CN114263454B - 一种电流线性注入装置以及注入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电流线性注入装置以及注入方法，电流线性注入装置包括：用于屏蔽电磁波在电缆上流动的第一绝缘电缆、用于屏蔽电磁波在井下石油钻杆上轴向流动的第一绝缘短节、用于将电磁波径向注入地层的放电电极、用于屏蔽电磁波在井下石油钻杆上向下轴向流动的第二绝缘短节、用于屏蔽电磁波在电缆上流动的第二绝缘电缆、用于探测旋转磁场信号的遥传短节，所述第一绝缘电缆、所述第一绝缘短节、所述放电电极、所述第二绝缘短节、所述第二绝缘电缆以及所述遥传短节依次连接。

Description

一种电流线性注入装置以及注入方法

技术领域

本发明涉及石油天然气行业中钻完井技术领域，尤其涉及一种电流线性注入装置以及注入方法。

背景技术

随着国内浅层油气资源日益枯竭，深井、超深井及海上钻井的比例逐年加大，在地下和深水作业风险高，各种复杂情况都有可能发生，一旦作业失控，发生井喷事故，常规应急救援措施难以奏效，需要钻救援井作为三级井控处理手段，目前国际上通用的救援井连通方法为无源磁导向钻井技术，国内尚无成熟技术。

另一方面，随着国内油气资源对外依存度的提高，国家层面日益重视储气库、储油库的建设，随着储气库的规模建设，储库选区越来越难，尤其是诸多老井(井下有落鱼、井口找不到等)的存在成为制约储库建设的瓶颈。为了保证储库的密封性，必须将储库地下圈闭内的老井全部进行封堵，储库老井重入过程的钻井轨迹测控成为了技术关键，急需无源磁导向钻井技术进行老井封堵。无源磁导向钻井技术还可以进行大型丛式井邻井防碰作业，该类井单位空间内井数密集，要求井眼轨迹控制精度，无源磁导向钻井技术可实现精确防碰和绕障。

目前，国内相关技术放电距离受限、频率受限，且常规仪器电流无法穿过电阻值大的钻井液、甚至绝缘的不同岩性地层进行放电，因此传统随钻、测井、物探仪器无法满足工艺要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电流线性注入装置以及注入方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电流线性注入装置，其包括：用于屏蔽电磁波在电缆上流动的第一绝缘电缆、用于屏蔽电磁波在井下石油钻杆上轴向流动的第一绝缘短节、用于将电磁波径向注入地层的放电电极、用于屏蔽电磁波在井下石油钻杆上向下轴向流动的第二绝缘短节、用于屏蔽电磁波在电缆上流动的第二绝缘电缆、用于探测旋转磁场信号的遥传短节，所述第一绝缘电缆、所述第一绝缘短节、所述放电电极、所述第二绝缘短节、所述第二绝缘电缆以及所述遥传短节依次连接。

本发明的有益效果是：实现无源磁导向钻井技术，针对不同岩性地层、不同流体介质，将作为信号的电流高效注入地层，在瞬间激发极化，短时间内跨过地层实现对目标井铁磁物质的长距离低频周期性放电。绝缘短节以及绝缘电缆的设置，用于屏蔽轴向电流流动，避免二次感应电磁场，阻止钻杆内放电过程中，电流沿钻柱上下流动，将低频电流信号沿井眼经钻井液、地层流体、基岩径向注入远端目标井，最大程度上避免了轴向电流流动，对电流径向传输意义重大，激发极化线性放电电极，击穿油基泥浆并激发近乎绝缘的地层，使得入地电流功率最大化，有效提高注入效率。放电电极放出的电流流向了电阻比较低的事故井，这样事故井中流动电流可以产生感应电磁场，可以测量到事故井由于电流流动产生的电磁感应场，遥传短用于探测旋转磁场信号，并将测量的信号采集、放大，通过电缆传输到井口，并通过地面无线传输系统从生产井发送到注汽井接收终端。

进一步地，所述第一绝缘电缆与用于缠绕电缆的电缆绞车连接，所述电缆绞车与用于提供恒流正弦波信号源的交流电源连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：交流电源用于输出稳定的周期电流信号，以低功耗的形式送至7000m井下，滤除交流电信号中谐波，以线性激发极化形式注入不同岩性地层、不同流体介质。放出电流功率大、电流信号强，低频信号同时提高了测量精度；电缆绞车的设置，便于电缆的收纳以及使用，提高用户体验。

进一步地，所述第一绝缘电缆通过快接插头与所述电缆绞车连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：快接插头的设置，便于第一绝缘电缆和电缆绞车连接，提高安装效率，便于电流线性注入装置的安装以及维护。

进一步地，所述快接插头包括：下连接头、一对第三接头、绝缘外壳、上端壳体、上连接头、第一外套、一对第一插座、一对第二插座、紧固环、绝缘套、绝缘环、连接壳体、第二外套，下连接头、所述连接壳体、所述上端壳体以及上连接头依次连接，一对第三接头分别位于所述连接壳体轴向的两端，上端壳体环套在连接壳体轴向一端的外侧，绝缘外壳包覆在连接壳体和上端壳体的外侧，下连接头以及上连接头插设在绝缘外壳的两端，上连接头、上端壳体、第三接头为管状结构，第一外套安装在所述上连接头的顶端内部，一对第一插座以及一对第二插座分别对应安装在一对所述第三接头内部，紧固环套设在所述连接壳体的外侧，绝缘套套设在所述紧固环和所述连接壳体的外侧，绝缘环套设在所述绝缘套的外侧，第二外套安装在所述下连接头的底端内部。

采用上述进一步方案的有益效果是：快接插头的结构设计，便于第一绝缘电缆与电缆绞车连接，屏蔽电磁波在井下石油钻杆上轴向流动。

进一步地，所述连接壳体为下端大开口上端小开口结构，所述绝缘套为下端小开口上端大开口结构，所述绝缘套的下端小开口套设在所述连接壳体的上端小开口位置处，所述紧固环为环状结构，紧固环套设在连接壳体的上端小开口位置处，绝缘套的上端大开口套设在紧固环的外侧，绝缘环为环状结构，绝缘环位于上端壳体和连接壳体的下端大开口之间。

采用上述进一步方案的有益效果是：井下放电效率高、放电距离远。针对不同岩性地层、不同流体介质，将作为信号的电流高效注入地层，在瞬间激发极化，短时间内跨过地层实现对目标井铁磁物质的长距离低频周期性放电。

进一步地，所述遥传短节与安装在钻杆上的用于测力深度的放阻坐键短节连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：可自钻杆内下入放阻坐键短节，也可通过放阻坐键短节将仪器下入裸眼段。放阻坐键短节上接钻杆，下部为自由端位于井底。

进一步地，还包括：用于回收注入地层的电磁波的电缆回收电极，电缆回收电极分别与放电电极以及测试装置连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：电缆回收电极，用于回收注入地层的电磁波。

进一步地，所述第一绝缘短节与所述第二绝缘短节为相同结构，所述第一绝缘短节包括：第一接头、绝缘外垫、绝缘内垫以及第二接头，所述第一接头和所述第二接头分别为中空结构，所述第二接头的一端设有锥形头，所述绝缘外垫安装在所述锥形头与所述第二接头连接处外侧的台阶面上，所述第一接头的一端内侧壁为与所述锥形头适配的锥形面，所述绝缘内垫安装在所述锥形头的端部与第一接头锥形面之间，所述第一接头的一端与所述第二接头的一端通过所述锥形头与所述锥形面连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：绝缘短节连接钻杆，绝缘短节便于放电电极与绝缘电缆连接，屏蔽轴向电流流动，避免二次感应电磁场，阻止钻杆内放电过程中，电流沿钻柱上下流动，将低频电流信号沿井眼经钻井液、地层流体、基岩径向注入远端目标井，最大程度上避免了轴向电流流动。

进一步地，所述第一绝缘电缆、所述放电电极以及所述第二绝缘电缆均为一根钢丝的中部盘绕而成的环状结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用耐压耐温钢丝电缆放电，耐压2000V以上，线性放电电极输出端为铁质结构，采用多根钢丝缠绕结构接触钻井液或地层流体，长度大于5m，输出为安培级别交流信号。在线性放电电极上下传输通道两端采用上下软连线，即第一绝缘电缆和第二绝缘电缆，经特殊加工作为屏蔽电源，多芯电缆的电缆外部材料是特氟龙，内部承拉，电缆绝缘耐压2000V以上。

此外，本发明还提供了一种电流线性注入方法，基于上述任意一项所述的一种电流线性注入装置，电流线性注入方法包括：

地面电源产生的信号通过第一绝缘电缆和第一绝缘短节传输至放电电极；

放电电极接收到信号之后产生电磁波并将电磁波注入地层；

目标井的铁磁物质接收到电磁波后产生感应电磁场；

电缆回收电极接收感应电磁场。

本发明的有益效果是：实现无源磁导向钻井技术，针对不同岩性地层、不同流体介质，将作为信号的电流高效注入地层，在瞬间激发极化，短时间内跨过地层实现对目标井铁磁物质的长距离低频周期性放电。绝缘短节以及绝缘电缆的设置，用于屏蔽轴向电流流动，避免二次感应电磁场，阻止钻杆内放电过程中，电流沿钻柱上下流动，将低频电流信号沿井眼经钻井液、地层流体、基岩径向注入远端目标井，最大程度上避免了轴向电流流动，对电流径向传输意义重大，激发极化线性放电电极，击穿油基泥浆并激发近乎绝缘的地层，使得入地电流功率最大化，有效提高注入效率。放电电极放出的电流流向了电阻比较低的事故井，这样事故井中流动电流可以产生感应电磁场，可以测量到事故井由于电流流动产生的电磁感应场，遥传短用于探测旋转磁场信号，并将测量的信号采集、放大，通过电缆传输到井口，并通过地面无线传输系统从生产井发送到注汽井接收终端。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例提供的绝缘短节的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的快接插头的结构示意图。

图3为图2中沿剖面线A-A剖开的剖视图。

图4为图2中沿剖面线B-B剖开的剖视图。

图5为本发明实施例提供的电流线性注入装置的结构示意图之一。

图6为本发明实施例提供的电流线性注入装置的结构示意图之二。

图7为本发明实施例提供的放阻坐键短节的结构示意图。

图8为本发明实施例提供的电流线性注入方法的流程图。

附图标号说明：1、第一绝缘电缆；2、第一绝缘短节；3、放电电极；4、第二绝缘短节；5、第二绝缘电缆；6、遥传短节；7、快接插头；8、下连接头；9、第三接头；10、绝缘外壳；11、上端壳体；12、上连接头；13、第一外套；14、第一插座；15、第二插座；16、紧固环；17、绝缘套；18、绝缘环；19、连接壳体；20、第二外套；21、钢丝电缆保护套；22、第一固定螺钉；23、第二固定螺钉；24、第一O型圈；25、插孔；26、第三固定螺钉；27、第二O型圈；28、第三O型圈；29、孔用挡圈；30、挡圈；31、第四O型圈；32、绝缘电缆保护套；33、双道密封塞；34、第五O型圈；35、第六O型圈；36、内六角平端紧定螺钉；37、内六角圆柱头紧定螺钉；38、双向滚花铜柱；39、放阻坐键短节；40、第一接头；41、绝缘外垫；42、绝缘内垫；43、第二接头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图7所示，一种电流线性注入装置，其包括：用于屏蔽电磁波在电缆上流动的第一绝缘电缆1、用于屏蔽电磁波在井下石油钻杆上轴向流动的第一绝缘短节2、用于将电磁波径向注入地层的放电电极3、用于屏蔽电磁波在井下石油钻杆上向下轴向流动的第二绝缘短节4、用于屏蔽电磁波在电缆上流动的第二绝缘电缆5、用于探测旋转磁场信号的遥传短节6，所述第一绝缘电缆1、所述第一绝缘短节2、所述放电电极3、所述第二绝缘短节4、所述第二绝缘电缆5以及所述遥传短节6依次连接。

本发明的有益效果是：实现无源磁导向钻井技术，针对不同岩性地层、不同流体介质，将作为信号的电流高效注入地层，在瞬间激发极化，短时间内跨过地层实现对目标井铁磁物质的长距离低频周期性放电。绝缘短节以及绝缘电缆的设置，用于屏蔽轴向电流流动，避免二次感应电磁场，阻止钻杆内放电过程中，电流沿钻柱上下流动，将低频电流信号沿井眼经钻井液、地层流体、基岩径向注入远端目标井，最大程度上避免了轴向电流流动，对电流径向传输意义重大，激发极化线性放电电极，击穿油基泥浆并激发近乎绝缘的地层，使得入地电流功率最大化，有效提高注入效率。放电电极放出的电流流向了电阻比较低的事故井，这样事故井中流动电流可以产生感应电磁场，可以测量到事故井由于电流流动产生的电磁感应场，遥传短用于探测旋转磁场信号，并将测量的信号采集、放大，通过电缆传输到井口，并通过地面无线传输系统从生产井发送到注汽井接收终端。

本发明实施例的电流线性注入装置涉及石油天然气行业中钻完井技术领域，也可应用于测井技术领域，特别涉及事故井救援钻井、储气库老井重入、丛式井邻井防碰等钻井技术领域，具体是针对不同岩性地层、不同流体介质，将作为信号的电流高效注入地层。

本发明实施例的电流线性注入装置属于大功率低频电流线性注入装置，是无源磁导向钻井技术重要创新之一，可在瞬间激发极化，短时间内跨过地层实现对目标井铁磁物质的长距离低频周期性放电。

本发明实施例引入了大功率低频电流线性注入方式，针对不同岩性地层、不同流体介质，该技术及装置可将作为信号的电流高效注入地层，至几十米外的目标井，对于实现无源磁导向钻井工艺并提高其测量范围、丰富测量手段具有非常重要的意义。

本发明的主要目的是针对石油天然气行业中钻完井技术领域、测井技术领域，特别涉及事故井救援钻井、储气库老井重入、丛式井邻井防碰等钻井技术领域技术需求，建立了一套针对不同岩性地层、不同流体介质的大功率低频放电的装置，用于将作为信号的电流高效注入地层，至几十米外的目标井，实现无源磁导向钻井工艺。

本发明的技术方案为利用一个地面大功率低频激励电源，输出稳定的周期电流信号，以低功耗的形式送至7000m井下，滤除交流电信号中谐波，以线性激发极化形式注入不同岩性地层、不同流体介质，屏蔽轴向电流流动，避免二次感应电磁场，将低频电流信号沿井眼经钻井液、地层流体、基岩径向注入远端目标井。

电流线性注入装置详解(可裸眼放电或钻杆内放电)：地面大功率低频交流电源，简称恒流电源、电缆绞车、软电缆回收电极、绝缘电缆、绝缘短节、放电电极、绝缘短节、绝缘电缆、遥传短节、放阻坐键短节；

放电电极采用耐压耐温钢丝电缆放电，耐压2000V以上，线性放电电极输出端为铁质结构，采用多根钢丝缠绕结构接触钻井液或地层流体，长度大于5m，输出为安培级别交流信号。

绝缘设备在线性放电电极上下传输通道两端采用上下软连线(即第一绝缘电缆和第人绝缘电缆)，经特殊加工作为屏蔽电源，多芯电缆：电缆外部材料是特氟龙，内部承拉，电缆绝缘耐压2000V以上。

绝缘短节包括上部接头、绝缘外垫、绝缘内垫、下部接头；绝缘短节接钻杆。放阻坐键接头可自钻杆内下入该接头坐键，也可通过其将仪器下入裸眼段；地面大功率低频交流电源为大功率大电流低频。

电流线性注入装置为大功率低频电流线性注入装置，是无源磁导向钻井技术重要创新之一，可在瞬间激发极化，短时间内实现对目标井铁磁物质的长距离低频周期性放电，与传统方法和装置相比，双水平井磁导向钻井系统主要有以下优点：(1)该装置放出电流功率大、电流信号强，低频信号同时提高了测量精度；(2)井下放电效率高、放电距离远；(3)最大程度上避免了轴向电流流动，对电流径向传输意义重大；(4)可实现不同岩性地层、不同流体介质间放电，对近似绝缘的介质放电时，同样满足无源磁导向钻井技术需求。

本发明的技术方案为利用一个地面大功率低频激励电源，输出稳定的周期电流信号，以低功耗的形式送至7000m井下(可裸眼放电或钻杆内放电)，滤除交流电信号中谐波，以线性激发极化形式注入不同岩性地层、不同流体介质，屏蔽轴向电流流动，避免二次感应电磁场，将低频电流信号沿井眼经钻井液、地层流体、基岩径向注入远端目标井。

1、地面和井下仪器连接顺序为：地面大功率低频交流电源、电缆绞车、软电缆回收电极、绝缘电缆、绝缘短节、放电电极、绝缘短节、绝缘电缆、遥传短节；2、仪器完成地面连接后需要进行地面测试工作，信号传输正常方可入井，仪器入井后需要在井口进行信号测试。3、打开放电箱的激励电源开关，供电2000V，电流20A。4、激发极化线性放电电极，击穿油基泥浆并激发近乎绝缘的地层，使得入地电流功率最大化，有效提高注入效率。5、将电源注入地层，电流流向目标井，救援井中的轴向电流基本趋近于零，放电电极放出的电流流向了电阻比较低的事故井，这样事故井中流动电流可以产生感应电磁场，可以测量到事故井由于电流流动产生的电磁感应场；6、全部进入井筒液面以下方可开展放电。7、遥传短节主要用来探测旋转磁场信号(Hx，Hy，Hz)，并将测量的信号采集、放大，保证放电电极持续输出、长距离传输；通过电缆传输到井口，并通过地面无线传输系统从生产井发送到注汽井接收终端，井下供电、通信、编码、上传，提供电磁波。

放电电极：(1)线性放电电极输出端为铁质结构，采用多根钢丝缠绕结构接触钻井液或地层流体，线性长度大于5m，输出为安培级别交流信号；(2)该线性放电电极可实现激发极化、单、多电极三种放电模式；(3)在线性放电电极上下传输通道两端采用上下软连线，经特殊加工作为屏蔽电源，多芯电缆：电缆外部材料是特氟龙，内部承拉，电缆绝缘耐压2000V以上。

电流线性注入装置：(1)包含放电电极全部特征；(2)整串仪器软连接，总长大于30m，刚性部分仪器外通径小于62mm，满足钻杆内下入最大尺寸要求；(3)该大功率低频电流线性注入装置下入模式分为：裸眼下入和钻杆内下入，可裸眼放电或钻杆内放电；下入至坐键位置，放电电极在钻杆内放电，遥传短节位于无磁钻铤开始作业。(4)包含特殊结构、特殊材料绝缘短节，阻止钻杆内放电过程中，电流沿钻柱上下流动。

1、由现有的三电极或点电源注入方式改进为用线性铠装钢电缆(即放电电极)固定一段长度作为井下(即地下)向地层注入电磁波的出口端，目的通过地层将电磁波注入目标铁磁物质形成电流，目标充电磁后流动形成感应电磁场，测量系统测量电磁场信号从而定位。

2、本实施例采用低频大功率的交流电源，保证到地下功耗后依然可以稳定输出3kw以上的信号，即10A信号，以保证有有效电磁传入目标铁磁物质，难点在于该大功率低频电流需要通过电缆从地面长距离输入地下(3000-8000m)位置通过现行线性电极还要通过地层放出电磁。

3、该交流电源在地面且便携大功率，功率大于10kw，最大电流达到10A，频率处于0.5-5Hz内的低频方波或正弦波信号。

4、实施例包含电磁信号产生、传输、发射等部分。

5、该电极井下部分除了放电还有上下两部为屏蔽电缆(即第一绝缘电缆和第二绝缘电缆)，就是防止从中间注入地层而从上下两端跑电，不能正常注入电流至地层，理想状态下电磁应从井下刚性铠装电缆发出去。

地面电源产生信号；通过电缆传输井底；发射电磁信号的，注入地层；信号到目标井铁磁物质促成电流移动，产生感应电磁场；正钻井有测量系统接收信号解码；得出两井间距离和两井间距离和位置角度。

传播介质为绝缘物质时，一般不可以导电，需要超过800V以上电流将绝缘介质破乳击穿，从而实现导电。因为线性电源是长距离，所以距离几百米都是放电输出端，总会有可导电地层达到目的。线性的交流电源可有效输出60m。

极化概念是等电势极化中的一点，但交流电源是通过一段距离，比如100m电缆都是电磁波输出端，极化说的一版是一个点；二次感应电磁场影响因素非常多，不稳定，且电流未知。连接关系为：地面大功率低频交流电源(提供稳定1Hz大于10A恒流正弦波信号源)、电缆绞车(缠绕电缆，提供长距离电缆)、软电缆回收电极(注入地层的电磁波回收端)、第一绝缘电缆(屏蔽电磁波在电缆上流动)、第一绝缘短节(屏蔽电磁波在井下石油钻杆上流动)+放电电极(一段距离，放电磁波入地层输出端)、第二绝缘短节(屏蔽电磁波在井下石油钻杆上向下流动)、第二绝缘电缆(屏蔽电磁波在电缆上流动)、遥传短节(通讯、井下电源、编码、产生电磁波)、放阻坐键短节(安在钻杆上卡仪器串的定深度未知坐键)。放电电极上的铠装电缆都是输出端。多根钢丝盘绕方式不受限。放阻坐键短节的接头上接钻杆，下部为自由端不接东西，位于在井底。激发极化在绝缘头里实现。快接插头上连普通电缆，下连第一绝缘电缆。大功率低频的范围为10kw，0.5-3Hz。

最终目的：检测井下铁磁，是释放电流以形成磁场，最终判断地面的检测点与井下铁磁点的距离以及方向。上下软连线就是上下屏蔽电源，连接顺序为快插鱼雷头(快接插头)、上屏蔽回收端(电缆回收电极)、上屏蔽电缆(第一绝缘电缆)、放电电极(铠装电缆)、下屏蔽电缆(第二绝缘电缆)。

如图1至图7所示，进一步地，所述第一绝缘电缆1与用于缠绕电缆的电缆绞车连接，所述电缆绞车与用于提供恒流正弦波信号源的交流电源连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：交流电源用于输出稳定的周期电流信号，以低功耗的形式送至7000m井下，滤除交流电信号中谐波，以线性激发极化形式注入不同岩性地层、不同流体介质。放出电流功率大、电流信号强，低频信号同时提高了测量精度；电缆绞车的设置，便于电缆的收纳以及使用，提高用户体验。

如图1至图7所示，进一步地，所述第一绝缘电缆1通过快接插头7与所述电缆绞车连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：快接插头的设置，便于第一绝缘电缆和电缆绞车连接，提高安装效率，便于电流线性注入装置的安装以及维护。

如图1至图7所示，进一步地，所述快接插头7包括：下连接头8、一对第三接头9、绝缘外壳10、上端壳体11、上连接头12、第一外套13、一对第一插座14、一对第二插座15、紧固环16、绝缘套17、绝缘环18、连接壳体19、第二外套20，下连接头8、所述连接壳体19、所述上端壳体11以及上连接头12依次连接，一对第三接头9分别位于所述连接壳体19轴向的两端，上端壳体11环套在连接壳体19轴向一端的外侧，绝缘外壳10包覆在连接壳体19和上端壳体11的外侧，下连接头8以及上连接头12插设在绝缘外壳10的两端，上连接头12、上端壳体11、第三接头9为管状结构，第一外套13安装在所述上连接头12的顶端内部，一对第一插座14以及一对第二插座15分别对应安装在一对所述第三接头9内部，紧固环16套设在所述连接壳体19的外侧，绝缘套17套设在所述紧固环16和所述连接壳体19的外侧，绝缘环18套设在所述绝缘套17的外侧，第二外套20安装在所述下连接头8的底端内部。

采用上述进一步方案的有益效果是：快接插头的结构设计，便于第一绝缘电缆与电缆绞车连接，屏蔽电磁波在井下石油钻杆上轴向流动。

一对第一插座中的一个第一插座和一对第二插座中的一个第二插座安装在位于连接壳体上方的一个第三接头中，其中，第二插座临近连接壳体设置，第一插座位于第二插座的上方。一对第一插座中的另一个第一插座和一对第二插座中的另一个第二插座安装在位于连接壳体下方的另一个第三接头中，其中，第二插座临近连接壳体设置，第一插座位于第二插座的下方。

进一步地，所述连接壳体19为下端大开口上端小开口结构，所述绝缘套17为下端小开口上端大开口结构，所述绝缘套17的下端小开口套设在所述连接壳体19的上端小开口位置处，所述紧固环16为环状结构，紧固环16套设在连接壳体19的上端小开口位置处，绝缘套17的上端大开口套设在紧固环16的外侧，绝缘环18为环状结构，绝缘环18位于上端壳体11和连接壳体19的下端大开口之间。

图2中所示结构的顶部为上端，底部为下端。

如图1至图7所示，所述快接插头7还包括：钢丝电缆保护套21、一对第一固定螺钉22、一对第二固定螺钉23、一对第一O型圈24、多个插孔25、第三固定螺钉26、一对第二O型圈27、一对第三O型圈28、孔用挡圈29、一对挡圈30、一对第四O型圈31、绝缘电缆保护套32、一对双道密封塞33、第五O型圈34、第六O型圈35、一对内六角平端紧定螺钉36、一对内六角圆柱头紧定螺钉37、一对双向滚花铜柱38。

如图1至图7所示，钢丝电缆保护套21安装在所述下连接头8的底端端部，第二外套20通过第一固定螺钉22安装在下连接头8上，第一外套13通过第一固定螺钉22安装在上连接头12上，一对第二固定螺钉23对应安装在下连接头8和上连接头12上，第一O型圈24套设在下连接头8外侧且位于绝缘外壳10和下连接头8之间，第一O型圈24套设在上连接头12外侧且位于绝缘外壳10和上连接头12之间，一对第一插座14以及一对第二插座15上均设置有插孔25，第三固定螺钉26贯穿上连接头12与第三接头9抵接，第三固定螺钉26贯穿连接壳体19与第三接头9连接，一对第二O型圈27对应设置在上连接头12和第三接头9之间以及下连接头8和第三接头9之间，一对第三O型圈28对应安装在所述绝缘环18的两侧，其中一个第三O型圈28与连接壳体19抵接，另一个第三O型圈28与上端壳体11抵接，孔用挡圈29安装在所述绝缘套17的顶端开口位置处，一对挡圈30对应安装在一对第三接头9的端部，一对挡圈30对应与一对第二插座15抵接，一对第四O型圈31对应位于第三接头9和上端壳体11之间以及第三接头9和连接壳体19之间，绝缘电缆保护套32安装在上连接头12的顶端端部，一对双道密封塞33的两端分别对应与多个插孔25以及一对第一插座14连接，第五O型圈34安装在绝缘套17和连接壳体19之间，第六O型圈35安装在上端壳体11与绝缘套17之间，一对内六角平端紧定螺钉36对应安装在下连接头8和上连接头12上，内六角圆柱头紧定螺钉37和双向滚花铜柱38安装在连接壳体19上。

其中，第一外套13包括外套、中套以及小套；第二外套20包括：外套、中套以及内套。第三接头9为7芯接头。第一插座以及第二插座为7芯插座。

各个部件的型号：第一固定螺钉22为M5*8.8，第二固定螺钉23为M10，第一O型圈24为2-130，插孔数量为28个，第三固定螺钉26为M5*6，数量为4个，第二O型圈27为2-025，第三O型圈28为2-028，孔用挡圈29为D32，挡圈30为VHM-20，第四O型圈31为2-124，双道密封塞33为Φ6双道密封塞，数量为14个，第五O型圈34为2-016，第六O型圈35为2-016，内六角平端紧定螺钉36为M5*8，内六角圆柱头紧定螺钉37为M2*14，双向滚花铜柱38为M2*4。

如图1至图7所示，进一步地，所述交流电源为功率大于10千瓦、电流大于10安培且频率范围为0.5赫兹至3赫兹的恒流电源。

采用上述进一步方案的有益效果是：井下放电效率高、放电距离远。针对不同岩性地层、不同流体介质，将作为信号的电流高效注入地层，在瞬间激发极化，短时间内跨过地层实现对目标井铁磁物质的长距离低频周期性放电。

如图1至图7所示，进一步地，所述遥传短节6与安装在钻杆上的用于测力深度的放阻坐键短节39连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：可自钻杆内下入放阻坐键短节，也可通过放阻坐键短节将仪器下入裸眼段。放阻坐键短节上接钻杆，下部为自由端位于井底。

如图1至图7所示，进一步地，还包括：用于回收注入地层的电磁波的电缆回收电极，电缆回收电极分别与放电电极3以及测试装置连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：电缆回收电极，用于回收注入地层的电磁波。

如图1至图7所示，进一步地，所述第一绝缘短节2与所述第二绝缘短节4为相同结构，所述第一绝缘短节2包括：第一接头40、绝缘外垫41、绝缘内垫42以及第二接头43，所述第一接头40和所述第二接头43分别为中空结构，所述第二接头43的一端设有锥形头，所述绝缘外垫41安装在所述锥形头与所述第二接头43连接处外侧的台阶面上，所述第一接头的一端内侧壁为与所述锥形头适配的锥形面，所述绝缘内垫42安装在所述锥形头的端部与第一接头40锥形面之间，所述第一接头40的一端与所述第二接头43的一端通过所述锥形头与所述锥形面连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：绝缘短节连接钻杆，绝缘短节便于放电电极与绝缘电缆连接，屏蔽轴向电流流动，避免二次感应电磁场，阻止钻杆内放电过程中，电流沿钻柱上下流动，将低频电流信号沿井眼经钻井液、地层流体、基岩径向注入远端目标井，最大程度上避免了轴向电流流动。

如图1至图7所示，进一步地，所述第一绝缘电缆1、所述放电电极3以及所述第二绝缘电缆5均为一根钢丝的中部盘绕而成的环状结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用耐压耐温钢丝电缆放电，耐压2000V以上，线性放电电极输出端为铁质结构，采用多根钢丝缠绕结构接触钻井液或地层流体，长度大于5m，输出为安培级别交流信号。在线性放电电极上下传输通道两端采用上下软连线，即第一绝缘电缆和第二绝缘电缆，经特殊加工作为屏蔽电源，多芯电缆的电缆外部材料是特氟龙，内部承拉，电缆绝缘耐压2000V以上。

其中，第一绝缘电缆由第一钢丝的中部多圈盘绕而成，第一钢丝与第一绝缘短节的一端连接，放电电极由第二钢丝的中部多圈盘绕而成，第二钢丝的一端与所述第一绝缘短节的另一端连接，第二钢丝的另一端与所述第二绝缘短节的一端连接，第二绝缘电缆由第三钢丝的中部多圈盘绕而成，第三钢丝的一端与所述第二绝缘短节的另一端连接。

如图8所示，此外，本发明还提供了一种电流线性注入方法，基于上述任意一项所述的一种电流线性注入装置，电流线性注入方法包括：

S1、地面电源产生的信号通过第一绝缘电缆和第一绝缘短节传输至放电电极；

S2、放电电极接收到信号之后产生电磁波并将电磁波注入地层；

S3、目标井的铁磁物质接收到电磁波后产生感应电磁场；

S4、电缆回收电极接收感应电磁场。

本发明的有益效果是：实现无源磁导向钻井技术，针对不同岩性地层、不同流体介质，将作为信号的电流高效注入地层，在瞬间激发极化，短时间内跨过地层实现对目标井铁磁物质的长距离低频周期性放电。绝缘短节以及绝缘电缆的设置，用于屏蔽轴向电流流动，避免二次感应电磁场，阻止钻杆内放电过程中，电流沿钻柱上下流动，将低频电流信号沿井眼经钻井液、地层流体、基岩径向注入远端目标井，最大程度上避免了轴向电流流动，对电流径向传输意义重大，激发极化线性放电电极，击穿油基泥浆并激发近乎绝缘的地层，使得入地电流功率最大化，有效提高注入效率。放电电极放出的电流流向了电阻比较低的事故井，这样事故井中流动电流可以产生感应电磁场，可以测量到事故井由于电流流动产生的电磁感应场，遥传短用于探测旋转磁场信号，并将测量的信号采集、放大，通过电缆传输到井口，并通过地面无线传输系统从生产井发送到注汽井接收终端。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种电流线性注入装置，其特征在于，包括：用于屏蔽电磁波在电缆上流动的第一绝缘电缆(1)、用于屏蔽电磁波在井下石油钻杆上轴向流动的第一绝缘短节(2)、用于将电磁波径向注入地层的放电电极(3)、用于屏蔽电磁波在井下石油钻杆上向下轴向流动的第二绝缘短节(4)、用于屏蔽电磁波在电缆上流动的第二绝缘电缆(5)、用于探测旋转磁场信号的遥传短节(6)，所述第一绝缘电缆(1)、所述第一绝缘短节(2)、所述放电电极(3)、所述第二绝缘短节(4)、所述第二绝缘电缆(5)以及所述遥传短节(6)依次连接；所述第一绝缘电缆(1)与用于缠绕电缆的电缆绞车连接，所述电缆绞车与用于提供恒流正弦波信号源的交流电源连接；所述第一绝缘电缆(1)通过快接插头(7)与所述电缆绞车连接；所述遥传短节(6)与安装在钻杆上的用于测力深度的放阻坐键短节(39)连接；还包括：用于回收注入地层的电磁波的电缆回收电极，电缆回收电极分别与放电电极(3)以及测试装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种电流线性注入装置，其特征在于，所述快接插头(7)包括：下连接头(8)、一对第三接头(9)、绝缘外壳(10)、上端壳体(11)、上连接头(12)、第一外套(13)、一对第一插座(14)、一对第二插座(15)、紧固环(16)、绝缘套(17)、绝缘环(18)、连接壳体(19)、第二外套(20)，下连接头(8)、所述连接壳体(19)、所述上端壳体(11)以及上连接头(12)依次连接，一对第三接头(9)分别位于所述连接壳体(19)轴向的两端，上端壳体(11)环套在连接壳体(19)轴向一端的外侧，绝缘外壳(10)包覆在连接壳体(19)和上端壳体(11)的外侧，下连接头(8)以及上连接头(12)插设在绝缘外壳(10)的两端，上连接头(12)、上端壳体(11)、第三接头(9)为管状结构，第一外套(13)安装在所述上连接头(12)的顶端内部，一对第一插座(14)以及一对第二插座(15)分别对应安装在一对所述第三接头(9)内部，紧固环(16)套设在所述连接壳体(19)的外侧，绝缘套(17)套设在所述紧固环(16)和所述连接壳体(19)的外侧，绝缘环(18)套设在所述绝缘套(17)的外侧，第二外套(20)安装在所述下连接头(8)的底端内部。

3.根据权利要求2所述的一种电流线性注入装置，其特征在于，所述连接壳体(19)为下端大开口上端小开口结构，所述绝缘套(17)为下端小开口上端大开口结构，所述绝缘套(17)的下端小开口套设在所述连接壳体(19)的上端小开口位置处，所述紧固环(16)为环状结构，紧固环(16)套设在连接壳体(19)的上端小开口位置处，绝缘套(17)的上端大开口套设在紧固环(16)的外侧，绝缘环(18)为环状结构，绝缘环(18)位于上端壳体(11)和连接壳体(19)的下端大开口之间。

4.根据权利要求1所述的一种电流线性注入装置，其特征在于，所述第一绝缘短节(2)与所述第二绝缘短节(4)为相同结构，所述第一绝缘短节(2)包括：第一接头(40)、绝缘外垫(41)、绝缘内垫(42)以及第二接头(43)，所述第一接头(40)和所述第二接头(43)分别为中空结构，所述第二接头(43)的一端设有锥形头，所述绝缘外垫(41)安装在所述锥形头与所述第二接头(43)连接处外侧的台阶面上，所述第一接头的一端内侧壁为与所述锥形头适配的锥形面，所述绝缘内垫(42)安装在所述锥形头的端部与第一接头(40)锥形面之间，所述第一接头(40)的一端与所述第二接头(43)的一端通过所述锥形头与所述锥形面连接。

5.根据权利要求1所述的一种电流线性注入装置，其特征在于，所述第一绝缘电缆(1)、所述放电电极(3)以及所述第二绝缘电缆(5)均为一根钢丝的中部盘绕而成的环状结构。

6.一种电流线性注入方法，其特征在于，基于上述权利要求1至5任意一项所述的一种电流线性注入装置，电流线性注入方法包括：

地面电源产生的信号通过第一绝缘电缆和第一绝缘短节传输至放电电极；

放电电极接收到信号之后产生电磁波并将电磁波注入地层；

目标井的铁磁物质接收到电磁波后产生感应电磁场；

电缆回收电极接收感应电磁场。

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