一种抗磁干扰的磁定位方法以及钻进装置

技术领域

本申请涉及钻井测量的技术领域，尤其是涉及一种抗磁干扰的磁定位方法以及钻进装置。

背景技术

地质资源开采是保证人们生活必备能源的主要供应方式，在地质开采过程中，勘探钻具通常需要借助磁定位对目标位置进行定位。磁定位是利用已知磁矩大小及空间姿态的强磁接头为信号源，以探管为信号接收源，通过解析交流磁场计算出两者的相对空间位置关系。

目前，磁定位方法是在无磁干扰的环境中进行测量，探测磁信号用的探管需要放置于目标井中，目标井内一般设置有铁套管，探管需要穿过铁套管到达裸眼段。使用时，探管至少离开铁套管3米以上，并且在探管周围以及从强磁接头到探管之间的地层不能含有任何含铁物质（包含但不限于各种铁矿）。否则都会造成测量结果不准确，不能引导钻头命中靶点。

如此苛刻的测量要求，在实际现场环境中经常不能满足。从而大大限制了磁定位技术在定向连通钻井工程中的使用。连通不成功就要填井重新开钻，费时费工。多次钻进又会造成井壁坍塌，埋钻等工程事故。

发明内容

为了在磁干扰环境下准确测量目标靶点相对于钻头的距离和方位关系，本申请提供一种抗磁干扰的磁定位方法以及钻进装置。

本申请提供的一种抗磁干扰的磁定位方法以及钻进装置，采用如下的技术方案：

一种抗磁干扰的磁定位方法以及钻进装置，其中，方法包括以下步骤：

S1初始安装：将强磁接头连接在钻头与钻铤之间，强磁接头用于输出磁场信号；将探管固定连接在目标水平井的顶部，探管用于测量自身姿态以及采集磁场信号，且用于输出自身姿态以及磁场信号至数据处理终端；

S2开始钻进：钻头从初始水平井内朝目标水平井的靶点方向钻进；

S3位置信息的发送及测定：钻头钻进至一人为设定的深度后，操作人员控制钻头停止钻进，探管采集强磁接头发出的磁场信号，且通过电缆输出自身姿态以及磁场信号至数据处理终端；

S4数据处理：数据处理终端对磁场信号进行分析计算，得到强磁接头的空间位置坐标；

S5位置判定及校正：操作人员判断钻头的当前位置和目标水平井的靶点方向之间的偏移，若产生偏移，则对钻头的位置进行校正；

S6重新测定：操作人员控制钻头继续朝靶点方向钻进，钻头钻进至一人为设定深度后，停止钻进，重复S3至S5，数据处理终端对强磁接头的空间位置坐标进行测量，且操作人员对钻头进行位置校正；

S7数据计算：根据强磁接头与探管的空间位置关系，得到如下公式：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

其中：

B为测量点的磁场强度；

B

B

B

α为井斜偏离角；

ε为钻头井斜角；

δ为探管井斜角；

β为方位偏离角；

η为钻头方位；

λ为探管方位；

d为强磁接头与探管之间的距离；

M

θ为初始方位；

h1为钻头沿当前方向钻进到靶点时的左右偏离距离；

h2为钻头沿当前方向钻进到靶点时的前后偏离距离；

根据以上公式求解出强磁接头在测量点位置相对探管的位置信息。

通过采用上述技术方案，将钻头钻进至测量点位置，探管采集强磁接头发出的磁信号以及通过陀螺仪测量自身姿态（陀螺仪测量方位不受磁干扰影响），且通过电缆输出磁场信号以及自身姿态至数据处理终端，使得操作人员易于对强磁接头的空间位置进行判定，从而易于提高探管测量的响应速度，进而使得操作人员易于确定强磁接头在测量点位置相对探管的位置信息。

旋转的强磁接头产生动态磁场，当钻头钻进至不同测量位置时，探管对接收到的磁场信号进行分析计算，得到当前钻头方向和探管与钻头之间连线的偏离角度及偏离距（包含水平和垂直两个方向）。

可选的，数据处理终端为计算机。

通过采用上述技术方案，通过将数据处理终端设置为计算机，计算机在接收到电缆传输的磁场信号以及探管自身姿态后，计算机能够快速且准确的计算出强磁接头所处位置的磁场强度，从而易于计算出强磁接头的空间位置坐标，进而易于计算出钻头的空间位置坐标。

可选的，探管为抗磁干扰探管。

通过采用上述技术方案，抗磁干扰探管在磁干扰环境中能够利用陀螺仪准确测量探管自身方位，该方位是计算钻头与探管之间相对位置的必不可少的输入条件。

可选的，在S2中，钻头位于正钻井内，钻头从初始水平井的底部开始钻进。

通过采用上述技术方案，将钻头放置于初始水平井底部，使得钻头与抗磁干扰探管产生距离，从而使得钻头便于朝着目标水平井进行钻进，进而使得抗磁干扰探管易于对强磁接头进行测量以及定位。

可选的，钻头在行进时有井斜角，井斜角的范围为0°至180°。

通过采用上述技术方案，通过设置井斜角，探管采集强磁接头的磁场信号，且测量自身井斜角，从而便于数据处理终端对钻头的井斜偏离角和偏离距进行计算，进而使得操作人员易于确定钻头的空间位置。

可选的，钻头在行进时有方位角，方位角的范围为0°至360°。

通过采用上述技术方案，通过设置方位角，探管采集强磁接头的磁场信号，且测量自身方位角，从而便于数据处理终端对钻头的方位偏离角和偏离距进行计算，进而使得操作人员易于进一步确定钻头的空间位置。

可选的，一种钻进装置包括强磁接头、钻头、钻铤和探管，强磁接头连接在钻头与钻铤之间，探管固定连接在目标水平井的靶点位置上，数据处理终端与探管通过电缆连接，数据处理终端用于计算强磁接头的空间位置坐标。

通过采用上述技术方案，强磁接头连接在钻头与钻铤之间，钻头带动强磁接头朝靶点方向钻进，使得探管易于采集强磁接头的磁场信号，通过测量强磁接头的位置坐标，从而使得数据处理终端易于计算出钻头的空间位置坐标，进而使得操作人员易于对钻头的位置进行校正。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

通过对方位偏离角和井斜偏离角以及强磁接头和探管之间的距离进行计算，使得操作人员易于对强磁接头的空间位置坐标进行计算；

通过对钻头的姿态进行测量，在测量有效距离内，已知钻头方位角和井斜角的条件下，从而便于探管采集强磁接头发出的磁场信号，且便于将探管自身的方位角和井斜角均传输至数据处理终端，进而使得数据处理终端易于计算出目标靶点相对于钻头的距离和方位关系；

通过设置强磁接头和抗磁干扰探管，使得抗磁干扰探管易于对强磁接头进行准确测量，从而使得操作人员易于确定钻头的空间位置坐标，进而使得操作人员易于对钻头进行位置校正；

通过设置抗磁干扰探管，使得在磁干扰环境下，抗磁干扰探管能够准确测量得到探管本身的方位，从而计算出准确的结果。

附图说明

图1是旨在说明钻进装置的正视图；

图2是旨在说明钻进装置的俯视图。

附图标记说明：

1、强磁接头；2、钻头；3、钻铤；4、探管。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

一方面，本申请实施例公开一种抗磁干扰的磁定位方法。参照图1和图2，一种抗磁干扰的磁定位方法，包括以下步骤：

S1初始安装：将强磁接头1固定连接在钻头2与钻铤3之间，强磁接头1用于输出磁场信号，本实施例中，强磁接头1优选为强磁接头，强磁接头能够提供稳定的磁场，在其他实施例中，强磁接头1也采用电磁铁，电磁铁具有易于调节磁场强度的性能。

将探管4固定连接在远离强磁接头1水平井的顶部，探管4用于测量自身姿态以及采集磁场信号，且用于输出自身姿态以及磁场信号至数据处理终端；探管4优选为抗磁干扰探管，在磁干扰环境下，抗磁干扰探管具有抗磁干扰性能；本实施例中，数据处理终端优选为计算机，计算机具有计算准确的性能。

强磁接头1位于正钻井内，强磁接头1位于靠近初始水平井的一侧，探管4固定连接在目标水平井的顶部。

S2开始钻进：钻头2从初始水平井的底部朝目标水平井的靶点方向钻进，钻头2在行进时有井斜角（井斜角是指轨迹上一点的切线与重力线的夹角）和方位角（方位角是指轨迹上一点的切线在水平面上的投影与正北方向线的夹角）。

S3位置信息的发送及测定：钻头2钻进至一人为设定的深度后，操作人员控制钻头2停止钻进，探管4采集强磁接头1发出的磁场信号，得出测量点磁场强度在X轴的分量B

探管4中的陀螺仪测量探管4的井斜以及方位，得出探管井斜角δ和探管方位λ，通过电缆输出自身姿态的井斜角δ和方位λ以及测量点磁场强度在X轴的分量B

S4数据处理：数据处理终端对测量点磁场强度在X轴的分量B

S5位置判定及校正：操作人员判断钻头2的当前位置和目标水平井的靶点方向之间的偏移，若产生偏移，则通过调整钻头2上的螺杆，对钻头2的位置进行校正。

S6重新测定：操作人员控制钻头2继续朝靶点方向钻进，钻头2钻进至一人为设定深度后，停止钻进，重复S3至S5，数据处理终端对强磁接头1的坐标进行测量，且操作人员对钻头2进行位置校正。

S7数据计算：根据强磁接头1与探管4的空间位置关系，得到如下公式：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

其中：

B为测量点的磁场强度；

B

B

B

α为井斜偏离角；

ε为钻头井斜角；

δ为探管井斜角；

β为方位偏离角；

η为钻头方位；

λ为探管方位；

d为强磁接头1与探管4之间的距离；

M

θ为初始方位；

h1为钻头2沿当前方向钻进到靶点时的左右偏离距离；

h2为钻头2沿当前方向钻进到靶点时的前后偏离距离；

根据以上公式求解出强磁接头1在测量点位置相对探管4的位置信息。

使用时，将钻头2钻进至测量点位置，操作人员控制钻头2停止钻进，探管4采集强磁接头1发出的磁场信号，且测量自身姿态，探管4通过电缆输出磁场信号以及自身姿态至数据处理终端，使得探管4易于对强磁接头1进行测量，从而易于提高探管4测量的响应速度，进而使得操作人员易于确定强磁接头1在测量点位置相对探管4的位置信息。

本申请实施例一种抗磁干扰的磁定位方法的实施原理为：将钻头2钻进至人为设定的测量点位置后，操作人员控制钻头2停止钻进，探管4采集强磁接头1发出的磁场信号，并且在有磁干扰的环境下通过陀螺仪测量自身姿态（陀螺仪测量方位不受磁场干扰）。探管4通过电缆输出磁场信号以及自身姿态至数据处理终端，操作人员根据测量结果判断钻头2位置，若钻头2位置发生偏移，则操作人员调整钻头2方向继续钻进，使得探管4易于对强磁接头1进行测量，从而易于提高探管4测量的响应速度，进而使得操作人员易于确定强磁接头1在测量点位置相对探管4的位置信息。

另一方面，本申请实施例还公开一种钻进装置。参照图1，一种钻进装置，包括：强磁接头1、钻头2、钻铤3和探管4，强磁接头1固定连接在钻头2与钻铤3之间，探管4固定连接在目标水平井的靶点位置上，数据处理终端与探管4通过电缆连接，数据处理终端用于计算强磁接头1的空间位置坐标。

使用时，将强磁接头1固定连接在钻头2上，钻头2带动强磁接头1移动，探管4采集强磁接头1的磁场信号以及自身姿态，且输出磁场信号以及自身姿态至数据处理终端，数据处理终端对磁场信号以及自身姿态进行分析计算，从而使得操作人员易于得到强磁接头1的空间位置坐标，进而易于得到钻头2的空间位置坐标。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。