[发明专利]用于改进的主动测距的方法和目标井磁化

说明书

技术领域

本发明总体上涉及钻取和勘测地下井眼，例如用于石油和天然气开采中。特别地，本发明涉及一种用于向已被安装的套管柱施加预定的磁特性的装置和方法以及一种用于主动测距的装置和方法。

背景技术

主动磁测距技术通常用于孪生井钻取（well twinning）和井拦截应用场合中，例如包括蒸汽辅助重力泄油（SAGD）和煤层气（CBM）钻井应用中。在一种现有的主动测距方法（例如，如美国专利5,485,089中所公开的）中，高强度的电磁体在钻孪生井的过程中被向下拉动通过下有套管的目标井。部署在钻柱中的MWD测井仪在钻孪生井的过程中测量磁场的幅度和方向，以确定到目标井的距离和方向。在另一种现有的主动测距方法（例如，如美国专利5,589,775中所公开的）中，磁体安装在位于钻井动力机（部署在孪生井中）下方的转动接头上。电缆测井仪通过下有套管的目标井被向下拉动，且在钻孪生井的过程中测量磁场的幅度和方向。这两种方法利用磁场测量计算从孪生井到目标井的范围和方位（距离和方向）以及引导孪生井的继续钻取。

已知上述的现有技术的主动测距方法当用于商业SAGD操作中时具有多种明显的缺点。例如，这两种技术均需要部署在一个井中的磁源与部署在另一个井中的磁传感器之间的精确侧向（z-方向）对正。未对正可导致错钻的孪生井，这可对未来井的生产率产生明显的负面影响。而且，为确保正确的对正所采取的步骤（例如，在其中一个井中的多个纵向位置处进行磁场测量）耗时（因此，昂贵），且可能在深井中还进一步存在问题。此外，在美国专利5,485,089中描述的方法要求在正和负电磁源极性下均要进行勘测测量，以抵偿目标套管中的残余磁化。这样，勘测时间（因此，为钻孪生井所需的时间）需要更多。

美国专利6,985,814、7,538,650、7,617,049、7,656,16和7,712,519公开了适合于孪生井钻取和井拦截应用场合的提高的被动测距技术。这些技术通常相对于上述的主动测距技术具有某些优点。然而，磁化大量的套管管件、储存被磁化的管件和将被磁化的管件部署在目标井中，均面临技术和后勤挑战。尽管由于技术的商用普及，这些挑战已经得到足够地克服，但仍需要一种改善的用于磁化目标井的方法、特别是一种减少对被磁化的管件的操纵要求的方法。

发明内容

本发明的多个示例性方面用于解决现有的测距方法和孪生井钻取方法的上述缺点。本发明的一个方面包括一种用于磁化部署在井眼中的套管柱的一部分的方法。电磁阵列被部署在下有套管的井眼中并被供电。所述阵列包括轴向间隔开的多个电磁体，且被构造成能产生至少具有第一和第二对相斥磁极的磁场特性。感应出的磁场的被动测距测量可有利地例如用于勘测和引导孪生井的继续钻取。电磁阵列也可用于主动测距应用中。提供类似的磁场特性的永磁体的阵列也可用于主动测距应用中。

本发明的示例性实施例提供了多种潜在的优势。例如，本发明能够就地磁化预先部署的套管柱。管柱周围的强且高度均匀的磁场往往有利于随后例如在孪生井操作中进行的被动测距测量。

本发明的多个方面在主动测距操作中也是有利的。例如，具有多对相斥磁极的电磁阵列的使用在井眼的所选的一部分周围提供了强且均匀的磁场。由于磁场强度的均匀性，不再需要精确地侧向对正目标井中的磁源和正在钻的井中的测量传感器。这往往简化了测距操作，从而节省了时间和提高了精度。

根据本发明的电磁体和永磁体阵列可将磁通集中通过套管柱。这在套管柱周围产生更强、更均匀的磁场，从而提高了测距精度。而且，感应出的外部磁场往往对用于给井下套管的井眼管件的厚度不太敏感。

在一个方面，本发明包括一种用于磁化地下井眼中的套管柱的一部分的方法，其中，所述套管柱已经预先部署在井眼中。将电磁阵列部署在套管柱中。所述电磁阵列包括轴向间隔开的多个电磁体，所述多个电磁体同轴地部署在非磁性壳体中。将所述多个电磁体连接到电源，使得第一子组的电磁体产生沿第一轴向方向的磁通，第二子组的线圈产生沿相反的第二轴向方向的磁通，以向套管柱施加预定的磁场特性。所述磁场特性至少具有第一和第二对相斥磁极。然后将电磁体从电源断开。