一种随钻无源磁导向系统及方法与流程

1.本发明涉及测井技术领域，尤其涉及一种随钻无源磁导向系统及方法。


背景技术：

2.随着高压井喷失控井救援、储气库复杂老井封堵、老油区套返弃井报废，环保井治理等生产需求逐渐暴露，国内技术也从有源磁导向钻井技术向无源磁导向钻井技术进行迭代升级。
3.现有的无源磁导向工具采用电缆下入的方式，仅限于裸眼测量，需要起钻、通井后依靠重力进行下入作业，工序繁琐，起下作业时间长，而在大斜度井（井斜角大于40
°
）和水平井无法开展作业。现有技术中尚无随钻无源磁导工具，因此有必要发明一种随钻无源磁导向方法和系统，满足特殊井型作业需求，达到所有井型全覆盖。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种随钻无源磁导向系统及方法。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种随钻无源磁导向系统，包括：铠装电缆、湿接头母头、湿接头公头、鱼雷接头、放电系统、马龙头、无源磁导向测量系统和钻具组合；所述钻具组合包括依次连接的钻杆、过渡短接、无磁构件、螺杆钻具和钻头；湿接头公头固定于过渡短接内，无源磁导向测量系统固定于无磁构件内部且紧靠螺杆钻具布置。
6.铠装电缆与所述湿接头母头连接，湿接头公头、鱼雷接头、放电系统、马龙头和无源磁导向测量系统依次连接；或者，铠装电缆、鱼雷接头、放电系统和湿接头母头依次连接，湿接头公头、马龙头和无源磁导向测量系统依次连接。
7.钻井过程中需要无源磁导向测量作业时，在钻杆顶部安装旁通短接，所述铠装电缆通过旁通短接的旁通口从钻杆内部穿出，通过泵送的方式将湿接头母头及其连接结构送至井下，与井下钻杆内的湿接头公头连接。
8.本发明的有益效果是：可以满足大斜度井和水平井作业，达到所有井型全覆盖，可以随钻测量减少了起下钻和通井时间，节省成本；同时，随钻无源磁导向系统在钻具内，较常规裸眼测井可较少卡钻风险。
9.进一步，所述放电系统包括放电电极，以及放电电极上下两端对称布置的绝缘接头和绝缘线缆，放电电极置于钻杆内。
10.采用上述进一步方案的有益效果是，放电电极上下两端对称布置的绝缘接头和绝缘线缆，可有效防止电流沿着轴向流动，避免二次感应电磁场。
11.进一步，内部携带放电电极的钻杆上部连接电极上部绝缘短接，下部连接电极下部绝缘短接。
12.采用上述进一步方案的有益效果是，携带放电电极的钻杆上下部均连接绝缘短接，可有效防止电流沿着轴向流动，避免二次感应电磁场。
13.进一步，所述无磁构件包括依次连接的磁导向上部绝缘短接、无磁管件和磁导向下部绝缘短接。
14.采用上述进一步方案的有益效果是，通过磁导向上部绝缘短接、无磁管件和磁导向下部绝缘短接为无磁导向测量系统提供无磁环境，提高测量准确性。
15.进一步，所述钻具组合还包括加重钻杆，所述加重钻杆连接于所述电极下部绝缘短接与所述磁导向上部绝缘短接之间。
16.进一步，所述钻具组合还包括浮阀和mwd随钻测量仪，所述浮阀和mwd随钻测量仪安装于所述磁导向下部绝缘短接与所述螺杆钻具之间。
17.采用上述进一步方案的有益效果是，通过增加浮阀可以防止钻井液上喷，通过mwd随钻测量仪可以随钻随测正钻井相关数据。
18.进一步，所述无磁管件采用无磁钻铤、无磁套管、无磁钻杆或无磁筛管。
19.采用上述进一步方案的有益效果是，将无源磁导向测量系统固定于无磁管件中，避免了无源磁导向测量系统工作时，对信号干扰。
20.进一步，无源磁导向测量系统包括无磁外壳，无磁外壳内置测量探管。
21.进一步，无磁外壳内还固定有陀螺探管。
22.为解决上述技术问题，本发明提供一种随钻无源磁导向方法，基于上述技术方案所述随钻无源磁导向系统实现，方法包括：钻井过程中需要无源磁导向测量作业时，在钻杆顶部安装旁通短接，铠装电缆通过旁通短接的旁通口从钻杆内部穿出，通过泵送的方式将湿接头母头送至井下，与井下钻杆内的湿接头公头连接；将作为信号的电流传递给放电电极，瞬间激发极化注入地层，通过无源磁导向测量系统测量目标井磁场信号，并将测量的信号传输到井口。
23.本发明附加的方面及其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，或通过本发明实践了解到。
附图说明
24.图1为本发明实施例1提供的随钻无源磁导向系统结构示意图；图2为本发明实施例1提供的随钻无源磁导向系统内部结构示意图；图3为本发明实施例2提供的随钻无源磁导向系统结构示意图；图4为本发明实施例2提供的随钻无源磁导向系统内部结构示意图；图5为本发明实施例提供的随钻无源磁导向系统竖直井测量原理图；图6为本发明实施例提供的随钻无源磁导向系统水平井测量原理图。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提
下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
26.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
27.实施例1如图1所示，本发明实施例提供的随钻无源磁导向系统包括：铠装电缆14、湿接头母头15、湿接头公头16、鱼雷接头17、放电系统18、马龙头19、无源磁导向测量系统20和钻具组合；钻具组合包括：钻杆1、旁通短接2、过渡短接3、电极上部绝缘短接4、电极下部绝缘短接5、加重钻杆6、磁导向上部绝缘短接7、无磁钻铤8、磁导向下部绝缘短接9、浮阀10、mwd随钻测量仪11、螺杆钻具12和钻头13，钻具组合也可以为上述一部分。
28.随钻无源磁导向系统内部结构分为上下两部分构件，且通过湿接头母头15与湿接头公头16实现对接，上下构件的划分方式分为如图2和图4的两种方式。
29.如图2所示，该实施例中上部构件包括依次连接的铠装电缆14和湿接头母头15。下部构件包括依次连接的湿接头公头16、鱼雷接头17、放电电极18、马龙头19、无源磁导向测量系统20。湿接头公头16安装固定在过渡短接3内部，下部引线通过鱼雷接头17和放电系统18连接在一起。无源磁导向测量系统20安装在无磁钻铤9内部且紧靠螺杆钻具12布置，无磁钻铤8也可采用无磁套管、无磁钻杆、无磁筛管以及其它无磁管件。无源磁导向测量系统20包括无磁外壳，无磁外壳内置测量探管，无磁外壳内还可以固定陀螺探管。
30.放电系统18布置在无源磁导向测量系统20上端，内置在钻杆1内部，根据不同作业场景的需要，放电电极18也可内置于筛管等其它工具内。其中放电电极布置在放电系统中部，为防止电流沿着轴向流动，在放电电极上下两端依次对称布置绝缘接头和绝缘线缆。携带放电电极的钻杆上部连接电极上部绝缘短接4，下部连接电极下部绝缘短接5，屏蔽轴向电流流动，避免二次感应电磁场。放电系统18下部绝缘线缆通过马龙头19与无源磁导向测量系统20相连，放电系统18上部通过鱼雷接头17与井下的铠装缆相连，地面上的铠装电缆通过湿接头母头15和湿接头公头16与井下电缆相连。
31.钻井过程中需要无源磁导向测量作业时，在钻杆1顶部安装旁通短接2，铠装电缆14通过旁通短接2的旁通口从钻杆1内部穿出，通过泵送的方式将湿接头母头15及其连接结构送至井下，与井下钻杆内的湿接头公头16连接。为放电系统18的放电电极供电，实现无源磁导向测量系统与地面的供电与通信。
32.如图5和图6所示，测量时，针对不同岩性地层、不同流体介质，将作为信号的电流依次经过地面铠装电缆、湿接头母头、湿接头公头、井下铠装电缆、鱼雷接头、绝缘线缆和绝缘接头传递给放电电极18，在瞬间激发极化，高效注入地层，短时间内跨过地层实现对目标井铁磁物质的长距离低频周期性放电，目标井电阻比较低，目标井中流动电流可以产生感应电磁场，无源磁导向测量系统20可以测量到目标井磁场信号，并将测量的信号通过电缆传输到井口。
33.上部钻柱采用现用结构或替代结构（包括但不限于通讯钻杆、连续油管），实现信号传输和放电等功能。
34.在一个实施例中，随钻无源磁导向系统从下到上依次为钻头13、螺杆钻具12、mwd11、浮阀10、磁导向下部绝缘短接9、内置无源磁导向测量系统20和马龙头19的无磁钻铤8、磁导向上部绝缘短接7、加重钻杆6、过电极下部绝缘短接5、电极上部绝缘短接4、内置湿接头公头16的过渡短接3、内置放电系统18和鱼雷接头17的钻杆1。钻进过程中随着钻头13、螺杆钻具12、mwd11、浮阀10、磁导向下部绝缘短接9、无磁钻铤8、磁导向上部绝缘短接7、加重钻杆6、过电极下部绝缘短接5、电极上部绝缘短接4、过渡短接3和钻杆1的旋转，无源磁导向测量系统20、马龙头19、放电系统18、鱼雷接头17以及与之相连的湿接头公头16也随之运动。钻井过程中需要无源磁导向测量作业时，井口连入旁通短节2，将旁通短节打开，将湿接头母头15和铠装电缆14放入井口钻杆1内，通过泵送的方式将湿接头母头15带着地面铠装线缆14送至井下，与井下钻杆1内的湿接头公头16连接，实现井下无源磁导向测量系统20、放电系统18与地面系统的整体联通，最终实现测量作业，测量完成后，通过测量绞车回收地面铠装线缆14，湿接头母头15也同步回收。
35.钻头13和螺杆钻具12安装完毕下入井口后，将内置无源磁导向测量系统20、马龙头19和部分绝缘线缆的无磁钻铤8通过上卸扣系统与浮阀10相连，通过起下作业系统将无磁钻铤8下入井口，将内置绝缘线缆、内置绝缘短节、内置放电电极的钻杆1通过上卸扣系统和起下作业系统完成工具串的连接和下入，下入完成后，连接正常钻进需要的钻柱，开始钻进。钻进至指定深度后需要开始磁导向测量作业时，停止钻进，停止钻井液循环，不需要起下钻柱，只需打开井口旁通阀门，将湿接头母头15和地面铠装线缆14放入井口钻杆内，开始钻井液循环，在钻井液的推动下，通过泵送的方式将湿接头母头15带着地面铠装线缆14下入井下，直至湿接头母头15与湿接头公头16对接，完成无源磁导向系统的整体联通。开始进行放电作业和测量作业，完成磁导向系统的测量作业，将地面铠装电缆14和湿接头母头15拔出，关闭旁通，按磁导向的作业指令继续钻进，直至完成目标。
36.实施例2如图3所示，该实施例与附图1所示的实施例不同的是：过渡短接3连接于磁导向上部绝缘短接7和无磁钻铤8之间。如图4所示，该实施例与附图2所示的实施例不同的是：上部构件包括依次连接的铠装电缆14、鱼雷接头17、放电系统18和湿接头母头15，下部构件包括依次连接的湿接头公头16、马龙头19和无源磁导向测量系统20；湿接头公头16安装固定在过渡短接3内部，下部引线通过马龙头19和无源磁导向测量系统20连接一起；无源磁导向测量系统20安装在无磁钻铤9内部且紧靠螺杆钻具布置，无磁钻铤8也可采用无磁套管、无磁钻杆、无磁筛管以及其它无磁管件。
37.其中放电电极布置在放电系统中部，为防止电流沿着轴向流动，在放电电极上下两端依次对称布置绝缘接头和绝缘线缆，携带放电电极的钻杆上端和下端分别布置绝缘短接，屏蔽轴向电流流动，避免二次感应电磁场。放电系统18上部绝缘线缆通过鱼雷接头17与铠装电缆14连接，下部绝缘线缆与湿接头母头15相连，湿接头公头16通过马龙头19与无源磁导向测量系统20相连。
38.钻井过程中需要无源磁导向测量作业时，在钻杆1顶部安装旁通短接2，铠装电缆14通过旁通短接2的旁通口从钻杆1内部穿出，通过泵送的方式将湿接头母头15及其连接结
构送至井下，与井下钻杆内的湿接头公头16连接。为放电系统18的放电电极供电，实现无源磁导向测量系统与地面的供电与通信。
39.在一个实施例中，随钻无源磁导向系统从下到上依次为钻头13、螺杆钻具12、mwd11、浮阀10、磁导向下部绝缘短接9、内置无源磁导向测量系统20和马龙头19的无磁钻铤8、内置湿接头公头16的过渡短接3、磁导向上部绝缘短接7、加重钻杆6、过电极下部绝缘短接5、电极上部绝缘短接4、内置放电系统18和鱼雷接头17的钻杆1。钻进过程中随着钻头13、螺杆钻具12、mwd11、浮阀10、磁导向下部绝缘短接9、无磁钻铤8、过渡短接3、磁导向上部绝缘短接7、加重钻杆6、过电极下部绝缘短接5、电极上部绝缘短接4和钻杆1的旋转，无源磁导向测量系统20、马龙头19和湿接头公头16也随之运动。钻井过程中需要无源磁导向测量作业时，井口连入旁通短节，将旁通短节打开，将湿接头母头15带着放电系统18、鱼雷接头17和地面铠装电缆14放入井口钻杆内，通过泵送的方式将湿接头母头15带着放电系统18、鱼雷接头17和地面铠装线缆14送至井下，与井下钻杆内的湿接头公头16连接，实现井下无源磁导向系统20与放电系统18、地面系统的整体联通，最终实现测量作业，测量完成后，通过测量绞车回收地面铠装线缆14，鱼雷接头17、放电系统18和湿接头母头15也同步回收。
40.上述实施例提供的随钻无源磁导向系统内置于钻具内，测量时不需要起下钻和通井，节省成本；可以用于大斜度井（井斜角大于40
°
）和水平井中，拓展了磁导向工具的应用范围；在放电电极上下两端对称布置绝缘接头和绝缘线缆，径向位置处布置绝缘短节，双重绝缘布置有效解决电流沿着钻柱上下传导问题；正常钻进过程中，无源磁导向测量系统内置于钻具内，不影响正常钻进，钻井液可在无源磁导向测量系统与钻具形成的中空空间流动；无源磁导向测量系统内置于钻具内，较常规裸眼测井可减少卡钻风险。
41.本发明实施例提供一种随钻无源磁导向方法，基于上述技术方案所述随钻无源磁导向系统实现，方法包括：钻井过程中需要无源磁导向测量作业时，在钻杆1顶部安装旁通短接2，铠装电缆14通过旁通短接2的旁通口从钻杆1内部穿出，通过泵送的方式将湿接头母头15送至井下，与井下钻杆内的湿接头公头16连接；将作为信号的电流传递给放电电极18，瞬间激发极化注入地层，通过无源磁导向测量系统20测量目标井磁场信号，并将测量的信号传输到井口。
42.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。