一种用于连通井对接的地面监控系统的制作方法

本实用新型属于钻井技术领域，特别涉及一种用于连通井对接的地面监控系统。

背景技术：

为高效实现地热利用、煤层气开发、卤水开采，需要采用连通井。目前基于MWD、LWD的井下测量是在距井底钻头位置10-30m 的间距内，其测量参数用于轨迹计算和确定井眼空间位置，预测井眼轨迹的变化，测量仪器的滞后性使计算误差越来越大，准确地确定钻头位置越来越困难。现有连通井对接主要采用主动磁测量技术，其做法是在靶井中下入磁测探管，采集水平井钻头处的强磁接头产生的旋转磁场，将采集的磁信号输入PC中，进行数据分析，得出当前钻头与靶井探管两者间的空间相对位置关系，调整钻进方向，实现对接作业。该方法虽然可以实现连通井地下对接，但需要在连通井井下下入专有磁信号工具，而且电磁传输信号在岩石中衰减严重，并且易受钻井设备和低电阻岩石的干扰，探测范围受到限制。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于连通井对接的地面监控系统及方法，以实现地面监测实现连通井地下准确对接。

本实用新型的技术方案在于：

一种用于连通井对接的地面监控系统，包括对接井、对接施工井、地面监控计算机、数据采集仪、井口传感器及地面传感器阵列组，对接施工井的底端连接有用于钻进的钻头；数据采集仪一端分别与井口传感器及地面传感器阵列组连接，另一端与地面监控计算机连接；其特征在于：其中，井口传感器包括位于对接井井口套管处的对接井井口传感器，位于对接施工井井口套管处的对接施工井井口传感器；地面传感器阵列组包括三道；第二道地面传感器阵列位于对接施工井井口与对接井井口的连线上，第一道地面传感器阵列与第三道地面传感器阵列分别位于第二道地面传感器阵列的上下两侧，各地面传感器阵列之间的间距≥50m。

所述各地面传感器阵列之间的间距还应小于各地面传感器阵列水平长度的1/3。

所述第二道地面传感器阵列的起始位置在水平段入窗点在地面的投影位置，第一道地面传感器阵列与第三道地面传感器阵列的起止位置与之平齐。

其中，地面传感器阵列组中的地面传感器为中国地震局工程力学研究所的941B型超低频测振仪。井口传感器为北京东方振动和噪声技术研究所的INV9828加速度传感器。数据采集仪为北京东方振动和噪声技术研究所的INV3062S/V 网络分布式采集仪。

一种用于连通井对接的地面监控方法，使用如上所述的用于连通井对接的地面监控系统，定义如下：以对接施工井井口传感器采集的钻头产生的振动信号作为判断钻头是否钻遇套管水泥环时的第一特征响应信号，以对接井井口传感器采集的钻头产生的振动信号作为判断钻头是否钻遇套管水泥环时的第二特征响应信号；

该方法如下：

1）地面传感器阵列组信号采集处理

各地面传感器阵列采集到的信号，形成三道时间偏移曲线；

2）钻头方向判别

将三道时间偏移曲线绘制在同一图中；

使钻头初始大致沿对接井方向钻进，根据第一道地面传感器阵列和第三道地面传感器阵列的时间偏移曲线是否重合来判断钻头的钻进方向是否正对对接井方向并进行调整；

3）钻头对接距离判别

第一特征响应信号随着钻头与对接井距离的减小而缓慢增大，钻头钻遇套管水泥环时第一特征响应信号突然增大达到最大幅值，且与第二特征响应信号的时域波形出现相似性，此时应注意观察以对接井与对接施工井的连通。

其中，所述的2）钻头方向判别的该过程如下：使钻头初始大致沿对接井方向钻进，若第一道地面传感器阵列和第三道地面传感器阵列的时间偏移曲线基本重合，则说明钻头正对对接井方向钻进；若第一道地面传感器阵列和第三道地面传感器阵列的时间偏移曲线不重合，则钻头偏离对接井方向，则需调整钻头的钻进方向，使其正对对接井方向钻进。

其中，所述的3）钻头对接距离判别的该过程如下：当2）中调整钻头的钻进方向使其正对对接井方向钻进时，随着距离的趋近，第一特征响应信号的幅值缓慢增大；当钻头钻至对接井时，第一特征响应信号的幅值突然增大，且与第二特征响应信号的时域波形出现相似性，应加强观察实现对接井与对接施工井的连通。

本实用新型的技术效果在于：

1）相比现有的主动磁测量技术，本实用新型监控系统的所有设备安装全部在地面实现，不需要在井筒中下入设备，使用、维护方便；

2）本实用新型监控系统设置在地面、套管上的振动传感器、采集仪、计算机等设备都可以购买现成产品，成本低；

3）本实用新型监控系统的操作独立于现有的钻井作业流程，不需要改变正常的钻井施工工艺，直接根据监测的钻头振动信号判断对接过程，技术成熟、准确度高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型单道地面传感器阵列采集信号示意图。

图3为本实用新型钻头正对对接井方向时地面传感器阵列组采集信号对比示意图。

图4为本实用新型钻头偏离对接井方向时地面传感器阵列组采集信号对比示意图。

附图标记：1-地面监控计算机，2-数据采集仪，301-对接施工井井口传感器；302-对接井井口传感器；303-第一道地面传感器阵列；304-第二道地面传感器阵列；305-第三道地面传感器阵列；4-对接施工井；5-对接井；6-钻头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，一种用于连通井对接的地面监控系统，包括对接井5、对接施工井4、地面监控计算机1、数据采集仪2、井口传感器及地面传感器阵列组，对接施工井4的底端连接有用于钻进的钻头6；数据采集仪2一端分别与井口传感器及地面传感器阵列组连接，另一端与地面监控计算机1连接；其特征在于：其中，井口传感器包括位于对接井5井口套管处的对接井井口传感器302，位于对接施工井4井口套管处的对接施工井井口传感器301；地面传感器阵列组包括三道；第二道地面传感器阵列304位于对接施工井4井口与对接井5井口的连线上，第一道地面传感器阵列303与第三道地面传感器阵列305分别位于第二道地面传感器阵列304的上下两侧，各地面传感器阵列之间的间距≥50m且小于各地面传感器阵列水平长度的1/3。

各地面传感器阵列之间的间距设置，为防时间精度不够，无法区别信号。采用的地面传感器的采样频率200Hz，工程上的采样频率至少为信号频率的2倍，检测信号的频率在100Hz以下，以振动波在砂岩中的速度2000m/s为例，时间的识别精度必须达到1/2000s，才能满足误差小于1m的要求，而对接井5过程中的误差要不小于0.5m，时间的识别精度必须达到1/4000s，各地面传感器阵列之间的间距≥50m，时间的识别精度就可以降低到50/4000s=0.0125s，需要检测信号频率为1/0.0125=80HZ<100Hz。

所述第二道地面传感器阵列304的起始位置在水平段入窗点在地面的投影位置，第一道地面传感器阵列303与第三道地面传感器阵列305的起止位置与之平齐。即钻头6进入水平段以后才需要进行对接步骤。

其中，地面传感器阵列组中的地面传感器为中国地震局工程力学研究所的941B型超低频测振仪。井口传感器为北京东方振动和噪声技术研究所的INV9828加速度传感器。数据采集仪2为北京东方振动和噪声技术研究所的INV3062S/V 网络分布式采集仪。

一种用于连通井对接的地面监控方法，使用如上所述的用于连通井对接的地面监控系统，定义如下：以对接施工井井口传感器301采集的钻头6产生的振动信号作为判断钻头6是否钻遇套管水泥环时的第一特征响应信号，以对接井井口传感器302采集的钻头6产生的振动信号作为判断钻头6是否钻遇套管水泥环时的第二特征响应信号；计算机通过北京东方振动和噪声技术研究所的DASP-V11工程版多通道信号采集和实时分析软件处理数据采集仪2接收的信号，通过地面传感器阵列组接收信号的对比来判断钻头6的对接方向，通过井口传感器接收信号的对比来判断对接钻头6的对接距离，从而实现连通井对接。

具体过程如下。

1）地面传感器阵列组信号采集处理

如图2所示，地面传感器阵列组采集信号经过消噪处理后，根据阵列信号趋势一致性，记录每个地面传感器阵列采集的信号形成三道时间偏移曲线，作为钻头6的响应。

2）钻头6方向判别

将三道时间偏移曲线绘制在同一图中；

在现有钻井技术水平下，对接过程中采用的井眼轨迹控制方法可以确保接钻头6大致朝向对接井5方向钻进，即钻头6位置在地面投影处于第一道地面传感器阵列303和第三道地面传感器阵列305之间。

若第一道地面传感器阵列303和第三道地面传感器阵列305的时间偏移曲线基本重合，如图3所示，表示钻头6破岩产生的信号沿地层传播到第一道地面传感器阵列303和第三道地面传感器阵列305的时间相同，在相同的地层，钻头6破岩信号传播的速度相同，则说明钻头6到第一道地面传感器阵列303和第三道地面传感器阵列305的距离相同，此时钻头6正对对接井5方向钻进。

如果第一道地面传感器阵列303和第三道地面传感器阵列305的时间偏移曲线不重合，如图4所示，此时地面第一道地面传感器阵列303的时间偏移曲线在第三道地面传感器阵列305的时间偏移曲线上方，表示钻头6破岩产生的信号沿地层传播到地面第一道地面传感器阵列303的时间大于传播到第三道地面传感器阵列305的时间，在相同的地层，钻头6破岩信号传播的速度相同，则说明钻头6到第一道地面传感器阵列303的距离大于到第三道地面传感器阵列305的距离，此时钻头6偏离对接井5方向，即钻头6位置在地面投影处于第一道地面传感器阵列303和第三道地面传感器阵列305之间，此时需要调整钻头6钻进方向朝向对接施工井4井口与对接井5井口的连线。反之，若第一道地面传感器阵列303的时间偏移曲线在第三道地面传感器阵列305的时间偏移曲线下方，说明钻头6位置在地面投影处于第一道地面传感器阵列303和第三道地面传感器阵列305之间，同样需调整钻头6钻进方向朝向对接施工井4井口与对接井5井口的连线。

3）钻头6对接距离判别

当2）中调整钻头6的钻进方向使其正对对接井5方向钻进时，随着距离的趋近，第一特征响应信号的幅值缓慢增大；当钻头6钻至对接井5时，第一特征响应信号的幅值突然增大，且与第二特征响应信号的时域波形出现相似性，应加强观察实现对接井5与对接施工井4的连通。

本实用新型中，所有涉及到的装置均为市面能够买到的成品，且各个装置之间的连接方式均为本领域的技术人员所能够根据本技术方案的描述所能实现的，关于地面监控计算机1中的软件，仅是为实现本实用新型目的的使用手段，并不在本技术方案的保护范围内。