免振动对测量的干扰以及增加跨接测量线路10的寿命，可以将该控制单元和/ 或信号采集单元5通过跨接测量线路10与调谐电路11连接，该跨接测量线路10通过固定件固定在短节串列上，所述调谐电路可以产生预设频率和强度的电信号，并通过发射线圈以电磁波的形式发射。参见图3和图4。

举例来说，为了便于安装和拆卸，该跨接测量线路10可以通过螺栓组件固定在短节串列上。

进一步地，为了提高短节串列在分支井段内的稳定性，如图3和图5所示，该装置还包括：弹性件17。该弹性件17贯穿于短节串列Y中，用于使多个收发短节3处于同轴状态。其中，该弹性件17可以为弹性杆或弹性管等。

在本发明实施例中，该装置还包括：姿态测量单元。该姿态测量单元设置在收发短节 3和/或容置短节2上。

具体地，该姿态测量单元包括：至少一个加速度计和一个磁力计，所述加速度计和所述磁力计设置在收发短节3的轴线上，用于测量收发短节3的倾斜角和方位角。

具体实施时，该姿态测量单元能在井下测量高柔性探测仪器的井斜角和/或重力工具面角和/或磁工具面角，能为所述一种位置测量装置提供重力工具面角和/或磁工具面角信息，该姿态测量单元包括至少一只磁力计，并采用无磁材质制成其附近的容置短节。其可以获得各个收发单元的姿态，例如或者线圈或天线的方位，获得换能器的方位信息，解决短节阵列屈曲导致的线圈或换能器朝向的不确定性带来的测量误差。

为了避免两个相邻的短节都为长度较长的短节，在穿越主井眼和分支井段时较困难，在短节串列中，可以使相邻两个短节之间的距离具有预设差值。其中，相邻两个短节可以为：收发短节3与容置短节2，容置短节2与传送短节1，收发短节3与传送短节1。

具体地，举例来说，收发短节3、容置短节2和传送短节1顺次连接，容置短节2的长度为5m，则此时收发短节3和传送短节1均应该小于5m，作为优选，收发短节3和传送短节1此时的长度可以设置为3m-4m，即小于容置短节2长度的80％。如此设置的目的，即保证两个相邻且具有测试功能的短节长度不全为较长的，避免影响两个短节上信号收发单元4，控制单元和/或信号采集单元5的正常使用。

如图8所示，至少一个信标(20)，所述信标设置于目标井(B)中，所述信标中设置有换能器、电机、磁体、线圈或天线，所述信标能发送声信号、电场、磁场或电磁波，能辅助一种位置测量装置探测目标井的信息；本实施例中，载有信号收发单元的短节串列能通过探测目标井(B)中的信标产生的信号判断分支井与目标井(B)之间的空间位置关系，当信标中设置有换能器时，所述信标可以发射声信号，信号收发单元为相控阵声信号收发单元，所述相控阵声信号收发单元通过捕捉信标发出的声信号即可计算出所述分支井与目标井(B)之间的空间位置关系。本实施例中，所述分支井(A)为仪器容置井。

第二方面，本发明实施例提供了利用上述一种位置测量装置进行位置测量的方法，如图1、图2和图3所示，所述方法包括：

步骤101、将具有探测功能的短节串列Y穿过曲率半径在预设范围内的井眼，所述短节串列包括：以铰接的方式相连接的至少一个收发短节3和多个传送短节1；

步骤102、利用容置短节2上的控制单元和/或信号采集单元5控制信号收发单元4发射信号；

步骤103、利用所述控制单元和/或信号采集单元5采集所述信号收发单元4接收到的探测信号；

步骤104、所述位置解算单元(19)根据所述控制单元和/或信号采集单元(5)采集到的信号判断仪器溶置井(A)与所述目标井(B)的相对位置关系。

利用上述方法，保证了短节串列Y可以顺利穿过曲率半径在预设范围内的主井眼和分支井段，保证后续位置测量作业的顺利进行，提高了经济效益，降低了施工井段的作业难度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种位置测量装置，其特征在于，包括：用于穿过曲率半径在预设范围内的井眼的短节串列(Y)、控制单元和/或信号采集单元(5)、以及位置解算单元(19)；

所述短节串列包括：以铰接的方式相连接的至少一个收发短节(3)和多个传送短节(1)；

用于收发探测信号的信号收发单元(4)设置于所述收发短节(3)上；

所述控制单元和/或信号采集单元(5)通过跨接测量线路(10)与所述信号收发单元(4)电连接，当所述控制单元和/或信号采集单元(5)为控制单元时则用于控制所述信号收发单元(4)发射信号，当所述控制单元和/或信号采集单元(5)为信号采集单元时则用于采集所述信号收发单元(4)接收到的探测信号；

还包括位置解算单元(19)，能利用采集的探测信号解算目标井(B)与仪器容置井(A)的相对位置关系，所述位置解算单元(19)与控制单元和/或信号采集单元(5)采用通讯线路连接。

2.如权利要求1所述的一种位置测量装置，其特征在于，还包括：钻柱(X)，设置于所述短节串列(Y)的上方，用于传送所述短节串列(Y)进入所述井眼；

至少一个容置短节(2)用于容置控制单元和/或信号采集单元(5)，用于容置所述控制单元和/或信号采集单元(5)的所述容置短节(2)以铰接的方式串接于所述短节串列(Y)中任意位置，或，用于容置所述控制单元和/或信号采集单元(5)的所述容置短节(2)设置于所述短节串列(Y)的上方，或，用于容置所述控制单元和/或信号采集单元(5)的所述容置短节(2)设置于所述短节串列(Y)的下方。

3.如权利要求2所述的一种位置测量装置，其特征在于，至少一个容置短节(2)用于容置所述位置解算单元(19)，用于容置所述位置解算单元(19)的所述容置短节(2)以铰接的方式串接于所述短节串列(Y)中任意位置，或，用于容置所述位置解算单元(19)的所述容置短节(2)设置于所述短节串列(Y)的上方，或，用于容置所述位置解算单元(19)的所述容置短节(2)设置于所述短节串列(Y)的下方；

所述收发短节(3)、所述容置短节(2)、所述传送短节(1)的轴线长度均小于或等于所述传送短节(1)外直径的5倍。

4.如权利要求2或3所述的一种位置测量装置，其特征在于，还包括：自下而上顺次电连接的下通讯电路(6)、跨接线路(7)、上通讯电路(8)和泥浆脉冲器(9)；

所述下通讯电路(6)与所述控制单元和/或信号采集单元(5)电连接；

所述下通讯电路(6)用于将来自所述控制单元和/或信号采集单元(5)的探测信号通过所述跨接线路(7)传递给所述上通讯电路(8)，并通过所述上通讯电路(8)传递至设置于短节串列(Y)上方的泥浆脉冲器(9)；

所述泥浆脉冲器(9)用于将探测信号经所述钻柱(X)发送至井口处的接收端。

5.如权利要求1所述的一种位置测量装置，其特征在于，还包括：至少一个信标(20)，所述信标设置于目标井(B)中，所述信标中设置有换能器、电机、磁体、线圈或天线，所述信标能发送声信号、电场、磁场或电磁波，能辅助一种位置测量装置探测目标井的信息。

6.如权利要求1所述的一种位置测量装置，其特征在于，所述信号收发单元(4)包括：至少两个收发线圈，采用电磁波的形式发射和/或接收信号；

一种位置测量装置每个所述收发线圈设置在一个对应的所述收发短节(3)上。

7.如权利要求1所述的一种位置测量装置，其特征在于，所述信号收发单元(4)包括：至少两个换能器，采用声波的形式发射和/或接收信号；

每个所述换能器设置在一个对应的所述收发短节(3)上一种位置测量装置。

8.如权利要求6所述的一种位置测量装置，其特征在于，包括至少一个电磁波发射单元和至少两个电磁波接收单元；所述电磁波发射单元用于产生电磁场，在目标井中的金属套管或金属钻具上产生感应信号，所述电磁波接收单元用于接收来自目标井中的金属套管或金属钻具反馈的信号；

所述电磁波发射单元包括发射线圈，所述电磁波接收单元包括电磁波接收线圈。

9.如权利要求1所述的一种位置测量装置，其特征在于，所述信号收发单元(4)包括电极，采用发射和接收电流的形式发射和/或接收信号；

所述一种位置测量装置包含至少两个载有电极的所述信号收发单元(4)。

10.如权利要求1所述的一种位置测量装置，其特征在于，包括多个相互电连接的所述控制单元和/或信号采集单元(5)；

多个所述控制单元和/或信号采集单元(5)用于协同控制多个信号收发单元(4)。

11.如权利要求1所述的一种位置测量装置，其特征在于，还包括：弹性件(17)，贯穿于所述短节串列(Y)中，用于使多个所述收发短节(3)处于同轴状态。

12.如权利要求1所述的一种位置测量装置，其特征在于，还包括：姿态测量单元，设置在所述收发短节(3)和/或所述容置短节(2)上。

13.如权利要求12所述的一种位置测量装置，其特征在于，所述姿态测量单元包括：至少一个加速度计和一个磁力计，所述加速度计和所述磁力计设置在所述收发短节(3)的轴线上，用于测量所述收发短节(3)的倾斜角和方位角。

14.如权利要求1所述的一种位置测量装置，其特征在于，所述控制单元和/或信号采集单元(5)是采用厚膜电路工艺制作的而成的。

15.如权利要求1所述的一种位置测量装置，其特征在于，在所述短节串列(Y)中，相邻两个短节通过铰接结构的结构死点控制相邻两个短节的轴线之间的最大可偏转角度，当相邻两个短节间达到结构死点位置时，所述最大可偏转角度为2°-10°。

16.利用权利要求1-15任一项所述一种位置测量装置进行空间位置测量的方法，其特征在于，所述方法包括：

将具有探测功能的短节串列(Y)穿过曲率半径在预设范围内的井眼，所述短节串列包括：以铰接的方式相连接的至少一个收发短节(3)和多个传送短节(1)；

利用容置短节(2)上的控制单元和/或信号采集单元(5)控制信号收发单元(4)发射探测信号；

利用所述控制单元和/或信号采集单元(5)采集所述信号收发单元(4)接收到的探测信号；

所述位置解算单元(19)根据所述控制单元和/或信号采集单元(5)采集到的信号判断仪器溶置井(A)与所述目标井(B)的相对位置关系。

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