井下错断套管头方位探测装置及方法与流程

本发明涉及地下资源钻采工程领域，尤其涉及一种井下错断套管头方位探测装置及方法。

背景技术：

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

套管是油田开发过程中必备的生产设备。在钻完井或生产过程中，一方面起到支持井壁的作用；另一方面起到联系地上和地下的作用(例如，将地上水输入到地下或将地下油气输出地上)。套管一旦出现损坏，不仅会影响套损井的正常生产及井壁的稳定性，而且会使套损井附近区域的注采比和地层压力异常，从而使得整个油田的稳产和开发方案的实施受到严重影响。随着油田开发时间的延长，套管损坏问题己经成为影响油田生产的重点和难点问题。

套管损坏(简称套损)，主要包括：套管变形和套管错断两种，其中，套管错断会影响到井下作业工具无法正常起下，严重影响到油田生产。在历年修井施工中，大位移错断套管的修复一直是修井领域的技术难题。针对大位移活性错断套管头不稳定、易丢失、找通道成功率低和时效差的问题，现有技术通常采用“先找(错断套管头)、再稳(错断套管头)、后打(通道)”的方案。目前，大位移错断套管修复成功率低的主要原因是错断套管头相对上部井眼的方位不能精确获得，致使找不到错断套管头。

鉴于此，在修井施工中，如何用较短的时间准确获得错断套管头相对上部井眼的方位问题是当前亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种井下错断套管头方位探测装置，用以解决在错断套管修复工程中，现有错断套管头方位预测方法精度低的技术问题，该装置包括：探管、铠装电缆、地面接口箱、计算设备和电源；电源为计算设备和地面接口箱供电；其中，探管通过铠装电缆与地面接口箱连接，由铠装电缆下放于错断套管井的裸眼井段中，用于采集井下探管位置处的环境数据，并通过铠装电缆传输至地面接口箱；地面接口箱与计算设备连接，用于将环境数据传输至计算设备；计算设备用于根据环境数据和错断套管井当地的地磁数据，确定错断套管头相对于上部井眼的方位角；其中，环境数据包括：井下探管位置处的井斜角、井斜方位角、磁场的三轴磁场强度、重力加速度的三轴分量及探管的横滚角；地磁数据包括：地磁场的磁感应强度、磁倾角和磁偏角。

本发明实施例还提供一种井下错断套管头方位探测方法，用以解决在错断套管修复工程中，现有错断套管头方位预测方法精度低的技术问题，该方法包括：控制钻具下放至错断套管井内套管错断位置处，并沿上部井眼方向钻出预定距离的裸眼井段；控制钻具取出，并控制铠装电缆将探管下放至裸眼井段，由探管采集井下探管位置处的环境数据，其中，环境数据包括：井下探管位置处的井斜角、井斜方位角、磁场的三轴磁场强度、重力加速度的三轴分量及探管的横滚角；通过铠装电缆接收探管采集的环境数据；根据环境数据和错断套管井当地的地磁数据，确定错断套管头相对于上部井眼的方位角，其中，地磁数据包括：地磁场的磁感应强度、磁倾角和磁偏角。

本发明实施例中还提供一种计算机设备，用以解决在错断套管修复工程中，现有错断套管头方位预测方法精度低的技术问题，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的井下错断套管头方位探测方法。

本发明实施例中还提供一种计算机可读存储介质，用以解决在错断套管修复工程中，现有错断套管头方位预测方法精度低的技术问题，该计算机可读存储介质存储有执行上述的井下错断套管头方位探测方法的计算机程序。

本发明实施例中，通过下放于错断套管井的裸眼井段中的探管，采集井下探管位置处的环境数据，结合错断套管井当地的地磁数据，确定错断套管头相对上部井眼的方位角，为寻找大位移错断套管头提供科学依据。探管采集的环境数据包括井下探管位置处的井斜角、井斜方位角、磁场的三轴磁场强度、重力加速度的三轴分量及探管的横滚角；错断套管井当地的地磁数据包括：地磁场的磁感应强度、磁倾角和磁偏角。

通过本发明实施例，可以精确确定出错断套管头(尤其是大位移错断套管头)相对上部井眼的方位角，解决了现有错断套管修复技术中错断套管头相对上部井眼的方位角预测误差大的问题，有助于提高错断套管修复的成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的一种井下错断套管头方位探测装置示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种探管内部三轴陀螺传感器、三轴加速度传感器和三轴磁通门传感器沿轴线方向的排列示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种确定井下错断套管头相对上部井眼方位的计算模型示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种井下错断套管头方位探测方法流程图。

附图标记：

1、套管柱；2、错断套管头；3、裸眼井段；4、探管；5、铠装电缆；6、地面接口箱；7、计算设备；41、三轴陀螺传感器；42、三轴加速度传感器；43、三轴磁通门传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

本发明实施例中提供了一种井下错断套管头方位探测装置，尤其适用于大位移错断套管头相对上部井眼方位的探测。

图1为本发明实施例中提供的一种井下错断套管头方位探测装置示意图，如图1所示，该装置包括：探管4、铠装电缆5、地面接口箱6、计算设备7和电源(图1中未示出)；电源为计算设备7和地面接口箱6供电。

其中，探管4通过铠装电缆5与地面接口箱6连接，由铠装电缆5下放于错断套管井的裸眼井段3中，用于采集井下探管位置处的环境数据，并通过铠装电缆5传输至地面接口箱6；地面接口箱6与计算设备7连接，用于将环境数据传输至计算设备7；计算设备7用于根据环境数据和错断套管井当地的地磁数据，确定错断套管头2相对于上部井眼的方位角；

需要说明的是，本发明实施例中的错断套管井是指井下套管存在错断损坏的井，当井下套管柱(图1中图标1所示)存在错断的时候，可以将钻具下入至套管错断位置处，沿上部井眼方向钻进，以钻出一预定距离段(例如，10米左右)的裸眼井段，取出钻具，由铠装电缆5将探管4下放于裸眼井段3中，通过探管4采集探管位置处的环境数据，可选地，采集到的环境数据包括但不限于：井下探管位置处的井斜角、井斜方位角、磁场的三轴磁场强度、重力加速度的三轴分量及探管的横滚角。

作为一种可选的实施方式，探管4可以在裸眼井段下部，以预设步长(例如，0.5米)为间距，采集多组(例如，10组)探管周围的环境数据。

在通过探管4采集到探管周围的环境数据后，可以结合错断套管井当地的地磁数据，确定错断套管头相对上部井眼的方位角，可选地，当地的地磁数据包括但不限于：地磁场的磁感应强度、磁倾角和磁偏角。

作为一种可选的实施例，本发明实施例提供的井下错断套管头方位探测装置中，探管4可以包括：止端堵头、接口端堵头、无磁承压筒、无磁骨架、三轴陀螺传感器、三轴加速度传感器、三轴磁通门传感器、驱动编码电路板和数据采集电路板。

其中，三轴陀螺传感器41、三轴加速度传感器42、三轴磁通门传感器43、驱动编码电路板和数据采集电路板均固定于无磁骨架上；无磁骨架、三轴陀螺传感器41、三轴加速度传感器42、三轴磁通门传感器43、驱动编码电路板和数据采集电路板设置于无磁承压筒内；无磁承压筒的第一端与止端堵头连接，无磁承压筒的第二端与接口端堵头连接。可选地，三轴磁通门传感器43可以设置于无磁骨架上靠近止端堵头的一端。优选地，三轴磁通门传感器43、三轴陀螺传感器41和三轴加速度传感器42的x轴和y轴分别平行且同向；且三轴磁通门传感器43、三轴陀螺传感器41和三轴加速度传感器42的z轴共线且同向，三轴磁通门传感器43的z轴与无磁承压筒的中心轴共线，可用于采集探管位置处磁场的三轴磁场强度。探管内部三轴陀螺传感器41、三轴加速度传感器42和三轴磁通门传感器43沿轴线方向的排列如图2所示。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例中采用的三轴磁通门传感器43可以是高精度三轴磁通门传感器。通过三轴磁通门传感器43可以采集井下探管位置处磁场的三轴磁场强度；而三轴陀螺传感器41和三轴加速度传感器42采集的数据可用于确定井下探管的姿态信息。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例提供的井下错断套管头方位探测装置中，当计算设备7根据环境数据和错断套管井当地的地磁数据，确定错断套管头相对于上部井眼的方位角的时候，可以通过如下公式确定错断套管头相对于上部井眼的方位角：

其中，anr表示上部井眼的方位角；图3为本发明实施例中提供的一种确定井下错断套管头相对上部井眼方位的计算模型示意图，如图3所示，bce和bcn分别为bch在e轴和n轴上的投影，e轴指向东，n轴指向北；

其中，bch＝bh-beh；

其中，bh由探管采集的环境数据确定；beh由错断套管井当地的地磁数据确定。

本发明实施例中还提供了一种井下错断套管头方位探测方法，可以应用于但不限于上述任意一种可选的或优选的井下错断套管头方位探测装置。如下面的实施例所述。由于该方法实施例解决问题的原理与井下错断套管头方位探测装置相似，因此该方法实施例的实施可以参见上述装置实施例的实施，重复之处不再赘述。

图4为本发明实施例中提供的一种井下错断套管头方位探测方法流程图，如图4所示，该方法包括：

s401，控制钻具下放至错断套管井内套管错断位置处，并沿上部井眼方向钻出预定距离的裸眼井段；

s402，控制钻具取出，并控制铠装电缆将探管下放至裸眼井段，由探管采集井下探管位置处的环境数据，其中，环境数据包括：井下探管位置处的井斜角、井斜方位角、磁场的三轴磁场强度、重力加速度的三轴分量及探管的横滚角；

s403，通过铠装电缆接收探管采集的环境数据；

s404，根据环境数据和错断套管井当地的地磁数据，确定错断套管头相对于上部井眼的方位角，其中，地磁数据包括：地磁场的磁感应强度、磁倾角和磁偏角。

需要说明的是，上述s401中的预定距离可以根据具体情况进行设定，作为一种可选的实施方式，本发明实施例中将钻具下入至套管错断位置处，沿上部井眼方向钻进，钻出一10米左右的裸眼井段；上述s402中，探管可以在裸眼井段下部，以预设步长(例如，0.5米)为间距，采集多组(例如，10组)探管周围的环境数据，可选地，探管采集的环境数据包括但不限于：井斜角、井斜方位角、探管的横滚角，以及探管位置处磁场的三轴磁场强度和重力加速度的三轴分量等；上述s404中采用的错断套管井当地的地磁数据可以是预先获取到的地磁场的磁感应强度、磁倾角和磁偏角等数据。

作为一种可选的实施方式，上述s404可以通过如下公式确定错断套管头相对于上部井眼的方位角：

其中，anr表示上部井眼的方位角；bce和bcn分别为bch在e轴和n轴上的投影，e轴指向东，n轴指向北；

其中，bch＝bh-beh；

其中，bh由探管采集的环境数据确定；beh由错断套管井当地的地磁数据确定。

需要说明的是，本发明实施例提供的井下错断套管头方位探测方法中，采用的探管至少包括：三轴陀螺传感器、三轴加速度传感器和三轴磁通门传感器；其中，三轴磁通门传感器用于采集井下探管位置处磁场的三轴磁场强度；三轴陀螺传感器和三轴加速度传感器采集的数据用于确定井下探管的姿态信息。

可选地，本发明实施例采用的探管还可以进一步包括：止端堵头、接口端堵头、无磁承压筒、无磁骨架、驱动编码电路板和数据采集电路板；其中，三轴陀螺传感器、三轴加速度传感器、三轴磁通门传感器、驱动编码电路板和数据采集电路板均固定于无磁骨架上；无磁骨架、三轴陀螺传感器、三轴加速度传感器、三轴磁通门传感器、驱动编码电路板和数据采集电路板设置于无磁承压筒内；无磁承压筒的第一端与止端堵头连接，无磁承压筒的第二端与接口端堵头连接；三轴磁通门传感器设置于无磁骨架上靠近止端堵头的一端；三轴磁通门传感器、三轴陀螺传感器和三轴加速度传感器的x轴和y轴分别平行且同向；三轴磁通门传感器、三轴陀螺传感器和三轴加速度传感器的z轴均与无磁承压筒的中心轴共线且同向。

本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决在错断套管修复工程中，现有错断套管头方位预测方法精度低的技术问题，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中任意一种可选的或优选的井下错断套管头方位探测方法。

本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决在错断套管修复工程中，现有错断套管头方位预测方法精度低的技术问题，该计算机可读存储介质存储有执行上述方法实施例中任意一种可选的或优选的井下错断套管头方位探测方法的计算机程序。

综上所述，本发明实施例提供了一种井下错断套管头方位探测方法，可以适用但不限于大位移错断套管修复工程中。利用井下裸眼井段的探管采集探管位置处的井斜角、井斜方位角、磁场的三轴磁场强度和重力加速度的三轴分量，以及探管的横滚角，结合当地地磁场的磁感应强度、磁倾角和磁偏角等地磁数据，确定错断套管头相对上部井眼的方位角，为寻找错断套管头提供科学依据。

通过本发明实施例提供的井下错断套管头方位探测方法，可以精确确定出错断套管头相对上部井眼的方位角，解决了现有错断套管修复技术中错断套管头相对上部井眼的方位角预测误差大的问题，有助于提高错断套管修复成功率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。