專利名稱：一種基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于地下資源鉆采工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，海上鉆井平臺(tái)原油泄漏事故的頻繁發(fā)生造成了嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難和極壞的社會(huì)影響。救援井是在海上與陸地鉆井中發(fā)生油氣井著火或井噴事故時(shí)經(jīng)常采用的處理事故方法，其基本原理為在事故井附近的安全區(qū)域打一口定向井，使其井眼軌跡與事故井的軌跡在地層的某個(gè)層位匯合，將高密度的鉆井液或水泥通過(guò)救援井輸入事故井，以達(dá)到油(氣)井滅火或制服井噴的目的。2010年4月20日，墨西哥灣井MC252#1發(fā)生井噴導(dǎo)致長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的深海鉆井原油泄漏，不僅使BP公司遭受了巨額經(jīng)濟(jì)損失，而且造成嚴(yán)重生態(tài)災(zāi)難和社會(huì)影響。在此次事故中BP公司采用了多種處理泄油事故的應(yīng)急措施后，最終利用救援井的壓力測(cè)試作業(yè)獲得處理泄油事故的最后勝利，救援井技術(shù)在國(guó)內(nèi)外再次受到廣泛關(guān)注。目前，救援井仍是徹底解決漏油問(wèn)題的最可靠方法。在鉆深井油氣井的過(guò)程中，由于事故井和救援井不可能僅為直井，井型將更加復(fù)雜，井眼軌跡的精確控制也更加困難。由于井眼軌跡的不確定性，救援井與事故井鄰井距離和方位的精確探測(cè)是救援井技術(shù)成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。而且，事故井井口附近一般比較危險(xiǎn)，為了保證人員和鉆井設(shè)備的安全，救援井的井口位置一般距事故井井口位置幾百米甚至更遠(yuǎn)。為了使救援井與事故井相交，救援井的井眼軌跡一般比較復(fù)雜，這也加劇了在需要連通位置處事故井與救援井相對(duì)位置的不確定性。目前國(guó)外研制的Wellspot工具已基本滿足救援井與事故井精確連通的工程需求。由于事故井井口附近一般會(huì)著火或釋放有毒氣體，傳統(tǒng)用于鄰井距離電磁測(cè)距的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)(Rotating Magnet RangingSystem,簡(jiǎn)稱RMRS)和電磁引導(dǎo)工具(Magnetic Guidance Tool,簡(jiǎn)稱MGT)等的探測(cè)工具無(wú)法置入事故井中，而Wellspot導(dǎo)向工具的所有測(cè)量設(shè)備均置于救援井中，可以在救援井中直接探測(cè)救援井與事故井之間的距離以及其相對(duì)于事故井軸線的方位，因此該工具可以引導(dǎo)救援井與事故井在設(shè)計(jì)的井深處相交，其在國(guó)外的救援井與事故井的連通中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。Wellspot工具是一種控制救援井與事故井連通的高效工具，它可以根據(jù)實(shí)際地層狀況引導(dǎo)救援井以各種井型實(shí)現(xiàn)與事故井的成功對(duì)接。當(dāng)事故井為油氣深井時(shí)，井眼軌跡具有極大的不確定性，救援井需要與事故井近似平行連通，此時(shí)的救援井井型可以設(shè)計(jì)成五段式。但在實(shí)際應(yīng)用中，有些事故井的井深較淺，因此救援井到事故井的連通點(diǎn)距離井口較近，導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)常規(guī)的救援井來(lái)達(dá)到壓井的目的。在這種情況下，救援井將與事故井需要以大角度連通，甚至接近垂直相交，此時(shí)的救援井井型可以設(shè)計(jì)成五段式。目前，國(guó)外所設(shè)計(jì)的Wellspot導(dǎo)向工具的核心技術(shù)仍被保密和壟斷，我國(guó)在這方面仍缺少深入研究。因此，本實(shí)用新型者特研究設(shè)計(jì)了“一種基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)”，本實(shí)用新型采用井下三電極系作為電流信號(hào)發(fā)射源，可以提高電流信號(hào)發(fā)射源的強(qiáng)度，極大地增加事故井套管上聚集的低頻交變電流，從而使救援井中的探管可以檢測(cè)到相對(duì)更大的低頻交變磁場(chǎng)，易于增加測(cè)距范圍。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服上述缺陷，本實(shí)用新型提供一種基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，本系統(tǒng)能在一定范圍內(nèi)精確測(cè)量救援井與事故井的間距和方位，為救援井與事故井的精確連通提供一種有效的探測(cè)與控制手段。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下方案:基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，包括:地面供電設(shè)備、地面信號(hào)采集設(shè)備、地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)、地表電極、井下三電極系、井下探管；地面供電設(shè)備位于救援井井口附近，用于為井下三電極系提供低頻交變電流，同時(shí)也為地面信號(hào)采集設(shè)備和地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)供電；地表電極與救援井的井口套管連接且接觸性良好，地面供電設(shè)備的輸出端與井下三電極系相連、輸入端與地表電極相連；井下探管用于探測(cè)井下探管處的重力場(chǎng)、地磁場(chǎng)和由事故井套管上聚集的低頻交變電流產(chǎn)生的低頻交變磁場(chǎng)，地面信號(hào)采集設(shè)備通過(guò)測(cè)井電纜與井下探管相連，并接收井下探管檢測(cè)到、由測(cè)井電纜傳至地面的數(shù)據(jù)；地面信號(hào)采集設(shè)備將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送到地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)中進(jìn)行計(jì)算，得到救援井中的井下探管與事故井套管的相對(duì)空間位置數(shù)據(jù)，以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示。優(yōu)選地，地面供電設(shè)備包括380V交流電源、升壓變壓器、交/直流變換器和頻率控制器；380V交流電源的輸出端首先通過(guò)升壓變壓器，升壓變壓器將380V交流電源提供的電壓升至1000V，經(jīng)交/直流變換器后，轉(zhuǎn)換成1000V的直流高壓，使井下三電極系輸出能夠達(dá)到幅值為20A的電流，利用單片機(jī)控制頻率控制器使其將1000V的高壓轉(zhuǎn)換成0.25Hz頻率的交變方波電壓，然后將該交變方波電壓傳送至井下三電極系處再做進(jìn)一步地輸出；380V交流電源的輸入端與地表電極相連。優(yōu)選地，井下三電極系包括電極系電纜接口、電極系金屬外殼、兩個(gè)屏蔽電極、兩個(gè)絕緣片和主電極；井下三電極系通過(guò)電極系電纜接口與七芯電纜相連；兩個(gè)屏蔽電極和主電極均為圓柱體，主電極位于中間，長(zhǎng)度為0.15m，兩個(gè)屏蔽電極對(duì)稱地排列在主電極的上、下兩側(cè)，屏蔽電極的長(zhǎng)度為0.7m，兩個(gè)屏蔽電極在內(nèi)部由短路線相連；屏蔽電極和主電極之間用絕緣片隔開(kāi)，絕緣片的厚度為0.025m ;兩個(gè)屏蔽電極、兩個(gè)絕緣片和主電極的直徑相同。優(yōu)選地，地面供電設(shè)備所提供的幅度為1000V、頻率為0.25Hz的交變方波電壓傳送至井下三電極系處后分成兩路相同極性的輸出，其中一路保持電壓恒定輸出直接供給主電極，另一路經(jīng)過(guò)電壓調(diào)節(jié)后供給兩個(gè)屏蔽電極。優(yōu)選地，井下探管包括探管無(wú)磁外殼、金屬無(wú)磁支架、電纜接口電路板、傳感器信號(hào)處理電路板、三軸磁通門(mén)傳感器、三軸加速度傳感器和探管電纜接口 ；電纜接口電路板、傳感器信號(hào)處理電路板、三軸磁通門(mén)傳感器和三軸加速度傳感器均安裝在探管無(wú)磁外殼內(nèi)的金屬無(wú)磁支架內(nèi)；探管無(wú)磁外殼為密封結(jié)構(gòu)；井下探管通過(guò)探管電纜接口與測(cè)井電纜相連，并利用絕緣繩與井下三電極系相連，測(cè)井電纜用于將井下探管探測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送至地面信號(hào)采集設(shè)備；井下探管內(nèi)的三軸磁通門(mén)傳感器用來(lái)探測(cè)井下探管處的三軸地磁場(chǎng)和事故井套管上聚集的低頻交變電流所產(chǎn)生的低頻交變磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)數(shù)值，用于確定井下探管與事故井套管的間距和方位；三軸加速度傳感器用來(lái)探測(cè)井下探管處的三軸重力加速度數(shù)值，用于確定井下探管自身的擺放姿態(tài)；三軸加速度傳感器檢測(cè)到的三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸磁通門(mén)傳感器檢測(cè)到的三軸磁場(chǎng)數(shù)據(jù)由傳感器信號(hào)處理電路板通過(guò)電纜接口電路板發(fā)送到測(cè)井電纜上。優(yōu)選地，地面信號(hào)采集設(shè)備包括電源電路、電纜接口電路和電纜信號(hào)解碼電路；電源電路用于給電纜接口電路和電纜信號(hào)解碼電路提供電源；電纜接口電路與測(cè)井電纜相連，將測(cè)井電纜上傳輸?shù)母邏簲?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成低壓信號(hào)，然后傳送給電纜信號(hào)解碼電路，由電纜信號(hào)解碼電路將井下探管發(fā)送的數(shù)據(jù)解析出來(lái)，通過(guò)USB接口傳輸?shù)降孛婢仍c事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)。優(yōu)選地，地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)包括救援井與事故井連通探測(cè)分析計(jì)算軟件和地面顯示系統(tǒng)，地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)利用接收到的井下采集數(shù)據(jù)，通過(guò)救援井與事故井連通探測(cè)分析計(jì)算軟件，得到救援井中的探管與事故井套管的相對(duì)空間位置數(shù)據(jù)，利用地面顯示系統(tǒng)以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示，反饋給鉆井工程師，指導(dǎo)救援井的進(jìn)一步鉆進(jìn)。優(yōu)選地，地表電極為長(zhǎng)方形金屬塊；優(yōu)選地，井下三電極系和井下探管至少相距30m。一種救援井與事故井連通的方法，基于上述三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，具體步驟如下:步驟1:提取救援井與事故井的井況信息:救援井與事故井6的井眼軌跡測(cè)量信息、救援井與事故井的井口坐標(biāo)、救援井與事故井的鉆盤(pán)平面高度和地面海拔高度、事故井的井身結(jié)構(gòu)；步驟2:處理提取的救援井與事故井的井況信息，得到救援井已鉆部分和事故井的測(cè)斜數(shù)據(jù)；步驟3:利用七芯電纜將井下三電極系和井下探管通過(guò)鉆桿或爬行器設(shè)備送入到救援井已鉆部分的底部，地面供電設(shè)備為井下三電極系提供低頻交變電流；步驟4:地面信號(hào)采集設(shè)備接收探管檢測(cè)到的、由測(cè)井電纜傳至地面的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后發(fā)送到地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)中；步驟5:利用上述處理后的救援井與事故井的井況信息、井下探管的采集數(shù)據(jù)、當(dāng)?shù)卮牌?，通過(guò)地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)，得到救援井中的井下探管與事故井套管的相對(duì)空間位置數(shù)據(jù)，利用地面顯示系統(tǒng)以數(shù)字、文字及/或圖形的方式顯示；步驟6:在得到該測(cè)點(diǎn)處的救援井與事故井相對(duì)空間位置數(shù)據(jù)后，將井下三電極系和井下探管提出，下入鉆頭和鉆桿，結(jié)合救援井和事故井的測(cè)斜數(shù)據(jù)，繼續(xù)鉆進(jìn)救援井至下一個(gè)測(cè)點(diǎn)處；步驟7:在該測(cè)點(diǎn)處，提出鉆頭和鉆桿，重復(fù)上述的步驟I至步驟6，直至救援井與事故井精確連通。本實(shí)用新型的基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):1、基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)采用井下三電極系作為電流信號(hào)發(fā)射源，保證從主電極流出的電流不會(huì)沿救援井井軸方向流動(dòng)，使得更多的電流流入地層然后在事故井套管上聚集，從而使救援井中的探管可以檢測(cè)到相對(duì)更大的低頻交變磁場(chǎng)，同時(shí)基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度也可以通過(guò)增加地表電流強(qiáng)度的方式來(lái)控制，因此易于增加測(cè)距范圍，可以適用于深井連通；2、基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)可以直接探測(cè)救援井井底到事故井的距離和方位，避免了傳統(tǒng)MWD隨井深產(chǎn)生累積誤差的缺陷；3、基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)的電流信號(hào)發(fā)射源(井下三電極系)和信號(hào)探測(cè)器(井下探管)都放于救援井中，因此適用于事故井井口附近無(wú)法靠近的工況。4、由于基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)的井下探管內(nèi)不包括極高精度的傳感器，其極限工作溫度可以達(dá)到200°C，因此該探測(cè)系統(tǒng)可以在深井中正常工作。

圖1是基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是地面供電設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是井下三電極系的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是井下探管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是井下探管的內(nèi)部電路示意圖；圖6是地面信號(hào)采集設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是柱狀電極電場(chǎng)計(jì)算模型；圖8是事故井套管對(duì)井下三電極系注入地層的電流的響應(yīng)示意圖；圖9是救援井與事故井相對(duì)位置計(jì)算模型；圖中:1、地面供電設(shè)備，2、地面信號(hào)采集設(shè)備，3、地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)，4、地表電極，5、救援井，6、事故井，7、井下三電極系，8、井下探管，9、低頻交變電流，10、交變磁場(chǎng)，11、七芯電纜，12、絕緣繩，13、測(cè)井電纜，14、電極系電纜接口，15、電極系金屬外殼，16、屏蔽電極，17、絕緣片，18、主電極，19、探管無(wú)磁外殼，20、金屬無(wú)磁支架，21、電纜接口電路板，22、傳感器信號(hào)處理電路板，23、三軸磁通門(mén)傳感器，24、三軸加速度傳感器，25、探管電纜接口。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，包括:地面供電設(shè)備
1、地面信號(hào)采集設(shè)備2、地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)3、地表電極4、井下三電極系7、井下探管8 ;地面供電設(shè)備I位于救援井5井口附近，用于為井下三電極系提供低頻交變電流，同時(shí)也為地面信號(hào)采集設(shè)備2和地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)3供電；地表電極4為長(zhǎng)方形金屬塊，與救援井5的井口套管連接且接觸性良好，地面供電設(shè)備I的輸出端與井下三電極系相連、輸入端與地表電極I相連，地面供電設(shè)備I利用七芯電纜11為井下三電極系7通入低頻交變電流；地表電極4用于接收由井下三電極系7注入地層后在事故井6套管上聚集的向上流動(dòng)的電流及由井下三電極系7注入地層、未在事故井6套管上聚集的部分電流，以便形成電流回路；井下三電極系7的下入位置處要保證沒(méi)有套管下入，從而使井下三電極系7與救援井5井壁直接接觸，以便將接收到的電流注入電極系周圍地層中，該電流往地層中呈球形發(fā)散，同時(shí)會(huì)有部分電流在事故井6套管上聚集，形成沿套管向上、向下流動(dòng)的低頻交變電流9，根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，該低頻交變電流9將在事故井6套管周圍地層中產(chǎn)生低頻交變磁場(chǎng)10，由于向上流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與向下流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，因此向上流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)井下探管8檢測(cè)的磁場(chǎng)信號(hào)有抵消作用，為了避免向上流動(dòng)電流的影響，要求井下三電極系7和井下探管8至少相距30m,井下探管8與井下三電極系7之間用絕緣繩12相連，且井下探管8要盡量下入救援井5的底部，同時(shí)井下三電極系7本身位置處的低頻交變電流在井下探管8處產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為零，因此對(duì)井下探管8所探測(cè)的微弱磁場(chǎng)信號(hào)沒(méi)有影響；井下探管8用于探測(cè)井下探管8處的重力場(chǎng)、地磁場(chǎng)和由事故井6套管上聚集的低頻交變電流9產(chǎn)生的低頻交變磁場(chǎng)10，在測(cè)量時(shí)要求井下探管8必須靜止，否則井下探管8的旋轉(zhuǎn)或震動(dòng)將導(dǎo)致其無(wú)法精確探測(cè)到微弱的磁場(chǎng)信號(hào)；地面信號(hào)采集設(shè)備2通過(guò)測(cè)井電纜13與井下探管8相連，并接收井下探管8檢測(cè)到、由測(cè)井電纜13傳至地面的數(shù)據(jù)；地面信號(hào)采集設(shè)備2將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送到地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)3中進(jìn)行計(jì)算，得到救援井5中的井下探管8與事故井6套管的相對(duì)空間位置數(shù)據(jù)，以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示。如圖2所示，地面供電設(shè)備包括380V交流電源、升壓變壓器、交/直流變換器和頻率控制器；380V交流電源的輸出端首先通過(guò)升壓變壓器，升壓變壓器將380V交流電源提供的電壓升至1000V，經(jīng)交/直流變換器后，轉(zhuǎn)換成1000V的直流高壓，使井下三電極系7輸出能夠達(dá)到幅值為20A的電流，利用單片機(jī)控制頻率控制器使其將1000V的高壓轉(zhuǎn)換成0.25Hz頻率的交變方波電壓，然后將該交變方波電壓傳送至井下三電極系7處再做進(jìn)一步地輸出；380V交流電源的輸入端與地表電極相連。如圖3所示，井下三電極系7是基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)的電流信號(hào)發(fā)射源；井下三電極系7包括電極系電纜接口 14、電極系金屬外殼15、兩個(gè)屏蔽電極16、兩個(gè)絕緣片17和主電極18 ;井下三電極系7通過(guò)電極系電纜接口 14與七芯電纜11相連；兩個(gè)屏蔽電極16和主電極18均為圓柱體,主電極18位于中間,長(zhǎng)度為0.15m,兩個(gè)屏蔽電極16對(duì)稱地排列在主電極18的上、下兩側(cè)，屏蔽電極16的長(zhǎng)度為0.7m，兩個(gè)屏蔽電極16在內(nèi)部由短路線相連；屏蔽電極16和主電極18之間用絕緣片17隔開(kāi)，絕緣片的厚度為
0.025m;兩個(gè)屏蔽電極16、兩個(gè)絕緣片17和主電極18的直徑相同。如圖2所示，地面供電設(shè)備所提供的幅度為1000V、頻率為0.25Hz的交變方波電壓傳送至井下三電極系7處后分成兩路相同極性的輸出，其中一路保持電壓恒定輸出直接供給主電極18，另一路經(jīng)過(guò)電壓調(diào)節(jié)后供給兩個(gè)屏蔽電極16，使得三個(gè)電極上的電位趨于相等，這時(shí)沿井下三電極系7縱向的電位梯度為零，從而保證從主電極18流出的電流不會(huì)沿井軸方向流動(dòng)，保證更多的電流流入地層然后在事故井6套管上聚集。如圖4、圖5所示，井下探管8包括探管無(wú)磁外殼19、金屬無(wú)磁支架20、電纜接口電路板21、傳感器信號(hào)處理電路板22、三軸磁通門(mén)傳感器23、三軸加速度傳感器24和探管電纜接口 25 ；電纜接口電路板21、傳感器信號(hào)處理電路板22、三軸磁通門(mén)傳感器23和三軸加速度傳感器24均安裝在探管無(wú)磁外殼19內(nèi)的金屬無(wú)磁支架20內(nèi)；探管無(wú)磁外殼19為密封結(jié)構(gòu)，防止井下探管8周圍液體進(jìn)入探管，影響電路工作；井下探管8通過(guò)探管電纜接口 25與測(cè)井電纜13相連，并利用絕緣繩12與井下三電極系7相連，測(cè)井電纜用于將探管探測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送至地面信號(hào)采集設(shè)備；井下探管8內(nèi)的三軸磁通門(mén)傳感器23和三軸加速度傳感器24的z軸與井下探管8的軸線重合，X軸和y軸垂直于井下探管8的軸線；兩個(gè)傳感器的X軸位于同一個(gè)平面上，且互相平行，兩個(gè)傳感器的I軸也位于同一個(gè)平面上，亦互相平行；井下探管8內(nèi)的三軸磁通門(mén)傳感器23用來(lái)探測(cè)井下探管8處的三軸地磁場(chǎng)和事故井6套管上聚集的低頻交變電流9所產(chǎn)生的低頻交變磁場(chǎng)10的合成磁場(chǎng)數(shù)值，用于確定井下探管8與事故井6套管的間距和方位；三軸加速度傳感器24用來(lái)探測(cè)井下探管8處的三軸重力加速度數(shù)值，用于確定井下探管8自身的擺放姿態(tài)；三軸加速度傳感器24檢測(cè)到的三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸磁通門(mén)傳感器23檢測(cè)到的三軸磁場(chǎng)數(shù)據(jù)由傳感器信號(hào)處理電路板22通過(guò)電纜接口電路板21發(fā)送到測(cè)井電纜13上。三軸磁通門(mén)傳感器23的測(cè)量精度達(dá)到0.0lnT，三軸加速度傳感器24的測(cè)量精度達(dá)到0.0lgo如圖6所示，地面信號(hào)采集設(shè)備2包括電源電路、電纜接口電路和電纜信號(hào)解碼電路；電源電路用于給電纜接口電路和電纜信號(hào)解碼電路提供電源；電纜接口電路與測(cè)井電纜13相連，將測(cè)井電纜13上傳輸?shù)母邏簲?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成低壓信號(hào)，然后傳送給電纜信號(hào)解碼電路，由電纜信號(hào)解碼電路將井下探管8發(fā)送的數(shù)據(jù)解析出來(lái)，通過(guò)USB接口傳輸?shù)降孛婢仍c事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)3。地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)3包括救援井與事故井連通探測(cè)分析計(jì)算軟件和地面顯示系統(tǒng)，地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)3利用接收到的井下采集數(shù)據(jù)，通過(guò)救援井與事故井連通探測(cè)分析計(jì)算軟件，得到救援井5中的探管與事故井6套管的相對(duì)空間位置數(shù)據(jù)，利用地面顯示系統(tǒng)以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示，反饋給鉆井工程師，指導(dǎo)救援井的進(jìn)一步鉆進(jìn)?；谌姌O系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)工作原理如下:如圖7所示，將井下三電極系7近似為無(wú)絕緣環(huán)的線電極，電流密度j均勻分布；井下三電極系7全長(zhǎng)為2L。，主電極18全長(zhǎng)為2L，井下三電極系7半徑為IV且滿足A << Ltl ;井下三電極系7位于電導(dǎo)率為06的均勻地層中。取井下三電極系7的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，同時(shí)Z軸與井下三電極系7的軸線重合。當(dāng)z = O時(shí)距離原點(diǎn)I處的場(chǎng)強(qiáng)為
權(quán)利要求1.基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，包括:地面供電設(shè)備、地面信號(hào)采集設(shè)備、地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)、地表電極、井下三電極系、井下探管；其特征在于:地面供電設(shè)備位于救援井井口附近；地表電極與救援井的井口套管連接且接觸性良好，地面供電設(shè)備的輸出端與井下三電極系相連、輸入端與地表電極相連，地面信號(hào)采集設(shè)備通過(guò)測(cè)井電纜與井下探管相連，并接收井下探管檢測(cè)到、由測(cè)井電纜傳至地面的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:地面供電設(shè)備包括380V交流電源、升壓變壓器、交/直流變換器和頻率控制器；380V交流電源的輸出端首先通過(guò)升壓變壓器，升壓變壓器將380V交流電源提供的電壓升至1000V,經(jīng)交/直流變換器后，轉(zhuǎn)換成IOOOV的直流高壓，使井下三電極系輸出能夠達(dá)到幅值為20A的電流，利用單片機(jī)控制頻率控制器使其將1000V的高壓轉(zhuǎn)換成0.25Hz頻率的交變方波電壓，然后將該交變方波電壓傳送至井下三電極系處再做進(jìn)一步地輸出；380V交流電源的輸入端與地表電極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:井下三電極系包括電極系電纜接口、電極系金屬外殼、兩個(gè)屏蔽電極、兩個(gè)絕緣片和主電極；井下三電極系通過(guò)電極系電纜接口與七芯電纜相連；兩個(gè)屏蔽電極和主電極均為圓柱體，主電極位于中間，長(zhǎng)度為0.15m，兩個(gè)屏蔽電極對(duì)稱地排列在主電極的上、下兩側(cè)，屏蔽電極的長(zhǎng)度為0.7m，兩個(gè)屏蔽電極在內(nèi)部由短路線相連；屏蔽電極和主電極之間用絕緣片隔開(kāi)，絕緣片的厚度為0.025m;兩個(gè)屏蔽電極、兩個(gè)絕緣片和主電極的直徑相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:地面供電設(shè)備所提供的幅度為1000V、頻率為0.25Hz的交變方波電壓傳送至井下三電極系處后分成兩路相同極性的輸出，其中一路保持電壓恒定輸出直接供給主電極，另一路經(jīng)過(guò)電壓調(diào)節(jié)后供給兩個(gè)屏蔽電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:井下探管包括探管無(wú)磁外殼、金屬無(wú)磁支架、電纜接口電路板、傳感器信號(hào)處理電路板、三軸磁通門(mén)傳感器、 三軸加速度傳感器和探管電纜接口 ；電纜接口電路板、傳感器信號(hào)處理電路板、三軸磁通門(mén)傳感器和三軸加速度傳感器均安裝在探管無(wú)磁外殼內(nèi)的金屬無(wú)磁支架內(nèi)；探管無(wú)磁外殼為密封結(jié)構(gòu)；井下探管通過(guò)探管電纜接口與測(cè)井電纜相連，并利用絕緣繩與井下三電極系相連，測(cè)井電纜用于將井下探管探測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送至地面信號(hào)采集設(shè)備；井下探管內(nèi)的三軸磁通門(mén)傳感器用來(lái)探測(cè)井下探管處的三軸地磁場(chǎng)和事故井套管上聚集的低頻交變電流所產(chǎn)生的低頻交變磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)數(shù)值，用于確定井下探管與事故井套管的間距和方位；三軸加速度傳感器用來(lái)探測(cè)井下探管處的三軸重力加速度數(shù)值，用于確定井下探管自身的擺放姿態(tài)；三軸加速度傳感器檢測(cè)到的三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸磁通門(mén)傳感器檢測(cè)到的三軸磁場(chǎng)數(shù)據(jù)由傳感器信號(hào)處理電路板通過(guò)電纜接口電路板發(fā)送到測(cè)井電纜上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:地面信號(hào)采集設(shè)備包括電源電路、電纜接口電路和電纜信號(hào)解碼電路；電源電路用于給電纜接口電路和電纜信號(hào)解碼電路提供電源；電纜接口電路與測(cè)井電纜相連，將測(cè)井電纜上傳輸?shù)母邏簲?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成低壓信號(hào)，然后傳送給電纜信號(hào)解碼電路，由電纜信號(hào)解碼電路將井下探管發(fā)送的數(shù)據(jù)解析出來(lái)，通過(guò)USB接口傳輸?shù)降孛婢仍c事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:地表電極為長(zhǎng)方形金屬塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:井下三電極系和井下探管至 少相距30m。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于三電極系的救援井與事故井連通探測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括地面供電設(shè)備、地面信號(hào)采集設(shè)備、地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)、地表電極、井下三電極系、井下探管；地面供電設(shè)備為井下三電極系、地面信號(hào)采集設(shè)備和地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)供電；地面信號(hào)采集設(shè)備將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送到地面救援井與事故井連通探測(cè)計(jì)算系統(tǒng)中進(jìn)行計(jì)算，并以數(shù)字、文字和/或圖形的方式顯示。本實(shí)用新型采用井下三電極系作為電流信號(hào)發(fā)射源，保證從主電極流出的電流不會(huì)沿救援井井軸方向流動(dòng)、可以直接探測(cè)救援井井底到事故井的距離和方位，避免了累積誤差，適用于事故井井口附近無(wú)法靠近的工況，可以在深井中正常工作。
文檔編號(hào)E21B47/13GK202970701SQ20122061469
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者李翠, 高德利, 刁斌斌, 吳志永 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)