超短半径井柔性测斜系统及测量方法与流程

1.本发明属于油田探测领域，尤其涉及一种超短半径井柔性测斜系统及测量方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着油田的持续开发和老油区作业频繁等原因使油水井井况日趋恶化，加上油藏的非均质性，严重影响油田采收率的提高。如果在油气开发区内补打更新井、加密井，其建井周期长、成本高。在套管内侧钻超短半径水平井，不但可以节约钻井成本，而且还可以增大油层裸露面积，提高采收率和经济效益。
4.超短半径水平井是指曲率半径远比常规的短曲率半径水平井更短的、曲率半径小于5m的一种水平井，也称之为超短半径径向水平井。超短半径井具有增斜井段更短、增斜段井眼曲率增大更快、周期更短、见效更快、节约钻井成本等特点，在国外已研究与应用二十多年，工艺技术完善配套、工具仪器先进可靠，而且功能齐全。国内与之相比，配套仪器设备性能较差、不稳定，尤其是适应薄油层开发小井眼的定向仪器，难以适应于超短半径井快速发展的需要。
5.超短半径水平井技术是一项开发挖潜剩余油的新技术，这项技术主要是在原井套管内直接进行开窗侧钻，它与常规水平井的明显区别就是曲率半径特别小，常规钻具不能满足此要求，需要采用特殊的柔性钻具来进行钻井。为了使柔性钻具具有定向高造斜能力，柔性钻杆采用多组连接方式，导向筛管根据需要设计成一侧开槽结构。井眼轨迹自动控制技术代表着国际钻井技术最新的发展方向,被誉为“世纪的钻井技术”,是当今世界上诸多石油大国在钻井领域内竟相研究的热点。而超短半径水平井由于其钻井系统的特殊性，实现水平段的轨迹控制更是一大技术难题。因此掌握实时井斜数据对实现水平段的轨迹控制尤为关键。
6.目前在超短半井的工艺技术较为完善，开发出多口超短半径井(小于5m)，然而由于井眼曲率半径小(≥2.7m)，发明人发现，常规测斜仪因其弯曲半径不能满足井眼曲率的要求，难以用于井斜的测量，无法用于超短半径井的井眼轨迹的评价。


技术实现要素：

7.为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种超短半径井柔性测斜系统及测量方法，其适用于超短半径井的不同井深对应的井斜的测量，而且还能够对超短半径井井斜数据进行误差标定，提高了井斜测量的精度。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.本发明的第一个方面提供一种超短半径井柔性测斜系统，其包括：
10.测斜模块，其与钻具内的柔性短节连接，测斜模块与柔性短节的轴线重合，用于在下井作业时实时测量并存储超短半径井井斜数据与时间数据；
11.标定装置，其用于标定测斜模块的测量误差；
12.处理器，其内预存有时间与井深数据，还用于获取标定后的井斜与时间数据，根据时间一致性来建立井深与井斜之间的关系，确定出不同井深的井斜。
13.作为一种实施方式，所述标定装置包括水平仪和角度盘，水平仪用于确保测斜模块处于水平位置，角度盘放置于测斜模块端部，用于测量不同角度下测斜模块的三轴加速度并传送至处理器进行测量误差。
14.上述方案的优点在于，利用标定装置给出基准的三轴加速度，从而根据测量的三轴加速度，得到测量值与基准值的变换关系，进而实现了对测量的井斜数据的修正。
15.作为一种实施方式，所述测斜模块放置于v型块上放置于v型块上，v形块放置于刮研平台上，刮研平台始终处于水平位置。
16.上述方案的优点在于，利用v型块固定测斜模块，保障了标定的精度。
17.作为一种实施方式，在所述处理器中，标定测斜模块的测量误差的过程为：建立偏转角度与三轴加速度的对应关系，求出变换矩阵，根据变换矩阵对测量三轴加速度数据进行修正，得到修正后的三轴加速度数据，再根据井斜角计算公式，计算出实际井斜。
18.上述方案的优点在于，利用标定数据与测量数据的变换关系，修正井斜数据，实现了井斜误差补偿，提高了超短半径井的测斜精度。
19.作为一种实施方式，所述测斜模块通过内扶正块与柔性短节连接。
20.上述方案的优点在于，保障了测斜模块与柔性短节之间连接的稳定性。
21.作为一种实施方式，所述测斜模块包括测斜电路，所述测斜电路外部包裹有减震层。
22.上述方案的优点在于，大大减小了钻具振动对测斜模块使用寿命的影响。
23.作为一种实施方式，所述测斜电路安装在电路安装筒内壁内，电路安装筒的前端用前堵头进行密封，电路安装筒的后端用减震橡胶垫包裹。
24.作为一种实施方式，所述测斜电路包括测斜传感器和微处理器，其用于检测三轴加速度并传送至微处理器，微处理器根据井斜角计算公式得到井斜角。
25.本发明的第二个方面提供一种基于超短半径井柔性测斜系统的测量方法，其包括：
26.获取下井作业时测量的超短半径井井斜数据与时间数据；
27.标定下井作业时测量的超短半径井井斜数据的测量误差；
28.根据时间一致性及预存有时间与井深数据，建立井深与标定修正后的井斜之间的关系，确定出不同井深的井斜。
29.作为一种实施方式，标定下井作业时测量的超短半径井井斜数据的测量误差的过程为：建立偏转角度与三轴加速度的对应关系，求出变换矩阵，根据变换矩阵对测量三轴加速度数据进行修正，得到修正后的三轴加速度数据，再根据井斜角计算公式，计算出实际井斜。
30.本发明的有益效果是：
31.(1)利用测斜模块与柔性短节的轴线重合，在下井作业时实时测量并存储超短半径井井斜数据与时间数据，标定装置标定测斜模块的测量误差，再根据时间一致性及预存的时间与井深数据来建立井深与井斜之间的关系，确定了出不同井深的井斜，实现了超短
半径井井斜数据的误差标定，提高了井斜测量的精度。
32.(2)采用标定装置标定测斜模块的测量误差，可便于实现井斜误差的补偿，提高超短半径井的测斜精度。
33.(3)将采集存储软件程序固化至硬件电路中，硬件电路安装在测斜模块的机械结构中，缩小了测斜模块的体积，在空间紧凑的环境下，测斜模块可以准确的完成工作，硬件电路安装在机械减振结构中，大大减小了钻具振动对测斜模块使用寿命的影响。
34.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
35.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
36.图1是本发明实施例中的柔性短节示意图。
37.图2是本发明实施例中的测斜模块机械结构示意图。
38.图3是本发明实施例中超短半径井柔性测斜短节的测斜模块剖视图。
39.图4是本发明实施例中超短半径井柔性测斜短节的测斜模块连接示意图。
40.图5是本发明实施例中标定装置示意图。
41.图6是本发明实施例的测斜电路示意图。
42.图7是本发明实施例中超短半径井柔性测斜原理示意图。
43.图8是本发明实施例的标定算法示意图。
具体实施方式
44.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
45.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
46.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
47.在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
48.本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
49.为了解决背景技术中提到的常规测斜仪因其弯曲半径不能满足井眼曲率的要求，
难以用于井斜的测量，无法用于超短半径井的井眼轨迹的评价的问题，本实施例提供了一种超短半径井柔性测斜系统，其包括测斜模块、标定装置和处理器。
50.在具体实施中，测斜模块与钻具内的柔性短节连接，测斜模块与柔性短节的轴线重合，用于在下井作业时实时测量并存储超短半径井井斜数据与时间数据。
51.在图1中，钻具由上部的普通钻杆2、上三链接3、导向筛管4、柔性钻杆5、柔性短节6、下三链接7和钻头8组成，钻具用于在超短半径水平井壁1中进行钻进作业。柔性钻杆导向性能差，易损坏，所以柔性钻杆周围有一导向筛管4与柔性钻杆配合使用。
52.如图2所示，所述测斜模块包括测斜电路，测斜电路17用减振硅胶16包裹住，安装在电路安装筒14内壁内。测斜电路17左端连接电池安装套15，电池安装套15和电池座11配合使用，用来安装和固定电池13，电池13为测斜电路17供电。电路安装筒14和电池座11通过螺纹连接，且电池座11上装有橡胶圈12，目的是为了二者配合更紧凑，减少振动。测斜仪前段用前堵头18进行密封，前堵头18和电路安装筒14通过螺纹连接，且前堵头18上也装有橡胶圈12。在前堵头18和电池座11设有减振橡胶圈ⅰ19和减振橡胶圈ⅱ10，并且测斜仪最前端用减振橡胶垫ⅰ20包裹住，最后端用减振橡胶垫ⅰ9包裹住，以达到预期的设置减振装置，以降低电路板沿钻柱轴向与径向的振动。
53.在具体实施中，所述测斜电路包括测斜传感器和微处理器，其用于检测三轴加速度并传送至微处理器，微处理器根据井斜角计算公式得到井斜角。
54.如图3和图4所示，测斜模块23通过内扶正块22固定在柔性测斜短节内壁21上，并采用内扶正块22将测斜模块23与柔性测斜短节6的轴线重合。在发生井斜时，柔性测斜短节的轴线24与地层中心线25会产生一个井斜角26，其测斜模块通过其中测斜传感器对超短半径井井斜实时测量存储，并通过处理器(例如：处理器采用计算机27来实现)读取，进而达到井斜测量的目的。
55.在本实施例中，标定装置用于标定测斜模块的测量误差。
56.如图5所示，在一些实施例中，标定装置由刮研平台28、水平仪29、v型块30和角度盘31组成。刮研平台28通过水平仪29调至水平，将v形块30放置于刮研平台28上，测斜模块23放置于v型块30上，角度盘31放置于测斜模块轴向端部。
57.在一些实施例中，旋转测斜模块23，通过角度盘31测量不同角度下的三轴加速度，测斜模块23与处理器相互通信，在处理器内通过标定算法，实现井斜角的偏差补偿。
58.在其他实施例中，测斜模块23与数据修正计算机33通过数据线32连接。旋转测斜模块23，通过角度盘31测量不同角度下的三轴加速度，通过标定算法，实现井斜角的偏差补偿。
59.参考图6，测斜模块包括测斜传感器和微处理器，其用于检测三轴加速度并传送至微处理器，微处理器根据井斜角计算公式得到井斜角。
60.具体地，微处理器mcu具有四个接口，分别为spi接口34、i2c接口35、uart接口36和supply接口37。i2c接口35与三轴加速度传感器电路进行通信，将传感器电路采集处理的三轴加速度信息传输给mcu，然后再经由mcu电路，将传感信息、时间信息、温度信息进行处理打包，再采用spi接口34将打包后的采集信息存储至存储器中。待采集完成后，取出仪器然后通过uart接口36将存储信息传输给计算机，实现井下三轴加速度信息的采集。supply接口37连接干电池，为mcu电路模块供电。
61.本实施例将采集存储软件程序固化至硬件电路中，硬件电路安装在测斜模块的机械结构中，缩小了测斜模块的体积，在空间紧凑的环境下，测斜模块可以准确的完成工作，硬件电路安装在机械减振结构中，大大减小了钻具振动对测斜模块使用寿命的影响。
62.参考图7，本实施例的处理器包括配置与启动程序模块38、串口通信程序模块39、井斜角数据读取模块40、井深记录程序模块41、井深
‑
井斜角对应数据显示存储模块43这五个模块。配置和启动程序模块38主要为了设定测量延迟时间和测量开始时间，以便于下钻杆过程中，仪器处于待机状态，功耗需求低，同时能够启动测斜仪器工作。
63.其中，串口通信程序模块39能够与井下测斜仪中的uart接口建立通信，可对仪器进行配置、启动确定等，也可以从测斜仪中读取井斜角数据信息。井斜角数据读取模块40，可以通过串口通信将井下测斜仪器中的三轴加速度传感器数据、时间数据、温度数据等信息读取至软件中，以便进行井斜角计算和分析处理。井深数据记录模块41主要为了将地面井深传感器值通过计算机外设45输入值软件中，并保存，保存时将计算机时间一起保存至excel表格里。井深
‑
井斜角对应数据显示存储模块43主要将井深数据和井斜角数据按时间进行同步42，构建井深和井斜角的一一对应关系，然后绘制井深
‑
井斜角的关系曲线图，并能够将数据存储至excel表格中。
64.参考图8，标定算法47的具体过程为：
65.首先建立偏转角度与三轴加速度的对应关系48，得到f(θ,g
x
,g
y
,g
z
)＝049，求解出变换矩阵
66.然后采用公式对测量三轴加速度传感器表数据(g
x
,g
y
,g
z
)50进行修正，得到修正后的三轴加速度数据(g
x
,g
y
,g
z
)53；
67.然后根据井斜角计算公式计算出实际井斜角55。
68.本实施例的超短半径井柔性测斜系统的测量方法，包括：
69.获取下井作业时测量的超短半径井井斜数据与时间数据；
70.标定下井作业时测量的超短半径井井斜数据的测量误差；
71.根据时间一致性及预存有时间与井深数据，建立井深与标定修正后的井斜之间的关系，确定出不同井深的井斜。
72.超短半径井柔性测斜系统的具体使用过程为：
73.首先采用地面回放软件对测斜模块进行时间同步，然后将测斜模块安装至扶正块中并一同安装至柔性短节中，再将柔性短节安装钻具中进行下井作业。在待测量的井深实时将井深与时间数据存至处理器内，待测斜完成之后，将钻具从井底取出并取出测斜模块，使得测斜模块与处理器相互通讯，读取并分析井斜数据，进而建立井深与井斜之间的关系，确定不同井深的井斜。
74.本实施例利用测斜模块与柔性短节的轴线重合，在下井作业时实时测量并存储超
短半径井井斜数据与时间数据，标定装置标定测斜模块的测量误差，再根据时间一致性及预存的时间与井深数据来建立井深与井斜之间的关系，确定了出不同井深的井斜，实现了超短半径井井斜数据的误差标定，提高了井斜测量的精度。采用标定装置标定测斜模块的测量误差，可便于实现井斜误差的补偿，提高超短半径井的测斜精度。
75.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。