一種救援井與事故井連通探測系統(tǒng)及探測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油開采安全保障領(lǐng)域，特別是涉及一種救援井與事故井連通探測系 統(tǒng)及探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鉆井作業(yè)中，一旦發(fā)生井噴失控，不但會使油氣資源受到嚴重破壞，而且還易釀 成火災，造成人員傷亡、設備毀壞、油氣井報廢和環(huán)境污染等惡性事故。其中，發(fā)生井噴事故 的油井稱為事故井，為搶險控制事故井而設計施工的定向井稱為救援井。通常救援井與事 故井有一定距離，在實際救援時，首先要探測事故井相對于救援井的距離和方位，然后使得 事故井和救援井連通，最后從救援井向事故井注入高密度壓井液以控制事故井。顯而易見 地，探測事故井相對于救援井的距離和方位是實施救援的首要技術(shù)之一。
[0003] 目前，探測事故井相對于救援井的距離和方位主要有兩種方法，1)通過發(fā)射電極 向地層中發(fā)射大功率脈沖電流一次場信號，由磁通門傳感器接收一次場信號及事故井套管 上產(chǎn)生的二次場信號，并上傳至地面接收單元計算，以此來實現(xiàn)事故井探測定位。該方法雖 然能夠在一定程度上實現(xiàn)對事故井的探測定位，但是該方法中的大功率電源較難實現(xiàn)，一 次場激勵信號不容易獲得，且磁通門傳感器接收到的一次場和二次場信號頻率分量不完 整，尤其不能接收到二次場中的高頻分量;另外，磁通門在接收遠距離微弱信號時易受到地 磁信號和噪聲信號的影響，造成探測定位結(jié)果精度、分辨率降低。2)利用布置在地面和救援 井中的三電極系向地層中注入低頻交變電流，利用井下探管探測事故井套管上匯聚的低頻 交變電流產(chǎn)生的磁場，從而實現(xiàn)救援井與事故井的方位和距離確定。該方法雖然也能夠在 一定程度上實現(xiàn)對事故井的探測定位，但是該方法的救援井中必需下套管，且電極系與救 援井套管必須接觸良好才能向地層中注入低頻交變電流，實現(xiàn)所需條件較復雜，且事故井 套管上匯聚的低頻交變電流很微弱，較難探測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)h距離事故井進行準確探測定位 的救援井與事故井連通探測系統(tǒng)及探測方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種救援井與事故井連通探測 系統(tǒng)，它包括一三分量磁芯探頭、一發(fā)射單元、一接收單元、一采集傳輸單元和一地面單元； 所述三分量磁芯探頭、發(fā)射單元、接收單元和采集傳輸單元均設置在救援井中所述三分量 磁芯探頭包括兩兩相互垂直的Z探頭、X探頭和Y探頭，所述Z探頭、X探頭和Y探頭均包括一發(fā) 射線圈和一接收線圈；所述發(fā)射單元用于發(fā)射瞬變激勵信號，所述Z探頭、X探頭和Y探頭的 發(fā)射線圈接收瞬變激勵信號同時并將瞬變激勵信號通過所述救援井擴散到所述事故井中 產(chǎn)生Z向感應信號、X向感應信號和Y向感應信號，所述Z探頭、X探頭和Y探頭的接收線圈分別 對應接收所述Z向感應信號、X向感應信號和Y向感應信號，并將接收的所述Z向感應信號、X 向感應信號和Y向感應信號依次通過所述接收單元和采集傳輸單元傳輸給所述地面單元， 所述地面單元根據(jù)所述Z向感應信號、X向感應信號和Y向感應信號計算所述事故井與所述 三分量磁芯探頭的距離和方位并進行顯示。
[0006] 所述Ζ探頭、X探頭和Υ探頭的接收線圈和發(fā)射線圈分別均勻繞制在一磁芯上，所述 Ζ探頭、X探頭和Υ探頭的接收線圈和發(fā)射線圈均由銅加工制成。
[0007] 所述發(fā)射單元包括主控芯片、驅(qū)動電路和輸出電路;所述主控芯片產(chǎn)生雙極性方 波信號，并將雙極性方波信號中的瞬變激勵信號傳輸給所述驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路接收 并對所述瞬變激勵信號進行功率放大后通過所述輸出電路傳輸給所述三分量磁芯探頭。
[0008] 所述接收單元包括前置放大電路、濾波電路、可變增益放大電路;所述前置放大電 路對所述三分量磁芯探頭傳輸?shù)母袘盘栠M行放大后傳輸給所述濾波電路，所述濾波電路 對放大后的感應信號進行濾波、去除噪聲后傳輸給所述可變增益放大電路，所述可變增益 放大電路根據(jù)早期、中期和晚期感應信號的幅度差異進行放大倍數(shù)調(diào)整，并根據(jù)所調(diào)整的 放大倍數(shù)對其接收的感應信號再放大后傳輸給所述采集傳輸單元。
[0009] 所述采集傳輸單元包括A/D轉(zhuǎn)換電路、主控芯片和脈沖耦合變壓器;所述A/D轉(zhuǎn)換 電路將所述接收單元傳輸?shù)母袘盘栟D(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳輸給所述主控芯片，所述主控芯 片接收并對轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號進行編碼處理，經(jīng)過編碼處理后的數(shù)字信號通過所述脈沖耦 合變壓器傳輸給所述地面單元。
[0010] 所述地面單元包括解碼子單元、數(shù)據(jù)傳輸子單元和上位機;所述解碼子單元包括 耦合變壓器、濾波電路、比較輸出電路和主控芯片;所述耦合變壓器接收所述采集傳輸單元 傳輸?shù)男盘?，并分離出其接收信號中的有效信號，并將該有效信號傳輸給所述濾波電路，所 述濾波電路接收并對其接收的信號進行濾波處理、抑制噪聲后傳輸給所述比較輸出電路， 所述比較輸出電路接收并將其接收的信號轉(zhuǎn)換成所述主控芯片可識別的數(shù)字信號后通過 所述數(shù)據(jù)傳輸子單元傳輸給所述上位機，所述上位機根據(jù)其接收的信號計算所述事故井與 所述三分量磁芯探頭的距離和方位，并將所述距離和方位信息進行顯示。
[0011] 所述探測系統(tǒng)還包括一測深單元，所述測深單元包括一電纜、一光電編碼器和一 主控芯片;所述電纜纏繞設置在碼盤上，所述電纜一端連接所述采集傳輸單元，所述電纜另 一端連接所述地面單元，所述光電編碼器記錄所述電纜運行時所述碼盤轉(zhuǎn)動的脈沖個數(shù)， 并將所述脈沖個數(shù)傳輸給所述測深單元的主控芯片，所述測深單元的主控芯片接收并對其 接收的所述脈沖個數(shù)進行統(tǒng)計，并將脈沖個數(shù)統(tǒng)計結(jié)果實時傳輸給所述地面單元，所述地 面單元根據(jù)脈沖個數(shù)統(tǒng)計結(jié)果計算出所述三分量磁芯探頭在所述救援井中的位置。
[0012] 所述探測系統(tǒng)還包括一供電單元，所述供電單元包括多繞組變壓器、整流子單元、 井下供電子單元和地面供電子單元;所述整流子單元包括第一整流模塊、第二整流模塊、第 三整流模塊和第四整流模塊;所述多繞組變壓器的輸入端連接220V交流電，并將所述220V 交流電降壓轉(zhuǎn)化成130V交流電、±20V交流電和10V交流電后分別輸出至所述整流子單元； 所述第一整流模塊接收130V交流電并將其轉(zhuǎn)換成170V直流電后傳輸給所述井下供電子單 元，所述井下供電子單元將接收的170V直流電轉(zhuǎn)換成3.3V、± 12V和5V直流電，并用于為所 述發(fā)射單元、接收單元和采集傳輸單元供電;所述第二整流模塊、第三整流模塊和第四整流 模塊分別接收±20V交流電和10V交流電，并分別轉(zhuǎn)換成±20V直流電和10V直流電后傳輸給 所述地面供電子單元，所述地面供電子單元將接收的± 20V直流電和10V直流電轉(zhuǎn)換成± 15V直流電和5V直流電，并用于為所述測深單元和地面單元的解碼子單元以及數(shù)據(jù)傳輸子 單元供電。
[0013] -種救援井與事故井連通探測系統(tǒng)的探測方法，其特征在于包括以下內(nèi)容：（1)將 三分量磁芯探頭下放到救援井內(nèi)，且保證三分量磁芯探頭的Z探頭和救援井的軸線平行； (2)三分量磁芯探頭在下放的過程中Z探頭、X探頭和Y探頭分別發(fā)送瞬變激勵信號，并分別 對應接收Z向感應信號、X向感應信號和Y向感應信號，并將Z向感應信號、X向感應信號和Y向 感應信號分別傳輸給地面單元；（3)三分量磁芯探頭在下放的過程中測深單元實時記錄電 纜運行時的脈沖個數(shù)，且將脈沖個數(shù)傳輸給地面單元；（4)地面單元接收脈沖個數(shù)數(shù)據(jù)，并 根據(jù)脈沖個數(shù)數(shù)據(jù)計算出三分量磁芯探頭在救援井中的位置；（5)地面單元接收Z向感應信 號、X向感應信號和Y向感應信號，并根據(jù)Z向感應信號、X向感應信號和Y向感應信號分別計 算出事故井的套管相對于Z探頭、X探頭和Y探頭的Z向相對距離、X向相對距離Y向相對距離； (6)根據(jù)Z向相對距離、X向相對距離和Y向相對距離，計算出事故井與三分量磁芯探頭的距 離和方位。
[0014] 所述步驟(6)根據(jù)Z向相對距離、X向相對距