磁性接头标定架研制与应用

摘 要：磁性接头作为RMRS仪器中一个重要组成部分，其磁通量的标定值非常重要，其标定的数值，直接关系到连通井导向的精确性。设计人员通过研制出磁性接头标定架，用来标定磁性接头的磁通量和信号有效距离并预判RMRS仪器测量误差。

关键词：磁性接头；标定架；测量误差；准确性

1.成果背景介绍

2008年9月钻井工程技术公司购买了美国VECTOR MAGNETICS公司的旋转磁性定位RMRS（Rotating Magnet Ranging System）仪器。该仪器主要由探管、加重杆、磁性接头、地面接口箱、无线信号发射/接收装置、软件和密码锁以及各种连接 线缆等组成。该仪器在工作时，用有线钢丝电缆将探管下放到目标井靶点，将磁性接头（长0.47m）接在正钻井钻具的钻头和马达之间，钻进过程中随钻头转动而产生交变磁场。目标井中探管的传感器，在一定范围内感应到交变磁场，随后将测量到的信号传输到地面系统，地面系统随后进行解码计算，从而得到探管与磁性接头之间相对位置的数据，以此作为随钻MWD轨迹调整的依据。

磁性接头作为RMRS仪器中一个重要组成部分，其磁通量的标定值非常重要，其标定的数值，直接关系到连通井导向的精确性。随着市场的扩大，钻井工程技术公司引进了不同尺寸规格的磁性接头，现有的标定设备已经满足不了标定的要求。为了降低标定误差和劳动强度、满足不同规格尺寸磁性接头标定要求，需要一个能有助于稳定并能匀速旋转接头的支架。设计人员通过认真学习RMRS仪器的工作原理，并分析影响其发展的因素后认为：磁性接头的磁通量标定的准确性、磁性接头信号有效距离的预知和仪器测量误差的预判是影响RMRS仪器发展的主要因素。RMRS仪器通过磁场变化来推算相对位置，存在测量误差是必然的。如果现场技术人员能够提前知道每套仪器的误差偏移量和偏移方向，就会在施工中提前制定相应措施，提高一次连通成功率。综合上述情况，设计人员研制出磁性接头标定架，用来标定磁性接头的磁通量和信号有效距离并预判RMRS仪器测量误差。

2.创新点及内容

2.1.磁性接头标定架工作原理

2.1.1.磁性接头磁通量的标定。将磁性接头固定在磁性接头标定架上，使磁性接头和探管之间保持一定距离，匀速转动磁性接头，通过探管及软件标定出磁性接头的磁通量。磁性接头标定架连接图，如图（1）

2.1.2.磁性接头信号有效距离的标定。将RMRS仪器探管固定在某一位置，从探管处自东向西沿直线在地面上标出刻度，并正确连接仪器，然后运行相关操作软件。将磁性接头固定在磁性接头标定架上，保持匀速转动，自80m处磁性接头连同标定架缓慢向探管靠近，操作人员在电脑前观察信号变化，记录开始感受到可用信号点时磁性接头的位置，此位置与探管之间的距离即为磁性接头信号标定完成的有效距离。

2.1.3.预判RMRS仪器测量误差。在对磁性接头信号有效距离标定的基础上，磁性接头在标定架上保持匀速转动，继续向探管方向移动到某一位置（在信号可测范围内），此时电脑软件分析出的探管与磁性接头间的距离同由地面刻度计算出的两者之间的距离的差值，即为仪器测量的误差量。

2.2.主要创新点

2.2.1.磁性接头标定架极大的改善了磁性接头的标定条件，同时能够标定不同尺寸规格的磁性接头。它不仅能为磁性接头旋转提供非常稳定的环境，而且还能满足磁性接头旋转速度在60-300r/min的要求， 这使得其标定的磁通量值的精确度相对先前的标定方法提高很多。

2.2.2.磁性接头标定架能够在地面模拟精确连通水平井井下钻井过程，通过平稳移动磁性接头，模拟水平井钻进过程，辅助计算机软件预先测算出RMRS探管对磁性接头交变磁场感应距离。（3）磁性接头标定架的研制成功实现国内RMRS仪器磁性接头标定架零的突破。降低磁性接头标定工作的劳动强度和RMRS仪器的运行成本。（4）磁性接头标定架功能多，不仅能够标定磁性接头磁通量和信号有效距离，而且能够预判RMRS仪器测量误差量。（5）RMRS仪器相关配套设备的研制成功推动了精确连通技术的发展。

3.成果应用情况

3.1.在GGZ-006L1井末端对接中的应用

3.1.1.GGZ-006L1井基本情况。本井由GREKA公司三队承钻，由胜利石油管理局钻井工程技术公司定向井公司提供精确连通水平井技术服务。（2）当钻进到距离目标井50m时监测到波形由外界干扰波形转换为正弦连续波形。使用信号分析处理软件，载入采集的磁场信号，分析计算出相关数据，并提供给定向工程师，做出正确的调整方案，继续钻进，并与2010年11月03日一次连通成功。在该井的施工中，磁性接头标定架标定的磁性接头数据给现场施工人员提供了强有力的支持。根据标定数据，现场人员准确把握磁性接头的下入时机，并针对误差提前制定相应措施，实现该井的一次性精确连通。经过不断的科研攻关及现场试验，建立钻头与洞穴间的距离和方位偏差测量方法，可准确判断钻头位置，并引导钻头与洞穴贯通，基本形成配套的精确连通技术。

4.成果推广前景

通过现场试验，磁性接头标定架取得了良好的效果。主要表现在以下方面：（1）使用该设备标定磁性接头不但大大降低劳动强度，而且在很大程度上提高了标定的准确性。（2）标定出磁性接头信号的有效距离，使现场操作人员能够准确把握磁性接头的下入时间。磁性接头得到合理使用，降低了损耗，从而达到降低仪器运行成本的效果。（3）预判RMRS仪器测量误差量，为现场操作人员精确制定施工方案提供参考依据。煤层气是煤层本身自生自储式的非常规天然气，中国埋深浅于2000米的煤层气资源量为36.8万亿立方米，居世界第三位。在国际能源局势趋紧的情况下，作为一种优质高效清洁能源，凭借良好的安全效益、环保效益和经济效益，煤层气的大规模开发利用前景喜人。磁性接头标定架由于有着良好的实用性能，必定在煤层气大规模开发中，发挥不可或缺的作用。