《一种通过测量地磁场梯度定位井下套管的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种通过测量地磁场梯度定位井下套管的方法.pdf（6页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN102094631A43申请公布日20110615CN102094631ACN102094631A21申请号201110036740722申请日20110212E21B47/024200601E21B47/0920060171申请人北京六合伟业科技有限公司地址100070北京市丰台区南四环西路188号12区39号楼72发明人冯建宇张耀辉54发明名称一种通过测量地磁场梯度定位井下套管的方法57摘要本发明公开了一种通过测量地磁场梯度定位井下套管的方法，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。
2、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。本发明方法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。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页CN102094637A1/1页21一种通过测量地磁场梯度定位井下套管的方法，其特征在于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，主要实现步骤（1）将磁场测量的仪器放入井下。
3、，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。2根据权利要求1所述一种通过测量地磁场梯度定位井下丢失套管的方法，其特征在于磁场测量仪器的三轴磁场计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。权利要求书CN102094631ACN102094637A1/3页3一种通过测量地磁场梯度定位井下套管的方法技术领域0001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。
4、于地壳运动而丢失的套管的方法。背景技术0002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。
5、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0003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。0004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。
6、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（，）参数，为磁偶极矩与Z轴正方向上的夹角；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。0005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。
7、图说明0006下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。0007图1是本发明定位方法的流程图。说明书CN102094631ACN102094637A2/3页40008图2是本发明使用的磁场测量仪器结构图。0009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0010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。0011（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。
8、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。0012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。0013（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。
9、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OXYZ，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。0014设OX,OY,OZ与OZ轴的夹角分别为X，Y，Z，其在平面上的投影与OX轴的夹角分别为X，Y，Z。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BX，BY，BZ有如下关系地面处理软件通过上述公式进行修正传感器正交性误差修正。0015（3）区域定位由于定位方法采用的是非线性最优化算法，如果代入算法的初始值越接近计算结果，将减少定位算法所耗费的时间，提高定位算法的效率，因此通过对前期处理后的采集值进行简单的区域。
10、定位，能得到一个接近于精确定位的区域位置信息。将井下磁场梯度阵列使用九宫格的9个顶点处的|B|的和作为判断函数，就可以确定丢失套管在井下磁场梯度平面上的投影是落在|B|的和最大的的一个九宫格内的。00162基于非线性最小二乘定位方法的软件实现。0017非线性最小二乘法公式说明书CN102094631ACN102094637A3/3页5该方法是以误差的平方和最小为准则来估计非线性静态模型参数的一种参数估计方法。设非线性系统的模型为，式中Y是系统输出，X是输入，是参数，这里的非线性是指对参数的非线性模型。在估计参数时模型的形式F是已知的，经过N次实验取得数据（X1，Y1），（X2，Y2），（XN，。
11、YN）。估计参数的准则（或称为目标函数）选为模型的误差平方和。非线性最小二乘法就是求使Q达到极限的参数估计值变。由于F的非线性，需要采用复杂的优化算法来求解，采用搜索算法，按一定的规则选择若干参数值，分别计算他们的目标函数达到最小的参数值。如此继续进行，直到选不出更好的参数为止。0018由于定位方法采用的是非线性最优化算法，该算法以每个待估计的参数为设计变更，以与设计变量相关的误差函数作为目标函数，在定位算法中误差函数的计算公式如43所示。式中FIX，FIY，FIZ代表第I个传感器的X轴，Y轴，Z轴计算出的误差函数值。XIX，YIX，ZIX代表第I个传感器模块的X轴传感器的3个坐标，XIY，Y。
12、IY，ZIY代表第I个传感器模块的Y轴传感器的3个坐标，以此类推。其中坐标值需要参照传感器坐标原点的设置表和传感器坐标原点的偏移值，其数值为每个传感器模块三轴的原点和每个传感器相对于该点偏移量的矢量和。0019其中分别是对应轴向的传感器到丢失套管的距离。0020在图2中，本发明使用的磁场测量仪器结构图由上连接头（1）、减震器（2）、三轴磁场计（3）、定向杆（4）采用丝扣连接组成，其中定向杆（5）的高边角与三轴磁场测量计（3）工具面角一致。减震器（2）为三轴磁场测量计（3）提供保护，避免其受到振动导致损坏。定向杆（5）用于确定本发明仪器的工具面零度角。0021以上对本发明方法及系统的实施例进行了。
13、详细介绍，并阐述了具体操作方法，整个流程图如图2所示。由于在不同的地域地磁场存在差异，即使在同一地方不同季节，甚至同一天的早上晚上都存在差异。所以制定出通过井下数据直接查得方位的参考表工作量巨大，而且难以实现。经过大量实验本方法是最实用，易于实现的方法。另外此方法适合于浅层断裂套管的定位，如果断裂处太深，断裂处的磁场与地面的磁场差异较大，难以实现场景复现。对于本领域的一般技术人员，依据本发明方法的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本方法发明使用的限制。说明书CN102094631ACN102094637A1/1页6图1图2说明书附图CN102094631A。