救援井电磁探测系统井下电极装置的设计研究.pdf

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1、救援井电磁探测系统井下电极装置的设计研究木口张勇-，3口韩昊辰2,3口黄哲1,2口孙琦，1．中国石油大学(北京)石油工程学院北京1022492．中国石油集团钻井工程技术研究院北京1022063．北京石油机械厂北京100083摘要：救援井是解决井喷、漏油等事故的有效方法，而借助必要的电磁探测系统和定位工具进行救援井与事故井相对距离和方位的精确探测．是救援井技术成功的关键环节，因此，在分析国内外研究现状的基础上，设计了一种用于救援井电磁探测系统井下电极装置。对电极装置结构及原理进行了阐述，并通过建立井下电极的发射电流产生交变磁场的分布模型．分析救援井与事故井相对距离和方位的确定方法以及磁场

2、强度的影响参数。该井下电极装置能够有效、稳定地将发射电流注入地层．其弹性扶正机构的弹性变径以适应井下复杂情况．避免电极装置在井下出现卡阻现象，提高救援井电磁探测系统在井下作业的稳定性。关键词：电磁探测电极装置距离和方位交变磁场结构设计中图分类号：TH136：TE28文献标识码：A文章编号：1000—4998(2015)o4—0073—04救援井技术仍是解决漏油或井下事故等问题的可1救援井电磁探测系统工作原理靠方法，在国内外受到了广泛的关注。其基本原理是在事故井附近的安全区域打一口定向井，使其井眼轨迹救援井与事故井连通探测系统的工作原理如图1与事故井的轨迹在地层的某个层位汇合，将高密度的

3、所示。主要由信号发射源电极和信号接收探管组成。其钻井液或水泥通过救援井注入事故井，以达到油(气)基本原理是：地面交流电源为井下电极提供高幅、低频井灭火或控制井喷，避免造成严重的生态灾难和损失。交流电，通过井下电极将电流注入地层，并以球形对称但随着井眼条件越来越复杂、井斜角的增大、水平段长的形式往地层中发散：根据安培定律．事故井中套管及度的增长以及井眼轨迹的不确定性等．救援井与事故周围产生相应电流并在周围产生交变磁场．使救援井井井间相对距离和方位的精确探测是救援井技术成功中的探管可以检测到事故井周围的低频交变磁场，以的关键环节之一及地磁场和重力场，然后发送至地面分析软件。地面分为了精确探

4、测救援井与事故井的相对位置。采用析软件利用接收到的井下数据，确定救援井与事故井特殊的救援井电磁探测定位技术，测试计算两口井的的相对距离和方位及探管自身的方位，利用地面显示相对距离和方位来指导作业．保证救援井与事故井的系统反馈给钻井工程师，指导救援井的进一步施工。连通。目前国外研制的Wellspot工具已基本满足救援井与事故井精确连通的工程需求，并在国外的救援井与事故井的连通中得以应用]。但由于Wellspot导向工具的核心技术仍被保密和垄断．而我国在这方面深入的研究较少．国内自主研发能够克服或适应井眼复杂条件的救援井电磁探测系统及配套工具．是推动我国救援井探测技术发展和应用的基础。为此

5、，在分析和研究Wellspot导向工具以及救援井探测技术工作原理的基础上．设计了一种救援井电磁探测系统井下电极装置。使电磁探测系统在井下作业过程中能够适应井下复杂情况，避免电极装置在井下出现卡阻现象，从而提高作业的稳定性。}国家自然科学基金资助项目(编号：51221003)国家重大科技专项(编号：2011ZX05009—005)收稿日期：2014年10月机械制造53卷第608期2015／4回节机构控制支撑臂和电极臂的开合，以及调节弹簧的缓冲作用，提高井下电极装置的井眼适应能力。2．3弹性扶正机构的设计弹性扶正机构的上连接接头与支撑调节机构连接，内孔螺纹与连接中轴连接．同时压紧压缩弹簧和

6、滑动轴承：连接中轴两端连接上连接接头和下支撑连接接头，起连接支撑作用；滑环限位筒起保护压缩弹簧和限定滑环轴向滑动的作用：压缩弹簧采用矩形弹簧，两端分别与上连接接头、滑环连接；上支撑滑套的内孑L与滑动轴承配合，下端夹角为90。的4个方向分别通过活动销与上支撑臂连接，上支撑滑套可以在压缩弹簧作用下沿轴向滑动，调节上支撑臂的开合；上支撑臂两端通过活动销分别与上支撑滑套、下支撑臂连接，下支撑臂两端同样通过活动销分别与上支撑臂、下支撑连接接头连接；滚轮安装在上支撑臂与下支撑臂的末端，并且绝缘隔开，在井下沿井壁滚动；弹性扶正机构能够在压缩弹簧的作用下，调节上支撑臂的开2井下电极装置的结构设计合度，

7、从而适应井下管径的变化。如图2所示．救援井电磁探测系统井下电极装置3井下电极装置的工作过程及技术优势由上马龙头、电极传导机构、电极支撑调节机构、弹性扶正机构、下马龙头、地面供电设备组成。上马龙头、下3．1工作过程马龙头分别连接在装置上、下两端，与地面连通的铠装救援井电磁探测系统井下电极装置的工作过程如电缆通过上马龙头的中心圆形通孔为井下电极装置供下。电：电极支撑调节机构控制和调节电极传导机构的开(1)初始状态：电极装置的电极臂处于闭合状态，合．