CN116181311B - 一种基于磁偶极子的井眼定位方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于磁偶极子的井眼定位方法、装置、设备及介质，直井与水平井的待连通井段中包括磁偶极子，磁偶极子由具有相反磁极的上下套管形成，该方法包括：获取水平井中的探管测量得到的磁偶极子发出的测量磁场信号；根据直井的待连通井段的第一位置和预先建立的不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系，确定水平井中的探管的第二位置；根据第二位置和预设的理论位置，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度；根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整。通过本发明的方法，解决了因实施精确导向过程无法下钢套管造成复杂的问题，同时可实现水平井和直井的精准对接。
Description
技术领域
本发明涉及井下探测技术领域，具体而言，本发明涉及一种基于磁偶极子的井眼定位方法、装置、设备及介质。
背景技术
随着对太阳能、风能、地热等可再生能源开发的重视。在开发地热过程中，最常见的是将地下热水通过直井采出用以供热，这种方法成本低廉，但是会造成水位下降。随着公众环保意识的增强，有些地区补钻了地热回灌井，但地下水位回升依旧缓慢，影响居民生活质量。为了彻底解决地热开发“取热不取水”的技术要求，借鉴煤层气的经验，提出利用成对U型井开发地热，采出井取热后低温水通过注入井注入地下，有望解决地下水难以回灌带来的水位下降的顽疾。
钻U型井的关键在于水平井与直井井眼的对接，现有技术中是基于磁导向技术进行的水平井与直井井眼的对接，通过在已钻直井中测量水平井随钻旋转人工磁源产生的交变磁场，解算得到当前深度两井的相对位置，逐步引导水平井眼与直井在地下连通。但这种方式直井内不能下入钢套管并需要实施掏穴完井，尤其在中深层地热硬地层掏穴实施困难，裸眼易井塌埋仪器，同时还会导致后期热量散失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种基于磁偶极子的井眼定位方法、装置、设备及介质，旨在解决上述至少一个技术问题。
第一方面，本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于磁偶极子的井眼定位方法，直井与水平井的待连通井段中包括磁偶极子，磁偶极子由具有相反磁极的上下套管形成，该方法包括：
获取水平井中的探管测量得到的磁偶极子发出的测量磁场信号；
根据直井的待连通井段的第一位置和预先建立的不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系，确定水平井中的探管的第二位置；
根据第二位置和预设的理论位置，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度；
根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整。
本发明的有益效果是：通过该方法，可在直井中进行套管完井，在直井中下入具有相反磁极的上下套管，该具有相反磁极的上下套管形成磁偶极子，基于该磁偶极子可发出的测量磁场信号和水平井中的探管的第二位置，可以对探管所在的钻头的前进方向进行调整，通过本申请的方案，解决了因实施精确导向过程无法下钢套管造成复杂的问题，同时基于测量磁场信号和理论磁场强度，可准确定位到探管的位置，以精准的控制钻头的前进方向，实现水平井和直井的精准对接。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，该方法还包括：
对第一套管和第二套管进行磁化，得到第三套管和第四套管；
将第三套管垂直下放至直井的待连通井段；
将无磁套管垂直下放至第三套管之上；
将第四套管垂直下放至无磁套管之上，第三套管和第四套管的磁化方向相同，第三套管、无磁套管和第四套管上下三个套管形成磁偶极子。
采用上述进一步方案的有益效果是，由多根不同类型的套管组成磁偶极子，具有结构简单，可操控性强的特点，并且直井不需要额外操作。
进一步，上述根据第二位置和预设的理论位置，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度，包括：
根据第二位置和预设的理论位置，确定探管与待连通井段之间的距离；
根据距离，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度。
采用上述进一步方案的有益效果是，基于理论位置和探管与待连通井段之间的距离来确定理论磁场强度，以便于后续根据理论磁场强度进行探管定位。
进一步，上述根据距离，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度，包括：
根据距离，通过第一公式确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度，其中，第一公式为：
其中，表示理论磁场强度，/>表示距离，/>表示沿/>的单位矢量，为磁偶极子的磁矩。
采用上述进一步方案的有益效果是，基于第一公式中磁场强度、距离、磁矩等参数之间的关联关系，可更准确的确定理论磁场强度。
进一步，上述根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整，包括：
根据理论磁场强度和测量磁场信号，确定磁场误差；
根据磁场误差，确定探头的目标位置；
根据目标位置对探管所在的钻头的前进方向进行调整。
采用上述进一步方案的有益效果是，可基于磁场误差确定出探头的实际位置(目标位置)，以更加准确的调整探管所在的钻头的前进方向。
进一步，上述根据磁场误差，确定探头的目标位置，包括：
根据磁场误差，通过LM算法得到探头的目标位置。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过LM算法，可同时考虑了收敛速度和精度，使得本申请方案的处理速度和精度均能满足一定的要求。
进一步，上述不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系是通过以下方式确定的：
获取水平井中的探管在不同井深处测量得到的待连通井段基于磁偶极子发出的磁场信号数据以及重力场数据；
根据磁场信号数据和重力场数据，确定不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系。
采用上述进一步方案的有益效果是，基于探管在不同井深处测量得到的待连通井段基于磁偶极子发出的磁场信号数据以及重力场数据来可以更加准确的确定相对位置关系。
第二方面，本发明为了解决上述技术问题还提供了一种基于磁偶极子的井眼定位装置，直井与水平井的待连通井段中包括磁偶极子，磁偶极子由具有相反磁极的上下套管形成，该装置包括：
数据获取模块，用于获取水平井中的探管测量得到的磁偶极子发出的测量磁场信号；
第二位置确定模块，用于根据直井的待连通井段的第一位置和预先建立的不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系，确定水平井中的探管的第二位置；
理论磁场强度确定模块，用于根据第二位置和预设的理论位置，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度；
调整模块，用于根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整。
第三方面，本发明为了解决上述技术问题还提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行该计算机程序时实现本申请的基于磁偶极子的井眼定位方法。
第四方面，本发明为了解决上述技术问题还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请的基于磁偶极子的井眼定位方法。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明一个实施例提供的一种基于磁偶极子的井眼定位方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种U型井对接过程主动磁测量***示意图；
图3为本发明一个实施例提供的一种磁偶极子结构示意图；
图4为本发明一个实施例提供的又一种基于磁偶极子的井眼定位方法的流程示意图；
图5为本发明一个实施例提供的一种基于磁偶极子的井眼定位装置的结构示意图；
图6为本发明一个实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图7为本发明一个实施例提供的一种基于磁偶极子的井眼定位方法的算法流程图。
图2中，1、带有NS磁极套管段；2、无磁套管；3、钻头；4、钻杆；5、探管；
图3中，1、S极套管；2、磁感线；3、无磁套管段；4、N极套管段。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面以具体实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
本发明实施例所提供的方案可以适用于任何需要进行井眼定位的应用场景中。本发明实施例所提供的方案可以由任一电子设备执行，比如，可以是用户的终端设备，上述终端设备可以是任何可以安装应用，并可通过应用进行井眼定位的终端设备，包括以下至少一项：智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、智能音箱、智能手表、智能电视、智能车载设备。
本发明实施例提供了一种可能的实现方式，如图1所示，提供了一种基于磁偶极子的井眼定位方法的流程图，该方案可以由任一电子设备执行，例如，可以是终端设备，或者由终端设备和服务器共同执行。为描述方便，下面将以终端设备作为执行主体为例对本发明实施例提供的方法进行说明，如图1中所示的流程图，直井与水平井的待连通井段中包括磁偶极子，磁偶极子由具有相反磁极的上下套管形成，该方法可以包括以下步骤：
步骤S110，获取水平井中的探管测量得到的磁偶极子发出的测量磁场信号；
步骤S120，根据直井的待连通井段的第一位置和预先建立的不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系，确定水平井中的探管的第二位置；
步骤S130，根据第二位置和预设的理论位置，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度；
步骤S140，根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整。
通过本发明的方法，可在直井中进行套管完井，在直井中下入具有相反磁极的上下套管，该具有相反磁极的上下套管形成磁偶极子，基于该磁偶极子可发出的测量磁场信号和水平井中的探管的第二位置，可以对探管所在的钻头的前进方向进行调整，通过本申请的方案，通过本申请的方案，解决了因实施精确导向过程无法下钢套管造成复杂的问题，同时基于测量磁场信号和理论磁场强度，可准确定位到探管的位置，以精准的控制钻头的前进方向，实现水平井和直井的精准对接。另外，在钻进过程中，不需要新挖井(除直井和水平井之外的其他井)，可避免裸眼垮塌问题。
下面结合以下具体的实施例，对本发明的方案进行进一步的说明，在该实施例中，直井与水平井的待连通井段中包括磁偶极子，磁偶极子由具有相反磁极的上下套管形成，可选的，磁偶极子可通过以下方式确定：
对第一套管和第二套管进行磁化，得到第三套管和第四套管；
将第三套管垂直下放至直井的待连通井段；
将无磁套管垂直下放至第三套管之上；
将第四套管垂直下放至无磁套管之上，第三套管和第四套管的磁化方向相同，第三套管、无磁套管和第四套管上下三个套管形成磁偶极子。
具体可参见图2所示的U型井对接过程主动磁测量***示意图以及图3所示的磁偶极子结构示意图，直井磁偶极子由多根不同类型的套管组成，包括：一至两根无磁套管和若干根普通套管，比如，可磁化的铁制套管，其中，普通套管在入井前需要进行均匀磁化，磁化后的每根套管的磁化方向相同，磁化后的套管(第三套管和第四套管)等效为具有N极和S极的条形磁铁。磁化后的套管按照磁极规律排列入直井，待下至连通目的层以下一定深度后，在待连通的目的层段(待连通的井段)下入无磁套管，然后再下入磁化的套管，这样使得在无磁套管上下形成一个强度可控的偶极子磁场，即保证无磁套管上下两端的套管端部磁极分别为N极和S极，形成磁偶极子，供探管探测。直井磁偶极子具有结构简单，可操控性强的特点，直井不需要额外操作。
其中，水平井探测装置由探管和地面控制机组成。探管包括三轴磁通门传感器、三轴加速度传感器、电路板，三轴磁通门传感器用于检测探管处的磁场X轴、Y轴、Z轴三轴磁场信号；三轴加速度传感器用于检测探管处重力场X轴、Y轴、Z轴三轴加速度信号，且三轴加速度传感器的X轴、Y轴、Z轴与三轴磁通门传感器分别平行且同向；电路板用于将三轴磁通门传感器和三轴加速度传感器分别采集到的磁场信号和加速度信号向上传输，再经电缆传到地面工控机，以进行后续处理。地面工控机与探管通过电缆连接，用于采集与处理传感器采集的数据。
基于上述的内容，本实施例提供的一种基于磁偶极子的井眼定位方法可以包括以下步骤：
步骤S110，获取水平井中的探管测量得到的磁偶极子发出的测量磁场信号。
其中，可通过水平井探测装置中的三轴磁通门传感器检测得到磁偶极子发出的测量磁场信号，可包括X轴测量磁场信号、Y轴测量磁场信号和Z轴测量磁场信号。
步骤S120，根据直井的待连通井段的第一位置和预先建立的不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系，确定水平井中的探管的第二位置。
其中，上述相对位置关系可以是预先推导得到的，具体确定方式为：获取水平井中的探管在不同井深处测量得到的待连通井段基于磁偶极子发出的磁场信号数据以及重力场数据；根据磁场信号数据和重力场数据，确定不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系。
其中，上述重力场数据可通过三轴加速度传感器获取，包括X轴重力场数据、Y轴重力场数据和Z轴重力场数据。上述相对位置关系可基于现有技术中的实现方式确定，在此不再赘述。
在知道了不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系之后，如果已知待连通井段的第一位置，则可基于该相对位置关系，确定的得到此时水平井中的探管的第二位置，即实时确定探管位置，由于重力场数据可以为三维数据，则第二位置可以为空间位置。
步骤S130，根据第二位置和预设的理论位置，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度。
其中，理论位置指的是在钻井之前预先确定好的理论值，即钻头按照理论位置进行钻进，可准确使直井和水平井对接。
可选的，上述根据第二位置和预设的理论位置，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度，包括：
根据第二位置和预设的理论位置，确定探管与待连通井段之间的距离；
根据距离，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度。
其中，距离的大小可反映磁场强度的大小，因此，基于距离可确定出磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度。
可选的，上述根据距离，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度，包括：
根据距离，通过第一公式确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度，其中，第一公式为：
其中，表示理论磁场强度，/>表示距离，/>表示沿/>的单位矢量，为磁偶极子的磁矩。
其中，理论磁场强度的大小随着探管与待连通井段之间的距离的变化而变化。
可选的，采用梯度张量形式可以减小理论磁场强度的计算误差，上述磁偶极子的矢量公式(第一公式)用梯度张量表示为：
式中，(i可以为X、Y、Z任意一轴的方向，j可以为X、Y、Z任意一轴的方向)。ri和rj分别表示距离在i或j方向的分量。i＝j时代表在同一方向，i≠j时代表不同方向。
其中，Gij为的梯度张量，/>为i方向磁矩；/>为i方向沿ri的单位矢量；/>为i方向磁矩，/>为j方向沿rj的单位矢量。i＝j时，表示在同一方向，此时δij＝1，i≠j，表示在不同方向，此时δij＝0。
根据梯度张量方程积分，可以求解出磁偶极子产生的磁场理论值MT，即理论磁场强度。
步骤S140，根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整。
其中，理论磁场强度可反映钻头的理论位置，测量磁场信号可反映钻头的实时位置，即当前位置，对钻头的前进方向进行调整指的是如果钻头的当前位置与理论位置偏差过大，则可调整钻头的当前位置，以使得钻头的位置接近理论位置。如果钻头的当前位置与理论位置偏差不大，在误差允许范围内，则可不对钻头的前进方向进行调整。
可选的，上述根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整，包括：
根据理论磁场强度和测量磁场信号，确定磁场误差；
根据磁场误差，确定探头的目标位置；
根据目标位置对探管所在的钻头的前进方向进行调整。
其中，上述磁场误差可通过以下误差函数表示：
其中，e表示磁场误差，MTi为磁偶极子产生磁场的理论值，即理论磁场强度，MMi为磁偶极子产生磁场的测量值，即测量磁场信号，N为测量次数。
这样基于上述误差函数可在已知导线线圈产生磁场的理论值和测量值的前提下，通过适当最优化算法，求解出最合适的位置坐标(x，y，z)(调整后钻头的位置)，使得磁场误差e最小。
可选的，上述根据磁场误差，确定探头的目标位置，包括：
根据磁场误差，通过LM算法得到探头的目标位置。
其中，对于误差函数，采用LM算法进行迭代求解(目标位置)，当距离正确解(理论位置)较远时，它更像是梯度下降法，计算速度慢，但是保证全局收敛，当距离正确解较近时，它更像是高斯-牛顿法，计算速度快，但是局部收敛。
采用LM算法求解公式(3)的流程如下：
设M＝(MM1,MM2,MM3)为磁传感器测测量得到的导线线圈产生磁场的三轴分量，即测量磁场信号，为优化计算过程中的估计值，即理论磁场强度，P＝(x,y,z)为位置目标参数，即目标位置，误差/>初始P0可通过现有技术中的测斜数据获得。
已知在P的邻域内对f进行线性近似可得：
式中：J为雅克比矩阵，表达式为：
当LM开始迭代时，就是寻找最优的P+(目标位置)，使得εεT最小，因此每一步的迭代就是寻找δp，使得最小。通过线性近似，将方程转化为了求解线性最小二乘的问题，即当ε-Jδp正交与J列空间正交时，可得最优解。这样就需要求解方程：
JTε＝JTJδp (6)
式中：JTJ为近似的Hessian矩阵，在LM算法中，对Hessian进行了变形，加入了阻尼因子μ来调节算法的迭代速度，具体表达式为：
JTε＝(JTJ+μI)δp (7)
式中：I为单位矩阵，阻尼因子μ除了调节算法迭代速度外，还可以消除矩阵的奇异性。
在迭代过程中，如果更新值(新的当前位置)使得误差ε(磁场误差)减小，则当前的更新值被采用(对应图7中输出此时目标位置)，并且会减小阻尼因子μ进一步提高计算精度，如果当前更新值使得ε增大，则会增大阻尼因子μ，直到产生新的更新值使得误差ε减小。如果误差ε小于设定的阈值则停止迭代，并输出当前最优值P+。因此，在迭代过程中，LM算法通过不断调节阻尼因子μ来保证算法收敛和提高迭代速度(对应图7中所示的在目标位置参数邻域内进行LM迭代)，当距离正确解较远时降低算法的下降速度，但是保证全局收敛，当距离正确解较近时，提高下降速度，快速收敛到正确值，具体可参见图7所示算法流程图辅助理解。
为了更好的说明及理解本发明所提供的方法的原理，下面结合一个可选的具体实施例对本发明的方案进行说明。需要说明的是，该具体实施例中的各步骤的具体实现方式并不应当理解为对于本发明方案的限定，在本发明所提供的方案的原理的基础上，本领域技术人员能够想到的其他实现方式也应视为本发明的保护范围之内。
参见图4所示的一种基于磁偶极子的井眼定位方法，该方法基于磁偶极子的井眼定位***实现，该基于磁偶极子的井眼定位***包括：直井磁偶极子***、水平井探测***。在执行该方法之前，先在直井段下入磁偶极子，其步骤是在下入套管时，井口处进行套管磁化，每根套管的磁化方向相同，先下入磁化的套管，待下至连通目的层(待连通井段)以下一定深度需下入无磁套管，然后再下入磁化的套管，这样使得在无磁套管上下形成一个强度可控的偶极子磁场，供水平井探测***接收其磁场信号；然后执行该方法，该方法的整体思路为：在水平井段钻井过程中，处于钻头内部的探管接收直井段的磁场，即测量磁场信号，根据计算基于探管实时空间位置(第二位置)所接收到的测量值(测量磁场信号)与理论值(理论磁场强度)的误差(磁场误差)，来实时判定钻头前进方向。
其中，上述直井磁偶极子***包括：带有NS磁极套管段1；无磁套管段2。带有NS磁极套管段1可以使得无磁套管段2上下形成磁偶极子，产生可以控制强度的磁场，用于探测装置捕捉，使得U型井对接时能够精准的定位水平井即将穿过直井的目的层位置，避免地磁场对水平井探测***的干扰。
水平井探测***包括：钻头3；钻杆4；探管5，各个图中电缆和工控机未示出。探管5内的三轴磁通门传感器采集直井磁偶极子产生的磁场信号，结合测斜数据求解磁偶极子的坐标(理论位置)。
直井磁偶极子***，参见图3所示，以无磁套管3处为靶点，无磁套管3上下的被磁化的N极套管和S极套管相互产生了可被探管接收的磁场，此为测量值，即测量磁场信号，将其与理论值(理论磁场强度)进行对比，即可根据误差值修正钻进方向。
本发明实施例还公开了一种基于磁偶极子的井眼定位方法，参见图4所示，上述流程包括：
S1：打一口直井。
S2：对要放入直井段目标层(待连通井段)的套管进行磁化，一段磁化为N极，一段磁化为S极。
S3：下放套管，先下放磁化为N极套管，在下放无磁套管，最后下放S极套管，形成磁偶极子。
S4：钻水平井。
S5：水平井中钻头内探管接收磁偶极子磁场(测量磁场信号)。
S6：将测量值与预测值对比，即根据理论磁场强度和测量磁场信号，确定磁场误差；
S7：修正钻头轨迹，即根据磁场误差，确定探头的目标位置；
根据目标位置对探管所在的钻头的前进方向进行调整。
本发明的方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明提供一种基于磁偶极子的井眼定位方法，解决了导向过程无法下钢套管造成复杂的问题，提高了磁导向技术在钻U型地热井的适用性；
(2)本发明可以实时定位，与定向控制器连接后能够实现钻U型井的智能闭环控制，提高钻井效率；
(3)本发明提供的迭代求解方法简洁、磁场计算精度高，使得反向推导变得便捷；
(4)本发明提供一种基于磁偶极子的井眼定位方法及***，可以给出消磁套管两端的磁偶极子形成的磁场与钻头位置的简化解析表达式，模拟不同参数(电流、距离和方位)下，主动磁测量计算结果的变化，为测量算法改进和水平井井眼轨迹控制提供模型参数和实验数据；
(5)本发明不受外界磁场的干扰，真实反映井下电磁场激发和采集的过程；
(6)本发明提供的数学解析式简洁、磁场计算精度高，使得反向推导变得便捷，是磁性目标定位的首选。
基于与图1中所示的方法相同的原理，本发明实施例还提供了一种基于磁偶极子的井眼定位装置20，直井与水平井的待连通井段中包括磁偶极子，磁偶极子由具有相反磁极的上下套管形成，如图5中所示，该基于磁偶极子的井眼定位装置20可以包括数据获取模块210、第二位置确定模块220、理论磁场强度确定模块230和调整模块240，其中：
数据获取模块210，用于获取水平井中的探管测量得到的磁偶极子发出的测量磁场信号；
第二位置确定模块220，用于根据直井的待连通井段的第一位置和预先建立的不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系，确定水平井中的探管的第二位置；
理论磁场强度确定模块230，用于根据第二位置和预设的理论位置，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度；
调整模块240，用于根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整。
可选的，该装置还包括：
磁偶极子生成模块，用于对第一套管和第二套管进行磁化，得到第三套管和第四套管；将第三套管垂直下放至直井的待连通井段；将无磁套管垂直下放至第三套管之上；将第四套管垂直下放至无磁套管之上，第三套管和第四套管的磁化方向相同，第三套管、无磁套管和第四套管上下三个套管形成磁偶极子。
可选的，上述理论磁场强度确定模块230在根据第二位置和预设的理论位置，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度时，具体用于：
根据第二位置和预设的理论位置，确定探管与待连通井段之间的距离；
根据距离，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度。
可选的，上述理论磁场强度确定模块230在根据距离，确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度时，具体用于：
根据距离，通过第一公式确定磁偶极子在第一位置处的理论磁场强度，其中，第一公式为：
其中，表示理论磁场强度，/>表示距离，/>表示沿/>的单位矢量，为磁偶极子的磁矩。
可选的，上述调整模块240在根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整时，具体用于：
根据理论磁场强度和测量磁场信号，确定磁场误差；
根据磁场误差，确定探头的目标位置；
根据目标位置对探管所在的钻头的前进方向进行调整。
可选的，上述调整模块240在根据磁场误差，确定探头的目标位置时，具体用于：
根据磁场误差，通过LM算法得到探头的目标位置。
可选的，上述不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系是通过以下方式确定的：
获取水平井中的探管在不同井深处测量得到的待连通井段基于磁偶极子发出的磁场信号数据以及重力场数据；
根据磁场信号数据和重力场数据，确定不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系。
本发明实施例的基于磁偶极子的井眼定位装置可执行本发明实施例所提供的基于磁偶极子的井眼定位方法，其实现原理相类似，本发明各实施例中的基于磁偶极子的井眼定位装置中的各模块、单元所执行的动作是与本发明各实施例中的基于磁偶极子的井眼定位方法中的步骤相对应的，对于基于磁偶极子的井眼定位装置的各模块的详细功能描述具体可以参见前文中所示的对应的基于磁偶极子的井眼定位方法中的描述，此处不再赘述。
其中，上述基于磁偶极子的井眼定位装置可以是运行于计算机设备中的一个计算机程序(包括程序代码)，例如该基于磁偶极子的井眼定位装置为一个应用软件；该装置可以用于执行本发明实施例提供的方法中的相应步骤。
在一些实施例中，本发明实施例提供的基于磁偶极子的井眼定位装置可以采用软硬件结合的方式实现，作为示例，本发明实施例提供的基于磁偶极子的井眼定位装置可以是采用硬件译码处理器形式的处理器，其被编程以执行本发明实施例提供的基于磁偶极子的井眼定位方法，例如，硬件译码处理器形式的处理器可以采用一个或多个应用专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD，Programmable Logic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD，Complex Programmable LogicDevice)、现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)或其他电子元件。
在另一些实施例中，本发明实施例提供的基于磁偶极子的井眼定位装置可以采用软件方式实现，图5示出了存储在存储器中的基于磁偶极子的井眼定位装置，其可以是程序和插件等形式的软件，并包括一系列的模块，包括数据获取模块210、第二位置确定模块220、理论磁场强度确定模块230和调整模块240，用于实现本发明实施例提供的基于磁偶极子的井眼定位方法。
描述于本发明实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，模块的名称在某种情况下并不构成对该模块本身的限定。
基于与本发明的实施例中所示的方法相同的原理，本发明的实施例中还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括但不限于：处理器和存储器；存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于通过调用计算机程序执行本发明任一实施例所示的方法。
在一个可选实施例中提供了一种电子设备，如图6所示，图6所示的电子设备4000包括：处理器4001和存储器4003。其中，处理器4001和存储器4003相连，如通过总线4002相连。可选地，电子设备4000还可以包括收发器4004，收发器4004可以用于该电子设备与其他电子设备之间的数据交互，如数据的发送和/或数据的接收等。需要说明的是，实际应用中收发器4004不限于一个，该电子设备4000的结构并不构成对本发明实施例的限定。
处理器4001可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，通用处理器，DSP(Digital Signal Processor，数据信号处理器)，ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)，FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本发明公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器4001也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。
总线4002可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线4002可以是PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(ExtendedIndustry Standard Architecture，扩展工业标准结构)总线等。总线4002可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器4003可以是ROM(Read Only Memory，只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、CD-ROM(Compact DiscRead Only Memory，只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
存储器4003用于存储执行本发明方案的应用程序代码(计算机程序)，并由处理器4001来控制执行。处理器4001用于执行存储器4003中存储的应用程序代码，以实现前述方法实施例所示的内容。
其中，电子设备也可以是终端设备，图6示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机可以执行前述方法实施例中相应内容。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各种实施例实现方式中提供的方法。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
应该理解的是，附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本发明实施例提供的计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备执行上述实施例所示的方法。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (8)
1.一种基于磁偶极子的井眼定位方法，其特征在于，直井与水平井的待连通井段中包括磁偶极子，所述磁偶极子由具有相反磁极的上下套管形成，所述方法包括以下步骤：
获取所述水平井中的探管测量得到的所述磁偶极子发出的测量磁场信号；
根据所述直井的待连通井段的第一位置和预先建立的不同井深处所述直井的井眼与所述水平井的井眼之间相对位置关系，确定所述水平井中的探管的第二位置；
根据所述第二位置和预设的理论位置，确定所述磁偶极子在所述第一位置处的理论磁场强度；
根据所述理论磁场强度和所述测量磁场信号，对所述探管所在的钻头的前进方向进行调整；
其中，相对位置关系为：获取水平井中的探管在不同井深处测量得到的待连通井段基于磁偶极子发出的磁场信号数据以及重力场数据；根据磁场信号数据和重力场数据，确定不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系；
重力场数据通过三轴加速度传感器获取，包括X轴重力场数据、Y轴重力场数据和Z轴重力场数据；
所述根据所述第二位置和预设的理论位置，确定所述磁偶极子在所述第一位置处的理论磁场强度，包括：
根据所述第二位置和预设的理论位置，确定所述探管与所述待连通井段之间的距离；
根据所述距离，确定所述磁偶极子在所述第一位置处的理论磁场强度；
所述根据所述距离，确定所述磁偶极子在所述第一位置处的理论磁场强度，包括：
根据所述距离，通过第一公式确定所述磁偶极子在所述第一位置处的理论磁场强度，其中，所述第一公式为：
其中，表示理论磁场强度，/>表示所述距离，/>表示沿/>的单位矢量，为磁偶极子的磁矩；
根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整，包括：
根据理论磁场强度和测量磁场信号，确定磁场误差；
根据磁场误差，确定探头的目标位置；
根据目标位置对探管所在的钻头的前进方向进行调整；
其中，上述磁场误差可通过以下误差函数表示：
其中，e表示磁场误差，MTi为磁偶极子产生磁场的理论值，即理论磁场强度，MMi为磁偶极子产生磁场的测量值，即测量磁场信号，N为测量次数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对第一套管和第二套管进行磁化，得到第三套管和第四套管；
将所述第三套管垂直下放至所述直井的待连通井段；
将无磁套管垂直下放至所述第三套管之上；
将所述第四套管垂直下放至所述无磁套管之上，所述第三套管和所述第四套管的磁化方向相同，所述第三套管、所述无磁套管和所述第四套管上下三个套管形成所述磁偶极子。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述理论磁场强度和所述测量磁场信号，对所述探管所在的钻头的前进方向进行调整，包括：
根据所述理论磁场强度和所述测量磁场信号，确定磁场误差；
根据所述磁场误差，确定所述探头的目标位置；
根据所述目标位置对所述探管所在的钻头的前进方向进行调整。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述磁场误差，确定所述探头的目标位置，包括：
根据所述磁场误差，通过LM算法得到所述探头的目标位置。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述不同井深处所述直井的井眼与所述水平井的井眼之间相对位置关系是通过以下方式确定的：
获取所述水平井中的探管在不同井深处测量得到的所述待连通井段基于所述磁偶极子发出的磁场信号数据以及重力场数据；
根据所述磁场信号数据和所述重力场数据，确定不同井深处所述直井的井眼与所述水平井的井眼之间相对位置关系。
6.一种基于磁偶极子的井眼定位装置，其特征在于，直井与水平井的待连通井段中包括磁偶极子，所述磁偶极子由具有相反磁极的上下套管形成，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取所述水平井中的探管测量得到的所述磁偶极子发出的测量磁场信号；
第二位置确定模块，用于根据所述直井的待连通井段的第一位置和预先建立的不同井深处所述直井的井眼与所述水平井的井眼之间相对位置关系，确定所述水平井中的探管的第二位置；
理论磁场强度确定模块，用于根据所述第二位置和预设的理论位置，确定所述磁偶极子在所述第一位置处的理论磁场强度；
调整模块，用于根据所述理论磁场强度和所述测量磁场信号，对所述探管所在的钻头的前进方向进行调整；
其中，相对位置关系为：获取水平井中的探管在不同井深处测量得到的待连通井段基于磁偶极子发出的磁场信号数据以及重力场数据；根据磁场信号数据和重力场数据，确定不同井深处直井的井眼与水平井的井眼之间相对位置关系；
重力场数据通过三轴加速度传感器获取，包括X轴重力场数据、Y轴重力场数据和Z轴重力场数据；
所述根据所述第二位置和预设的理论位置，确定所述磁偶极子在所述第一位置处的理论磁场强度，包括：
根据所述第二位置和预设的理论位置，确定所述探管与所述待连通井段之间的距离；
根据所述距离，确定所述磁偶极子在所述第一位置处的理论磁场强度；
所述根据所述距离，确定所述磁偶极子在所述第一位置处的理论磁场强度，包括：
根据所述距离，通过第一公式确定所述磁偶极子在所述第一位置处的理论磁场强度，其中，所述第一公式为：
其中，表示理论磁场强度，/>表示所述距离，/>表示沿/>的单位矢量，为磁偶极子的磁矩；
根据理论磁场强度和测量磁场信号，对探管所在的钻头的前进方向进行调整，包括：
根据理论磁场强度和测量磁场信号，确定磁场误差；
根据磁场误差，确定探头的目标位置；
根据目标位置对探管所在的钻头的前进方向进行调整；
其中，上述磁场误差可通过以下误差函数表示：
其中，e表示磁场误差，MTi为磁偶极子产生磁场的理论值，即理论磁场强度，MMi为磁偶极子产生磁场的测量值，即测量磁场信号，N为测量次数。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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