本發(fā)明涉及石油開采安全技術(shù)，尤其涉及一種用于探測事故井的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在海上和陸地鉆井作業(yè)中，一旦發(fā)生井噴失控，將使油氣資源受到嚴(yán)重破壞，還易釀成火災(zāi)，造成人員傷亡、設(shè)備毀壞、油氣井報廢、環(huán)境污染等諸多惡劣影響。在石油開采領(lǐng)域，發(fā)生井噴事故的油井稱為事故井；為搶險控制事故井，在距事故井一定距離的安全區(qū)域內(nèi)設(shè)計并施工與事故井相交連通的定向井稱為救援井。井噴事故發(fā)生后，通常是從救援井內(nèi)注入高密度壓井液控制并封閉事故井。因此，在救援井中探測定位事故井是實(shí)施救援井的關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前探測定位事故井的技術(shù)中，通常采用的方案是在救援井的井下與遠(yuǎn)離事故井的地面分別布置電極，在兩電極間施加電流，利用電流通過地層流動在事故井的套管上產(chǎn)生匯聚電流，而匯聚電流產(chǎn)生的磁場可以被置于救援井井下的三軸磁通門檢測到，后續(xù)可以根據(jù)三個磁場分量和重力場之間的關(guān)系，確定出事故井相對于救援井的距離和方位。

但是由于救援井中有鉆井液，其導(dǎo)電性遠(yuǎn)高于地層本身，因而在井下電極施加的電流將直接通過救援井井筒內(nèi)的井液到達(dá)地面，并與地面電極形成通路，難以通過地層在事故井的套管或鉆桿上產(chǎn)生匯聚電流。

為了避免上述情況發(fā)生，目前出現(xiàn)的技術(shù)方案是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)由地表電極、井下三電極系等組件構(gòu)成；通過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。但是由于井下三電極是極性相同的三個電極，且與地面電極的極性相反，因此井下電極與地表電極之間仍會通過井液形成了電流通路，電流無法匯聚到事故井金屬管柱上，從而也無法在事故井上產(chǎn)生匯聚電流。

因此，電極之間消耗的電流未知，并且結(jié)合地層的電阻率未知；從而即使在電源提供的總電流已知的情況下，仍然無法確定事故井金屬管柱上的匯聚電流，進(jìn)而也影響了由匯聚電流所產(chǎn)生的二次場所測出的救援井與事故井的距離和方位的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例期望提供一種用于探測事故井的系統(tǒng)和方法，能夠提高匯聚電流所產(chǎn)生的二次場所測出的事故井的方位精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于探測事故井的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：低頻電源、模式控制開關(guān)、地面電極、井下聚焦電極系、傳感器、地面數(shù)據(jù)處理單元；

其中，所述低頻電源用于根據(jù)所述模式控制開關(guān)的控制，為所述地面電極以及所述井下聚焦電極系提供電流；

所述模式控制開關(guān)，用于控制所述系統(tǒng)的工作模式；以及，當(dāng)所述系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，控制所述低頻電源為所述井下聚焦電極系提供電流；以及，當(dāng)所述系統(tǒng)處于匯聚電流模式時，控制所述低頻電源為所述地面電極以及所述井下聚焦電極系提供電流；

所述地面電極設(shè)置于所述事故井朝向救援井方向連線的反向延長線且距所述事故井預(yù)設(shè)的第一距離的地面，用于當(dāng)所述系統(tǒng)處于匯聚電流模式時，引導(dǎo)所述井下聚焦電極系的電流流向所述事故井方向；

所述聚焦電極系設(shè)置于所述救援井井下，用于當(dāng)所述系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，按照第一條件調(diào)節(jié)自身的電極；當(dāng)所述系統(tǒng)處于匯聚電流模式時，按照第二條件調(diào)節(jié)自身的電極；

所述傳感器設(shè)置于所述聚焦電極系下方的第二距離處，用于當(dāng)所述系統(tǒng)處于匯聚電流模式時，測量所述事故井套管的匯聚電流所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度；

所述地面數(shù)據(jù)處理單元，用于當(dāng)所述系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，根據(jù)所述聚焦電極系自身電極的電位與電流獲取地層電阻率；以及，當(dāng)所述系統(tǒng)處于匯聚電流模式時，根據(jù)所述地層電阻率及所述低頻電源的電壓獲取匯聚電流，并根據(jù)所述匯聚電流按照畢奧薩伐定理獲得所述磁場強(qiáng)度，再根據(jù)磁場強(qiáng)度和重力加速度獲得事故井與救援井的方位。

在上述方案中，所述井下聚焦電極系具體包括：一個主電極，兩對監(jiān)督電極，兩對屏蔽電極；其中，以所述主電極為中心，第一監(jiān)督電極對中的電極分別與第二監(jiān)督電極對中的電極以所述主電極為中心對稱排列，第一屏蔽電極對中的電極和第二屏蔽電極對中的電極均以所述主電極為中心對稱排列，并且每一對電極之間相互短路相連，使得每一對電極的電位相等。

在上述方案中，當(dāng)所述系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式且所述主電級的電流為I₀，通過分壓器調(diào)節(jié)第一屏蔽電極對發(fā)出的總電流為I₁的大小，使得第一監(jiān)督電極對上的電位相等時，地面數(shù)據(jù)處理單元具體用于：通過測量任一監(jiān)督電極上的電位值U_M并根據(jù)式1獲知地層電阻率ρ_a：

${\mathrm{\ρ}}_a=K\frac{U_M}{I_o}---\left(1\right)$

其中，K為儀器常數(shù)，與所述聚焦電極系的尺寸相關(guān)。

在上述方案中，當(dāng)所述系統(tǒng)處于匯聚電流模式且所述主電級的電流為I₀，通過調(diào)節(jié)分壓器改變所述第一屏蔽電極對發(fā)出的總電流為I₁以及所述第二屏蔽電極對發(fā)出的總電流為I₂，使得所述第一監(jiān)督電極對上的電位相等，并且兩對屏蔽電極中處于主電級同一邊的電極電位相等時，地面數(shù)據(jù)處理單元具體用于：

根據(jù)測量得到的所述低頻電源的電壓U_s和式2獲知所述事故井的套管上所匯聚到的匯聚電流I_a：

$I_a=4\mathrm{\π}r\frac{U_s}{{\mathrm{\ρ}}_a}---\left(2\right)$

其中，r近似為事故井井口與救援井井口的距離；

接著，由于匯聚電流將產(chǎn)生磁場，磁場H_s的大小根據(jù)畢奧薩伐定理如式3所示：

$H_s=\frac{1}{4\mathrm{\π}}{\∫}_0^n\frac{I_a\·r_1}{\sqrt{{({r_1}^2+z^2)}^3}}\·dz---\left(3\right)$

其中，以事故井套管的井底為坐標(biāo)原點(diǎn)，套管為軸建立直角坐標(biāo)系，則n表示事故井套管長度，z表示救援井中傳感器探測位置距離事故井井底的縱向距離，r₁表示救援井中傳感器與事故井的距離；

所述地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)傳感器測量得到的磁場強(qiáng)度H_s的三軸磁場強(qiáng)度分量、重力場分量以及式4獲知事故井與救援井的方位：

$\mathrm{\β}=\arccos (\frac{H_{sx}{G}_y+H_{sy}{G}_x}{\sqrt{{H_{sx}}^2+{H_{sy}}^2}}\·\frac{1}{\sqrt{{G_x}^2+{G_y}^2}})---\left(4\right)$

其中，β表示救援井中探測點(diǎn)與事故井的方位，H_sx和G_x表示磁場強(qiáng)度和重力場在x軸方向的分量，H_sy和G_y表示磁場強(qiáng)度和重力場在y軸方向的分量。

在上述方案中，所述傳感器具體為三軸磁通門傳感器和重力加速度計，并且三軸磁通門傳感器和重力加速度計布置于所述聚焦電極系的下方30米處。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于探測事故井的方法，所述方法應(yīng)用于探測事故井的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括低頻電源、模式控制開關(guān)、地面電極、井下聚焦電極系、傳感器、地面數(shù)據(jù)處理單元，以及將上述器件依次進(jìn)行連接的纜線，其中，所述地面電極設(shè)置于所述事故井朝向救援井方向連線的反向延長線且距所述事故井預(yù)設(shè)的第一距離的地面，所述聚焦電極系設(shè)置于所述救援井井下，所述傳感器設(shè)置于所述聚焦電極系下方的第二距離處，所述方法包括：

當(dāng)所述系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，所述模式控制開關(guān)控制所述低頻電源為所述井下聚焦電極系提供電流，所述聚焦電極系按照第一條件調(diào)節(jié)自身的電極，所述地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述聚焦電極系自身電極的電位與電流獲取地層電阻率；

當(dāng)所述系統(tǒng)處于匯聚電流模式時，所述模式控制開關(guān)控制所述低頻電源為所述地面電極以及所述井下聚焦電極系提供低頻電流，所述地面電極引導(dǎo)所述井下聚焦電極系的電流流向所述事故井方向，所述聚焦電極系按照第二條件調(diào)節(jié)自身的電極，所述傳感器測量所述事故井套管的匯聚電流所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，所述地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述地層電阻率及所述低頻電源的電壓獲取匯聚電流，并根據(jù)所述匯聚電流按照畢奧薩伐定理獲得所述磁場強(qiáng)度，再根據(jù)磁場強(qiáng)度和重力加速度獲得事故井與救援井的方位。

在上述方案中，所述井下聚焦電極系包括：一個主電極，兩對監(jiān)督電極，兩對屏蔽電極；其中，以主電極為中心，第一監(jiān)督電極對中的電極分別與第二監(jiān)督電極對中的電極以主電極為中心對稱排列，第一屏蔽電極對中的電極和第二屏蔽電極對中的電極均以主電極為中心對稱排列，并且每一對電極之間相互短路相連，從而使得每一對電極的電位相等。

在上述方案中，當(dāng)所述系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，所述聚焦電極系按照第一條件調(diào)節(jié)自身的電極，所述地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述聚焦電極系自身電極的電位與電流獲取地層電阻率，具體包括：

當(dāng)所述系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，所述主電級的電流為I₀，所述第一屏蔽電極對發(fā)出的總電流為I₁，所述第二屏蔽電極對形成回路電極，通過分壓器調(diào)節(jié)I₁的大小，使得所述第一監(jiān)督電極對上的電位相等，所述地面數(shù)據(jù)處理單元測量任一監(jiān)督電極上的電位值U_M并根據(jù)式5獲知地層電阻率ρ_a：

${\mathrm{\ρ}}_a=K\frac{U_M}{I_o}---\left(5\right)$

其中，K為儀器常數(shù)，與聚焦電極系的尺寸相關(guān)。

在上述方案中，在獲知所述地層電阻率R_a之后，當(dāng)所述系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，所述聚焦電極系按照第二條件調(diào)節(jié)自身的電極，所述傳感器測量所述事故井套管的匯聚電流所產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場強(qiáng)度，所述地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述地層電阻率及所述低頻電源的電壓獲取匯聚電流，并根據(jù)所述匯聚電流按照安畢奧薩伐定理獲得感應(yīng)電磁場強(qiáng)度，及事故井的方位，具體包括：

當(dāng)所述系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，所述主電級的電流為I₀，所述第一屏蔽電極對發(fā)出的總電流為I₁，所述第二屏蔽電極對發(fā)出的總電流為I₂；

通過調(diào)節(jié)分壓器改變I₁和I₂的大小，使得所述第一監(jiān)督電極對上的電位相等，并且兩對屏蔽電極中處于所述主電級同一邊的電極電位相等；

當(dāng)測量得到所述低頻電源的電壓為U_s，則所述事故井的套管上所匯聚到的匯聚電流I_a如式6所示：

$I_a=4\mathrm{\π}r\frac{U_s}{R_a}---\left(6\right)$

其中，r近似為事故井井口與救援井井口的距離；

接著，由于匯聚電流將產(chǎn)生磁場，磁場H_s的大小根據(jù)畢奧薩伐定理如式7所示：

$H_s=\frac{1}{4\mathrm{\π}}{\∫}_m^n\frac{I_a\·r_1}{\sqrt{{({r_1}^2+z^2)}^3}}\·dz---\left(7\right)$

其中，以事故井套管的井底為坐標(biāo)原點(diǎn)，套管為軸建立直角坐標(biāo)系，則n表示事故井套管長度，z表示救援井中傳感器探測位置距離事故井井底的縱向距離，r₁表示救援井中傳感器與事故井的距離；

所述地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)傳感器測量得到的磁場強(qiáng)度H_s的三軸磁場強(qiáng)度分量、重力場分量以及式8獲知事故井與救援井的方位：

$\mathrm{\β}=\arccos (\frac{H_{sx}{G}_y+H_{sy}{G}_x}{\sqrt{{H_{sx}}^2+{H_{sy}}^2}}\·\frac{1}{\sqrt{{G_x}^2+{G_y}^2}})---\left(8\right)$

其中，β表示救援井中探測點(diǎn)與事故井的方位，表示磁場強(qiáng)度和重力場在x軸方向的分量，H_sy和G_y表示磁場強(qiáng)度和重力場在y軸方向的分量。

在上述方案中，所述傳感器具體為三軸磁通門傳感器和重力加速度計，并且三軸磁通門傳感器和重力加速度計布置于所述聚焦電極系的下方30米處。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于探測事故井的系統(tǒng)和方法，通過聚焦電極系減少電極之間由于救援井內(nèi)鉆井液的導(dǎo)電性而消耗的電流，并且能夠獲知地層的電阻率，從而能夠準(zhǔn)確獲知匯聚到事故井金屬管柱的匯聚電流，進(jìn)而也提高了匯聚電流所產(chǎn)生的二次場所測出的事故井的方位精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于探測事故井的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種方位示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種井下聚焦電極系的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種井下聚焦電極系的電流流向示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種井下聚焦電極系的電流流向示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種等效電路示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于探測事故井的方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

實(shí)施例一

參見圖1，其示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于探測事故井的系統(tǒng)1，該系統(tǒng)1可以包括：低頻電源10、模式控制開關(guān)20、地面電極30、井下聚焦電極系40、傳感器50、地面數(shù)據(jù)處理單元60，以及將上述器件進(jìn)行連接的纜線70；可以理解地，纜線70具體可以根據(jù)需要連接到的器件的不同而選擇不同型號、規(guī)格和功能的傳輸線或電纜，本實(shí)施例在此不作贅述；

其中，低頻電源10用于根據(jù)模式控制開關(guān)20的控制，為地面電極30以及井下聚焦電極系40提供電流；

模式控制開關(guān)20，用于控制系統(tǒng)的工作模式；以及，當(dāng)系統(tǒng)1處于地層電阻率測量模式時，控制低頻電源10為井下聚焦電極系40提供電流；以及，當(dāng)系統(tǒng)1處于匯聚電流模式時，控制低頻電源10為地面電極30以及井下聚焦電極系40提供電流；

地面電極10設(shè)置于事故井朝向救援井方向連線的反向延長線且距事故井預(yù)設(shè)的第一距離的地面，用于當(dāng)系統(tǒng)1處于匯聚電流模式時，引導(dǎo)井下聚焦電極系40的電流流向事故井方向；

聚焦電極系40設(shè)置于救援井井下，用于當(dāng)系統(tǒng)1處于地層電阻率測量模式時，按照第一條件調(diào)節(jié)自身的電極；當(dāng)系統(tǒng)1處于匯聚電流模式時，按照第二條件調(diào)節(jié)自身的電極；

傳感器50設(shè)置于聚焦電極系40下方的第二距離處，用于當(dāng)系統(tǒng)1處于匯聚電流模式時，測量事故井套管的匯聚電流所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和重力場；

地面數(shù)據(jù)處理單元60，用于當(dāng)系統(tǒng)1處于地層電阻率測量模式時，根據(jù)聚焦電極系40自身電極的電位與電流獲取地層電阻率；以及，當(dāng)系統(tǒng)1處于匯聚電流模式時，根據(jù)地層電阻率及低頻電源10的電壓獲取匯聚電流，并根據(jù)匯聚電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和重力場獲取事故井的方位。

對于圖1所示的系統(tǒng)，需要說明的是，如圖2所示的方位圖，由于地面電極30設(shè)置于事故井朝向救援井方向連線的反向延長線且距事故井預(yù)設(shè)的第一距離處；在圖2中，事故井朝向救援井方向如實(shí)線單向箭頭所示，事故井朝向救援井方向連線的反向延長線如虛線單向箭頭所示。因此，當(dāng)系統(tǒng)1處于匯聚電流模式時，地面電極30能夠迫使聚焦電極系40的電流導(dǎo)向事故井方向，從而減少了聚焦電極系40的電流由于救援井內(nèi)鉆井液的導(dǎo)電性以及地層導(dǎo)電性而產(chǎn)生的消耗，能夠使得聚焦電極系40的電流在事故井上有更好的匯聚；

還需要說明的是，圖1所示的系統(tǒng)能夠獲知地層的電阻率，進(jìn)而可以能夠準(zhǔn)確地獲知匯聚電流的大小，從而在根據(jù)感應(yīng)電磁場強(qiáng)度獲取事故井方位時，提高了方位的準(zhǔn)確性。

示例性地，在圖1所示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，參見圖3，其示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種井下聚焦電極系40的結(jié)構(gòu)，該井下聚焦電極系40可以包括：一個主電極41，兩對監(jiān)督電極42、43和44、45，兩對屏蔽電極46、47和48、49；其中，如虛線所示，以主電極41為中心，第一監(jiān)督電極對42、43分別與第二監(jiān)督電極對44、45以主電極41為中心對稱排列，第一屏蔽電極對46、47和第二屏蔽電極對48、49均以主電極為中心對稱排列，并且每一對電極之間相互短路相連，從而使得每一對電極的電位相等。

優(yōu)選地，模式控制開關(guān)20通過將地面電極30所接回路開路以實(shí)現(xiàn)地層電阻率測量模式，具體地，地層電阻率測量模式可以為淺側(cè)向模式，用于測量井下視電阻率。此時，主電級41的電流為I₀，第一屏蔽電極對46、47發(fā)出的總電流為I₁，第二屏蔽電極對48、49形成回路電極，通過分壓器調(diào)節(jié)I₁的大小，使得第一監(jiān)督電極對42、43上的電位相等，即U₄₂＝U₄₃。此時，電極中的電流流向如圖4所示，地面數(shù)據(jù)處理單元60通過測量任一監(jiān)督電極上的電位值U_M就可以根據(jù)式1獲知地層電阻率ρ_a：

${\mathrm{\ρ}}_a=K\frac{U_M}{I_o}---\left(1\right)$

其中，K為儀器常數(shù)，與聚焦電極系的尺寸相關(guān)。

優(yōu)選地，在獲知地層電阻率ρ_a之后，模式控制開關(guān)20通過將地面電極30所接回路的開路進(jìn)行閉合，以實(shí)現(xiàn)匯聚電流模式。此時，主電級41的電流為I₀，第一屏蔽電極對46、47發(fā)出的總電流為I₁，第二屏蔽電極對48、49發(fā)出的總電流為I₂，此時，電極中的電流流向如圖5所示。通過調(diào)節(jié)分壓器改變I₁和I₂的大小，使得第一監(jiān)督電極對42、43上的電位相等，并且第一屏蔽電極對中的電極46與第二屏蔽電極對中的電極48電位相等，即U₄₆＝U₄₈。也就是兩對屏蔽電極中處于主電級同一邊的電極電位相等。由于電極46與電極48等電位，從而達(dá)到聚焦的效果，電流將沿著大地經(jīng)由最短路徑往地面電極方向流去，當(dāng)電流經(jīng)過事故井的套管時會匯聚得到向上或向下的電流，地面電極就能夠引導(dǎo)電流方向流向事故井方向，當(dāng)測量得到低頻電源10的電壓為U_s，則事故井的套管上所匯聚到的匯聚電流I_a如式2所示：

$I_a=4\mathrm{\π}r\frac{U_s}{{\mathrm{\ρ}}_a}---\left(2\right)$

其中，r近似為事故井井口與救援井井口的距離。

接著，由于匯聚電流將產(chǎn)生磁場，磁場H_s的大小根據(jù)畢奧薩伐定理如式3所示：

$H_s=\frac{1}{4\mathrm{\π}}{\∫}_0^n\frac{I_a\·r_1}{\sqrt{{({r_1}^2+z^2)}^3}}\·dz---\left(3\right)$

其中，以事故井套管的井底為坐標(biāo)原點(diǎn)，套管為軸建立直角坐標(biāo)系，則n表示事故井套管長度，z表示救援井中傳感器探測位置距離事故井井底的縱向距離，r₁表示救援井中傳感器與事故井的距離。

所述地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)傳感器測量得到的磁場強(qiáng)度H_s的三軸磁場分量、以及式4獲知事故井與救援井的方位：

$\mathrm{\β}=\arccos (\frac{H_{sx}{G}_y+H_{sy}{G}_x}{\sqrt{{H_{sx}}^2+{H_{sy}}^2}}\·\frac{1}{\sqrt{{G_x}^2+{G_y}^2}})---\left(4\right)$

其中，β表示救援井中探測點(diǎn)與事故井的方位，H_sx和G_x表示磁場強(qiáng)度和重力場在x軸方向的分量，H_sy和G_y表示磁場和重力場在y軸方向的分量。

由于磁場強(qiáng)度H_s的三軸磁場分量和三軸重力場可以通過傳感器50進(jìn)行測量，優(yōu)選地，傳感器50具體可以為三軸磁通門傳感器和加速度傳感器，并且三軸磁通門傳感器和加速度傳感器可以布置在聚焦電極系40的下方30米處。

進(jìn)一步地，地面數(shù)據(jù)處理單元60可以根據(jù)測量得到的磁場強(qiáng)度H_s的三軸分量、重力場分量以及式4獲知事故井與救援井探測點(diǎn)的方位。例如，磁場強(qiáng)度和重力場通過單片機(jī)采樣編碼后經(jīng)由電纜傳輸至井上的單片機(jī)，最后傳輸至上位機(jī)進(jìn)行分析計算得到最終所需要的結(jié)果，隨后就能夠按照需要的或者繼續(xù)鉆井所需要的結(jié)果進(jìn)行顯示。地面數(shù)據(jù)處理單元60具體對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理的算法，為本領(lǐng)域技術(shù)人員的常用手段，本實(shí)施例不做贅述。

實(shí)施例二

基于上述方案，低頻電源10、模式控制開關(guān)20、地面電極30、井下聚焦電極系40所組成的電路系統(tǒng)對應(yīng)的等效電路如圖6所示。在圖6中，電路器件編號與前述實(shí)施例中出現(xiàn)的器件編號一致，需要說明的是，模式控制開關(guān)20可以由開關(guān)K₀和開關(guān)K₁實(shí)現(xiàn)，R₁至R₅為地層的雜散阻抗。

基于該等效電路，當(dāng)開關(guān)K₀斷開，開關(guān)K₁閉合時，系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式，即淺側(cè)向模式，此時，可以通過電流表A₁測量得到主電級41的電流為I₀，可以通過電流表A₂測量得到第一屏蔽電極對46、47發(fā)出的總電流為I₁，通過分壓器Rw調(diào)節(jié)I₁的大小，并通過電壓表V₁和V₂測量，使得第一監(jiān)督電極對42、43上的電位相等，所以，通過電壓表測量任一監(jiān)督電極上的電位值U_M就可以根據(jù)式1獲知地層電阻率ρ_a。

在獲知地層電阻率ρ_a之后，將開關(guān)K₀閉合并將開關(guān)K₁斷開，系統(tǒng)則變成匯聚電流模式。此時，仍然可以通過電流表A₁測量得到主電級41的電流I₀，可以通過電流表A₂測量得到第一屏蔽電極對46、47發(fā)出的總電流I₁，并且通過電流表A₃測量得到第二屏蔽電極對48、49發(fā)出的總電流I₂，通過調(diào)節(jié)分壓器Rw改變I₁和I₂的大小，通過電壓表V₁和V₂測量，使得第一監(jiān)督電極對42、43上的電位相等，并且第一屏蔽電極對中的電極46與第二屏蔽電極對中的電極48電位相等，即U₄₆＝U₄₈。也就是兩對屏蔽電極中處于主電級同一邊的電極電位相等。此時，根據(jù)低頻電源10的電壓U_s與地層電阻率ρ_a依據(jù)式2獲知匯聚電流I_a；通過三軸磁通門傳感器所測量得到的磁場強(qiáng)度H_s的三軸磁場分量，并且將全部測量數(shù)據(jù)傳輸至地面進(jìn)行綜合分析以及處理依照式4就能夠獲得事故井發(fā)生事故時的方位。

上述實(shí)施例提供的一種用于探測事故井的系統(tǒng)，通過聚焦電極系減少電極之間由于救援井內(nèi)鉆井液的導(dǎo)電性而消耗的電流，并且能夠獲知地層的電阻率，從而能夠準(zhǔn)確獲知匯聚到事故井金屬管柱的匯聚電流，進(jìn)而也提高了匯聚電流所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度所測出的事故井的方位精度。

實(shí)施例三

基于前述實(shí)施例相同的技術(shù)構(gòu)思，參見圖7，其示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于探測事故井的方法，該方法應(yīng)用于探測事故井的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括低頻電源、模式控制開關(guān)、地面電極、井下聚焦電極系、傳感器、地面數(shù)據(jù)處理單元，以及將上述器件依次進(jìn)行連接的纜線，其中，地面電極30設(shè)置于事故井朝向救援井方向連線的反向延長線且距事故井預(yù)設(shè)的第一距離的地面，聚焦電極系設(shè)置于救援井井下，傳感器設(shè)置于聚焦電極系下方的第二距離處，所述方法包括：

S701：當(dāng)系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，模式控制開關(guān)控制低頻電源為井下聚焦電極系提供電流，聚焦電極系按照第一條件調(diào)節(jié)自身的電極，地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)聚焦電極系自身電極的電位與電流獲取地層電阻率；

S702：當(dāng)系統(tǒng)處于匯聚電流模式時，模式控制開關(guān)控制低頻電源為地面電極以及井下聚焦電極系提供電流，地面電極引導(dǎo)井下聚焦電極系的電流流向事故井方向，聚焦電極系按照第二條件調(diào)節(jié)自身的電極，傳感器測量事故井套管的匯聚電流所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)地層電阻率及低頻電源的電壓獲取匯聚電流，并根據(jù)匯聚電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和重力場獲取事故井的方位。

示例性地，井下聚焦電極系可以包括：一個主電極，兩對監(jiān)督電極，兩對屏蔽電極；其中，如虛線所示，以主電極為中心，第一監(jiān)督電極對中的電極分別與第二監(jiān)督電極對中的電極以主電極為中心對稱排列，第一屏蔽電極對中的電極和第二屏蔽電極對中的電極均以主電極為中心對稱排列，并且每一對電極之間相互短路相連，從而使得每一對電極的電位相等；

相應(yīng)地，當(dāng)系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，聚焦電極系按照第一條件調(diào)節(jié)自身的電極，地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)聚焦電極系自身電極的電位與電流獲取地層電阻率，具體包括：

當(dāng)系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，主電級的電流為I₀，第一屏蔽電極對發(fā)出的總電流為I₁，第二屏蔽電極對形成回路電極，通過分壓器調(diào)節(jié)I₁的大小，使得第一監(jiān)督電極對上的電位相等，地面數(shù)據(jù)處理單元測量任一監(jiān)督電極上的電位值U_M并根據(jù)式1獲知地層電阻率ρ_a。

相應(yīng)地，在獲知地層電阻率ρ_a之后，當(dāng)系統(tǒng)處于匯聚電流模式時，聚焦電極系按照第二條件調(diào)節(jié)自身的電極，傳感器測量事故井套管的匯聚電流所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)地層電阻率及低頻電源的電壓獲取匯聚電流，并根據(jù)匯聚電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和重力場獲取事故井的方位，具體包括：

當(dāng)系統(tǒng)處于地層電阻率測量模式時，主電級的電流為I₀，第一屏蔽電極對發(fā)出的總電流為I₁，第二屏蔽電極對發(fā)出的總電流為I₂；

通過調(diào)節(jié)分壓器改變I₁和I₂的大小，使得第一監(jiān)督電極對上的電位相等，并且兩對屏蔽電極中處于主電級同一邊的電極電位相等；

當(dāng)測量得到低頻電源的電壓為U_s，則事故井的套管上所匯聚到的匯聚電流I_a如式2所示；

匯聚電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度H_s如式3所示；

地面數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)傳感器測量得到的磁場強(qiáng)度H_s的三軸磁場分量、重力場以及式4獲知救援井中探測位置與事故井的方位。

優(yōu)選地，傳感器具體可以為三軸磁通門傳感器和加速度計，并且三軸磁通門傳感器和加速度計可以布置在聚焦電極系的下方30米處。

本實(shí)施例提供的一種用于探測事故井的方法，通過聚焦電極系減少電極之間由于救援井內(nèi)鉆井液的導(dǎo)電性而消耗的電流，并且能夠獲知地層的電阻率，從而能夠準(zhǔn)確獲知匯聚到事故井金屬管柱的匯聚電流，進(jìn)而也提高了匯聚電流所產(chǎn)生的二次場所測出的事故井的方位精度。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用硬件實(shí)施例、軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機(jī)可用程序代碼的計算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器和光學(xué)存儲器等)上實(shí)施的計算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計算機(jī)程序指令到通用計算機(jī)、專用計算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機(jī)器，使得通過計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機(jī)程序指令也可裝載到計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。