在油气井的钻井过程中确定井间距离和方向的装置及方法与流程

本发明涉及油气田勘探开发领域，特别涉及一种在油气井的钻井过程中确定井间距离和方向的装置及方法。

背景技术：

在油气田勘探开发领域中，每年开钻的油气井的数量都会超过万口，而绝大多数的油气井均为有方向和位移的定向井，在经过多年的开发后，导致国内各大油气田地下井网高密度分布。然而，在第一油气井的钻井过程中，由于地下井网的高度分布，因此，时常会发生第一油气井钻井用的钻头(或扶正器)与第二油气井的套管碰撞的工程事故，造成套管破损，直接导致第二油气井报废，其中，第一油气井是正在钻井的油气井，第二油气井是距离第一油气井较近的油气生产井。

针对正钻井与相邻套管井防碰钻井作业，国内外定向井钻井施工常用两种防止碰撞方法。一种为数学模型，轨迹空间距离计算法，另一种为钻井井下异常静磁场分析法。前者应用软件计算二井间最近的空间距离，由于测量计算误差的影响因素较多，导致误差值较大，无法满足目前的安全钻井施工；后者为异常静磁场分析法，利用钻柱内mwd随钻测量仪，每钻一特定井段，进行磁场异常的测量，由于套管含磁物质有限，每当测到异常套管静磁场值时，第一油气井的钻头(或扶正器)与第二油气井的套管已发生碰撞或已相距非常近，第一油气井已没有调整方向的余地了，因此，这种方法也不能完全满足钻井防碰的需要。

技术实现要素：

为了解决相关的技术问题，本发明实施例提供了一种在油气井的钻井过程中确定井间距离和方向的装置及方法。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种在油气井的钻井过程中确定井间距离和方向的装置，所述装置包括：磁场激发仪和配套装置，所述配套装置包括随钻测量mwd仪和数据处理系统，所述磁场激发仪是指接通直流电时能够分别对多口相邻的油气生产井的套管串加载直流电，使所述套管串产生附加的电磁场，且在断开直流电时停止对所述套管串加载直流电，使所述套管串产生的附加的电磁场消失，其中，所述附加的电磁场是指因加载直流电而使所述套管串产生的电磁场；

其中，在油气井开钻前，获取与所述正钻油气井可能发生碰撞的多个相邻的油气生产井的防碰数据，在所述油气井开钻过程中，当所述油气井与所述多个相邻的油气生产井中任意相邻的油气生产井将要发生碰撞时，可以通过所述磁场激发仪在所述相邻的油气生产井的套管串加载直流电，使所述套管串产生附加的电磁场、mwd仪就可以提前检测到异常磁场强度，进而通过数据处理系统确定防碰井的距离和方向后及时调整钻头方向避免与邻井相碰，当所述油气井的钻头远离所述相邻的油气生产井时，断开所述磁场激发仪的直流电，停止对所述套管串加载直流电，使所述套管串的附加电磁场消失；

所述磁场激发仪的正极与第一油气井通过导线连接，所述磁场激发仪的负极与第二油气井的套管串通过导线连接，以在所述第一油气井的钻井过程中，通过所述磁场激发仪在所述第二油气井的套管串上加载高强度直流电，使第二油气井的套管串产生附加的电磁场，所述第一油气井为正在开钻的油气井，所述第二油气井为与所述第一油气井相邻的油气生产井；

所述mwd仪位于所述第一油气井的钻柱内，以通过所述mwd仪对所述第二油气井套管串上因加载的直流电而产生的电磁场进行测量，得到异常磁场强度，所述异常磁场强度，是指大于本地区标准大地磁场强度的磁场强度；

所述mwd仪与所述数据处理系统连接，以基于所述异常磁场强度，通过所述数据处理系统确定所述第一油气井与所述第二油气井之间的井间距离和方向。

所述的磁场激发仪，是采用输入三项交流电，通过变频将交电流变为直流电输出；

所述的高强度直流电，是指直流电的电流强度大于40安培。

第二方面，提供了一种在油气井的钻井过程中确定井间距离和方向的方法，所述方法包括：

当在开钻所述第一油气井的过程中对所述磁场激发仪进行通电时，所述磁场激发仪在所述第二油气井套管串上加载直流电，使其产生附加的电磁场、mwd仪就可以提前测到异常电磁场强度(mwd探测范围由原来1－2米增大到4－6米)；

当所述mwd仪获取到第二油气井的套管串产生的异常磁场强度时，将所述异常磁场强度发送给所述数据处理系统；

所述数据处理系统接收所述异常磁场强度，并基于所述异常强度确定所述第一油气井与所述第二油气井之间的井间距离和方向。

可选地，所述确定所述第一油气井与所述第二油气井之间的井间距离的方法可以是：

通过建立的异常磁场强度与井间距离之间的关系模板曲线分析确定；具体地，可以从目标关系模板曲线中，采用插入法确定第一油气井与第二油气井之间的井间距离和方向，或者，采用磁定位防碰软件对异常磁场三分量参数的修正计算与处理，来反演还原磁源方位和距离，从而确定第一油气井与第二油气井之间的井间距离。

所述第一油气井为正在开钻油气井，所述第二油气井为与所述第一油气井相邻的油气生产井。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：在本发明实施例中，当磁场激发仪通电时，磁场激发仪的正极和第一油气井的井口、负极和第二油气井的套管串连接与磁场激发仪的之间形成电流回路，进而通过磁场激发仪在第二油气井套管上加载直流电，使得第二油气井套管串产生的电磁场远大于第二油气井套管串本身产生的静磁场，以便于mwd仪器可以在更远的距离测量到该电磁场，进而确定第一油气井和第二油气井之间的相对位置，及时调整钻头的前进方向避免因第一油气井与第二油气井之间的井间距离较近，而引起因碰撞产生的工程事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的第一种在油气井的钻井过程中确定井间距离和方向的装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的第二种在油气井的钻井过程中确定井间距离和方向的装置结构示意图；

图3是本发明实施例提供的第一种在油气井的钻井过程中确定井间距离和方向的方法流程图；

图4是本发明实施例提供的天津地区第一油气井的轨迹与第二油气井的距离关系图；

图5是本发明实施例提供的天津地区石油套管加载50安培直流电时，第一油气井各方向异常磁场强度差值与井间距离关系曲线图。

附图标记：

1：磁场激发仪；2：mwd仪；3：数据处理系统；4：第一油气井；5：第二油气井；6：脉冲发生器；7：压力变送器；8：第三油气井。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种在油气井的钻井过程中确定井间距离和方向的装置结构示意图。参见图1，该装置包括：磁场激发仪1和配套装置，该配套装置包括mwd仪2和数据处理系统3，磁场激发仪1是指接通直流电时能够对相邻的油气生产井的套管串加载直流电，使该套管串产生附加的电磁场，且在断开直流电时停止对该套管串加载直流电，使该套管串产生的附加的电磁场消失。

磁场激发仪1的正极与第一油气井4通过导线连接，磁场激发仪1的负极与第二油气井5的套管通过导线连接，以在第一油气井4的钻井过程中，通过磁场激发仪1在第二油气井5的套管串上加载直流电，使第二油气井5的套管串产生附加的电磁场，第一油气井4为正在开钻的油气井，第二油气井5为与第一油气井4相邻的油气生产井。

mwd仪2位于第一油气井4的钻柱内，以通过mwd仪2对第二油气井5的套管串上因加载的直流电而产生的电磁场进行测量，得到异常磁场强度，所述异常磁场强度是指大于本地区标准大地磁场强度的磁场强度；

mwd仪2与数据处理系统3连接，以基于该异常磁场强度，通过数据处理系统3确定第一油气井4与第二油气井5之间的井间距离和方向。

其中，在第一油气井4开钻前，确定与第一油气井4可能发生碰撞的多个第二油气井5，在第一油气井4在开钻过程中，如果第一油气井4与多个第二油气井5中任意一个第二油气井5可能发生碰撞，则通过磁场激发仪1对第二油气井5的套管串加载高强度直流电，使第二油气井5的套管串产生附加的电磁场，mwd仪就可以提前检测到异常电磁场强度，通过数据处理系统确定防碰井的距离和方向后及时调整钻头方向避免与邻井相碰，当第一油气井4的钻头远离第二油气井5时，断开磁场激发仪1的直流电，停止对第二油气井5的套管串加载直流电，使该套管串产生的附加的电磁场消失。在第一油气井继续钻进过程中，如果又与另一口油气生产井可能发生碰撞时，重复上述操作。

综上所述，在本发明实施例中，当磁场激发仪1通电时，磁场激发仪1的正极、第一油气井4、第二油气井5的套管串和磁场激发仪1的负极之间形成电流回路，进而通过磁场激发仪1在第二油气井5的套管串上加载高强度直流电，使得第二油气井5的套管串产生电磁场，之后，mwd仪2对第二油气井5的套管串产生的电磁场进行测量，数据处理系统3接收mwd仪2获取的异常磁场强度，并基于该异常磁场强度确定第一油气井4和第二油气井5之间的井间距离和方向。由于加载在第二油气井5的套管串上的直流电，使得第二油气井5的套管串产生的电磁场远大于第二油气井5套管串本身产生的静磁场，以便于mwd仪2可以提前测量到该异常电磁场，进而确定第一油气井4和第二油气井5之间的井间距离和方向，以便及时调整钻头的前进方向，避免因第一油气井4与第二油气井5之间的井间距离比较近，而引起因碰撞产生的工程事故。

其中，磁场激发仪1连接有外部电源，且该外部电源为三相交流电，通过磁场激发仪内的整流模块和稳压模块将输入的交流电转换为安全的直流电并输出。

由于磁场激发仪1输出的直流电可以加载在第二油气井5的套管串上，因此，为了使第二油气井5的套管串产生的电磁场大于第二油气井5的套管串本身产生的静磁场，以便于mwd仪2可以提前测量到该异常电磁场，加载在第二油气井5上的直流电通常是大于预设数值的电流，该预设数值可以预先按照经验设置，比如，该预设数值可以为50安培的电流。

在实际应用中，为了保证第二油气井5在一定深度，因加载的直流电而产生的电磁场足够mwd仪2可以提前测量到，需要对该磁场激发仪1输出的直流电进行调整。在一种可能的实现方式中，该磁场激发仪1可以包括电压旋钮和电阻旋钮，通过调整该电压旋钮或该电阻旋钮，可以增大或者减小磁场激发仪1的输出电流。

比如，为使磁场激发仪1的输出电流变大，以便于mwd仪2可以提前测量到第二油气井5产生的电磁场，可以通过调整磁场激发仪1的电压旋钮或电阻旋钮，使电压增大或电阻减小，进而增大磁场激发仪1输出的直流电流，以增大第二油气井5上加载的直流电流，从而使第二油气井5产生的附加的电磁场增强。

如图1所示，当mwd仪2通过泥浆脉冲传输信号时，该装置还可以包括脉冲发生器6和压力传感器7；脉冲发生器6位于第一油气井4内，且脉冲发生器6与mwd仪2连接，以获取mwd仪2测量得到的异常磁场强度，将该异常磁场强度转换为压力脉冲信号，并将该压力脉冲信号进行发射；压力传感器7与数据处理系统3连接，以检测脉冲发生器6发射的压力脉冲信号，并将该压力脉冲信号发送给数据处理系统3，由数据处理系统3确定所述第一油气井与所述第二油气井之间的井间距离和方向。

具体地，当数据处理系统3接收到压力传感器7发送的压力脉冲信号时，数据处理系统3可以对该压力脉冲信号进行解码处理。其中，通过对该压力脉冲信号进行解码处理以获取mwd仪2对第二油气井5产生的电磁场进行测量得到的异常磁场强度，将该异常磁场强度与本地区标准大地磁场强度之间的差值确定为异常磁场强度差值，进而通过建立的异常磁场强度差值与井间距离之间的关系模板曲线，分析确定第一油气井4和第二油气井5之间的井间距离和方向。其中，标准大地磁场强度是指油气井在某一地区的标准大地磁场强度。

在本发明实施例中，数据处理系统在根据该异常磁场强度确定第一油气井4与第二油气井5之间的井间距离和方向时，也可以采用磁定位防碰软件对异常磁场强度进行修正处理，来反演还原磁源真方位和距离，从而确定第一油气井与第二油气井之间的井间距离和方位。

在另一实施例中，如图2所示，磁场激发仪1的正极与第二油气井5的套管串通过导线连接，磁场激发仪1的负极与第三油气井8的套管串通过导线连接，以通过磁场激发仪1在第二油气井5的套管串和第三油气井8的套管串上加载直流电，以使第二油气井5的套管串和第三油气井8的套管串上产生电磁场。第二油气井5和第三油气井8为与第一油气井4相邻的油气生产井，第一油气井4为正在开钻油气井。

如上一实施例的描述，为了避免因碰撞产生的工程事故，mwd仪2可以对第二油气井5或第三油气井8的电磁场进行检测，当检测到异常磁场强度时，可以对检测到的异常磁场强度进行测量，以获取异常磁场强度，并将该异常磁场强度发送至数据处理系统3，数据处理系统3基于异常磁场强度，确定第一油气井4与第二油气井5或第三油气井8之间的井间距离和方向。

其中，确定第一油气井4与第二油气井5或第三油气井8之间的井间距离和方向的方法，可以如上述描述。

图3是本发明实施例提供的一种在油气井的钻井过程中确定井间距离的方法流程图。参见图3，该方法包括：

步骤301：当在开钻所述第一油气井的过程中对磁场激发仪进行通电时，磁场激发仪在第二油气井套管串上加载直流电。

在确定油气井的井间距离时，由于油气井的套管含有的磁性物质有限，该套管的静磁场的磁场强度较弱，当mwd测到套管产生的异常静磁场值时，第一油气井与第二油气井已经相距较近，不利于调整第一油气井的钻头方向和井斜角，因此，为了使在确定出井间距离时，有足够的空间进行调整第一油气井的钻头方向，可以在第一油气井的钻井过程中，通过磁场激发仪在第二油气井上加载直流电，使第二油气井产生的电磁场强度增大，使mwd仪可以在更远地距离检测到异常磁场强度。

在实际应用中，为了保证第二油气井在一定深度时，产生的电磁场足够强，以便于mwd仪可以提前测量到，需要对该磁场激发仪输出的直流电进行调整。在一种可能的实现方式中，该磁场激发仪可以通过调整电压旋钮或调整电阻旋钮对该磁场激发仪的输出直流电进行调整。

步骤302：mwd仪对因加载直流电产生的附加的电磁场进行测量，得到异常磁场强度并将异常磁场强度发送给数据处理系统。

为了避免因碰撞产生的工程事故，mwd仪可以对第二油气井产生的电磁场进行检测，当检测到异常电磁场时，可以对检测到的电磁场进行测量，以获取异常磁场强度，并将该异常磁场强度发送至数据处理系统。

在一种可能的实现方式中，当mwd仪通过泥浆脉冲传输信号时，该装置还包括脉冲发生器和压力传感器，此时，mwd仪将获取的异常磁场强度发送给数据处理系统的具体实现过程可以为：脉冲发生器可以获取mwd仪测量得到的异常磁场强度，将该异常磁场强度转换为压力脉冲信号，并进行发射；当压力传感器检测该脉冲发生器发射的压力脉冲信号时，将该压力脉冲信号发送给数据处理系统。

步骤303：数据处理系统接收异常磁场强度，并基于该异常磁场强度确定第一油气井与第二油气井之间的井间距离和方向。

当数据处理系统接收到该异常磁场强度时，将该异常磁场强度作为实测异常磁场强度，并将该实测异常磁场强度与本地区标准大地磁场强度之间的差值，确定为异常磁场强度差值，基于异常磁场强度差值，从预先确定的多个方向的异常磁场强度差值与井间距离之间的关系模板曲线中，确定第一油气井与第二油气井之间的井间距离和方向。

具体地，可以从目标关系模板曲线中，采用插入法确定第一油气井4与第二油气井5之间的井间距离，当然，也可以采用相关技术中磁定位防碰软件对异常磁场强度差值的修正计算与处理，来反演还原磁源方位和第一油气井和第二油气井之间的井间距离，本发明实施例在此不做详细阐述。其中，磁源方位是指第一油气井相对于第二油气井的坐标参数。

在本发明实施例中，当磁场激发仪通电，磁场激发仪的正极、第一油气井、第二油气井的套管串和磁场激发仪的负极之间形成电流回路，进而通过磁场激发仪在第二油气井的套管串上加载直流电，使得第二油气井的套管串产生的电磁场远大于第二油气井套管串本身产生的静磁场，以便于mwd仪可以提前测量到该异常磁场强度，进而确定第一油气井和第二油气井之间的井间距离和方向，避免因第一油气井与第二油气井之间的井间距离比较近，而引起因碰撞产生的工程事故。

对本发明实施例提供的一种在油气井的钻井过程中确定井间距离和方向的方法进行解释说明之后，为了便于理解，将本发明实施例提供的方法应用于天津地区钻井过程中确定井间距离和方向。接下来，对该天津地区钻井过程中确定井间距离进行说明。

如图4所示，a井为第一油气井，b井与第一油气井相邻的第二油气生产井，由mwd测量数据确定第一油气井的测点位于第二油气井套管串的西南方向。为了确定第一油气井与第二油气井之间的井间距离，可以对第二油气井的套管串加载直流电，从而避免第一油气井与第二油气井因碰撞产生的工程事故。

为了使第二油气井的套管串产生的电磁场足够大，以便于mwd仪可以提前测量到，可以调整磁场激发仪输出的直流电，使加载在第二油气井的套管串上的直流电达到50安培，采用mwd仪在第一油气井每钻进5米左右测量第二油气井的套管串产生的电磁场，并将获取的异常磁场强度通过泥浆脉冲方式传输至数据处理系统，数据处理系统确定该异常磁场强度和本地区标准大地磁场强度之间的差值，得到异常磁场强度，进而根据该异常磁场强度差值确定出第一油气井与第二油气井之间的井间距离和方向，如图4所示，在第一油气井的钻井过程中，第一油气井在井深为230米、260米、320米、350米和380米等深度时，均位于第二油气井的西南方向。

如图5所示，可以通过经验事先确定天津地区正东方位、东北方位、东南方位、正北方位、正南方位、西南方位、西北方位和正西方位的异常磁场强度和井间距离的关系曲线，通过mwd仪确定了第一油气井与第二油气井的方向关系后，可以从事先确定的油气井各方向的异常磁场强度与井间距离的关系曲线图中选择该方向对应的曲线，并根据确定的异常磁场强度，从选择的曲线中，采用插入法确定第一油气井与第二油气井之间的井间距离。因此，参见图5，可以通过西南方向的电磁场异常值与井间距离的关系曲线，确定第一油气井与第二油气井之间的井间距离，从而得到如下表1所示的第一油气井的井深与对应的第一油气井与第二油气井之间的井间距离的关系。

表1

参见表1，当第一油气井井深为322.4米时，计算出第一油气井与第二油气井之间的井间距离为6米；同理，井深为331米时与第一油气井与第二油气井之间的井间距离为1.5米。为防止与第二油气井发生碰撞，针对第一油气井，通过定向造斜工具，调整井下钻头的方向，经过20米左右的调整轨迹的钻井，当钻至测点350米时与b井距离时为2米，说明井下调整达到效果，继续钻至364.9米时，通过测量分析井下距离达4米时，此时，已确定无防碰风险后，停止调方向的钻井结束，沿已调整好的钻头方向用正常钻井方式钻井。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。