[发明专利]一种通过测量地磁场梯度定位井下套管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油、定向隧道及地质勘探等钻井工程测斜领域，尤其涉及一种在修井作业中用于确定由于地壳运动而丢失的套管的方法。

背景技术

大庆油田自1959年在高台子油田钻出第一口油井开始，到现在一直是我国最大的油区，1976年以来年产原油一直在5000万吨以上。这些年对地下石油的开采使得大庆地下压力紊乱，地壳运动活跃。大庆油田有上千口油井套管被挤压变形甚至断裂，使得无法继续开采石油。有些断裂部位靠近地表的井通过修复可以继续进行开采，比新打井节约大量人力物力，所以找到丢失的套管进行修复是很必要的。目前行业中没有有效的方法对丢失的套管进行定位，使得断裂的油井无法得到有效的处理。定位井下丢失套管主要存在的问题是磁场不直观，套管周围的地磁场具体如何变化无法定量描述，实验证明在不同方向上变化规律不同，即使同一方向上变化也是非线性的。不同地区的地磁场有差异，即使同一地区随时间变化，地磁场都会有变化。另外，由于硬件原因，不同的传感器在相同的磁场里测得数据可能存在差异。

发明内容

为了解决现有钻井行业中无法对丢失的套管进行定位的问题，本发明提供了一种用于定位丢套管的方法，通过该方法能够准确定位到断裂的套管，节约成本。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：通过测量铁磁性钻井套管周围地磁场的梯度，准确定位套管所在的方向和距离。磁场测量仪器的三轴磁场计是可以测量地磁场的矢量，包括磁场强度和方向，磁场强度测量准确度不低于1uT。通过测量仪器采集井下姿态数据，取出仪器与地面软件连接，软件通过所采集的n个已知点处的磁场强度，构造成一个地磁场梯度变化的非线性方程组。经过最优化算法即可计算出丢失套管的位置（X₀，Y₀，Z₀）和姿态（Φ，β）参数，β为磁偶极矩与z轴正方向上的夹角；Φ为磁偶极矩在XOY平面上的投影与X轴正方向的夹角。主要实现步骤：

（1）将磁场测量的仪器放入井下，待仪器稳定后采集磁场数据；

（2）将仪器从井下取出，与地面处理软件连接读取磁场数据组A；

（3）地面处理软件通过已知当地位置的地磁场强度、套管附近实测磁场强度数据组A、套管材料特性计算出套管相对于测量点的方向和距离。

本发明的有益效果是可以准确定位丢失的套管，使修复浅层断井成为现实，方法简单，操作方便，经济效益可观。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明定位方法的流程图。

图2是本发明使用的磁场测量仪器结构图。

图2中，1.上连接头，2.减震器，3.三轴磁场计，4.定向杆。

具体实施方式

图1是本发明定位方法的流程图，地面处理软件首先实现对原始数据的预处理，并构造优化目标函数，然后使用最优化算法求解出最优解。具体实施步骤如下：

1.采集数据预处理：

采集数据预处理包含：抑制地磁场的干扰、传感器正交性校正、区域初始定位。

（1）抑制地磁场干扰

由磁标记定位的原理可知，要计算出丢失套管的位置和姿态参数，就必须测量出套管所产生磁场的磁场强度，而在无磁屏蔽的环境中实际测量到的除了目标永磁体产生的磁场还包括环境磁场，环境磁场是由地磁场和其他电磁干扰组成的，其中地磁场是主要成份。因此在定位计算中需要先消除地磁场的干扰，从测量值中将丢失的套管产生的磁感应强度分离出来。

由于静态采集值包含了环境磁场的信息，在近似的情况下，动态采集值除了包含丢失的套管的空间磁场信息还包含了环境磁场的信息，因此二者的差值基本上抑制了地磁场的干扰，本软件中通过几组动态采集值的均值与静态采集值的均值相减，其差值为去除了地磁场干扰的丢失套管的磁场信息采集值。

（2）修正传感器正交性误差

由于三轴传感器模块是手工制作的，制作过程中不能保证3个轴向磁传感器的理想正交，因此需要对每个传感器模块进行正交修正。设全局空间直角坐标系o-xyz，一个数轴磁传感器模块的三个方向的传感器的指向为ox’,oy’,oz’。

设ox’,oy’,oz’与oz轴的夹角分别为θx，θy，θz，其在平面上的投影与ox轴的夹角分别为φx，φy，φz。则3轴传感器模块的测量值                                                ，，与全局坐标系下磁场强度的3个分量B_x，B_y，B_z有如下关系：