CN103282601B - 用于改进的主动测距的方法和目标井磁化 - Google Patents

Abstract

一种用于磁化预先部署的套管柱的一部分的方法包括：将电磁阵列部署下有套管的井眼中并给所述阵列供电。所述阵列包括轴向间隔开的多个电磁体，且被构造成能产生至少具有第一和第二对相斥磁极的磁场特性。感应出的磁场的被动测距测量可有利地例如用于勘测和引导孪生井的继续钻取。电磁阵列也可用于主动测距应用中。提供类似的磁场特性的永磁体的阵列也可用于主动测距应用中。

Description

用于改进的主动测距的方法和目标井磁化

技术领域

本发明总体上涉及钻取和勘测地下井眼，例如用于石油和天然气开采中。特别地，本发明涉及一种用于向已被安装的套管柱施加预定的磁特性的装置和方法以及一种用于主动测距的装置和方法。

背景技术

主动磁测距技术通常用于孪生井钻取（well twinning）和井拦截应用场合中，例如包括蒸汽辅助重力泄油（SAGD）和煤层气（CBM）钻井应用中。在一种现有的主动测距方法（例如，如美国专利5,485,089中所公开的）中，高强度的电磁体在钻孪生井的过程中被向下拉动通过下有套管的目标井。部署在钻柱中的MWD测井仪在钻孪生井的过程中测量磁场的幅度和方向，以确定到目标井的距离和方向。在另一种现有的主动测距方法（例如，如美国专利5,589,775中所公开的）中，磁体安装在位于钻井动力机（部署在孪生井中）下方的转动接头上。电缆测井仪通过下有套管的目标井被向下拉动，且在钻孪生井的过程中测量磁场的幅度和方向。这两种方法利用磁场测量计算从孪生井到目标井的范围和方位（距离和方向）以及引导孪生井的继续钻取。

已知上述的现有技术的主动测距方法当用于商业SAGD操作中时具有多种明显的缺点。例如，这两种技术均需要部署在一个井中的磁源与部署在另一个井中的磁传感器之间的精确侧向（z-方向）对正。未对正可导致错钻的孪生井，这可对未来井的生产率产生明显的负面影响。而且，为确保正确的对正所采取的步骤（例如，在其中一个井中的多个纵向位置处进行磁场测量）耗时（因此，昂贵），且可能在深井中还进一步存在问题。此外，在美国专利5,485,089中描述的方法要求在正和负电磁源极性下均要进行勘测测量，以抵偿目标套管中的残余磁化。这样，勘测时间（因此，为钻孪生井所需的时间）需要更多。

美国专利6,985,814、7,538,650、7,617,049、7,656,16和7,712,519公开了适合于孪生井钻取和井拦截应用场合的提高的被动测距技术。这些技术通常相对于上述的主动测距技术具有某些优点。然而，磁化大量的套管管件、储存被磁化的管件和将被磁化的管件部署在目标井中，均面临技术和后勤挑战。尽管由于技术的商用普及，这些挑战已经得到足够地克服，但仍需要一种改善的用于磁化目标井的方法、特别是一种减少对被磁化的管件的操纵要求的方法。

发明内容

本发明的多个示例性方面用于解决现有的测距方法和孪生井钻取方法的上述缺点。本发明的一个方面包括一种用于磁化部署在井眼中的套管柱的一部分的方法。电磁阵列被部署在下有套管的井眼中并被供电。所述阵列包括轴向间隔开的多个电磁体，且被构造成能产生至少具有第一和第二对相斥磁极的磁场特性。感应出的磁场的被动测距测量可有利地例如用于勘测和引导孪生井的继续钻取。电磁阵列也可用于主动测距应用中。提供类似的磁场特性的永磁体的阵列也可用于主动测距应用中。

本发明的示例性实施例提供了多种潜在的优势。例如，本发明能够就地磁化预先部署的套管柱。管柱周围的强且高度均匀的磁场往往有利于随后例如在孪生井操作中进行的被动测距测量。

本发明的多个方面在主动测距操作中也是有利的。例如，具有多对相斥磁极的电磁阵列的使用在井眼的所选的一部分周围提供了强且均匀的磁场。由于磁场强度的均匀性，不再需要精确地侧向对正目标井中的磁源和正在钻的井中的测量传感器。这往往简化了测距操作，从而节省了时间和提高了精度。

根据本发明的电磁体和永磁体阵列可将磁通集中通过套管柱。这在套管柱周围产生更强、更均匀的磁场，从而提高了测距精度。而且，感应出的外部磁场往往对用于给井下套管的井眼管件的厚度不太敏感。

在一个方面，本发明包括一种用于磁化地下井眼中的套管柱的一部分的方法，其中，所述套管柱已经预先部署在井眼中。将电磁阵列部署在套管柱中。所述电磁阵列包括轴向间隔开的多个电磁体，所述多个电磁体同轴地部署在非磁性壳体中。将所述多个电磁体连接到电源，使得第一子组的电磁体产生沿第一轴向方向的磁通，第二子组的线圈产生沿相反的第二轴向方向的磁通，以向套管柱施加预定的磁场特性。所述磁场特性至少具有第一和第二对相斥磁极。然后将电磁体从电源断开。

在另一方面，本发明包括一种用于相对于目标井勘测井眼的方法。将电磁阵列部署在目标井中。电磁阵列包括轴向间隔开的多个电磁体，所述多个电磁体同轴地部署在非磁性壳体中。将电磁体连接到电源，使得第一子组的电磁体产生沿第一轴向方向的磁通，第二子组的电磁体产生沿相反的第二轴向方向的磁通，以产生至少具有第一和第二对相斥磁极的磁场特性。将具有磁场测量装置的井下测井仪定位在井眼中，且位于由电磁阵列产生的磁场的感测范围内。使用磁场测量装置测量井眼中的当地磁场。然后处理测量的磁场，以确定从井眼到目标井的（i）距离和（ii）方向中的至少一个。在替代性实施例中，永磁体的阵列可被用来代替电磁阵列。

上面已经相当宽泛地略列了本发明的特征和技术优点，以便能够更好地理解下面对本发明所作的详细描述。下面，将描述构成本发明的权利要求的主题的本发明的其他特征和优点。本领域的技术人员应当理解，所公开的概念和特定的实施例可容易地作为修改或设计执行本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域的技术人员还应认识到，这种等效结构并没有脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更完全地理解本发明及其优点，在此将参看下面结合附图所作的描述，附图中：

图1示出了部署在地下井眼中的电磁阵列的一个例子。

图2示出了图1示出的电磁阵列。

图3示出了在图2示出的电磁阵列移除之后一段被磁化的套管柱。

图4示出了一个替代性的电磁阵列。

图5示出了另一替代性的电磁阵列。

图6示出了使用图1示出的电磁阵列作为主动磁源的主动测距操作。

图7示出了部署有被供电的图4所示的电磁阵列的下有套管的井眼周围的理论磁通密度的等值线图。

图8A示出了另一替代性电磁阵列。

图8B和8C示出了图8A中的电磁体310A-H在施加正电流（图8B）时和施加负电流（图8C）时的磁极。

图9A和9B示出了图8A所示的电磁体310A和310D。

图10示出了使用永磁体的阵列作为主动磁源的主动测距操作。

图11示出了图10示出的永磁体的阵列。

图12示出了图11所示的永磁体的一个示例性实施例。

具体实施方式

现参看图1-12，示出了本发明的多个示例性实施例。关于图1-12，可以理解，示出的多个实施例的各个特征或方面可从各个视图示出。只要这些特征或方面对特别的视图是共同的，它们就使用相同附图标记表示。因此，在图1-12的一个视图中以特殊的附图标记表示的一个特征或方面可在此参看其他视图中示出的附图标记进行描述。

图1示出了根据本发明的用于磁化井眼套管的操作的一个示例性实施例。在图1中，钻机10定位在地下油层或气层（例如，沥青砂地层，未示出）上方。钻机可包括例如用于将各种构件下放到井眼40中和将各种构件从井眼40升起的井架和起吊装置。在示出的示例性实施例中，井眼40通过使用传统的渗碳钢管42被装有套管（被加衬里）。电磁阵列100部署在井眼40中。阵列100可如图1所示地例如通过使用传统钻杆或挠性管被向下推到井眼中或例如通过使用传统的牵拉装置被向下拉入井眼中。本发明并不局限于这些。

现参看图2，电磁阵列100包括多个电磁体110A和110B。电磁体被缠绕成：当给阵列供电（向电磁体施加电流）时，可沿着阵列的长度产生多对相斥的NN和SS磁极（如图所示）。这种相斥磁极有效地将磁通量从阵列100向外或向着阵列100向内集中，如附图标记115和117所示。在图2所示的示例性实施例中，阵列100包括八个单独的电磁体（四个110A和四个110B），它们被构造成能产生四对相斥磁极（两个NN极和两个SS极）。可以理解，本发明并不局限于包括任何特定数目的电磁体的电磁阵列。

一种合适的电磁阵列100包括部署在非磁性壳体120中的多个电磁体110A和110B。壳体120优选包括（或装配有）一个或多个扶正器130（例如，稳定器翅片），其被构造成大致将壳体120定中在套管柱中。本发明并不局限于任何特殊的定中结构。电磁体110A和110B可有利地彼此轴向间隔开，且彼此大致同轴地部署在壳体120中（例如，如图所示）。

基本上可使用任何合适的电磁体。高强度电磁体是优选的，且通常包括线圈，所述线圈具有绕着铁磁芯缠绕的大量匝数的被绝缘的电导体。优选的高强度电磁体通常被构造成能够产生大磁通量（例如，在1韦伯的级别上或更大）。在一个示例性实施例中，每个电磁体包括长度为数英尺（例如，4、8或16英尺）的大致圆柱形的软铁芯。该芯优选被缠绕有数千圈的电导体（例如4000、8000或16,000圈）。导体优选具有足够大的直径，以便在没有明显的温度增高的情况下能够使用大电流（例如，1安培或更大）。

有利的电磁阵列实施例通常包括至少八个电磁体，且被构造成能产生至少三对相斥磁极，但本发明并不局限于此。通常，具有较多数目（例如8个或更多个）规律间隔开的电磁体的实施例往往是有利的，因为它们能够将强的、周期性的磁特性施加给套管柱。这又趋向于在套管柱周围提供更强、更均匀的磁场，从而能够更准确和可靠地进行被动测距。当然，可以理解，增大电磁体数目所固有的优点要与这种实施例的成本和电能消耗的增大相权衡。

继续参看图2，一对或更多对相斥磁极可例如通过沿相反的方向极化相邻电磁体100A和110B产生。在示出的实施例中，电磁体110A可被极化成绕着可透磁的芯沿顺时针方向感应出电流，这进而感应出具有北N极和南S极的磁场，如图所示。电磁体110B被沿相反的方向极化，使得在绕着可透磁的芯沿逆时针方向感应出电流，这进而沿相反的方向感应出具有北极N和南极S的相反磁场，如图所示。从而，成对的相斥北-北NN极和南-南SS极如附图标记115和117示意性所示地被感应出。

可以理解，电磁体110A和110B基本相同，但被构造成使电流沿相反的方向（顺时针方向与逆时针方向）绕着芯流动。还可以理解，电磁体110A和110B通常例如经由通过壳体120（以及可能通过一段挠性管）向上延伸到地面的电连接件被从地面供电（因为电磁体通常需要数瓦的电功率）。还可理解，电磁体极性可在地面或在阵列中设定。本发明并不局限于任何特殊的配线或任何特殊的装置来控制极性。

现参看图3，当给部署在下有套管的井眼中（如图2所示）的电磁阵列100（即阵列中的电磁体）供电时，使得类似的磁场特性施加给套管柱。图3示出了在移除阵列100之后被磁化的井眼套管。在示出的实施例中，两个NN相斥磁极和两个SS相斥磁极被施加给套管柱42。成对的相斥磁极的目的是将磁通从套管柱向内或向外集中，如图所示。

现参看图2和4，示出的示例性电磁阵列100有利地能够施加高达七对的相斥磁极（在相邻对的电磁体之间的七个中点中的任一处）。图4示出了施加七对相斥磁极。可以理解，包括更多个电磁体的阵列实施例能够施加更多对的相斥极（如果需要）。例如，包括16个电磁体的阵列能够向套管柱施加高达15对的相斥极（例如，在相邻对的电磁体之间的15个中点中的任一个处）。

可以理解，多对相斥磁极沿着套管柱的优选间距与多种因素、例如在孪生井钻取操作中孪生井和目标井之间的期望距离有关，且应用任何特殊的间距时也存在一些折衷考虑。通常，套管柱（或其区段）周围的磁场强度随着多对相斥极之间的纵向间距的降低而沿着套管柱的纵向轴线变得更均匀。然而，磁场强度随着距离套管柱的径向距离的衰减速率往往随着多对相斥极之间的轴向间距的降低而增大。因此，可有利地将被构造成能施加更紧密地间隔开的多对相斥极的电磁阵列用于孪生井与目标井之间的期望距离相对较小的应用场合，以及将被构造成能施加具有较大间距的多对相斥极的电磁阵列用于孪生井与目标井之间的期望距离较大的应用场合。

在某些SAGD孪生井钻取操作中，已经发现大约40英尺（大约13米）的轴向间距是有利的。在这种应用场合中，由于需要的过大长度，使用单件式电磁阵列可能是不利的（或甚至是不可行的）。对于这种应用场合，多件式阵列可能是优选的。图5示出了多件（多个区段）式电磁阵列100’的一个示例性实施例。在示出的示例性实施例中，非磁性壳体120’包括四个圆柱形区段，它们被构造成可端对端地通过螺纹方式连接。每个区段包括第一和第二电磁体110A和110B。本领域的技术人员容易理解，图5示出的示例性实施例与图2示出的示例性实施例在磁方面的类似之处在于，它包括被构造成能产生四对相斥磁极（两个NN和两个SS）的八个电磁体。可以理解，本发明并不局限于包括任何特殊数量的区段的电磁阵列。

再次参看图1，电磁阵列100被示为具有纵向长度l。可以理解，阵列100可被供电（如上面参看图2和3所述），以磁化预定长度的已被安装的套管柱（例如，也具有长度l）。套管柱的较长区段可以间隔地被磁化，例如，每个间隔具有长度l。例如，电磁阵列100可以被下放到井的底部（例如，在一段挠性管的下端处）或某一预定的测量深度。套管柱的第一区段此时可如上所述地通过向阵列100供电而被磁化。在停止向阵列供电（将它从电源断开）之后，阵列100然后可移动到另一纵向位置（例如，被向着地面拉动长度l），然后套管柱的第二区段被磁化。这种递次过程可用于基本上快速地磁化任何长度的已被安装的套管。

可以理解，递次磁化过程（例如，如上所述）可有利地能够以相应不同的磁场特性磁化不同的套管区段。例如，第一区段可被磁化成在多对相斥磁极之间具有相对较小的间距，第二区段可被磁化成在多对相斥磁极之间具有较大的间距。

在本发明的优选实施例中，对已安装的套管柱的磁化沿着管柱的纵向轴线产生大致周期性分布的间隔开的相斥北-北（NN）磁极和相斥南-南（SS）磁极。例如，套管柱可被磁化成每一安装的管件包括单对相斥磁极（例如，在第一管件上的单个NN极、在相邻的管件上单个SS极等）。在其他优选实施例中，极间距可更密集或不太密集。本发明并不局限于这些。

已经发现，通过给套管柱施加大致周期性分布的相斥北-北（NN）磁极和相斥南-南（SS）磁极，在套管柱周围（管柱外）提供了高度均匀的磁场。已经发现，该均匀的磁场很好地适合于随后的被动测距，例如在各种孪生井钻取和井拦截应用场合中。授予给本申请人的美国专利7,617,049和7,656,161公开了合适的被动测距方法，它们通过引用整体并入本申请中。

图6示出了一种示例性的主动测距操作，其中，孪生井210（也称作正在钻的井）正在被与目标井220大致平行地钻取。在示出的示例性实施例中，电磁阵列100部署在目标井（在给目标井下套管之前或之后）中，且用作主动测距操作的磁源。如上参看图1和2所述，当给阵列100供电时沿着阵列的长度产生多对相斥NN和SS磁极，这进而在目标井周围产生均匀的磁场。孪生井210和目标井220之间的距离和/或方向可使用传统的磁测距测量方法、例如公开于美国专利7,617,049和7,656,161中的磁测距测量方法确定。

在孪生井钻取操作（或另一类型的测距操作）过程中，孪生井210可沿着阵列100的长度钻取（阵列100部署在目标井220中，如图所示）。在钻了某一距离之后，阵列100可更深地向目标井220中移动。通常有利的是，当新的一段钻管添加到钻柱时移动阵列100（根据阵列的长度，或其间隔长度，例如，每二分之一的钻管长度或每三分之一的钻管长度）。阵列100的使用有利地不再需要侧向对正磁源和钻柱中的探测器。

部署有被供电的电磁阵列的下有套管的井眼周围的磁场可例如使用传统的有限元技术建模。图7示出了部署有与图4示出的电磁阵列类似的被供电的电磁阵列的下有套管的井眼周围的磁通密度的等值线图。被建模的阵列中的每个电磁体长12英尺，且包括绕着两英寸直径的硅铁（SiFe）芯的16000圈线圈。电磁体被供给1安培的直流电流。可以理解，本发明绝不受这些示例性的模型假设限制。

如图7所示，磁场强度（磁通密度）在套管柱周围有利地是高度均匀的，并在大于大约3米的径向距离处等值线大致平行于套管柱。可以理解，术语“磁通密度”和“磁场强度”在此可互换地使用，它们彼此基本上成比例，且两者的测量结果可通过已知数学计算互换。

数学模型、例如上面参看图7所述的数学模型可用于产生在目标井周围在电磁阵列附近的磁场的图。在给目标井构造孪生井的过程中，磁场测量（通过三轴式磁力计测量的x、y和z分量）可输入模型（例如，基于模型的查询表或经验算法）中，以确定相对于目标井的距离和方向。各种测距方法更详细地描述于美国专利7,617,049和7,656,161中。

在主动测距实施例中，可有利地在钻井过程中变化或改变由电磁阵列产生的磁场特性。例如，如下面给出的实例中更详细地所述，特性可从具有七对相斥磁极的特性变化到具有三对相斥磁极的特性。磁场特性的变化可容易地实现，例如通过单独地给阵列中的每个电磁体配线并根据需要变化到各个电磁体的极性（电流方向）。尽管这种布置方式是可行的，但需要从地面到电磁阵列的多芯电缆配置。这种多芯电缆配置往往比单芯电缆配置明显更粗和更为昂贵。

图8A示出了被构造成能与单芯电缆配置一起使用的电磁阵列300的一个示例性的配置方式。示出的阵列300与阵列100（图2）的类似之处在于，它包括八个纵向间隔开的电磁体310A-H（统称为电磁体310）。在示出的示例性实施例中，电磁体310A和310E通过相应的二极管电桥320A连接到电源，而电磁体310D和310H通过相应的二极管电桥320B连接到电源。

二极管电桥320A和320B更详细地示于图9A和9B中。如电领域的技术人员所知，二极管电桥是使输出的极性与输入的极性无关的二极管的结构配置。在示出的示例性实施例中，二极管电桥320A被构造成能使电磁体310A和310E产生沿第一方向（例如，如图8B和8C所示的向下方向）的磁场而与电源极性无关。二极管电桥320B被构造成能使电磁体310D和310H产生沿相反的第二方向（例如，如图8B和8C所示的向上方向）的磁场而与电源极性无关。

再次参看图8A，电磁体310B、310C、310F和310G如图所示地直接连接到电源，使得电磁体310B和310C被沿相反的方向极化，电磁体310F和310G被沿相反的方向极化。当具有第一极性的电源施加给阵列300时，产生具有七对相斥磁极（四个NN和三个SS极）的磁场特性，如图8B所示。当施加的电源的极性颠倒时，由电磁体310B、310C、310F和310G产生的磁场同样颠倒，从而产生具有三对相斥磁极（两个NN和一个SS）的磁场特性，如图8C所示。图8A所示的结构可有利地使用单个单芯电缆330被供电。

本领域的技术人员可以理解，图8A中的电磁体被示为并联连接。它们也可串联连接。这种串联连接在某些应用中可能是有利的，因为它确保对于每个电磁体，电磁体中的电流和匝数（圈数）的乘积是相同的。根据需要，示出的二极管电桥也可应用在单独的电磁体上而具有串联互连的电磁体/二极管组件。

图10示出了一种替代性的测距操作，其中，孪生井210正与目标井220大致平行地被钻取。在示出的示例性实施例中，磁阵列400部署在目标井中（在给目标井下套管之前或之后），且用作测距操作的磁源。磁阵列400（图11）与电磁阵列100类似之处在于，它被构造成能沿着阵列的长度产生多对相斥的NN和SS磁极，这进而在目标井周围产生均匀的磁场。磁阵列400与电磁阵列100不同之处在于，它包括部署在非磁性壳体120（也如上所述，壳体120优选包括一个或多个扶正器130）中的多个永磁体410A和410B。永磁体410A和410B彼此轴向间隔开，且彼此大致同轴地部署在壳体120中。

永磁体410A和410B可基本上由任何合适的磁性材料制作；然而，优选稀土磁体，部分由于它们具有高的强度。众所周知，稀土磁体由稀土元素的合金制造，且通常被认为是最强的永磁体。优选的稀土磁体包括钕磁体和钐钴磁体。钕磁体通常被认为是最强的稀土磁体，且对于低温应用（例如，低于大约200摄氏度）是最优选的。钐钴磁体通常被认为是第二强的稀土磁体，且公知具有高的居里温度。因此，钐钴磁体在高温应用（例如高于大约200摄氏度）中是最优选的。

一种有利的永磁阵列通常包括至少八个磁体，且被构造成能感应出至少四对相斥的磁极，但本发明并不局限于此。通常，具有大量（例如8个或更多个）均匀间隔开的永磁体的实施例是有利的，因为它们产生强的磁场，这进而在套管柱周围提供更强、更均匀的磁场，从而能够进行更准确和可靠的测距测量。当然，可以理解，电磁体数目的增大所固有的优点要与这种实施例的成本增大相权衡。

每个永磁体410A和410B可有利地包括堆叠的较小的磁盘412，如图12所示。该磁盘通常（但不是必须的）具有2-4英寸水平上的直径和1-2英寸的厚度。一个永磁体通常包括10个或更多个磁盘，但本发明并不局限于此。

可以理解，图6和10中示出的主动测距方法相对于上述主动测距技术（例如，公开于美国专利5,485,089和5,589,775中的测距技术）具有某些优点。例如，通过使用提供多对相斥磁极的电磁阵列或永磁体阵列，不再需要精确地侧向对正目标井中的磁源和正在钻的井中的测量传感器。这进而提高了测距操作的精确度和速度。

尽管已经详细地描述了本发明及其优点，但应当理解，在此，在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可进行多种变化、替代和替换。

Claims (5)

1.一种用于相对于目标井勘测井眼的方法，所述方法包括：

(a)将电磁阵列部署在目标井中，所述电磁阵列包括同轴地部署在非磁性壳体中的至少第一、第二、第三和第四电磁体，其中，至少第一电磁体与二极管电桥电连接，所述二极管电桥被构造成能向第一电磁体提供具有固定极性的电流而与电源的极性无关，第二电磁体与所述电源电连接，使得提供给第二电磁体的电流的极性与电源的极性相同，而且电磁阵列(i)在与具有第一极性的电源连接时产生具有第一非零数量的相斥磁极的第一磁场特性以及(ii)在与具有相反的第二极性的电源连接时产生具有第二不同非零数量的相斥磁极的第二磁场特性，其中，相斥磁极具有相同的磁极性；

(b)将电磁阵列中的所述至少第一、第二、第三和第四电磁体连接到具有第一极性的电源，以产生具有第一磁场特性的磁场；

(c)将具有磁场测量装置的井下测井仪定位在井眼中，所述井下测井仪被定位在由电磁阵列产生的具有第一磁场特性的磁场的感测范围内；

(d)使用磁场测量装置测量井眼中的当地磁场；以及

(e)处理在(d)中测量的当地磁场，以确定从井眼到目标井的(i)距离和(ii)方向中的至少一个。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

(f)处理在(e)中确定的(i)距离和(ii)方向中的至少一个，以确定随后钻取井眼的方向。

3.一种被构造成用于地下井眼中的电磁阵列，所述阵列包括：

大致圆柱形的非磁性壳体，其被构造成能部署在地下井眼中；

部署在壳体中的至少第一、第二、第三和第四电磁体，所述电磁体彼此轴向间隔开，且彼此大致同轴；

其中，第一子组的电磁体被构造成当与电源连接时能够产生沿第一轴向方向的磁通，第二子组的电磁体被构造成当与电源连接时能够产生沿相反的第二轴向方向的磁通，使得产生至少具有第一和第二对相斥磁极的磁场特性；以及

第一和第二子组中的每个包括至少两个电磁体；

其中，至少第一电磁体与二极管电桥电连接，所述二极管电桥被构造成与电源连接，且被构造成能向第一电磁体提供具有固定极性的电流而与电源的极性无关；

其中，至少第二电磁体被构造成能与电源直接连接，使得提供给第二电磁体的电流的极性与电源的极性相同；以及

其中，由电磁阵列产生的磁场特性(i)在电源具有第一极性时具有第一非零数量的相斥磁极，(ii)在电源具有相反的第二极性时具有第二不同非零数量的相斥磁极，其中，相斥磁极具有相同的磁极性。

4.如权利要求3所述的电磁阵列，其特征在于，非磁性壳体包括至少一个扶正器，所述扶正器被构造成能将壳体定中在地下井眼中。

5.如权利要求3所述的电磁阵列，其特征在于，

第一电磁体与第一二极管电桥电连接，所述第一二极管电桥被构造成能向第一电磁体提供具有与第一极性相同的固定的极性的电流；以及

第三电磁体与第二二极管电桥电连接，所述第二二极管电桥被构造成能向第三电磁体提供具有与第二极性相同的固定的极性的电流。