一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法

本发明涉及油水井探测，特别的涉及一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法。

背景技术：

1、随着油水井生产时间的延长，地层的滑移、地壳的运动等所产生地应力的不断集中，泥页岩受注入水侵入发生蠕变引起的井壁不稳定，都会在套管壁上产生巨大的横向剪切力，造成套管断裂而发生错位，简称错断。

2、在历年大修施工中，大位移错断井的修复一直是修井领域的技术瓶颈。这类井通常处于裸眼段内，常规工艺无法对其固定，导致反复找打通道无效、井内落物难以打捞。一旦处理不当，易发生下断口丢失，不但无法修复，还造成事故复杂化，增加下步施工处理难度。

3、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。

4、为此，提出一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法，能够充分地利用地-井瞬变三分量磁场信号定位错断套管头位置的方向和埋深，有助于提高错断套管井修复的成功率。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法，该方法是在地面布设合适大小的发射线框，将瞬变电磁三分量磁探头和陀螺测斜仪从井口放至套管错断点以下位置，采集井下磁探头位置处的三分量瞬变电磁数据，通过分析错断套管的三分量纯异常响应特征和水平分量矢量合成统计，确定下段套管头的埋深和相对三分量磁探头的方向；通过陀螺测斜仪检测下段套管偏移的地理方位，从而获知下段套管在井下的准确位置；

3、其中，所述三分量磁探头用于采集井下磁探头位置处的瞬变磁场三分量；所述陀螺测斜仪采集的数据用于确定井下磁探头的姿态信息。

4、优选的，所述套管错断点的上段套管与下段套管位移较大；探测孔的深度大于检测仪器的长度，以保证检测仪器与下段套管在水平方向有重叠区域。

5、优选的，所述利用井中三分量磁探头采集的感应磁场信号，进行坐标转换、纯异常提取、三分量纯异常响应曲线特征分析和纯异常水平分量矢量合成方向统计。

6、优选的，所述在野外实际勘探的数据转换到直角坐标系，根据电磁场理论，受激发错断套管的等效矩形电流环在井中p点产生的磁感应强度的各分量为：

7、

8、

9、

10、式中a、b为电流环半边长，i为电流强度，x、y、z是测点坐标。

11、优选的，所述：

12、(1)坐标转换

13、根据陀螺测斜仪采集的数据将井中观测的三分量磁场数据(u、v、a)转换到直角坐标系数据(x、y、z)；

14、(2)纯异常场提取

15、实际测量的都是围岩和导体的综合响应，导电围岩的影响是不能忽略的，它会改变导体的异常特征和变化规律，使向量交会的交点发生偏移，需分离出背景场，采用纯异常场进行交会，不考虑导体与围岩之间的耦合作用，即综合响应只是背景场和异常场的简单相加；首先根据实际测井曲线划分出浅部背景场、异常场和深部背景场的区间，利用浅部和深部背景场值，采用插值的方法求出异常区域的背景值，这样就将背景场分离出去，提取出纯异常场。

16、(3)纯异常响应曲线分析

17、经过地-井瞬变电磁三维正演，只有当异常体方位发生改变时，x、y分量曲线的形态才会发生改变；

18、(4)纯异常的水平矢量合成方向统计。

19、首先，根据地-井tem响应的强度和曲线特征，选择错断套管头以下合适测点和时间点的三分量纯异常，将水平纯异常分量进行矢量合成，对矢量方向进行统计分析，其主矢量方向指向错断套管的中心位置，在研究工作中，往往只考虑仅有主剖面异常，而实际工作的情况要复杂的多，所以要根据实际情况选择参加交会的分量，可以选择两两分量交会，也可以采用三个分量在三维空间中进行向量交会。

20、优选的，所述，纯异常响应曲线分析的纯异常响应曲线有如下规律：

21、错断套管的三分量纯异常响应曲线在错断套管头位置皆为极值；

22、当错断套管位于第一象限时，x、y分量曲线形态均为反“s”型；当错断套管位于第二象限时，x分量呈“s”型而y分量呈反“s”型；当错断套管位于第三象限时，x、y分量均为“s”型；当错断套管位于第四象限时，x分量呈反“s”型而y分量呈“s”型；

23、在同一象限内，错断套管位于不同区域时，x、y分量响应曲线幅值的相对大小有所不同(这里的幅值是指响应曲线极大值点)。

24、优选的，所述，分析纯异常响应曲线特征可以确定错断套管头的埋深和大致方位，而对纯异常的水平分量进行矢量合成统计可以确定错断套管相对于上部井眼的方位角。

25、本发明的有益效果是：

26、本发明通过在地面布设矩形发射线框发射脉冲信号，在井中利用磁场三分量磁探头采集感应磁场的三分量。对感应磁场三分量进行坐标转换和纯异常提取，根据地-井tem纯异常响应曲线特征，确定错断套管头的埋深和大致方位；对纯异常的水平分量进行矢量合成统计，确定错断套管相对于上部井眼的方位角。本发明能够确定出大位移错断套管头相对上部井眼的方位和埋深，有助于提高错断套管修复的成功率。

技术特征：

1.一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法，其特征在于，该方法是在地面布设合适大小的发射线框，将瞬变电磁三分量磁探头和陀螺测斜仪从井口放至套管错断点以下位置，采集井下磁探头位置处的三分量瞬变电磁数据，通过分析错断套管的三分量纯异常响应特征和水平分量矢量合成统计，确定下段套管头的埋深和相对三分量磁探头的方向；通过陀螺测斜仪检测下段套管偏移的地理方位，从而获知下段套管在井下的准确位置；

2.根据权利要求1所述的基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法，其特征在于：所述套管错断点的上段套管与下段套管位移较大；探测孔的深度大于检测仪器的长度，以保证检测仪器与下段套管在水平方向有重叠区域。

3.根据权利要求1所述的一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法，其特征在于：利用井中三分量磁探头采集的感应磁场信号，进行坐标转换、纯异常提取、三分量纯异常响应曲线特征分析和纯异常水平分量矢量合成方向统计。

4.根据权利要求1所述的一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法，其特征在于：在野外实际勘探的数据转换到直角坐标系，根据电磁场理论，受激发错断套管的等效矩形电流环在井中p点产生的磁感应强度的各分量为：

5.根据权利要求3所述的一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法，其特征在于：所述：

6.根据权利要求5所述的一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法，其特征在于：所述纯异常响应曲线分析的纯异常响应曲线有如下规律：

7.根据权利要求5所述的一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法，其特征在于：所述分析纯异常响应曲线特征可以确定错断套管头的埋深和大致方位，而对纯异常的水平分量进行矢量合成统计可以确定错断套管相对于上部井眼的方位角。

技术总结
本发明涉及油水井探测技术领域，具体的说是一种基于地井瞬变电磁法的井下错断套管头方位探测方法，该方法是在地面布设合适大小的发射线框，将瞬变电磁三分量磁探头和陀螺测斜仪从井口放至套管错断点以下位置，采集井下磁探头位置处的三分量瞬变电磁数据，通过分析错断套管的三分量纯异常响应特征和水平分量矢量合成统计，确定下段套管头的埋深和相对三分量磁探头的方向；通过陀螺测斜仪检测下段套管偏移的地理方位，从而获知下段套管在井下的准确位置；本发明能够确定出大位移错断套管头相对上部井眼的方位和埋深，有助于提高错断套管修复的成功率。

技术研发人员：陈辉,王志鑫,邓居智,余辉,尹敏,冯敏
受保护的技术使用者：东华理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17