RU2011154627A - Скважинные магнитные измерения во время вращения и способы использования их - Google Patents

Abstract

1. Способ определения среднего значения полного магнитного поля во время бурения, содержащий этапы, на которыхразмещают трехосный векторный магнитометр, прикрепляемый к узлу бурильной колонны, при этом трехосный векторный магнитометр выполняют с возможностью измерения трех ортогональных составляющих магнитных полей;вращают узел бурильной колонны;определяют среднее значение (B) полного магнитного поля как среднюю величину мгновенной векторной суммы трех ортогональных составляющих магнитных полей во время этапа вращения узла бурильной колонны.2. Способ по п.1, в котором трехосный магнитометр содержит три векторных магнитометра.3. Способ по п.1, в котором значение (B) полного магнитного поля вычисляют в соответствии с формулой, выбираемой из группы, состоящей изгде каждый член B, Bи Bсоответствует одной из трех ортогональных составляющих магнитных полей.4. Способ по п.3, в котором Bсоответствует оси вдоль ствола скважины и в котором Bи Bсоответствуют оси поперек ствола скважины.5. Способ по п.1, в котором среднее вычисляют в соответствии с нижеследующей формулой или ее реальным математическим эквивалентом:где каждый член B, Bи Bсоответствует одной из трех ортогональных составляющих магнитных полей.6. Способ по п.5, в котором три векторных магнитометра являются достаточно широкополосными, так что отсутствует значительное ослабление сигнала при максимальной ожидаемой частоте вращения.7. Способ по п.3, дополнительно содержащий:определение векторной составляющей (B) магнитного поля вдоль оси ствола скважины; иопределение вычисляемого B(θ) узла бурильной колонны в соответствии с формулой8. Способ по п.3, дополнительно сод�

Claims (28)

1. Способ определения среднего значения полного магнитного поля во время бурения, содержащий этапы, на которых

размещают трехосный векторный магнитометр, прикрепляемый к узлу бурильной колонны, при этом трехосный векторный магнитометр выполняют с возможностью измерения трех ортогональных составляющих магнитных полей;

вращают узел бурильной колонны;

определяют среднее значение (B_TwR) полного магнитного поля как среднюю величину мгновенной векторной суммы трех ортогональных составляющих магнитных полей во время этапа вращения узла бурильной колонны.

2. Способ по п.1, в котором трехосный магнитометр содержит три векторных магнитометра.

3. Способ по п.1, в котором значение (B_TwR) полного магнитного поля вычисляют в соответствии с формулой, выбираемой из группы, состоящей из

$$B_{TwR}=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\sqrt{B_{xi}^2+B_{yi}^2+B_{zi}^2}}}{n},$$

$$B_{TwR}=\sqrt{\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\left(B_{xi}^2+B_{yi}^2\right)}}{n}+{\left(\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{B}_{zi}}}{n}\right)}^2},$$

$$B_{TwR}=\sqrt{\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\left(B_{xi}^2+B_{yi}^2+B_{zi}^2\right)}}{n}},$$

где каждый член B_xi, B_yi и B_zi соответствует одной из трех ортогональных составляющих магнитных полей.

4. Способ по п.3, в котором B_zi соответствует оси вдоль ствола скважины и в котором B_xi и B_yi соответствуют оси поперек ствола скважины.

5. Способ по п.1, в котором среднее вычисляют в соответствии с нижеследующей формулой или ее реальным математическим эквивалентом:

$$B_{TwR}=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\sqrt{B_{xi}^2+B_{yi}^2+B_{zi}^2}}}{n},$$

где каждый член B_xi, B_yi и B_zi соответствует одной из трех ортогональных составляющих магнитных полей.

6. Способ по п.5, в котором три векторных магнитометра являются достаточно широкополосными, так что отсутствует значительное ослабление сигнала при максимальной ожидаемой частоте вращения.

7. Способ по п.3, дополнительно содержащий:

определение векторной составляющей (B_z) магнитного поля вдоль оси ствола скважины; и

определение вычисляемого B_Angle(θ) узла бурильной колонны в соответствии с формулой $$\theta ={\cos }^{-1}\left(\frac{B_z}{B_{TwR}}\right).$$

8. Способ по п.3, дополнительно содержащий

определение значения (B_z) векторной составляющей магнитного поля вдоль оси ствола скважины и

определение вычисляемого B_Angle(θ) узла бурильной колонны в соответствии с формулой $$\theta ={\cos }^{-1}\left(\frac{B_z}{B_{TwR}}\right)$$

или реальным математическим эквивалентом ее.

9. Способ по п.7, дополнительно содержащий

временное прекращение вращения узла бурильной колонны;

измерение наклона и азимута узла бурильной колонны в то время, когда узел бурильной колонны является неподвижным, для того, чтобы определять исходные стационарные азимут и наклон;

обеспечение вращения узла бурильной колонны во время бурения;

определение вычисляемого азимута (Azm) во время бурения в соответствии с формулой

$$\text{Azm}=a\cos \left(\frac{\cos (B_{Angle})-\sin (Dip)\cdot \cos (Inc)}{\cos (Dip)\cdot \sin (Inc)}\right),$$

где Inc является наклоном во время бурения, где Dip является отклонением от горизонтали магнитного поля Земли и где B _Angle представляет собой вычисляемый B_Angle(θ).

10. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап уклонения от пересечения траекторий скважин с использованием вычисляемого Azm для определения направления ствола скважины.

11. Способ по п.7, дополнительно содержащий этап пересечения скважины с использованием вычисляемого Azm для определения направления ствола скважины.

12. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап использования вычисляемого B_Angle(θ) и вычисляемого Azm для одного из уклонения от пересечения траекторий скважин и пересечения скважины.

13. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап вывода значения, на котором значение выбирают из группы, состоящей из B_TwR, вычисляемого B_Angle(θ), вычисляемого наклона и вычисляемого Azm, при этом этап вывода выбирают из группы, состоящей их сохранения значения в запоминающем устройстве и передачи значения к наземному компьютеру.

14. Способ по п.3, дополнительно содержащий

размещение инклинометра, прикрепляемого к узлу бурильной колонны;

измерение наклона с использованием инклинометра;

прекращение на время вращения узла бурильной колонны;

измерение азимута узла бурильной колонны в то время, когда узел бурильной колонны является неподвижным, для того, чтобы определять исходный стационарный азимут;

обеспечение вращения узла бурильной колонны во время бурения; и

определение вычисляемого азимута во время бурения в соответствии с формулой $$\text{Azm}=a\cos \left(\frac{\cos (B_{Angle})-\sin (Dip)\cdot \cos (Inc)}{\cos (Dip)\cdot \sin (Inc)}\right),$$

где Inc является наклоном во время бурения и Dip является отклонением от горизонтали магнитного поля Земли.

15. Способ по п.1, дополнительно содержащий

размещение трехосного векторного магнитометра, прикрепляемого к узлу бурильной колонны, при этом трехосный векторный магнитометр выполняют с возможностью измерения трех ортогональных составляющих магнитных полей;

обеспечение вращения узла бурильной колонны;

бурение секции ствола скважины;

определение множества средних полных магнитных полей вдоль секции ствола скважины, при этом средние полные магнитные поля являются средним мгновенных модулей векторов трех ортогональных составляющих магнитных полей во время этапа обеспечения вращения узла бурильной колонны; и

идентификация присутствия внешнего ферромагнитного материала как участка секции, где средние полные магнитные поля отклоняются от ожидаемого магнитного поля Земли.

16. Способ по п.15, в котором ожидаемое магнитное поле Земли определяют как стационарное магнитное поле в отсутствие всякого внешнего ферромагнитного материала.

17. Способ по п.15, дополнительно содержащий

определение амплитуды и пространственной частоты разности между ожидаемым магнитным полем Земли и средним значением (B_TwR) полного магнитного поля на протяжении секции ствола скважины;

сравнение амплитуды и пространственной частоты разностного сигнала B_TwR с амплитудой и пространственной частотой ожидаемого разностного сигнала от предполагаемого источника на предполагаемом расстоянии для того, чтобы получать результат сравнения, при этом ожидаемый разностный сигнал представляет оценочные теоретические данные из компьютерной модели; и

оценивание расстояния до внешнего ферромагнитного вещества, соответствующего расстоянию, на котором амплитуда и пространственная частота измеряемого разностного сигнала B_TwR являются по существу такими же, как ожидаемого разностного сигнала.

18. Способ по п.17, в котором этап оценивания расстояния используют для одного из исключения пересечений траекторий скважин и пересечения скважины.

19. Способ по п.1, дополнительно содержащий

размещение трехосного векторного магнитометра, прикрепляемого к узлу бурильной колонны, при этом трехосный векторный магнитометр выполняют с возможностью измерения трех ортогональных составляющих магнитных полей;

обеспечение вращения узла бурильной колонны; и

определение среднего полного магнитного поля (B_TwR) как среднего мгновенных модулей векторов трех ортогональных составляющих магнитных полей во время этапа обеспечения вращения узла бурильной колонны;

прекращение на время вращения узла бурильной колонны;

измерение стационарного полного магнитного поля в то время, когда узел бурильной колонны является неподвижным, чтобы получать измерение стационарного полного магнитного поля; и

сравнение среднего полного магнитного поля (B_TwR) с измерением стационарного полного магнитного поля для того, чтобы определять величину ошибки между полным магнитным полем (B_TwR) и измерением стационарного полного магнитного поля.

20. Способ по п.19, в котором этап измерения стационарного полного магнитного поля содержит измерение стационарного полного магнитного поля независимой аппаратурой для измерения магнитного поля в то время, когда узел бурильной колонны является неподвижным, чтобы получать измерение стационарного полного магнитного поля.

21. Способ по п.19, в котором этап измерения стационарного полного магнитного поля содержит измерение стационарного полного магнитного поля трехосным векторным магнитометром в то время, когда узел бурильной колонны является неподвижным, чтобы получать измерение стационарного полного магнитного поля.

22. Способ по п.19, в котором этап определения среднего полного магнитного поля (B _TwR) осуществляют по существу в отсутствие присутствия внешнего ферромагнитного материала.

23. Устройство для определения среднего значения полного магнитного поля во время бурения, содержащее

узел бурильной колонны;

процессор;

первый векторный магнитометр, при этом первый векторный магнитометр соответствует оси вдоль ствола скважины, при этом первый векторный магнитометр выполнен с возможностью измерения первой векторной составляющей магнитного поля, первый векторный магнитометр имеет выход с возможностью передачи информации, связанный с процессором;

второй векторный магнитометр, при этом второй векторный магнитометр соответствует оси поперек ствола скважины, при этом второй векторный магнитометр выполнен с возможностью измерения второй векторной составляющей магнитного поля, второй векторный магнитометр имеет выход с возможностью передачи информации, связанный с процессором;

третий векторный магнитометр, при этом третий векторный магнитометр соответствует оси поперек ствола скважины, при этом третий векторный магнитометр выполнен с возможностью измерения третьей векторной составляющей магнитного поля, третий векторный магнитометр имеет выход с возможностью передачи информации, связанный с процессором;

в котором первый векторный магнитометр, второй векторный магнитометр и третий векторный магнитометр прикреплены к узлу бурильной колонны;

в котором ось вдоль ствола скважины является ортогональной к оси поперек ствола скважины второго векторного магнитометра и третьего векторного магнитометра, в котором ось поперек ствола скважины второго векторного магнитометра является ортогональной к оси поперек ствола скважины третьего векторного магнитометра;

в котором процессор выполнен с возможностью определения среднего значения (B_TwR) полного магнитного поля как среднего мгновенных модулей векторов первой векторной составляющей магнитного поля, второй векторной составляющей магнитного поля и третьей векторной составляющей магнитного поля.

24. Устройство по п.23, в котором процессор выполнен с возможностью определения мгновенных модулей векторов, измеряемых во время вращения узла бурильной колонны.

25. Устройство по п.23, в котором процессор также выполнен с возможностью определения значения (B_TwR) полного магнитного поля в соответствии с формулой, выбираемой из группы, состоящей из

$$B_{TwR}=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\sqrt{B_{xi}^2+B_{yi}^2+B_{zi}^2}}}{n}$$

и $$B_{TwR}=\sqrt{\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\left(B_{xi}^2+B_{yi}^2+B_{zi}^2\right)}}{n}},$$

где B_zi соответствует первой векторной составляющей магнитного поля, где B_xi соответствует второй векторной составляющей магнитного поля и где B_yi соответствует третьей векторной составляющей магнитного поля.

26. Устройство по п.23, в котором процессор также выполнен с возможностью определения среднего в соответствии с нижеследующей формулой или ее реальным математическим эквивалентом:

$$B_{TwR}=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\sqrt{B_{xi}^2+B_{yi}^2+B_{zi}^2}}}{n},$$

где B_zi соответствует первой векторной составляющей магнитного поля, где B_xi соответствует второй векторной составляющей магнитного поля и где B_yi соответствует третьей векторной составляющей магнитного поля.

27. Устройство по п.26, в котором процессор также выполнен с возможностью определения вычисляемого угла (B_Angle) между осью ствола скважины и вектором магнитного поля Земли узла бурильной колонны в соответствии с формулой $$\theta ={\cos }^{-1}\left(\frac{B_z}{B_{TwR}}\right)$$

или ее реальным математическим эквивалентом.

28. Способ определения среднего значения магнитного поля поперек оси во время бурения, содержащий этапы, на которых

размещают двухосный векторный магнитометр, прикрепляемый к узлу бурильной колонны, при этом двухосный векторный магнитометр выполняют с возможностью измерения двух ортогональных составляющих магнитных полей;

обеспечивают вращение узла бурильной колонны; и

определяют среднее значение (B_CwR) магнитного поля поперек оси как среднюю величину мгновенной векторной суммы двух ортогональных составляющих магнитных полей во время этапа обеспечения вращения узла бурильной колонны, при этом значение (B_CwR) полного магнитного поля вычисляют в соответствии с формулой

$$B_{CwR}=\sqrt{\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\left(B_{xi}^2+B_{yi}^2\right)}}{n}},$$

где каждый из членов B_xi и B_yi соответствует оси поперек ствола скважины.