專利名稱：一種基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地下資源鉆采工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，海上鉆井平臺原油泄漏事故的頻繁發(fā)生造成了嚴重的生態(tài)災(zāi)難和極壞的社會影響。救援井是在海上與陸地鉆井中發(fā)生油氣井著火或井噴事故時經(jīng)常采用的處理事故方法，其基本原理為在事故井附近的安全區(qū)域打一口定向井，使其井眼軌跡與事故井的軌跡在地層的某個層位匯合，將高密度的鉆井液或水泥通過救援井輸入事故井，以達到油(氣)井滅火或制服井噴的目的。2010年4月20日，墨西哥灣井MC252#1發(fā)生井噴導(dǎo)致長達數(shù)月的深海鉆井原油泄漏，不僅使BP公司遭受了巨額經(jīng)濟損失，而且造成嚴重生態(tài)災(zāi)難和社會影響。在此次事故中BP公司采用了多種處理泄油事故的應(yīng)急措施后，最終利用救援井的壓力測試作業(yè)獲得處理泄油事故的最后勝利，救援井技術(shù)在國內(nèi)外再次受到廣泛關(guān)注。目前，救援井仍是徹底解決漏油問題的最可靠方法。在鉆深井油氣井的過程中，由于事故井和救援井不可能僅為直井，井型將更加復(fù)雜，井眼軌跡的精確控制也更加困難。由于井眼軌跡的不確定性，救援井與事故井鄰井距離和方位的精確探測是救援井技術(shù)成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。而且，事故井井口附近一般比較危險，為了保證人員和鉆井設(shè)備的安全，救援井的井口位置一般距事故井井口位置幾百米甚至更遠。為了使救援井與事故井相交，救援井的井眼軌跡一般比較復(fù)雜，這也加劇了在需要連通位置處事故井與救援井相對位置的不確定性。目前國外研制的Wellspot工具已基本滿足救援井與事故井精確連通的工程需求。由于事故井井口附近一般會著火或釋放有毒氣體，傳統(tǒng)用于鄰井距離電磁測距的旋轉(zhuǎn)磁場測距導(dǎo)向系統(tǒng)(Rotating MagnetRangingSystem,簡稱RMRS)和電磁引導(dǎo)工具(Magnetic Guidance Tool,簡稱MGT)等的探測工具無法置入事故井中，而Wellspot導(dǎo)向工具的所有測量設(shè)備均置于救援井中，可以在救援井中直接探測救援井與事故井之間的距離以及其相對于事故井軸線的方位，因此該工具可以引導(dǎo)救援井與事故井在設(shè)計的井深處相交，其在國外的救援井與事故井的連通中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。Wellspot工具是一種控制救援井與事故井連通的高效工具，它可以根據(jù)實際地層狀況引導(dǎo)救援井以各種井型實現(xiàn)與事故井的成功對接。當事故井為油氣深井時，井眼軌跡具有極大的不確定性，救援井需要與事故井近似平行連通，此時的救援井井型可以設(shè)計成五段式。但在實際應(yīng)用中，有些事故井的井深較淺，因此救援井到事故井的連通點距離井口較近，導(dǎo)致無法通過常規(guī)的救援井來達到壓井的目的。在這種情況下，救援井將與事故井需要以大角度連通，甚至接近垂直相交，此時的救援井井型可以設(shè)計成五段式。目前，國外所設(shè)計的Wellspot導(dǎo)向工具的核心技術(shù)仍被保密和壟斷，我國在這方面仍缺少深入研究。因此，本發(fā)明者特研究設(shè)計了“一種基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)”，本發(fā)明采用三電極系作為電流信號發(fā)射源，可以提高電流信號發(fā)射源的強度，極大地增加事故井套管上聚集的低頻交變電流，從而使救援井中的探管可以檢測到相對更大的低頻交變磁場，易于增加測距范圍。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，本系統(tǒng)能在一定范圍內(nèi)精確測量救援井與事故井的間距和方位，為救援井與事故井的精確連通提供一種有效的探測與控制手段。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，包括地面供電設(shè)備、地面信號采集設(shè)備、地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)、地表電極、井下三電極系、井下探管；地面供電設(shè)備位于救援井井口附近，用于為井下三電極系提供低頻交變電流，同時也為地面信號采集設(shè)備和地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)供電；地表電極與救援井的井口套管連接且接觸性良好，地面供電設(shè)備的輸出端與與井下三電極系相連、輸入端與地表電極相連；井下探管用于探測井下探管處的重力場、地磁場和由事故井套管上聚集的低頻交變電流產(chǎn)生的低頻交變磁場，地面信號采集設(shè)備通過測井電纜與井下探管相連，并接收井下探管檢測到、由測井電纜傳至地面的數(shù)據(jù)；地面信號采集設(shè)備將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送到地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)中進行計算，得到救援井中的井下探管與事故井套管的相對空間位置數(shù)據(jù)，以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示。優(yōu)選地，地面供電設(shè)備包括380V交流電源、升壓變壓器、交/直流變換器和頻率控制器；380V交流電源的輸出端首先通過升壓變壓器，升壓變壓器將380V交流電源提供的電壓升至1000V，經(jīng)交/直流變換器后，轉(zhuǎn)換成1000V的直流高壓，使三電極系7輸出能夠達到幅值為20A的電流，利用單片機控制頻率控制器使其將1000V的高壓轉(zhuǎn)換成0. 25Hz頻率的交變方波電壓，然后將該交變方波電壓傳送至井下三電極系處再做進一步地輸出；380V交流電源的輸入端與地表電極相連。優(yōu)選地，井下三電極系包括電極系電纜接口、電極系金屬外殼、兩個屏蔽電極、兩個絕緣片和主電極；井下三電極系通過電極系電纜接口與七芯電纜相連；兩個屏蔽電極和主電極均為圓柱體，主電極位于中間，長度為0. 15m，兩個屏蔽電極對稱地排列在主電極的上、下兩側(cè)，屏蔽電極的長度為0. 7m，兩個屏蔽電極在內(nèi)部由短路線相連；屏蔽電極和主電極之間用絕緣片隔開，絕緣片的厚度為0. 025m ;兩個屏蔽電極、兩個絕緣片和主電極的直徑相同。優(yōu)選地，地面供電設(shè)備所提供的幅度為1000V、頻率為0. 25Hz的交變方波電壓傳送至井下三電極系處后分成兩路相同極性的輸出，其中一路保持電壓恒定輸出直接供給主電極，另一路經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)后供給兩個屏蔽電極。優(yōu)選地，井下探管包括探管無磁外殼、金屬無磁支架、電纜接口電路板、傳感器信號處理電路板、三軸磁通門傳感器、三軸加速度傳感器和探管電纜接口 ；電纜接口電路板、傳感器信號處理電路板、三軸磁通門傳感器和三軸加速度傳感器均安裝在探管無磁外殼內(nèi)的金屬無磁支架內(nèi)；探管無磁外殼為密封結(jié)構(gòu)；井下探管通過探管電纜接口與測井電纜相連，并利用絕緣繩與井下三電極系相連，測井電纜用于將井下探管探測到的數(shù)據(jù)傳送至地面信號采集設(shè)備；井下探管內(nèi)的三軸磁通門傳感器用來探測井下探管處的三軸地磁場和事故井套管上聚集的低頻交變電流所產(chǎn)生的低頻交變磁場的合成磁場數(shù)值，用于確定井下探管與事故井套管的間距和方位；三軸加速度傳感器用來探測井下探管處的三軸重力加速度數(shù)值，用于確定井下探管自身的擺放姿態(tài)；三軸加速度傳感器檢測到的三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸磁通門傳感器檢測到的三軸磁場數(shù)據(jù)由傳感器信號處理電路板通過電纜接口電路板發(fā)送到測井電纜上。優(yōu)選地，地面信號采集設(shè)備包括電源電路、電纜接口電路和電纜信號解碼電路；電源電路用于給電纜接口電路和電纜信號解碼電路提供電源；電纜接口電路與測井電纜相連，將測井電纜上傳輸?shù)母邏簲?shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成低壓信號，然后傳送給電纜信號解碼電路，由電纜信號解碼電路將井下探管發(fā)送的數(shù)據(jù)解析出來，通過USB接口傳輸?shù)降孛婢仍c事故井連通探測計算系統(tǒng)。優(yōu)選地，地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)包括救援井與事故井連通探測分析計算軟件和地面顯示系統(tǒng)，地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)利用接收到的井下采集數(shù)據(jù)，通過救援井與事故井連通探測分析計算軟件，得到救援井中的探管與事故井套管的相對空間位置數(shù)據(jù)，利用地面顯示系統(tǒng)以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示，反饋給鉆井工程師，指導(dǎo)救援井的進一步鉆進。優(yōu)選地，地表電極為長方形金屬塊；優(yōu)選地，井下三電極系和井下探管至少相距30m。一種救援井與事故井連通的方法，基于上述三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，具體步驟如下步驟1:提取救援井與事故井的井況信息救援井與事故井6的井眼軌跡測量信息、救援井與事故井的井口坐標、救援井與事故井的鉆盤平面高度和地面海拔高度、事故井的井身結(jié)構(gòu)；步驟2 :處理提取的救援井與事故井的井況信息，得到救援井已鉆部分和事故井的測斜數(shù)據(jù)；步驟3 :利用七芯電纜將井下三電極系和井下探管通過鉆桿或爬行器設(shè)備送入到救援井已鉆部分的底部，地面供電設(shè)備為井下三電極系提供低頻交變電流；步驟4:地面信號采集設(shè)備接收探管檢測到的、由測井電纜傳至地面的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后發(fā)送到地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)中；步驟5 :利用上述處理后的救援井與事故井的井況信息、井下探管的采集數(shù)據(jù)、當?shù)卮牌?，通過地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)，得到救援井中的井下探管與事故井套管的相對空間位置數(shù)據(jù)，利用地面顯示系統(tǒng)以數(shù)字、文字及/或圖形的方式顯示；步驟6 :在得到該測點處的救援井與事故井相對空間位置數(shù)據(jù)后，將井下三電極系和井下探管提出，下入鉆頭和鉆桿，結(jié)合救援井和事故井的的測斜數(shù)據(jù)，繼續(xù)鉆進救援井至下一個測點處；步驟7 :在該測點處，提出鉆頭和鉆桿，重復(fù)上述的步驟I至步驟6，直至救援井與事故井精確連通。本發(fā)明的基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)具有以下優(yōu)點1、基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)采用井下三電極系作為電流信號發(fā)射源，保證從主電極流出的電流不會沿救援井井軸方向流動，使得更多的電流流入地層然后在事故井套管上聚集，從而使救援井中的探管可以檢測到相對更大的低頻交變磁場，同時基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)的探測信號的強度也可以通過增加地表電流強度的方式來控制，因此易于增加測距范圍，可以適用于深井連通；2、基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)可以直接探測救援井井底到事故井的距離和方位，避免了傳統(tǒng)MWD隨井深產(chǎn)生累積誤差的缺陷；3、基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)的電流信號發(fā)射源(井下三電極系)和信號探測器(井下探管)都放于救援井中，因此適用于事故井井口附近無法靠近的工況。4、由于基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)的井下探管內(nèi)不包括極高精度的傳感器，其極限工作溫度可以達到200°C，因此該探測系統(tǒng)可以在深井中正常工作。


圖1是基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是地面供電設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是井下三電極系的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是井下探管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是井下探管的內(nèi)部電路示意圖；圖6是地面信號采集設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是柱狀電極電場計算模型；圖8是事故井套管對三電極系注入地層的電流的響應(yīng)示意圖；圖9是救援井與事故井相對位置計算模型；圖中1、地面供電設(shè)備，2、地面信號采集設(shè)備，3、地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)，4、地表電極，5、救援井，6、事故井，7、井下三電極系，8、井下探管，9、低頻交變電流，10、交變磁場，11、七芯電纜，12、絕緣繩，13、測井電纜，14、電極系電纜接口，15、電極系金屬外殼，16、屏蔽電極，17、絕緣片，18、主電極，19、探管無磁外殼，20、金屬無磁支架，21、電纜接口電路板，22、傳感器信號處理電路板，23、三軸磁通門傳感器，24、三軸加速度傳感器，25、探管電纜接口。
具體實施例方式如圖1所示，基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，包括地面供電設(shè)備1、地面信號采集設(shè)備2、地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)3、地表電極4、井下三電極系7、井下探管8 ;地面供電設(shè)備I位于救援井5井口附近，用于為井下三電極系提供低頻交變電流，同時也為地面信號采集設(shè)備2和地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)3供電；地表電極4為長方形金屬塊，與救援井5的井口套管連接且接觸性良好，地面供電設(shè)備I的輸出端與與井下三電極系相連、輸入端與地表電極I相連，地面供電設(shè)備I利用七芯電纜11為井下三電極系7通入低頻交變電流；地表電極4用于接收由井下三電極系7注入地層后在事故井6套管上聚集的向上流動的電流及由井下三電極系7注入地層、未在事故井6套管上聚集的部分電流，以便形成電流回路；井下三電極系7的下入位置處要保證沒有套管下入，從而使井下三電極系7與救援井5井壁直接接觸，以便將接收到的電流注入電極系周圍地層中，該電流往地層中呈球形發(fā)散，同時會有部分電流在事故井6套管上聚集，形成沿套管向上、向下流動的低頻交變電流9，根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，該低頻交變電流9將在事故井6套管周圍地層中產(chǎn)生低頻交變磁場10，由于向上流動的電流產(chǎn)生的磁場與向下流動的電流產(chǎn)生的磁場方向相反，因此向上流動的電流產(chǎn)生的磁場對井下探管8檢測的磁場信號有抵消作用，為了避免向上流動電流的影響，要求井下三電極系7和井下探管8至少相距30m,井下探管8與井下三電極系7之間用絕緣繩12相連，且井下探管8要盡量下入救援井5的底部，同時井下三電極系7本身位置處的低頻交變電流在井下探管8處產(chǎn)生的磁場強度為零，因此對井下探管8所探測的微弱磁場信號沒有影響；井下探管8用于探測井下探管8處的重力場、地磁場和由事故井6套管上聚集的低頻交變電流9產(chǎn)生的低頻交變磁場10，在測量時要求井下探管8必須靜止，否則井下探管8的旋轉(zhuǎn)或震動將導(dǎo)致其無法精確探測到微弱的磁場信號；地面信號采集設(shè)備2通過測井電纜13與井下探管8相連，并接收井下探管8檢測到、由測井電纜13傳至地面的數(shù)據(jù)；地面信號采集設(shè)備2將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送到地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)3中進行計算，得到救援井5中的井下探管8與事故井6套管的相對空間位置數(shù)據(jù)，以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示。 如圖2所示，地面供電設(shè)備包括380V交流電源、升壓變壓器、交/直流變換器和頻率控制器；380V交流電源的輸出端首先通過升壓變壓器，升壓變壓器將380V交流電源提供的電壓升至1000V，經(jīng)交/直流變換器后，轉(zhuǎn)換成1000V的直流高壓，使三電極系7輸出能夠達到幅值為20A的電流，利用單片機控制頻率控制器使其將1000V的高壓轉(zhuǎn)換成0. 25Hz頻率的交變方波電壓，然后將該交變方波電壓傳送至井下三電極系處再做進一步地輸出；380V交流電源的輸入端與地表電極相連。如圖3所示，井下三電極系7是基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)的電流信號發(fā)射源；井下三電極系7包括電極系電纜接口 14、電極系金屬外殼15、兩個屏蔽電極16、兩個絕緣片17和主電極18 ;井下三電極系7通過電極系電纜接口 14與七芯電纜11相連；兩個屏蔽電極16和主電極18均為圓柱體,主電極18位于中間,長度為0. 15m,兩個屏蔽電極16對稱地排列在主電極18的上、下兩側(cè)，屏蔽電極16的長度為0. 7m，兩個屏蔽電極16在內(nèi)部由短路線相連；屏蔽電極16和主電極18之間用絕緣片17隔開，絕緣片的厚度為
0.025m;兩個屏蔽電極16、兩個絕緣片17和主電極18的直徑相同。如圖2所示，地面供電設(shè)備所提供的幅度為1000V、頻率為0. 25Hz的交變方波電壓傳送至井下三電極系7處后分成兩路相同極性的輸出，其中一路保持電壓恒定輸出直接供給主電極18，另一路經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)后供給兩個屏蔽電極16，使得三個電極上的電位趨于相等，這時沿井下三電極系7縱向的電位梯度為零，從而保證從主電極18流出的電流不會沿井軸方向流動，保證更多的電流流入地層然后在事故井6套管上聚集。如圖4、圖5所示，井下探管8包括探管無磁外殼19、金屬無磁支架20、電纜接口電路板21、傳感器信號處理電路板22、三軸磁通門傳感器23、三軸加速度傳感器24和探管電纜接口 25 ；電纜接口電路板21、傳感器信號處理電路板22、三軸磁通門傳感器23和三軸加速度傳感器24均安裝在探管無磁外殼19內(nèi)的金屬無磁支架20內(nèi)；探管無磁外殼19為密封結(jié)構(gòu)，防止井下探管8周圍液體進入探管，影響電路工作；井下探管8通過探管電纜接口 25與測井電纜13相連，并利用絕緣繩12與井下三電極系7相連，測井電纜用于將探管探測到的數(shù)據(jù)傳送至地面信號采集設(shè)備；井下探管8內(nèi)的三軸磁通門傳感器23和三軸加速度傳感器24的z軸與井下探管8的軸線重合，X軸和y軸垂直于井下探管8的軸線；兩個傳感器的X軸位于同一個平面上，且互相平行，兩個傳感器的y軸也位于同一個平面上，亦互相平行；井下探管8內(nèi)的三軸磁通門傳感器23用來探測井下探管8處的三軸地磁場和事故井6套管上聚集的低頻交變電流9所產(chǎn)生的低頻交變磁場10的合成磁場數(shù)值，用于確定井下探管8與事故井6套管的間距和方位；三軸加速度傳感器24用來探測井下探管8處的三軸重力加速度數(shù)值，用于確定井下探管8自身的擺放姿態(tài)；三軸加速度傳感器24檢測到的三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸磁通門傳感器23檢測到的三軸磁場數(shù)據(jù)由傳感器信號處理電路板22通過電纜接口電路板21發(fā)送到測井電纜13上。三軸磁通門傳感器23的測量精度達到0. OlnT，三軸加速度傳感器24的測量精度達到0. Olgo如圖6所示，地面信號采集設(shè)備2包括電源電路、電纜接口電路和電纜信號解碼電路；電源電路用于給電纜接口電路和電纜信號解碼電路提供電源；電纜接口電路與測井電纜13相連，將測井電纜13上傳輸?shù)母邏簲?shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成低壓信號，然后傳送給電纜信號解碼電路，由電纜信號解碼電路將井下探管8發(fā)送的數(shù)據(jù)解析出來，通過USB接口傳輸?shù)降孛婢仍c事故井連通探測計算系統(tǒng)3。地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)3包括救援 井與事故井連通探測分析計算軟件和地面顯示系統(tǒng)，地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)3利用接收到的井下采集數(shù)據(jù)，通過救援井與事故井連通探測分析計算軟件，得到救援井5中的探管與事故井6套管的相對空間位置數(shù)據(jù)，利用地面顯示系統(tǒng)以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示，反饋給鉆井工程師，指導(dǎo)救援井的進一步鉆進?；谌姌O系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)工作原理如下如圖7所示，將井下三電極系7近似為無絕緣環(huán)的線電極，電流密度j均勻分布；井下三電極系7全長為2L。，主電極18全長為2L，井下三電極系7半徑為IV且滿足A << Ltl ;井下三電極系7位于電導(dǎo)率為O 6的均勻地層中。取井下三電極系7的中點為坐標原點，同時z軸與井下三電極系7的軸線重合。當z = 0時距離原點I處的場強為
權(quán)利要求
1.基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，包括地面供電設(shè)備、地面信號采集設(shè)備、地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)、地表電極、井下三電極系、井下探管；其特征在于地面供電設(shè)備位于救援井井口附近，用于為井下三電極系提供低頻交變電流，同時也為地面信號采集設(shè)備和地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)供電；地表電極與救援井的井口套管連接且接觸性良好，地面供電設(shè)備的輸出端與與井下三電極系相連、輸入端與地表電極相連；井下探管用于探測井下探管處的重力場、地磁場和由事故井套管上聚集的低頻交變電流產(chǎn)生的低頻交變磁場，地面信號采集設(shè)備通過測井電纜與井下探管相連，并接收井下探管檢測到、由測井電纜傳至地面的數(shù)據(jù)；地面信號采集設(shè)備將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送到地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)中進行計算，得到救援井中的井下探管與事故井套管的相對空間位置數(shù)據(jù)，以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，其特征在于地面供電設(shè)備包括380V交流電源、升壓變壓器、交/直流變換器和頻率控制器；380V交流電源的輸出端首先通過升壓變壓器，升壓變壓器將380V交流電源提供的電壓升至1000V,經(jīng)交/直流變換器后，轉(zhuǎn)換成1000V的直流高壓，使三電極系7輸出能夠達到幅值為20A的電流，利用單片機控制頻率控制器使其將1000V的高壓轉(zhuǎn)換成O. 25Hz頻率的交變方波電壓，然后將該交變方波電壓傳送至井下三電極系處再做進一步地輸出；380V交流電源的輸入端與地表電極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，其特征在于井下三電極系包括電極系電纜接口、電極系金屬外殼、兩個屏蔽電極、兩個絕緣片和主電極；井下三電極系通過電極系電纜接口與七芯電纜相連；兩個屏蔽電極和主電極均為圓柱體，主電極位于中間，長度為O. 15m，兩個屏蔽電極對稱地排列在主電極的上、下兩側(cè)，屏蔽電極的長度為O. 7m，兩個屏蔽電極在內(nèi)部由短路線相連；屏蔽電極和主電極之間用絕緣片隔開，絕緣片的厚度為O. 025m;兩個屏蔽電極、兩個絕緣片和主電極的直徑相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，其特征在于地面供電設(shè)備所提供的幅度為1000V、頻率為O. 25Hz的交變方波電壓傳送至井下三電極系處后分成兩路相同極性的輸出，其中一路保持電壓恒定輸出直接供給主電極，另一路經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)后供給兩個屏蔽電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，其特征在于井下探管包括探管無磁外殼、金屬無磁支架、電纜接口電路板、傳感器信號處理電路板、三軸磁通門傳感器、三軸加速度傳感器和探管電纜接口 ；電纜接口電路板、傳感器信號處理電路板、三軸磁通門傳感器和三軸加速度傳感器均安裝在探管無磁外殼內(nèi)的金屬無磁支架內(nèi)；探管無磁外殼為密封結(jié)構(gòu)；井下探管通過探管電纜接口與測井電纜相連，并利用絕緣繩與井下三電極系相連，測井電纜用于將井下探管探測到的數(shù)據(jù)傳送至地面信號采集設(shè)備；井下探管內(nèi)的三軸磁通門傳感器用來探測井下探管處的三軸地磁場和事故井套管上聚集的低頻交變電流所產(chǎn)生的低頻交變磁場的合成磁場數(shù)值，用于確定井下探管與事故井套管的間距和方位；三軸加速度傳感器用來探測井下探管處的三軸重力加速度數(shù)值，用于確定井下探管自身的擺放姿態(tài)；三軸加速度傳感器檢測到的三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸磁通門傳感器檢測到的三軸磁場數(shù)據(jù)由傳感器信號處理電路板通過電纜接口電路板發(fā)送到測井電纜上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，其特征在于地面信號采集設(shè)備包括電源電路、電纜接口電路和電纜信號解碼電路；電源電路用于給電纜接口電路和電纜信號解碼電路提供電源；電纜接口電路與測井電纜相連，將測井電纜上傳輸?shù)母邏簲?shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成低壓信號，然后傳送給電纜信號解碼電路，由電纜信號解碼電路將井下探管發(fā)送的數(shù)據(jù)解析出來，通過USB接口傳輸?shù)降孛婢仍c事故井連通探測計算系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，其特征在于地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)包括救援井與事故井連通探測分析計算軟件和地面顯示系統(tǒng)，地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)利用接收到的井下采集數(shù)據(jù)，通過救援井與事故井連通探測分析計算軟件，得到救援井中的探管與事故井套管的相對空間位置數(shù)據(jù)，利用地面顯示系統(tǒng)以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示，反饋給鉆井工程師，指導(dǎo)救援井的進一步鉆進。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，其特征在于地表電極為長方形金屬塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，其特征在于井下三電極系和井下探管至少相距30m。
10.一種救援井與事故井連通的方法，基于上述權(quán)利要求1-9所述的三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)，具體步驟如下步驟1:提取救援井與事故井的井況信息救援井與事故井6的井眼軌跡測量信息、救援井與事故井的井口坐標、救援井與事故井的鉆盤平面高度和地面海拔高度、事故井的井身結(jié)構(gòu)；步驟2 :處理提取的救援井與事故井的井況信息，得到救援井已鉆部分和事故井的測斜數(shù)據(jù)；步驟3 :利用七芯電纜將井下三電極系和井下探管通過鉆桿或爬行器設(shè)備送入到救援井已鉆部分的底部，地面供電設(shè)備為井下三電極系提供低頻交變電流；步驟4:地面信號采集設(shè)備接收探管檢測到的、由測井電纜傳至地面的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后發(fā)送到地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)中；步驟5 :利用上述處理后的救援井與事故井的井況信息、井下探管的采集數(shù)據(jù)、當?shù)卮牌牵ㄟ^地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)，得到救援井中的井下探管與事故井套管的相對空間位置數(shù)據(jù)，利用地面顯示系統(tǒng)以數(shù)字、文字及/或圖形的方式顯示；步驟6:在得到該測點處的救援井與事故井相對空間位置數(shù)據(jù)后，將井下三電極系和井下探管提出，下入鉆頭和鉆桿，結(jié)合救援井和事故井的的測斜數(shù)據(jù)，繼續(xù)鉆進救援井至下一個測點處；步驟7 :在該測點處，提出鉆頭和鉆桿，重復(fù)上述的步驟I至步驟6，直至救援井與事故井精確連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于三電極系的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括地面供電設(shè)備、地面信號采集設(shè)備、地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)、地表電極、井下三電極系、井下探管；地面供電設(shè)備為井下三電極系、地面信號采集設(shè)備和地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)供電；地面信號采集設(shè)備將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送到地面救援井與事故井連通探測計算系統(tǒng)中進行計算，并以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示。本發(fā)明采用井下三電極系作為電流信號發(fā)射源，保證從主電極流出的電流不會沿救援井井軸方向流動、可以直接探測救援井井底到事故井的距離和方位，避免了累積誤差，適用于事故井井口附近無法靠近的工況，可以在深井中正常工作。
文檔編號E21B47/001GK102996120SQ20121047057
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者高德利, 李翠, 刁斌斌, 吳志永 申請人:中國石油大學(xué)(北京)