[发明专利]一种基于磁检测的井中随钻导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于磁检测的井中随钻导航方法，具体地说是涉及水平井与2个直井连通的随钻导航方法。

背景技术

人工磁导航技术在上世纪80年代在美国开始兴起，经过几十年的发展，该技术在地质测量行业得到了广泛的应用。例如在水溶固体矿产开采，采用U型钻探开采占地面积小，环保清洁，是一种事半功倍的方法；煤矿开采中事先钻定向孔排出煤层气，可以作为工业燃料，也可以减少在煤层开采中的瓦斯爆炸事故。除此之外，深部找矿，地热工程以及石油开采中都涉及定向钻探技术。我国的人工磁导航技术处于起步阶段，国内现存的十几口井都是依靠于国外钻探技术服务公司，服务费用昂贵，因此发展属于我国自主知识产权的钻探导航技术迫在眉睫，只有掌握自主知识产权的钻探导航技术才能进一步推进我国井中采矿技术的发展。近年我国国内进行的地下磁导航的研究，主要是实现短距离双井连通开采，如2011年公开的南昌航空大学的“一种地下磁导航方法”发明申请，其将永磁短节固定在钻头端，发出磁信号，而另一口竖井中放入磁矢量传感器，接收永磁短节发出的磁信号，其不足之处是永磁短节发射的磁场强度弱，限制了磁检测导航的距离，也限制了其在强磁性地质条件下的应用；同时其将永磁短节固定在钻头端，造成检测的信号坐标是动态的，因此使计算方法复杂化。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，而提供一种可方便调整人工磁源的磁场强度和采用简单方法计算检测信号及对钻头定位，到达易编程，避免因需要复杂运算影响对钻头实时评估，实现导航精度高的基于磁检测的井中导航方法，完成水平井与直井的精确连通。

为了实现上述目的，本发明采取的措施是：提供一种基于磁检测的井中随钻导航方法，按如下步骤操作：

步骤一、分别钻2个竖井，为探测井与目标井，将磁矢量探测器固定在钻头端，放入探测井的底部，将人工磁源放入目标井底部，给人工磁源通以电流产生感应磁场；

步骤二、调整通入人工磁源的电流，使探测井中的磁矢量探测器接收到磁感应信号；

步骤三、磁矢量探测器将接收到的信号传输到地面计算机，地面计算机根据接收到的磁感应强度在球坐标系下计算出钻头的位置，即钻头相对于人工磁源的距离，水平偏角和垂直偏角，并绘制出钻头平面投影图，显示中心偏移量；

步骤四、地面计算机根据计算出的偏移量和角度调整钻头钻探方向，使钻头朝向人工磁源方向前进；

步骤五、钻头在前进的过程中，每隔2～10分钟测量并计算一次偏移量和角度，随时对钻头方向进行校正，最终使水平井与直井连通。

本发明步骤一中所述的人工磁源由缠绕在条状铁磁体上的线圈构成，磁矢量探测器采用Mag611型高温三轴磁通门探头,工作温度可达215℃。

本发明步骤三中所述的地面计算机计算出钻头的位置，具体步骤是：

①、将人工磁源看做磁偶极子模型，其在空间任一点产生的磁感应强度与一环形电流产生磁场相同,人工磁源在空间任一点P产生的磁感应强度三分量B_x,B_y,B_z球坐标系表示为:

其中μ为空间磁导率，θ为水平偏角，为垂直偏角，r为空间任一点P到磁源中心的距离，I为电流强度，n为线圈匝数，R为线圈半径；

②、磁矢量探测器获得B_x,B_y，B_z信号，然后计算出θ，r大小，就确定钻头相对于目标井的位置；

③、用(2)式除以(1)式，得到B_y/B_x=tanθ，进行反三角运算得到(4)式：