CN116413815A - 一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测方法及仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器及方法，该探测仪器包括：仪器壳体，仪器壳体内设有电路部分、电机、方位传感器、旋转轴、旋转体和电磁传感器阵列；电路部分包括测量电路、控制电路和电缆通讯电路，通过测井电缆进行供电和信号传输；控制电路与所述电机的输入端连接；旋转轴穿过方位传感器的测量部件与旋转体连接，电机带动方位传感器的测量部件与旋转体同步转动；测量电路与所述方位传感器的输出端连接，控制电路与所述电磁传感器阵列中的各电磁传感器输入端连接，测量电路与所述电磁传感器阵列的各电磁传感器输出端连接。本发明提供的阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测方法及仪器,最大程度提高探测精度，提高工作效率。

Description

一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测方法及仪器

技术领域

本发明涉及油田修井作业技术领域，特别涉及一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测方法及仪器。

背景技术

油田开发进入中后期，套损井逐年增多，其中部分套损井类型以套管错断为主。在套损井大修过程中，当遇到错断井的上下断口完全错开，下部套管断口出现平移且平移的距离超过套管的直径时，通过上部套管通道下入的修井工具将无法进入下部套管通道，造成下部套管丢失的现象，形成所谓的丢鱼井。这类井大修难度大，不能报废，给油田正常生产埋下隐患。

随着油田套损井治理的持续开展，套损井中的错断井治理和修复工作量逐步增多，尤其在成本可控的情况下，错断井修复再利用对油田的稳产意义重大，因此井下鱼顶探测技术作为修井作业的技术支持，为丢鱼井修复提供方向，具有重要的社会效益及重大的经济效益，应用前景广阔。

发明内容

本发明提供一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测方法及仪器，以克服现有技术中探测丢失鱼头精度较低导致出现修井难度较大以及工作效率较低的缺陷。

为了解决上述问题，本发明一方面提供一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器，包括：

仪器壳体，所述仪器壳体内设有电路部分、电机、方位传感器、旋转轴、旋转体和电磁传感器阵列；

所述仪器壳体由不导磁材料制成；

所述电路部分由测量电路、控制电路和电缆通讯电路构成，通过测井电缆进行供电和信号传输；

所述控制电路与所述电机的输入端连接，用于控制所述电机的运行状态；

所述旋转轴穿过所述方位传感器的测量部件与所述旋转体连接，所述电机通过所述旋转轴带动所述方位传感器的测量部件与所述旋转体同步转动；

所述电磁传感器阵列包括第一电磁传感器，第二电磁传感器，第三电磁传感器；

所述旋转体上设置与所述电磁传感器阵列中各电磁传感器的形状匹配的安装凹槽，各电磁传感器固定于相应的安装凹槽内；

所述测量电路与所述方位传感器的输出端连接，用于测量所述电磁传感器阵列的测量方位；

所述控制电路与所述电磁传感器阵列中的各电磁传感器输入端连接，用于控制所述电磁传感器阵列中的各电磁传感器的工作状态；

所述测量电路与所述电磁传感器阵列的各电磁传感器输出端连接用于测量所述感应探头接收的电磁感应信号。

优选地，所述第一电磁传感器，包括传感器骨架、激励线圈和感应探头；

所述第一电磁传感器用于判断阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器水平方向上导磁介质的有无，进而确定丢失套管鱼头所在的深度、方位和距离。

优选地，所述感应探头的数量为4个，在圆周方向等角度均匀布设于所述激励线圈四周。

优选地，所述第二电磁传感器，包括传感器骨架、激励线圈、感应探头和屏蔽壳，用于测量阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器水平方向上导磁介质的方位和距离；

所述屏蔽壳使所述第二电磁传感器的激励磁场保持分布在水平方向上。

优选地，所述第三电磁传感器第二电磁传感器的结构相同，包括传感器骨架、激励线圈、感应探头和屏蔽壳，

所述屏蔽壳使所述第三电磁传感器的激励磁场保持分布在垂直向下的方向上，用于测量所述阵列电磁扫描丢失鱼头仪器下方的导磁介质的有无和距离；

所述激励线圈采用电流激励方式，其中心磁通密度公式为：

式中：Bx-中心磁通密度；μ₀空气中的磁导率； n-激励线圈匝数； a-绕线直径； d-线圈直径 ；l-线圈长度； i_m -线圈电流； D-线圈外径。

优选地，所述感应探头为接收线圈、霍尔元件或磁通门。

另一方面，本发明还提供一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测方法，包括：套管在某一深度处错断成两部分时，当丢失鱼头位于错断处的下方，执行下列步骤：

步骤S41、利用测井电缆下放所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器至测试通道内至遇阻停止，周期性的以最大功率激励所述第三电磁传感器工作并记录测量结果；

步骤S42、保持仪器的工作状态，利用测井电缆上提所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器预定距离时，记录所述第三电磁传感器的测量结果；

步骤S43、导磁介质能使磁场分布发生变化，通过对比两次所述第三电磁传感器的测量结果，判断所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器下方是否有丢失鱼头，以及所述丢失鱼头与所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器遇阻时的距离；

套管在某一深度处错断成两部分时，当丢失鱼头在错断处的侧方时，执行下列步骤：

步骤S51、在错断位置处继续下钻，形成测试通道；

步骤S52、利用测井电缆下放本发明所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器至测试通道内至遇阻停止，周期性的以最大功率激励所述第一电磁传感器的激励线圈，停止激励的同时，同步采集4个接收探头接收到的感应电信号，导磁介质能使磁场分布发生变化，根据接收到的感应电信号，可以判定导磁介质的有无；

步骤S53、保持步骤S51中所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器的工作状态，利用测井电缆上提所述的阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器，根据接收到的感应电信号，导磁介质从有到无所在的深度即为丢失鱼头所在的深度

步骤S54、在丢失鱼头所在的深度，周期性的以最大功率激励所述第二电磁传感器工作，启动所述电机，进行旋转测量，当所述第二电磁传感器的测量方向与丢失鱼头所在方向相同时，所述第二电磁传感器接收到的感应信号值最大，此时所述第二电磁传感器的测量方向即为丢失鱼头的方向；

步骤S55、进行旋转测量时，所述电磁传感器阵列与所述方位传感器同步转动，根据方位传感器的测量结果，确定所述第二电磁传感器测量的实际方位，进而确定丢失鱼头的实际方位；

步骤S56、所述电磁传感器阵列接收的感应信号值与丢失鱼头的距离成线性相关，在已确定丢失鱼头的方位上，改变所述第一电磁传感器和所述第二电磁传感器的激励功率，根据所述第一电磁传感器和所述第二电磁传感器接收到的电磁感应信号，可以分析出丢失鱼头的距离；

步骤S57、在丢失鱼头所在深度下方的不同深度处，反复重复步骤S54至步骤S56，根据测量结果分析出错断套管的姿态，为制定合理打捞套管方案提供数据支持。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测方法及仪器,在套管完全错断的情况下，探测丢鱼井的下部丢失套管的距离和方位，最大程度提高探测精度，提高工作效率，为修井工具提供作业方向。

附图说明

图1是本发明实施例阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器结构示意图；

图2是本发明实施例阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器中第一电磁传感器结构示意图；

图3是本发明实施例阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器中第二电磁传感器结构示意图；

图4是套管纵向错断时探测示意图；

图5是套管横向错断时探测示意图；

图6是电路部分结构示意图。

图中：

1：仪器外壳；2：电路短节；3：电机；4：方位传感器；5：旋转轴；6：第一电磁传感器；7：旋转体；8：第二电磁传感器；9：第三电磁传感器；10：电磁传感器阵列；11：传感器骨架；12：激励线圈；13：感应探头；14：屏蔽壳；15：套管一；16：套管二（丢失鱼头）；17：测井电缆；18：阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器；19：测试通道；20：测量电路；21：控制电路；22：电缆通讯电路。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

如图1-3所示，本发明提供一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器。该探测仪器包括：仪器壳体1，电路部分2，电机3，方位传感器4，旋转轴5，旋转体7和电磁传感器阵列10。电路部分2，电机3，方位传感器4，旋转轴5，旋转体7和电磁传感器阵列10安装在仪器壳体1内部，仪器壳体1由不导磁材料制成。参考图6，电路部分2由测量电路20、控制电路21和电缆通讯电路22构成，通过测井电缆17进行供电和信号传输。控制电路21与电机3的输入端连接，用于控制电机3的运行状态。旋转轴5穿过方位传感器4的测量部件与旋转体7连接，电机3可以通过旋转轴5带动方位传感器4的测量部件与旋转体7同步转动。方位传感器4可以为绝对值编码器、光栅编码器、旋转变压器等。

旋转体7上设置与电磁传感器阵列10中各电磁传感器的形状匹配的安装凹槽，各电磁传感器固定于相应的安装凹槽内。测量电路20与方位传感器4的输出端连接，用于测量电磁传感器阵列10的测量方位。控制电路21与电磁传感器阵列10的各电磁传感器输入端连接，用于控制电磁传感器阵列10的各电磁传感器的工作状态（是否工作、激励频率、激励功率等）。测量电路20与电磁传感器阵列10的各电磁传感器输出端连接用于测量感应探头13接收的电磁感应信号；

其中，电磁传感器阵列10由第一电磁传感器6、第二电磁传感器8和第三电磁传感器9组成。

参考图2，该第一电磁传感器6，包括传感器骨架11、激励线圈12、感应探头13，用于判断仪器水平方向上导磁介质的有无，进而确定丢失套管鱼头16所在的深度、方位和距离。电磁传感器6中感应探头13的数量为4个，在圆周方向等角度均匀布设于激励线圈12四周，感应探头13的数量不做限制，只要保证感应探头13均匀布置即可，感应探头13等角度均匀布设可以全面接收导磁介质产生的感应磁场信号，便于判断导磁介质所在的方位和距离。

参考图3，该第二电磁传感器8，包括传感器骨架11、激励线圈12、感应探头13和屏蔽壳14，用于精确测量仪器水平方向上导磁介质的方位和距离。屏蔽壳14可以使第二电磁传感器8的激励磁场主要分布在水平方向上，可以增强第二电磁传感器8在水平方向上的磁场强度，进而增加第二电磁传感器8的探测距离。

其中，第三电磁传感器9与第二电磁传感器8的结构相同，区别在于大小、激励线圈绕制参数等方面，且测量方向为垂直向下，用于测量仪器下方的导磁介质的有无和距离。激励线圈12采用电流激励方式，其中心磁通密度公式为：

式中：Bx-中心磁通密度；μ₀-空气中的磁导率； n-激励线圈匝数； a-绕线直径；d-线圈直径； l-线圈长度； i_m -线圈电流 ；D-线圈外径。

激励线圈12的绕制参数需根据仪器实际尺寸需求等条件设定，因此当所述激励线圈绕制参数确定后，只能通过改变激励线圈12的电流，改变中心磁通密度的大小，在相同距离处，激励电流越大，激励磁场强度越强，电磁传感器的可探测距离越远。

感应探头13可以为接收线圈、霍尔元件、磁通门等，可根据实际应用情况而定。

另外，本发明还提供一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测方法，当套管在某一深度处错断成套管一15和套管二（即丢失鱼头）16两部分时，可能存在下列两种情况：

第一种情况，如图4所示，丢失鱼头16在错断套管一15的下方，此时执行下列步骤：

步骤S41、利用测井电缆17下放该阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器18至测试通道内至遇阻停止，周期性的以最大功率激励第三电磁传感器9工作并记录测量结果；

步骤S42、保持仪器的工作状态，利用测井电缆17上提阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器18一米，记录第三电磁传感器9的测量结果；

步骤S43、导磁介质能使磁场分布发生变化，通过对比两次第三电磁传感器9的测量结果，可以分析出阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器18下方是否有导磁介质（即丢失鱼头16），以及丢失鱼头16与阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器18遇阻时的距离；

第二种情况，如图5所示，丢失鱼头16在错断套管一15的侧方，此时执行下列步骤：

步骤S51、在套管一15错断处继续下钻，形成测试通道19；

步骤S52、利用测井电缆17沿测试通道19下放该阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器18至遇阻停止，周期性的以最大功率激励第一电磁传感器6的激励线圈12，停止激励的同时，同步采集4个接收探头13接收到的感应电信号，导磁介质能使磁场分布发生变化，根据接收到的感应电信号，可以判定仪器四周导磁介质的有无；

步骤S53、保持仪器的工作状态，利用测井电缆上提阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器18，根据接收到的感应电信号，导磁介质从有到无的深度即为丢失鱼头16所在的深度；

步骤S54、在丢失鱼头16所在的深度，周期性的以最大功率激励第二电磁传感器8工作，启动电机3，进行旋转测量，当第二电磁传感器8的测量方向与丢失鱼头16所在方向相同时，第二电磁传感器8接收到的感应信号值最大，此时第二电磁传感器8的测量方向即为丢失鱼头16的方向；

步骤S55、进行旋转测量时，电磁传感器阵列10与方位传感器4同步转动,根据方位传感器4的测量结果，确定第二电磁传感器8测量的实际方位，进而确定丢失鱼头16的实际方位；

步骤S56、电磁传感器阵列10接收的感应信号值与丢失鱼头的距离成线性相关，在已确定丢失鱼头的方位上，改变第一电磁传感器6和第二电磁传感器8的激励功率，根据第一电磁传感器6和第二电磁传感器8接收到的电磁感应信号，可以分析出丢失鱼头16的距离；

步骤S57、在丢失鱼头16所在深度下方的不同深度处，反复重复步骤S54至步骤S56，根据测量结果可以分析出错断套管二16的姿态，为制定合理打捞套管方案提供数据支持。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器，其特征在于，包括：

仪器壳体，所述仪器壳体内设有电路部分、电机、方位传感器、旋转轴、旋转体和电磁传感器阵列；

所述仪器壳体由不导磁材料制成；

所述电路部分包括测量电路、控制电路和电缆通讯电路，通过测井电缆进行供电和信号传输；

所述控制电路与所述电机的输入端连接，用于控制所述电机的运行状态；

所述旋转轴穿过所述方位传感器的测量部件与所述旋转体连接，所述电机通过所述旋转轴带动所述方位传感器的测量部件与所述旋转体同步转动；

所述电磁传感器阵列包括第一电磁传感器、第二电磁传感器和第三电磁传感器；

所述旋转体上设置与所述电磁传感器阵列中各电磁传感器的形状匹配的安装凹槽，各电磁传感器固定于相应的安装凹槽内；

所述测量电路与所述方位传感器的输出端连接，用于测量所述电磁传感器阵列的测量方位；

所述控制电路与所述电磁传感器阵列中的各电磁传感器输入端连接，用于控制所述电磁传感器阵列中的各电磁传感器的工作状态；

所述测量电路与所述电磁传感器阵列的各电磁传感器输出端连接用于测量所述感应探头接收的电磁感应信号。

2.如权利要求1所述的阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器，其特征在于，所述第一电磁传感器包括传感器骨架、激励线圈和感应探头；

所述第一电磁传感器用于判断阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器水平方向上导磁介质的有无，进而确定丢失套管鱼头所在的深度、方位和距离。

3.如权利要求1所述的阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器，其特征在于，所述感应探头的数量为4个，在圆周方向等角度均匀布设于所述激励线圈的四周。

4.如权利要求1所述的阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器，其特征在于，所述第二电磁传感器包括传感器骨架、激励线圈、感应探头和屏蔽壳，用于测量阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器水平方向上导磁介质的方位和距离；

所述屏蔽壳使所述第二电磁传感器的激励磁场保持分布在水平方向上。

5.如权利要求1所述的阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器，其特征在于，所述第三电磁传感器第二电磁传感器的结构相同，包括传感器骨架、激励线圈、感应探头和屏蔽壳，

所述屏蔽壳使所述第三电磁传感器的激励磁场保持分布在垂直向下的方向上，用于测量所述阵列电磁扫描丢失鱼头仪器下方的导磁介质的有无和距离；

所述激励线圈采用电流激励方式，其中心磁通密度公式为：

式中：Bx-中心磁通密度；μ₀-空气中的磁导率； n-激励线圈匝数； a-绕线直径； d-线圈直径 ；l-线圈长度； i_m-线圈电流； D-线圈外径。

6.如权利要求2所述的阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测仪器，其特征在于，所述感应探头为接收线圈、霍尔元件或磁通门。

7.一种阵列式电磁扫描丢失鱼头的探测方法，其特征在于，包括：套管在某一深度处错断成两部分时，当丢失鱼头位于错断处的下方，执行下列步骤：

步骤S41、利用测井电缆下放所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器至测试通道内至遇阻停止，周期性的以最大功率激励所述第三电磁传感器工作并记录测量结果；

步骤S42、保持仪器的工作状态，利用测井电缆上提所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器预定距离时，记录所述第三电磁传感器的测量结果；

步骤S43、导磁介质能使磁场分布发生变化，通过对比两次所述第三电磁传感器的测量结果，判断所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器下方是否有丢失鱼头，以及所述丢失鱼头与所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器遇阻时的距离；

套管在某一深度处错断成两部分时，当丢失鱼头在错断处的侧方时，执行下列步骤：

步骤S51、在错断位置处继续下钻，形成测试通道；

步骤S52、利用测井电缆下放本发明所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器至测试通道内至遇阻停止，周期性的以最大功率激励所述第一电磁传感器的激励线圈，停止激励的同时，同步采集4个接收探头接收到的感应电信号，导磁介质能使磁场分布发生变化，根据接收到的感应电信号，可以判定导磁介质的有无；

步骤S53、保持步骤S51中所述阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器的工作状态，利用测井电缆上提所述的阵列式电磁扫描丢失鱼头仪器，根据接收到的感应电信号，导磁介质从有到无所在的深度即为丢失鱼头所在的深度

步骤S54、在丢失鱼头所在的深度，周期性的以最大功率激励所述第二电磁传感器工作，启动所述电机，进行旋转测量，当所述第二电磁传感器的测量方向与丢失鱼头所在方向相同时，所述第二电磁传感器接收到的感应信号值最大，此时所述第二电磁传感器的测量方向即为丢失鱼头的方向；

步骤S55、进行旋转测量时，所述电磁传感器阵列与所述方位传感器同步转动，根据方位传感器的测量结果，确定所述第二电磁传感器测量的实际方位，进而确定丢失鱼头的实际方位；

步骤S56、所述电磁传感器阵列接收的感应信号值与丢失鱼头的距离成线性相关，在已确定丢失鱼头的方位上，改变所述第一电磁传感器和所述第二电磁传感器的激励功率，根据所述第一电磁传感器和所述第二电磁传感器接收到的电磁感应信号，可以分析出丢失鱼头的距离；

步骤S57、在丢失鱼头所在深度下方的不同深度处，反复重复步骤S54至步骤S56，根据测量结果分析出错断套管的姿态，为制定合理打捞套管方案提供数据支持。

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