CN109667550B - 一种用于丛式井防碰的主动测距系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于丛式井防碰的主动测距系统及方法，它解决了现有技术中丛式井测距的效率不高的问题，利用发射电极和返回电极的优化布置增强磁测距精度，从而确定参考井筒与正在钻探的井筒的相对位置；其技术方案为：包括电流注入系统和磁测量系统，电流注入系统包括交流电源、发射电极和返回电极，交流电源连接于发射电极和返回电极之间，经发射电极流出的交流电在目标井筒中流动；磁测量系统用于测量目标井筒中电流产生的电磁场，包括设置于在钻井中的电磁传感器。

Description

一种用于丛式井防碰的主动测距系统及方法
技术领域
本发明涉及丛式井钻井作业领域，尤其涉及一种用于丛式井防碰的主动测距系统及方法。
背景技术
丛式井是指在一个井场或平台上，钻出若干口甚至上百口井，各井的井口相距不到数米，各井井底则伸向不同方位。即一组定向井(水平井)，它们的井口是集中在一个有限范围内，如海上钻井平台、沙漠中钻井平台、沙漠中钻井平台、人工岛等。
丛式井的广泛应用是由于它与钻单个定向井相比较，大大减少钻井成本，并能满足油田的整体开发要求。丛式井广泛应用于海上油田开发、沙漠中油田开发等。丛式井主要有：可满足钻井工程上某些特殊需要，如制服井喷的抢险井；可加快油田勘探开发速度，节约钻井成本；便于完井后油井的集中管理，减少集输流程，节省人、财、物的投资等方面的优点。
为了保证丛式井各个井眼之间不发生碰撞，即正在新钻的井眼与已钻成的井眼之间不发生碰撞，从而导致井眼报废或其他事故，需要对地层中临近的若干个井眼进行相对位置的测量，即测量在钻井和各个已钻成井眼的距离。
石油工程领域在丛式井钻井中基于磁场防碰预警技术大致可分为两种：第一种可称为被动防碰法，即利用邻井套管自身在均匀地磁场中产生的感应磁场以及套管表面剩磁产生的剩磁磁场，通过检测这两种磁场引起的磁场异常值来推算邻井间的相对距离和方位，这种方法的优点是可以利用套管周围感应磁场，不需要额外施加激励磁场，降低了施工难度，缺点是测距的范围小、精度低；第二种方法可称为主动防碰法，即在已知井内下入磁场发生装置，在邻井内下入磁场检测装置，通过检测磁场强度变化来反演两口井的距离及方位，这种方法的优点是测距的范围大、精度高，缺点是对于现场施工来说，实施难度较大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于丛式井防碰的主动测距系统及方法，利用发射电极和返回电极的优化布置增强磁测距精度，从而确定参考井筒与正在钻探的井筒的相对位置。
本发明采用下述技术方案：
一种用于丛式井防碰的主动测距系统，包括：
电流注入系统，包括交流电源、发射电极和返回电极，交流电源连接于发射电极和返回电极之间，经发射电极流出的交流电在目标井筒中流动；
磁测量系统，用于测量目标井筒中电流产生的电磁场，包括设置于在钻井中的电磁传感器。
进一步的，所述发射电极和返回电极分别通过具有绝缘表皮的导线与交流电源相连。
进一步的，所述交流电源为电压控制或电流控制的发射器。
进一步的，所述目标井筒内设有导电构件，发射电极与导电构件接触或通过导线相连。
进一步的，所述发射电极与交流电源之间的导线上设置开关。
进一步的，所述钻井内部具有底部钻具组合(BHA)，底部钻具组合(BHA)通过传送机构连接钻井地面设备。
进一步的，所述底部钻具组合(BHA)包括钻头和用于驱动钻头的功率模块，所述电磁传感器靠近钻头安装。
进一步的，所述电磁传感器至少包含一个磁梯度传感器或磁梯度仪。
进一步的，所述钻井地面设备包括设置于地表的钻井平台、设置于井口的防喷器等。
一种用于丛式井防碰的主动测距方法，包括以下步骤：
步骤(1)发射电极与目标井筒接触或通过导线相连，发射电极、返回电极分别通过导线与交流电源相连；
步骤(2)电流沿导电构件从目标井筒的距井口较近的一侧向其远端(井底方向)传播，在导电构件上产生电磁场；
步骤(3)沿导电构件流动的电流随后通过地层回到返回电极；
步骤(4)通过电磁传感器测量得到电流在导电构件上产生的磁场梯度。
进一步的，所述返回电极设置于在钻井或其他井筒中，当返回电极设于钻进井筒内时，其与电磁传感器之间布设至少一个绝缘体，防止返回电极或与之相连的导线对电磁传感器产生干扰。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明利用电流注入目标井筒产生磁场并通过在钻井筒中的电磁传感器测量目标井筒的磁场从而确定两者距离，防止井碰，而且测量时不需停钻、起下钻以及测距装置的放收，可以做到随钻测量，能够提高测量效率、间接提高钻井效率；
(2)本发明可以在不改变在钻井井下钻进系统和已钻成井生产或正常工作的情况下，仅通过改变地面控制机构的测量电路，测得在钻井与丛式井其余各个可能发生碰撞的井筒间的距离，从而实现在钻井与周围多井的防碰目的。
(3)本发明测距系统使用的电磁传感器，既可测量发射电极在目标井筒的导电构件上产生的磁场在钻进井筒处的磁梯度又可以测量绝对磁场强度，两者结合使用可以提高测距精度，进而防止井碰事故的发生。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1～图6为本发明一种实施方式的结构示意图；
图7～图12本发明另一种实施方式的结构示意图；
其中，1-第一井筒，2-第二井筒，3-第三井筒，4-井口，5-地表，6-地层，7-导电构件，8-电磁场，9-钻井平台，10-井口装置，11-防喷器，12-发射电极E，13-导线，14-返回电极R，15-钻头，16-电磁传感器，17-转向模块，18-控制模块，19-功率模块，20-绝缘体，21-传输机构，22-底部钻具组合(BHA)，23-电压或电流控制发射器，24-预定井眼轨迹，25-井底；
26-第一井筒，27-第二井筒，28-第三井筒，29-第四井筒，30-井口，31-钻井平台，32-井口装置，33-防喷器，34-地表，35-地层，36-电压或电流控制发射器，37-导电构件，38-发射电极E1，39-发射电极E2，40-返回电极R，41-钻头，42-电磁传感器，43-转向模块，44-控制模块，45-功率模块，46-绝缘体，47-传输机构，48-第二远端，49-开关，50-开关，51-返回电极R1，52-返回电极R2，53-井底，54-井底，55-绝缘导线，56-绝缘导线，57-绝缘导线，58-底部钻具组合(BHA)。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在丛式井测距的效率不高的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种用于丛式井防碰的主动测距系统及方法。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1至图6所示，提供了一种用于丛式井防碰的主动测距系统，在丛式井中，在钻井2的井口4与钻井地面设备或地表5相连，井口4沿井筒延伸到井底25。
如图1-图2所示，共三口井，分别为第一井筒1、第二井筒2、第三井筒3，其中第一井筒1、第三井筒3是已完工的井，即目标井筒，第二井筒2为在钻井。
如图3-图6所示，共两口井，其中第一井筒1为目标井筒，第二井筒2为在钻井。
本申请包括电流注入系统和磁测量系统，电流注入系统包括交流电源、发射电极E12和返回电极R14，磁测量装置为电磁传感器16。
所述发射电极E12和返回电极R14分别通过具有绝缘表皮的导线13与交流电源相连。
所述交流电源为电压控制或电流控制的发射器23。
位于钻井的地表位置设有钻井地面设备，钻井地面设备包括钻井平台9、井口装置10和防喷器11。
目标井筒沿井口从地层表面5延伸到地层6，其内部设置导电构件7，导电构件7为由发射电极E12流出的交流电提供沿井筒电流流动的路径。
导电构件7可以为套管或衬管，若在无套管井筒中，导电构件7也可以是管柱、电线或其他导电构件。
钻井内设置底部钻具组合(BHA)22，钻头15为底部钻具组合(BHA)22的最前端部分，在钻头15钻进方向的后部安装有与钻头15紧邻的是电磁传感器16。
所述电磁传感器16至少包含一个磁梯度传感器或磁梯度仪，用于测量目标井筒中电流产生的磁场；安装时尽可能的使电磁传感器16接近钻头15，能够更加精确、灵敏的测量钻头距目标井眼的距离，减少因距离上带来的信号迟滞以及由此所带来的井碰风险，更好的实现防碰的目的。
底部钻具组合(BHA)22还包括功率模块19、转向模块17、控制模块18等，功率模块19可以为泥浆马达。
钻井地面设备与底部钻具组合(BHA)22通过传送机构21相连。
功率模块19(该钻井系统中以泥浆马达为例)由钻井液进行驱动，功率模块19驱动钻头15，以使钻头15沿所预定井眼路径24的方向延伸。
转向模块17使钻井的井眼能够在期望的方向上延伸。
转向模块17使用的转向机构可以是转向叶片、转弯子或旋转导向系统等。
转向模块17可以通过地面的控制系统实现导向控制，或者使用控制模块18编程实现，且可以根据具体钻井需要或地层的变化等需要调整转向机构以引导井眼沿着期望的路径进行延伸。
所述控制模块18为现有技术，此处不再赘述。
如图1所示，发射电极E12位于第一井筒1中，并与导电构件7接触，以便电流沿导电构件7流动，返回电极R14位于第三井筒3内，发射电极E12与返回电极R14由绝缘导线13连接到电压控制或电流控制发射器23，以保证电路的完整。
发射电极E12注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件7向第一井筒1的井底25传播。虽然一部分电流如电流线C2所示泄漏到地层6中，但由于地层6与导电构件7的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件7流动，从而在导电构件7上产生电磁场8。
返回电极R14放置在第三井筒3内，使得沿着导电构件7流动的电流C1随后将通过地层6，如图中电流线C3所示，回到返回电极R14。
电流从发射电极E12出发，沿C1→C3的路径流动，并最终返回至返回电极R14，形成完整的电路。
另外，需要根据井眼的位置，通过调整发射极E12和返回电极R14的相对位置，优化井眼1内导电构件7上的电流。
返回电极R14应安放在与第一井筒1内的导电构件7的末端相同或更深的位置，以确保电流C1在穿过地层6回到返回电极R14之前将沿着布置在第一井筒1中的导电构件7传播，并在其上产生可以被电磁传感器16测得的磁场。
如图2所示，发射电极E12位于地表5的第一井筒1的井口附近，并利用导线与导电构件7相接触，以便电流沿导电构件7流动。
而返回电极R14位于第三井筒3内，发射电极E12与返回电极R14中间由绝缘导线13连接到电压控制或电流控制发射器23，以保证电路的完整。
发射电极E12注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件7向第一井筒1的井底25传播。虽然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层6中，但由于地层6与导电构件7的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件7流动，从而在导电构件7上产生电磁场8。
返回电极R14被放置在第三井筒3内，使得沿着导电构件7流动的电流C1随后将通过地层6，如图中电流线C3所示，回到返回电极R14。电流从发射电极E12出发，沿C1→C3的路径流动，并最终返回至返回电极R14，形成完整的电路。
另外需要根据第一井筒1的位置，通过调整发射极E12和返回电极R14的相对位置，优化第一井筒1内导电构件7上的电流。
返回电极R14应安放在与第一井筒1内的导电构件7的末端相同或更深的位置，以确保电流在穿过地层6回到返回电极R14之前将沿着布置在第一井筒1中的导电构件7传播，并在其上产生可以被电磁传感器16测得的磁场。
如图3所示，电流注入系统的发射电极E12位于第一井筒1内，并与第一井筒1内的导电构件7相接触，以便电流沿导电构件7流动，而返回电极R14位于第二井筒2内，发射电极E12与返回电极R14中间由绝缘导线13连接到电压控制或电流控制发射器23，以保证电路的完整。
发射电极E12注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件7向第一井筒1的井底25传播。虽然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层6中，但由于地层6与导电构件7的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件7流动，从而在导电构件7上产生电磁场8。
返回电极R14被放置在第二井筒2内，使得沿着导电构件7流动的电流C1随后将通过地层6，如图中电流线C3所示，回到返回电极R14。电流从发射电极E12出发，沿C1→C3的路径流动，并最终返回至返回电极R14，形成完整的电路。
在此方案中，返回电极R14直接被安放在在钻井(即第二井筒2)内的钻井底部钻具组合(BHA)22靠近传输机构21的一端，其前端(即井眼延伸方向)为底部钻具组合(BHA)22，依次安放功率模块19、控制模块18、转向模块17、电磁传感器16和钻头15。底部钻具组合(BHA)22通过传送机构21承载，并与井口装置连接。
返回电极R14和电磁传感器16之间应部署的一个或多个绝缘体20，其作用是将返回电极R14与电磁传感器16绝缘，使电流C3沿绝缘导线13流动，而不是使电流C3在底部钻具组合(BHA)22上传导，并在底部钻具组合(BHA)22的金属构件中产生磁场，从而对电磁传感器16产生干扰。
如图4所示，电流注入系统中的发射电极E12位于地层表面5的第一井筒1的井口附近，并利用导线与第一井筒1的井口或井内的导电构件7相接触，以便电流沿导电构件7流动。
而返回电极R14位于第二井筒2内，发射电极E12与返回电极R14之间由绝缘导线13连接到电压控制或电流控制发射器23，以保证电路的完整。
发射电极E12注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件7向第一井筒1的井底25传播。虽然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层6中，但由于地层6与导电构件7的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件7流动，从而在导电构件7上产生电磁场8。
返回电极R14被放置在第二井筒2内，使得沿着导电构件7流动的电流C1随后将通过地层6，如图中电流线C3所示，回到返回电极R14。电流从发射电极E12出发，沿C1→C3的路径流动，并最终返回至返回电极R14，形成完整的电路。
如图4所示，返回电极R14直接被安放在在钻井(即第二井筒2)内的底部钻具组合(BHA)22靠近传输机构21一端，其前端(即井眼延伸方向)为底部钻具组合(BHA)22，依次安放功率模块19、控制模块18、转向模块17、电磁传感器16和钻头15。底部钻具组合(BHA)22通过传送机构21承载，并与井口装置10连接。返回电极R14和电磁传感器16之间应部署的一个或多个绝缘体20。其作用是将返回电极R14与电磁传感器16绝缘，使电流C3沿绝缘导线13流动，而不是使电流C3在底部钻具组合(BHA)22上传导，并在底部钻具组合(BHA)22的金属构件中产生磁场，从而对电磁传感器16产生干扰。
如图5所示，发射电极E12位于第一井筒1内，并与第一井筒1内的导电构件7相接触，以便电流沿导电构件7流动，返回电极R14也被安放在第一井筒1内的距第一井筒1井底25较近的位置，发射电极E12与返回电极R14中间由绝缘导线13连接到电压控制或电流控制发射器23。
发射电极E12注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件7向第一井筒1的井底25方向流动到返回电极R14。虽到然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层6中，但由于地层6与导电构件7的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件7流动到返回电极R14，从而在导电构件7上产生电磁场8。
返回电极R14位于第一井筒1内的距第一井筒1井底25较近的位置，使得沿着导电构件7流动的电流C1直接回到返回电极R14，形成完整的电路。
另外，需要根据第二井筒2正在钻进的情况，通过调整发射极E12和返回电极R14的相对位置，优化第一井筒1内导电构件7上的电流。即，钻头15和电磁传感器16的相对位置应位于发射电极E12与返回电极R14的中间，以保证电磁传感器16可以测量到导电构件7上产生的磁场的磁场梯度。
如图6所示，发射电极E12位于地层表面5的第一井筒1附近，并利用导线13与第一井筒1内的导电构件7相接触，以便电流沿导电构件7流动。
返回电极R14安放在第一井筒1内的距第一井筒1井底25较近的位置，发射电极E12与返回电极R14中间由绝缘导线13连接到电压控制或电流控制发射器23，以保证电路的完整。
发射电极E12注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件7向第一井筒1的井底25方向流动到返回电极R14。虽到然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层6中，但由于地层6与导电构件7的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件7流动到返回电极R14，从而在导电构件7上产生电磁场8。
返回电极R14位于第一井筒1内的距井底25较近的位置，使得沿着导电构件7流动的电流C1直接回到返回电极R14，形成完整的电路。
另外需要根据第二井筒2正在钻进的情况，通过调整发射极E12和返回电极R14的相对位置，优化第一井筒1内导电构件7上的电流。即，钻头15和电磁传感器16的相对位置应位于发射电极E12与返回电极R14的中间，以保证电磁传感器16可以测量到导电构件7上产生的磁场的磁场梯度。
上述六种电流注入系统和磁测量系统仅能测量在钻井(以上六例中均为第二井筒2)和某一固定井筒(以上六例中均为第一井筒1)之间的距离从而预防井碰的发生，而在一般的工程实际中，在同一个井场或平台上，丛式井需要钻出若干口甚至上百口井，因此如果只测量其中两口井之间的距离，仅能保证两口井不发生碰撞，而不能保证与周围其余井筒不发生碰撞。
根据这一工程实际中面临的问题，可以使用图1至图6的方案在钻井过程中将目标井筒内的测量装置整体提出该目标井筒，进而下入另一待测量目标井筒，或将发射极E从与之前的目标井筒接触改为与另一待测量目标井筒中的导电构件相接触，将其作为新的目标井筒，使在钻井与新的目标井筒组成新的测距系统，测量与该井筒间的距离，从而实现防碰的目的。
然而该方法存在以下弊端：
首先，将旧目标井筒内的测量装置整体提出该井并下入新的目标井眼或更换与发射极E接触的井眼，虽然可以测得在钻井与新目标井眼间的距离，但提升旧目标井眼中的测量装置和向新目标井眼中下放测量装置会浪费大量的时间，降低在钻井的钻井效率，使钻井的经济效益性大大降低。
其次，多次提拉测量系统或更改线路，会增加测量系统本身发生碰撞、损坏，线路折损、缠绕、断裂等可能性；并且，在工程实施中，该测量系统为随钻测量，新旧两口目标井眼在同一个时间段内仅有一口井可以与在钻井建立起距离测量关系，另一口井处于无法测量的“失联”状态，即当在钻井可以测量与新目标井筒间的距离时，就不能测量与旧目标井口间的距离，无法保证与旧目标井筒间不产生碰撞；同样道理，当测量装置在旧目标井筒内时，同样无法保证与新目标井筒间不产生碰撞。
因此，为了钻井过程中提高测量效率从而间接提高钻井效率，同时为了实现丛式井多井防碰的目的，使得可以在不改变井下测量系统的情况下，仅通过改变地面控制机构的控制电路，测得在钻井与丛式井各个井筒间的距离，以实现在钻井与周围多井的防碰目的。
本申请的另一种实施方式中，如图7至图12所示，包括四口井：第一井筒26及其井底53、第二井筒27及其井底54、第三井筒28、第四井筒29，在钻井(第三井筒28)具有靠近地层34表面的井口30，以及沿着井筒延伸的第二远端48，其中丛式井的第一井筒26、第二井筒27和第四井筒29是已完工的井，而第三井筒28是在钻井。
参照图7为例介绍该测量方法的各个部分，在钻孔过程中，钻井系统地面设备包括位于地表34上的钻井平台31和井口装置32，包括防喷器33。
第一口井的井筒26沿井口从地层表面34延伸到地层35。套管(或衬管)37作为其导电构件部分或全部在井眼内延伸，若在无套管井筒中，导电构件37可以是管柱、电线或布置在第一口井井筒26内的其他导电构件。总之，导电构件37存在的意义就是为由发射电极流出的电流提供沿第一口井的筒26的电流流动路径，使电流可以沿第一口井的井筒26向井底51流动，并在导电构件37上产生磁场。
第二口井27与第一口井都属于为了防止与在钻井发生碰撞而需要被测距的目标井筒，因此其原理和布置方式与第一口井相同，于此不多赘述。
第三口井井筒28为在钻井，钻头41在其井底48破碎地层岩石并沿预定井眼轨迹前进。钻头41是钻井系统的底部钻具组合(BHA)58的最前部分，而在钻头钻进方向的后部，与钻头紧邻的是电磁传感器42，电磁传感器42至少包含一个磁梯度传感器或磁梯度仪，用于测量井目标筒中电流产生的磁场，测得的磁场的梯度可以被其测量并用于确定井眼之间的距离。尽可能的使电磁传感器42接近钻头41，可以更加精确、灵敏的测量钻头距“目标”井眼的距离，减少距离上带来的信号迟滞以及由此所带来的井碰风险，更好的实现防碰的目的。除此之外，钻井系统的底部钻具组合(BHA)58还包括功率模块43，转向模块44，控制模块45等。传送机构47用来连接钻井系统地面设备与钻井系统的底部钻具组合(BHA)58。
第四口井的井筒29为已钻成井，在其井底下入返回电极R，并如图中所示，返回电极R利用有绝缘表皮的导线57与地面电压控制或电流控制发射器36相连。
功率模块43(即该钻井系统的中泥浆马达模块)由钻井液进行驱动，而功率模块43又驱动钻头41，以使钻头沿所预定井眼路径的方向延伸第三口井的井眼28。
转向模块44使第三口井的井眼28能够在期望的方向上延伸。转向模块可以使用的转向机构可以是转向叶片、转弯子或旋转导向系统等。转向模块可以通过地面的控制系统实现导向控制，或者使用控制模块45编程实现。并且可以根据具体钻井需要或地层的变化等需要调整转向机构以引导井眼沿着期望的路径进行延伸。
需要说明的是：本方案图7至图12中为简明和叙述方便，仅列出两口目标井筒，即第一井筒26和第二井筒27，在实际工程应用时，可以将在钻井周围附近可能与其发生碰撞的井筒全部作为目标井筒，原理与以下示例相同。
如图7所示，电流注入系统中的发射电极E138位于第一井筒26中，并与第一井筒26内的导电构件37接触，以便电流沿导电构件37流动；发射电极E239位于第二井筒27中，并与第二井筒27内的导电构件37接触，以便电流沿导电构件37流动。
返回电极R40位于第四井筒29内，发射电极E138由绝缘导线55(其上安装一个开关49)连接到电压控制或电流控制发射器36，发射电极E239由绝缘导线56(其上安装一个开关50)连接到电压控制或电流控制发射器36，返回电极R40通过绝缘导线57连接到电压控制或电流控制发射器36，以保证电路的完整。
当开关49闭合、开关50断开时，发射极电极E138注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件37向第一井筒26的井底53方向传播。虽然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动，从而在导电构件37上产生电磁场。
返回电极R40被放置在第四井筒29内，使得沿着导电构件37流动的电流C1随后将通过地层35，如图中电流线C5所示，回到返回电极R40。电流从发射电极E138出发，沿C1→C5的路径流动，并最终返回至返回电极R40，形成完整的电路。
同样的，当开关50闭合、开关49断开时，发射极电极E239注入电流的电流线如C3所示，电流沿导电构件37向第二井筒27的井底54方向传播。虽然一部分电流如电流线C4所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动，从而在导电构件37上产生电磁场。
返回电极R40被放置在第四井筒29内，使得沿着导电构件37流动的电流C3随后将通过地层35，如图中电流线C5所示，回到返回电极R40。电流从发射电极E239出发，沿C3→C5的路径流动，并最终返回至返回电极R40，形成完整的电路。
另外，需要根据第一井筒26、第二井筒27的位置，通过调整发射极和返回电极R40的相对位置，优化井筒内导电构件37上的电流。即，返回电极R40应安放在与目标井筒内的导电构件的末端相同或更深的位置，以确保导电构件37上的电流在穿过地层35回到返回电极R40之前将沿着布置在目标井筒中的导电构件37传播，并在其上产生可以被电磁传感器42测得的磁场。
如图8所示，发射电极E位于第一井筒26和第二井筒27附近，并由绝缘导线55(其上有开关49)与第一井筒26内的导电构件37接触，以便电流沿导电构件37流动；发射电极E还由绝缘导线56(其上有开关50)与第二井筒27内的导电构件37接触，以便电流沿导电构件37流动。
返回电极R40位于第四井筒29内，发射电极E由绝缘导线58连接到电压控制或电流控制发射器36，返回电极R40通过绝缘导线57连接到电压控制或电流控制发射器36，以保证电路的完整。
当开关49闭合、开关50断开时，发射电极E注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件37向第一井筒26的井底53方向传播。虽然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动，从而在导电构件37上产生电磁场。返回电极R40被放置在第四井筒29内，使得沿着导电构件37流动的电流C1随后将通过地层35，如图中电流线C5所示，回到返回电极R40。电流从发射电极E出发，沿C1→C5的路径流动，并最终返回至返回电极R40，形成完整的电路。
当开关50闭合、开关49断开时，发射电极E注入电流的电流线如C3所示，电流沿导电构件37向第二井筒27的井底54方向传播。虽然一部分电流如电流线C4所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动，从而在导电构件37上产生电磁场。返回电极R40被放置在第四井筒29内，使得沿着导电构件37流动的电流C3随后将通过地层35，如图中电流线C5所示，回到返回电极R40。电流从发射电极E出发，沿C3→C5的路径流动，并最终返回至返回电极R40，形成完整的电路。
另外，需要根据第一井筒26、第二井筒27的位置，通过调整发射极和返回电极R40的相对位置，优化井筒内导电构件37上的电流。即，返回电极R40应安放在与目标井筒内的导电构件的末端相同或更深的位置，以确保导电构件37上的电流在穿过地层35回到返回电极R40之前将沿着布置在目标井筒中的导电构件37传播，并在其上产生可以被电磁传感器42测得的磁场。
如图9所示，发射电极E138位于第一井筒26内，并与第一井筒26内的导电构件37相接触，以便电流沿导电构件37流动；发射电极E239位于第二井筒27内，并与第二井筒27内的导电构件37相接触，以便电流沿导电构件37流动。
返回电极R40位于在钻的第三井筒28内，发射电极E138由绝缘导线55(其上安装一个开关49)连接到电压控制或电流控制发射器36，发射电极E239由绝缘导线56(其上安装一个开关50)连接到电压控制或电流控制发射器36，返回电极R40通过绝缘导线57连接到电压控制或电流控制发射器36，以保证电路的完整。
当开关49闭合、开关50断开时，发射极电极E138注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件37向第一井筒26的井底53方向传播。虽然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动，从而使导电构件37产生电磁场。返回电极R40被放置在在钻的第三井筒28内，使得沿着导电构件37流动的电流C1随后将通过地层35，如图中电流线C5所示，回到返回电极R40。电流从发射电极E138出发，沿C1→C5的路径流动，并最终返回至返回电极R40，形成完整的电路。
当开关50闭合、开关49断开时，发射极电极E239注入电流的电流线如C3所示，电流沿导电构件37向第二井筒27的井底54方向传播。虽然一部分电流如电流线C4所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动，从而使导电构件37产生电磁场。返回电极R40被放置于在钻的第三井筒28内，使得沿着导电构件37流动的电流C3随后将通过地层35，如图中电流线C5所示，回到返回电极R40。电流从发射电极E239出发，沿C3→C5的路径流动，并最终返回至返回电极R40，形成完整的电路。
如图9所示，返回电极R40直接被安放于在钻的第三井筒28内的底部钻具组合(BHA)58靠近传输机构47的一端，其前端(即井眼延伸方向)为底部钻具组合(BHA)58，依次安放功率模块45、控制模块44、转向模块43、电磁传感器42和钻头41。底部钻具组合(BHA)58通过传输机构47承载，并与井口装置连接。
返回电极R40和电磁传感器42之间应部署的一个或多个绝缘体46，其作用是将返回电极R40与电磁传感器42绝缘，使电流C5沿绝缘导线流动，而不是使电流C5在底部钻具组合(BHA)58上传导，并在底部钻具组合(BHA)58的金属构件中产生磁场，从而对电磁传感器42产生干扰。
如图10所示，其中发射电极E位于第一井筒26和第二井筒27附近，并由绝缘导线55(其上有开关49)与第一井筒26内的导电构件37接触，以便电流沿导电构件37流动；发射电极E还由绝缘导线56(其上有开关50)第二井筒27内的导电构件37接触，以便电流沿导电构件37流动。
返回电极R40位于第三井筒28内，发射电极E由绝缘导线58连接到电压控制或电流控制发射器36，返回电极R40通过绝缘导线57连接到电压控制或电流控制发射器36，以保证电路的完整。
当开关49闭合、开关50断开时，发射电极E注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件37向第一井筒26的井底53方向传播。虽然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动，从而在导电构件37上产生电磁场。返回电极R40被放置于在钻的第三井筒28内，使得沿着导电构件37流动的电流C1随后将通过地层35，如图中电流线C5所示，回到返回电极R40。电流从发射电极E出发，沿C1→C5的路径流动，并最终返回至返回电极R40，形成完整的电路。
当开关50闭合、开关49断开时，发射电极E注入电流的电流线如C3所示，电流沿导电构件37向第二井筒27的井底54方向传播。虽然一部分电流如电流线C4所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动，从而在导电构件37上产生电磁场。返回电极R40被放置于在钻的第三井筒28内，使得沿着导电构件37流动的电流C3随后将通过地层35，如图中电流线C5所示，回到返回电极R40。电流从发射电极E出发，沿C3→C5的路径流动，并最终返回至返回电极R40，形成完整的电路。
如图10所示，返回电极R直接被安放于在钻的第三井筒28内的底部钻具组合(BHA)58靠近传输机构47一端，其前端为底部钻具组合(BHA)58，依次安放功率模块45、控制模块44、转向模块43、电磁传感器42和钻头41。底部钻具组合(BHA)58通过传输机构47承载，并与井口装置32连接。返回电极R40和电磁传感器42之间应部署的一个或多个绝缘体46。
如图11所示，其中发射电极E138位于第一井筒26内距井口较近的位置，并与第一井筒26内的导电构件37相接触，以便电流沿导电构件37流动；发射电极E239位于第二井筒27内距井口较近的位置，并与第二井筒27内的导电构件37相接触，以便电流沿导电构件37流动。
返回电极R151被安放在第一井筒26内的距井底53较近的位置，返回电极R252被安放在第二井筒27内的距第二井筒27井底54较近的位置，发射电极E138、发射电极E239与返回电极R151、返回电极R252中间分别由绝缘导线连接到电压或电流控制发射器36，以保证电路的完整。
当开关49闭合、开关50断开时，发射极电极E138注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件37向第一井筒26的井底53方向传播到返回电极R151。虽到然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动到返回电极R151，从而在导电构件37上产生电磁场。
当开关50闭合、开关49断开时，发射极电极E239注入电流的电流线如C3所示，电流沿导电构件37向第二井筒27的井底54方向传播到返回电极R252。虽到然一部分电流如电流线C4所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动到返回电极R252，从而在导电构件37上产生电磁场。
该方案中，返回电极位于目标井筒的井眼内的距该井筒井底较近的位置，使得沿着导电构件流动的电流直接回到返回电极，形成完整的电路。另外需要根据钻井正在钻进的情况，通过调整发射极和返回电极的相对位置，优化目标井眼内导电构件上的电流。即，钻头41和电磁传感器42的相对位置应位于发射电极与返回电极的中间，以保证电磁传感器42可以测量到导电构件37上产生的磁场梯度。
如图12所示，发射电极E放置在丛式井井口附近，并由设有开关49的绝缘导线55和设有开关50的绝缘导线56与分别第一井筒26内的导电构件37和第二井筒27内的导电构件37相接触，以便电流沿导电构件37流动。
返回电极R151被安放在第一井筒26内的距其井底53较近的位置，返回电极R252被安放在第二井筒27内的距其井底54较近的位置，发射电极E与返回电极R151、返回电极R252中间分别由绝缘导线57连接到电压或电流控制发射器36，以保证电路的完整。
当开关49闭合、开关50断开时，发射电极E注入电流的电流线如C1所示，电流沿导电构件37向第一井筒26的井底53方向传导到返回电极R151。虽到然一部分电流如电流线C2所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动到返回电极R151，从而在导电构件37上产生电磁场。
当开关50闭合、开关49断开时，发射电极E注入电流的电流线如C3所示，电流沿导电构件37向第二井筒27的井底54方向传导到返回电极R252。虽到然一部分电流如电流线C4所示将泄漏到地层35中，但由于地层35与导电构件37的电阻相差较为悬殊，大部分电流将沿导电构件37流动到返回电极R252，从而在导电构件37上产生电磁场。
该方案中，返回电极位于目标井筒的井眼内的距该井筒井底较近的位置，使得沿着导电构件流动的电流直接回到返回电极，形成完整的电路。另外需要根据井眼正在钻进的情况，通过调整发射极和返回电极的相对位置，优化目标井眼内导电构件上的电流。即，钻头41和电磁传感器42的相对位置应位于发射电极E与返回电极的中间，以保证电磁传感器42可以测量到导电构件37上产生的磁场梯度。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于丛式井防碰的主动测距系统，其特征在于，包括：
电流注入系统，包括电压控制或电流控制发射器、发射电极和返回电极，电压控制或电流控制发射器连接于发射电极和返回电极之间，经发射电极流出的交流电在目标井筒中流动；
磁测量系统，用于测量目标井筒中导电构件上电流产生的电磁场，包括设置于在钻井中的电磁传感器；
导电构件为套管或衬管；导电构件为由发射电极流出的交流电提供沿井筒电流流动的路径；
所述电磁传感器至少包含一个磁梯度传感器,测量发射电极在目标井筒的导电构件上产生的磁场在钻进井筒处的磁梯度和绝对磁场强度，通过测量的磁梯度计算井间相对距离和位置；
四口井：第一井筒、第二井筒、第三井筒和第四井筒；第一井筒和第二井筒为目标井，第三井筒为在钻井，第四井筒为已钻成井；
返回电极位于第四井筒内，返回电极通过绝缘导线连接到电压控制或电流控制发射器；
发射电极包括发射电极E1和发射电极E2；发射电极E1位于第一井筒中，并与第一井筒内的导电构件接触；发射电极E2位于第二井筒中，并与第二井筒内的导电构件接触；发射电极E1由绝缘导线连接到电压控制或电流控制发射器，在发射电极E1与电压控制或电流控制发射器之间的绝缘导线上设置有开关A，发射电极E2由绝缘导线连接到电压控制或电流控制发射器，在发射电极E2与电压控制或电流控制发射器之间的绝缘导线上设置有开关B；
当开关A闭合、开关B断开时，电流沿导电构件向第一井筒的井底方向传播，在导电构件上产生电磁场，沿着导电构件流动的电流通过地层回到返回电极；当开关B闭合、开关A断开时，电流沿导电构件向第二井筒的井底方向传播，在导电构件上产生电磁场，沿着导电构件流动的电流通过地层回到返回电极。
2.根据权利要求1所述的一种用于丛式井防碰的主动测距系统，其特征在于，所述第三井筒内部具有底部钻具组合，底部钻具组合通过传送机构连接钻井地面设备。
3.根据权利要求2所述的一种用于丛式井防碰的主动测距系统，其特征在于，所述底部钻具组合包括钻头和用于驱动钻头的功率模块，所述电磁传感器靠近钻头安装。
4.根据权利要求2所述的一种用于丛式井防碰的主动测距系统，其特征在于，所述钻井地面设备包括设置于地表的钻井平台和设置于井口的防喷器。
5.一种用于丛式井防碰的主动测距方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的用于丛式井防碰的主动测距系统，包括以下步骤：
步骤（1）发射电极与目标井筒接触或通过导线相连，发射电极和返回电极分别通过导线与交流电源相连；
步骤（2）电流沿导电构件从目标井筒的井口向其井底方向传播，使之在导电构件上产生电磁场；
步骤（3）沿导电构件流动的电流随后通过地层回到返回电极；
步骤（4）通过电磁传感器测量得到电流在导电构件上产生的磁场梯度。
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