基于旋转磁偶极子的钻井轨迹高精度导向定位方法

doi:10.7623/syxb201102024

石油学报 ›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (2): 335-339.DOI: 10.7623/syxb201102024

基于旋转磁偶极子的钻井轨迹高精度导向定位方法

宗艳波 1 张军 1 史晓锋 1 孙峰 2

1北京航空航天大学电子信息工程学院北京 100191； 2中国石化胜利石油管理局钻井工艺研究院山东东营 257017

收稿日期:2010-08-02 修回日期:2010-10-14 出版日期:2011-03-25 发布日期:2011-05-25
通讯作者: 宗艳波
作者简介:宗艳波，男，1979年1月生， 2009年获天津大学博士学位，现在北京航空航天大学博士后流动站，主要从事随钻测量方面的研究。
基金资助:
国家高技术研究发展计划（863）项目（2009AA093501）资助。

A high-precision guidance method of wellbore trajectory based on the rotary magnetic dipole

ZONG Yanbo 1 ZHANG Jun 1 SHI Xiaofeng 1 SUN Feng 2

Received:2010-08-02 Revised:2010-10-14 Online:2011-03-25 Published:2011-05-25

摘要/Abstract

摘要：

传统随钻测量无法满足水平对接连通井、蒸汽辅助重力驱油中的成对平行井钻井等复杂结构井高精度导向定位技术需求。为直接测量钻头与目标靶点的距离及方位信息，提出了一种基于旋转磁偶极子模型的高精度导向定位方法。通过对动态旋转磁偶极子的磁信号空间传播规律的研究发现，旋转磁偶极子可以等效为正交磁偶极子的叠加，并且存在能够对旋转磁偶极子进行导向定位的特征磁场信号，该特征信号可以通过希尔伯特变换对三轴可测磁信号进行相位解调和幅度解调获得。仿真结果表明，钻头越接近目标靶点，定位误差越小，定位精度越高。基于旋转磁偶极子的钻井轨迹高精度导向定位方法对SAGD成对平行井、煤层气开发水平对接连通井及可溶性盐卤矿井高精度钻井轨迹导向定位具有重要应用价值。

关键词: 复杂结构井, 随钻测量, 导向定位, 旋转磁偶极子, 磁场信号解调

Abstract:

As traditional measurement-while-drilling (MWD) techniques can not meet the high-precision guidance requirement of complex structure wells, such as horizontal intersection wells and steam assisted gravity drainage (SAGD) parallel wells in heavy oil development, the present paper proposed a high-precision guidance method based on the rotary magnetic dipole model, aiming at directly measuring the relative position and orientation between drill-bit and target-point. By investigating signal propagation rules of the rotary magnetic dipole, the paper demonstrated that the rotary magnetic dipole could be an equivalent of two perpendicular magnetic dipoles, and there existed a characteristic magnetic intensity signal, which could position the rotary magnetic dipole and be determined with the phase demodulation and amplitude demodulation of triaxial measureable magnetic signals by using the Hilbert Transform. The simulation results showed that the closer the rotary magnetic dipole to the target point, the smaller the positioning error, and the more accurate the orientation. The high-precision guidance method of wellbore trajectory based on the rotary magnetic dipole was of great value in drilling SAGD parallel wells in heavy oil development and horizontal intersection wells in coalbed methane development as well as in soluble salt mine development.

Key words: complex structure well, measurement-while-drilling(MWD), guidance, rotary magnetic dipole, magnetic-field signal demodulation

宗艳波张军史晓锋孙峰. 基于旋转磁偶极子的钻井轨迹高精度导向定位方法[J]. 石油学报, 2011, 32(2): 335-339.

ZONG Yanbo ZHANG Jun SHI Xiaofeng SUN Feng. A high-precision guidance method of wellbore trajectory based on the rotary magnetic dipole[J]. Editorial office of ACTA PETROLEI SINICA, 2011, 32(2): 335-339.

参考文献

[1]张绍槐．现代导向钻井技术的新进展及发展方向[J]．石油学报，2003，24(3)：82-85.

Zhang Shaohuai．New progress and development direction of modern steering drilling techniques[J]．Acta Petrolei Sinica，2003，24(3)：82-85.[2]Macmillan S，McKay A，Grindrod S．Confidence limits associated with values of the earth’s magnetic field used for directional drilling[R]．SPE 119851，2009.

[3]Pecht E，Mintchev M P．Observability analysis for INS alignment in horizontal drilling[J]．IEEE Trans．Instrum．Meas.，2007，56(5)：1935-1945.

[4]Kuckes A F，Hay R T，McMahon J，et al．New electromagnetic surveying/ranging method for drilling parallel horizontal twin wells[R]．SPE 27466，1996.

[5]胡汉月，向军文，刘海翔，等．SmartMag定向中靶系统工业试验研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2010，37(4)：6-10.

Hu Hanyue，Xiang Junwen，Liu Haixiang，et al．Industrial test research on SmartMag target-hitting guidance system[J]．Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling)，2010，37(4)：6-10.

[6]王以法，管志川．新一代地下定位系统[J].石油学报，2002，23(1)：77-82.

Wang Yifa，Guan Zhichuan．The new underground positioning system[J]．Acta Petrolei Sinica，2002，23(1)：77-82.

[7]李子丰，戴江．对接水平井及其井间导航轨道控制技术[J].天然气工业，2008，28(2)：70-72．

Li Zifeng,Dai Jiang．Controlling technique on navigating path of horizontal butt well and cross-well[J]．Natural Gas Industry，2008，28(2)：70-72.

[8]王德桂，高德利．管柱形磁源空间磁场矢量引导系统研究[J]．石油学报，2008，29(4)：608-611．

Wang Degui，Gao Deli．Study of magnetic vector guide system in tubular magnet source space[J]．Acta Petrolei Sinica，2008，29(4)：608-611.

[9]Marschner U，Fischer W J．Indirect measurement of a bar magnet position using a hall sensor array[J]．IEEE Transactions on Magnetics，2007，43(6)：2728-2730.

[10]Marple L S Jr．Computing the discrete-time“analytic” signal via FFT[J].IEEE Transactions on Signal Processing，1999，47(9)：2600-2603.

[1]	宗艳波, 王磊, 史晓锋. SAGD成对水平井磁导向测距仪研制与应用[J]. 石油学报, 2016, 37(11): 1428-1434.
[2]	祝效华, 张智, 常学军, 李良川. 复杂结构井磨损套管连接螺纹的三维力学行为[J]. 石油学报, 2015, 36(6): 748-753.
[3]	杨勇, 邵兵, 王风锐, 倪元勇, 田炜, 崔树清, 杨益涵, 闫相祯. 复杂结构井管柱力学模型及动态三维数字井筒[J]. 石油学报, 2015, 36(3): 385-394.
[4]	李　翠　高德利　沈　跃 . 钻井液压力脉宽及脉位多进制相移键控信号分析[J]. 石油学报, 2013, 34(1): 178-183.
[5]	卓鲁斌葛云华张富成汪海阁袁智龙　平 . 碳酸盐岩油气藏气侵早期识别技术[J]. 石油学报, 2012, 33(S2): 174-180.
[6]	李忠伟王瑞和房军. 无线随钻测量系统的数据报协议[J]. 石油学报, 2011, 32(5): 887-892.
[7]	沈跃朱军苏义脑盛利民李林. 钻井液压力正交相移键控信号沿定向井筒的传输特性[J]. 石油学报, 2011, 32(2): 340-345.
[8]	沈跃, 苏义脑, 李林, 李根生. 钻井液连续压力波差分相移键控信号的传输特性分析[J]. 石油学报, 2009, 30(4): 593-597,602.
[9]	韩国庆, 毛凤英, 吴晓东, 安永生. 非对称鱼骨状分支井形态优化模型[J]. 石油学报, 2009, 30(1): 92-95.
[10]	沈跃, 苏义脑, 李林, 李根生. 井下随钻测量涡轮发电机的设计与工作特性分析[J]. 石油学报, 2008, 29(6): 907-912.
[11]	赵建辉, 王丽艳, 盛利民, 王家进. 去除随钻测量信号中噪声及干扰的新方法[J]. 石油学报, 2008, 29(4): 596-600.
[12]	刘修善. 钻井液脉冲沿井筒传输的多相流模拟技术[J]. 石油学报, 2006, 27(4): 115-118.
[13]	蔡文军, 王平, 祝远征, 陈国明. 机械式无线随钻测斜仪设计方案及关键技术[J]. 石油学报, 2006, 27(2): 103-106.
[14]	闫文辉, 彭勇, 张绍槐. 旋转导向钻井工具的研制原理[J]. 石油学报, 2005, 26(5): 94-97.
[15]	李琪, 何华灿, 张绍槐. 复杂地质条件下复杂结构井的钻井优化方案研究[J]. 石油学报, 2004, 25(4): 80-83.

基于旋转磁偶极子的钻井轨迹高精度导向定位方法

A high-precision guidance method of wellbore trajectory based on the rotary magnetic dipole

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