CN102996120B - 一种基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统。该系统包括地面供电设备、地面信号采集设备、地面救援井与事故井连通探测计算系统、地表电极、井下三电极系、井下探管；地面供电设备为井下三电极系、地面信号采集设备和地面救援井与事故井连通探测计算系统供电；地面信号采集设备将接收到的数据转换格式后发送到地面救援井与事故井连通探测计算系统中进行计算，并以数字、文字和/或图形的方式显示。本发明采用井下三电极系作为电流信号发射源，保证从主电极流出的电流不会沿救援井井轴方向流动、可以直接探测救援井井底到事故井的距离和方位，避免了累积误差，适用于事故井井口附近无法靠近的工况，可以在深井中正常工作。

Description

一种基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统

技术领域

本发明属于地下资源钻采工程技术领域，具体地，涉及一种基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统。

背景技术

近年来，海上钻井平台原油泄漏事故的频繁发生造成了严重的生态灾难和极坏的社会影响。救援井是在海上与陆地钻井中发生油气井着火或井喷事故时经常采用的处理事故方法，其基本原理为在事故井附近的安全区域打一口定向井，使其井眼轨迹与事故井的轨迹在地层的某个层位汇合，将高密度的钻井液或水泥通过救援井输入事故井，以达到油(气)井灭火或制服井喷的目的。2010年4月20日，墨西哥湾井MC252#1发生井喷导致长达数月的深海钻井原油泄漏，不仅使BP公司遭受了巨额经济损失，而且造成严重生态灾难和社会影响。在此次事故中BP公司采用了多种处理泄油事故的应急措施后，最终利用救援井的压力测试作业获得处理泄油事故的最后胜利，救援井技术在国内外再次受到广泛关注。目前，救援井仍是彻底解决漏油问题的最可靠方法。

在钻深井油气井的过程中，由于事故井和救援井不可能仅为直井，井型将更加复杂，井眼轨迹的精确控制也更加困难。由于井眼轨迹的不确定性，救援井与事故井邻井距离和方位的精确探测是救援井技术成功的关键环节之一。而且，事故井井口附近一般比较危险，为了保证人员和钻井设备的安全，救援井的井口位置一般距事故井井口位置几百米甚至更远。为了使救援井与事故井相交，救援井的井眼轨迹一般比较复杂，这也加剧了在需要连通位置处事故井与救援井相对位置的不确定性。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。由于事故井井口附近一般会着火或释放有毒气体，传统用于邻井距离电磁测距的旋转磁场测距导向系统(RotatingMagnetRangingSystem，简称RMRS)和电磁引导工具(MagneticGuidanceTool，简称MGT)等的探测工具无法置入事故井中，而Wellspot导向工具的所有测量设备均置于救援井中，可以在救援井中直接探测救援井与事故井之间的距离以及其相对于事故井轴线的方位，因此该工具可以引导救援井与事故井在设计的井深处相交，其在国外的救援井与事故井的连通中已经得到了广泛应用。

Wellspot工具是一种控制救援井与事故井连通的高效工具，它可以根据实际地层状况引导救援井以各种井型实现与事故井的成功对接。当事故井为油气深井时，井眼轨迹具有极大的不确定性，救援井需要与事故井近似平行连通，此时的救援井井型可以设计成五段式。但在实际应用中，有些事故井的井深较浅，因此救援井到事故井的连通点距离井口较近，导致无法通过常规的救援井来达到压井的目的。在这种情况下，救援井将与事故井需要以大角度连通，甚至接近垂直相交，此时的救援井井型可以设计成五段式。

目前，国外所设计的Wellspot导向工具的核心技术仍被保密和垄断，我国在这方面仍缺少深入研究。因此，本发明者特研究设计了“一种基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统”，本发明采用三电极系作为电流信号发射源，可以提高电流信号发射源的强度，极大地增加事故井套管上聚集的低频交变电流，从而使救援井中的探管可以检测到相对更大的低频交变磁场，易于增加测距范围。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供一种基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统，本系统能在一定范围内精确测量救援井与事故井的间距和方位，为救援井与事故井的精确连通提供一种有效的探测与控制手段。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：

基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统，包括：地面供电设备、地面信号采集设备、地面救援井与事故井连通探测计算系统、地表电极、井下三电极系、井下探管；地面供电设备位于救援井井口附近，用于为井下三电极系提供低频交变电流，同时也为地面信号采集设备和地面救援井与事故井连通探测计算系统供电；地表电极与救援井的井口套管连接且接触性良好，地面供电设备的输出端与与井下三电极系相连、输入端与地表电极相连；井下探管用于探测井下探管处的重力场、地磁场和由事故井套管上聚集的低频交变电流产生的低频交变磁场，地面信号采集设备通过测井电缆与井下探管相连，并接收井下探管检测到、由测井电缆传至地面的数据；地面信号采集设备将接收到的数据转换格式后发送到地面救援井与事故井连通探测计算系统中进行计算，得到救援井中的井下探管与事故井套管的相对空间位置数据，以数字、文字和/或图形的方式显示。

优选地，地面供电设备包括380V交流电源、升压变压器、交/直流变换器和频率控制器；380V交流电源的输出端首先通过升压变压器，升压变压器将380V交流电源提供的电压升至1000V，经交/直流变换器后，转换成1000V的直流高压，使三电极系7输出能够达到幅值为20A的电流，利用单片机控制频率控制器使其将1000V的高压转换成0.25Hz频率的交变方波电压，然后将该交变方波电压传送至井下三电极系处再做进一步地输出；380V交流电源的输入端与地表电极相连。

优选地，井下三电极系包括电极系电缆接口、电极系金属外壳、两个屏蔽电极、两个绝缘片和主电极；井下三电极系通过电极系电缆接口与七芯电缆相连；两个屏蔽电极和主电极均为圆柱体，主电极位于中间，长度为0.15m，两个屏蔽电极对称地排列在主电极的上、下两侧，屏蔽电极的长度为0.7m，两个屏蔽电极在内部由短路线相连；屏蔽电极和主电极之间用绝缘片隔开，绝缘片的厚度为0.025m；两个屏蔽电极、两个绝缘片和主电极的直径相同。

优选地，地面供电设备所提供的幅度为1000V、频率为0.25Hz的交变方波电压传送至井下三电极系处后分成两路相同极性的输出，其中一路保持电压恒定输出直接供给主电极，另一路经过电压调节后供给两个屏蔽电极。

优选地，井下探管包括探管无磁外壳、金属无磁支架、电缆接口电路板、传感器信号处理电路板、三轴磁通门传感器、三轴加速度传感器和探管电缆接口；电缆接口电路板、传感器信号处理电路板、三轴磁通门传感器和三轴加速度传感器均安装在探管无磁外壳内的金属无磁支架内；探管无磁外壳为密封结构；井下探管通过探管电缆接口与测井电缆相连，并利用绝缘绳与井下三电极系相连，测井电缆用于将井下探管探测到的数据传送至地面信号采集设备；井下探管内的三轴磁通门传感器用来探测井下探管处的三轴地磁场和事故井套管上聚集的低频交变电流所产生的低频交变磁场的合成磁场数值，用于确定井下探管与事故井套管的间距和方位；三轴加速度传感器用来探测井下探管处的三轴重力加速度数值，用于确定井下探管自身的摆放姿态；三轴加速度传感器检测到的三轴加速度数据和三轴磁通门传感器检测到的三轴磁场数据由传感器信号处理电路板通过电缆接口电路板发送到测井电缆上。

优选地，地面信号采集设备包括电源电路、电缆接口电路和电缆信号解码电路；电源电路用于给电缆接口电路和电缆信号解码电路提供电源；电缆接口电路与测井电缆相连，将测井电缆上传输的高压数据信号转换成低压信号，然后传送给电缆信号解码电路，由电缆信号解码电路将井下探管发送的数据解析出来，通过USB接口传输到地面救援井与事故井连通探测计算系统。

优选地，地面救援井与事故井连通探测计算系统包括救援井与事故井连通探测分析计算软件和地面显示系统，地面救援井与事故井连通探测计算系统利用接收到的井下采集数据，通过救援井与事故井连通探测分析计算软件，得到救援井中的探管与事故井套管的相对空间位置数据，利用地面显示系统以数字、文字和/或图形的方式显示，反馈给钻井工程师，指导救援井的进一步钻进。

优选地，地表电极为长方形金属块；

优选地，井下三电极系和井下探管至少相距30m。

一种救援井与事故井连通的方法，基于上述三电极系的救援井与事故井连通探测系统，具体步骤如下：

步骤1：提取救援井与事故井的井况信息：救援井与事故井6的井眼轨迹测量信息、救援井与事故井的井口坐标、救援井与事故井的钻盘平面高度和地面海拔高度、事故井的井身结构；

步骤2：处理提取的救援井与事故井的井况信息，得到救援井已钻部分和事故井的测斜数据；

步骤3：利用七芯电缆将井下三电极系和井下探管通过钻杆或爬行器设备送入到救援井已钻部分的底部，地面供电设备为井下三电极系提供低频交变电流；

步骤4：地面信号采集设备接收探管检测到的、由测井电缆传至地面的数据，将数据格式转换后发送到地面救援井与事故井连通探测计算系统中；

步骤5：利用上述处理后的救援井与事故井的井况信息、井下探管的采集数据、当地磁偏角，通过地面救援井与事故井连通探测计算系统，得到救援井中的井下探管与事故井套管的相对空间位置数据，利用地面显示系统以数字、文字及/或图形的方式显示；

步骤6：在得到该测点处的救援井与事故井相对空间位置数据后，将井下三电极系和井下探管提出，下入钻头和钻杆，结合救援井和事故井的的测斜数据，继续钻进救援井至下一个测点处；

步骤7：在该测点处，提出钻头和钻杆，重复上述的步骤1至步骤6，直至救援井与事故井精确连通。

本发明的基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统具有以下优点：

1、基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统采用井下三电极系作为电流信号发射源，保证从主电极流出的电流不会沿救援井井轴方向流动，使得更多的电流流入地层然后在事故井套管上聚集，从而使救援井中的探管可以检测到相对更大的低频交变磁场，同时基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统的探测信号的强度也可以通过增加地表电流强度的方式来控制，因此易于增加测距范围，可以适用于深井连通；

2、基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统可以直接探测救援井井底到事故井的距离和方位，避免了传统MWD随井深产生累积误差的缺陷；

3、基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统的电流信号发射源(井下三电极系)和信号探测器(井下探管)都放于救援井中，因此适用于事故井井口附近无法靠近的工况。

4、由于基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统的井下探管内不包括极高精度的传感器，其极限工作温度可以达到200℃，因此该探测系统可以在深井中正常工作。

附图说明

图1是基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统的结构示意图；

图2是地面供电设备的结构示意图；

图3是井下三电极系的结构示意图；

图4是井下探管的结构示意图；

图5是井下探管的内部电路示意图；

图6是地面信号采集设备的结构示意图；

图7是柱状电极电场计算模型；

图8是事故井套管对三电极系注入地层的电流的响应示意图；

图9是救援井与事故井相对位置计算模型；

图中：1、地面供电设备，2、地面信号采集设备，3、地面救援井与事故井连通探测计算系统，4、地表电极，5、救援井，6、事故井，7、井下三电极系，8、井下探管，9、低频交变电流，10、交变磁场，11、七芯电缆，12、绝缘绳，13、测井电缆，14、电极系电缆接口，15、电极系金属外壳，16、屏蔽电极，17、绝缘片，18、主电极，19、探管无磁外壳，20、金属无磁支架，21、电缆接口电路板，22、传感器信号处理电路板，23、三轴磁通门传感器，24、三轴加速度传感器，25、探管电缆接口。

具体实施方式

如图1所示，基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统，包括：地面供电设备1、地面信号采集设备2、地面救援井与事故井连通探测计算系统3、地表电极4、井下三电极系7、井下探管8；地面供电设备1位于救援井5井口附近，用于为井下三电极系提供低频交变电流，同时也为地面信号采集设备2和地面救援井与事故井连通探测计算系统3供电；地表电极4为长方形金属块，与救援井5的井口套管连接且接触性良好，地面供电设备1的输出端与与井下三电极系相连、输入端与地表电极1相连，地面供电设备1利用七芯电缆11为井下三电极系7通入低频交变电流；地表电极4用于接收由井下三电极系7注入地层后在事故井6套管上聚集的向上流动的电流及由井下三电极系7注入地层、未在事故井6套管上聚集的部分电流，以便形成电流回路；井下三电极系7的下入位置处要保证没有套管下入，从而使井下三电极系7与救援井5井壁直接接触，以便将接收到的电流注入电极系周围地层中，该电流往地层中呈球形发散，同时会有部分电流在事故井6套管上聚集，形成沿套管向上、向下流动的低频交变电流9，根据毕奥-萨伐尔定律，该低频交变电流9将在事故井6套管周围地层中产生低频交变磁场10，由于向上流动的电流产生的磁场与向下流动的电流产生的磁场方向相反，因此向上流动的电流产生的磁场对井下探管8检测的磁场信号有抵消作用，为了避免向上流动电流的影响，要求井下三电极系7和井下探管8至少相距30m，井下探管8与井下三电极系7之间用绝缘绳12相连，且井下探管8要尽量下入救援井5的底部，同时井下三电极系7本身位置处的低频交变电流在井下探管8处产生的磁场强度为零，因此对井下探管8所探测的微弱磁场信号没有影响；井下探管8用于探测井下探管8处的重力场、地磁场和由事故井6套管上聚集的低频交变电流9产生的低频交变磁场10，在测量时要求井下探管8必须静止，否则井下探管8的旋转或震动将导致其无法精确探测到微弱的磁场信号；地面信号采集设备2通过测井电缆13与井下探管8相连，并接收井下探管8检测到、由测井电缆13传至地面的数据；地面信号采集设备2将接收到的数据转换格式后发送到地面救援井与事故井连通探测计算系统3中进行计算，得到救援井5中的井下探管8与事故井6套管的相对空间位置数据，以数字、文字和/或图形的方式显示。

如图2所示，地面供电设备包括380V交流电源、升压变压器、交/直流变换器和频率控制器；380V交流电源的输出端首先通过升压变压器，升压变压器将380V交流电源提供的电压升至1000V，经交/直流变换器后，转换成1000V的直流高压，使三电极系7输出能够达到幅值为20A的电流，利用单片机控制频率控制器使其将1000V的高压转换成0.25Hz频率的交变方波电压，然后将该交变方波电压传送至井下三电极系处再做进一步地输出；380V交流电源的输入端与地表电极相连。

如图3所示，井下三电极系7是基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统的电流信号发射源；井下三电极系7包括电极系电缆接口14、电极系金属外壳15、两个屏蔽电极16、两个绝缘片17和主电极18；井下三电极系7通过电极系电缆接口14与七芯电缆11相连；两个屏蔽电极16和主电极18均为圆柱体，主电极18位于中间，长度为0.15m，两个屏蔽电极16对称地排列在主电极18的上、下两侧，屏蔽电极16的长度为0.7m，两个屏蔽电极16在内部由短路线相连；屏蔽电极16和主电极18之间用绝缘片17隔开，绝缘片的厚度为0.025m；两个屏蔽电极16、两个绝缘片17和主电极18的直径相同。如图2所示，地面供电设备所提供的幅度为1000V、频率为0.25Hz的交变方波电压传送至井下三电极系7处后分成两路相同极性的输出，其中一路保持电压恒定输出直接供给主电极18，另一路经过电压调节后供给两个屏蔽电极16，使得三个电极上的电位趋于相等，这时沿井下三电极系7纵向的电位梯度为零，从而保证从主电极18流出的电流不会沿井轴方向流动，保证更多的电流流入地层然后在事故井6套管上聚集。

如图4、图5所示，井下探管8包括探管无磁外壳19、金属无磁支架20、电缆接口电路板21、传感器信号处理电路板22、三轴磁通门传感器23、三轴加速度传感器24和探管电缆接口25；电缆接口电路板21、传感器信号处理电路板22、三轴磁通门传感器23和三轴加速度传感器24均安装在探管无磁外壳19内的金属无磁支架20内；探管无磁外壳19为密封结构，防止井下探管8周围液体进入探管，影响电路工作；井下探管8通过探管电缆接口25与测井电缆13相连，并利用绝缘绳12与井下三电极系7相连，测井电缆用于将探管探测到的数据传送至地面信号采集设备；井下探管8内的三轴磁通门传感器23和三轴加速度传感器24的z轴与井下探管8的轴线重合，x轴和y轴垂直于井下探管8的轴线；两个传感器的x轴位于同一个平面上，且互相平行，两个传感器的y轴也位于同一个平面上，亦互相平行；井下探管8内的三轴磁通门传感器23用来探测井下探管8处的三轴地磁场和事故井6套管上聚集的低频交变电流9所产生的低频交变磁场10的合成磁场数值，用于确定井下探管8与事故井6套管的间距和方位；三轴加速度传感器24用来探测井下探管8处的三轴重力加速度数值，用于确定井下探管8自身的摆放姿态；三轴加速度传感器24检测到的三轴加速度数据和三轴磁通门传感器23检测到的三轴磁场数据由传感器信号处理电路板22通过电缆接口电路板21发送到测井电缆13上。三轴磁通门传感器23的测量精度达到0.01nT，三轴加速度传感器24的测量精度达到0.01g。

如图6所示，地面信号采集设备2包括电源电路、电缆接口电路和电缆信号解码电路；电源电路用于给电缆接口电路和电缆信号解码电路提供电源；电缆接口电路与测井电缆13相连，将测井电缆13上传输的高压数据信号转换成低压信号，然后传送给电缆信号解码电路，由电缆信号解码电路将井下探管8发送的数据解析出来，通过USB接口传输到地面救援井与事故井连通探测计算系统3。地面救援井与事故井连通探测计算系统3包括救援井与事故井连通探测分析计算软件和地面显示系统，地面救援井与事故井连通探测计算系统3利用接收到的井下采集数据，通过救援井与事故井连通探测分析计算软件，得到救援井5中的探管与事故井6套管的相对空间位置数据，利用地面显示系统以数字、文字和/或图形的方式显示，反馈给钻井工程师，指导救援井的进一步钻进。

基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统工作原理如下：如图7所示，将井下三电极系7近似为无绝缘环的线电极，电流密度j均匀分布；井下三电极系7全长为2L₀，主电极18全长为2L，井下三电极系7半径为r₀，且满足r₀＜＜L₀；井下三电极系7位于电导率为σ_e的均匀地层中。取井下三电极系7的中点为坐标原点，同时z轴与井下三电极系7的轴线重合。当z＝0时距离原点l处的场强为

$E(l,0)=\frac{I_0}{4\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}_{e}L}\frac{L_0}{l\sqrt{l^2+{L_0}^2}}$

如图8所示，对于距离井下三电极系7R处的由均匀地层所包围的半无限长金属套管，其上聚集的电流为

$I_{\mathrm{\ρ}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_c{r}_c{h}_c{I}_0}{2{\mathrm{\σ}}_{e}L}\frac{L_0}{R\sqrt{R^2+L_0^2}}$

在满足以下三个假设条件的前提下：1)地层均匀各向同性；2)套管无限长；3)套管的半径远小于救援井5中的井下三电极系7与事故井6套管轴线之间的距离，事故井6套管由半径为r_e的地层圆柱体替代，该圆柱体单位长度的电阻和事故井6套管相同，该地层圆柱体半径表示为

$r_e=\sqrt{\frac{{2\mathrm{\σ}}_c}{{\mathrm{\σ}}_e}{r}_c{h}_c}$

将近似地层圆柱体半径r_e带入得在事故井6套管上聚集的电流为

$I_{\mathrm{\ρ}}=\frac{r_e^2{I}_0}{4R\sqrt{R^2+L_0^2}}\frac{L_0}{L}$

以井下三电极系7到事故井6套管的镜像位置为坐标原点，以事故井6套管的轴线为z轴建立柱坐标系。沿套管轴线z处的低频交变电流9为

$I\left(z\right)=\frac{L}{L_0}\frac{z/R}{{[1+{(z/R)}^2]}^{3/2}}{I}_{\mathrm{\ρ}}=\frac{z/R}{{[1+{(z/R)}^2]}^{3/2}}\·\frac{r_e^2}{4R\sqrt{R^2+L_0^2}}{I}_0$

假设井下电极系7所在位置A点与井下探管8所在位置B点在同一铅垂平面内，A、B间的距离为d。已知A、B点的井深、井斜角分别为D_A，D_B，α_A，α_B，造斜段曲率半径为R_z，测段的平均井斜角为同时令则

$\left\{\begin{array}{c}{R}_z=\frac{d}{2\sin {\mathrm{\α}}_d}\\ R=r+d\sin {\mathrm{\α}}_c\\ z=d\cos {\mathrm{\α}}_c\end{array}\right.$

因此事故井6套管上聚集的向下流动的电流I(z)与井下探管8到事故井6套管间距r之间的关系为

$I\left(z\right)=\frac{d\cos {\mathrm{\α}}_c(r+d\sin {\mathrm{\α}}_c)}{{(r^2+2\mathrm{rd}\sin {\mathrm{\α}}_c+d^2)}^{3/2}{[{(r+d\sin {\mathrm{\α}}_c)}^2+L_0^2]}^{1/2}}\·\frac{r_e^2{I}_0}{4}$

根据毕奥-萨伐尔定律，井下探管8处的低频交变磁场10的磁场强度为

$H=\frac{d\cos {\mathrm{\α}}_c(r+d\sin {\mathrm{\α}}_c)}{{(r^2+2\mathrm{rd}\sin {\mathrm{\α}}_c+d^2)}^{3/2}{[{(r+d\sin {\mathrm{\α}}_c)}^2+L_0^2]}^{1/2}}\·\frac{{\mathrm{\μ}}_0{r}_e^2{I}_0}{8\mathrm{\πr}}$

从而，在测得井下探管8处由事故井6套管上的低频交变电流9产生的交变磁场10的磁场强度后，利用磁场强度H和距离r之间的反比例关系，可以从理论上得到事故井6套管和救援井5井下探管8之间的距离。

如图9所示，是救援井5与事故井6相对位置计算模型。沿事故井6轴线钻进方向为n₁，沿井下探管8轴线钻进方向为n₂，H为事故井6套管内电流I在井下探管8处产生的低频交变磁场10的磁场强度，H在三轴磁通门传感器23x轴和y轴磁场分量所在平面上的投影为H_p，该分量沿三轴磁通门传感器23x轴和y轴方向的分量分别为H₁和H₂，且满足H_d为H沿z轴方向的磁场分量；H和矢量r位于同一平面内，且n₂垂直于该平面。由此可得H＝H_p+H_dH_d＝-(H_p·n₁)/(n₁·n₂)

r/(r·r)＝(2π)(H×n₁)/μ₀I

因此当H_p由三轴磁通门传感器23测得后，代入上式就可以唯一地确定H和r，从而也就确定救援井5与事故井6的间距。

同时，三轴加速度传感器24所测得的井下探管8处的重力矢量垂直于z轴的分量G_p在三轴加速度传感器24x轴和y轴方向的分量分别为G₁和G₂，且满足角α为分量G_p与x轴分量G₁之间的夹角，角β为分量G_p与H_p之间的夹角。由图9可知，cos(α+β)＝H₁/H_p，sin(α+β)＝H₂/H_p，cosα＝G₁/G_p，sinα＝G₂/G_p，由此推导出夹角β的余弦可表示为

$\cos \mathrm{\β}=\frac{G_1{H}_1+G_2{H}_2}{G_1^2+G_2^2}\·\frac{\sqrt{G_1^2+G_2^2}}{\sqrt{H_1^2+H_2^2}}$

因此，将三轴磁通门传感器23和三轴加速度传感器24测得的H₁、H₂、G₁和G₂代入上式就可求得夹角β，从而也就确定了救援井5到事故井6的相对方位。

一种救援井与事故井连通的方法，基于上述三电极系的救援井与事故井连通探测系统，具体步骤如下：

步骤1：提取救援井5与事故井6的井况信息；救援井5与事故井6的井眼轨迹测量信息；救援井5与事故井6的井口坐标；救援井5与事故井6的钻盘平面高度(KB)和地面海拔高度(GL)；事故井6的井身结构；

步骤2：处理提取的救援井5与事故井6的井况信息，得到救援井已钻部分和事故井的测斜数据；

步骤3：利用七芯电缆11将井下三电极系7和井下探管8通过钻杆或爬行器设备送入到救援井已钻部分的底部，地面供电设备1为井下三电极系8提供低频交变电流；

步骤4：地面信号采集设备2接收探管8检测到的、由测井电缆13传至地面的数据，将数据格式转换后发送到地面救援井与事故井连通探测计算系统3中；

步骤5：利用上述处理后的救援井5与事故井6的井况信息、井下探管8的采集数据、当地磁偏角，通过地面救援井与事故井连通探测计算系统3，得到救援井5中的井下探管8与事故井6套管的相对空间位置数据，利用地面显示系统以数字、文字及/或图形的方式显示；

步骤6：在得到该测点处的救援井与事故井相对空间位置数据后，将井下三电极系7和井下探管8提出，下入钻头和钻杆，结合救援井和事故井的的测斜数据，继续钻进救援井至下一个测点处；

步骤7：在该测点处，提出钻头和钻杆，重复上述的步骤1至步骤6，直至救援井与事故井精确连通。

Claims (8)

1.基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统，包括：地面供电设备、地面信号采集设备、地面救援井与事故井连通探测计算系统、地表电极、井下三电极系、井下探管；其特征在于：地面供电设备位于救援井井口附近，用于为井下三电极系提供低频交变电流，同时也为地面信号采集设备和地面救援井与事故井连通探测计算系统供电；地表电极与救援井的井口套管连接且接触性良好，地面供电设备的输出端与与井下三电极系相连、输入端与地表电极相连；井下探管用于探测井下探管处的重力场、地磁场和由事故井套管上聚集的低频交变电流产生的低频交变磁场，地面信号采集设备通过测井电缆与井下探管相连，并接收井下探管检测到、由测井电缆传至地面的数据；地面信号采集设备将接收到的数据转换格式后发送到地面救援井与事故井连通探测计算系统中进行计算，得到救援井中的井下探管与事故井套管的相对空间位置数据，以数字、文字和/或图形的方式显示；

地面供电设备包括380V交流电源、升压变压器、交/直流变换器和频率控制器；380V交流电源的输出端首先通过升压变压器，升压变压器将380V交流电源提供的电压升至1000V，经交/直流变换器后，转换成1000V的直流高压，使三电极系输出能够达到幅值为20A的电流，利用单片机控制频率控制器使其将1000V的高压转换成0.25Hz频率的交变方波电压，然后将该交变方波电压传送至井下三电极系处再做进一步地输出；380V交流电源的输入端与地表电极相连；

井下三电极系包括电极系电缆接口、电极系金属外壳、两个屏蔽电极、两个绝缘片和主电极；井下三电极系通过电极系电缆接口与七芯电缆相连；两个屏蔽电极和主电极均为圆柱体，主电极位于中间，长度为0.15m，两个屏蔽电极对称地排列在主电极的上、下两侧，屏蔽电极的长度为0.7m，两个屏蔽电极在内部由短路线相连；屏蔽电极和主电极之间用绝缘片隔开，绝缘片的厚度为0.025m；两个屏蔽电极、两个绝缘片和主电极的直径相同。

2.根据权利要求1所述的基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：地面供电设备所提供的幅度为1000V、频率为0.25Hz的交变方波电压传送至井下三电极系处后分成两路相同极性的输出，其中一路保持电压恒定输出直接供给主电极，另一路经过电压调节后供给两个屏蔽电极。

3.根据权利要求2所述的基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：井下探管包括探管无磁外壳、金属无磁支架、电缆接口电路板、传感器信号处理电路板、三轴磁通门传感器、三轴加速度传感器和探管电缆接口；电缆接口电路板、传感器信号处理电路板、三轴磁通门传感器和三轴加速度传感器均安装在探管无磁外壳内的金属无磁支架内；探管无磁外壳为密封结构；井下探管通过探管电缆接口与测井电缆相连，并利用绝缘绳与井下三电极系相连，测井电缆用于将井下探管探测到的数据传送至地面信号采集设备；井下探管内的三轴磁通门传感器用来探测井下探管处的三轴地磁场和事故井套管上聚集的低频交变电流所产生的低频交变磁场的合成磁场数值，用于确定井下探管与事故井套管的间距和方位；三轴加速度传感器用来探测井下探管处的三轴重力加速度数值，用于确定井下探管自身的摆放姿态；三轴加速度传感器检测到的三轴加速度数据和三轴磁通门传感器检测到的三轴磁场数据由传感器信号处理电路板通过电缆接口电路板发送到测井电缆上。

4.根据权利要求3所述的基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：地面信号采集设备包括电源电路、电缆接口电路和电缆信号解码电路；电源电路用于给电缆接口电路和电缆信号解码电路提供电源；电缆接口电路与测井电缆相连，将测井电缆上传输的高压数据信号转换成低压信号，然后传送给电缆信号解码电路，由电缆信号解码电路将井下探管发送的数据解析出来，通过USB接口传输到地面救援井与事故井连通探测计算系统。

5.根据权利要求4所述的基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：地面救援井与事故井连通探测计算系统包括救援井与事故井连通探测分析计算软件和地面显示系统，地面救援井与事故井连通探测计算系统利用接收到的井下采集数据，通过救援井与事故井连通探测分析计算软件，得到救援井中的探管与事故井套管的相对空间位置数据，利用地面显示系统以数字、文字和/或图形的方式显示，反馈给钻井工程师，指导救援井的进一步钻进。

6.根据权利要求5所述的基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：地表电极为长方形金属块。

7.根据权利要求6所述的基于三电极系的救援井与事故井连通探测系统，其特征在于：井下三电极系和井下探管至少相距30m。

8.一种救援井与事故井连通的方法，基于上述权利要求1-7之一所述的三电极系的救援井与事故井连通探测系统，具体步骤如下：

步骤1：提取救援井与事故井的井况信息：救援井与事故井的井眼轨迹测量信息、救援井与事故井的井口坐标、救援井与事故井的钻盘平面高度和地面海拔高度、事故井的井身结构；

步骤2：处理提取的救援井与事故井的井况信息，得到救援井已钻部分和事故井的测斜数据；

步骤3：利用七芯电缆将井下三电极系和井下探管通过钻杆或爬行器设备送入到救援井已钻部分的底部，地面供电设备为井下三电极系提供低频交变电流；

步骤4：地面信号采集设备接收探管检测到的、由测井电缆传至地面的数据，将数据格式转换后发送到地面救援井与事故井连通探测计算系统中；

步骤5：利用上述处理后的救援井与事故井的井况信息、井下探管的采集数据、当地磁偏角，通过地面救援井与事故井连通探测计算系统，得到救援井中的井下探管与事故井套管的相对空间位置数据，利用地面显示系统以数字、文字及/或图形的方式显示；

步骤6：在得到救援井与事故井相对空间位置数据后，将井下三电极系和井下探管提出，下入钻头和钻杆，结合救援井和事故井的的测斜数据，继续钻进救援井至下一个测点处；

步骤7：在该测点处，提出钻头和钻杆，重复上述的步骤1至步骤6，直至救援井与事故井精确连通。