一种油气井套管测距设备及其测距方法与流程

1.本发明涉及油气钻井领域，具体而言，涉及一种油气井套管测距设备及其测距方法。


背景技术：

2.石油等一些埋藏在地下的矿藏资源，在当今社会被广泛应用。由于社会的快速发展，需要消耗大量资源，而一些埋藏深度较浅的资源已被大量开采，为了满足日益增长的能源需求，埋藏较深的资源被越来越多的开采。
3.由于资源埋藏较深，油气井钻探的深度也越来越大，并且，一些复杂结构的钻井，对邻近油气井套管距离要求进行随钻探测。目前，还没有能够直接有效的探测邻近油气井套管位置的设备。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种油气井套管测距设备及其测距方法，以解决邻近油气井套管位置探测的问题。
5.本发明提供一种油气井套管测距设备，包括：
6.无磁本体；
7.无磁延长短节，所述无磁延长短节与所述无磁本体连接；
8.供电模块，安装在所述无磁延长短节上；
9.分别于与所述供电模块连接的电源管理模块、数据采集模块及信号传输模块；
10.n个电磁测距单元，每个所述电磁测距单元包括一个电磁测距探头、一个与所述电磁测距探头连接的扭矩测量组件，n为大于2的整数；
11.无磁防护罩，所述无磁防护罩安装在无磁本体外侧；
12.各所述电磁测距单元在所述无磁本体上的高度或/方位角不同；
13.各所述扭矩测量组件设置在所述无磁本体中并与所述电源管理模块、所述数据采集模块及所述信号传输模块连接；所述电磁测距探头通电后，所述邻近油气井套管使所述电磁测距探头产生扭矩，所述扭矩测量组件用于测量所述扭矩并将测量的扭矩信息发送至所述数据采集模块及所述信号传输模块。
14.作为优选的技术方案，所述电磁测距探头在所述无磁本体的圆周方向上等距分布形成探测组。
15.作为优选的技术方案，所述探测组至少有两个。
16.作为优选的技术方案，相邻两所述探测组之间的间隔不小于3米。
17.作为优选的技术方案，所述扭矩测量组件包括扭矩传递杆、扭矩测量杆、应变传感器，所述扭矩测量杆固定安装在所述无磁本体中，所述应变传感器与所述扭矩测量杆连接；
18.所述扭矩传递杆一端与所述电磁测距探头连接，另一端与所述扭矩测量杆连接。
19.作为一种优选的技术方案，所述无磁延长短节至少有两个。
20.本发明还提供了一种油气井套管测距方法，包括：
21.供电模块响应于预设探测指令，向至少两个电磁测距单元供电；
22.各扭矩测量组件分别获取各所述电磁测距探头的扭矩信息，并将各所述扭矩信息发送至数据采集模块及信号传输模块；
23.所述数据采集模块及信号传输模块将所述扭矩信息发送至处理模块，所述处理模块根据各所述扭矩信息获取邻近油气井套管的位置信息。
24.本方案的供电模块根据预设探测指令，向无磁本体上不同位置的电磁测距探头供电，电磁测距探头通电后，会与邻近油气井的套管产生相互的吸引力，扭矩测量组件测量电磁测距探头受到的扭矩，由于不同位置、不同方位角的电磁测距探头受到的扭矩不同，根据测量的扭矩即可计算得到邻井的相对位置。有效的解决了邻井之间位置探测的问题，并且设备结构简单，成本低。
25.作为一种优选的技术方案，所述供电模块响应于预设探测指令，向至少两个电磁测距单元供电，包括：
26.所述处理模块接收控制指令；
27.根据所述控制指令，所述处理模块在预设的指令对照表中寻找与所述控制指令对应的预设探测指令；
28.所述处理模块向所述电源管理模块发送预设探测指令；
29.所述电源管理模块控制所述供电模块向至少两个电磁测距单元供电。
30.在邻井探测过程中，根据实际情况，例如钻井的深度，钻井的类型等，对邻井探测往往有不同的要求。常见的，较深的井道，如果测量使用少量电磁测距探头，或者说是位置类似的电磁测距探头，其测量结果偶尔会出现偏差。因此，本方案对多个电磁测距探头的供电顺序做编排，使其形成多种预设探测指令，操作人员可以根据实际情况输入控制指令。这些控制指令和预设探测指令构成指令对照表，预存在处理模块中，操作人员输入控制指令至处理模块，处理模块即可根据控制指令在指令对照表中寻找对应的预设探测指令，并将预设探测指令发送给电源管理、数据采集及信号传输模块，电源管理、数据采集及信号传输模块控制控制供电模块给电磁测距探头供电。
31.作为一种优选的技术方案，所述预设探测指令包括第一供电排序指令、第二供电排序指令、第三供电排序指令；
32.所述第一供电排序指令为，沿着无磁本体轴向方向，自下向上，依次给处于同一方位角的电磁测距探头供电；
33.所述第二供电排序指令为，向处于无磁本体同一圆周方向上的电磁测距探头依次供电；
34.第三供电排序指令为，向处于无磁本体同一圆周方向上的电磁测距探头同时供电。
35.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过供电模块，向不同位置的电磁测距探头供电，使得电磁测距探头通电后，与邻井的套管产生相互的吸引力，扭矩测量组件测量电磁测距探头受到的扭矩，由于不同位置、不同方位角的电磁测距探头受到的扭矩不同，根据测量的扭矩信息即可计算得到邻井套管的相对位置。有效的解决了邻井之间位置探测的问题，并且设备结构简单，成本低。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
37.图1为本发明第一实施例的测距设备的示意图；
38.图2为本发明第一实施例的测距设备的剖面图；
39.图3为本发明第二实施例的测距方法的流程图。
40.图标：1
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钻杆，2
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无磁延长短节，3
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无磁本体，4
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电磁测距探头。5
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压片，6
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抗弯圆筒，7
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应变传感器，8
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扭矩测量杆，9
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扭矩传递杆。
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
42.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.实施例一
44.如图1、图2所示，本实施例提出一种油气井套管测距设备，包括：钻杆1、无磁本体3，无磁延长短节2，无磁防护罩，供电模块、电源管理模块、数据采集模块及信号传输模块、多个电磁测距单元。
45.其中，每个所述电磁测距单元包括一个电磁测距探头4、与所述电磁测距探头4连接的一个扭矩测量组件。
46.所述无磁防护罩安装在无磁本体外侧，所述无磁延长短节与所述无磁本体连接，供电模块安装在所述无磁延长短节2上；电源管理模块、数据采集模块及信号传输模块与所述供电模块连接；电磁测距探头4从所述无磁本体3中露出，外面设有无磁防护罩，各电磁测距探头4均与所述供电模块连接，各所述电磁测距探头4在所述无磁本体3上的高度和/或方位角不同；各所述扭矩测量组件设置在所述无磁本体3中并与所述电源管理模块、数据采集模块及信号传输模块连接，所述电磁测距探头4通电后，所述邻近油气井套管使所述电磁测距探头4产生的扭矩，所述扭矩测量组件用于测量所述扭矩并将测量的扭矩信息发送至所述数据采集模块及信号传输模块。
47.上述实施方式中，供电模块相扭矩测量组件供电，并且向无磁本体3上的不同位置的电磁测距探头4供电，由于电磁测距探头4通电后，与邻近油气井套管产生相互的吸引力，扭矩测量组件能够测量电磁测距探头4受到的扭矩，并且，由于电磁测距探头4在无磁本体3上的高度不同和/或电磁测距探头4与邻近油气井套管的方位角不同，使得电磁测距探头4受到的扭矩不同，根据测量的这些扭矩信息即可计算得到邻井的相对位置。有效的解决了
邻井之间位置探测的问题，并且设备结构简单，成本低。
48.上述提到的所述电磁测距探头4在所述无磁本体3上的高度和/或方位角不同，包括但不限于有以下几种实施方式。
49.第一种，电磁测距探头4在所述无磁本体3圆周方向上等距分布形成探测组。在同一圆周上的电磁测距探头4，其所处高度相同，但是与邻近油气井套管的方位角不同，因此，电磁测距探头4通电之后，不同的电磁测距探头4对于同一邻近油气井套管会产生不同的扭矩，根据这些扭矩可以计算出邻井的相对位置。
50.第二种，电磁测距探头4在所述无磁本体3圆周方向上等距分布形成探测组，所述探测组至少有两个，常见的是设置3个探测组。由于一些钻井并不是垂直钻探的，因此还需要考虑邻井之间是否平行的问题，而本实施方式设置两个或两个以上探测组，探测组因为不处于同一圆周，所以在无磁本体3上的高度不同，这样，通过测量多个探测组中的电磁测距探头4的扭矩，可以分析得到邻近油气井套管与我方钻井之间是否平行，或者按照当前钻井趋势，两个钻井之间的夹角，这些数据可以作为技术人员后续施工作业的参考依据。另外，优选的，所述相邻的探测组之间的间隔不小于3米。因为电磁测距探头4通电后会产生的磁场，彼此之间会造成一定的干扰，为了减小这种干扰，将探测组之间间隔一定的距离，经过试验计算，优选间隔3米及以上，其所产生的干扰对本实施方式中的测量就属于可以容忍的范围。
51.第三种，电磁测距探头4在所述无磁本体3上呈螺旋式分布，且相邻的电磁测距探头4间隔距离相等。该种分布方式实现的效果与第二种分布方式类似，此处不再赘述。
52.本实施例还给出了扭矩测量组件的实施方式，所述扭矩测量组件包括扭矩传递干9、扭矩测量杆8、应变传感器7，所述扭矩测量杆8固定安装在所述无磁本体3内，所述应变传感器7与所述扭矩测量杆8连接；所述扭矩传递干9一端与所述电磁测距探头4连接，另一端与所述扭矩测量杆8连接。
53.另外，值得一提的是，所述无磁本体3包括壳体、设置在壳体内的压片5、与所述压片5连接的轴承、与所述轴承连接的抗弯圆筒6；所述电磁测距探头4安装在所述抗弯圆筒6上。无磁本体3和无磁延长短节2不会被磁化，不会干扰电磁测距探头4的磁场。一般无磁本体3比较长，但是无磁本体3直径不大，为了防止电磁测距探头4在较大拉力下变形，抗弯圆筒6刚性比较大；并且，抗弯圆筒6可自由旋转，便于通过扭矩传递干9将扭矩传给扭矩测量杆8，扭矩测量杆8两端固定，不能旋转，通过应变传感器7测量扭矩测量杆8的应变。
54.具体的说，电磁测距探头4通电产生磁场，与相邻套管相互吸引，如果方向不是正对着，电磁测距探头4有旋转的趋势。电磁测距探头4可以围绕抗弯圆筒6自由转动，其作用力可以通过扭矩传递杆9作用在易发生弹性变形的扭矩测量杆8上。扭矩测量杆8不能转动，但其受到扭转作用力会产生应变，我们需要的就是，在扭矩测量杆8受到扭转作用力时的扭矩信息，这个扭矩信息反映了电磁测距探头4的受力大小。
55.上述提到的抗弯圆筒，因其刚度大，电磁测距探头4所受的作用力不足以使其发生变形。在电磁测距探头4受轴向分力(拉力)作用时，抗弯圆筒6不变形，保持作用在扭矩测量杆8上的力矩的力臂长度不变。
56.在电磁测距探头4受周分力(切向旋转分力)作用时，能转动的抗弯圆筒6不阻碍这个作用力通过扭矩传递杆9作用在扭矩测量杆8上。
57.作为一种优选的技术方案，所述无磁延长短节2至少有两个。
58.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过供电模块，向不同位置的电磁测距探头4供电，使得电磁测距探头4通电后，与邻井的套管产生相互的吸引力，扭矩测量组件测量电磁测距探头4受到的扭矩，由于不同位置、不同方位角的电磁测距探头4受到的扭矩不同，根据测量的扭矩信息即可计算得到邻井的相对位置。有效的解决了邻井之间位置探测的问题，并且设备结构简单，成本低。
59.实施例二
60.如图3所示，本实施例提供一种油气井套管测距方法，包括：
61.步骤s1，供电模块响应于预设探测指令，向至少两个电磁测距单元供电；
62.其中，步骤s1具体为：
63.s101所述处理模块接收控制指令；
64.s102根据所述控制指令，所述处理模块在预设的指令对照表中寻找与所述控制指令对应的预设探测指令；
65.s103所述处理模块向所述电源管理模块发送预设探测指令；
66.s104所述电源管理模块控制所述供电模块向至少两个电磁测距单元供电。
67.在邻井探测过程中，根据实际情况，例如钻井的深度，钻井的类型等，对邻井探测往往有不同的要求。常见的，较深的井道，如果测量使用少量电磁测距探头，或者说是位置类似的电磁测距探头，其测量结果偶尔会出现偏差。因此，本实施例对多个电磁测距探头的供电顺序做编排，将供电排序形成多种预设探测指令，操作人员可以根据实际情况输入控制指令。这些控制指令和预设探测指令构成指令对照表，指令对照表预存在处理模块中。操作人员输入控制指令至处理模块，处理模块即可根据控制指令在指令对照表中寻找对应的预设探测指令，并将预设探测指令发送给电源管理、数据采集及信号传输模块，电源管理、数据采集及信号传输模块控制供电模块给电磁测距探头供电，电磁测距探头通电后与相邻套管产生相互的吸引力，扭矩测量组件测量电磁测距探头受到的扭矩，扭矩信息经数据采集模块与传输模块传输到处理模块，处理模块根据获得的扭矩信息即可计算得到被测套管的相对距离，相对距离的计算方法为现有技术，简单来说，就是通过实验室设计实验装置，将装置中的永磁体代表电磁测距探头，通过改变永磁体与金属套管的角度或位置，测量永磁体的旋转扭矩，从而获得大量数据，根据这些数据构建测距模型公式，此处不再赘述。
68.步骤s2，各扭矩测量组件分别获取各所述电磁测距探头的扭矩信息，并将各所述扭矩信息发送至数据采集模块及信号传输模块；
69.步骤s3，所述数据采集模块及信号传输模块将所述扭矩信息发送至处理模块，所述处理模块根据各所述扭矩信息获取邻近油气井套管的位置信息。
70.需要说明的是，上述提到的预设探测指令有多种实施方式，但是预设探测指令包括但不限于以下几种实施方式。
71.具体的说，所述预设探测指令包括第一供电排序指令、第二供电排序指令、第三供电排序指令；
72.所述第一供电排序指令为，沿着无磁本体轴向方向，自下向上，依次给处于同一方位角的电磁测距探头供电；
73.所述第二供电排序指令为，向处于无磁本体同一圆周方向上的电磁测距探头依次
供电；
74.第三供电排序指令为，向处于无磁本体同一圆周方向上的电磁测距探头同时供电。
75.第一供电排序指令和第二供电排序指令，都是每次只给一个电磁测距探头供电并测量，这样的好处在于，避免电磁测距探头之间的电磁干扰影响。而第三供电排序指令，虽然是对多个电磁测距探头同时供电，但是由于这些电磁测距探头处于同一圆周上，且大部分为等距对称分布，因此，彼此间的电磁干扰可以相互抵消，对于邻井探测的影响可以忽略不计。
76.另外，值得一提的是，控制指令包括第一执行指令、第二执行指令、第三执行指令；
77.所述第一执行指令为所述处理模块向所述供电模块发送一个预设探测指令；
78.所述第二执行指令为所述处理模块向所述供电模块依次发送至少两个不同的预设探测指令；
79.所述第三执行指令为所述处理模块向所述供电模块依次发送全部预设探测指令。
80.操作人员可以根据具体情况，选择合适的控制指令，以满足实际钻井需求，尤其钻井较深时，钻井结构复杂等情况下，第二执行指令和第三执行指令，可以使测量结果更加准确。而第一执行指令更适用于简单的邻井探测，可以兼顾时间效率，因为探测环境为地下，信号数据传输受限，第一执行指令，其探测的数据较小，便于传输。
81.综上所述，本实施例的供电模块根据预设探测指令，向不同位置的电磁测距探头供电，电磁测距探头通电后，会与邻井的套管产生相互的吸引力，扭矩测量组件测量电磁测距探头受到的扭矩，由于不同位置、不同方位角的电磁测距探头受到的扭矩不同，处理模块根据测量的扭矩即可计算得到邻井的位置信息。有效的解决了邻井之间位置探测的问题，并且设备结构简单，成本低。
82.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。