一种套管防碰测距预警方法及测量单元

技术领域

本发明涉及钻井工程中的套管防碰领域，具体涉及一种套管防碰测距预警方法及测量单元。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

随着海上石油勘探的发展和陆地油田老区块进入生产中后期。随着井网变密，井间距离越来越小，在钻井过程中相碰的风险就会越来越大。而一旦钻井打碰到邻井，就很可能导致油井坍塌、停产、漏油一系列需要后续修补的工作，造成巨大经济损失和环境污染。近些年在钻丛式井或老区调整井的过程中，发生在钻井与已钻井相碰的现象有所增加，报废进尺，重复施工现象时有发生，因此，防碰测距技术的研究受到各大石油公司的重视。

目前的防碰测距技术，主要为磁测距防碰技术，因其测量距离远、精度高因此应用广泛，但是在实际应用过程中都需要在邻井套管中入磁源或磁探测设备，增加了一定的人力成本。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种套管防碰测距预警方法及测量单元，通过将测量单元置于钻具中，实现套管防碰测距预警，其不对套管进行改进，极大程度上降低了人力成本，从而解决了上述问题。

本发明的技术方案如下：

一种套管防碰测距预警测量单元，所述测量单元至少两个，沿钻具轴线间隔一定距离，呈固定夹角螺旋设置在钻具上；

根据所述测量单元的测量结果，确定套管相对于钻具的位置，同时根据测量结果判断套管是否进入预警范围。

进一步地，所述钻具上开设有用于安装测量单元的容置空间。

进一步地，所述测量单元，包括：扭矩传感器和强磁体；所述强磁体在钻具周围形成扇形强磁场，当套管进入扇形强磁场后，通过扭矩传感器测量强磁体的受力大小。

进一步地，所述测量单元，还包括：力臂杆，所述强磁体通过力臂杆与扭矩传感器连接。

一种套管防碰测距预警方法，基于上述的一种套管防碰测距预警测量单元，包括：

根据所述测量单元的测量结果，确定套管相对于钻具的位置；

并根据测量结果判断套管是否进入预警范围。

进一步地，所述确定套管相对于钻具的位置，包括：

当相邻两个测量单元有测量值时，基于测量单元的测量值，通过求解方程组定位单套管；

当三个或三个以上测量单元有测量值时，基于测量单元的测量值，采用智能算法定位多套管。

进一步地，所述方程组，包括：

其中：

T

L为套管轴线与钻具轴线之间的距离；

θ

θ

A、B、C

进一步地，所述采用智能算法定位多套管，包括：

所述智能算法，包括：BP神经网络、支持向量机、深度学习算法等；

通过训练样本对智能算法进行训练，将扭矩传感器测得的扭矩值输入至训练好的智能算法，输出各套管的位置信息；

所述训练样本为实验和仿真数据。

进一步地，所述根据测量结果判断套管是否进入预警范围，包括：

将测量单元的测量值与预设预警值进行比较判断套管是否进入预警范围。

进一步地，所述预设预警值，包括：

设定套管轴线与钻具轴线之间的最小距离L

在实验中，获取当套管轴线与钻具轴线之间距离为L

与现有的技术相比本发明的有益效果是：

一种套管防碰测距预警方法及测量单元，通过将测量单元置于钻具中，实现套管防碰测距预警，其不对套管进行改进，极大程度上降低了人力成本。

附图说明

图1为测量单元的结构示意图；

图2为一种套管防碰测距预警方法流程图；

图3为单套管进入扇形强磁场示意图；

图4为多套管进入扇形强磁场示意图；

图5为距离绝对误差结果图；

图6为预测角度A绝对误差结果图；

图7为预测角度B绝对误差结果图；

图8为预测双套管间隔角度绝对误差结果图。

附图标记：1-钻具，2-扭矩传感器，3-力臂杆，4-强磁体。

具体实施方式

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

请参阅图1，一种套管防碰测距预警测量单元，所述测量单元至少两个，沿钻具1轴线间隔一定距离，呈固定夹角螺旋设置在钻具1上；

根据所述测量单元的测量结果，确定套管相对于钻具1的位置，同时根据测量结果判断套管是否进入预警范围；

所述呈固定夹角螺旋设置在钻具1上，即各测量单元在圆周上均匀分布。

优选地，设计各测量单元沿钻具1轴线间隔一定距离，其目的是保证各强磁体4之间不会互相影响；需要说明的是，本发明中所针对的套管为铁质套管。

在本实施例中，具体的，所述钻具1上开设有用于安装测量单元的容置空间；即将测量单元置于钻具1内部，保证钻具1的正常使用。

在本实施例中，具体的，所述测量单元，包括：扭矩传感器2和强磁体4；所述强磁体4在钻具1周围形成扇形强磁场，当套管进入扇形强磁场后，通过扭矩传感器2测量强磁体4的受力大小；优选地，所述强磁体4为圆柱形强磁体；需要说明的是，扭矩传感器2的测量扭矩为强磁体4在其轴线方向摆动的力矩。

在本实施例中，具体的，所述测量单元，还包括：力臂杆3，所述强磁体4通过力臂杆3与扭矩传感器2连接；

即当钻具1接近已钻井中的套管时，钻具1上不同位置的强磁体4受力与套管的角度、距离、数量有关；获取每个强磁体4的受力大小，通过公式计算、带入算法预测，可以定位正钻井周围单根或多根套管的距离和方位，控制钻进方向实施规避；需要说明的是，所述强磁体4的方位可通过井下测量仪器(电子多点、无线随钻测量仪)的磁性工具面来标定。

请参阅图2，一种套管防碰测距预警方法，基于上述的一种套管防碰测距预警测量单元，包括：

根据所述测量单元的测量结果，确定套管相对于钻具的位置；从而根据井眼延伸趋势，评估继续钻进的碰撞风险，进一步地，可以指导井眼轨迹的绕障作业；

并根据测量结果判断套管是否进入预警范围。

在本实施例中，具体的，所述确定套管相对于钻具的位置，包括：

如图3所示，当相邻两个测量单元有测量值时，基于测量单元的测量值，通过求解方程组定位单套管；需要说明的是，当相邻两个测量单元有测量值时，即说明套管在这两个测量单元的轴线所夹区域内；之所以要求两个测量单元均要有测量值，是因为：当套管进入了一个测量单元的探测范围时，在这种情况下，无法利用一个测量值确定套管的距离和角度，说明只有一个扭矩传感器的测量值无法有效识别，因此设定需要两个测量单元均有测量值时，才进行定位；

如图4所示，当三个或三个以上测量单元有测量值时，基于测量单元的测量值，采用智能算法定位多套管；

单套管时，强磁体的受力可以使用距离L和角度θ表示；

多套管时，会有多个强磁体受力较大，它们受力与套管数量、距离和与套管的间隔角度有关；

需要说明的是，在实际施工中，当有套管进入预警范围，立即实施绕障作业，预警范围内套管数量为2个或多个的概率很小，因此本发明主要是针对预警范围内套管数量为1的情况；

在钻井过程中，钻具钻进靠近套管是逐渐靠近的过程，因此多套管进入钻具的可探测范围有两种可能：

1.多套管相互间隔一定距离，先后进入，即：有一根套管进入预警范围，另一根套管较远，如果没有采取绕障措施，或绕障方向不合理，在第一根没有远离出预警范围时，另一根套管进入；

2.多根套管距钻具同一距离同时进入，即钻具所在位置刚好与相邻的2个或多个套管距离相同。

在本实施例中，具体的，所述方程组，包括：

其中：

T

L为套管轴线与钻具轴线之间的距离；

θ

θ

A、B、C

在本实施例中，具体的，所述采用智能算法定位多套管，包括：

所述智能算法，包括：BP神经网络、支持向量机、深度学习算法等；

通过训练样本对智能算法进行训练，将扭矩传感器测得的扭矩值输入至训练好的智能算法，输出各套管的位置信息；所述位置信息，包括：2个套管之间的夹角；②两根套管中的一个相对于中间测量单元的夹角；

所述训练样本为实验和仿真数据；需要说明的是，本发明对于智能算法本身并未进行改进，仅是对智能算法的应用，因此，本领域技术人员能够在不进行创造性劳动的前提下实现该智能算法的应用，再此不再进行赘述；

请参阅5-8，使用智能算法对距离0.8m以内双套管定位，使用30组扭矩值预测了距离、角度的值，与真实值相比误差如图所示。距离最大绝对误差为0.011m；角度A最大绝对误差为8.02°、平均绝对误差为3.13°；角度B最大绝对误差为6.12°，平均绝对误差为2.65°；双套管最大绝对误差为2.29°、平均绝对误差为0.81°。

在本实施例中，具体的，所述根据测量结果判断套管是否进入预警范围，包括：

将测量单元的测量值与预设预警值进行比较判断套管是否进入预警范围。

在本实施例中，具体的，所述预设预警值，包括：

设定套管轴线与钻具轴线之间的最小距离L

在实验中，获取当套管轴线与钻具轴线之间距离为L

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

提供本背景技术部分是为了大体上呈现本发明的上下文，当前所署名的发明人的工作、在本背景技术部分中所描述的程度上的工作以及本部分描述在申请时尚不构成现有技术的方面，既非明示地也非暗示地被承认是本发明的现有技术。