[发明专利]一种多功能测斜仪及基于该测斜仪进行邻井套管相对位置判断的方法

说明书

本发明公开了一种多功能测斜仪及基于该测斜仪进行邻井套管相对位置判断的方法，属于石油钻井专用测斜仪设计和井眼防碰技术领域。该多功能测斜仪首次将磁通门传感器集成到现有陀螺测斜仪中；基于该测斜仪进行邻井套管相对位置判断的方法主要包括邻井套管磁干扰及井眼交碰风险快速识别步骤和邻井套管相对位置反演步骤。本发明首次给出了利用陀螺传感器给出的磁工具面角、磁通门传感器实测的磁场强度和磁场倾角反演邻井套管相对距离及方位的实用方法，在邻井套管磁干扰井段能够同时解决井眼轨迹准确测量、井眼交碰风险识别、邻井套管相对位置反演等难题，不需要额外增加探测设备，不受邻井是否投产或停产限制，还有助于及早发现井眼交碰风险。

技术领域

本发明涉及石油钻井工程领域，尤其涉及石油钻井专用测斜仪设计和井眼防碰技术，具体地说是涉及一种同时具有磁性和惯性测量元件的多功能测斜仪，以及基于该多功能测斜仪进行邻井套管相对位置判断的方法。

背景技术

石油钻井领域通常采用磁性测斜仪测量井眼轨迹参数(井斜方位角AZI)和造斜工具姿态参数(磁工具面角MTF)；磁性测斜仪以磁通门为测量元件、以地磁场为测量媒介、磁北方位线为基准，只有在正常地磁场环境中才能正常工作。目前，新钻加密井、调整井越来越多，新建丛式井组规模越来越大，井与井的空间距离越来越小，当前井眼过分靠近邻井套管柱有可能导致两个严重后果：(1)邻井套管柱对当前井眼中的磁性测斜仪产生磁干扰，导致测量精度降低甚至完全失真，不得不换用费用较高的陀螺测斜仪；(2)当前井眼钻遇(甚至钻穿)邻井套管的井眼交碰事故时有发生，不仅带来重要经济损失，也带来重大安全隐患。陀螺测斜仪以陀螺传感器为测量元件，属于惯性测量仪器，不受邻井套管磁干扰影响，但是陀螺测斜仪结构较复杂、价格较高，大部分陀螺测斜仪还不能采用无线随钻测量方式，在钻井现场的普及程度远不如磁性测斜仪。

邻井套管磁干扰井段也是井眼交碰风险较高的井段。在邻井套管磁干扰井段陀螺测斜仪可以准确测量井斜方位角和磁工具面角，但是所有的测斜仪都有测量误差，当测量井深较大时累计测量误差也较大，仅仅依靠陀螺测斜仪的测量结果难以准确定位邻井套管相对位置，难以高质量地实施防碰预警和防碰绕障作业。该情况下如果采用以磁通门为测量元件的磁性测斜仪，尽管磁性测斜仪不能准确测量井斜方位角和磁工具面角，但是磁性测斜仪能够准确测量磁场参数，利用实测的磁场参数能够估算出邻井套管的相对位置，为防碰预警和防碰绕障作业提供指导。不难发现，在邻井套管磁干扰井段，若单独使用陀螺测斜仪，则难以实施防碰预警作业；若单独使用磁性测斜仪，则难以准确测量和控制井眼轨迹。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种同时具有磁性和惯性测量元件的多功能测斜仪，以及基于该测斜仪进行邻井套管相对位置判断的方法，该方法可以在邻井套管磁干扰井段同时解决井眼轨迹准确测量和防碰预警问题。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种同时具有磁性和惯性测量元件的多功能测斜仪，包括测量头，在测量头上顺序集成有x轴磁通门传感器、y轴磁通门传感器、z轴磁通门传感器、x轴加速度计、y轴加速度计、z轴加速度计、xy轴陀螺传感器和z轴陀螺传感器；所述x轴磁通门传感器、y轴磁通门传感器、z轴磁通门传感器与x轴加速度计、y轴加速度计、z轴加速度计一一对应。

基于上述多功能测斜仪进行邻井套管相对位置判断的方法，包括以下步骤：

A邻井套管磁干扰及井眼交碰风险快速识别

(1)钻前利用现有定向钻井软件对待钻井眼做防碰扫描，利用最近距离和井眼分离系数识别出井眼交碰风险较高的井段；

(2)在井眼交碰风险较高的井段，每钻完1个钻杆单根进行1次全测量，记录井眼轨迹参数、磁场参数；

(3)转换到快速工具面模式，锁紧转盘、缓慢上提或下放钻柱，对新钻出的井段按1.0m/点加密测量磁工具面角，记录测量井深、磁工具面角，并绘制出两个磁工具面角随测量井深变化曲线；