CN112196520A - 井下雷达探测防碰短节、探测防碰系统及探测防碰方法 - Google Patents
井下雷达探测防碰短节、探测防碰系统及探测防碰方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种井下雷达探测防碰短节、探测防碰系统及探测防碰方法，其中，井下雷达探测防碰短节包括本体以及安装在本体上的雷达发射天线、发射控制单元、雷达接收天线、接收控制单元、控制处理电路和电池；探测防碰系统包括井下雷达探测防碰短节、MWD或LWD短节、脉冲器和地面数据处理中心；探测防碰方法基于探测防碰系统而实现。本发明可实时探测钻头周围地层中的金属套管并准确计算出邻近井套管的方位和距离，可有效地避免井眼轨迹碰撞的风险。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻探设备领域，具体而言，特别涉及一种井下雷达探测防碰短节、探测防碰系统及探测防碰方法。
背景技术
随着我国经济的发展和城市化进程的加快，各个油田的开发力度不断扩大，逐步增加调整井、滚动开发井、丛式井等各种特殊类型井进行老区剩余油、边际油藏的开发，这也成为油田增储上产的重要途径。井网的不断加密，新井眼与老井眼相碰的概率就不断加大。近些年在钻丛式井或者老区调整井的过程中，直井段施工打碰邻井套管、斜井段发生两井相碰的现象有所增加，报废进尺、重复施工现象时有发生，有时导致本井完钻后需要修复另一口邻井的套管，甚至造成邻井的报废。此外，由于测距精度较低，丛式井在进行加密时井口间距和造斜点间距往往要求比较大，这并不利于老区剩余油、边际油藏的开发。由此可见，轨迹防碰问题日益突出、井眼测距精度亟待进一步提高，尤其在各类复杂结构井的钻井过程中，要求精确测量邻井的相对方位和距离，以使相邻两口井连通或按设计间距定向钻井。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种井下雷达探测防碰短节、探测防碰系统及探测防碰方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种井下雷达探测防碰短节，其包括安装在钻头和上部钻具之间的本体以及安装在所述本体上的雷达发射天线、发射控制单元、雷达接收天线、接收控制单元、控制处理电路和电池；
所述雷达发射天线和所述发射控制单元电连接，所述雷达接收天线和所述接收控制单元电连接，所述控制处理电路分别与所述发射控制单元和所述接收控制单元电连接，所述电池为所述雷达发射天线、所述发射控制单元、所述雷达接收天线、所述接收控制单元和所述控制处理电路供电；
所述雷达接收天线和所述雷达发射天线均由上下对称设置的两部分构成且呈8字形分布，所述雷达接收天线和所述雷达发射天线还上下对应地安装在所述本体上。
进一步地，所述本体的外壁上共设有六个开仓，六个所述开仓包括两个上开仓、两个中间开仓和两个下开仓，两个所述上开仓沿着所述本体的上部周向并排设置且分别用于安装所述控制处理电路和所述电池，两个所述中间开仓沿着所述本体的中部周向并排设置且分别用于安装所述雷达接收天线和所述接收控制单元，两个所述下开仓沿着所述本体的下部周向并排设置且分别用于安装所述雷达发射天线和所述发射控制单元；每一所述开仓分别通过一盖板实现封盖，且各个所述开仓之间还设有连通孔，以便于走线。
进一步地，所述雷达接收天线和所述雷达发射天线的内侧分别设有一背板，且两个所述背板均为吸波结构。
进一步地，用于封盖所述雷达接收天线和所述雷达发射天线的两个盖板均采用绝缘材料制成，其余所述盖板和所述本体均采用金属材料制成。
本发明还提供了一种探测防碰系统，其包括井下雷达探测防碰短节、MWD或LWD短节、脉冲器和地面数据处理中心，所述井下雷达探测防碰短节所探测的数据经过所述MWD或LWD短节的解析编码后，再通过所述脉冲器上传至所述地面数据处理中心。
本发明还提供了一种探测防碰方法，其包括以下步骤：
S1、开泵随钻探测：
探测时，井下雷达探测防碰短节随钻头和上部钻具一起下入当前作业井，控制处理电路开启同步时钟信号，并记录当前时刻井下雷达探测防碰短节的方位角、工具面角和转速，同时发射控制单元和接收控制单元开始工作；
发射控制单元控制雷达发射天线向地层中发射一定频率的雷达波，接收控制单元则对雷达接收天线的信号进行采集和存储，并将采集的信号实时传输给控制处理电路；
控制处理电路根据接收控制单元传回的实时信号，初步判断当前作业井周围是否存在邻近井，若存在则给出邻近井与当前作业井之间的距离并结合初始时记录的方位角、工具面角和转速给出扇区的位置；
S2、停泵探测：
将雷达发射天线和雷达接收天线停在步骤S1中给出的扇区之内，顺时针或逆时针微调井下雷达探测防碰短节的工具面角，采用与步骤S1中同一频率的雷达波进行连续发射与接收，实现精准探测，并将探测数据经MWD或LWD短节的解析编码后，通过脉冲器上传至地面数据处理中心。
进一步地，所述雷达发射天线所发射的雷达波的频率为200MHz，以用于探测当前作业井方圆2-4米范围内的邻近井。
进一步地，所述雷达发射天线所发射的雷达波的频率为400MHz，以用于探测当前作业井方圆5-8米范围内的邻近井。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以根据钻具转速以及雷达发射波与反射回波之间的时间差计算邻近井的方位和距离，并可据反射回波波形的变化情况确定邻近井与当前作业井之间的最近距离，还可根据反射回波波形的变化情况判断当前作业井周围丛式井的具体分布情况。本发明可实时探测钻头周围地层中的金属套管并准确计算出邻近井套管的方位和距离，可有效地避免井眼轨迹碰撞的风险。
附图说明
为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。
图1为本发明中井下雷达探测防碰短节的结构示意图；
图2为本发明中雷达发射天线和发射控制单元安装在本体上的结构示意图；
图3为本发明中探测防碰系统的结构示意图；
图4为钻井过程中井下雷达探测防碰短节的工作示意图；
图5为探测过程中雷达回波信号的采集示意图。
其中，1-井下雷达探测防碰短节、11-本体、111-短节公扣、112-短节母扣、113-开仓、12-雷达发射天线、13-发射控制单元、14-雷达接收天线、15-接收控制单元、16-控制处理电路、17-电池、18-背板，2-钻头，3-MWD或LWD短节，4-脉冲器，5-地面数据处理中心，100-当前作业井，200-邻近井。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
在本发明的描述中，术语“内侧”、“外侧”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细的说明：
如图1所示，本发明提供了一种井下雷达探测防碰短节1，其包括的本体11、雷达发射天线12、发射控制单元13、雷达接收天线14、接收控制单元15、控制处理电路16和电池17。
本体11的下端设有短节公扣111并用于与钻头2连接，本体11的上端设有短节母扣112并用于与上部钻具连接。
本体的外壁上共设有六个开仓113，六个开仓113包括两个上开仓、两个中间开仓和两个下开仓，两个上开仓沿着本体的上部周向并排设置且分别用于安装控制处理电路16和电池17，两个中间开仓沿着本体的中部周向并排设置且分别用于安装雷达接收天线14和接收控制单元15，两个下开仓沿着本体的下部周向并排设置且分别用于安装雷达发射天线12和发射控制单元13。每一个开仓113分别通过一盖板(图中未示)实现封盖以用于保护开仓113内的元件，其中，用于封盖雷达接收天线14和雷达发射天线12的两个盖板均采用绝缘材料制成，如PEEK材料，其余盖板和本体11均采用金属材料制成。另外，各个开仓113之间还设有连通孔，以便于走线，利于实现各元件之间的电连接。
雷达发射天线12和发射控制单元13电连接，雷达接收天线14和接收控制单元15电连接，控制处理电路16分别与发射控制单元13和接收控制单元15电连接，电池17为雷达发射天线12、发射控制单元13、雷达接收天线14、接收控制单元15和控制处理电路16供电。
雷达接收天线14和雷达发射天线12结构一致且均由上下对称设置的两部分构成且雷达接收天线14和雷达发射天线12均呈8字形分布，如图2所示。雷达接收天线14和雷达发射天线12还上下对应地安装在本体11上。
雷达接收天线14和雷达发射天线12的内侧分别设有一背板18，且两个背板18均为吸波结构。安装时，先将背板18固定在相应的中间开仓或下开仓内，之后再放置雷达接收天线14和雷达发射天线12；背板18设置在本体11和雷达接收天线14或雷达发射天线12之间，可以将朝向本体11发射的雷达波大量吸收，以减少本体11对探测的干扰。
如图3所示，本发明还提供了一种探测防碰系统，其包括井下雷达探测防碰短节1、MWD或LWD短节3、脉冲器4和地面数据处理中心5。井下雷达探测防碰短节1位于当前作业井100中，可以发射雷达波并接收邻近井200(已完钻邻近井)反射的雷达回波，之后再由控制处理电路16对雷达回波信号进行处理，计算出邻近井200的方位及与当前作业井100之间的距离，然后井下雷达探测防碰短节1通过插针线缆将数据传送给MWD或LWD短节3，MWD或LWD短节3对数据进行解析编码后经脉冲器4上传至地面数据处理中心5。
本发明还提供了一种基于探测防碰系统来实现的探测防碰方法，该探测防碰方法包含两种探测模式，即开泵随钻探测和停泵探测，可分别对当前作业井100周围的邻近井200进行初步探测和精准探测；该探测防碰方法还可以采用两种探测频率，即200MHz探测频率和400MHz探测频率，可分别实现当前作业井100周围近距离(当前作业井100方圆2-4米)范围内的探测和较远距离(当前作业井100方圆5-8米)范围内的探测。
实施例1：结合图4和图5，对当前作业井100近距离范围内进行精准探测。
该探测防碰方法的具体步骤如下：
S1、开泵随钻探测：
探测时，井下雷达探测防碰短节1随钻头2和上部钻具一起下入当前作业井100，控制处理电路16开启同步时钟信号，并记录当前时刻井下雷达探测防碰短节1的方位角、工具面角和转速，同时发射控制单元13和接收控制单元15开始工作。
发射控制单元13控制雷达发射天线12向地层中发射200MHz的雷达波，接收控制单元15则对雷达接收天线14的雷达回波信号进行采集和存储，并将采集的信号实时传输给控制处理电路16。
控制处理电路16根据接收控制单元15传回的实时信号，初步判断当前作业井100周围是否存在邻近井200，若存在则给出邻近井200与当前作业井100之间的距离并结合初始时记录的方位角、工具面角和转速给出扇区的位置。
S2、停泵探测：
将雷达发射天线12和雷达接收天线14停在步骤S1中给出的扇区之内，顺时针或逆时针微调井下雷达探测防碰短节1的工具面角，采用200MHz的的雷达波进行连续发射与接收，实现精准探测，并将探测数据经MWD或LWD短节3的解析编码后，通过脉冲器4上传至地面数据处理中心5。
实施例2：结合图4和图5，对当前作业井100较远距离范围内进行精准探测。
该探测防碰方法的具体步骤如下：
S1、开泵随钻探测：
探测时，井下雷达探测防碰短节1随钻头2和上部钻具一起下入当前作业井100，控制处理电路16开启同步时钟信号，并记录当前时刻井下雷达探测防碰短节1的方位角、工具面角和转速，同时发射控制单元13和接收控制单元15开始工作。
发射控制单元13控制雷达发射天线12向地层中发射400MHz的雷达波，接收控制单元15则对雷达接收天线14的雷达回波信号进行采集和存储，并将采集的信号实时传输给控制处理电路16。
控制处理电路16根据接收控制单元15传回的实时信号，初步判断当前作业井100周围是否存在邻近井200，若存在则给出邻近井200与当前作业井100之间的距离并结合初始时记录的方位角、工具面角和转速给出扇区的位置。
S2、停泵探测：
将雷达发射天线12和雷达接收天线14停在步骤S1中给出的扇区之内，顺时针或逆时针微调井下雷达探测防碰短节1的工具面角，采用400MHz的的雷达波进行连续发射与接收，实现精准探测，并将探测数据经MWD或LWD短节3的解析编码后，通过脉冲器4上传至地面数据处理中心5。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。
Claims (8)
1.一种井下雷达探测防碰短节，其特征在于，包括安装在钻头和上部钻具之间的本体以及安装在所述本体上的雷达发射天线、发射控制单元、雷达接收天线、接收控制单元、控制处理电路和电池；
所述雷达发射天线和所述发射控制单元电连接，所述雷达接收天线和所述接收控制单元电连接，所述控制处理电路分别与所述发射控制单元和所述接收控制单元电连接，所述电池为所述雷达发射天线、所述发射控制单元、所述雷达接收天线、所述接收控制单元和所述控制处理电路供电；
所述雷达接收天线和所述雷达发射天线均由上下对称设置的两部分构成且呈8字形分布，所述雷达接收天线和所述雷达发射天线还上下对应地安装在所述本体上。
2.根据权利要求1所述的井下雷达探测防碰短节，其特征在于，所述本体的外壁上共设有六个开仓，六个所述开仓包括两个上开仓、两个中间开仓和两个下开仓，两个所述上开仓沿着所述本体的上部周向并排设置且分别用于安装所述控制处理电路和所述电池，两个所述中间开仓沿着所述本体的中部周向并排设置且分别用于安装所述雷达接收天线和所述接收控制单元，两个所述下开仓沿着所述本体的下部周向并排设置且分别用于安装所述雷达发射天线和所述发射控制单元；每一所述开仓分别通过一盖板实现封盖，且各个所述开仓之间还设有连通孔，以便于走线。
3.根据权利要求2所述的井下雷达探测防碰短节，其特征在于，所述雷达接收天线和所述雷达发射天线的内侧分别设有一背板，且两个所述背板均为吸波结构。
4.根据权利要求2所述的井下雷达探测防碰短节，其特征在于，用于封盖所述雷达接收天线和所述雷达发射天线的两个盖板均采用绝缘材料制成，其余所述盖板和所述本体均采用金属材料制成。
5.一种探测防碰系统，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的井下雷达探测防碰短节、MWD或LWD短节、脉冲器和地面数据处理中心，所述井下雷达探测防碰短节所探测的数据经过所述MWD或LWD短节的解析编码后，再通过所述脉冲器上传至所述地面数据处理中心。
6.一种基于权利要求5所述的探测防碰系统的探测防碰方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、开泵随钻探测：
探测时，井下雷达探测防碰短节随钻头和上部钻具一起下入当前作业井，控制处理电路开启同步时钟信号，并记录当前时刻井下雷达探测防碰短节的方位角、工具面角和转速，同时发射控制单元和接收控制单元开始工作；
发射控制单元控制雷达发射天线向地层中发射一定频率的雷达波，接收控制单元则对雷达接收天线的信号进行采集和存储，并将采集的信号实时传输给控制处理电路；
控制处理电路根据接收控制单元传回的实时信号，初步判断当前作业井周围是否存在邻近井，若存在则给出邻近井与当前作业井之间的距离并结合初始时记录的方位角、工具面角和转速给出扇区的位置；
S2、停泵探测：
将雷达发射天线和雷达接收天线停在步骤S1中给出的扇区之内，顺时针或逆时针微调井下雷达探测防碰短节的工具面角，采用与步骤S1中同一频率的雷达波进行连续发射与接收，实现精准探测，并将探测数据经MWD或LWD短节的解析编码后，通过脉冲器上传至地面数据处理中心。
7.根据权利要求6所述的探测防碰方法，其特征在于，所述雷达发射天线所发射的雷达波的频率为200MHz，以用于探测当前作业井方圆2-4米范围内的邻近井。
8.根据权利要求6所述的探测防碰方法，其特征在于，所述雷达发射天线所发射的雷达波的频率为400MHz，以用于探测当前作业井方圆5-8米范围内的邻近井。
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