CN105765165A - 利用具有磁偶极的发射器和接收器的井下梯度测距 - Google Patents

Abstract

一种测距系统在没有钻孔或地层特征的任何知识或参与的情况下利用梯度数据来确定第一井与第二井之间的距离。一般来说，这通过部署井下组件来实现，所述井下组件包括具有磁偶极的发射器和接收器以及定位在所述发射器与所述接收器之间的补偿接收器，其中在沿所述井下组件的径向方向上测量所述梯度场。

Description

利用具有磁偶极的发射器和接收器的井下梯度测距

优先权

本申请要求2013年9月30日提交的也以Donderici等人为发明人的标题为“DOWNHOLEGRADIOMETRICRANGINGUTILIZINGTRANSMITTERS&RECEIVERSHAVINGMAGNETICDIPOLES”的美国临时专利申请号61/884,688的优先权，所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。

发明领域

本公开总体涉及井下测距，并且更具体地，涉及利用磁偶极发射器和接收器的测距组件，所述发射器和接收器分析梯度数据以便确定并追踪多个井筒的相对位置。

发明背景

在各种井下应用中需要精确并有效地确定引流导管(例如，金属套管)的位置和方向。也许这些应用最重要的是井喷井的情况，其中目标井必须被减压井非常精确地横穿，以便停止井喷。其他重要的应用包括平行于在蒸汽辅助重力泄油(“SAGD”)系统中的现有井的井的钻探，避免在拥挤的油田中与其他井的碰撞，在油田中井彼此紧密接近地被钻探，并使用在地面上的电流注入金属管道作为参考来追踪地下钻井路径。

已经尝试多种常规方法来提供这个问题的解决方案。在一个方法中，通过经由线圈天线传输电磁波在目标套管上感应电流。这种注入的电流反过来引起套管辐射第二电磁场。这个二次场的振幅可以用来确定到目标套管的距离。然而，因为场的振幅强烈取决于套管和地层的特性，所以这种方法的精确性可以保持低的。

在另一个常规方法中，电极类型源被用来在目标套管上感应电流来从而生成磁场。在这种方法中测量被目标套管辐射的磁场梯度，除了磁场本身之外。通过使用磁场与其梯度之间的关系，做出精确距离测量。然而，因为电极对电阻式油基泥浆敏感，所以电极必须定位成与地层直接接触，以便注入电流。因此，在高电阻地层中可发能生高接触损耗或欧姆损耗，可减少工具的距离。

因此，在本领域中需要改进的井下测距技术。

附图简述

图1A和图1B示出根据本公开的某些说明性实施方案的相对定位系统；

图2是根据本发明的某些说明性实施方案的在相对定位系统中利用的处理电流的框图；

图3示出用来描述本公开的方法的相对定位系统的简化的说明性实施方案；

图4示出根据本公开的某些说明性实施方案的适用于消除盲点的磁偶极接收器配置；

图5示出根据本公开的某些说明性实施方案的模拟相对定位系统的简化几何形状；

图6是绘制作为从本公开的说明性实施方案的模拟中获得的工具与目标的真实距离的函数的测量距离的图；

图7示出根据本发明的说明性方法的被钻探来横穿井喷井的减压井的路径；

图8绘出根据本发明的说明性方法的从减压井到井喷井的计算距离对真实距离用于不同方向上的梯度测量；

图9绘出由图8中示出的四个梯度测量导致的到目标的距离；

图10绘出减压井的真实路径对计算路径以用于本公开的说明性井交叉方法；并且

图11是根据本发明的某些说明性方法的测距方法的流程图，相对定位系统采用所述测距方法来确定第一井筒(即，目标)与第二井筒之间的距离。

具体实施方式

下文描述本公开的说明性实施方案和相关方法，因为可以在测距系统和方法中采用它们，所述测距系统和方法利用磁偶极发射器/接收器来分析梯度数据并从而钻探和/或追踪井筒的相对位置。为了清晰性，本说明书中未描述实际实现方式或方法的所有特征。当然，应了解，在任何这种实际实施方案的开发中，应做出大量实现方式特定的决策来实现开发人员的特定目标，如符合系统相关约束和业务相关约束，所述目标在不同实现方式间将有所不同。此外，应了解，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是仍将是受益于本公开的本领域一般技术人员的常规任务。本公开的各种实施方案和相关方法的其他方面和优势将根据考虑以下描述和附图而变得显而易见。

如本文描述的，本公开的说明性实施方案和方法描述测距系统，所述测距系统在没有钻孔或地层特征的任何知识或参与的情况下，利用梯度数据来确定第一井与第二井之间的距离，其中在沿井下组件的径向方向下测量梯度场。一般来说，这可通过部署井下组件获得，所述井下组件包括磁偶极发射器和接收器，以及定位在发射器与接收器之间的补偿接收器。磁偶极可体现在各种方法中，包括例如，线圈、螺线管或磁力仪。电磁场由发射器生成并感应到目标套管上，从而沿套管产生第二电磁场。除了来自发射器的直接磁场之外的这种第二电磁场的总和由沿井下组件的轴径向分开的一组接收器测量。补偿接收器被配置来具有与主接收器组相对的极化，从而消除发射器与接收器之间的直接信号。使用来自接收器组中的不同接收器的磁场的测量，计算磁场的梯度。其后，利用本文描述的各种算法，在井下组件上(或在远程位置处)定位的处理电路分析梯度场，以便确定到目标套管的距离和方向。

尽管可在各种应用(例如，测井电缆)中利用本公开，但是以下的描述将集中在相对于邻近的目标第一井(通常为生产井)来精确且可靠地定位被钻探的井，“注入井”(即，第二井)的应用，使得可以将注入井维持大约平行于生产井。目标井必须具有比周围地层高的传导性，其可以通过使用沿着目标井的细长传导主体来实现，例如，已经存在于大多数井中以保持井完整性的套管。另外，本公开的方法和系统尤其适用于SAGD井的钻探，因为如在SAGD操作中需要的，两个井可以被钻探靠近彼此。受益于本公开的本领域普通技术人员将理解这些和其他应用和/或改型。

图1A和图1B示出根据本公开的示例性实施方案的相对定位系统100。在这个实施方案中，使用任何合适的钻探技术来钻探生产井10。其后，生产井10用套管11包装。注入井12随后使用钻探组件14进行钻探，所述钻探组件14可例如，随钻测井(“LWD”)组件、随钻测量组件(“MWD”)或在其远端处具有钻头23的其他所需的钻探组件。尽管注入井12被描述为在随后钻探，但在其他实施方案中可以同时钻探生产井10和注入井12。

在这个示例性实施方案中，钻探组件14包括井底钻具组件，所述井底钻具组件具有一个或多个磁偶极发射器16和一个或多个磁偶极接收器18。在利用两个发射器16的那些实施方案中，发射器相对于彼此定位在非平行方向(例如，正交方向)上，使得传输场可以在两个正交方向上解耦，以便获得生产井10的方位角的测量。为了简化解耦过程，发射器可定位在与彼此正交关系中。在如下的描述中，发射器和接收器可被称为相对于彼此正交定位；然而，在替代的实施方案中，发射器/接收器可在相对于彼此的其他非平行取向处定位。如在图1B中示出的，钻探组件14包括正交定位的发射器16a、16b。因此，在这个实例中，为了进行梯度测量，沿钻探组件14定位至少四个磁偶极接收器18a-18d。接收器18a-18d沿钻探组件14径向分开，使得可测量梯度场。在这个实例中，为了消除发射器16中的直接信号，邻近于接收器18定位四个补偿接收器20。

如将在下文详细描述的，在使用相对定位系统100的示例性钻探操作期间，钻探组件14部署在井下来在生产井10的钻探之后或与生产井10的钻探同时钻探注入井12。为了将注入井12维持在与生产井10的所需距离和方向，相对定位系统100启动发射器16来生成电场，所述电场沿生产井10的目标套管11感应电流，其导致磁场32从目标套管11中辐射。径向分开的接收器18随后感测磁场32和相关联的梯度场。本地或远程处理电流随后利用接收的磁场的梯度数据来确定到生产井10的距离和方向。一旦确定相对位置，电路生成对在需要维持与生产井10的所需距离和方向的方向上操纵钻探组件14需要的信号。

图2是根据本发明的某些说明性实施方案的在相对定位系统中利用的处理电流200的框图。示出管理操作程序的系统控制中心24。在这个实例中，发射器16由在正交方向上的两个线圈组成，以便获得生产井10的方位角的测量。然而，在其他实施方案中，可将发射器/接收器实现为，例如，螺线管、磁力仪或近似磁偶极的各种其他实现。因此，接收器18可包含用于梯度测量的至少四个线圈天线。可使用补偿线圈20完成从发射器16到接收器18的直接信号的消除，在其他情况下，可使用替代的技术(如这种效应的解析计算)完成直接信号消除。在这些实施方案中，利用图2中示出的补偿接收器20、接收器18还包括来自补偿接收器20的数据。

通信单元26有助于系统控制中心24与发射器线圈16和接收器线圈18之间的相互作用。显像单元(未示出)可连接到通信单元26以便监视数据，例如，操作人员可基于这个数据干涉系统操作。系统控制中心24还与一个或多个数据处理单元28和一个或多个数据采集单元30相互作用。数据处理单元28可将接收的数据转换成给出目标的位置和方向的信息。其后，可经由显像单元显示结果。在表面处或在井中可以定位系统控制中心24，在这种情况下处理的数据被通信到表面。

如先前提到的，钻探组件14可包括板载电路以及必要的处理/存储/通信电路，以便执行本文描述的计算。在某些实施方案中，那种电路可通信地联接到利用来生成电磁场的一个或多个磁偶极发射器16，并还同样地联接到磁偶极接收器28，以便处理接收的电磁波28。此外，电路板载钻探组件14可经由有线或无线连接可通信地联接到表面，从而将数据通信回到井孔上行和/或其他组件部件(例如，来操纵组件14的钻头成形部分)。在替代的实施方案中，需要执行本文描述的技术的一个或多个方面的电路可远离钻探组件14在远程位置(如在表面处或在不同井筒中)定位。例如，在某些实施方案中，在另一个井中或在表面处可定位发射器。这些和其他变化对受益于本公开的本领域普通技术人员将是显而易见的。

尽管在图2中未示出，但是板载电路包括至少一个处理器和非暂态且计算机可读存储体，经由系统总线全部互相连接。通过处理器用于实施本文描述的说明性相对定位方法的可执行软件指令可能存储在本地存储或一些其他计算机可读介质中。还应认识到，定位软件指令也可经由有线方法或无线方法从CD-ROM或其他适当的存储介质加载到存储体中。

另外，本领域普通技术人员将理解，可利用多种计算机系统配置来实践本公开的各种方面，所述计算机系统配置包括手持式装置、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子产品、微型计算机、大型计算机以及类似装置。任意数目的计算机系统和计算机网络可用于本公开。可以在分布式计算环境中实践本公开，在所述环境中由通过通信网络加以链接的远程处理装置来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可位于包括存储器存储装置的本地和远程计算机存储介质中。因此，本公开可在计算机系统或其他处理系统中与各种硬件、软件或其组合相结合地实现。

既然已经描述各种实施方案，现在将描述通过其确定相对定位的方法。图3示出将用来描述本公开的方法的相对定位系统的简化的说明性实施方案。这里，为了简便没有示出注入井12和钻探组件14。然而，在x-z平面中描绘了均匀地层(除了目标井10、发射器16和接收器18)的截面。在这个实例中，具有在y轴方向上的磁矩的传输线圈16(即，位于x-z平面中的线圈)产生环绕它的电场还示出主轴在z轴方向上的目标井10。井通常具有环绕它们的细长金属传导主体(如铁套管)，以便加强井结构并防止井壁的崩塌。因为套管比环绕它的地层更具传导性，所以发生电场到目标套管11的强大联接。

电场的联接在目标套管11上生成传导电流，所述传导电流随后感应环绕套管11的磁场32，经由毕奥-萨伐尔定律可以找到所述磁场32的幅度。如果感应的电流是恒定的，那么毕奥-萨伐尔定律将减少到安培定律。在特定情况下，在套管11上感应的电流不是恒定的，但是出于我们的目的，可设想在点处的场由以下给出：

${\stackrel{\→}{H}}^i\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\frac{I_{eff}}{2\mathrm{\π}R}\widehat{\mathrm{\φ}}$ 方程式(1)，

其具有很少精确性损失，其中H是磁场，I_eff是有效电流，并且R是从目标井10到点的径向距离。

在相同位置处的磁场的梯度，由以下给出：

$\frac{\∂{\stackrel{\→}{H}}^i\left(\stackrel{\→}{r}\right)}{\∂R}\≈-\frac{I_{eff}}{2{\mathrm{\πR}}^2}\widehat{\mathrm{\φ}}$ 方程式(2)。

通过采取与的比率，可以如下确定到目标井10的径向距离：

$R=\left|\frac{{\stackrel{\→}{H}}^i\left(\stackrel{\→}{r}\right)}{\frac{\∂{\stackrel{\→}{H}}^i\left(\stackrel{\→}{r}\right)}{\∂R}}\right|$ 方程式(3)。

现在将描述接收器18的说明性设计。如本文描述的，接收器是磁偶极实施件，例如，线圈、螺线管等。在一个实施方案中，使用具有在某个方向上的磁矩的线圈天线。因此，线圈仅仅对在那个方向上的磁场的分量敏感。如果这个方向称作u，那么在那个方向上的磁场的分量可以被写作：

${\stackrel{\→}{H}}^i\left(\stackrel{\→}{r}\right).\hat{u}=\frac{I_{eff}}{2\mathrm{\π}R}(\widehat{\mathrm{\φ}}.\hat{u})$ 方程式(4)。

类似地，如果两个接收器线圈(具有相同磁矩)在方向v上以非常近的距离径向分开，那么它们的差别是对于在那个方向上的磁场的梯度的分量的很好的近似法。设想u和v是笛卡尔坐标系中的轴，在方向v上的梯度可以被写作如下：

$\frac{\∂{\stackrel{\→}{H}}^i\left(\stackrel{\→}{r}\right).\hat{u}}{\∂v}=-\frac{I_{eff}}{2{\mathrm{\πR}}^2}\[(\hat{v}.\widehat{\mathrm{\φ}})(\hat{u}.\hat{r})+(\hat{v}.\hat{r})(\hat{u}.\widehat{\mathrm{\φ}})\]$ 方程式(5)。

在卡迪尔坐标中，和可以被写作：

$\hat{r}=\hat{x}cos\left(\mathrm{\Φ}\right)+\hat{y}sin\left(\mathrm{\Φ}\right)$

$\widehat{\mathrm{\φ}}=-\hat{x}sin\left(\mathrm{\Φ}\right)+\hat{y}cos\left(\mathrm{\Φ}\right)$ 方程式(6)，

其中Φ是相对于套管11的接收器18的方位角；也就是说，在测量的磁场矢量到接收器18的坐标系的x-y平面的投射与y轴之间的角度。

如果接收器线圈在y轴方向上具有它们的磁矩，并且它们如图3中所示在x轴方向上是径向分开的，那么方程式5可以被评估为：

$\frac{\∂{\stackrel{\→}{H}}^i\left(\stackrel{\→}{r}\right).\hat{y}}{\∂x}=-\frac{I_{eff}}{2{\mathrm{\πR}}^2}\[\frac{cos\left(\mathrm{\Φ}\right)}{\sin {\left(\mathrm{\Φ}\right)}^2-cos{\left(\mathrm{\Φ}\right)}^2}\]$ 方程式(7)，

从其中可以做出两个观察值。首先，当Φ是90°±n×180°(n∈Z)时梯度是零，其情况是磁场不具有任何y分量。其次，当Φ是45°±n×90°(n∈Z)时，梯度计算“喷发”，防止这个角度的距离计算。

为了防止方程式7表明的盲点，在图4中示出说明性接收器设计，其示出根据本公开的某些说明性实施方案的适用于消除盲点的磁偶极接收器配置。如在图4中所示的，为了说明目的，在这个图中线圈接收器18被示出为环绕井底钻具组件(未示出)的主体的盒子。接收器18根据梯度方向命名。例如，通过发现在径向分开的线圈Y⁺和线圈Y^-处的场的差别，可以发现在y轴方向上的梯度。这种配置将允许梯度测量在45°间隔中进行，消除任何可能的盲点。

仍然参照图4，可以看出每一个接收器对(Y⁺/Y^-，X⁺/X^-等)如何在方向上径向分开，所述方向横断(例如，垂直)于井底钻具组件的轴(井底钻具组件的轴沿z轴方向)。因此，在钻探操作期间，每一个接收器对的磁矩保持取向在横断井底钻具组件的轴和接收器对的径向分开的方向两者的方向上。因此，可测量磁场32的梯度。

如先前描述的，在某些实施方案中利用补偿接收器20来消除来自发射器16的直接信号。补偿接收器20也是磁偶极实施件，如线圈、螺线管或磁力仪。距离的确定需要磁场由于目标套管11上感应的电流以及其梯度在如方程式3中给出的点处测量。然而，接收器18也测量由发射器16产生的直接信号，使分析复杂化。为了消除这个直接信号，可考虑几种方法。一种说明性方法是在接收器18处解析地计算发射器16的场，并从梯度测量中减去这个值。注意到这种说明性方法需要地层特性的知识，如受益于本公开的本领域中的普通技术人员将理解的。

替代的说明性方法是利用补偿接收器20，其从接收器18中的相反方向上缠绕并以这样的方式定位，使得在接收器18-补偿接收器20组合之间的直接信号的在空中的虚分量被抵消。尽管在地层中不同于空气，但是这种抵消被干扰，在大部分情况下效果是小的。为了示出这些效果，考虑在图5中示出的实例。为了简洁，在这种情形下，沿着井10的目标套管11、发射器16和接收器18位于同一x-z平面上。换句话说，在方程式6中，Φ等于零。因此，仅仅发射器16和接收器18具有y轴方向上的它们的磁矩的考虑对距离确定来说足够。

仍然参照在图5中的实例，目标套管11具有4″半径，和5×10^-5Ω/m的每单元长度电阻率值。说明性目标的长度是15000英尺。设想发射器线圈16如图5中所示的直接定位在目标套管11的中点下R距离处。发射器线圈16具有100匝数和4″半径。接收器线圈18在z轴方向上的距发射器16距离100′处，并且它们具有与发射器16相同的半径和匝数数量。当使用时，设想补偿线圈20在距发射器16距离99′处(以及距接收器18为1′)并且它们的磁矩被调整，使得获得空中直接磁场抵消(这里，应再一次注意，抵消直接磁场的虚部，这不暗指场的完全抵消)。为了简洁，不考虑工具结构(除了天线)和钻孔的效应。

在本公开的说明性实施方案的计算机模拟期间，设想地层的相对介电常数是4。在下面的实例中，默认地层电阻率是1Ω-m(然而，提供与20Ω-m的情况的比较)并且默认频率是10Hz(尽管也示出频率等于1Hz的情况)。使用数值电磁场代码模拟实例情况。

图6是绘制作为从本发明的说明性实施方案的模拟中获得的工具与目标的的真实距离的函数的测量距离的图。用线A示出理想情况(即，测量距离等于实际距离)。线B描绘当为了距离抵消采用解析直接信号抵消时的情况。注意即使在这种情况下，随着与套管的距离变得更大(与发射器-接收器间距相比)，结果开始偏离理想情况。这是由于恒定电流设想的违反。然而，随着理想情况达到大约50′(发射器与接收器之间距离的一半)，结果几乎是相同的。

线C描绘当通过补偿完成直接信号消除时的相同情况。尽管结果更糟，但是精确度随着工具接近目标而提高，其中如果目标被横穿或被避免，那么需要最高的精确度。用线D示出当操作的频率减少到1Hz时的结果。在这种情况下，直接信号抵消更好但是不可以获得实质改进。最后，用线E示出当补偿用在20Ω-m地层时的情况。在这种情况下，补偿工作更好并且结果更接近于理想情况。

如在方程式7中看见的，对于距离计算到目标的方向应该是已知的。还需要方向信息来确定交叉应用中的钻探方向。因此，本公开的说明性实施方案还建议通过其来确定方向的不同的方法。在一个实例中，利用来自另一个工具(电极激发测距工具、表面激发等)的外部信息是一个这样的可能性。在替代的实施方案中，可利用在图4中的梯度场32。通过采取梯度接收器线圈对的正交分量之间的角度可确定目标的方向。还可消除角度中的任何歧义，因为梯度的迹象告诉用来确定在那个方向上的梯度的两个线圈中的哪一个最接近目标。遗憾的是，梯度信号小，因此当信号微弱(即，远离目标，其中精确的方向确定对靠近目标而不是远离它是重要的)时这种方法可导致角度确定中的较大误差。

在又一个说明性方法中，可利用总场。这里，梯度场的x分量与y分量之间的角度将给出目标的方向。然而，这个角度可在0°与90°之间，因此呈现较大歧义。然而，如果也考虑在总场中的交叉耦合分量，那么这个范围可以从0°到180°延伸。使用以下执行示例实现方式：

$\mathrm{\&Phi;}=\left|{\tan }^{-1}\left(\frac{H_{XX}-H_{YX}}{H_{YY}-H_{XY}}\right)\right|;If\mathrm{Re}\{H_{YX}+H_{XY}\}<0$

方程式(8)。

注意在这个方程式中场的迹象取决于使用的特定惯例。在方程式8中，H_ij指的是由接收器测量的场，所述接收器在方向j上的磁矩对应于发射器在方向i上的磁矩。180°歧义可以随后通过使用梯度信息或观看计算的范围的暂时变化而消除。一般来说，关于目标的位置的一些先验信息也应该是可用的，因此在大多数实际情况下这种歧义不是巨大的担忧。

二维实例在将方向信息应用到测距的证明中是有用的。考虑由减压井横穿井喷井的情况。图7示出说明性减压井可遵循的路径。在这个图中，井喷井设想在坐标系的中心A处位于z轴方向，并且减压井B遵循螺旋形路径以便横穿它。设想在操作期间减压井B保持平行于井喷井A。模拟参数是在图5中示出的那些，然而，地层电阻率被选择为20Ω-m。同样的，dG(梯度线圈之间的距离)是在(x+y)和(x-y)方向上的梯度操作的乘以8″，尽管其针对x轴和y轴指向的梯度的保持8″。

图8绘制从减压井B到井喷井A的计算的距离对在不同方向上的梯度测量的实际距离的图。示出为减压井与井喷井之间的实际距离的函数的用于在x(A)、y(B)、x+y(C)和x-y(D)方向上梯度测量的到套管的测量距离。使用上文描述的总场方法来计算到目标的方向。这个方向信息也在如方程式7中的距离计算中使用。如预期的，在不同方向上的梯度并不是在所有距离处均精确；因为相对于的目标变化的方位角Φ随距离而变化。然而，有可能使用方位信息来选择最精确的距离。如下给出如何选择最精确距离分量的一个实例：

使用x方向上的梯度；如果mod(φ，180)≤22.5°|mod(φ，180)＞157.5°

使用(x+y)方向上的梯度；如果mod(φ，180)＞22.5°且mod(φ，180)≤67.5°

使用y方向上的梯度；如果mod(φ，180)＞67.5°且mod(φ，180)≤112.5°

使用(x-y)方向上的梯度；如果mod(φ，180)＞112.5°且mod(φ，180)≤157.5°

方程式(9)。

使用在图8中所示的结果的这个选择标准，可如在图9中所示的获取到目标结果的单一距离。这个结果在“缝合”结果线中示出。为了比较，理想情况被示出为实线。可以看到缝合结果是对实际距离的好的近似法，并且这个近似法随着目标靠近变得更精确。

注意方程式9允许方位角Φ具有180°歧义而已知。因此，使用方程式8发现的角度可以直接用来产生图9。然而，如果先验信息是可用的或者梯度信息用来消除180°歧义，那么图7可以再生产有如在图10中所示的计算的路径(虚线)，其示出井交叉实例的减压井的实际路径对计算的路径。这里，清楚示出计算的位置如何随着目标井接近而变得更精确的。

既然已经描述各种实施方案，现在将描述通过其井距离得以确定的方法。如先前描述的，说明性相对定位系统一般由磁偶极实施件(发射器和接收器)组成，所述磁偶极实施件被定位来感应和测量从目标井中传播的梯度磁场。图11是根据本发明的某些说明性方法的由相对定位系统采用的测距方法1100的流程图，所述相对定位系统利用梯度数据来确定第一井筒(即，目标)与第二井筒之间的距离。此外，特定应用可以是，例如，SAGD或交叉应用。

然而，在框1102处，使用任何合适的方法来钻探第一井筒。第一井筒具有比周围的地层较高的传导性，例如，其可使用第一井筒的套管或通过利用沿第一井筒定位的一些其他细长传导主体而获得。在框1104，将至少两个磁偶极发射器和至少四个磁偶极接收器部署到第二井筒中。接收器沿井底钻具组件的轴径向分开。可以各种方式将发射器和接收器部署到第二井筒中，所述方式包括例如沿在SAGD操作或海底操作中的利用的钻探组件。注意在替代的方法中，可同时钻探第一井筒和第二井筒。

在框1106，发射器被激发从而沿第一井筒感应电流，所述电流导致磁场从第一井筒中辐射。在框1108，随后使用接收器接收磁场。在框1110，使用操作地联结到接收器的处理电路，相对定位系统利用接收的磁场的梯度数据来确定第一井筒与第二井筒之间的距离。更具体地说，这里接收器在沿井底钻具组件的径向方向上测量接收的磁场的梯度场。在分析梯度场之后，相对定位系统确定需要什么措施(如果有的话)来维持或纠正所需的钻探路径。这样的措施可以是，例如，方向、速度、钻压的改变等。其后，算法回到框1106，其中它继续激发发射器来持续监视和/或调整作为必需的钻探路径。

因此，本文描述的本公开的实施方案利用磁偶极发射器/接收器来分析梯度测量，从而计算第一井与第二井之间的距离，而不需要了解地层和目标特性。因此，公开的测距系统供应经由可用并简单建立线圈天线的对目标的距离的精确测量。此外，还已经公开消除发射器与接收器线圈之间的直接信号的方法，以便有助于这个工具的实际执行。

本文所描述的实施方案和方法还涉及以下段落中的任何一个或多个：

1.一种用于井下测距的方法，所述方法包括：钻探第一井筒，所述第一井筒包括细长传导主体；将至少两个磁偶极发射器和至少四个磁偶极接收器部署在第二井筒中；使用所述发射器沿所述第一井筒感应电流，所述电流导致磁场从所述第一井筒中发出；利用所述接收器接收所述磁场，其中在沿所述第二井筒的径向方向上测量梯度场；以及利用所述梯度场来从而确定所述第一井筒与所述第二井筒之间的距离。

2.如在段落1中定义的方法，其还包括确定所述第一井筒相对于所述第二井筒的方向，其中确定所述方向包括：确定所述接收的磁场的总场；确定所述总场的x分量与y分量之间的角度；以及利用所述角度来确定所述方向。

3.如在段落1或2中定义的方法，其还包括利用所述梯度场来确定所述第一井筒相对于所述第二井筒的方向。

4.如在段落1-3中的任一项中定义的方法，其中确定所述方向还包括：确定所述梯度场的正交分量之间的角度；以及利用所述角度来确定所述方向。

5.如在段落1-4中的任一项中定义的方法，其中确定所述第一井筒与所述第二井筒之间的所述距离还包括消除从所述发射器中发出的直接信号。

6.如在段落1-5中的任一项中定义的方法，其中所述直接信号的所述消除包括：计算在所述接收器处的所述发射器的磁场；以及从所述接收的磁场中减去所述计算的磁场。

7.如在段落1-6中的任一项中定义的方法，其中所述直接信号的所述消除包括利用至少四个补偿接收器来抵消所述直接信号的虚分量。

8.如在段落1-7中的任一项中定义的方法，其中所述至少四个接收器是两对磁偶极接收器，并且确定所述距离和方向还包括：相对于在所述第二井筒中的测量中心在相反的方向上径向定位所述对的两个接收器；以及通过计算所述对的每一个接收器处的磁场之间的差异来确定在所需方向上的所述梯度场。

9.如在段落1-8中的任一项中定义的方法，其中所述第一井筒是生产井；并且所述第二井筒是注入井，其中所述方法在蒸汽辅助重力泄油操作中被利用。

10.如在段落1-9中的任一项中定义的方法，其中所述第一井筒是井喷井；并且所述第二井筒是减压井。

11.如在段落1-10中的任一项中定义的方法，其中沿钻探组件、测井组件或测井电缆组件部署所述发射器和接收器，所述接收器环绕所述钻探、测井或测井电缆组件的主体径向定位。

12.如在段落1-11中的任一项中定义的方法，其还包括使用所述第一井筒与所述第二井筒之间的所述确定的距离来操纵沿所述第二井筒部署的钻探组件。

13.如在段落1-12中的任一项中定义的方法，其还包括使用所述距离确定来避免所述第一井筒。

14.一种井下测距组件，其包括井底钻具组件，所述井底钻具组件包括：至少两个磁偶极发射器；和至少四个磁偶极接收器，其环绕所述井底钻具组件的轴径向定位；以及实施方法的处理电路，所述方法包括：使用所述发射器沿第一井筒感应电流，所述电流导致磁场从所述第一井筒中发出；利用所述接收器接收所述磁场，其中在沿所述井底钻具组件的径向方向上测量梯度场；以及利用所述梯度场来从而确定所述第一井筒与所述第二井筒之间的距离。

15.如在段落14中定义的井下测距组件，其还包括四个补偿接收器，所述四个补偿接收器沿所述井底钻具组件定位在所述发射器与所述接收器之间。

16.如在段落14或15中定义的井下测距组件，其中所述补偿接收器包括相对于所述接收器的相对极化。

17.如在段落14-16中的任一项中定义的井下测距组件，其中所述井底钻具组件是钻探、测井电缆或测井组件。

18.如在段落14-17中的任一项中定义的井下测距组件，其中所述发射器沿所述井底钻具组件以彼此非平行的关系定位；所述接收器在垂直于所述井底钻具组件的所述轴的方向上径向分开；并且所述接收器的磁矩在垂直于所述井底钻具组件的所述轴和径向分开的方向两者的方向上而取向。

19.如在段落14-18中的任一项中定义的井下测距组件，其还包括八个接收器，所述八个接收器环绕所述井底钻具组件的所述主体以45度间隔径向定位。

20.如在段落14-19中的任一项中定义的井下测距组件，其中所述发射器和接收器包括线圈、螺线管或磁力计中的至少一个。

此外，本文描述的方法可以实施在包括用以实施所述方法中的任一者的处理电路的系统内，或实施在包括指令的计算机程序产品中，所述指令在被至少一个处理器执行时致使处理器执行本文描述的方法中的任一者。

虽然已示出并描述各种实施方案和方法，但是本公开并不限于此类实施方案和方法，并且应理解为包括对本领域技术人员将显而易见的所有修正和变更。因此，应理解，本公开不旨在受到所公开的特定形式的限制。而是，本发明将涵盖属于如所附权利要求书所定义的本公开的精神和范围内的所有修正、等效物和替代方案。

Claims (21)

1.一种用于井下测距的方法，所述方法包括：

钻探第一井筒，所述第一井筒包括细长传导主体；

将至少两个磁偶极发射器和至少四个磁偶极接收器部署在第二井筒中；

使用所述发射器沿所述第一井筒感应电流，所述电流导致磁场从所述第一井筒中发出；

利用所述接收器接收所述磁场，其中在沿所述第二井筒的径向方向上测量梯度场；以及

利用所述梯度场来从而确定所述第一井筒与所述第二井筒之间的距离。

2.如在权利要求1中定义的方法，其还包括确定所述第一井筒相对于所述第二井筒的方向，其中确定所述方向包括：

确定所述接收的磁场的总场；

确定所述总场的x分量与y分量之间的角度；以及

利用所述角度来确定所述方向。

3.如在权利要求1中定义的方法，其还包括利用所述梯度场来确定所述第一井筒相对于所述第二井筒的方向。

4.如在权利要求3中定义的方法，其中确定所述方向还包括：

确定所述梯度场的正交分量之间的角度；以及

利用所述角度来确定所述方向。

5.如在权利要求1中定义的方法，其中确定所述第一井筒与所述第二井筒之间的所述距离还包括消除从所述发射器中发出的直接信号。

6.如在权利要求5中定义的方法，其中所述直接信号的所述消除包括：

计算在所述接收器处的所述发射器的磁场；以及

从所述接收的磁场中减去所计算的磁场。

7.如在权利要求5中定义的方法，其中所述直接信号的所述消除包括利用至少四个补偿接收器来抵消所述直接信号的虚分量。

8.如在权利要求3中定义的方法，其中所述至少四个接收器是两对磁偶极接收器，并且确定所述距离和方向还包括：

相对于在所述第二井筒中的测量中心在相反的方向上径向定位所述对的两个接收器；以及

通过计算所述对的每一个接收器处的磁场之间的差异来确定在所需方向上的所述梯度场。

9.如在权利要求1中定义的方法，其中：

所述第一井筒是生产井；并且

所述第二井筒是注入井，其中所述方法在蒸汽辅助重力泄油操作中被利用。

10.如在权利要求1中定义的方法，其中：

所述第一井筒是井喷井；并且

所述第二井筒是减压井。

11.如在权利要求1中定义的方法，其中沿钻探组件、测井组件或测井电缆组件部署所述发射器和接收器，所述接收器环绕所述钻探、测井或测井电缆组件的主体径向定位。

12.如在权利要求1中定义的方法，其还包括使用所述第一井筒与所述第二井筒之间的所述确定的距离来操纵沿所述第二井筒部署的钻探组件。

13.如在权利要求12中定义的方法，其还包括使用所述距离确定来避开所述第一井筒。

14.一种井下测距系统，其包括实施权利要求1-13中所述的方法中的任一者的处理电路。

15.一种井下测距组件，其包括：

井底钻具组件，其包括：

至少两个磁偶极发射器；以及

至少四个磁偶极接收器，其环绕所述井底钻具组件的轴径向定位；以及

实施方法的处理电路，所述方法包括：

使用所述发射器沿第一井筒感应电流，所述电流导致磁场从所述第一井筒中发出；

利用所述接收器接收所述磁场，其中在沿所述井底钻具组件的径向方向上测量梯度场；以及

利用所述梯度场来从而确定所述第一井筒与所述第二井筒之间的距离。

16.如在权利要求15中定义的井下测距组件，其还包括四个补偿接收器，所述四个补偿接收器沿所述井底钻具组件定位在所述发射器与所述接收器之间。

17.如在权利要求16中定义的井下测距组件，其中所述补偿接收器包括相对于所述接收器的相对极化。

18.如在权利要求15中定义的井下测距组件，其中所述井底钻具组件是钻探、测井电缆或测井组件。

19.如在权利要求15中定义的井下测距组件，其中：

所述发射器沿所述井底钻具组件以彼此非平行的关系定位；

所述接收器在垂直于所述井底钻具组件的所述轴的方向上径向分开；并且

所述接收器的磁矩在垂直于所述井底钻具组件的所述轴和径向分开的方向两者的方向上而取向。

20.如在权利要求15中定义的井下测距组件，其还包括八个接收器，所述八个接收器环绕所述井底钻具组件的所述主体以45度间隔径向定位。

21.如在权利要求15中定义的井下测距组件，其中所述发射器和接收器包括线圈、螺线管或磁力计中的至少一个。