本技術(shù)涉及鉆探，特別是涉及一種磁信號采集裝置、磁定位系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有對接直井旋轉(zhuǎn)磁測量方法，需要利用磁通門傳感器提前測量鉆頭方位作為已知量，當遇到磁異常地層等復雜地況時靜態(tài)磁場會受到比較大影響，而磁通門傳感器通過測量大地磁場磁感線方位進行自身方位的測量，在遇到磁異常地層時磁通門傳感器測量的方位數(shù)據(jù)準確性差，導致對接直井中靶精度降低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種磁信號采集裝置、磁定位系統(tǒng)及方法，可在復雜環(huán)境中準確采集對接直井中的磁場強度，進而準確計算出磁旋轉(zhuǎn)接頭的方位角，提高鉆頭與對接直井的對接精度。

2、為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種磁信號采集裝置，所述磁信號采集裝置包括：測量單元和測井連接單元；

4、所述測量單元，設置在對接直井中，用于測量磁信號分別在對接直井的靶點和第一位置產(chǎn)生的磁場強度以及對應的夾角；其中，所述夾角為所述測量單元位于所述靶點或所述第一位置時，所述測量單元所在空間直角坐標系相對于磁北坐標系的x軸、y軸和z軸的夾角；所述磁北坐標系以產(chǎn)生所述磁信號的磁源的重心為原點，x軸為地磁北極，y軸為重力方向，z軸均與x軸和y軸垂直；所述第一位置與所述靶點之間的距離為預設距離；

5、所述測井連接單元，與所述測量單元連接，用于調(diào)節(jié)所述測量單元在對接直井中的位置。

6、進一步地，所述測量單元包括測量短節(jié)、下磁力計和上磁力計；

7、所述下磁力計，設置在所述測量短節(jié)中，位于所述靶點處，用于采集所述磁信號在對接直井的靶點產(chǎn)生的磁場強度；

8、所述上磁力計，設置在所述測量短節(jié)中，位于所述第一位置處，且所述上磁力計與所述下磁力計之間的距離為所述預設距離，用于采集所述磁信號在對接直井的第一位置產(chǎn)生的所述磁場強度；

9、所述測量短節(jié)，與所述測井連接單元連接，用于測量所述上磁力計所在空間直角坐標系相對于磁北坐標系的x軸、y軸和z軸的夾角以及所述下磁力計所在空間直角坐標系相對于磁北坐標系的x軸、y軸和z軸的夾角，并將所述磁場強度和夾角發(fā)送給所述測井連接單元。

10、進一步地，所述測量單元包括：測量短節(jié)和磁力計；

11、所述磁力計，設置在測量短節(jié)中，用于采集所述磁信號分別在對接直井的靶點和第一位置產(chǎn)生的所述磁場強度；

12、所述測量短節(jié)，與所述測井連接單元連接，用于測量所述磁力計所在空間直角坐標系相對于磁北坐標系的x軸、y軸和z軸的夾角，并將所述夾角和所述磁場強度發(fā)送給所述測井連接單元。

13、進一步地，所述測井連接單元包括鎧裝電纜、井口滑輪和測井絞車；所述井口滑輪設置在所述對接直井的井口，所述測井絞車設置在地面上，所述鎧裝電纜纏繞在所述測井絞車的車身上，所述鎧裝電纜的一端穿過所述井口滑輪與所述測量單元連接，所述鎧裝電纜的另一端與計算單元連接；所述測井絞車用于調(diào)節(jié)所述鎧裝電纜的長度，從而調(diào)節(jié)所述測量單元在對接直井中的位置。

14、第二方面，本技術(shù)提供了一種磁定位系統(tǒng)，所述磁定位系統(tǒng)包括：上述的磁信號采集裝置、磁信號發(fā)生單元和計算單元；

15、磁信號發(fā)生單元，用于產(chǎn)生磁信號，所述磁信號作用于對接直井；

16、磁信號采集裝置，用于采集所述磁信號分別在對接直井的靶點和第一位置產(chǎn)生的磁場強度以及對應的夾角；其中，所述夾角為磁信號采集裝置中的測量單元分別位于所述靶點或所述第一位置時，所述測量單元所在空間直角坐標系相對于磁北坐標系的x軸、y軸和z軸的夾角；所述磁北坐標系以磁信號發(fā)生單元中磁旋轉(zhuǎn)接頭的重心為原點，x軸為地磁北極，y軸為重力方向，z軸均與x軸和y軸；所述第一位置與所述靶點之間的距離為預設距離；

17、計算單元，與所述磁信號采集裝置連接，用于根據(jù)所述預設距離、所述磁場強度和所述夾角計算所述磁旋轉(zhuǎn)接頭的方位角。

18、第三方面，本技術(shù)提供了一種磁定位方法，所述磁定位方法包括：

19、獲取磁信號，所述磁信號作用于對接直井；

20、采集所述磁信號在對接直井的靶點和第一位置產(chǎn)生的磁場強度以及對應的夾角；其中，所述第一位置與所述靶點之間的距離為預設距離；所述夾角為磁信號采集裝置中的測量單元分別位于靶點或第一位置時，測量單元所在空間直角坐標系相對于磁北坐標系的x軸、y軸和z軸的夾角；所述磁北坐標系以磁信號發(fā)生單元中的磁旋轉(zhuǎn)接頭的重心為原點，x軸為地磁北極，y軸為重力方向，z軸均與x軸和y軸垂直；

21、根據(jù)所述預設距離、所述磁場強度和所述夾角計算所述磁旋轉(zhuǎn)接頭的方位角。

22、進一步地，根據(jù)根據(jù)所述預設距離、所述磁場強度和所述夾角計算所述磁旋轉(zhuǎn)接頭的方位角，包括：

23、獲取鉆頭的方位角和頂角；

24、根據(jù)所述方位角、所述頂角和所述夾角確定轉(zhuǎn)化矩陣；

25、根據(jù)所述磁場強度和所述轉(zhuǎn)化矩陣計算測量單元分別在靶點和第一位置時測量單元在磁北坐標系中的位置坐標；

26、根據(jù)所述預設距離和所述磁北坐標系中的位置坐標計算所述磁旋轉(zhuǎn)接頭的方位角。

27、進一步地，根據(jù)所述磁場強度和所述轉(zhuǎn)化矩陣計算測量單元分別在靶點和第一位置時測量單元在磁北坐標系中的位置坐標，包括：

28、利用所述轉(zhuǎn)化矩陣將所述磁場強度進行轉(zhuǎn)化得到轉(zhuǎn)化后的磁場強度；

29、根據(jù)轉(zhuǎn)化后的磁場強度和磁場強度分布數(shù)學模型分別計算測量單元在靶點和第一位置時測量單元在磁空間直角坐標系的位置坐標；所述磁空間直角坐標系以所述磁旋轉(zhuǎn)接頭的重心為原點，磁旋轉(zhuǎn)接頭的轉(zhuǎn)軸所在直線為x軸，y軸與x軸垂直且在水平面內(nèi)，z軸與y軸、x軸均垂直；

30、利用所述轉(zhuǎn)化矩陣分別將所述磁空間直角坐標系的位置坐標轉(zhuǎn)化為磁北坐標系中的位置坐標。

31、進一步地，所述轉(zhuǎn)化矩陣包括第一轉(zhuǎn)化矩陣和第二轉(zhuǎn)化矩陣；

32、所述第一轉(zhuǎn)化矩陣的表達式為：

33、

34、其中，a為第一轉(zhuǎn)化矩陣，a、b、c分別為測量單元在靶點時，測量單元所在空間直角坐標系相對于磁北坐標系的x軸、y軸、z軸的夾角，α0為鉆頭的頂角，為磁旋轉(zhuǎn)接頭的方位角；

35、所述第二轉(zhuǎn)化矩陣的表達式為：

36、

37、其中，b為第二轉(zhuǎn)化矩陣，d、e、f分別為測量單元在第一位置時，測量單元所在空間直角坐標系相對于磁北坐標系的x軸、y軸、z軸的夾角。

38、進一步地，所述磁場強度分布數(shù)學模型的表達式為：

39、

40、其中，f(x,y,z)為磁場強度分布數(shù)學模型，(x,y,z)為所述磁空間直角坐標系中的一點，μ為磁導率，m為磁矩值，b'x、b'y、b'z分別為(x,y,z)所在位置的磁場強度在磁空間直角坐標系中沿三個軸向的分量。

41、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實施例，本技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：

42、本技術(shù)提供了一種磁信號采集裝置、磁定位系統(tǒng)及方法，該磁信號采集裝置可采集磁信號在對接直井中不同位置產(chǎn)生的磁場強度以及對應的夾角，當遇到磁異常地層時，對測量單元采集的磁場強度沒有影響，在此基礎上，根據(jù)采集的不同位置的磁場強度、不同位置時測量單元相對于磁北坐標系的x軸、y軸和z軸的夾角以及不同位置之間的預設距離，準確計算出磁旋轉(zhuǎn)接頭的方位角，進而提高對接直井的中靶精度。