人工磁导航定向钻进中靶系统研究的技术依托于笔者参加的一项境外采卤钻井工程,在该工程中,30对U形井组被设计用于抽采地下天然碱卤水。天然碱矿层厚度通常仅有1～3m,因而其建槽溶腔发展缓慢,导致靶区尺寸较小,一般为各向1m。理论上,在TVD约为400m、井距约为450m的基本条件下,要实现各向1m的中靶精度,依靠传统的MWD系统导航是不可行的。MWD系统的固有偏差特性,导致井深达800m后可能出现10m以上的水平偏差和2m以上的垂直偏差。因此,在工程初期,井组的连通率极低。此后,经过对比研究,最终引进了美国一家公司生产的人工磁测距仪,结果表明,该仪器用于U形井对接连通作业中,具有操作方便、精度高的特点,可克服传统MWD导向易产生累计位移偏差的缺点。人工磁中靶系统构思新颖,它巧妙地利用井底钻具的工作特点,将磁信标安装于钻头上,使之与钻头一起作旋转运动,产生动态旋转磁场。在靶点处,三分量磁传感器捕获磁场的波样,并传输到地表。在收到磁测数据后,采用个人电脑和解析软件对磁强波形进行去滤、对比和计算,最终得出钻头相对靶点的方位、项角和距离这三个关键值,为下一步调整钻进方向提供依据,以此引导钻过精确地进入靶区。本论文试图以定向钻进技术、磁学和数学分析为基础,建立一套钻进状态模型磁测平台,通过大量的磁测试验,推导并验证磁波传导及衰减规律,最终设计一套人工磁中靶系统总成,用于U形对接井的中靶作业。磁测试验是本系统的重要环节,其目的是验证推导磁强计算公式。从分析结果来看,影响磁波波幅的主要因素有钻进状态参数(转速、相对顶角、相对方位角、距离)、钻进介质(磁导率、地温等)、钻进工艺参数(泥浆温度、泥浆排量)、磁干扰(工频电干扰)等。受时间和条件限制,本系统尚未完成工业性试验,但地表模拟试验表明,本项目开发的钻进状态计算模型是合理的,其测距及定位误差是可以接受的。