一种测量短接与石油钻井防碰撞无源检测装置的制作方法

本实用新型涉及石油开发技术领域，特别涉及一种测量短接与石油钻井防碰撞无源检测装置。

背景技术：

随着石油开采的发展，高密度加密井增多，钻头与生产井相碰的事件时有发生，而一旦碰撞打穿生产井就会造成巨大的经济损失和安全风险。目前，有文献提出在生产井井下增加有源电磁波进行探测，防止发生碰撞。但是在实际应用中，在生产井不同位置加装有源电磁波发生装置难以实现。也有文献提出采用生产井井口测量声波的形式来判断钻头是否逼近，但因石油管柱长达几千米甚至上万米，声波瞬间非常大，且受到外界噪声干扰，难以实现钻头位置探测。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种测量短接与石油钻井防碰撞无源检测装置。

本实用新型的技术方案如下：

一方面，提供一种测量短接，包括磁芯线圈、可编程放大器、高阶低通滤波器、adc、微处理器和电源，所述磁芯线圈由高导磁率磁芯和漆包线组成，所述漆包线绕于所述高导磁率磁芯的外表面，所述漆包线的电极与所述可编程放大器的信号输入端相连，所述可编程放大器的信号输出端与所述高阶低通滤波器的输入端相连，所述高阶低通滤波器的输出端与所述adc的输入端相连，所述adc的输出端与所述微处理器的输入端相连，所述微处理器与所述电源电性连接。

作为优选，所述高导磁率磁芯为圆柱状，所述高导磁率磁芯的直径大于1cm，所述高导磁率磁芯的长度与直径的比值大于20。

作为优选，所述漆包线均匀绕设在所述高导磁率磁芯的中间段，且所述高导磁率磁芯两端的非绕设漆包线的长度相等。

作为优选，所述漆包线的匝数大于1000匝。

作为优选，所述可编程放大器采用差分输入的低噪声仪表放大器，所述低噪声仪表放大器的放大增益为1-10000倍可调节，所述低噪声仪表放大器的放大增益通过模拟电压调节，或通过数字接口调节，或通过后端反馈自动调节。

作为优选，所述高阶低通滤波器采用有源rc低通滤波器或开关电容滤波器，所述高阶低通滤波器为100hz低通，阶数大于等于4阶。

作为优选，所述adc采用分辨率大于等于16位的高分辨率adc，所述adc的采样率大于1ksps。

作为优选，所述微处理器采用低功耗微处理器，所述微处理器上设有spi、uart、iic中的任意一种或多种通信接口。

另一方面，还提供一种石油钻井防碰撞无源检测装置，包括上述任意一种测量短接。

作为优选，所述测量短接安装在钻柱与钻头之间。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型的石油钻井防碰撞无源检测装置通过所述测量短接进行无源地磁检测，无需增加有源信号发生，能够使其在实际应用过程中能够适用于各种不同深度位置，且不受外界干扰，能够准确测量正钻井测量短接与已知生产井间的距离，从而获得钻头与已知生产井间的距离，有效的避免钻井过程中钻头与生产井发生碰撞，避免因碰撞所带来的巨大危害。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型测量短接的结构示意图。

图中标号：

b2-测量短接、1-高导磁率磁芯、2-漆包线、3-可编程放大器、4-高阶低通滤波器、5-adc、6-微处理器、7-电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。

如图1所示，一方面，本实用新型提供一种测量短接，包括磁芯线圈、可编程放大器3、高阶低通滤波器4、adc5、微处理器6和电源7，所述磁芯线圈由高导磁率磁芯1和漆包线2组成，所述漆包线2绕于所述高导磁率磁芯1的外表面，所述漆包线2的电极与所述可编程放大器3的信号输入端相连，所述可编程放大器3的信号输出端与所述高阶低通滤波器4的输入端相连，所述高阶低通滤波器4的输出端与所述adc5的输入端相连，所述adc5的输出端与所述微处理器6的输入端相连，所述微处理器6与所述电源7电性连接。

在一个具体的实施例中，所述高导磁率磁芯1为圆柱状，所述高导磁率磁芯1的直径大于1cm，所述高导磁率磁芯1的长度与直径的比值大于20，能够提高本实用新型的检测效果。

可选地，所述高导磁率磁芯1采用坡莫合金材料制成，所述坡莫合金的初始相对磁导率大于等于20000，能够提高本实用新型的检测效果。

在一个具体的实施例中，所述漆包线2均匀绕设在所述高导磁率磁芯1的中间段，且所述高导磁率磁芯1两端的非绕设漆包线的长度相等，能够提高本实用新型的检测效果。

可选地，所述漆包线2的匝数大于1000匝，能够提高灵敏度。

可选地，所述漆包线2的绕线区域占所述高导磁率磁芯1总长度的80％以下，能够提高效率。

可选地，所述漆包线2采用耐热等级为c级的漆包线，在一个具体的实施例中，所述漆包线2采用聚酰亚胺制成。

可选地，所述漆包线2采用纯铜材料制成。根据正钻井的钻井深度，最深深度的地层温度确定采用何种耐热等级的所述漆包线，地层越深，采用的漆包线耐热等级越高。

在一个具体的实施例中，所述可编程放大器3采用差分输入的低噪声仪表放大器，所述低噪声仪表放大器的放大增益为1-10000倍可调节，所述低噪声仪表放大器的放大增益通过模拟电压调节，或通过数字接口调节，或通过后端反馈自动调节。

可选地，所述低噪声仪表放大器采用日本瑞萨电子(renesas)公司的型号为isl28634的低噪声仪表放大器。

在一个具体的实施例中，所述高阶低通滤波器4采用有源rc低通滤波器或开关电容滤波器，所述高阶低通滤波器为100hz低通，阶数大于等于4阶。

可选地，所述高阶低通滤波器4采用美国美信半导体(maxim)公司的型号为max293的高阶低通滤波器。

在一个具体的实施例中，所述adc5采用分辨率大于等于16位的高分辨率adc，所述adc5的采样率大于1ksps。所述adc5可以是独立的adc芯片，也可以是所述微处理器内置的adc。

可选地，所述adc5采用美国德州仪器(texasinstruments)公司的型号为ads1246的adc。

在一个具体的实施例中，所述微处理器6采用低功耗微处理器，所述微处理器6上设有spi、uart、iic中的任意一种或多种通信接口。所述低功耗微处理器能够节省能源，降低成本。

可选地，所述微处理器6采用美国德州仪器(texasinstruments)公司的型号为msp430f2619s-ht的微处理器。

另一方面，本实用新型还提供一种石油钻井防碰撞无源检测装置，包括上述任意一种测量短接b2。在一个具体的实施例中，所述测量短接b2安装在正钻井钻柱与钻头之间。

在使用本实用新型时，因为已知生产井的套管为磁性材料，磁导率显著高于地层的磁导率，在地磁场中被磁化，并产生显著区别于地磁场的磁异常场，会形成以已知生产井套管为中心的磁场梯度分布，离已知生产井套管越远，磁场梯度绝对值越小，当正钻井钻柱在旋转时，通过高导磁率磁芯的磁通量会随其方位角的变化二变化，根据法拉第电磁感应定律，漆包线两端会产生感应电压，通过所述装置即可获得已知生产井套管与所述测量短接间的距离，从而获得已知生产井与钻头间的距离。检测具体实施时包括以下步骤：

s1：测量已知生产井井口相对正钻井入口的方位角和距离；

s2：所述漆包线产生的感应电压信号经过所述可编程放大器的放大，所述高阶低通滤波器的滤波，由adc模数转换后经所述微处理器处理，最后得到一组周期性的感应电压信号数据，所述感应电压信号数据的周期性与所述钻柱的转动周期一致；当超过两个周期的同一相位处重复出现时域波形相似度大于60％的极值点，则该极值点对应一个磁源，在正钻井的钻井初期，若所述极值点的方位角与已知生产井口方位角对应，则所述磁源为所已知生产井，通过下式计算已知生产井与磁芯线圈的距离：

式中：

l为磁源与测量短接间的距离，单位：m；

k1、k2均为公式的中间变量，无物理意义；

r为已知生产井套管外径，单位：m；

为极值点的相位，单位：°；

r1为已知生产井套管内径，单位：m；

k3为经验数值，取值在8～5000m范围内；

k4为经验系数，取值在0.5～0.96范围内；

n为漆包线的匝数，单位：匝；

l为高导磁率磁芯的长度，单位：m；

μr为已知生产井套管的相对磁导率，无量纲；

b为已知生产井套管所处位置的地磁场大小，单位：t；

θ为地磁场与已知生产井套管的夹角，单位：°；

vi为感应电压，单位：v；

d为高导磁率磁芯的直径，单位：m；

s3：将正钻井钻进过程中测量短接的深度、每个深度下测量短接与已知生产井间的距离一一对应，得到整个井段正钻井与已知生产井的距离三维模型，从而有效的避免钻井过程中钻头与生产井发生碰撞，避免因碰撞所带来的巨大危害。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。