CN111474595A - 钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法及设备，将定向传感器固定在转台上，使定向传感器的倾斜角和方位角等于井眼的井斜角和方位角；将转台放置在三轴亥姆霍兹线圈内，使三轴亥姆霍兹线圈产生的磁场强度和磁场方向与井眼所在位置处地球磁场的磁场强度和磁场方向相同；记录定向传感器采集到的方位角测量值；将磁性组件放置在转台上，使磁性组件产生的磁场的磁场强度和磁场方向与钻具产生的磁场的磁场强度和磁场方向相同；记录定向传感器采集到的方位角测量值；对比记录的方位角测量值，判断得到钻具磁干扰对定向传感器测量井眼方位角产生的影响。本发明用以更精确的掌握现场条件下井眼轨迹的不确定度，提高钻井施工的中靶率。

Description

钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法及设备
技术领域
本发明属于石油行业井下环境影响模拟测试技术领域，具体涉及钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法及设备。
背景技术
在石油工程中，为了对井眼轨迹进行精确控制，通常采用测量井眼与地球磁子午线水平夹角的方法，判断工程参数方位角。但是，在井下测量地球磁场会受到其它干扰源的影响。而在诸多干扰源中，钻具组合(Bottom hole assembly,简称BHA)磁化形成的轴向磁场干扰是方位角测量的一个重要的误差因素。为了更准确的掌握和控制井眼轨迹的不确定度，需要对BHA磁化的误差因素进行预估，判断在不同姿态的井眼轨迹下方位测量的精度。
目前，在石油工程的钻井和随钻测量行业，由于BHA在不同姿态下所产生的轴向磁场和地球磁场方向的夹角各不相同，所以BHA磁化对井眼轨迹方位角测量的影响难以估计。
另外，由于在不同地理纬度的地球主磁场在磁子午线的投影和磁场强度会有变化，所以在石油工程中，相同井眼轨迹的不同井位，BHA磁化对方位角测量的影响也不相同。
发明内容
针对现有技术中的技术问题，本发明提供了钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法及设备，其目的在于解决井下BHA磁化对方位角测量误差影响难以预估的问题，在石油工程中，利用人工磁场和磁性干扰源，通过模拟不同井眼姿态和不同磁场环境，在不同轴向磁场干扰条件下进行测试，验证BHA轴向磁干扰对方位角测量误差的影响，用以更精确的掌握现场条件下井眼轨迹的不确定度，提高钻井施工的中靶率。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法，包括以下步骤：
步骤1：将定向传感器固定在转台上，调节所述转台，使所述定向传感器的倾斜角和方位角等于井眼的井斜角和方位角；
将所述转台放置在三轴亥姆霍兹线圈内，调节所述三轴亥姆霍兹线圈，使所述三轴亥姆霍兹线圈产生的磁场的磁场强度和磁场方向与井眼所在位置处地球磁场的磁场强度和磁场方向相同；
记录此状态下所述定向传感器采集到的方位角测量值；
步骤2：将磁性组件放置在所述转台上，调节所述磁性组件，使所述磁性组件产生的磁场的磁场强度和磁场方向与钻具产生的磁场的磁场强度和磁场方向相同；
记录此状态下所述定向传感器采集到的方位角测量值；
步骤3：对比所述步骤1记录的方位角测量值和所述步骤2记录的方位角测量值，判断得到钻具磁干扰对定向传感器测量井眼方位角产生的影响。
进一步地，所述步骤1中，将所述转台放置在所述三轴亥姆霍兹线圈内后，使所述定向传感器位于所述三轴亥姆霍兹线圈的中心位置。
进一步地，所述步骤2中，所述磁性组件包括若干磁性单元，通过改变所述磁性单元的数量实现调节所述磁性组件的磁场强度。
进一步地，所述步骤2中，通过改变所述磁性组件与所述定向传感器之间的距离实现调节所述磁性组件的磁场强度。
进一步地，所述转台包括底盘、连接耳板和安装板，两个所述连接耳板正对固定在所述底盘的上端面，所述安装板铰接在两个所述连接耳板之间，所述安装板上用于安装所述定向传感器和所述磁性组件，通过转动所述底盘调节所述定向传感器的方位角，通过转动所述安装板调节所述定向传感器的倾斜角。
进一步地，所述定向传感器为基于三个磁通门和三个加速度计的定向传感器。
钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断设备，包括三轴亥姆霍兹线圈、转台、定向传感器和磁性组件，所述转台位于所述三轴亥姆霍兹线圈内，所述转台用于安装所述定向传感器和所述磁性组件。
进一步地，所述转台包括底盘、连接耳板和安装板，所述底盘能够转动，两个所述连接耳板正对固定在所述底盘的上端面，所述安装板铰接在两个所述连接耳板之间，所述安装板上用于安装所述定向传感器和所述磁性组件，所述底盘用于调节所述定向传感器的方位角，所述安装板用于调节所述定向传感器的倾斜角。
进一步地，所述磁性组件与所述安装板之间通过滑槽配合安装，所述磁性组件能够沿所述安装板滑动。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明一种钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法，可以通过调节三轴亥姆霍兹线圈内空间矢量磁场的大小和方向，模拟石油工程中，任意钻井井位不同地理纬度的地球磁场数据；通过调节磁性组件的磁极强度，以及磁性组件和定向传感器的距离，可以模拟BHA磁化所形成的轴向磁干扰；最后通过转台的在不同方位角和倾斜角(即井眼的井斜角)的转动，可以方便的模拟验证BHA轴向磁干扰在不同地球磁场，不同井眼轨迹下对方位角误差的影响。本发明可以为钻井工程选择BHA组合提供参考数据，并为随钻测量行业选择无磁钻具长度提供试验依据。也就是说，本发明在石油工程应用中，利用人工磁场和磁性干扰源，通过模拟不同井眼姿态和不同磁场环境，在不同轴向磁场干扰条件下进行测试，验证BHA轴向磁干扰对方位角测量误差的影响，用以更精确的掌握现场条件下井眼轨迹的不确定度，提高钻井施工的中靶率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断设备的结构示意图；
图2为本发明钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法的流程示意图；
图3为定向传感器在模拟环境中的测量数据采集示意图；
图4为定向传感器在同轴向磁干扰条件下测量数据采集示意图；
图5为磁性组件模拟轴向磁场干扰源示意图。
其中：1-三轴亥姆霍兹线圈；2-转台；21-底盘；22-连接耳板；23-安装板；3-定向传感器；4-磁性组件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
作为本发明的某一具体实施方式，参见图2所示，本发明钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法，包括以下步骤：
S1.定向传感器3在模拟环境中的测量数据采集记录
首先将定向传感器3固定在转台2上，定向传感器3为基于三个磁通门和三个加速度计的定向传感器；然后如图3所示，调节转台2的倾斜角和方位角到指定位置，模拟定向传感器所在BHA于井眼下所处于的空间姿态；也就是说，使定向传感器3的倾斜角和方位角等于井眼的井斜角和方位角；
本实施例中，转台2可以调整任意倾角和方位姿态，用以模拟钻具组合在井下的不同姿态，具体提供了一种转台2的结构，包括底盘21、连接耳板22和安装板23，底盘21能够转动，两个连接耳板22正对固定在底盘21的上端面，安装板23铰接在两个连接耳板22之间，安装板23上用于安装定向传感器3和磁性组件4，且磁性组件4与安装板23之间通过滑槽配合安装，磁性组件4能够沿安装板23滑动，底盘21用于调节定向传感器3的方位角，安装板23用于调节定向传感器3的倾斜角，本实施例的结构简单，便于调节；
接着将三轴亥姆霍兹线圈1置于转台2的外围，即将转台2放置在三轴亥姆霍兹线圈1内，为了使得结果更加准确，将转台2放置在三轴亥姆霍兹线圈1内后，应使定向传感器3位于三轴亥姆霍兹线圈1的中心位置；
如图1所示，调整三轴亥姆霍兹线圈1在空间XB、YB、ZB轴的磁场矢量参数，在抵消了环境静态磁场后，使得三轴亥姆霍兹线圈内的磁场强度和磁场方向达到指定状态，模拟定向传感器所在BHA于井下所处于的地球磁场状态；也就是说，通过调节三轴亥姆霍兹线圈1，使三轴亥姆霍兹线圈1产生的磁场的磁场强度和磁场方向与井眼所在位置处地球磁场的磁场强度和磁场方向相同；
为了模拟BHA于井下所处于的不同地理纬度的地球磁场状态，通过调整三轴亥姆霍兹线圈1在空间XB、YB、ZB轴的磁场矢量参数，可以调整磁倾角DIP和总磁场TMF，也就是说，通过调整空间三轴方向的磁场强度，可以改变三轴亥姆霍兹线圈1的磁场方向和总磁场强度，具体如式(1)和式(2)所示：
Figure BDA0002479539950000051
Figure BDA0002479539950000052
模拟BHA在不同地理纬度井下所处于的地球磁场状态的方法，例如：
调整三轴亥姆霍兹线圈1的ZB轴为40μT，XB轴为30μT，YB为30μT，磁倾角DIP为36.9°,总磁场TMF为50μT；
记录定向传感器3在本步骤中的模拟环境状态下的方位角测量值。
S2.在同轴向磁干扰条件下，定向传感器3在模拟环境中的测量数据采集记录
为了便于安装磁性组件4，首先将转台2恢复至初始位置；如图4所示，将磁性组件4固定到转台2的安装板23的尾部，使磁性组件4的轴向平行于定向传感器3的轴向；也就是说，使磁性组件4产生的磁场的磁场方向与钻具产生的磁场的磁场方向相同，通过调节磁性组件4在定向传感器3上的磁感应强度，用以模拟钻具组合形成的轴向磁干扰；
然后如图5所示，调整磁性组件4的磁极强度PL以及磁性组件4和定向传感器3的轴向距离L(所述距离指的是磁性组件4左端到定向组件3磁通门Z轴的距离)，用以改变磁性组件4在定向传感器3的磁场强度△Bc，使磁性组件4产生的磁场的磁场强度与钻具产生的磁场的磁场强度相同；如式(4)所示：
Figure BDA0002479539950000061
磁性组件4包括若干磁性单元，通过改变磁性单元的数量实现调节磁性组件4的磁场强度，方便对磁极强度PL进行调整；
磁场强度△Bc为模拟BHA磁化后产生轴向磁场在定向传感器位置作用的磁场强度；磁场强度△Bc的具体参数可以由BHA不同组件的磁极强度作用在BHA无磁钻具中定向组件的总磁场强度所决定，获取该参数的方法可以通过现场测量获取，也可以使用BHA磁极强度的经验值进行估算，例如，磁化钻柱上极：+900μWb；动力钻具：-1000μWb；扶正器：-90μWb等；
最后调整转台2的倾斜角和方位角到S1的指定位置；调整三轴亥姆霍兹线圈1在空间XB、YB、ZB轴的磁场矢量参数为S1的设置参数；
记录定向传感器3在本步骤中的模拟环境状态下的方位角测量值。
S3.对比定向传感器3在S1和S2不同条件下方位角的测量数据，判断定向传感器在轴向磁场干扰下方位角测量误差，即判断得到钻具磁干扰对定向传感器测量井眼方位角产生的影响，本步骤可采用步骤1记录的方位角测量值和步骤2记录的方位角测量值作差得到误差。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将定向传感器(3)固定在转台(2)上，调节所述转台(2)，使所述定向传感器(3)的倾斜角和方位角等于井眼的井斜角和方位角；
将所述转台(2)放置在三轴亥姆霍兹线圈(1)内，调节所述三轴亥姆霍兹线圈(1)，使所述三轴亥姆霍兹线圈(1)产生的磁场的磁场强度和磁场方向与井眼所在位置处地球磁场的磁场强度和磁场方向相同；
记录此状态下所述定向传感器(3)采集到的方位角测量值；
步骤2：将磁性组件(4)放置在所述转台(2)上，调节所述磁性组件(4)，使所述磁性组件(4)产生的磁场的磁场强度和磁场方向与钻具产生的磁场的磁场强度和磁场方向相同；
记录此状态下所述定向传感器(3)采集到的方位角测量值；
步骤3：对比所述步骤1记录的方位角测量值和所述步骤2记录的方位角测量值，判断得到钻具磁干扰对定向传感器测量井眼方位角产生的影响。
2.根据权利要求1所述的钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法，其特征在于，所述步骤1中，将所述转台(2)放置在所述三轴亥姆霍兹线圈(1)内后，使所述定向传感器(3)位于所述三轴亥姆霍兹线圈(1)的中心位置。
3.根据权利要求1所述的钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法，其特征在于，所述步骤2中，所述磁性组件(4)包括若干磁性单元，通过改变所述磁性单元的数量实现调节所述磁性组件(4)的磁场强度。
4.根据权利要求1所述的钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法，其特征在于，所述步骤2中，通过改变所述磁性组件(4)与所述定向传感器(3)之间的距离实现调节所述磁性组件(4)的磁场强度。
5.根据权利要求1所述的钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法，其特征在于，所述转台(2)包括底盘(21)、连接耳板(22)和安装板(23)，两个所述连接耳板(22)正对固定在所述底盘(21)的上端面，所述安装板(23)铰接在两个所述连接耳板(22)之间，所述安装板(23)上用于安装所述定向传感器(3)和所述磁性组件(4)，通过转动所述底盘(21)调节所述定向传感器(3)的方位角，通过转动所述安装板(23)调节所述定向传感器(3)的倾斜角。
6.根据权利要求1所述的钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断方法，其特征在于，所述定向传感器(3)为基于三个磁通门和三个加速度计的定向传感器。
7.钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断设备，其特征在于，包括三轴亥姆霍兹线圈(1)、转台(2)、定向传感器(3)和磁性组件(4)，所述转台(2)位于所述三轴亥姆霍兹线圈(1)内，所述转台(2)用于安装所述定向传感器(3)和所述磁性组件(4)。
8.根据权利要求7所述的钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断设备，其特征在于，所述转台(2)包括底盘(21)、连接耳板(22)和安装板(23)，所述底盘(21)能够转动，两个所述连接耳板(22)正对固定在所述底盘(21)的上端面，所述安装板(23)铰接在两个所述连接耳板(22)之间，所述安装板(23)上用于安装所述定向传感器(3)和所述磁性组件(4)，所述底盘(21)用于调节所述定向传感器(3)的方位角，所述安装板(23)用于调节所述定向传感器(3)的倾斜角。
9.根据权利要求8所述的钻具磁干扰对测量井眼方位角产生影响的判断设备，其特征在于，所述磁性组件(4)与所述安装板(23)之间通过滑槽配合安装，所述磁性组件(4)能够沿所述安装板(23)滑动。
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