CN202391408U - 一种基于交变磁场测量的防碰测距装置 - Google Patents

一种基于交变磁场测量的防碰测距装置 Download PDF

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刘海
冯泽东
常永旺
曾莉莉
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Abstract

本实用新型公开了一种基于交变磁场测量的防碰测距装置。所述防碰测距装置包括钻头、磁性短节、螺杆、磁场测量探管和地面处理系统，其中在所述钻头与所述螺杆之间安装所述磁性短节，所述磁性短节安装有永磁体，所述钻头在所述螺杆的驱动下转动，所述磁性短节跟随转动，该永磁体在空间中形成一个交变磁场；在已有钻井中放置所述磁场测量探管，该磁场测量探管测量所述磁性短节产生的交变磁场并将测量数据传送到所述地面处理系统。该装置可以有效避免套管对测量的影响，并实现对钻头位置的准确测量，从而减少井眼轨迹碰撞的危险。

Description

一种基于交变磁场测量的防碰测距装置
技术领域
本实用新型涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种基于交变磁场测量的防碰测距装置。
背景技术
目前，在石油钻井技术领域中，海上作业平台的丛式井井眼间距较小，作业井钻进过程中存在碰撞到已有井眼轨迹的危险。两口井井眼轨迹碰撞，造成的损失非常巨大，因此必须使用轨迹测量与控制工具来避免轨迹碰撞。
传统的井眼轨迹控制工具一般采用基于地磁场、地球重力场测量的方式来测量井眼轨迹。但是在两口井比较接近，特别是其中一口井存在套管的情况下，地磁场测量会受到套管的影响。测量数据与实际的井眼轨迹数据存在偏差，会使井眼轨迹控制失误，从而导致井眼轨迹碰撞；而基于陀螺测量的随钻测量系统(MWD)工具，虽然可以避免套管对测量的影响，但是由于MWD系统距离钻头的距离一般在10米左右，对于钻头与其他井的距离控制实时性较差，钻进过程中仍然存在井眼轨迹碰撞的危险。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于交变磁场测量的防碰测距装置，该装置可以有效避免套管对测量的影响，并实现对钻头位置的准确测量，从而减少井眼轨迹碰撞的危险。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于交变磁场测量的防碰测距装置，所述防碰测距装置包括钻头、磁性短节、螺杆、磁场测量探管和地面处理系统，其中，
在所述钻头与所述螺杆之间安装所述磁性短节，所述磁性短节安装有永磁体，所述钻头在所述螺杆的驱动下转动，所述磁性短节跟随转动，该永磁体在空间中形成一个交变磁场；
在已有钻井中放置所述磁场测量探管，该磁场测量探管测量所述磁性短节产生的交变磁场并将测量数据传送到所述地面处理系统；
所述地面处理系统包括地面接口箱和地面工控机，所述地面接口箱与所述磁场测量探管相连，接收所述磁场测量探管传送来的测量数据；所述地面工控机与所述地面接口箱相连，处理所接收到的测量数据。
所述磁场测量探管采用三轴磁通门传感器测量所述磁性短节产生的交变磁场的三轴分量。
所述磁场测量探管采用电缆连接所述地面处理系统，并接收所述地面处理系统的控制命令。
由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，所述防碰测距装置包括钻头、磁性短节、螺杆、磁场测量探管和地面处理系统，其中在所述钻头与所述螺杆之间安装所述磁性短节，所述磁性短节安装有永磁体，所述钻头在所述螺杆的驱动下转动，所述磁性短节跟随转动，该永磁体在空间中形成一个交变磁场；在已有钻井中放置所述磁场测量探管，该磁场测量探管测量所述磁性短节产生的交变磁场并将测量数据传送到所述地面处理系统；所述地面处理系统包括地面接口箱和地面工控机，所述地面接口箱与所述磁场测量探管相连，接收所述磁场测量探管传送来的测量数据；所述地面工控机与所述地面接口箱相连，处理所接收到的测量数据。该装置可以有效避免套管对测量的影响，并实现对钻头位置的准确测量，从而减少井眼轨迹碰撞的危险。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本实用新型实施例提供的基于交变磁场测量的防碰测距装置示意图；
图2为本实用新型实施例提供的磁性短节的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的磁场测量探管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。
本实用新型解决了钻头位置的准确测量问题，实现了井眼轨迹的精确控制，以此为基础可以做到井眼轨迹的预测并制定绕障方案，从而避免海上丛式井井眼轨迹碰撞。下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述，图1为本实用新型实施例提供的基于交变磁场测量的防碰测距装置示意图，图1中包括：1钻头，2磁性短节，3螺杆，4作业井眼，5磁场测量探管，6已有钻井，7电缆绞车，8地面接口箱，9地面工控机，10钻井架，11电缆；这里地面接口箱8和地面工控机9组成了地面处理系统，其中：
在钻头(1)与螺杆(3)之间安装磁性短节(2)，磁性短节(2)本身安装了永磁体，永磁铁在空间中产生磁场。钻头(1)在螺杆(3)的驱动下转动时，磁性短节跟随转动，永磁体在空间中形成一个交变磁场。具体实现过程中，上述磁性短节(2)保证测点与钻头的距离不超过1米，因而可以准确地确定钻头的位置，从而实现井眼轨迹的精确控制。磁性短节随钻头旋转时可以产生交变磁场，交变磁场的大小和方向随距离与方位的变化而变化。
在已有钻井(6)中放置所述磁场测量探管(5)，利用磁场测量探管(5)测量探管所在位置的交变磁场大小，可以确定钻头(1)的相对距离与方位，并推算处钻头(1)的准确位置，该磁场测量探管(5)测量所述磁性短节产生的交变磁场并将测量数据传送到所述地面处理系统。
所述地面处理系统包括地面接口箱(8)和地面工控机(9)，所述地面接口箱(8)与所述磁场测量探管(5)相连，接收所述磁场测量探管(5)传送来的测量数据；所述地面工控机(9)与所述地面接口箱(8)相连，处理所接收到的测量数据，获得作业井眼(4)钻头的准确位置，并绘制井眼轨迹，并以测量数据为基础做轨迹的预测分析，从而给出绕障方案。
具体实现过程为：磁场测量探管(5)采用三轴磁通门传感器测量磁性短节(2)产生的交变磁场的三轴分量，还可以使用增益可调放大器对交流磁场信号做放大以达到较高的测量精度，再将测量数据发送到所述地面处理系统。本实施例中，磁场测量探管采用电缆通信的方式将数据传输到地面处理系统，并接收地面处理系统的控制命令；虽然已有井套管对静态磁场测量影响较大，而对于交变磁场测量的作用是恒定的衰减效果，只需对套管做一次标定即可将其对交变磁场测量的影响去除。
磁场测量探管(5)与地面接口箱(8)通过单芯电缆(11)通信，实现数据的上传；地面接口箱(8)实现磁场测量探管(5)的供电与通信信号的编码解码，在获取磁场测量探管(5)的数据后，地面接口箱(8)通过RS232总线(12)将数据发送给地面工控机(9)。
地面工控机(9)运行的地面控制系统接收地面接口箱(8)发送的数据，计算得到钻头(1)的相对方位、距离并给出钻头(1)的具体坐标。所述地面处理系统根据所得到的测量数据和已有的井数据绘制各口井的井眼轨迹，并以测量数据为基础做轨迹的预测分析，从而给出绕障方案。
图2是本实用新型的磁性短节结构图。磁性短节(13)会随钻具(图1中的3)旋转，其上安装的永磁体(14)随之旋转产生交变磁场。
如图3所示是本实用新型的磁场测量探管的结构示意图，图3中：
传感器模块(18)包括三轴磁通门传感器和三轴加速度传感器，分别测量交变磁场和地球重力场。
电路板骨架(16)主要包括电源板、测量板、通信板三部分：电源板实现供电电压的转换并提供传感器模块和测量板的电源；测量板接收传感器模块的信号，实现测量信号的模数AD转换，并将数据编码发送到通信板；通信板接收测量板的编码信息，生成编码信号并发送到上端接头(15)。
上端接头(15)通过电缆与地面接口箱(图1中的8)连接，接收地面接口箱的供电以及下发命令信号，并将探管的数据编码信号发送到电缆上。
外保护筒(17)支撑和保护内部结构。
综上所述，本实用新型所提供的装置可以有效避免套管对测量的影响，并实现对钻头位置的准确测量，从而减少井眼轨迹碰撞的危险。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于交变磁场测量的防碰测距装置，其特征在于，所述防碰测距装置包括钻头、磁性短节、螺杆、磁场测量探管和地面处理系统，其中，
在所述钻头与所述螺杆之间安装所述磁性短节，所述磁性短节安装有永磁体，所述钻头在所述螺杆的驱动下转动，所述磁性短节跟随转动，该永磁体在空间中形成一个交变磁场；
在已有钻井中放置所述磁场测量探管，该磁场测量探管测量所述磁性短节产生的交变磁场并将测量数据传送到所述地面处理系统；
所述地面处理系统包括地面接口箱和地面工控机，所述地面接口箱与所述磁场测量探管相连，接收所述磁场测量探管传送来的测量数据；所述地面工控机与所述地面接口箱相连，处理所接收到的测量数据。
2.如权利要求1所述的基于交变磁场测量的防碰测距装置，其特征在于，
所述磁场测量探管采用三轴磁通门传感器测量所述磁性短节产生的交变磁场的三轴分量。
3.如权利要求1所述的基于交变磁场测量的防碰测距装置，其特征在于，
所述磁场测量探管采用电缆连接所述地面处理系统，并接收所述地面处理系统的控制命令。
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