CN104081228B - 用于检测传导结构的系统和方法 - Google Patents

Abstract

不同的实施例包括检测和定位地表下传导结构的装置和方法。工具可以配置为用于接收传导结构响应传导结构上的电流而产生的信号的接收传感器。相对于工具可以处理来自信号的磁性相关值，从而确定传导结构的位置，信号在传导结构上产生，响应传导结构上的电流。公开了其他装置，系统和方法。

Description

用于检测传导结构的系统和方法

技术领域

本发明一般地涉及一种油气勘探相关的用于测量的装置。

背景技术

在钻井从而进行油气勘探的过程中，对结构以及相关联的地理地层特性的理解提供了对有助于该勘探的信息。此外，采用检测地表下的传导结构的系统和方法可以加强钻井。传导结构可包括用于多种钻井技术的金属管，其中金属管的定位对于钻井操作很重要。

附图的简要说明

图1示出根据各实施例的用于(operableto)确定传导结构位置的示例性系统。

图2示出根据各实施例的确定传导结构相对于工具结构的位置的示例性示例性方法的多个特征，其中接收传感器安装在工具结构上。

图3示出根据各实施例的壳体上的电流的示例，该电流诱发磁场，该磁场被钻井管道上的接收器检测到。

图4示出根据各实施例的用于检测地层中的传导结构的示例性工具。

图5示出根据各实施例的传导结构与部署于与该传导结构平行的结构上的工具的接收器之间的关系。

图6示出根据各实施例的上面部署有图5的工具的结构表面上的切向磁场和法向磁场。

图7A和7B示出根据各实施例的图4接收器的模拟的切向测量值。

图8示出根据各实施例的关于面元号(binnumber)的磁场法向分量的测量值。

图9示出根据各实施例的距离以及最大磁场和最小磁场比值之间的关系。

图10示出根据各实施例的实际距离和计算距离之间的关系。

图11示出根据各实施例的切向磁场曲线和法向磁场曲线相交的两个面元。

图12示出根据各实施例的示例性系统的特征的框图，该系统具有配置有接收器传感器的工具。

图13示出根据各实施例的在井场处的示例性系统，其中该系统包括配置有接收器传感器的工具。

详细说明

下列详细说明参考附图，通过示例但非限制性的表示本发明所实施的不同实施例。这些实施例的说明足够详细，能够使得本领域技术人员实施这些以及其他实施例。可以使用其他实施例，并且对这些实施例作出结构，逻辑和电学改变。这些实施例不必相互之间互斥，因为这些实施例可以以一个或多个其他实施例合并形成新的实施例。因此如下详细说明并没有采取限定性方式。

图1示出系统100的实施例的框图，系统100具有工具105来确定传导结构的位置。系统100包括工具结构103，具有沿着工具结构103的纵轴117的传感器111-1，111-2...111-(N-1)，111-N的布置。在区域102中运行的控制单元115的控制下，每个传感器111-1，111-2...111-(N-1)，111-N可以作为发送传感器或接收传感器使用。工具105和使用工具105的方法可用于深水探测从而获得结构倾角，方位角，以及电阻R_h和R_V。

传感器111-1，111-2...111-(N-1)，111-N中的两个传感器111-J和111-K可以构建成确定传导结构相对于工具结构103的位置。两个传感器111-J和111-K可设置为接收传感器，且这两个传感器111-J和111-K取向为相互正交。工具105可以实现为专用于确定传导结构位置的工具，其中工具包括一对或多对接收传感器，每对的接收传感器取向为相互正交。

工具105可包括控制单元115，用于管理在接收传感器111-J和111-K处相对于在地表下传导结构上流动的电流的接收到的信号的采集，从而确定传导结构的相对位置。可在工具105的数据处理单元120中实现这样的确定，其中数据处理单元120可构建为处理接收到的信号从而确定传导结构的位置。系统100可包括电流发射器，从而使电流在传导结构上流动。可通过控制单元115来管理电流发射器。

数据处理单元120和控制单元115可以构建为用于从在接收传感器111-J和111-K处接收的信号中生成磁场相关值；且处理该磁场相关值从而从磁场相关值和由与附连至工具结构103的接收传感器111-J和111-K相关的面元角(binangle)来确定传导结构相对工具结构103的位置。工具结构103可以是钻井管道和传导结构(其位置待确定)的一部分，可以是在钻井区域表面下方的地层中的套管。传导结构可以是水域底部下方地层中的套管，例如，与离岸钻探相关。传导层包括其他管道以及与钻井操作相关的传导结构。

图2示出用于确定传导结构相对其上安装有接收传感器的工具结构位置的示例性方法的特征。在210处，获取与部署在地表下的工具的两个接收传感器处中的接收到的信号相对应的多个信号。这两个接收传感器可设置为取向为相互正交。在两个接收传感器处接收的信号可以是与接收传感器处的磁场对应的测得的压力。获得接收的信号可包括使用工具上的两个接收线圈，线圈取向为相互正交从而收集从传导结构生成的信号。工具结构可取向为与传导结构平行。传导结构可包括与井相关的套管，并且工具结构可构建为钻井管道的一部分。

步骤220处，从获取的信号中生成磁场相关值。磁场相关值可以是最大测得磁场和最小测得磁场的比值。磁场相关值可以是测得的磁场的x和y分量的比值。磁场相关值可以是测得磁场的切向和法向分量的比值。

步骤230处，对磁场相关值进行处理从而确定相对于两个接收传感器所耦合的结构的传导结构上的位置，其中接收到的信号是响应于在传导结构上流动的电流而从该传导结构中生成的。在传导结构上流动的电流可包括在传导结构上直接生成电流。处理磁场相关值可包括基于所生成的磁场相关值来计算与传导结构的距离。处理磁场相关值可包括基于生成的磁场相关值计算来相对于传导结构的工具方位角。

确定传导结构相对于其上安装了具有两个接收传感器的工具的结构的位置可包括随着工具旋转在两个接收传感器处收集接收的信号；将接收的信号与工具的面元关联，该面元与信号被收集时的工具角度对应；收集附加接收的信号并且将附加接收的信号分配给不同的面元，每个面元与旋转工具的方位角方向对应；以及从确定哪个面元包括了在最大磁场相关值(从在各面元的接收的信号中导出)和平均磁场相关值之间差值的最大绝对值，来确定传导结构相对于两个接收传感器所所耦合的结构的角度位置。

确定传导结构的位置可包括在工具结构上没有电流且传导结构上的电流值未知的情况下，相对于与测得的最小磁场H_Minimm和测得的最大磁场H_Maximum相关的比值来确定距离(Dis)。确定传导结构的位置可包括，在工具结构上有电流的情况下，相对于与测得的最小磁场H_Minimm和测得的最大磁场H_Maximum相关的比值来确定距离(Dis)。

确定传导结构相对于其上安装了具有两个接收传感器的工具的结构的位置，可包括当工具处于非旋转模式时收集在两个接收传感器处的接收的信号；基于作为正交磁场相关分量值的所接收的信号来生成磁场相关值；并且使用正交磁场相关分量值以及处于非旋转模式的工具的面元角来计算传导结构相对于工具的角度位置。

确定传导结构相对于其上安装有具有两个接收传感器的工具的结构的位置，可包括将接收传感器处的接收的信号与工具的面元角关联，面元角与收集接收的信号时的工具的角度对应；并且使用接收的信号的测得参数来执行反演处理从而生成工具相对于传导结构的方位角。执行反演处理可包括使用曲线拟合函数。

在各实施例中，工具用于确定地层中传导结构相对于其上安装有工具的结构的相对位置。可根据在从传导结构处由工具接收到的信号上操作的方法的不同实施例操作工具。通过基于接收的信号计算传导结构相对于工具的相对方位角、并且通过基于接收的信号计算其上安装了工具的结构和传导结构之间的距离，来确定位置。基于工具上的接收器的设置，使用不同的方法，例如作为旋转工具或者作为非旋转工具操作。工具和方法可以施加在相对于钻井/测井工具的钻井操作的套管上。

可基于从传导结构接收的信号(工具被用于检测该信号)来操作工具。可用于检测诸如套管之类的传导结构的信号源可以是在传导结构上流动的电流。可以由另一个源诱发该电流，或者该电流可直接施加在传导结构上。传导结构上的电流可诱发传导结构周围的磁场，该磁场可由安装在工具上的接收器测量。来自接收器的测得信号可用于确定传导结构的位置。接收器可以安装在钻井管道上从而确定套管相对钻井管道的位置。图3示出诱发了由钻井管道303上的接收器311检测的磁场的套管301上的电流的示例。

图4示出检测地层中的传导结构的工具405的示例实施例。工具405可包括选择为正交线圈的接收器410，415。工具405的接收器410，415可布置为相交的线圈，其中D是接收线圈410，415的中心与钻井管道403的中心417之间的距离，工具405安装在钻井管道403上。一条线圈410，这里称为R_N，可放置为与钻井管道403的表面平行，而另一条线圈415，这里称为R_T，可放置为与钻井管道403的表面垂直。R_N和R_T的测量值可以分别实现为由法向和切向磁场诱发的电压值。采用工具旋转操作，可将测量值转换为X和Y方向的测量值。

图5示出传导结构501和部署在与传导结构501平行的工具505的接收器之间的关系。所示关系为传导结构501相对于工具505的相对方位角。磁场的X向和Y向分量是由传导结构501上的电流在工具505处生成的。结构可实现为平行于套管的钻井管道，其中套管为传导结构501，其位置待确定。

图6示出其上部署了图5的工具505的结构表面上的切向和法向磁场。通过下列公式由X方向和Y方向分量来计算切向和法向磁场：

H_t＝-H_xsin(φ_Bin)+H_ycos(φ_Bin)(1a)

H_n＝+H_xcos(φ_Bin)+H_ysin(φ_Bin)(1b)

其中H_t，H_n，H_x和H_y表示切向，法向，X方向和Y方向的磁场。角度φ_Bin表示面元角。对于可旋转的工具，例如布置在旋转的钻井管道上的，旋转可以分为等分360度旋转的多个旋转，其中切分称为面元。例如，360度范围的测量值可分为32个面元，其中每个面元覆盖11.25度。面元的数量小于或者大于32面元。可在没有旋转的情况下操作工具，同时作出相对于面元的测量。相应的切向和法向电压测量值V_t和V_n可以表示为：

V_t＝-V_xsin(φ_Bin)+V_ycos(φ_Bin)(1c)

V_n＝+V_xcos(φ_Bin)+V_ysin(φ_Bin)(1d)

其中V_x和V_y分别表示X方向和Y方向线圈的电压测量值。由于测得的电压和磁场可以相互之间转换，下面的讨论可基于测得的磁场，但是也适用于测得的电压值。

图7A和7B示出图4的接收器R_T的模拟切向测量值。图7A显示切向测量值相对于无电流流动的钻井管道的面元号的模拟结果。图7B显示切向测量值相对于有电流流动的钻井管道的面元号的模拟结果。图7B中的模拟磁场应当是图7A的改变，因为R_T的测量值包括由钻井管道上的电流直接引起的磁场，与旋转角度无关。图7A和7B中所示的曲线看起来像正弦曲线，但实际上并不是，因为|H_Maximum-H_Average|不等于|H_Minimum-H_Average|。两个差值之间的差异可用于计算从工具所在结构到传导结构的距离，例如从钻井管道到套管之间的距离。

图8示出相对于面元号的磁场法向分量的测量值。R_N测量值显示从R_T测量值的90°面元变化。由于R_T测量值对由钻井管道上的电流引起的磁场并不敏感，因此R_T测量值仅反映传导结构，诸如套管。

如果获得切向分量的测量，具有|H_Maximum-H_Average|和|H_Minimum-H_Average|中最大值的相应的面元号指向传导结构的方向。因此，传导结构的方向可以从实时面元曲线中提取。另外，传导结构放置在平面处，与从具有最小R_N测量值的面元到具有最大R_N测量值的面元的方向垂直。

如果其上部署工具的结构不旋转，例如，当工具向下滑到井眼，就不可获得图8所示的与面元号相对的曲线形状。然而，如果结构上的电流为DC(直流)，那么公式(2a)和(2b)可计算传导结构相对于X方向的方位角，如图5和6所示。

$\mathrm{\φ}=\frac{\mathrm{\π}}{2}+{\tan }^{-1}\left(\frac{H_y}{H_x}\right),$ 对于H_x＞0(2a)

$\mathrm{\φ}=\frac{3\mathrm{\π}}{2}+{\tan }^{-1}\left(\frac{H_y}{H_x}\right),$ 对于H_y＞0(2b)

其中

H_x＝-H_tsin(φ_Bin)+H_ncos(φ_Bin)(2c)

H_y＝H_tcos(φ_Bin)+H_nsin(φ_Bin)(2d)

如果包含工具的结构上没有电流，且传导结构上的电流未知，那么可使用下列公式计算从钻井工具到套管的距离：

$\mathrm{Dis}=k_1\frac{(1+{\mathrm{\α}}_1)\·D}{1-{\mathrm{\α}}_1}---\left(3a\right)$

$\mathrm{Dis}=k_1\frac{({\mathrm{\α}}_2+1)\·D}{{\mathrm{\α}}_2-1}---\left(3b\right)$

其中 ${\mathrm{\α}}_1=\mathrm{abs}\left(\frac{H_{\mathrm{Minimum}}}{H_{\mathrm{Maximum}}}\right),$ ${\mathrm{\α}}_2=\mathrm{abs}\left(\frac{H_{\mathrm{Maxmum}}}{H_{\mathrm{Minimum}}}\right)$ 并且，k₁为通过校准可确定的常数。图9示出对于D＝4英寸的距离和比值α之间的关系，其中图4示出距离D，并且α是(1-α₁)和(α₂-1)中大于零的那一个。图10示出实际距离和计算距离之间的关系。

如果已知传导结构(诸如套管)上的电流，那么绝对最大测量值和最大最小测得值的平均值可以用于以如下公式计算距离：

$\mathrm{Dis}=k_2\frac{I}{H_{\mathrm{average}}}---\left(4\right)$

其中，I是传导结构上的电流，k₂为通过校准可确定的常数。如果公式(3)用于计算距离，并且该距离代入公式(4)，可计算传导结构上的等效电流：

$I=\frac{k_1}{k_2}\frac{(1+{\mathrm{\α}}_1)\·D}{1-{\mathrm{\α}}_1}{H}_{\mathrm{average}}---\left(5a\right)$

$I=\frac{k_1}{k_2}\frac{(1+{\mathrm{\α}}_2)\·D}{{\mathrm{\α}}_2-1}{H}_{\mathrm{average}}---\left(5b\right)$

一旦等效电流已知，当工具向下滑动并且不旋转的时候，就可以使用等效电流与如下公式一起计算到传导结构的距离，因为传导结构(诸如套管)上的电流会下降地非常慢：

$\mathrm{Dis}=k_3\frac{I}{H_0}---\left(6\right)$

其中或者并且k₃为通过校准可确定的常数。

如果其上部署有工具的结构有电流流动，可使用如下公式来计算从结构到传导结构的距离：

$\mathrm{Dis}=k_4\frac{(1+{\mathrm{\α}}_1)\·D}{1-{\mathrm{\α}}_1}---\left(7a\right)$

$\mathrm{Dis}=k_4\frac{(1+{\mathrm{\α}}_2)\·D}{{\mathrm{\α}}_2-1}---\left(7b\right)$

其中 ${\mathrm{\α}}_1=\mathrm{abs}\left(\frac{H_{\mathrm{Minimum}}-H_{\mathrm{Average}}}{H_{\mathrm{Maximum}}-H_{\mathrm{Average}}}\right),$ ${\mathrm{\α}}_2=\mathrm{abs}\left(\frac{H_{\mathrm{Maxmum}}-H_{\mathrm{Average}}}{H_{\mathrm{Minimum}}-H_{\mathrm{Average}}}\right)$ 并且，k₄为通过校准可确定的常数。

在不同实施例中，工具的接收传感器处的接收的信号可以与工具的面元角相关联，其中面元角对应于收集信号时的工具的角度。可执行使用接收生物信号和面元角的测得参数的反演处理，来生成工具相对于传导结构的方位角。反演是寻找模拟数据和测量值之间最佳匹配的过程。执行反演过程可包括使用曲线拟合函数。曲线拟合函数的实例包括：

对于切向方向的测量值， $H_{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{Bin}}}^T=A_T\frac{\cos ({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{Bin}}+{\mathrm{\φ}}_0)}{\sqrt{{\mathrm{dis}}^2+D^2-2\·\mathrm{dis}\·D\·\cos ({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{Bin}}+{\mathrm{\φ}}_0)}}+B_T,$ 并且对于法向的测量值， $H_{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{Bin}}}^T=A_N\frac{\cos ({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{Bin}}+{\mathrm{\φ}}_0)}{\sqrt{{\mathrm{dis}}^2+D^2-2\·\mathrm{dis}\·D\·\cos ({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{Bin}}+{\mathrm{\φ}}_0)}}+B_N,$ 其中B_T为平均切向磁场，B_N为平均法向磁场，A_T和A_N为曲线拟合系数，dis为工具到传导结构的距离，φ_Bin为面元角，D为接收传感器中心到其上安装有接收器传感器的工具结构中心之间的距离，并且φ₀为工具结构相对于感应结构的方位角。可反演的与图5中的传导结构相关的四个参数，包括A，B，dis和方位角φ₀。对于切向方向测量值，α₁和α₂因子变为：

${\mathrm{\α}}_1=\mathrm{abs}\left(\frac{{H^T}_{\mathrm{Minimum}}-B_T}{{H^T}_{\max \mathrm{imum}}-B_T}\right),$ ${\mathrm{\α}}_2=\mathrm{abs}\left(\frac{{H^T}_{\mathrm{Maximum}}-B_T}{{H^T}_{\mathrm{inximum}}-B_T}\right)$

图11示出切向磁场的曲线和法向磁场曲线相交的两个面元。两条曲线是通过将图7A和图8绘制在一幅图上而提供。如图11所示，一个图中的这些曲线显示了两条曲线在这两个面元处相交的两个面元。具有负值的一个面元相对于传导结构具有135°面元偏移；具有正值的另一个面元，具有-45°面元偏移，这是确定传导结构方向的快速方法。如果将图7B中的测量值从数据的平均值中减去，并且将曲线绘制在具有图8的曲线相同的图中，就能获得与图11几乎相同的结果。

在各实施例中，正交线圈可作为接收器使用，可测量钻井工具表面的切向和法向磁场。当传导结构上有电流流动时，这里教导的方法可以用于检测传导结构的位置。这里所教导的方法可以用于确定套管相对于钻井工具的相对方位角，并且可用于计算套管和钻井工具之间的距离。工具可以旋转使用，也可以不旋转使用(例如工具向在井眼内下滑)。

工具具有接收传感器，设置为用于接收响应于在传导结构上流动的电流的信号，并且工具具有数据处理单元，基于所接收的信号来处理磁场相关值，从而确定相对于工具结构的传导结构的位置，如这里所述或者以相似的方式，可以基于实现而采用硬件和软件的结合来实现包括工具的系统的各部件。这些实现可包括具有计算机可执行指令的机器可读存储设备，诸如具有计算机可执行指令的计算机可读存储设备从而获取与在部署在地表下的工具的两个接收传感器中接收的信号对应的信号，这两个接收传感器布置为相互正交；由获取的信号中生成磁场相关的值；并且处理磁场相关值从而确定两个接收传感器所耦合的结构相关的从中响应于在传导结构上流动的电流而生成接收的信号的传导结构位置。指令可包括根据这里的教导来使用磁场相关值来管理工具和检测传导结构的指令。另外，机器可读存储设备这里是一种物理设备，存储由设备内部物理结构表示的数据。机器可读存储设备的示例包括但不限于只读存储器(ROM)，随机访问存储器(RAM)，磁盘存储设备，光存储设备，闪存以及其他电力，磁力和/或光学存储设备。

图12示出系统1200的示例性实施例的特征的框图，系统1200具有工具1205，配置具有布置为用于基于响应于在传导结构上流动的电流的磁场相关测量值来确定地表下的传导结构的传感器，测量值与传导结构上的电流相对应。传感器可以布置为一对或多对接收传感器，其中每一对中的两个接收传感器可设置为相互正交。其上可附着接收传感器的结构可以是钻井管道。位置待确定的传导结构包括井的套管。系统1200包括具有接收传感器1210的设置的工具1205，可以类似或者相同的方式实现这里所讨论的传感器结构。工具1205包括发射器/接收器1212，以便做出其他测量值。系统1200可配置为根据这里的教导进行操作。

系统1200包括控制器1225，存储器1230，电子设备1265以及通信单元1235。控制器1225，存储器1230以及通信单元1235可以配置作为处理单元操作，控制具有接收传感器1210设置的工具1205的操作、以及在由工具1205收集的信号上执行操作从而确定工具1205到传导结构(诸如套管或其他管道)的距离，以类似这里所述的程序或者相同的程序进行。可使用数据处理单元1220实现这样的处理单元，数据处理单元1220可实现为单个单元，或者散布在包括电子装置1265的系统1200的各个元件中。控制器1225和存储器1230可用于控制发射器/接收器1212的启动以及工具1205中接收传感器1210的选择，并且根据此处所述的测量程序和信号处理来管理处理方案。控制器1225可控制电流发生器1207从而使得电流在位置待定的传导结构上流动。系统1200可构建为按照类似于图1-11相关的结构或者与这些结构相同的方式作用。

通信单元1235可包括合适地放置的传感器的井下通信。该井下通信可包括遥感系统。以不会干扰正在进行的测量的频率，通信单元1235可以使用有线通信技术和无线通信技术的组合。

系统1200还包括总线1227，其中总线1227提供系统1200的各元件之间的电连接。总线1227包括地址总线，数据总线和控制总线，每一个独立配置或者采用集成形式。可以使用允许系统1200的多个元件分布的大量不同的通信介质实现总线1227。由控制器1225调整总线1227的使用。

在各实施例中，外设1245可包括附加存储器和/或其他控制设备，可结合控制器1225和/或存储器1230操作。在实施例中，取决于所分配的功能，控制器1225实现为一个处理器或者可独立操作的一组处理器。外设1245可以设置为具有一个或多个显示器1255，作为地表上的一个分布元件，可用存储在存储器1230内的指令使用来实现用户界面从而监控工具1205和/或分布在系统1200内的多个元件的操作。用户界面可用于输入操作参值，以使得系统1200可在没有用户干预的情况基本上自主操作。

图13示出井场处的系统1300的实施例，其中系统1300包括测量工具1305，配置具有传感器和数据处理单元，设置为用于基于响应于在传导结构上流动的电流的磁场相关测量值来确定地表下的传导结构。传感器可设置为一对或多对接收传感器，其中每对中的两个接收器传感器可设置为相互正交。其上附着接收传感器的结构可以是钻井管道。位置待定的传导结构可包括井的套管。系统1300包括具有接收器设置的工具1305，控制单元和数据处理单元，可以采用与这里讨论的布置类似或相同的方式实现。

系统1300可包括位于井1306的地表1304处的钻机1302，和钻井管道的柱，也就是钻柱1319，连接在一起从而形成通过转台1307下降到井眼或井孔1312的钻柱。钻机1302可为钻柱1319提供支撑。钻柱1319可用于穿透转台1307，从而通过地下地层1314来钻井孔1312。钻柱1319包括钻井管道1318以及位于钻井管道1318下部的井底组件1320。

井底组件1320包括钻环1315，附连至钻环1315的测量工具1305，以及钻头1326。钻头1326可用于通过穿透表面1304和井下地层1314来创建井孔1312。测量工具1305可构建为在钻井的井眼中实现的随钻测量(MWD)系统，诸如随钻测井(LWD)系统，从而检测传导结构(诸如套管或其他传导结构)。传导结构位置的确定可用于引导相对于所检测的传导结构的钻井操作。测量工具1305可构建为离岸环境中的实现。外壳容纳测量工具1305包括用于采集来自测量工具1305接收器的响应的电路。这些电路包括用于分析由测量工具1305所感测的信号的数据处理单元，并且在用于操作井的标准通信机制上提供测量结果，例如从工具1305到传导结构、到地表的距离和方向。可替换地，电路包括通信接口，在用于操作井的标准通信机制上，将由测量工具感测的信号提供至地表，其中这些感测到的信号可以在地表处的处理单元中进行分析。

在各实施例中，测量工具1305可包括在耦合至测井线缆1374的工具本体1370内，诸如例如，对于绳索方面的应用。包含测量工具1305的工具本体1370，可包括用于从测量工具1305收集接收器的响应的电路。这些电路可包括用于分析由测量工具1305感测到的信号的数据处理单元，并且在用于操作井的标准通信机制上提供测量结果，例如从工具1305到感应结构、到地表的距离和方向。可替换地，电路可包括通信接口，来在用于操作井的标准通信机制上将测量工具1305感测的信号提供至地表，其中在地表的处理单元中分析这些收集的感测到的信号。测井线缆1374可以实现为绳索(多条功率和通信线)，单线缆(单个导体)，和/或平直管线(slickline)(没有用于功率或通信的导体)，或用于井孔1312内的其他适当结构。

钻井操作期间，可通过转台1307旋转钻柱1319。除此之外，或者可替换地，井底组件1320还可以由置于井底的电机(例如泥浆马达)旋转。钻环1315可用于增加钻头1326的重量。钻环1315还可以加固井底组件1320，从而使得井底组件1320将增加的重量转移到钻头1326上，并且顺序地，辅助钻头1326穿透表面1304以及井下地层1314。

钻井操作过程期间，泥浆泵1332可泵出钻井流体(某些时候是本领域技术人员熟知的“钻探泥浆”)，从泥浆池1334穿过输送管道1336进入钻井管道1318并且向下进入钻头1326。钻井流体可流出钻头1326，并且通过钻井管道1318和井孔1312两侧之间的环形区域1340回到地表1304。钻井流体然后会回到泥浆池1334，其中将流体进行过滤。在某些实施例中，钻井流体可以用于冷却钻头1326，以及在钻井操作过程中提供钻头1326的润滑。另外，钻井流体还可用于移除由操作钻头1326而创建的井下地层1314钻屑。

尽管这里已经对特定的实施例进行说明和描述，然而本领域技术人员可以理解的是任何布置方式，只要经过计算能达到相同的目的就可以替换所示的特定实施例。不同的实施例使用这里所述实施例的排列和/或合并。应当理解的是上面的说明仅是说明性的，而不是限制性的，并且这里所使用的商业术语或科技术语的目的是为了说明。一旦学习了上述说明，对于本领域技术人员来说上述实施例和其他实施例的结合是明显的。

Claims (23)

1.一种检测方法，包括：

获取与部署在地表下的工具的两个接收传感器中接收的信号相对应的信号，所述两个接收传感器设置为相互正交；

从所获取的信号中生成磁场相关值；并且

处理所述磁场相关值从而确定，相对于所述两个接收传感器所耦合的结构，响应于在传导结构上流动的电流而从中生成所述接收的信号的所述传导结构的位置，包括相对于与测得的最小磁场和测定的最大磁场有关的比值来确定距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处理所述磁场相关值包括基于所产生的磁场相关值来计算所述工具相对于所述传导结构的方位角。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括直接在所述传导结构上生成电流。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用位于所述工具上的取向为相互正交的两个接收线圈来收集从所述传导结构中生成的信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

随着所述工具旋转来收集两个接收传感器处的接收的信号；

将所述接收的信号与所述工具的面元相关联，所述面元对应于收集信号时的所述工具的角度；

收集附加接收的信号，并且将所述附加接收的信号分配给不同的面元，每个面元对应于所述旋转工具的方向角方向；以及

从确定哪个面元包括从各面元的接收的信号中导出的最大磁场相关值和平均磁场相关值之间的差值的最大绝对值，来确定所述传导结构相对于所述两个接收传感器所耦合的结构的角度位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述传导结构的位置包括在所述工具结构上没有电流并且所述传导结构上的电流值未知的情况下，相对于与测得的最小磁场H_Minimum和测得的最大磁场H_Maximum相关的比值来确定距离Dis。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，Dis由给出，其中或者其中D是两个接收传感器中心与两个接收传感器所耦合的所述结构的中心之间的距离，并且，k₁为校准常数，从而Dis由(1-α₁)和(α₂-1)中大于零的一个所确定。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述传导结构的位置包括在所述工具结构上有电流的情况下，相对于与测得的最小磁场H_Minimum和测得的最大磁场H_Maximum相关的比值来确定距离Dis。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，Dis由给出，其中或者其中D是两个接收传感器中心和两个接收传感器所耦合的结构的中心之间的距离，并且，k₄为校准常数，从而Dis由(1-α₁)和(α₂-1)中大于零的一个确定。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

当所述工具处于非旋转模式的情况下，收集在两个接收传感器处的接收的信号；

基于接收的信号来生成磁场相关值，作为正交磁场相关的分量值；并且

使用所述正交磁场相关的分量值和在非旋转模式下的工具的面元角来计算所述传导结构相对于所述工具的角度位置。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，角度位置对于H_x＞0由提供或者对于H_y＞0，由确定，其中H_y和H_x为y和x磁场分量并且因变于面元角。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，确定位置包括基于与测得的最小磁场和测得的最大磁场的比值有关的在所述传导结构上的等效电流，来确定距离Dis，由给出，其中并且k₃为校准常数，其中H_y和H_x为y和x磁场分量。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，方法包括：

将在两个接收传感器处的接收的信号与所述工具的面元角相关联，所述面元角对应于收集信号时的所述工具的角度；并且

使用接收的信号的测得参数和面元角来执行反演处理，从而生成所述工具相对于传导结构的方位角角度。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，执行所述反演处理包括对于正切方向的测量值使用曲线拟合函数并且对于法向的测量值使用曲线拟合函数其中B_T为平均切向磁场，B_N为平均法向磁场，A_T和A_N为曲线拟合系数，dis为所述工具到所述传导结构的距离，φ_Bin为面元角，D为两个接收传感器中心和两个接收传感器所耦合的结构的中心之间的距离，并且φ₀为所述工具结构相对于所述传导结构的方位角角度。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传导结构包括与井相关联的套管，并且所述工具结构为钻井管道的一部分。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括确定，相对两个接收传感器所耦合的结构，所述传导结构相对于两个接收传感器所耦合、取向为与所述传导结构平行的结构的位置。

17.一种计算器实现的检测系统，包括：

第一装置，用于获取与部署在地表下的工具的两个接收传感器中接收的信号相对应的信号，所述两个接收传感器设置为相互正交；

第二装置，用于从所获取的信号中生成磁场相关值；以及

第三装置，用于处理所述磁场相关值从而确定，相对于所述两个接收传感器所耦合的结构，响应于在传导结构上流动的电流而从中生成所述接收的信号的所述传导结构的位置，包括相对于与测得的最小磁场和测定的最大磁场有关的比值来确定距离。

18.一种检测系统，包括：

工具的两个接收传感器，构建为与结构相连，所述结构用于部署于地表下从而接收部署于地表下的两个接收传感器的信号，所述两个接收传感器设置为相对于所述两个接收传感器所耦合的结构相互正交；以及

控制单元，可用于管理在所述接收传感器处的与在地表下的传导结构上流动的电流相对的接收的信号的收集；以及

数据处理单元，处理所述接收的信号从而确定所述传导结构的位置，包括相对于与测得的最小磁场和测定的最大磁场有关的比值来确定距离。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，系统包括电流发射器，从而使得电流在所述传导结构上流动。

20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述数据处理单元和控制单元用于从所述接收的信号中生成磁场相关值，并且处理所述磁场相关值从而由所述磁场相关值以及与两个接收传感器相关联的面元角来确定，相对于两个接收传感器所耦合的结构，所述传导结构的位置。

21.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述接收传感器包括设置为相互正交的两个线圈。

22.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统包括机器可读存储设备，具有指令存储于其上，当所述指令由所述系统执行时，使所述系统执行操作，所述操作包括权利要求1到16任一项所述的方法。

23.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述两个接收传感器，控制单元，和数据存储单元配置用于根据权利要求1到16的任一项进行操作。