CN111502631A - 一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法及系统，其特征在于，包括以下内容：一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，其特征在于，包括以下内容：1)建立救援井井下瞬变电磁探测模型，包括救援井、事故井套管、介质和救援井井下探测系统，并确定救援井井下探测系统中绕于探头铁芯上的接收线圈磁场强度；2)根据接收线圈的磁场强度，确定接收线圈的时域感应电动势；3)采用地面模拟距离刻度实验装置，抑制环境噪音并建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；4)根据建立的刻度关系和得到的时域感应电动势，确定救援井与事故井套管之间的相对距离，可以广泛应用于井下探测技术领域中。

Description

一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法及系统

技术领域

本发明是关于一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法及系统，属于井下探测技术领域。

背景技术

在石油的开采过程中，一旦发生井喷事故，极易造成严重的火灾、操作设备的毁坏、油气井的报废、环境的污染，甚至是人员的伤亡等难以控制的灾难性事件。而救援井正是在发生井喷、溢流和坍塌等事故的情况下，对事故井进行救援的过程，具体地说，就是需要钻一口新井，并将其与事故井进行连通，以对事故井进行封堵，消除井喷和溢流，实施救援。

由于井眼轨迹不确定性的存在，要实现救援井与事故井的连通必须借助相应的探测定位工具，在钻井过程中需要通过不断地测量救援井与事故井之间的相对距离和方位，逐步引导救援井与事故井的钻遇连通。而测距作业是救援井作业过程中最重要的环节，因此有必要对救援井探测定位作业进行分析，以对救援井的设计作业提供相应的指导和参考。

现有技术中，研究员通过对救援井与事故井相对位置的不确定性进行分析，采用瞬变电磁探测定位系统取代静磁定位系统，设计测距作业流程，得出提高测距范围和探测精度的方法；研究员还通过井下电极将电流注入地层，并以球形对称的形式向地层中发散，采用三轴磁通门传感器对各个方向的磁场分量进行探测，并根据磁场分量在平面上的投影关系，采用毕奥萨伐尔定律确定磁场和井间距离的值，但是，该种方法的距离探测精度不高。为提高探测精度，现有技术还包括一种高接收信号强度的方法，通过分析救援井中接收线圈响应的影响因素，确定事故井套管上聚集电流产生的磁场空间分布，提高接收信号的强度，进而提高两井相对距离的反演精度。然而，上述方法虽然可以实现距离的反演，但是只给出距离计算的理论公式，并未结合实际测试环境，对接收响应与距离的对应关系进行标定和刻度，也未对反演结果进行验证分析，反演的结果可能与真实距离存在一定区别，误差较大，因此，需要寻求一种救援井与事故井之间相对距离刻度确定和噪声抑制的方法，可以根据刻度系数，通过接收信号救援井与事故井之间的相对距离进行反演，进而能够提高测量数据的反演和解释精度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高测量数据的反演和解释精度的救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，包括以下内容：1)建立救援井井下瞬变电磁探测模型，包括救援井、事故井套管、介质和救援井井下探测系统，并确定救援井井下探测系统中绕于探头铁芯上的接收线圈磁场强度；2)根据接收线圈的磁场强度，确定接收线圈的时域感应电动势；3)采用地面模拟距离刻度实验装置，抑制环境噪音并建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；4)根据建立的刻度关系和得到的时域感应电动势，确定救援井与事故井套管之间的相对距离。

优选地，所述步骤1)中的介质由内到外依次为铁芯、空气、地层和事故井套管，各层介质的电参量和半径分别为(μ_j,ε_j,σ_j)和r_j，其中，j为介质的层数，μ_j为第j层介质的磁导率，ε_j为第j层介质的介电常数，σ_j为第j层介质的电导率；绕于探头铁芯上的接收线圈的磁场强度H_z1(ω,d)为：

式中，参数g＝N_TI_Tr₀/π，N_T为发射线圈匝数，I_T为发射电流，r₀为铁芯半径；A₁为待定系数；I₀(·)为第一类一阶修正贝塞尔函数，x_j和λ分别为引入变量，且满足

参数k_j＝μ_jε_jω²-iμ_jσ_jω，ω为角频率；z为发射线圈与接收线圈之间的距离；d为救援井与事故井套管之间的相对距离。

优选地，所述步骤2)的具体过程为：2.1)根据磁场强度与感应电动势的关系，得到接收线圈接收的频域感应电动势U(ω,d)为：

式中，N_R为接收线圈的匝数；S_R为磁通量穿过接收线圈的有效面积；μ为磁导率；

2.2)采用G-S逆拉普拉斯变换，将频域感应电动势转换至时域，得到时域感应电动势U(t,d)为：

式中，参数

t_of为对发射线圈所施加激励信号的关断时间；

t为采样时间；D_m为G-S逆拉普拉斯变换的积分系数，m为阶数；M为G-S逆拉普拉斯变换的总点数。

优选地，所述步骤3)的具体过程为：3.1)设置地面模拟距离刻度实验装置；3.2)设定井下探测仪与地面金属套管之间的相对距离，向两个对称的发射线圈施加反向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₁；3.3)同时，向两个对称的发射线圈施加同向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₂；3.4)根据两次测量的感应电动势U₁和U₂中的有用信号，抑制环境噪音；3.5)获取噪声抑制后该相对距离下接收线圈的感应电动势；3.6)改变相对距离，进入所述步骤3.2)，直至获取预设数量的噪声抑制后各相对距离下接收线圈的感应电动势；3.7)根据各相对距离及其对应的接收线圈的感应电动势，建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；3.8)重复所述步骤3.2)至步骤3.7)建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系，直至采用该刻度关系求解的相对距离与实际相对距离之间的误差在预先设定的范围内，此时的刻度关系即为最优的刻度关系。

优选地，所述步骤3.1)的具体过程为：3.1.1)采用地面金属套管表示救援井井下瞬变电磁探测模型的事故井套管，并将地面金属套管进行固定，使其位置不变；3.1.2)通过救援井井下探测系统的井下探测仪在地面的移动模拟井下探测仪在救援井井下瞬变电磁探测模型的救援井中的移动，保证地面金属套管与井下探测仪的探头轴向平行。

优选地，所述步骤3.2)的具体过程为：3.2.1)向两个对称的发射线圈施加反向激励，使其形成聚焦场；3.2.2)以预先设定的速度将井下探测仪从预设的起点拉至终点；3.2.3)采集接收线圈接收的信号；3.2.4)对采集到的信号进行处理，固定采样时间，得到该相对距离下接收线圈的感应电动势U₁。

优选地，所述步骤3.3)的具体过程为：3.3.1)向两个对称的发射线圈施加同向激励；3.3.2)以与所述步骤3.2.2)相同的速度将井下探测仪从预设的起点拉至终点；3.3.3)采集接收线圈接收的信号；3.3.4)对采集到的信号进行处理，固定采样时间，得到该相对距离下接收线圈的感应电动势U₂。

一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制系统，包括：探测模型构建模块，用于建立救援井井下瞬变电磁探测模型，包括救援井、事故井套管、介质和救援井井下探测系统，并确定救援井井下探测系统中绕于探头铁芯上的接收线圈磁场强度；感应电动势确定模块，用于根据接收线圈的磁场强度，确定接收线圈的时域感应电动势；刻度关系确定和噪声抑制模块，用于采用地面模拟距离刻度实验装置，抑制环境噪音并建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；相对距离确定模块，用于根据建立的刻度关系和得到的时域感应电动势，确定救援井与事故井套管之间的相对距离。

优选地，所述感应电动势确定模块包括：频域感应电动势确定单元，用于根据磁场强度与感应电动势的关系，得到接收线圈接收的频域感应电动势；时域感应电动势确定单元，用于采用G-S逆拉普拉斯变换，将频域感应电动势转换至时域，得到时域感应电动势。

优选地，所述刻度关系确定和噪声抑制模块包括：实验装置设置单元，用于设置地面模拟距离刻度实验装置；反向激励施加单元，用于设定井下探测仪与地面金属套管之间的相对距离，向两个对称的发射线圈施加反向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₁；同向激励单元，用于向两个对称的发射线圈施加同向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₂；环境噪音抑制单元，用于根据两次测量的感应电动势U₁和U₂中的有用信号，抑制环境噪音；感应电动势获取单元，用于获取噪声抑制后该相对距离下接收线圈的感应电动势；刻度关系建立单元，用于根据各相对距离及其对应的接收线圈的感应电动势，建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；最优刻度关系确定单元，用于根据所述刻度关系建立单元建立的刻度关系，确定最优的刻度关系。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明基于瞬变电磁井下探测理论，采用地面金属套管代替井下事故井套管，并固定地面金属套管的位置，通过井下探测仪在地面的移动模拟井下探测仪在救援井中的移动探测，改变地面金属套管与井下探测仪之间的距离，分析接收线圈感应电动势的幅值随地面金属套管与井下探测仪相对距离变化的趋势，建立接收线圈感应电动势与实际相对距离之间的对应关系，实现地面金属套管与井下探测仪相对距离的标定和刻度，进而确定救援井与事故井之间的相对距离。

2、针对外界环境对井下探测仪带来的噪声，本发明井下探测仪的探头采用两个对称的发射线圈和一个接收线圈，两个发射线圈同向发射一次信号，反向发射一次信号，利用两次发射有用信号的相关性，抑制近处的噪声干扰，可以大大提高测试信号的信噪比，进一步提高测量数据的反演和解释精度。

3、本发明通过地面模拟距离刻度实验装置验证井下探测仪的距离探测性能，建立感应电动势与实际相对距离之间的对应关系，并对此对应关系多次印证和校准，以确保救援井井下探测系统测量结果准确可靠，最终利用接收线圈的感应电动势实现事故井套管与井下探测仪相对距离的标定，可以广泛应用于事故井探测定位和煤矿井下超前探测等领域中。

附图说明

图1是基于瞬变电磁法的救援井井下探测系统的结构示意图；

图2是井下探测系统中井下探测仪的探头结构示意图；

图3是本发明方法的流程图；

图4是本发明中地面模拟距离刻度实验装置的结构示意图；

图5是本发明实施例中接收线圈感应电动势随两井相对距离变化的曲线示意图；

图6是本发明实施例中抑制噪声后接收线圈感应电动势随两井相对距离变化的曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

由于本发明提出的救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法涉及到基于瞬变电磁法的救援井井下探测系统的相关内容，下面对相关内容进行介绍，以便本领域技术人员对本发明的内容更加清楚。

如图1所示，基于瞬变电磁法的救援井井下探测系统包括井下探测仪、地面处理模块和上位机。

救援井内设置有井下探测仪，救援井外设置有地面处理模块和上位机。井下探测仪包括外壳，外壳内从上向下依次设置有控制模块、发射接收模块和探头，发射接收模块包括发射电路和接收信号处理单元，如图2所示，探头包括铁芯、发射线圈和接收线圈，两个发射线圈和一个接收线圈均围设于铁芯上，接收线圈位于铁芯的中部，两个发射线圈分别位于铁芯的两端，且呈对称分布。

控制模块用于输出单极性信号。

发射电路用于将单极性信号转换为双极性信号。

探头的发射线圈用于将双极性信号作为激励信号，产生周期性的一次场。当激励信号关闭后，磁场消失，磁通量发生变化，该变化通过空气传至救援井与事故井之间的介质，并在介质中激发出感应涡流以维持激励信号断开前存在的磁场不会立即消失，由于介质的欧姆损耗，介质中激发出的感应涡流迅速衰减，由感应涡流产生二次场信号。

探头的接收线圈用于对二次场信号进行感应，得到感应电动势。

接收信号处理单元用于对感应电动势进行差分放大后发送至控制模块。

控制模块用于将差分放大后的感应电动势通过电缆发送至地面处理模块。

地面处理模块用于对差分放大后的感应电动势进行解耦、去噪和放大后通过USB接口发送至上位机。

上位机用于对解耦、去噪和放大后的二次场信号进行精细化数据处理和成像显示。

基于上述对于救援井井下探测系统的说明，如图3所示，本发明的救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，包括以下步骤：

1)基于法拉第电磁感应定律，建立救援井井下瞬变电磁探测模型，包括救援井、事故井套管、介质和基于瞬变电磁法的救援井井下探测系统，其中，介质由内到外依次为铁芯、空气、地层和事故井套管(或钻杆)，各层介质的电参量和半径分别为(μ_j,ε_j,σ_j)和r_j，j为介质的层数，μ_j为第j层介质的磁导率，ε_j为第j层介质的介电常数，σ_j为第j层介质的电导率，可以得到绕于探头铁芯上的接收线圈的磁场强度H_z1(ω,d)为：

式中，参数g＝N_TI_Tr₀/π，N_T为发射线圈匝数，I_T为发射电流，r₀为铁芯半径；A₁为待定系数，与各层介质的电参数、几何参数以及救援井与事故井套管之间的相对距离d等有关；I₀(·)为第一类一阶修正贝塞尔函数，x_j和λ分别为引入变量，且满足

参数k_j＝μ_jε_jω²-iμ_j·σ_jω，ω为角频率；z为发射线圈与接收线圈之间的距离。井下瞬变电磁探测通常假设被测区域纵向均匀，通过判断瞬变响应的衰减速度分析金属异常体的距离、形状等参数。

2)根据磁场强度与感应电动势的关系，得到接收线圈接收的频域感应电动势U(ω,d)为：

式中，N_R为接收线圈的匝数；S_R为磁通量穿过接收线圈的有效面积；μ为磁导率。

3)采用G-S逆拉普拉斯变换，将频域感应电动势U(ω,d)转换至时域，得到时域感应电动势U(t,d)为：

式中，参数

t_of为对发射线圈所施加激励信号的关断时间；

t为采样时间；D_m为G-S逆拉普拉斯变换的积分系数，m为阶数；M为G-S逆拉普拉斯变换的总点数。

4)分析上述公式(3)可知，当采样时间t确定时，未知量仅为救援井与事故井套管之间的相对距离d。因此，固定采样时间t，通过接收线圈感应电动势的大小即可反演出两井之间的相对距离d。将某一采样时间t下感应电动势与两井相对距离的刻度关系表示为：

d＝f[U(t,d)] (4)

式中，f为接收线圈感应电动势与两井之间相对距离的对应关系。

利用接收线圈的感应电动势可对救援井与事故井套管之间的相对距离d进行反演，但是，在反演的过程中，需要找出感应电动势幅值与相对距离d大小的对应关系。为找出这一对应关系，需要开展刻度实验，如图4所示，采用地面模拟距离刻度实验装置，抑制环境噪声并建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系，具体为：

4.1)设置井下事故井与救援井的地面模拟距离刻度实验装置：

4.1.1)采用地面金属套管表示救援井井下瞬变电磁探测模型的事故井套管，并将地面金属套管进行固定，使其位置不变。

4.1.2)通过救援井井下探测系统的井下探测仪在地面的移动模拟井下探测仪在救援井井下瞬变电磁探测模型的救援井中的移动，保证地面金属套管与井下探测仪的探头轴向平行。

4.2)设定井下探测仪与地面金属套管之间的相对距离为A，向两个对称的发射线圈施加反向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₁：

4.2.1)向两个对称的发射线圈施加反向激励，使其形成聚焦场，提高探测距离，同时提高磁芯的灵敏度。

4.2.2)以Vm/min的速度将井下探测仪从预设的起点拉至终点。

4.2.3)通过数据采集卡采集接收线圈接收的信号，其中，数据采集卡可以采用型号为NI-USB-4431的24位数据采集卡。

4.2.4)对采集到的信号进行处理，固定采样时间t，得到该相对距离下接收线圈的感应电动势U₁。

4.3)同时，向两个对称的发射线圈施加同向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₂：

4.3.1)向两个对称的发射线圈施加同向激励，使接收线圈接收的响应中包括更多的近处环境信息。

4.3.2)以Vm/min的速度将井下探测仪从预设的起点拉至终点。

4.3.3)通过数据采集卡采集接收线圈接收的信号。

4.3.4)对采集到的信号进行处理，固定采样时间，得到该相对距离下接收线圈的感应电动势U₂。

4.4)根据两次测量的感应电动势U₁和U₂中的有用信号，抑制环境噪音：

4.4.1)假设感应电动势U₁和U₂均包括有用信号分量和噪声信号分量，即：

U₁＝U_{1_d}+U_{1_n} (5)

U₂＝U_{2_d}+U_{2_n} (6)

式中，U_{1_d}和U_{2_d}为有用信号分量；U_{1_n}和U_{2_n}为噪声信号分量。

4.4.2)两次测量过程中，有用信号之间是相关的，假设两次测量的有用信号之间的关系满足配准矩阵T∈C^L×L，其中，C为表示向量或矩阵维数的符号，L为接收信号总的采样时间即采样总次数，即：

U_{1_d}＝TU_{2_d} (7)

4.4.3)假设噪声信号分量U_n服从高斯分布且两次测量的背景磁噪声独立同分布。由于接收线圈的匝数不变，两次测量的噪声相关矩阵也相同。因此，将两次测量的自相关矩阵进行相减，可以对消掉信号相关矩阵：

R_{1_n}-TR_{1_n}T^T＝X (8)

X＝R₂-TR₁T^T (9)

式中，R₁和R₂分别为第1次测量信号和第2次测量信号的自相关矩阵；R_{1_n}为噪声信号分量的自相关矩阵。

4.4.4)由于R_n是对角阵，R_n中的元素可以通过下述线性方程式求解得到：

通过给对称的发射线圈施加不同方向的激励，可实现接收信号的噪声抑制，提高井下探测仪的整体信噪比，实现救援井与事故井套管相对距离的高精度标定。

4.5)获取噪声抑制后该相对距离下接收线圈的感应电动势。

4.6)改变井下探测仪与地面金属套管之间的相对距离(例如：相对距离为B、C、D、E、F…)，进入步骤4.2)，直至获取预设数量的噪声抑制后各相对距离下接收线圈的感应电动势(例如：感应电动势为U_b、U_c、U_d、U_e、U_f…)。

4.7)采用matlab，根据各相对距离及其对应的接收线圈的感应电动势，建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系，如上述公式(3)所示。

在外界测试环境和采样时间t固定不变的情况下，接收线圈的感应电动势与两井之间的相对距离d有关，只要被测事故井套管的尺寸固定，即可通过上述公式(3)的感应电动势反演出两井之间的相对距离d。

4.8)重复步骤4.2)至步骤4.7)建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系，直至采用该刻度关系求解的相对距离与实际相对距离之间的误差在预先设定的范围内，此时的刻度关系即为最优的刻度关系。

5)根据建立的刻度关系和步骤3)中得到的时域感应电动势，基于公式(3)，确定救援井与事故井套管之间的相对距离d。

下面通过具体实施例详细说明本发明的救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法：

多次开展上述步骤4)的刻度实验，以其中某一实验结果为例进行说明，实验所用井下探测仪的探测范围为0～25m，实验中救援井内的井下探测仪与事故井套管的相对距离以1m为间隔等间隔增加，救援井与事故井的最大相对距离设置为25m，分辨精度小于1m时采用插值获得接收线圈的感应电动势。为了便于描述，此处以事故井套管与井下探测仪之间的相对距离为5m、10m、15m、20m和25m为例进行说明，则接收线圈的感应电动势随事故井套管与井下探测仪相对距离变化的曲线如图5所示。

分析图5可以看出，随着事故井套管与井下探测仪相对距离的增大，接收线圈的感应电动势幅值呈递减的趋势，当井下探测仪与事故井套管之间的距离为5m时，井下探测仪移动时可清晰测到事故井套管信息，最大幅值为1.078V；当井下探测仪与事故井套管之间的距离为10m时，井下探测仪移动时也可测到事故井套管信息，晚期感应电动势曲线的最大幅值为1.076V，幅值变化较5m情况有所减小；当井下探测仪与事故井套管之间的距离为15m时，井下探测仪移动时也可测到事故井套管信息，但是相对于前两种情况，其曲线受环境噪声扰动影响较大，晚期感应电动势最大幅值为1.074V，通过对接收信号进行处理，仍可探测到事故井套管的信息；当井下探测仪与事故井套管之间的距离为20m时，随着探测距离的增大，井下探测仪移动时所接收到的事故井套管信息比较微弱，信号分辨率比较低，其晚期感应电动势最大幅值为1.073V，虽然幅值变化较小，但是仍可观察到事故井套管信息；当井下探测仪与事故井套管之间的距离为25m时，井下探测仪移动后，从晚期感应电动势曲线图中几乎很难观察到事故井套管信息，信号分辨率很低，包括事故井套管信息的有用信号几乎全部淹没于测试过程的噪声信号中。因此，当井下探测仪与事故井套管相对距离越来越大时，采用井下探测仪测试数据求解的两井相对距离与两井的真实距离相比，会存在一定的偏差，需要对接收信号进行抑噪处理，才能提高两井相对距离的解释精度。

通过向对称的发射线圈分别施加反向和同向激励，利用有用信号的相关性，对井下探测仪近处的环境噪声进行抑制后，接收线圈的接收响应随两井相对距离的变化曲线如图6所示。对比图6和图5可以发现，噪声抑制后的曲线可清楚地判断出接收信号的幅值差，当井下探测仪与模拟套管之间的距离为20m时，其感应电动势幅值差为0.013V，当井下探测仪与模拟套管之间的距离为25m时，其感应电动势幅值差为0.011V，且测试曲线更加平滑，信噪比更高。因此，通过改变对称激励发射方式，对接收信号进行噪声抑制后，通过感应电动势幅值变化更能准确反映两井的相对距离变化情况，提高距离刻度的精度。

基于上述救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，本发明还提供一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制系统，包括：

探测模型构建模块，用于建立救援井井下瞬变电磁探测模型，包括救援井、事故井套管、介质和救援井井下探测系统，并确定救援井井下探测系统中绕于探头铁芯上的接收线圈磁场强度；

感应电动势确定模块，用于根据接收线圈的磁场强度，确定接收线圈的时域感应电动势；

刻度关系确定和噪声抑制模块，用于采用地面模拟距离刻度实验装置，抑制环境噪音并建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；

相对距离确定模块，用于根据建立的刻度关系和得到的时域感应电动势，确定救援井与事故井套管之间的相对距离。

在一个优选的实施例中，感应电动势确定模块包括：

频域感应电动势确定单元，用于根据磁场强度与感应电动势的关系，得到接收线圈接收的频域感应电动势；

时域感应电动势确定单元，用于采用G-S逆拉普拉斯变换，将频域感应电动势转换至时域，得到时域感应电动势。

在一个优选的实施例中，刻度关系确定和噪声抑制模块包括：

实验装置设置单元，用于设置地面模拟距离刻度实验装置；

反向激励施加单元，用于设定井下探测仪与地面金属套管之间的相对距离，向两个对称的发射线圈施加反向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₁；

同向激励单元，用于向两个对称的发射线圈施加同向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₂；

环境噪音抑制单元，用于根据两次测量的感应电动势U₁和U₂中的有用信号，抑制环境噪音；

感应电动势获取单元，用于获取噪声抑制后该相对距离下接收线圈的感应电动势；

刻度关系建立单元，用于根据各相对距离及其对应的接收线圈的感应电动势，建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；

最优刻度关系确定单元，用于根据刻度关系建立单元建立的刻度关系，确定最优的刻度关系。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，其特征在于，包括以下内容：

1)建立救援井井下瞬变电磁探测模型，包括救援井、事故井套管、介质和救援井井下探测系统，并确定救援井井下探测系统中绕于探头铁芯上的接收线圈磁场强度；

2)根据接收线圈的磁场强度，确定接收线圈的时域感应电动势；

3)采用地面模拟距离刻度实验装置，抑制环境噪音并建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；

4)根据建立的刻度关系和得到的时域感应电动势，确定救援井与事故井套管之间的相对距离。

2.如权利要求1所述的一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤1)中的介质由内到外依次为铁芯、空气、地层和事故井套管，各层介质的电参量和半径分别为(μ_j,ε_j,σ_j)和r_j，其中，j为介质的层数，μ_j为第j层介质的磁导率，ε_j为第j层介质的介电常数，σ_j为第j层介质的电导率；绕于探头铁芯上的接收线圈的磁场强度H_z1(ω,d)为：

式中，参数g＝N_TI_Tr₀/π，N_T为发射线圈匝数，I_T为发射电流，r₀为铁芯半径；A₁为待定系数；I₀(·)为第一类一阶修正贝塞尔函数，x_j和λ分别为引入变量，且满足

参数k_j＝μ_jε_jω²-iμ_jσ_jω，ω为角频率；z为发射线圈与接收线圈之间的距离；d为救援井与事故井套管之间的相对距离。

3.如权利要求2所述的一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程为：

2.1)根据磁场强度与感应电动势的关系，得到接收线圈接收的频域感应电动势U(ω,d)为：

式中，N_R为接收线圈的匝数；S_R为磁通量穿过接收线圈的有效面积；μ为磁导率；

2.2)采用G-S逆拉普拉斯变换，将频域感应电动势转换至时域，得到时域感应电动势U(t,d)为：

式中，参数

t_of为对发射线圈所施加激励信号的关断时间；

t为采样时间；D_m为G-S逆拉普拉斯变换的积分系数，m为阶数；M为G-S逆拉普拉斯变换的总点数。

4.如权利要求3所述的一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：

3.1)设置地面模拟距离刻度实验装置；

3.2)设定井下探测仪与地面金属套管之间的相对距离，向两个对称的发射线圈施加反向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₁；

3.3)同时，向两个对称的发射线圈施加同向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₂；

3.4)根据两次测量的感应电动势U₁和U₂中的有用信号，抑制环境噪音；

3.5)获取噪声抑制后该相对距离下接收线圈的感应电动势；

3.6)改变相对距离，进入所述步骤3.2)，直至获取预设数量的噪声抑制后各相对距离下接收线圈的感应电动势；

3.7)根据各相对距离及其对应的接收线圈的感应电动势，建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；

3.8)重复所述步骤3.2)至步骤3.7)建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系，直至采用该刻度关系求解的相对距离与实际相对距离之间的误差在预先设定的范围内，此时的刻度关系即为最优的刻度关系。

5.如权利要求4所述的一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤3.1)的具体过程为：

3.1.1)采用地面金属套管表示救援井井下瞬变电磁探测模型的事故井套管，并将地面金属套管进行固定，使其位置不变；

3.1.2)通过救援井井下探测系统的井下探测仪在地面的移动模拟井下探测仪在救援井井下瞬变电磁探测模型的救援井中的移动，保证地面金属套管与井下探测仪的探头轴向平行。

6.如权利要求4所述的一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤3.2)的具体过程为：

3.2.1)向两个对称的发射线圈施加反向激励，使其形成聚焦场；

3.2.2)以预先设定的速度将井下探测仪从预设的起点拉至终点；

3.2.3)采集接收线圈接收的信号；

3.2.4)对采集到的信号进行处理，固定采样时间，得到该相对距离下接收线圈的感应电动势U₁。

7.如权利要求6所述的一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤3.3)的具体过程为：

3.3.1)向两个对称的发射线圈施加同向激励；

3.3.2)以与所述步骤3.2.2)相同的速度将井下探测仪从预设的起点拉至终点；

3.3.3)采集接收线圈接收的信号；

3.3.4)对采集到的信号进行处理，固定采样时间，得到该相对距离下接收线圈的感应电动势U₂。

8.一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制系统，其特征在于，包括：

探测模型构建模块，用于建立救援井井下瞬变电磁探测模型，包括救援井、事故井套管、介质和救援井井下探测系统，并确定救援井井下探测系统中绕于探头铁芯上的接收线圈磁场强度；

感应电动势确定模块，用于根据接收线圈的磁场强度，确定接收线圈的时域感应电动势；

刻度关系确定和噪声抑制模块，用于采用地面模拟距离刻度实验装置，抑制环境噪音并建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；

相对距离确定模块，用于根据建立的刻度关系和得到的时域感应电动势，确定救援井与事故井套管之间的相对距离。

9.如权利要求8所述的一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制系统，其特征在于，所述感应电动势确定模块包括：

频域感应电动势确定单元，用于根据磁场强度与感应电动势的关系，得到接收线圈接收的频域感应电动势；

时域感应电动势确定单元，用于采用G-S逆拉普拉斯变换，将频域感应电动势转换至时域，得到时域感应电动势。

10.如权利要求8所述的一种救援井与事故井相对距离确定和噪声抑制系统，其特征在于，所述刻度关系确定和噪声抑制模块包括：

实验装置设置单元，用于设置地面模拟距离刻度实验装置；

反向激励施加单元，用于设定井下探测仪与地面金属套管之间的相对距离，向两个对称的发射线圈施加反向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₁；

同向激励单元，用于向两个对称的发射线圈施加同向激励，获取该相对距离下接收线圈的感应电动势U₂；

环境噪音抑制单元，用于根据两次测量的感应电动势U₁和U₂中的有用信号，抑制环境噪音；

感应电动势获取单元，用于获取噪声抑制后该相对距离下接收线圈的感应电动势；

刻度关系建立单元，用于根据各相对距离及其对应的接收线圈的感应电动势，建立感应电动势与救援井和事故井套管之间相对距离的刻度关系；

最优刻度关系确定单元，用于根据所述刻度关系建立单元建立的刻度关系，确定最优的刻度关系。

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