CN103089242A - Mwd定向探管有源磁场标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MWD定向探管有源磁场标定方法，采用MWD定向探管有源磁场标定仪器进行标定，在三轴无磁标定转台上安置高通门传感器与MWD定向探管；计算机控制电流模块，产生一定功率的电流，驱动三轴方形亥姆霍兹线圈在中心区域一定范围内产生均匀磁场，抵消地球磁场，在一定范围内形成无磁空间；由磁通门传感器与MWD定向探管检测到的信号，经过数据采集模块采集，传输到计算机；利用计算机上的标定软件进行计算比较，来标定当前MWD定向探管是否具有下井正常工作的资质。本发明具有快速、准确、稳定的优点。

Description

MWD定向探管有源磁场标定方法

技术领域

本发明涉及石油钻井用MWD（随钻测量）定向探管有源磁场标定方法领域。

背景技术

在石油钻井行业，随着丛式结构井、绕障井、多分支水平井、连通井施工数量的不断增加，对石油钻井定向探管磁方位测量精度的要求越来越高，定向探管的测量准确度直接影响到井眼轨迹的精度。因此，施工前如何标定探管测量精度，保证测量仪器正常使用，成为亟待解决的问题。目前解决这个问题方法是：建立无磁标定车间来实现。但实现完全无磁环境的要求非常苛刻，难以屏蔽外界电磁干扰，极易受到周边磁环境变化的影响。

发明内容

本发明的目的针对现有技术存在的问题，提供一种快速、准确、稳定的MWD定向探管有源磁场标定方法。

本发明采取了如下技术方案。本发明中的MWD定向探管有源磁场标定仪器包括计算机、电流控制模块、转台控制模块、数据采集模块、三轴亥姆霍兹线圈、三轴无磁标定转台、MWD定向探管和磁通门传感器。其中三轴无磁标定转台与三轴亥姆霍兹线圈同轴布置，MWD定向探管与磁通门传感器放置在三轴无磁标定转台顶部，并且MWD定向探管与磁通门传感器位于三轴亥姆霍兹线圈的中心位置。三轴亥姆霍兹线圈通过电流控制模块与计算机相连接，在计算机上输入实际驱动线圈的电流值，计算机通过电流控制模块驱动三轴亥姆霍兹线圈。三轴无磁标定转台通过转台控制模块与计算机相连接，计算机通过转台控制模块来改变三轴无磁标定转台的方位。MWD定向探管和磁通门传感器均通过数据采集模块与计算机相连接，数据采集模块通过MWD定向探管采集磁场信号，将其传送给计算机；数据采集模块通过磁通门传感器采集磁场信号，然后将其传送给计算机。

采用MWD定向探管有源磁场标定仪器进行标定的方法包括以下步骤： 

1）首先获得标定仪器所在地的地磁场数值，按照比奥萨法尔定理，得到实际驱动三轴亥姆霍兹线圈的电流值，将该电流值输入给计算机，计算机通过电流控制模块驱动三轴亥姆霍兹线圈，对三轴亥姆霍兹线圈中心处的地磁场初步抵消；

2）数据采集模块通过磁通门传感器采集磁场信号，并将其传送给计算机，计算机将其与步骤1）中输入的电流值进行比较，并对电流进行微调，实现闭环控制。计算机通过电流控制模块驱动三轴亥姆霍兹线圈产生磁场，从而达到抵消地球磁场，达到要求的无磁环境；

3）MWD定向探管上电，计算机通过转台控制模块驱动控制三轴无磁标定转台的转动，由数据采集模块传递从MWD定向探管和磁通门传感器来的信号到计算机的标定软件；

4）标定软件对从数据采集模块传来的MWD定向探管与磁通门传感器的信号，进行计算比对，当MWD定向探管与磁通门传感器的信号磁场强度的差值小于设定值时，认为具备下井正常工作的资质。

通常情况下MWD定向探管与磁通门传感器的信号磁场强度的设定差值小于10nT。

本发明的有益效果是解决了MWD定向探管下井前的资质标定问题，标定方法具有快速、准确、稳定的优点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1是MWD定向探管有源磁场标定仪器的原理图。

图2是采用MWD定向探管有源磁场标定仪器进行标定的方法流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明需要使用的MWD定向探管有源磁场标定仪器包括工业控制计算机6、电流控制模块7（如台湾艾德克斯公司生产的可编程直流电源:IT6122）、转台控制模块5、数据采集模块4（如NI公司USB-6212）、三轴亥姆霍兹线圈1、三轴无磁标定转台2（如中国科学院光电技术研究所生产的型号JST-700三轴无磁转台）、高精度磁通门传感器3（如三轴磁通门传感器 磁场测量精度：±1nT）和MWD定向探管8（如加速度计传感器 斜度测量精度：±0.05°）。

计算机6与电流控制模块7连接，电流控制模块7与三轴亥姆霍兹线圈1相连接，三轴无磁标定转台2与三轴亥姆霍兹线圈1同轴布置，MWD定向探管8与高精度磁通门传感器3放在三轴无磁标定转台2的顶部，并使其位于三轴亥姆霍兹线圈1的中心处。计算机6连接转台控制模块5，转台控制模块5连接三轴无磁标定转台2。MWD定向探管8与高精度磁通门传感器3与数据采集模块4相连接，数据采集模块4与计算机6相连。

在三轴无磁标定转台上安置高精度磁通门传感器与MWD定向探管；计算机控制电流模块，产生一定功率的电流（32V 2A），驱动三轴方形亥姆霍兹线圈在中心区域一定范围（直径10cm球形范围）内产生均匀磁场（磁场偏差<50nT），抵消地球磁场，在一定范围内形成无磁空间。由高精度磁通门传感器与MWD定向探管检测到的信号，经过数据采集模块采集，传输到计算机；利用计算机上的标定软件进行计算比较（对比磁场强度及磁倾角的数值），来标定当前MWD定向探管是否具有下井正常工作的资质。

本发明的具体标定方法如图2所示，包括如下步骤：

1）首先从中科院地质与地球物理研究所传递仪器当地的地磁场数值，按照计算的理论值，利用计算机6上的相关软件输入电流值，通过电流控制模块7，驱动三轴亥姆霍兹线圈1，对三轴亥姆霍兹线圈1中心处地磁场初步粗略抵消。

2）根据高精度磁通门传感器3（精度为1nT）通过数据采集模块4传到计算机6的信号，判断并利用软件对电流进行微调，从而最终通过电流控制模块4，驱动三轴亥姆霍兹线圈1产生磁场，抵消地球磁场，达到要求的无磁环境。

3）根据亥姆霍兹线圈的理论，可知道在三轴亥姆霍兹线圈1中心区域一定范围内形成了一个均匀的达到要求的无磁区域。 

4）MWD定向探管8上电，计算机6的相关软件通过转台控制模块5驱动控制三轴无磁标定转台2的转动，由数据采集模块4传递从MWD定向探管8和高精度磁通门传感器3来的信号到计算机6的标定软件；标定软件对从数据采集模块4传来的MWD定向探管8与高精度磁通门传感器3的信号，进行计算比对，当MWD定向探管8与磁通门传感器3的信号值的差值小于10nT时，从而认为标定MWD定向探管8具备下井正常工作的资质。

5）由标定软件形成标定表格，并打印备案以供查询。

该方法利用计算机控制三轴无磁标定转台，形成不同的空间角度，利用标定软件对来自高精度磁通门传感器与MWD定向探管的信号进行计算比对，从而对MWD定向探管进行标定。计算机控制产生的电流，驱动三轴方形亥姆霍兹线圈在中心区域一定范围内产生均匀磁场，抵消地球磁场，在一定范围内形成无磁空间。

Claims (2)

1.一种MWD定向探管有源磁场标定方法，它是建立在MWD定向探管有源磁场标定仪器基础上，该仪器包括计算机（6）、电流控制模块(7)、转台控制模块（5）、数据采集模块（4）、三轴亥姆霍兹线圈（1）、三轴无磁标定转台（2）、MWD定向探管（8）和磁通门传感器（3），其特征在于，所述仪器中三轴无磁标定转台（2）与三轴亥姆霍兹线圈同轴布置（1），MWD定向探管（8）与磁通门传感器（3）放置在三轴无磁标定转台（2）顶部，并且MWD定向探管(8)与磁通门传感器（3）位于三轴亥姆霍兹线圈（1）的中心位置，该方法的实施步骤如下： 

a 首先按照比奥萨法尔定理，根据标定仪器所在地的地磁场数值得到实际驱动三轴亥姆霍兹线圈（1）的电流值，将该电流值输入给计算机（6），计算机通过电流控制模块（7）驱动三轴亥姆霍兹线圈（1），对三轴亥姆霍兹线圈（1）中心处的地磁场初步抵消；

b 数据采集模块（4）通过磁通门传感器（3）采集磁场信号，并将其传送给计算机（6），计算机将其与步骤a所述输入的电流值进行比较，对电流进行闭环控制； 

c MWD定向探管（8）上电，计算机（6）通过转台控制模块（5）驱动控制三轴无磁标定转台（2）的转动，由数据采集模块（4）传递从MWD定向探管（8）和磁通门传感器（3）来的信号到计算机（6）的标定软件；

d 标定软件对从数据采集模块（4）传来的MWD定向探管（8）与磁通门传感器（3）的信号进行计算比对，当MWD定向探管（8）与磁通门传感器（3）的信号磁场强度的差值小于设定值时，标定结束。

2.如权利要求1所述的MWD定向探管有源磁场标定方法，其特征在于：所述MWD定向探管（8）与磁通门传感器（3）的信号磁场强度差值的设定值为10nT。

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