[发明专利]用于控制钻进过程的磁测距系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制井下钻进过程的磁测距系统。测距系统具有纵向方向且包括用于钻第一钻孔的钻进工具，钻进工具具有工具轴并包括电磁体形式的、产生磁场的磁场源，且具有磁场源轴。此外，测距系统包括布置在第二钻孔中的感测工具，其用于通过传感器单元来测量磁场。

背景技术

当钻入到现有的井或钻孔的地层（formation）中时，在钻进过程中了解到现有的井或钻孔的距离是非常重要的。在一些情况下，目的是为了在特定位置与现有的井或钻孔相遇，且在另一些情况下，目的是为了在距离现有的井或钻孔的确切位置钻出一个新的钻孔，同时保证两者之间的距离沿着某一延伸基本上是相同的。

已知的工具包括确定该距离的不同方案。为了确定距离，使用工具来检测磁场。一些工具使用现有钻孔中导线的电流，而其他的使用在钻头中旋转的磁体。

在现有技术的工具中，诸如US 2008/0041626中所描述的，钻头中的磁体需要旋转，以便传感器能检测到磁场以及从而检测相对于已知位置的钻头的距离。但是有时候，钻头停止，使得不可能检测到磁场且因而不能确定距离以及钻头的钻进方向。而且，为了进行测量，不得不停止钻进过程以允许磁体旋转并使得工具比井间间距（interwell separation）更远地来回滑动，即，大于5-10米。

关于这些工具和使用现有钻孔中导线中的电流的工具，磁场感测装置被放置在钻进工具中。由于钻进工具的钻头是由经由钻柱输送的高压流体驱动的，传输来自由传感器件执行的测量的数据是非常困难的。这些工具在流体中产生波作为传送数据的手段，它是非常慢的通讯手段且可进一步地抑制钻进过程。

发明内容

本发明的目的是全部或部分地克服现有技术的上述劣势和缺点，并提供了可替换的测距系统，其能够确定钻进工具和现有的井或钻孔之间的距离，甚至是钻头的三维位置和方向，以便在钻进时控制钻进工具。

一个额外的目的是提供改进的测距系统，其能够即使当钻进工具或钻柱没有旋转时，也能确定到现有的钻孔或井的距离。

将从以下描述中变得明显的上述目的、以及许多其他的目的、优势和特征，由根据本发明的方案通过用于控制井下钻进过程的测距系统来完成，测距系统具有纵向方向，且包括：

-用于钻第一钻孔的钻进工具，该钻进工具具有工具轴且包括磁场源，该磁场源是产生磁场且具有磁场源轴的磁体，以及

-布置在第二钻孔中的传感工具，用于通过至少两个传感器单元测量磁场，

其中，传感器单元被布置为沿着传感工具的轴彼此相距一距离。

当传感器被布置在沿着传感工具的轴彼此相距一距离时，电磁体不需要移动以便进行足够的测量以能够计算磁体相对于传感工具的位置。当必须移动磁体时，结果会发生两组测量之间不精确的距离；但是，当两组传感器单元被布置在固定的相互距离时，这不会发生。而且，当具有与永久磁相对的电磁体时，不需要旋转磁体。因此，磁体以及因而钻进工具的位置的计算被简化，因为磁场相对于旋转以改变场的旋转永久磁体来说是相同的。

在一个实施例中，磁场源轴基本上与工具轴平行。

磁场源轴也可基本上与工具轴重合。

每个传感器单元可包括一个三轴磁力计，用于测量磁场的大小和方向。

而且，磁力计可被布置在传感器单元中的相同平面上。

根据一个实施例，第二钻孔可以是现有的钻孔。

在另一个实施例中，传感器单元和/或钻进工具可由驱动单元驱动。

测距系统还可包括定位工具，用于确定第二钻孔内的感测工具的位置或第一钻孔内的钻进工具的位置。

该感测工具还可具有用于控制和/或测量感测工具的位置的装置。

磁场源可具有通孔，从而允许用于驱动钻进工具的钻头的流体穿过磁场源。

测距系统还可包括计算单元，用于处理由感测工具测量的磁场的大小和方向测量。

此外，测距系统还可包括第二钻进工具，且感测工具可被布置在第二钻进工具内或与第二钻进工具相关地布置，这样第一钻进工具包括磁场源且第二钻进工具包括感测工具。

本发明还涉及一种用于使用根据本发明的测距系统的方法，包括以下步骤：

-在一个钻进方向钻第一钻孔；

-将感测工具插入到第二钻孔内；

-测量磁场的大小和方向；以及

-计算钻进工具相对于感测工具的位置，

其中，当钻第一钻孔时，发生测量和计算的步骤。