一种磁导向钻具、相关系统及方法与流程
本发明涉及油气钻井，特别涉及一种磁导向钻具、相关系统及方法。
背景技术：
1、在油气钻井作业中，钻具组合是实现井眼轨迹控制的关键，是关系到安全、高效、优质钻井作业重要因素。现有技术中通过组合钻头、井下动力钻具、稳定器、各种接头、井下工具、钻铤、加重钻杆、钻杆中的全部或部分实现井下安全高效钻井作业，形成了包括防斜、增斜、稳斜等不同形式的钻具组合。早期钻具组合的各个部件都是具有一定磁性的铁质材料制成，这些部件会影响磁性测量装置的使用。为了解决定向钻井时随钻测量仪(measurement while drilling，wmd)等磁性测量装置的应用，研制了无磁钻铤，一般是在wmd安装位置组合1～2根(约18～20m)无磁钻铤。
2、在煤层气连通井、救援井、可溶性矿物开采钻井中，为了实现井下两口目标井的连通目标，可以通过用磁性导向仪器测量磁性信号源和仪器位置的距离和方位信息，来控制井眼轨迹的磁导向钻技术。为解决钻具磁性对测量影响，磁导向钻井采用在钻具中增加人工强磁信号源强度，将磁场检测仪放置在钻头前方的方案。这种技术方案可降低钻具磁性对磁场检测仪的影响，基本可以满足现有煤层气连通井、救援井、可溶性矿物开采钻井作业需求。
技术实现思路
1、为了扩大磁导向钻技术的应用范围，在包括穿越钻探在内的其他场景下实现通过用磁场检测仪测量磁性信号源与磁场检测仪自身的距离和方位信息，来控制井眼轨迹，提出了本发明，以便提供一种磁导向钻具、相关系统及方法。
2、第一方面，本发明实施例提供一种磁导向钻具，包括依次连接的钻头、磁短接、井下动力钻具、第一无磁连接工具、mwd、第一稳定器和第二连接工具；
3、所述井下动力钻具靠近所述磁短接的第一端设置有第二稳定器，所述第二稳定器与所述磁短接连接；
4、所述井下动力钻具能够驱动所述磁短接和所述钻头同步旋转，并形成旋转磁场；
5、所述第二连接工具能够旋转并带动所述钻头、磁短接、井下动力钻具、第一无磁连接工具、mwd和第一稳定器旋转；
6、所述的磁短接的磁场强度大于预设磁场强度；所述预设磁场强度大于待钻井作业地的地磁强度和钻具剩余磁场强度的矢量和；
7、所述磁导向钻具能够下入待钻水平井的水平井段，且在使用过程中，所述磁短接的前方、后方或者侧方可以存在下入穿越井的磁场检测仪；其中所述待钻水平井与穿越井的位置存在异面交叉关系。
8、在一个或一些可选的实施例中，所述第一稳定器、所述第二连接工具均为非磁性材料，且所述井下动力钻具至所述第二连接工具的最大距离为m，其中，m大于所述磁场检测仪可检测到的所述旋转磁场所处的位置的最大距离；
9、在使用过程中，所述第二连接工具保持或停止旋转，所述井下动力钻具旋转，以测量所述磁场检测仪和所述钻头的空间距离和方位。
10、在一个或一些可选的实施例中，所述第一稳定器、所述第二连接工具均为钢铁材质；
11、在使用过程中，当所述磁场检测仪位于所述钻头的前方时，所述第二连接工具保持或停止旋转，所述井下动力钻具保持旋转，以测量所述磁场检测仪和所述钻头的空间距离和方位；
12、当所述磁场检测仪位于所述钻头的两侧或后方时，所述第二连接工具停止旋转，所述井下动力钻具保持旋转，以测量所述磁场检测仪和所述钻头的空间距离和方位。
13、在一个或一些可选的实施例中，所述井下动力钻具的外壳体前端预设距离的轴线与所述井下动力钻具的外壳体的主轴线具有弯角，所述弯角为0.75～1.5°。
14、在一个或一些可选的实施例中，所述第二稳定器的外径比所述的钻头小r1；
15、所述第一稳定器的外径比所述的钻头的外径小r2；其中r1大于r2。
16、在一个或一些可选的实施例中，所述第一无磁连接工具为无磁钻铤或无磁加重钻杆；
17、所述第二连接工具，包括钻铤、加重钻杆、钻杆、转换接头、井下震击器、旁通循环短接、减震器、随钻地质测量装置、温压力测量仪、震动检测仪和水力振荡器中的至少一种。
18、在一个或一些可选的实施例中，所述的磁导向钻具，还包括：第三连接工具；
19、所述第三连接工具与所述第二连接工具连接；所述第三连接工具，包括钻铤、加重钻杆、钻杆、转换接头、井下震击器、旁通循环短接、减震器、随钻地质测量装置、温压力测量仪、震动检测仪和水力振荡器中的至少一种。
20、第二方面，本发明实施例提供一种磁导向钻测距系统，包括：磁场检测仪和上述的磁导向钻具；
21、所述磁导向钻具能够下入待钻水平井的水平井段；
22、所述磁场检测仪能够下入穿越井；其中所述待钻水平井与穿越井的位置存在异面交叉关系；
23、在使用过程中，所述磁导向钻具的磁短接的前方、后方或者侧方可以存在下入穿越井的磁场检测仪；
24、所述磁场检测仪能够检测到所述磁导向钻具产生的旋转磁场，以确定与所述磁导向钻具之间的空间距离和方位。
25、第三方面，本发明实施例提供一种磁导向钻测距方法，使用如上述的磁导向钻测距系统进行水平井的水平段的钻探作业。
26、在一个或一些可选的实施例中，所述的磁导向钻测距方法，包括：
27、将磁导向钻具下入待钻水平井的水平井段；
28、将磁场检测仪下入穿越井目标地层；
29、启动磁导向钻具产生旋转磁场；
30、启动所述磁场检测仪检测所述磁导向钻具产生的旋转磁场，以确定与所述磁导向钻具之间的空间距离和方位。
31、在一个或一些可选的实施例中，若所述磁导向钻具的第一稳定器和第二连接工具均为非磁性材料，所述启动磁导向钻具产生旋转磁场，包括：
32、控制所述第二连接工具保持或停止旋转，并控制井下动力钻具旋转，产生旋转磁场。
33、在一个或一些可选的实施例中，若所述磁导向钻具的第一稳定器和第二连接工具均为钢铁材质，所述启动磁导向钻具产生旋转磁场，包括：
34、当所述磁场检测仪位于所述磁导向钻具的钻头的前方时，控制所述第二连接工具保持或停止旋转，控制井下动力钻具保持旋转，产生旋转磁场；
35、当所述磁场检测仪位于所述钻头的两侧或后方时，控制所述第二连接工具停止旋转，控制所述井下动力钻具保持旋转，产生旋转磁场。
36、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
37、本发明实施例提供的磁导向钻具，通过井下动力钻具驱动磁短接和钻头同步旋转，形成旋转磁场，由于磁短接的磁场强度大于待钻井作业地的地磁强度和钻具剩余磁场强度，所以在磁导向钻具正常钻进过程中，可以同时实现通过用磁场检测仪测量磁短接相对于磁场检测仪自身的距离和方位信息，来控制待钻水平井的井眼轨迹，以保持钻井作业的持续进行，减少钻井辅助时间，提高钻井作业效率。在使用过程中，下入穿越井的磁场检测仪可以位于磁短接的前方、后方或者侧方，相比于现有技术中连通井作业过程中所采用的磁导向钻井技术，扩大了磁导向钻技术的应用范围，能够适用于包括穿越钻探在内的特殊场景下的井眼轨迹控制需求，也避免了钻具磁性对磁场检测仪测量磁短接与磁场检测仪自身的距离和方位信息的影响，提高磁导向钻井控制精度，提高钻井的可靠性。
38、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
39、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
技术特征：
1.一种磁导向钻具，其特征在于，包括依次连接的钻头、磁短接、井下动力钻具、第一无磁连接工具、mwd、第一稳定器和第二连接工具；
2.如权利要求1所述的磁导向钻具，其特征在于，所述第一稳定器、所述第二连接工具均为非磁性材料，且所述井下动力钻具至所述第二连接工具的最大距离为m，其中，m大于所述磁场检测仪可检测到的所述旋转磁场所处的位置的最大距离；
3.如权利要求1所述的磁导向钻具，其特征在于，所述第一稳定器、所述第二连接工具均为钢铁材质；
4.如权利要求1所述的磁导向钻具，其特征在于，所述井下动力钻具的外壳体前端预设距离的轴线与所述井下动力钻具的外壳体的主轴线具有弯角，所述弯角为0.75～1.5°。
5.如权利要求1所述的磁导向钻具，其特征在于，所述第二稳定器的外径比所述的钻头小r1；
6.如权利要求1所述的磁导向钻具，其特征在于，所述第一无磁连接工具为无磁钻铤或无磁加重钻杆；
7.如权利要求6所述的磁导向钻具，其特征在于，还包括：第三连接工具；
8.一种磁导向钻测距系统，其特征在于，包括：磁场检测仪和权利要求1-7任一项所述的磁导向钻具；
9.一种磁导向钻测距方法，其特征在于，使用如权利要求8所述的磁导向钻测距系统进行水平井的水平段的钻探作业。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括：
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，若所述磁导向钻具的第一稳定器和第二连接工具均为非磁性材料，所述启动磁导向钻具产生旋转磁场，包括：
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，若所述磁导向钻具的第一稳定器和第二连接工具均为钢铁材质，所述启动磁导向钻具产生旋转磁场，包括：
技术总结
本发明公开了一种磁导向钻具、相关系统及方法。该磁导向钻具中，井下动力钻具靠近磁短接的第一端设置有第二稳定器，第二稳定器与磁短接连接；井下动力钻具能够驱动磁短接和钻头同步旋转，并形成旋转磁场；第二连接工具能够旋转并带动钻头、磁短接、井下动力钻具、第一无磁连接工具、MWD和第一稳定器旋转；磁短接的磁场强度大于预设磁场强度；预设磁场强度大于待钻井作业地的地磁强度和钻具剩余磁场强度的矢量和；磁导向钻具能够下入待钻水平井的水平井段，且在使用过程中，磁短接的前方、后方或者侧方均可以存在下入穿越井的磁场检测仪；其中待钻水平井与穿越井的位置存在异面交叉关系。该磁导向工具能够实现穿越钻探时，扩大磁导向测量的范围。
技术研发人员：胡贵,张力,蒋卫东,杨姝,曹珍妮
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23