双水平井随钻磁导向系统井下磁源设计

井下磁源作为双水平井随钻磁导向系统的信号源,是该系统的核心部件之一。基于RMRS磁短节的原理,通过增加单位长度上安装的永磁圆柱体个数,设计了长度更短的井下磁源。利用有限差分法,计算分析了井下磁源和RMRS磁短节对底部钻具组合造斜能力的影响,同时通过试验,对比了井下磁源和RMRS磁短节的磁场强度,并且利用有限元软件,计算分析了井下磁源和RMRS磁短节的机械强度。计算和试验结果表明,与RMRS磁短节相比,在保持磁场强度基本相同的情况下,设计的井下磁源减小了对底部钻具组合造斜能力的影响,更有利于对井眼轨迹的控制。该产品的设计对于双水平井钻井技术的现场应用有重要意义。     

磁力随钻测斜仪轴向磁干扰校正方法

针对磁力随钻测斜仪在受到轴向磁干扰时会出现方位角测量结果不准确的问题,在介绍磁力随钻测斜仪测量原理的基础上,研究了Russell法和短钻铤测量修正法2种间接磁干扰校正方法的原理及迭代计算过程,提出了矢量和法和钻具截面法2种直接磁干扰校正方法,并对这4种方法进行了数据仿真分析。数据仿真结果表明,直接校正方法计算简单,但具有一定的局限性;间接校正方法计算复杂,但具有较好的准确性。在其他井眼参数不变的条件下,方位角偏差随干扰磁场增强而增大;在轴向干扰磁场固定的情况下,方位角偏差随井斜角增大而增大,井斜角相同时,0°~360°范围内方位角偏差先增大后减小,呈现对称性;井眼轨迹接近水平东西方向时,轴向磁干扰的校正效果最差。4种校正方法均可以降低轴向磁干扰对方位角测量精度的影响,减少无磁钻铤的使用长度,具有较好的现场实用性。      

磁短节等效磁矩的测量

旋转磁场测距导向系统是一种精确探测邻井距离的新技术,在复杂结构井钻井工程中正发挥越来越重要的作用。磁短节在钻井现场地表的等效磁矩是判断旋转磁场测距导向系统测量结果可信度的重要依据之一,磁短节等效磁矩的测量是旋转磁场测距导向系统作业中的关键环节之一。根据磁偶极子周围空间磁场分布规律,推导了旋转磁短节周围空间远场的磁场分布规律,给出了磁短节等效磁矩的间断测量法和磁短节等效磁矩的连续测量法,并对这两种测量方法操作的难易程度和影响测量精度的主要因素进行了初步探讨。研究结果表明,磁短节等效磁矩的连续测量法具有影响因素少、测量精度高及操作简单的特点,更易于现场应用。     

基于ANSYS的邻井套管磁干扰有限元仿真

邻井套管受到地磁场磁化后产生感应磁场,影响其周围的地磁场,并干扰随钻测斜仪致使磁测量参数失真,对钻井过程中井眼防碰和定向施工造成影响。利用ANSYS软件对套管进行二维与三维有限元电磁仿真,得到了套管周围叠加磁场的分布规律及特性。研究结果表明,竖直套管在地磁场作用下产生的磁化场在一定区域内对地磁场产生了干扰,干扰区具有对称性,并随套管尺寸的变大而增大;在干扰区内不同方向上的磁感应强度变化趋势不一致,沿磁力线方向,磁感应强度由强减弱,而垂直磁力线方向,磁感应强度则由弱增强。     

管柱形磁源空间磁场矢量引导系统研究

介绍了国外的各类电磁场/磁场矢量引导系统的结构和应用范围,对磁场矢量引导系统核心部件进行了研究,建立了适合于与钻头相连接的管柱形磁体的三维空间磁场模型.应用磁体空间磁场规律的基本公式,推导了管柱形永磁体的三维空间磁场规律计算公式.根据磁探测系统测量到的磁场分量,利用规律计算公式和相应辅助计算软件,得到管柱形磁体源与磁探测系统之间矢量距离的计算规则,并对矢量距离计算规则进行了验证和分析.     

非开挖穿越磁靶参数优化方法研究

由于磁饱和现象的存在,导致磁靶磁感应强度不能像理论值一样持续增加,因而磁靶理论导向范围与实际值存在差异,针对这一问题,提出一种考虑到磁饱和现象的磁靶参数优化方法。该方法首先采用理论分析、数值模拟和室内实验相结合的方式,分析了在非开挖穿越过程中影响磁靶导向范围的主要因素;然后在此基础上,设置其他参数的限制条件,并通过修改主要因素的数值来进行模拟计算;最后比较各方案的功率,选择功率最小的方案作为最终优化方案。仿真结果表明：与理论分析相比,数值模拟可以更好地考虑磁饱和现象;影响磁靶导向范围的主要因素是磁芯长度,磁芯体积相同的情况下,磁芯长度与直径的比值越大,磁场强化系数越大。该研究结果表明,在出现磁饱和现象时,数值模拟方法更适合用于对磁靶进行分析。     

磁短节旋转磁场模型在水平井连通中的应用

运用Ｍａｔｌａｂ 软件仿真了磁短节旋转磁场模型产生的磁场强度信号,在该模型基础上反演得到了方位角、井斜角的计算公式。设计并制作了可在水平、垂直方向上偏转的机械旋转装置,用于模拟现场钻井时钻头带动磁短节的旋转。利用机械旋转装置在地面上模拟了地下２井连通过程,测量了水平角和方位角。实验结果表明：实际测量的磁场强度信号在经过滤波消除噪声干扰后与磁短节旋转磁场模型一致,证明了该模型的正确性;方位角与井斜角的测量误差在３８ ｍ 内不超过０. ４°,可满足连通时对定位精度的要求。基于磁偶极子的磁短节旋转磁场模型对提高水平井连通的中靶率和煤层气的开发具有重要的应用价值。     

邻井随钻电磁测距防碰计算方法研究

为了解决丛式井邻井井眼防碰问题,对邻井随钻电磁测距防碰计算方法进行了初步研究。在了解邻井随钻电磁测距防碰工具结构与工作原理的基础上,将磁源看作磁偶极子,利用磁偶极子法分析了磁源周围磁场的分布规律,建立了邻井套管磁化磁场计算模型和探管处磁感应强度计算模型,确立了丛式井邻井随钻电磁测距防碰计算方法,并利用数值模拟方法分析了探管内磁源间距、磁源磁矩和套管相对磁导率等参数对探管处磁感应强度的影响。探管处磁感应强度与磁源间距、磁源磁矩、套管相对磁导率和直径等参数呈正相关,合理设计工具的关键参数,可以增强探管处的磁感应强度,提高工具测量的准确性。研究结果表明,邻井随钻电磁测距防碰工具应用确立的邻井随钻电磁测距防碰计算方法,实时测量计算正钻井与邻井的间距和方位,基本可以满足丛式井导向钻井工程需求,这对丛式井邻井随钻电磁防碰技术的发展具有非常重要的现实意义。      

磁防蜡参数优化研究与应用

应用DLVO理论论证了磁处理技术的作用机理。分析认为 ,磁场作用致使蜡晶胶粒间的范德华引力势能增大是各种磁处理效应的根本原因。通过对原油进行磁处理试验和理论研究发现 ,磁防蜡器的磁感应强度、峰值和作用次数对磁防蜡效果影响显著。对于不同油井的原油 ,磁防蜡器的参数不同 ,防蜡效果也不一样。现场应用 8口井后效果明显 ,在管理措施相同的条件下 ,因结蜡造成的平均检泵周期延长 1倍以上 ,结蜡状况明显减轻。     

煤层气连通井导向钻井钻头定位方法

基于低频交变磁场的特性,构建了近钻头磁源的低频交变磁场数学模型。根据随钻测量仪器（MWD）的测量原理, 建立测量坐标系,并推导出磁源坐标系向测量坐标系转换的解算方法,从而形成了测量坐标系下的钻头定位方法。在此基础上设计并制作了精确连通导向仪器和工具,配套了磁导向连通井的钻井工艺,并进行了现场应用,结果表明:在常规导向钻具组合基础上增加近钻头磁短节形成磁导向钻具组合,利用参数优化和轨迹实时测量和轨迹姿态控制,在730 m 水平段实现了连接误差小于1 m,使水平井和直井精确连通,为煤层气的开发提供了技术支撑。     

X70钢管道磁化及退磁特性试验研究

管道中的剩磁不仅会影响管道的检测精度,还会使管道内腐蚀速率加快.为了对X70钢管道的磁化及退磁特性进行研究,在X70钢材料特性分析的基础上,采用Maxwell软件建立了X70钢磁化模型,并基于响应面优化设计方法,研究了退磁率与磁感应强度和退磁速度的关系.研究结果表明:X70钢的磁感应强度在永磁铁垂直投影处最强,在垂直投...     

旋转磁场定向测距随钻测量仪的研制与试验

采用水平对接连通井开发煤层气时,为了确保水平井能够与洞穴井准确连通,需要给司钻人员提供准确的导向信息,即需要精确测量2口井的相对距离和方向。通过研究旋转磁场信号强度与相对位置关系,根据正交磁偶极子模型,提出了一种旋转磁场定向测距方法,研制了旋转磁场定向测距仪样机,进行了样机的地面试验和现场试验。该样机主要包括近钻头强磁短节、井下数据采集系统和地面解算系统3部分。地面试验装置包括转速可调的永磁短节台架、姿态可调的数据采集系统台架和轨道正交的50 m×30 m试验场地。地面试验结果表明,30 m以内的定位误差不超过0.1 m。现场试验结果表明,钻头距离洞穴井80 m时就可以探测到有效信号,偏航角平均误差小于1.5°,能够用于连通井的引导钻进。试验结果说明,利用旋转磁场将钻头与洞穴井靶点耦合为一个闭环系统,进行2口井的相对定位是可行的。      

爬壁机器人磁轮特性研究及其运动仿真

为降低石油储罐检测的人力成本并提高石油储罐检测的自动化程度,设计了永磁吸附轮式爬壁机器人,并使用Maxwell软件对普通径向充磁磁轮(磁轮1)和两种基于Halbach阵列的磁轮(磁轮2和磁轮3)在不同转角下吸附力的变化情况进行仿真计算。计算结果表明:磁轮3吸附力随转角变化最为稳定;磁轮3的吸附力在磁隙0.2 mm时达到最大,随后吸附力随磁隙的增加而下降,但下降速度逐渐减小,当磁隙为1.0 mm时,磁轮吸附力为171 N。由Adams仿真结果可知:增加万向磁轮前机器人在爬越半径为4 mm的焊缝时机身发生微小偏移,在爬越8 mm焊缝时发生明显偏移;在1.5 s的仿真时间内,增加万向磁轮前机器人质心沿X轴方向最大偏移量为8.13 mm,增加万向磁轮后降为0.07 mm。研究结果为后续物理样机的研制奠定了理论基础。     

连续油管缺陷综合检测传感器的磁路设计

为了在现场能同时检测连续油管金属截面损耗缺陷 (LMA)和连续油管局部缺陷 (LF)两类磁特性完全不同的缺陷 ,做了连续油管缺陷综合检测传感器的磁路设计。传感器的励磁源选择具有较高性价比的钕铁硼永磁体NdFeB ,选用多回路励磁方式。为了获得较好的缺陷检测信号的信噪比 ,经过对磁路的理论计算和磁化曲线的分析 ,提出连续油管检测时磁场强度应选在磁化曲线的近饱和区。磁路尺寸参数设计时 ,磁轭和极靴的尺寸应尽量小 ,但又不能进入饱和区     

FCC平衡催化剂磁分离回收技术

采用永磁强磁场技术研制出了具有高磁感应强度的滚筒式中型磁分离试验装置。利用该装置进行了催化裂化(FCC)平衡催化剂磁分离工艺条件考察试验，同时还对磁分离试样进行了FCC小型提升管对比评价试验。     

电永磁吸盘在石油套管接箍切断机下料工序中的应用

针对石油套管生产过程中接箍切断岗位人员搬运接箍劳动强度大、存在安全隐患的问题，对生产工艺过程、电磁吸盘的原理和性能进行分析，采用电永磁吸盘设计了一种接箍自动下料装置。该装置可以根据设定进行电磁吸盘的充/退磁，实现整层接箍的抓取和卸料，整个过程实现一键自动下料，全程不需人工干预。现场生产应用表明，使用电永磁吸盘进行整层接箍下料，能大幅降低岗位员工的劳动强度，生产效率提高5%以上，减少了安全隐患，达到了预期目的。     

磁场对石油污水管线钢的腐蚀行为研究

采用第3代永磁材料NdFeB(钕铁硼),研究了在施加永磁场条件下,模拟油田污水介质对20号钢的腐蚀过程,采用增重法、X射线衍射以及电化学方法对磁场作用下石油污水管线钢的腐蚀行为进行分析和评价。研究结果表明,磁场对Fe3O4的形成、自腐蚀电位正移幅度有促进作用,磁场对腐蚀产物的增重率影响较大,但它们与磁感应强度之间存在着极值关系。     

油田注水QCGL-Ⅲ型磁性过滤器的研制与应用

由于管道不断锈蚀导致油田注水污染,严重影响了注水效果。QCGL-Ⅲ型磁性过滤器将磁分离技术应用于油田注水领域,利用高矫顽力NeFeB永磁体做磁场源,采用特殊的磁路结构,能方便地实现过滤和排污2种状态的转换。现场试验表明：QCGL-Ⅲ型磁性过滤器磁性杂质去除率达到80%,能明显改善水质,提高注水量。     

连续油管分层缺陷磁导率扰动电磁检测方法与检测系统

板材的分层缺陷检测通常采用超声测厚法实现,但超声测厚法对近表层检测存在盲区,且高速检测系统复杂、成本高。本研究提出一种连续油管分层缺陷的磁导率扰动电磁检测新方法,并设计了相应的检测系统。该系统利用永磁体沿钢管或钢板的法向施加磁力,管板内分层产生内部磁场的畸变,进而引起局部区域的磁导率扰动,这一扰动沿厚度方向传递到表层,在空间上差动的涡流探头测量表层磁导率的相对变化,即可实现内部分层缺陷的检测与评估。从机理上阐明了分层缺陷的埋深对测点处相对磁导率变化的影响;随后,基于有限元模型研究了分层的长度、埋深、分层厚度等因素引起的测点处磁导率变化;最后,试验验证了理论分析和仿真结果的有效性。     

Mobile NMR for geophysical analysis and materials testing

Initiated by well logging NMR, portable NMR instruments are being developed for a variety of novel applications in materials testing, process analysis and control, which provides new opportunities for geophysical investigations. Small-diameter cylindrical sensors can probe short distances into the walls of slim-line logging holes, and single-sided sensors enable non-destructive testing of large objects. Both sensors are characterized by small sensitive volumes. Barrel-shaped magnets that accommodate the sample in their center have higher sensitivity due to a larger sensitive volume but can accommodate only samples like drill cores, which fit in size to the diameter of the magnet bore. Both types of magnets can be scaled down to the size of a coffee mug to arrive at sub-compact NMR equipment. Portable NMR magnets are reviewed in the context of applications related to geophysics.