RU2515930C2

RU2515930C2 - Method for drilling trajectory control for second well passing close to first well (versions)

Info

Publication number: RU2515930C2
Application number: RU2010100112/03A
Authority: RU
Inventors: Роберт Л УОТЕРС; Эдвин МИДОР
Original assignee: Дженерал Электрик Компани
Priority date: 2009-01-12
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2014-05-20
Also published as: CA2689815C; CA2689815A1; AU2010200041A1; RU2010100112A; AU2010200041B2

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: suggested invention relates to the filed of directional well drilling, in particular, to methods of control for directional drilling. The invention suggests the method for drilling trajectory control for the second well passing in direct vicinity to the first well, which includes passing of the first electrode connected to the first conducting wire through the casing string; placement of the return grounded electrode in the surface soil; generation of time-dependent electric current in the first conducting wire and the first electrode and the second conducting wire passing towards the return grounded electrode; formation of an electromagnetic field around the casing string of the first well induced by passing of time-dependent electric current in the first conducting wire; drilling of the second well against the drilling trajectory parallel to the first well; measurement of the electromagnetic field formed around the casing string of the first well from the drilling rig in the second well; and control of the second well trajectory with use of the measured electromagnetic field. At that the first electrode passes to an uncased borehole section, beyond the farthest end of the casing string so that the first conducting wire passes along the whole length of the casing string in the first well. Besides, distance between the first electrode and the casing string end should be sufficient for prevention of current passing from the first electrode upwards, through the casing string of the first well towards the return grounded electrode.

EFFECT: improving accuracy of the drilling trajectory control and levelling of one well in regard to another well.

10 cl, 7 dwg

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0001] Данное изобретение относится к области техники, связанной с управлением бурением скважины, и, в частности, к управляющим установкам, в которых используются электромагнитные поля, относящиеся к обсадной колонне имеющейся скважины, для управления бурением второй скважины с ее прохождением вблизи обсадной колонны первой скважины.[0001] The present invention relates to the field of technology related to controlling well drilling, and in particular to control installations that use electromagnetic fields related to the casing of an existing well to control the drilling of a second well with its passage near the casing of the first wells.

[0002] Нередко существует необходимость в бурении второй скважины смежно с уже имеющейся скважиной. Например, пара горизонтально расположенных скважин может быть выполнена бурением для добычи нефти из пласта тяжелой нефти или природного битума. К горизонтальным скважинам относятся скважина, часть которой действительно проходит в земле по горизонтали, и скважины, в которых «горизонтальная» часть наклонена вверх или вниз для обеспечения достижения контакта с нефтью (или другими ресурсами) продуктивного пласта в земле. Таким образом, указанная горизонтальная часть скважины с геометрической точки зрения может быть не горизонтальной, а проходить по траектории, повторяющей траекторию прохождения месторождения в земле. В указанной паре скважин верхняя скважина может вводить пар в подземный пласт тяжелой нефти или природного битума, тогда как нижняя скважина собирает разжиженную нефть из залежи. Указанная пара скважин должна быть расположена в пределах нескольких метров друг от друга по их длине, и особенно это касается ответвлений скважин, которые обычно проходят горизонтально. Скважины расположены близко друг к другу, так что, например разжиженная паром нефть из первой скважины может быть собрана второй скважиной.[0002] Often there is a need to drill a second well adjacent to an existing well. For example, a pair of horizontally spaced wells may be drilled to produce oil from a heavy oil reservoir or natural bitumen. Horizontal wells include a well, part of which does indeed extend horizontally in the ground, and wells in which the "horizontal" part is tilted up or down to ensure contact with oil (or other resources) of the reservoir in the ground. Thus, the indicated horizontal part of the well from the geometric point of view may not be horizontal, but may follow a path that repeats the path of the field in the ground. In the indicated pair of wells, the upper well may inject steam into the subterranean formation of heavy oil or natural bitumen, while the lower well collects liquefied oil from the reservoir. The specified pair of wells should be located within a few meters from each other along their length, and this is especially true for branches of wells, which usually extend horizontally. The wells are located close to each other, so that, for example, steam-liquefied oil from the first well can be collected by the second well.

[0003] Существует назревшая необходимость в способах бурения скважин, например пары скважин, в непосредственной близости друг к другу. Выравнивание второй скважины относительно первой скважины вызывает трудности. Траектория бурения второй скважины может быть задана с обеспечением прохождения в пределах нескольких метров, например 4-10 м, от первой скважины и удерживаться в пределах допуска, например, плюс-минус 1 м от заданной траектории бурения. Необходимы способы и установки для управления бурением, обеспечивающие сохранение надлежащего выравнивания траектории бурения второй скважины относительно первой скважины вдоль всей траектории бурения второй скважины.[0003] There is an urgent need for methods of drilling wells, for example a pair of wells, in close proximity to each other. Aligning the second well relative to the first well is difficult. The drilling path of the second well can be set to ensure passage within a few meters, for example 4-10 m, from the first well and kept within the tolerance, for example, plus or minus 1 m from a given drilling path. Methods and installations for drilling control are needed to ensure proper alignment of the drilling path of the second well relative to the first well along the entire drilling path of the second well.

[0004] Исследование траектории бурения в последовательных точках, расположенных вдоль нее, является обычным способом управления бурением. Трудность, возникающая при обычном исследовании, заключается в возрастании суммарной погрешности в исследуемой траектории скважины, поскольку в расчеты, выполняемые в следующих друг за другом точках, вводятся небольшие погрешности, допущенные в каждой последовательной точке вдоль траектории скважины. Кумулятивный эффект от этих небольших погрешностей в конечном счете может вызвать отклонение траектории ствола второй скважины за установленные требуемые пределы расстояния или направления относительно первой скважины.[0004] Investigating a drilling path at successive points along it is a common method of controlling drilling. The difficulty that arises in a conventional study is the increase in the total error in the studied well path, since small errors introduced at each consecutive point along the well path are introduced into the calculations performed at successive points. The cumulative effect of these small errors can ultimately cause the deviation of the trajectory of the borehole of the second well beyond the set required distance or direction relative to the first well.

В патентах США №№6530154, 5435069, 5230387, 5512830 и 3725777, а также в опубликованной заявке на патент США №2002/0112856 описаны различные способы и установки, обеспечивающие управление траекторией ствола скважины и компенсацию кумулятивного эффекта, обусловленного обычными погрешностями при исследовании. Эти известные способы включают измерение магнитного поля, создаваемого магнитными свойствами обсадной колонны скважины или магнитным зондом, введенным в скважину. Эти способы и установки могут потребовать использования второй буровой вышки или другого устройства, расположенного в первой скважине, для обеспечения проталкивания или продавливания вниз источника магнитного сигнала. Магнитные поля, созданные таким источником, подвергаются магнитному ослаблению и искажению, вызываемому обсадной колонной первой скважины, и, кроме того, они могут создавать относительно слабое магнитное поле, которое трудно обнаружить с требуемой траектории бурения ствола второй скважины. С учетом этих трудностей сохраняется назревшая необходимость в способе и установке, обеспечивающих управление траекторией прохождения второй скважины с ее выравниванием относительно уже имеющейся скважины.In US patent No. 6530154, 5435069, 5230387, 5512830 and 3725777, as well as in published patent application US No. 2002/0112856 described various methods and settings for controlling the path of the wellbore and compensation for the cumulative effect due to normal errors in the study. These known methods include measuring the magnetic field generated by the magnetic properties of the well casing or by a magnetic probe inserted into the well. These methods and installations may require the use of a second derrick or other device located in the first well to allow the source of the magnetic signal to be pushed or pushed down. The magnetic fields created by such a source are subject to magnetic attenuation and distortion caused by the casing of the first well, and, in addition, they can create a relatively weak magnetic field that is difficult to detect from the desired drilling path of the second well bore. Given these difficulties, there is still an urgent need for a method and installation that provide control of the path of the second well with its alignment relative to the existing well.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0005] Разработаны установка и способ для точного управления траекторией бурения второй скважины с обеспечением надлежащего выравнивания второй скважины относительно первой скважины. В одном варианте выполнения металлическая обсадная колонна в первой скважине проводит переменный ток, который создает переменное магнитное поле в земле, окружающей первую скважину. Это магнитное поле является, по существу, более предсказуемым по величине, чем магнитное поле, созданное исключительно статическими магнитными свойствами первой скважины. Предполагаемая траектория прохождения второй скважины находится в пределах магнитного поля, созданного током в первой скважине и поддающегося измерению. В буровую установку, используемую для управления бурением второго ствола, вводят датчик магнитного поля. Указанный датчик измеряет магнитное поле, созданное переменным током в первой скважине. Измеренные значения напряженности и направления магнитного поля используются для выравнивания траектории бурового снаряда, бурящего ствол для второй скважины.[0005] An apparatus and method have been developed for precisely controlling the drilling path of a second well, ensuring proper alignment of the second well with the first well. In one embodiment, the metal casing in the first well conducts alternating current, which creates an alternating magnetic field in the ground surrounding the first well. This magnetic field is substantially more predictable in magnitude than the magnetic field created solely by the static magnetic properties of the first well. The estimated path of the second well is within the magnetic field created by the current in the first well and is measurable. A magnetic field sensor is introduced into the drilling rig used to control the drilling of the second shaft. The specified sensor measures the magnetic field generated by alternating current in the first well. The measured values of the intensity and direction of the magnetic field are used to align the trajectory of the drill, drilling the wellbore for the second well.

[0006] Указанная установка может использоваться для обеспечения управления траекторией второй горизонтальной скважины, которую бурят рядом с первой горизонтальной скважиной для повышения добычи нефти из подземных резервуаров тяжелой нефти или битуминозного песчаника. Две параллельные скважины могут быть расположены одна над другой и отделены некоторым расстоянием, например, в пределах от 4 до 10 м, на протяжении всего горизонтального сечения пласта тяжелой нефти или природного битума. В одном варианте выполнения указанного способа выполняют управление траекторией бурения, так что вторая горизонтальная скважина проходит на постоянном и небольшом расстоянии от первой скважины, путем (1) создания электрического тока известной величины в металлической обсадной колонне или обсадной трубе (под общим названием «обсадная колонна») первой скважины для обеспечения генерации непрерывного магнитного поля в области вблизи первой скважины и (2) использования инструментов, измеряющих магнитное поле во второй скважине во время бурения, для обеспечения измерения и вычисления точных параметров расстояния и направления относительно первой скважины, так что бурильщик может корректировать траекторию и расположение второй скважины в необходимом соответствии с положением первой скважины.[0006] The specified installation can be used to provide control of the trajectory of the second horizontal well, which is drilled near the first horizontal well to increase oil production from underground tanks of heavy oil or tar sand. Two parallel wells can be located one above the other and separated by some distance, for example, in the range from 4 to 10 m, throughout the entire horizontal section of the heavy oil or natural bitumen formation. In one embodiment of the method, the drilling path is controlled so that the second horizontal well passes at a constant and small distance from the first well by (1) generating an electric current of known magnitude in the metal casing or casing (collectively, “casing” ) the first well to ensure the generation of a continuous magnetic field in the area near the first well and (2) the use of instruments that measure the magnetic field in the second well during eniya to ensure accurate measurement and calculation parameters of distance and direction relative to the first wellbore so that the driller can adjust the trajectory and location of the second well in the required position according to the first well.

[0007] В другом варианте выполнения данного изобретения предложен способ управления траекторией бурения второй скважины с ее прохождением вблизи первой скважины, включающий подачу изменяющегося во времени электрического тока к проводнику, расположенному в обсадной колонне первой скважины, измерение электромагнитного поля, созданного указанным током в проводнике, с траектории бурения второй скважины и управление траекторией бурения второй скважины с использованием измеренного электромагнитного поля.[0007] In another embodiment of the present invention, a method for controlling a drilling path of a second well with its passage near the first well, comprising supplying a time-varying electric current to a conductor located in the casing of the first well, measuring the electromagnetic field generated by said current in the conductor, from the drilling path of the second well and controlling the drilling path of the second well using a measured electromagnetic field.

[0008] Предложенный способ может быть способом, обеспечивающим управление траекторией бурения второй скважины с ее прохождением вблизи первой скважины и включающим бурение третьей скважины в направлении дальнего отрезка первой скважины и выполнение токопроводящего пути вдоль третьей скважины к указанному дальнему отрезку первой скважины, формирование электрической цепи, которая содержит электрогенератор, токопроводящую обсадную колонну первой скважины и токопроводящий путь вдоль третьей скважины и к которой указанный генератор подает изменяющийся во времени электрический ток, измерение электромагнитного поля, созданного указанным током в первой скважине, с траектории бурения второй скважины и управление траекторией бурения второй скважины с использованием измеренного электромагнитного поля.[0008] The proposed method can be a method that provides control of the drilling path of the second well with its passage near the first well and includes drilling the third well in the direction of the far section of the first well and conducting a conductive path along the third well to the specified long section of the first well, forming an electrical circuit, which contains an electric generator, a conductive casing of the first well and a conductive path along the third well, and to which the specified generator there is a time-varying electric current, a measurement of the electromagnetic field created by the indicated current in the first well from the drilling path of the second well, and controlling the drilling path of the second well using the measured electromagnetic field.

[0009] Данное изобретение также может быть выполнено в виде управляющей установки, предназначенной для управления траекторией бурения второй скважины с ее прохождением вблизи первой скважины и содержащей первый токопроводящий путь, проходящий по длине первой скважины, генератор электрического тока, присоединенный к противоположным концам первой скважины для обеспечения подачи тока к указанному первому токопроводящему пути, и датчик магнитного поля, расположенный в пределах бурового снаряда второй скважины для обеспечения определения напряженности и направления электромагнитного поля, созданного током, проходящим по первому токопроводящему пути.[0009] This invention can also be made in the form of a control unit designed to control the drilling path of the second well with its passage near the first well and containing a first conductive path along the length of the first well, an electric current generator connected to opposite ends of the first well for providing current to the indicated first conductive path, and a magnetic field sensor located within the drill string of the second well to ensure determination intensity and direction of the electromagnetic field created by the current passing along the first conductive path.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0010] Фиг.1 изображает схематический вид сбоку плана расположения скважин при бурении сдвоенных горизонтальных скважин.[0010] Figure 1 depicts a schematic side view of a plan of the location of wells when drilling dual horizontal wells.

[0011] Фиг.2 изображает схематическую карту расположений сдвоенных горизонтальных стволов скважин и допустимую область прохождения траектории второй скважины.[0011] Figure 2 depicts a schematic map of the locations of the dual horizontal wellbores and the allowable path area of the second well.

[0012] Фиг.3 изображает схематический вид иллюстративной матрицы датчиков магнитного поля.[0012] FIG. 3 is a schematic view of an illustrative array of magnetic field sensors.

[0013] Фиг.4 изображает схематический вид иллюстративного электродного узла, предназначенного для размещения в третьей скважине.[0013] FIG. 4 is a schematic view of an illustrative electrode assembly for placement in a third well.

[0014] Фиг.5 изображает вид сбоку иллюстративной установки для управления бурением, формирующей путь прохождения тока через землю между электродом, расположенным на поверхности земли, и электродом, проходящим за конец обсадной колонны существующей подземной скважины.[0014] FIG. 5 is a side view of an illustrative drilling control apparatus forming a current path through the earth between an electrode located on the earth’s surface and an electrode extending beyond the end of the casing of an existing underground well.

[0015] Фиг.6 изображает вид сбоку иллюстративной установки для управления бурением, в которой ток проходит по проводнику в обсадной колонне первой скважины по всей ее длине, через землю между электродом, проходящим от конца указанной обсадной колонны, и заземленным электродом.[0015] FIG. 6 is a side view of an illustrative drilling control installation in which current flows through a conductor in a casing of a first well over its entire length, through the earth between an electrode extending from the end of said casing, and a grounded electrode.

[0016] Фиг.7 изображает вид сбоку иллюстративной установки для управления бурением, в которой ток проходит по всей длине обсадной колонны первой скважины, через землю между дальним концом обсадной колонны первой скважины и электродом, опущенным в третью скважину, проходящую около обсадной колонны первой скважины, но не пересекающуюся с ней.[0016] FIG. 7 is a side view of an illustrative drilling control installation in which current flows along the entire length of the casing of the first well, through the earth between the distal end of the casing of the first well and an electrode lowered into the third well passing near the casing of the first well but not intersecting with it.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0017] На фиг.1 схематически изображен типичный план расположения скважин при бурении сдвоенных горизонтальных скважин 10, 12. Бурение указанных скважин может быть выполнено с одной буровой платформы 16, расположенной на поверхности 14 земли, причем бурение второй скважины выполняют из второго положения буровой установки, находящегося на небольшом расстоянии от положения, в котором выполнялось бурение первой скважины. После выполнения первоначального, по существу, вертикального бурения увеличивают углы наклона скважин, пока скважины не займут горизонтальное положение с прохождением в необходимый пласт, например, тяжелой нефти или природного битума. Бурение и обсадку первой скважины 12 обычно выполняют до начала бурения второй горизонтальной скважины 10. Обсадная колонна скважины или обсадная труба со щелевидными отверстиями является металлической и проводит электрический ток. Горизонтальная часть первой скважины может быть расположена ниже второй скважины на несколько метров, например на 4-10 м.[0017] Figure 1 schematically depicts a typical plan for the location of wells when drilling dual horizontal wells 10, 12. The drilling of these wells can be performed from one drilling platform 16 located on the surface 14 of the earth, and the second well is drilled from the second position of the drilling rig located at a small distance from the position in which the first well was drilled. After the initial, essentially vertical drilling, the angle of inclination of the wells is increased until the wells are horizontal with the passage into the desired formation, for example, heavy oil or natural bitumen. The drilling and casing of the first well 12 is usually carried out before the second horizontal well 10 is drilled. The casing of the well or casing with slit-like openings is metallic and conducts electric current. The horizontal part of the first well can be located several meters below the second well, for example 4-10 m.

[0018] Для определения местоположения траектории скважины и облегчения планирования поверхностного расположения вертикальной скважины 20 малого диаметра, являющейся третьей скважиной, определяют искривление ствола первой скважины. Указанная скважина малого диаметра предпочтительно почти пересекает 21 первую скважину у ее дальнего завершающего конца. Скважина малого диаметра с временно установленной обсадной колонной, предпочтительно выполненной из непроводящего материала, например из ПВХ, должна иметь размер, достаточный лишь для обеспечения вмещения специального электрода 22, опускаемого в положение вблизи дна и около обсадной колонны первой скважины. Вертикальный ствол малого диаметра третьей скважины может иметь такой же размер, как водозаборная скважина, и может проходить на несколько метров глубже первой скважины.[0018] To determine the location of the trajectory of the well and facilitate planning the surface location of the vertical borehole 20 of small diameter, which is the third well, the curvature of the bore of the first well is determined. The specified small diameter well preferably almost crosses the 21 first well at its distal final end. A small borehole with a temporarily installed casing, preferably made of a non-conductive material, such as PVC, should be large enough to accommodate a special electrode 22, lowered to a position near the bottom and near the casing of the first well. The small diameter vertical borehole of the third well may have the same size as the water well, and may extend several meters deeper than the first well.

[0019] В варианте выполнения, показанном на фиг.1, токопроводящий путь между обсадной колонной 18 в первой скважине 10 и электродом в третьей скважине при необходимости может быть улучшен путем закачивания подходящей токопроводящей текучей среды в третью скважину 20. Электрод 22 опускают в вертикальный ствол скважины для обеспечения создания пути тока, проходящего через скважину малого диаметра. Электрод 22 электрически присоединяет обсадную колонну или обсадную трубу 18 (под общим названием «обсадная колонна») первой скважины к токопроводящему пути, например проводу, в скважине 20 малого диаметра. Указанный токопроводящий путь может проходить через землю между электродом 22, идущим от третьей скважины, и дальним концом обсадной колонны 18 первой скважины. При нагнетании токопроводящей текучей среды в землю, расположенную между дальним концом первой скважины и дальним концом третьей скважины, повышается электропроводность этого участка земли, что содействует прохождению тока между электродом 22 и обсадной колонной 18 первой скважины.[0019] In the embodiment of FIG. 1, the conductive path between the casing 18 in the first well 10 and the electrode in the third well can be improved if necessary by pumping a suitable conductive fluid into the third well 20. The electrode 22 is lowered into a vertical shaft wells to ensure the creation of a current path passing through a small diameter well. An electrode 22 electrically connects the casing or casing 18 (collectively, "casing") of the first well to a conductive path, such as a wire, in a small diameter bore 20. The specified conductive path may pass through the ground between the electrode 22 coming from the third well and the distal end of the casing 18 of the first well. When a conductive fluid is injected into the earth located between the far end of the first well and the far end of the third well, the electrical conductivity of this piece of land increases, which facilitates the passage of current between the electrode 22 and the casing 18 of the first well.

[0020] Наземный токопроводящий путь, например провода 24, присоединяет наземные концы третьей скважины 20 и обсадной колонны или обсадной трубы 18 первой скважины 10 к электрогенератору 26 переменного тока или другому источнику изменяющегося во времени электрического тока. Провод и электрод 22 в третьей скважине могут опускаться и подниматься с помощью лебедки 27 с глубиномером. Указанная лебедка присоединена к проводу 24 с изоляционным покрытием и содержит катушку изолированного провода, к которой присоединен электрод 22. Лебедка опускает электрод 22 предпочтительно до глубины обсадной колонны первой скважины. Электроэнергия, вырабатываемая генератором, обеспечивает поддержание тока 28, который течет через провод 24, третью скважину 20, электрод 22, обсадную колонну или обсадную трубу 18 первой скважины и возвращается к генератору.[0020] A ground conductive path, such as wire 24, connects the ground ends of the third well 20 and the casing or casing 18 of the first well 10 to an alternating current generator 26 or other source of time-varying electric current. The wire and electrode 22 in the third well can be lowered and raised using a winch 27 with a depth gauge. The specified winch is connected to the wire 24 with an insulating coating and contains a coil of insulated wire to which the electrode 22 is connected. The winch lowers the electrode 22 preferably to the depth of the casing of the first well. The electricity generated by the generator maintains a current 28 that flows through the wire 24, the third well 20, the electrode 22, the casing or casing 18 of the first well and returns to the generator.

[0021] Переменный ток 28 создает электромагнитное поле 30 в земле, окружающей обсадную колонну 18 первой скважины. Характеристики электромагнитного поля, созданного токопроводящим путем, хорошо известны. Напряженность электромагнитного поля 30 пропорциональна переменному току, созданному генератором. Величина тока в обсадной колонне может быть точно измерена, например, с помощью амперметра. Поскольку напряженность магнитного поля пропорциональна току, то существует однозначная взаимосвязь между током, измеренной напряженностью магнитного поля в новой скважине и расстоянием между новой скважиной и обсадной колонной первой скважины. Напряженность и направление магнитного поля указывают на расстояние до обсадной колонны первой скважины и направление к ней.[0021] Alternating current 28 creates an electromagnetic field 30 in the earth surrounding the casing 18 of the first well. The characteristics of the electromagnetic field created by the conductive path are well known. The electromagnetic field strength 30 is proportional to the alternating current generated by the generator. The current value in the casing can be accurately measured, for example, using an ammeter. Since the magnetic field strength is proportional to the current, there is an unambiguous relationship between the current measured by the magnetic field strength in the new well and the distance between the new well and the casing of the first well. The intensity and direction of the magnetic field indicate the distance to the casing of the first well and the direction to it.

[0022] Фиг.2 изображает схематический вид первой и второй скважин в плоскости сечения скважин вдоль их вертикальных частей. От обсадной колонны 18 первой скважины 10 в окружающую землю распространяется электромагнитное поле 30. Вторая скважина 12 показана как верхняя скважина, однако расположение первой и второй скважин может быть обратным в зависимости от практического назначения бурения. Магнитное и гравитационное поля земли, а также электромагнитное поле, распространяющееся от первой скважины, измеряют с помощью узла 40 датчиков во второй скважине.[0022] Figure 2 depicts a schematic view of the first and second wells in the sectional plane of the wells along their vertical parts. An electromagnetic field 30 propagates from the casing 18 of the first well 10 into the surrounding earth. The second well 12 is shown as the upper well, however, the location of the first and second wells may be reversed depending on the practical purpose of the drilling. The magnetic and gravitational fields of the earth, as well as the electromagnetic field propagating from the first well, are measured using the node 40 sensors in the second well.

[0023] Приемлемая траектория бурения второй скважины определяется типичной допустимой зоной 32, которая показана на фиг.2 в поперечном сечении. Указанная допустимая зона 32 может быть областью, которая обычно сосредоточена в пределах 4-10 м от первой скважины. Зона 32 может иметь короткую ось вдоль радиуса, проведенного от верхней скважины, и длинную ось, перпендикулярную к вертикальной плоскости, проходящей через верхнюю скважину. Колебания размеров допустимой зоны могут составлять плюс-минус один метр вдоль короткой оси и плюс-минус два метра вдоль длинной оси. Форма и размеры допустимой зоны являются известными для каждой области применения бурения, однако они могут отличаться в зависимости от применения.[0023] The acceptable drilling path of the second well is determined by the typical allowable zone 32, which is shown in FIG. 2 in cross section. The specified allowable zone 32 may be an area that is usually concentrated within 4-10 m from the first well. Zone 32 may have a short axis along a radius drawn from the upper well, and a long axis perpendicular to the vertical plane passing through the upper well. Fluctuations in the size of the permissible zone can be plus or minus one meter along the short axis and plus or minus two meters along the long axis. The shape and dimensions of the allowable zone are known for each drilling application, however, they may vary depending on the application.

[0024] Траектория бурения второй скважины должна оставаться в пределах допустимой зоны 32 по всей длине горизонтальной части двух скважин. Установка для управления бурением, которая содержит узел 40 датчиков, используется для поддержания траектории бурения второй скважины в пределах допустимой зоны. Попадание траектории бурения второй скважины 12 в допустимую зоны 32 определяется исходя из направления и напряженности электромагнитного поля 30 вдоль пути прохождения второй скважины, измеренных узлом 40 датчиков.[0024] The drilling path of the second well should remain within the allowable zone 32 along the entire length of the horizontal part of the two wells. The drilling control installation, which contains the sensor assembly 40, is used to maintain the drilling path of the second well within the permissible zone. The trajectory of the drilling of the second well 12 in the permissible zone 32 is determined based on the direction and intensity of the electromagnetic field 30 along the path of the second well, measured by the node 40 of the sensors.

[0025] Измерения интенсивности и направления поля узлом 40 датчиков во второй скважине обеспечивают получение информации, достаточной для определения направления к первой скважине и расстояния между двумя скважинами. Эта информация передается бурильщику в удобной форме, так что он может предпринять соответствующие действия для сохранения надлежащей взаимосвязи между траекториями двух скважин. Узел 40 встроен в скважинный зонд инструмента, спускаемого в скважину на тросе, или в установку для скважинного исследования в процессе бурения, используемую при бурении второй скважины 12. Таким образом, узел датчиков обеспечивает управление бурением второй скважины для контроля направления траектории ствола скважины.[0025] Measurements of the intensity and direction of the field by the node 40 of the sensors in the second well provide sufficient information to determine the direction to the first well and the distance between the two wells. This information is transmitted to the driller in a convenient manner so that he can take appropriate actions to maintain the proper relationship between the trajectories of the two wells. The assembly 40 is integrated in a downhole probe of a tool being lowered into a well on a cable or into a downhole research installation during drilling of a second well 12. In this way, the sensor assembly provides control of the drilling of the second well to control the direction of the wellbore trajectory.

[0026] Когда в токопроводящей обсадной колонне 18 первой скважины протекает переменный ток, переменные электромагнитные поля, возникающие в окружающей проводник области, являются предсказуемыми с точки зрения напряженности, распределения и полярности. Магнитное поле (В), созданное длинным прямым проводником, таким как обсадная колонна скважины, пропорционально току (I) в проводнике и обратно пропорционально расстоянию (r) по нормали от проводника. Взаимосвязь между магнитным полем, током и расстоянием определяется по закону Био-Савара, согласно которому[0026] When alternating current flows in the casing 18 of the first well, alternating electromagnetic fields arising in the region surrounding the conductor are predictable in terms of tension, distribution, and polarity. The magnetic field (B) created by a long straight conductor, such as a well casing, is proportional to the current (I) in the conductor and inversely proportional to the distance (r) normal to the conductor. The relationship between the magnetic field, current and distance is determined according to the Bio-Savart law, according to which

[0027] В=µI/(2Пr),[0027] B = µI / (2Pr),

[0028] где µ - магнитная проницаемость области вокруг проводника, являющаяся константой. Таким образом, расстояние (r) от обсадной колонны первой скважины до второй скважины может быть определено на основе измерения тока (I) в обсадной колонне и напряженности (В) магнитного поля во второй скважине.[0028] where μ is the magnetic permeability of the region around the conductor, which is a constant. Thus, the distance (r) from the casing of the first well to the second well can be determined based on the measurement of current (I) in the casing and magnetic field strength (B) in the second well.

[0029] Фиг.3 изображает схему узла 40 датчиков компонентного типа (показанного в разрезе), который может определять направление поля. Магнитные датчики компонентного типа, например магнетометры и акселерометры, являются измерительными датчиками направленного действия, которые обычно используются для проведения измерений в процессе бурения. Обычно узел 40 датчиков перемещается по стволу второй скважины на несколько метров позади головки бура и соответствующего бурового оборудования. Указанный узел 40 собирает данные, используемые для обеспечения определения положения второй скважины. Эта информация используется для обеспечения направления головки бура по необходимой траектории бурения второй скважины.[0029] FIG. 3 is a diagram of a component type sensor assembly 40 (shown in cross section) that can determine a field direction. Component-type magnetic sensors, such as magnetometers and accelerometers, are directional measuring sensors that are commonly used to measure while drilling. Typically, the sensor assembly 40 moves along the second wellbore several meters behind the drill head and associated drilling equipment. The specified node 40 collects data used to ensure the determination of the position of the second well. This information is used to ensure the direction of the drill head along the required drilling path of the second well.

[0030] Узел 40 содержит как стандартные датчики ориентации, например три ортогональных магнетометра 48 (для измерения магнитного поля земли), три ортогональных акселерометра 51 (для измерения гравитационного поля земли), так и три высокочувствительных ортогональных датчика 44, 46, 52 переменного магнитного поля для регистрации электромагнитного поля около первой (базовой или эксплуатационной) скважины. Указанные магнитные датчики имеют компонентную структуру отклика и являются наиболее чувствительными к интенсивности переменного магнитного поля, которая соответствует частоте источника переменного тока. Эти датчики установлены в закрепленном взаимном положении в корпусе для указанного узла.[0030] The assembly 40 includes both standard orientation sensors, for example, three orthogonal magnetometers 48 (for measuring the magnetic field of the earth), three orthogonal accelerometers 51 (for measuring the gravitational field of the earth), and three highly sensitive orthogonal sensors 44, 46, 52 of an alternating magnetic field to register an electromagnetic field near the first (base or production) well. These magnetic sensors have a component response structure and are most sensitive to the intensity of an alternating magnetic field, which corresponds to the frequency of the alternating current source. These sensors are installed in a fixed relative position in the housing for the specified node.

[0031] Пара магнитных датчиков 44, 46 и 52 для радиальных компонент (обычно три датчика) расположены в узле 40 таким образом, что их магниточувствительные оси являются взаимно ортогональными. Каждый компонентный датчик 44, 46 и 52 измеряет относительные напряженности магнитного поля (В) во второй скважине, причем каждый из них определяет различные напряженности поля благодаря своим ортогональным ориентациям. Направление поля (В) может определяться арктангенсом соотношения напряженностей поля, измеренных радиальными датчиками 44, 46. Система координат для радиальных датчиков 44, 46 задана силой тяготения земли и направлением на северный магнитный полюс, которые определяются обычными магнитными датчиками 48 и гравиметрами 51. Направление к проводнику тока определяют путем добавления 90° к направлению поля в точке измерения. Направление от датчиков к первой скважине и расстояние по нормали между датчиками и первой скважиной предоставляют информацию, достаточную для обеспечения управления траекторией второй скважины с ее прохождением в допустимой зоне 32.[0031] A pair of magnetic sensors 44, 46 and 52 for radial components (usually three sensors) are located in the node 40 so that their magnetically sensitive axes are mutually orthogonal. Each component sensor 44, 46 and 52 measures the relative magnetic field strengths (B) in the second well, each of which determines different field strengths due to its orthogonal orientations. The direction of the field (B) can be determined by the arc tangent of the ratio of the field strengths measured by the radial sensors 44, 46. The coordinate system for the radial sensors 44, 46 is given by the gravitational force of the earth and the direction to the north magnetic pole, which are determined by conventional magnetic sensors 48 and gravimeters 51. Direction to the current conductor is determined by adding 90 ° to the field direction at the measurement point. The direction from the sensors to the first well and the normal distance between the sensors and the first well provide sufficient information to control the path of the second well with its passage in the permissible zone 32.

[0032] Фиг.4 изображает схематический вид иллюстративного электрода 22, опущенного в вертикальный ствол 20 скважины малого диаметра до зоны, в которую введена токопроводящая текучая среда. Электрод 22 содержит металлические дугообразные пружины 50, например растяжимую сеть, которая расширяется с обеспечением контакта со стенками необсаженного ствола скважины 20. Пружинные элементы 50 также сжимаются до размера, который проскальзывает через временную обсадную колонну 53 вертикальной скважины 20. Временная обсадная колонна обеспечивает предотвращение осыпания материала, находящегося вокруг скважины, в ствол. Электрод 22 расположен около первой обсадной колонны 18 максимально близко к месту пересечения 21 двух скважин. Токопроводящая текучая среда в третьей скважине 20 просачивается в землю 56, окружающую место пересечения 21 скважин. Указанная среда повышает электрическую связность земли между первой обсадной колонной и электродом в третьей скважине. Электрод присоединен к изолированному проводу 54 проводника, проходящему через скважину 20 к земной поверхности и присоединенному с помощью провода 24 к обратной стороне генератора.[0032] FIG. 4 is a schematic view of an illustrative electrode 22 lowered into a vertical bore 20 of a small diameter well to an area into which a conductive fluid is introduced. The electrode 22 comprises metal arcuate springs 50, for example a tensile network that expands to make contact with the walls of the open hole 20 of the well 20. The spring elements 50 are also compressed to a size that slips through the temporary casing 53 of the vertical well 20. The temporary casing helps prevent material from shedding located around the well into the wellbore. The electrode 22 is located near the first casing 18 as close to the intersection 21 of the two wells. The conductive fluid in the third well 20 seeps into the ground 56 surrounding the intersection of the 21 wells. This medium increases the electrical connectivity of the earth between the first casing and the electrode in the third well. The electrode is connected to an insulated conductor wire 54 passing through the borehole 20 to the earth's surface and connected via a wire 24 to the back of the generator.

[0033] Фиг.5 изображает вид сбоку иллюстративной установки 60 для управления бурением, которая формирует путь 62 электрического тока, проходящий через участок земли 63 между расположенным на поверхности земли электродом 64 и электродом 66, проходящим за конец имеющейся подземной обсадной колонны 68 скважины.[0033] FIG. 5 is a side view of an illustrative drilling control installation 60 that forms an electric current path 62 passing through a portion of land 63 between an electrode 64 located on the surface of the earth and an electrode 66 extending beyond the end of an existing underground casing string 68 of the well.

[0034] Электрод 66 проходит на расстояние несколько метров, например 10 м или больше, за дальний конец обсадной колонны 68 скважины. Расстояние между электродом 66 и концом обсадной колонны должно быть достаточным для обеспечения предотвращения прохождения тока от электрода 66 вверх через обсадную колонну первой скважины к расположенному на поверхности электроду.[0034] The electrode 66 extends a distance of several meters, for example 10 m or more, beyond the distal end of the well casing 68. The distance between the electrode 66 and the end of the casing must be sufficient to prevent current from flowing from the electrode 66 upward through the casing of the first well to the surface electrode.

[0035] Обсадные колонны скважин обычно выполнены из металла и имеют щелевые отверстия, обеспечивающие возможность выпуска пара и других газов в землю. В обычных скважинах металлические обсадные колонны со щелевидными отверстиями не вызывают значительного ослабления электромагнитных полей, созданных низкой частотой источника переменного тока, например частотой предпочтительно ниже 10 Гц, наиболее предпочтительно 5 Гц. Электромагнитные поля, созданные током в изолированном проводнике, проходят через указанные щелевые отверстия в обсадной колонне в землю. Вихревые токи, которые возникают на обсадной колонне и могут нарушать электромагнитное поле, являются несущественными вследствие низкой частоты источника переменного тока.[0035] The casing strings of the wells are typically made of metal and have slit openings allowing steam and other gases to be released into the ground. In conventional wells, slit-shaped metal casing does not significantly attenuate the electromagnetic fields created by the low frequency of the AC source, for example, preferably below 10 Hz, most preferably 5 Hz. Electromagnetic fields created by current in an insulated conductor pass through the indicated slot holes in the casing into the ground. The eddy currents that occur on the casing and can disrupt the electromagnetic field are not significant due to the low frequency of the AC source.

[0036] Источник 70 переменного тока подает переменный ток к обратному заземленному электроду 64 и к подземному электроду 66 с образованием пути 62 тока (а также, например, с созданием рассеянного электрического поля), проходящего через землю 63 между заземленным электродом 64, расположенным на земной поверхности или вблизи нее, и подземным электродом 66. Провод 74 с изоляционным покрытием проходит от источника 70 переменного тока по всей длине (S) обсадной колонны 68 скважины и через удлиненный ствол скважины на некоторое расстояние за дальний конец обсадной колонны скважины к электроду 66, входящему в контакт с землей. Путь 62 прохождения тока через землю к обратному заземленному электроду 64 замыкает электрическую цепь, которая содержит источник 70 переменного тока, провод 74 и электрод 66.[0036] The alternating current source 70 supplies alternating current to the reverse grounded electrode 64 and to the underground electrode 66 to form a current path 62 (and also, for example, to create a scattered electric field) passing through the earth 63 between the grounded electrode 64 located on the ground surface near it, and the underground electrode 66. The wire 74 with an insulating coating passes from the source 70 of alternating current along the entire length (S) of the casing string 68 of the well and through the elongated wellbore for some distance beyond the far end of adnoy column borehole to the electrode 66, entering into contact with the ground. The path 62 of the passage of current through the earth to the return grounded electrode 64 closes an electrical circuit that contains an AC source 70, wire 74 and electrode 66.

[0037] Путь 62 прохождения тока через землю к обратному заземленному электроду 64 замыкает электрическую цепь, которая содержит источник 70 переменного тока, провод 74 и электрод 66. Предпочтительно провод 74, проходящий вниз через обсадную колонну первой скважины к подземному электроду 66, изолирован и содержит стальную оплетку, обеспечивающую механическую прочность указанного провода. Электромагнитные поля, созданные проводом 74, проходят через изоляцию, оплетку и обсадную колонну 68 скважины в землю. Стальная оплетка придает проводу механическую прочность.[0037] A current path 62 through the earth to the return grounded electrode 64 closes an electrical circuit that includes an AC source 70, wire 74 and electrode 66. Preferably, wire 74 passing down through the casing of the first well to underground electrode 66 is insulated and contains steel braid, providing mechanical strength of the specified wire. The electromagnetic fields created by wire 74 pass through the insulation, braid and casing 68 of the well into the ground. Steel sheath gives the wire mechanical strength.

[0038] Наземный провод 75, проходящий к проводу 74, а также наземный провод 24 и провод 112, проходящий вниз по третьей скважине, могут иметь экранирующую оболочку, обеспечивающую предотвращение возникновения паразитных электромагнитных полей, распространяющихся в землю и наводимых электромагнитными полями этих проводов. Кроме того, между источником тока и проводом 74, а также между источником тока и наземным проводом 78 установлены соединения, обеспечивающие предотвращение утечки тока в почву. Для обеспечения предотвращения случайной утечки тока в почву и создания нежелательных электромагнитных полей, которые могут повлиять на собираемые датчиками 88 данные, принимаются меры по настройке электрической цепи.[0038] The ground wire 75 passing to the wire 74, as well as the ground wire 24 and the wire 112 passing down the third well, may have a shielding to prevent the occurrence of spurious electromagnetic fields propagating into the earth and induced by the electromagnetic fields of these wires. In addition, between the current source and the wire 74, as well as between the current source and the ground wire 78, connections are established to prevent current leakage into the soil. To ensure the prevention of accidental leakage of current into the soil and the creation of undesirable electromagnetic fields that can affect the data collected by the sensors 88, measures are taken to adjust the electrical circuit.

[0039] Переменный ток в проводе 74 создает электромагнитное поле, которое проходит вокруг обсадной колонны 68 первой скважины и за ее пределы. К проводу 74 и электроду 66 подан ток известной величины. Зная ток в проводе 74, можно выполнить вычисления, например, применяя закон Ампера, для оценки электромагнитного поля на любом заданном расстоянии от провода 74 и обсадной колонны 68. Полученное расчетное расстояние может быть использовано для управления бурением второй скважины.[0039] The alternating current in the wire 74 creates an electromagnetic field that passes around the casing 68 of the first well and beyond. A current of known magnitude is applied to wire 74 and electrode 66. Knowing the current in the wire 74, it is possible to perform calculations, for example, applying Ampere's law, to estimate the electromagnetic field at any given distance from the wire 74 and the casing 68. The obtained calculated distance can be used to control the drilling of the second well.

[0040] Фиг.6 изображает вид сбоку установки 60 для управления бурением, в которой бурение второй скважины 80 выполняется параллельно первой скважине 68. Буровая вышка 82, которая может быть вышкой, используемой и для первой скважины, направляет буровую головку 84, создающую вторую скважину, по траектории 86, проходящей параллельно обсадной колонне 68 первой скважины. Электромагнитные датчики 88, расположенные во второй скважине за буровой головкой, регистрируют электромагнитное поле, распространяющееся от первой скважины 68 и расположенного в скважине провода 80. Путь 90 тока проходит от источника 70 переменного тока по проводу 74, идущему вдоль обсадной колонны 68 первой скважины, затем уходит от дальнего конца указанной обсадной колонны к электроду 66 по пути 62 рассеянного тока в земле 63 между электродом 66 и обратным заземленным электродом 64, а затем от обратного заземленного электрода по обратному проводу 92 к источнику 70 тока.[0040] FIG. 6 is a side view of a drilling control apparatus 60 in which the second well 80 is drilled parallel to the first well 68. The derrick 82, which may be the derrick used for the first well, guides the drill head 84 creating the second well , along trajectory 86 extending parallel to the casing 68 of the first well. Electromagnetic sensors 88, located in the second well behind the drill head, detect an electromagnetic field propagating from the first well 68 and the wire 80 located in the well. The current path 90 passes from the AC source 70 through the wire 74 running along the casing 68 of the first well, then leaves the far end of the casing to the electrode 66 along the path 62 of the scattered current in the ground 63 between the electrode 66 and the return grounded electrode 64, and then from the return grounded electrode along the return wire 92 to 70 of the current source.

[0041] Датчики 88 переменного тока расположены приблизительно в 18 или 20 метрах за буровой головкой и поэтому не подвергаются воздействию более сконцентрированного тока в области выхода с электрода, который становится все более рассеянным по мере удаления от электрода. На практике датчики переменного тока в нагнетательной скважине расположены на расстоянии около 40 или более метров за электродом в точке, максимально близкой к месту завершения бурения (нижней) нагнетательной скважины.[0041] The AC sensors 88 are located approximately 18 or 20 meters behind the drill head and therefore are not exposed to a more concentrated current in the exit region of the electrode, which becomes more and more dispersed as it moves away from the electrode. In practice, the AC sensors in the injection well are located at a distance of about 40 or more meters behind the electrode at a point as close as possible to the location where the (lower) injection well was drilled.

[0042] Расчет теоретической напряженности электромагнитного поля на расстоянии от обсадной колонны первой скважины используется для оценки расстояния от обсадной колонны первой скважины до траектории 86 второй скважины, бурение которой выполняют параллельно обсадной колонне 68 первой скважины. Поскольку напряженность магнитного поля может быть рассчитана на любом расстоянии от обсадной колонны первой скважины, то измеренная датчиками 88 напряженность поля может использоваться для определения расстояния между второй и первой скважинами. Эти данные, относящиеся к расстоянию между положениями электромагнитных датчиков 88 во второй скважине, используются для обеспечения направления траектории буровой головки 84 вдоль пути, параллельного обсадной колонне первой скважины.[0042] The calculation of the theoretical electromagnetic field at a distance from the casing of the first well is used to estimate the distance from the casing of the first well to the trajectory 86 of the second well, which is drilled parallel to the casing 68 of the first well. Since the magnetic field strength can be calculated at any distance from the casing of the first well, the field strength measured by sensors 88 can be used to determine the distance between the second and first wells. This data, related to the distance between the positions of the electromagnetic sensors 88 in the second well, is used to provide direction to the path of the drill head 84 along a path parallel to the casing of the first well.

[0043] При расчете электромагнитного поля вокруг обсадной колонны первой скважины также могут учитываться другие элементы цепи переменного тока, которые вносят вклад в магнитное поле, регистрируемое датчиками 88 во второй скважине. Например, электромагнитные поля, распространяющиеся в землю, могут создаваться обратным проводом 92, установленным на поверхности и проводящим ток между источником 70 переменного тока и обратным заземленным электродом 64, например заземляющим стержнем. Аналогичным образом токопроводящий провод 74, расположенный в вертикальной части 94 обсадной колонны 68 первой скважины, создает электромагнитное поле в земле. Эти дополнительные электромагнитные поля предпочтительно должны учитываться при расчете ожидаемой интенсивности поля в участке земли около горизонтальной части первой скважины. Расчеты ожидаемой напряженности электрического поля, создаваемого различными источниками тока, например проводом 92, вертикальным участком 84 провода 74 и рассеянным электрическим током 62 в участке 63 земли, могут быть выполнены с помощью известных способов расчета напряженности электрического поля. Предпочтительно расчет ожидаемой интенсивности поля и измерение интенсивности поля датчиками во второй скважине выполняются в реальном времени и, по существу, одновременно.[0043] When calculating the electromagnetic field around the casing of the first well, other AC circuit elements that contribute to the magnetic field detected by the sensors 88 in the second well can also be taken into account. For example, electromagnetic fields propagating into the earth can be generated by a return wire 92 mounted on the surface and conducting current between the AC source 70 and the return grounded electrode 64, for example, a ground rod. Similarly, the conductive wire 74, located in the vertical portion 94 of the casing 68 of the first well, creates an electromagnetic field in the ground. These additional electromagnetic fields should preferably be taken into account when calculating the expected field intensity in a plot of land near the horizontal part of the first well. Calculations of the expected electric field generated by various current sources, for example, wire 92, vertical section 84 of wire 74 and dissipated electric current 62 in land section 63, can be performed using known methods for calculating electric field strength. Preferably, the calculation of the expected field intensity and the measurement of the field intensity by the sensors in the second well are performed in real time and substantially simultaneously.

[0044] Ток 62 в участке земли 63 между электродом и заземляющим стержнем настолько рассеян, что возбуждаемое этим током результирующее поле не зарегистрируется датчиками 88 переменного тока с их позиций во второй скважине. Таким образом, при расчете электромагнитного поля вокруг обсадной колонны первой скважины током 62 можно пренебречь. Напряженность электромагнитного поля, возбуждаемого током 62 в земле 63, может быть относительно большой вблизи дальнего конца первой скважины. Однако нет необходимости в измерении поля у дальнего конца первой скважины, так как эта точка расположена в конце второй траектории 86 бурения или вблизи него. В конце указанной траектории, вероятно, необходимость в текущем контроле поля гораздо меньше или вообще отсутствует, поскольку траектория бурения близка к завершению и в дальнейшем значительно не изменяется.[0044] The current 62 in the area of land 63 between the electrode and the ground rod is so dispersed that the resulting field excited by this current is not detected by the AC sensors 88 from their positions in the second well. Thus, when calculating the electromagnetic field around the casing of the first well, current 62 can be neglected. The electromagnetic field excited by the current 62 in the earth 63 can be relatively large near the far end of the first well. However, there is no need to measure the field at the far end of the first well, since this point is located at or near the end of the second drilling path 86. At the end of the indicated trajectory, it is likely that the need for current monitoring of the field is much smaller or even absent, since the drilling trajectory is close to completion and does not change significantly in the future.

[0045] Установка электрода снаружи обсадной колонны 68 первой скважины (эксплуатационной скважины) в необсаженном стволе может быть выполнена различными способами. Указанный электрод может продавливаться вниз по любой трубчатой конструкции, используемой для его проталкивания в скважину, продвинут на место с помощью выступающей части рукава или бурильной трубы, используемой для его опускания в ствол скважины, или может быть продвинут на место с помощью удлиненного скважинного трактора. Также для обеспечения продвижения электрода на место могут использоваться насосно-компрессорные трубы.[0045] The installation of the electrode outside the casing 68 of the first well (production well) in an open hole can be performed in various ways. The specified electrode can be pressed down along any tubular structure used to push it into the well, advanced into place using the protruding part of the sleeve or drill pipe used to lower it into the wellbore, or can be advanced into place using an elongated downhole tractor. Also, tubing can be used to ensure electrode advancement into place.

[0046] При условии наличия подходящего способа установки электрода этот способ может быть более точным, чем способ трехствольного бурения, вследствие отсутствия потерь при прохождении тока через провод, расположенный в трубе, и при его использовании отсутствует погрешность, обусловленная малым количеством данных о проводимости пластов, окружающих обсадную колонну.[0046] Provided that a suitable electrode installation method is available, this method may be more accurate than the three-hole drilling method, due to the absence of losses during the passage of current through the wire located in the pipe, and when using it there is no error due to the small amount of formation conductivity data, surrounding the casing.

[0047] Фиг.7 изображает вид сбоку другой иллюстративной установки 100 для управления бурением, в которой ток проходит по всей длине токопроводящей обсадной колонны 102 первой скважины, через участок земли 104 между дальним концом 106 обсадной колонны и обратным заземленным электродом 108, опущенным в обсадную колонну третьей скважины 110, проходящую рядом с обсадной колонной 102 первой скважины, но не пересекающуюся с ней. Источник тока 70 подает ток непосредственно к токопроводящей обсадной колонне 102 первой скважины и к токопроводящему обратному проводу 112, проходящему по земной поверхности от источника 70 к третьей скважине 110 и вниз по ней к обратному заземленному электроду 108. Электрод 108 проходит за дальний конец обсадной колонны третьей скважины в необсаженный ствол скважины в земле и присоединяется к обратному проводу, проходящему через обсадную колонну третьей скважины, предпочтительно не являющуюся токопроводящей.[0047] FIG. 7 is a side view of another illustrative drilling control installation 100 in which current flows along the entire length of the conductive casing string 102 of the first well, through a piece of land 104 between the distal end 106 of the casing string and a return grounded electrode 108 lowered into the casing the casing of the third well 110, passing near the casing 102 of the first well, but not intersecting with it. The current source 70 supplies current directly to the conductive casing 102 of the first well and to the conductive return wire 112 extending over the earth's surface from the source 70 to the third well 110 and downward to the return grounded electrode 108. The electrode 108 extends beyond the far end of the casing of the third wells into an open hole wellbore in the ground and connected to a return wire passing through the casing of the third well, preferably not conductive.

[0048] В земле между обратным электродом 108 и обсадной колонной первой скважины образован путь 115 рассеянного электрического тока. Этот путь является частью пути 114 тока, проходящего от источника 70 через обсадную колонну 102 первой скважины, обратный электрод 108 и обратный провод 112. Обратный электрод расположен вблизи обсадной колонны первой скважины (и предпочтительно в контакте с ней) для обеспечения сокращения пути тока через землю между обсадной колонной и обратным электродом.[0048] In the ground between the return electrode 108 and the casing of the first well, a scattered electric current path 115 is formed. This path is part of the current path 114 passing from the source 70 through the casing 102 of the first well, the return electrode 108 and the return wire 112. The return electrode is located near the casing of the first well (and preferably in contact with it) to provide a shortened current path through the earth between the casing and the return electrode.

[0049] По пути 114 течет ток, проходящий по горизонтальной части обсадной колонны 102 первой скважины и создающий вокруг нее электромагнитное поле, регистрируемое датчиками 88 во второй скважине 80, бурение которой выполняется с помощью буровой головки 84, следующей по необходимой траектории 86 бурения. Путем измерения электромагнитного поля в местоположениях датчиков 88 и при известном значении тока в обсадной колонне первой скважины расстояние между этими датчиками во второй скважине 80 может использоваться для расчета расстояния между первой и второй скважинами от местоположения датчиков.[0049] Along the path 114, a current flows through the horizontal part of the casing 102 of the first well and creates an electromagnetic field around it, detected by the sensors 88 in the second well 80, which is drilled using a drill head 84 following the required drilling path 86. By measuring the electromagnetic field at the locations of the sensors 88 and at a known current value in the casing of the first well, the distance between these sensors in the second well 80 can be used to calculate the distance between the first and second wells from the location of the sensors.

[0050] Несмотря на то что данное изобретение описано применительно к варианту выполнения, считающемуся в настоящее время наиболее практичным и предпочтительным, следует понимать, что изобретение не ограничено описанным вариантом выполнения, а напротив, охватывает различные модификации и эквивалентные конструкции, находящиеся в рамках идеи и объема прилагаемой формулы изобретения.[0050] Although the invention has been described with reference to an embodiment that is currently considered the most practical and preferred, it should be understood that the invention is not limited to the described embodiment, but rather encompasses various modifications and equivalent constructions that are within the scope of the idea and the scope of the attached claims.

Claims

1. The method of controlling the drilling path of the second well with its passage in close proximity to the first well, including
the passage of the first electrode connected to the first conductive wire through the casing or casing of the first well, the first electrode passing into the uncased part of the wellbore beyond the far end of the casing or casing, such that the first conductive wire extends along the entire length of the casing or casing pipes of the first well
placing a reverse grounded electrode in the surface layer of the earth, and the distance between the first electrode and the end of the casing string must be sufficient to prevent current from passing from the first electrode upward through the casing of the first well to the return grounded electrode,
the creation, after placing the reverse grounded electrode, of a time-varying electric current in the first conductive wire and the first electrode by supplying current from a source of time-varying electric current to the first conductive wire and the first electrode, and also to the second conductive wire passing to the return grounded electrode wherein the current flows from the first electrode through the earth to the return grounded electrode,
the formation of an electromagnetic field around the casing or casing of the first well, caused by the flow of a time-varying electric current in the first conductive wire,
drilling a second well along a drilling path parallel to the first well,
measuring an electromagnetic field formed around the casing or casing of the first well, performed from a drilling rig located in the second well, and
control of the drilling path of the second well using a measured electromagnetic field.

2. The method according to claim 1, in which the return grounded electrode is placed near the surface of the earth.

3. The method according to claim 1, in which the time-varying electric current has a frequency of not more than 10 Hz.

4. The method according to claim 1, in which the electromagnetic field is measured by orthogonal magnetic sensors (44, 46, 48, 52) located on the second drilling path, while further determining the distance between these sensors and the first well and the direction from the sensors to the first well .

5. The method according to claim 1, wherein when the current is supplied, a conductive path (114) is additionally created from the generator to the opposite ends of the first well.

6. The method according to claim 1, in which when the current is supplied, a conductive path (114) is additionally created from the electric generator (26, 70) located on the ground surface (14) to the opposite ends of the first well.

7. The method according to claim 1, in which when applying current, an additionally used grounded electrode (64) located near the surface of the earth (63), and create a conductive path (62) passing through the ground between the far end of the first well and the grounded electrode and through a conductive wire connecting the grounded electrode to a source (70) of a time-varying electric current.

8. The method according to claim 1, in which when a current is supplied to the first horizontal wellbore, a return electrode (66) is additionally placed located at a distance from the far end of the first well, and a conductive path (63) passing through the ground between the far the end of the first well (68) and the second electrode (64) and through an insulated conductive wire connecting the return electrode to a source of time-varying electric current.

9. The method of controlling the drilling path of the second well (80) with its passage near the first well (102), including
drilling a substantially vertical third well (110) in the direction of a distant segment of the first well and placing a return electrode (108) in said third well in the ground (104) in a place that is below the surface of the earth near the specified long section and does not border or not in contact with the first well,
creating a conductive path (114) passing from the specified far section of the first well through the earth and the return electrode to the source of a time-varying electric current,
the formation of an electrical circuit that contains an electric generator (70), a conductive casing (102) or a casing of the first well and a conductive path (112) running along the third well, and to which the specified generator delivers a time-varying electric current,
measuring with a sensor (88) the electromagnetic field generated by the current in the first well from the drilling path of the second well (80), and
controlling the path (86) of drilling the second well using a measured electromagnetic field.

10. The method according to claim 9, in which the first well (102) is horizontal, while the drilling path (86) of the second well is horizontal along the part, the direction of which is set using the electromagnetic field measured by the sensors.