基于梯度的单井SAGD测距系统.pdf

一种用于在两个井筒之间测距的工具、方法和系统。所述目标井筒包括安置在所述目标井筒的一部分内的导电构件。勘测井筒包括优选地在被钻过程中，定位在所述井筒内的电磁梯度仪，以及沿着勘测井筒间隔开的发射电极和返回电极。选择所述发射电极和所述返回电极的位置来优化至所述目标井筒的电流传输以在沿着所述导电构件的期望点上增强从所述导电构件放射的电磁场。在所述电极和所述梯度仪由钻柱携载的情况下，将间隙替代物沿着所述钻柱定位以使在其间沿着所述钻柱的电流传导最小化。在一些实施方案中，所述梯度仪定位在所述发射电极与所述返回电极之间。

1.  一种用于在第一井筒与第二井筒之间电磁测距的井筒测距系统，所述系统包括：
工具，其以细长轴表征，所述工具包括：
电流源；
至少两个电极，其沿着所述工具轴安置，其中至少一个电极是发射电极且至少一个电极是返回电极，其中所述电流源电连接至所述发射电极；和
磁梯度仪，其沿着所述工具轴安置，其被构造来探测由在一个所述井筒中的导电构件中流动的电流引致的磁梯度。

2.  根据权利要求1所述的系统，其中所述发射电极和所述返回电极沿着所述工具轴彼此间隔开。

3.  根据权利要求1所述的系统，其进一步包括至少三个电极和至少两个绝缘体，其中所述至少三个电极通过所述至少两个绝缘体沿着所述工具彼此电隔离。

4.  根据权利要求1所述的系统，其中所述发射电极和所述返回电极通过至少一个绝缘体分开。

5.  根据权利要求1所述的系统，其中所述磁梯度仪通过至少一个绝缘体与所述电极分开。

6.  根据权利要求1所述的系统，其进一步包括第三电极，其中所述第三电极是与另一个发射电极间隔开的发射电极。

7.  根据权利要求1所述的系统，其进一步包括第三电极，其中所述第三电极是与另一个返回电极间隔开的返回电极。

8.  根据权利要求1所述的系统，其进一步包括管柱，所述电极和所述磁梯度仪沿着所述管柱定位。

9.  根据权利要求1所述的系统，其中所述磁梯度仪包括围绕所述工具轴配置为彼此径向间隔开的至少三个偶极。

10.  根据权利要求1所述的系统，其中所述磁梯度仪包括围绕所述工具轴配置为彼此径向间隔开的至少四个偶极。

11.  根据权利要求1所述的系统，其中所述磁梯度仪包括围绕所述工具轴配置为彼此径向间隔开的至少六个偶极。

12.  根据权利要求1所述的系统，其中所述磁梯度仪包括围绕所述工具轴配置为彼此径向间隔开的至少八个偶极。

13.  根据权利要求1所述的系统，其中所述磁梯度仪包括：
第一对偶极，其围绕中心轴对称配置且彼此间隔开；和
第二对偶极，其围绕所述中心轴配置且彼此间隔开，其中所述第二对电极按相对于所述第一对电极的介于0°至89°之间的径向角围绕所述中心轴旋转。

14.  根据权利要求13所述的系统，其中所述第一对偶极围绕所述中心轴安置在第一直径处且所述第二对偶极围绕所述中心轴安置在与所述第一直径不同的第二直径处。

15.  根据权利要求1所述的系统，其中所述磁梯度仪包括：
第一对偶极，其围绕中心轴对称配置且彼此间隔开；和
第二对偶极，其围绕所述中心轴配置且彼此间隔开，其中在所述第一对电极与所述第二对电极之间形成介于0°至89°之间的相对角。

16.  根据权利要求15所述的系统，其中所述第一对偶极围绕所述中心轴安置在第一直径处且所述第二对偶极围绕所述中心轴安置在与所述第一直径不同的第二直径处。

17.  根据权利要求16所述的系统，其中所述第二对偶极按相对于所述第一对偶极的介于0°至89°之间的径向角围绕所述中心轴旋转。

18.  根据权利要求17所述的系统，其中所述第一对偶极围绕所述中心轴安置在第一直径处且所述第二对偶极围绕所述中心轴安置在与所述第一直径不同的第二直径处。

19.  根据权利要求1所述的系统，其进一步包括第一绝缘体和第二绝缘体，其沿着所述工具轴安置，其中所述发射电极通过所述第一绝缘体与所述返回电极分开且所述发射电极或接收电极之一通过所述第二绝缘体与所述磁梯度仪分开。

20.  根据权利要求19所述的系统，其进一步包括第三电极和第三绝缘体，其沿着所述工具轴安置，其中所述第三电极通过所述第三绝缘体与其 它电极电隔离。

21.  根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：
安置在所述发射电极与所述磁梯度仪之间的绝缘体，其沿着所述工具将所述磁梯度仪与来自所述发射电极的电流绝缘；和
安置在所述发射电极与所述返回电极之间的绝缘体，其沿着所述工具将所述返回电极与来自所述发射电极的电流绝缘。

22.  根据权利要求1所述的系统，其中所述磁梯度仪沿着所述工具轴安置在所述发射电极与所述返回电极之间。

23.  根据权利要求22所述的系统，其进一步包括：
安置在所述发射电极与所述磁梯度仪之间的绝缘体，其沿着所述工具将所述磁梯度仪与来自所述发射电极的电流绝缘；和
安置在所述返回电极与所述磁梯度仪之间的绝缘体，其沿着所述工具将所述磁梯度仪与来自所述返回电极的电流绝缘。

24.  根据权利要求1所述的系统，其进一步包括安置在一个井筒的一部分中的细长导电构件和安置在另一个井筒中的所述工具。

25.  根据权利要求25所述的系统，其进一步包括钻柱，其中所述工具由所述钻柱携载，所述系统进一步包括钻头和由所述钻柱携载的转向模块。

26.  根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：
第一绝缘体，其沿着所述轴安置在所述发射电极与所述返回电极之间，其沿着所述工具将所述返回电极与来自所述发射电极的电流绝缘；和
第二绝缘体，其沿着所述轴安置在所述返回电极与第一绝缘体相对的一侧上。

27.  一种井筒测距方法，其包括：
钻出第一井筒并且将细长导电构件定位在所述第一井筒的一部分内；
开始钻出第二井筒；
沿着管柱将返回电极定位在所述第二井筒中；
沿着管柱将发射电极定位在所述第二井筒中且在所述管柱上将所述发射电极与所述返回电极电绝缘；
启动交流电流并且将所述交流电流传递至所述发射电极；
利用所述发射电极来从所述第一井筒产生磁场；和
基于所述磁场测量来自所述第二井筒的磁梯度。

28.  根据权利要求27所述的方法，其进一步包括沿着所述管柱将间隙替代物安置在所述发射电极与所述返回电极之间。

29.  根据权利要求27所述的方法，其进一步包括沿着所述管柱将间隙替代物定位在所述发射电极与用于测量磁梯度的EM传感器之间。

30.  根据权利要求27所述的方法，其进一步包括沿着所述管柱将用于测量磁梯度的EM传感器定位在所述返回电极与所述发射电极之间。

31.  根据权利要求30所述的方法，其进一步包括沿着所述管柱将间隙替代物定位在所述发射电极与EM传感器之间且沿着所述管柱将间隙替代物定位在所述返回电极与EM传感器之间。

32.  根据权利要求30所述的方法，其中所述利用步骤包括将电流传输至所述发射电极。

33.  根据权利要求30所述的方法，其中所述测量步骤包括收集磁场数据，计算磁场梯度及基于所述磁场梯度计算所述第一井与所述第二井之间的距离和方向。

基于梯度的单井SAGD测距系统
优先权
本申请案要求2012年12月7日申请的标题为“Gradient-based Single Well Ranging System for SAGD Application”的美国临时申请案第61/734,677号和2012年12月10日申请的标题为“Gradient-based Single Well Ranging System for SAGD Application”的美国临时申请案第61/735,426号的优先权，其公开的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及钻井筒操作，且更具体地涉及用于追踪将多个井筒相对于彼此钻出的方法和系统。更具体地，本公开涉及用于从使用磁梯度钻出的井筒确定参考井筒的相对位置的方法和系统。
背景技术
易获取和易生产碳氢化合物资源被耗尽，越发需要更先进的回收程序。一种这类程序是蒸汽辅助重力泄油(SAGD)，一种结合两个间隔开的井筒利用蒸汽的程序。具体地，SAGD通过将高压、高温蒸汽注入地层中而解决地层中重油的流动性问题。这种高压、高温蒸汽减小重油的粘度以提高采油率。将蒸汽注入地层中从第一井筒(注入井)发生，所述第一井筒在第二井筒(生产井)上方且平行于第二井筒(生产井)钻出。当围绕第一井筒的地层中的重油粘度减小时，重油泄入下方第二井筒中，从所述第二井筒采油。优选地，在彼此相距仅几米的位置上钻出两个井筒。注入井筒的布置需以非常小的距离裕度实现。如果注入井筒定位为太靠近生产井筒，那么生产井筒将暴露于非常高的压力和温度。如果注入井筒定位为距离生产井筒太远，那么SAGD工艺的效率减小。为了协助确保第二井筒根据需要相对于第一井筒钻出及定位，通常进行地层中两个井筒的勘探。这些勘探技术传统上被称作“测距”。
电磁(EM)系统和方法常用于测距以确定两个井筒之间的方向和距离。在EM测距系统中，细长导电管柱(诸如井筒套管)被安置在一个井筒中。这种井筒通常被称作“目标”井筒且通常代表SAGD注入井筒。在任意情况下，通过低频电流源将电流施加至目标井筒导电管柱。电流沿着井筒套管流动并且泄漏至地层中。电流产生围绕目标井筒的EM场。使用安置在另一个井筒中的电磁场传感器系统测量来自目标井筒套管上的电流的EM场，所述井筒通常是在被钻过程中的井筒。这个第二井筒通常代表SAGD生产井筒。测量到的磁场随后可用于确定两个井筒之间的距离、方向和角度。其中电流被注入目标井筒以引致磁场的测距系统被称作“主动”测距系统。
已用于EM测距的一个解决方案是使用测距装置来在后一个井被钻时，直接感测并且测量两个井之间的距离。利用两个井(注入井和生产井)中的设备的两种众所周知的商用方法基于旋转磁铁或磁制导技术。但是，这些方法非期望之处在于其需要两个单独和不同的团队来管理每个井筒中的设备，即，生产井筒处的电缆团队和注入井处的随钻测井团队，其成本效率低。一种现有技术方法仅利用单个井筒(注入井筒)中的设备来将电流传输至目标井筒(生产井筒)，在其之后，使用绝对磁场测量来计算距离。这种方法的一大缺陷在于所述方法可能由于目标管上电流的变化而产生不可靠的结果。
附图说明
将从下文给出的详细描述及从本公开的各种实施方案的附图更全面理解本公开的各种实施方案。在附图中，相同参考数字可指示相同或功能类似的元件。元件首次出现的附图大致由相应参考数字中的最左数字指示。
图1图示SAGD钻井操作中基于梯度的单井筒测距系统的实施方案。
图2图示减压井筒操作中基于梯度的单井筒测距系统的实施方案。
图3图示基于梯度的井筒测距系统的源和绝缘体构造的多个实施方案。
图4图示基于梯度的井筒测距系统的基于梯度的测量原理。
图5图示基于梯度的井筒测距系统的电极阵列构造。
图6图示基于梯度的井筒测距系统的基于磁梯度的测量原理。
图7图示基于梯度的井筒测距系统的3、4和8偶极配置。
图8是图示磁场的绝对测量对梯度测量的不确定性的曲线图。
图9图示使用基于梯度的井筒测距系统测量距离的方法。
图10是利用磁场梯度的基于梯度的井筒测距系统的测距方法的流程图。
具体实施方式
上述公开可在各种实例中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和明了的目的且其本身不规定所讨论的各种实施方案和/或构造之间的关系。此外，空间相对术语，诸如“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”、“井上”、“井下”、“上游”、“下游”和类似术语可为了便于描述在本文中用于描述一个元件或特征与如图中所示的另一个(其它)元件或特征的关系。空间相对术语旨在涵盖使用或操作中的设备除图中描绘的定向外的不同定向。例如，如果图中的设备被颠倒，那么被描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将定向为在其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方的定向。设备可以其它方式定向(旋转90°或以其它定向)，且本文中所使用的空间相对描述词同样可相应地解释。
首先参考图1和图2，第一井筒10从地层的地面13自井口11延伸至地层12中。细长导电构件14沿着井筒10长度的至少一部分安置在井筒10内，所述细长导电构件14大致在井筒10内定向为与井筒10轴向对准。井筒10可下套管或无套管。在井筒10下套管的情况下，在一些实施方案中，导电构件14可为安置在井筒10内的套管或衬管。对于下套管井筒或无套管井筒，在一些实施方案中，导电构件14可为管柱、工具管柱、管路、电线或安置在第一井筒10中的其它导体。在任意情况下，意图是提供路径供电流沿着参考井筒的大部分长度流动，且可使用服务这个目的的任意导电路径。此外，导电构件14大致安置在井筒10以从井筒10径向向外辐射磁场。
在一些实施方案中，第一井筒10可包括垂直井段16和定向井段18。沿着期望方位路径和期望倾斜路径从垂直井段16钻出定向井段18。
继续参考图1和图2，示出在被钻过程中所示的第二井筒28。钻井系统300大致被示为与其相关。钻井系统30可包括定位在地层12上方的钻 井平台32和井口设施34，包括防喷器36。平台32可被安置用于在第二井筒28内抬高和放低传送机构48。
传送机构48携载的是电流注入系统50。电流注入系统50包括一对电极，即发射电极“E”和返回电极“R”。邻近传送机构48的末端附接的是电磁(EM)传感器51。在一些实施方案中，电磁传感器51可测量磁场的至少一个分量或磁场的梯度。在一些实施方案中，电磁传感器51可测量电场的至少一个分量或电场的梯度。EM传感器51包括至少一个磁梯度传感器或磁梯度仪(接收器)。在任意情况下，在一些优选实施方案中，电流注入系统50和EM传感器51被一起部署在勘测井筒中，诸如第二井筒28。电流注入系统50和EM传感器51一起形成EM测距工具。这些工具组件可一起包装成单个分装或其可沿着管柱分开部署。
在钻井系统30用于主动钻出第二井筒28的情况下，电流注入系统50和EM传感器51可为钻井系统的井底总成(BHA)52的部分。在这些实施方案中，传送机构48可为管柱或钻柱，其具有附接至管柱48的末端的BHA52。BHA52包括钻头54。BHA还可包括电力模块56(诸如泥浆马达)、转向模块58、控制模块60和其它传感器及仪器模块62。如本领域技术人员将了解，图1中所示的BHA52可为随钻测量或随钻测井系统，其中被动测井可用于在钻柱被部署在井筒28中的同时引导钻头54。
传送系统48可为缆线，诸如电缆、钢丝或类似物且用于将电流注入系统50下放至井筒28中。至电流注入系统50的电力和通信(若有)可由合适的模块56至62本地携载或可经由传送系统48传输。
泥浆马达模块56由钻井流体流驱动且接着其驱动钻头54以沿着期望路径32扩张第二井筒28。期望路径32被示为平行于井筒10的水平部分延伸，因为在许多情况下，诸如在蒸汽辅助重力泄油(SAGD)或煤床脱气中，期望钻出一系列密集的平行井。泥浆马达模块56可提供电力至电流注入系统50和/或EM传感器51。
转向模块58使井筒28可在期望方向上扩张。许多适当的转向机构是众所周知的，例如，转向叶片、“弯曲替代物”组件和旋转可转向系统。转向机构构造可由来自地面的控制系统64的命令设定及调整，诸如测井车或其它控制系统。替代地，控制模块60可编程有期望路线且其可根据需要调整 转向机构以沿着期望路径引导井筒。
虽然参考基于陆地的钻井系统图示如本文中描述的电流注入系统50和EM传感器51，但是本公开也包括结合海上和海洋钻井系统使用。
此外，电流注入系统50和EM传感器51的部署不限于第一井筒和第二井筒的任意特定定向。如图1中描绘，第一井筒10和第二井筒28分别是大体上水平井筒。在这种情况下，电流注入系统50和EM传感器51可能对于SAGD操作的测距特别有用。替代地，如图2中描绘，第一井筒10和第二井筒28分别是大体上垂直井筒。因此，电流注入系统50和EM传感器51可用于钻泄压井或交叉井，诸如当期望在两个井之间建立直接流体连通时。例如，这可能对于压井操作特别有用。
在任意情况下，控制系统31也可被部署来基于利用电流注入系统50和EM传感器51的EM测距控制钻井系统30。
继续参考图1至图2以及图3，钻井测距系统38由两个部件组成，两者一起部署在勘测井筒内：(i)电流源，即电流注入系统50(发射电极E和返回电极R)，其将交流电流(AC)注入地层12中，所述电流行进至第一井筒10中的导电构件14且随后沿着所述导电构件14行进，和(ii)EM传感器51，即磁梯度传感器或磁梯度仪(接收器)，其感测由于导电构件14上的这些AC电流而产生的梯度磁场。在特定实施方案中，电流注入系统50和EM传感器51都附接至钻柱48或作为其部分，所述钻柱48也在第二井筒28中携载钻头54。在一个或更多个实施方案中，EM传感器51可定位为靠近或邻近钻头54。在任意情况下，可通过分析测量到的梯度磁场而计算至目标的距离和方向。
图3a至图3g图示电流注入系统50和EM传感器51的各种实施方案。在实施方案中，EM传感器51携载在电流注入系统30井下的钻柱48上且可定位为靠近或邻近钻头54。如所示，每个电流注入系统50利用一对电极，即发射“E”电极和返回“R”电极，其安置在井筒28中以控制来往于导电构件的电流的路径，由此增强从第一井筒10中的导电构件14产生EM场。发射电极E和返回电极R可部署为邻近彼此或彼此间隔开。优选地，电极E和R直接接触钻孔流体或地层12。与EM传感器51一起，这样一种配置实现稳健的单井筒测距，其对于SAGD应用是关键的。除发射电极E和返 回电极R以外，电流注入系统50的实施方案可包括一个或更多个绝缘体或间隙替代物G，其沿着钻柱部署以使一个或更多个发射电极E、一个或更多个返回电极R和EM传感器51绝缘。此外，间隙替代物G可被选择和定位来控制电流的路径(诸如电流线34所示)或以其它方式在特定方向上驱动路径电流以增强从导电构件放射的电磁场(大致指示为36)。如本文中使用，“间隙替代物”意指绝缘体，诸如管柱的导电部分或管的绝缘部分中的间隙或绝缘体替代物或被部署来抑制沿着钻柱的电流流动的任意其它非导电装置。
在图3a中，发射电极E被示出在返回电极R的井下，但紧邻于返回电极R。在实施方案中，第一间隙替代物G₁被部署在发射电极E与返回电极R之间的钻柱48上以确保电流不通过钻柱48从发射电极E传导至返回电极R。在本实施方案中，电流注入系统50与EM传感器51间隔开，所述EM传感器51定位为靠近或邻近钻头54。
在图3b中，发射电极E被示出在返回电极R的井下。在本实施方案中，返回电极与发射电极间隔开以使通过钻柱48的电流的直接传输最小化。在本实施方案中，电流注入系统50同样与EM传感器51间隔开，所述EM传感器51定位为靠近或邻近钻头54。
在图3c中，发射电极E被示出在返回电极R的井下，但紧邻于返回电极R。在实施方案中，第一间隙替代物G₁被部署在钻柱48上介于发射电极E与返回电极R之间以确保电流不通过钻柱48从发射电极E传导至返回电极R。同样地，第二间隙替代物G₂被部署在钻柱48上介于发射电极E与EM传感器51之间，所述EM传感器51定位为靠近或邻近钻头54。间隙替代物G₂确保电流不通过钻柱48从发射电极E传导至EM传感器51，因此使来自钻柱48的可能干扰EM传感器51对来自第一井筒10的EM场的测量的EM场最小化。本实施方案允许EM传感器51定位为更紧邻电流注入系统50。
在图3d中，发射电极E被示出在返回电极R的井下，但紧邻于返回电极R。在实施方案中，第一间隙替代物G₁被部署在钻柱48上介于发射电极E与返回电极R之间以确保电流不通过钻柱48从发射电极E传导至返回电极R。同样地，第二间隙替代物G₂被部署在钻柱48上介于发射电极E与 EM传感器51之间，所述EM传感器51定位为靠近或邻近钻头54。间隙替代物G₂确保电流不通过钻柱48从发射电极E传导至EM传感器51，因此使来自钻柱48的可能干扰EM传感器51对来自第一井筒10的EM场的测量的EM场最小化。本实施方案允许EM传感器51定位为更紧邻电流注入系统50。例如，EM传感器51可与发射电极E仅间隔开短距离，前提是间隙替代物G₂被部署于其间。此外，第三间隙替代物G₃定位在钻柱48上位于返回电极R的上游以驱动从导电构件14往回行进的电流穿过地层12至返回电极R。这将导致来自导电构件14的更强或更集中EM场。
在图3e中，发射电极E被示出在返回电极R的井下，但紧邻于返回电极R。在本实施方案中，返回电极与发射电极间隔开以使通过钻柱48的电流的直接传输最小化。间隙替代物G₁被部署在钻柱48上介于发射电极E与EM传感器51之间，所述EM传感器51定位为靠近或邻近钻头54。间隙替代物G₁确保电流不通过钻柱48从发射电极E传导至EM传感器51，因此使来自钻柱48的可能干扰EM传感器51对来自第一井筒10的EM场的测量的EM场最小化。本实施方案允许EM传感器51定位为更紧邻电流注入系统50。例如，EM传感器51可与发射电极E仅间隔开短距离，前提是间隙替代物G₁被部署于其间。此外，间隙替代物G₂定位在钻柱48上位于返回电极R上游以驱动从导电构件14往回行进的电流穿过地层12至返回电极R。这将导致来自导电构件14的更强或更集中EM场。
在图3f中,发射电极E由部署在钻柱48内的电缆40携载。在本实施方案中，返回电极R(未示出)被布置在地面13上(见图1)。在本实施方案中，电流注入系统50和尤其发射电极E同样与EM传感器51间隔开，所述EM传感器51定位为邻近钻头54。
在图3g中,类似于图3f，发射电极E由部署在钻柱48内的电缆40携载。在本实施方案中，返回电极R(未示出)被布置在地面13上(见图1)。在本实施方案中，电流注入系统50和尤其发射电极E同样与EM传感器51间隔开，所述EM传感器51定位为邻近钻头54。间隙替代物G被部署在钻柱48上介于发射电极E与返回电极R所处的地面13之间(图1)。间隙替代物G确保电流不通过钻柱48从发射电极E传导至返回电极R。
虽然未展示，但是在图3f或图3g的构造中，间隙替代物也可定位在发 射电极E与EM传感器51之间。如此定位的间隙替代物确保电流不通过钻柱48从发射电极E传导至EM传感器51，因此使来自钻柱48的可能干扰EM传感器51对来自第一井筒10的EM场的测量的EM场最小化。本实施方案允许EM传感器51定位为更紧邻电流注入系统50。
虽然系统将主要被描述为使两个源(发射电极E和返回电极R)与磁梯度传感器在相同井筒中，但是在其它实施方案中，发射电极E和返回电极R可定位在目标井筒中或定位在地面上或在除第二井筒以外的另一位置中。
在特定优选实施方案中，EM传感器51可包括磁力计，所述磁力计可用于测量绝对磁场以获得大致方向，由此提高本文中公开的磁梯度系统。替代地，这样一种磁力计可与EM传感器51分开。设想测量绝对磁场的系统可用于大致将钻柱相对于目标井筒定向。相比之下，利用磁梯度的EM传感器51的磁梯度仪用于确定两个井筒的精确得多的距离和各自位置。
电流注入系统50包括电压控制或电流控制的发射器38，且它优选地作为0.02至250Hz的数量级的非常低频率交替以产生由发射电极E注入的电流。发射器38可本地携载在钻柱48上(诸如电力模块56的部分)或定位在地面上，其中导电接线向下延伸至发射电极E，诸如图1中所示。
如上所述，磁梯度方法和系统将被大致描述为使发射电极E和返回电极R，连同磁梯度传感器在第二井筒中的相同钻柱上。但是，本文中描述的磁梯度方法和系统不限于这种配置。因此，在特定实施方案中，发射电极E或返回电极R或两者可位于第二井筒外，诸如，例如在地层地面13上。
虽然有上述内容，但是在特定优选实施方案中，如图3a至图3e中所示，发射电极E和返回电极R由第二井筒28中的钻柱48携载。钻柱48外电流的传递可通过导电臂或携载电连接至发射器38的电极E的其它设备实现(见图1)。
为了使穿过发射电极E与返回电极R之间的钻柱48的电流的直接返回最小化及因此增大行进至导电构件14的电流的部分，绝缘体间隙替代物G可被布置在发射电极E与返回电极R之间(见图3a、图3c和图3d)。
此外，为了使沿着钻柱48从发射电极E至EM传感器51的磁梯度仪 的电流流动最小化(所述电流可能干扰磁梯度仪的性能)，可将间隙替代物G沿着钻柱48安置在发射电极E与EM传感器51之间(见图3c、图3d和图3e)。
同样地，为了隔离接收电极R以使至接收电极R的电流流动最大化及阻止大长度的钻柱48接收电流(其使测距系统的性能劣化)，可将间隙替代物G安置在接收电极R的一侧或两侧上，即井上和井下(见图3d和图3e)。
因此，在特定优选实施方案中，期望利用沿着钻柱48的至少两个间隙替代物G以使钻柱48上的位置之间的电流传输最小化，诸如发射电极E与EM传感器51的磁梯度仪之间，以及使至返回电极R的电流流动最大化。
可通过在发射电极E与返回电极R定位在钻柱48上时，增大其间的间隔而使第一井筒10的导电构件14上的电流最大化(见图3b和图3e)。在这些实施方案中，钻柱48的导电部分可充当源且其可增大电极的有效间隔，因此增大电流渗透的深度。由于电流泄漏，管上的电流最终大体上离开管，因此限制充当源的管的长度。优选地，在上述实施方案中，间隙替代物的大小被选择为足够大来有效实现，但足够小而不损及钻柱的完整性和成本。
如果发射电极E和返回电极R充分间隔开，那么发射电极E与返回电极R之间的间隙替代物可从钻柱48免除。但是，在这种情况下，期望增大这种分隔以使沿着钻柱48的电流传输最小化。例如，在一些优选实施方案中，发射电极E和返回电极R间隔至少200英尺(见图3b和图3e)。
在图3(f)和图3(g)中所示的另一实施方案中，电流传递自部署在钻柱48内的电缆40，其中返回电极R被布置在地面13上(见图1)。在两种情况下，离开发射电极E的电流34行进穿过地层12至导电构件14(见图1)。电流34随后大致沿z轴沿着导电构件14行进。电流34随后从导电构件14行进回地层，且最后电流34行进至返回电极R，完成电路。
如果由电缆40携载的发射电极E与地面13充分间隔开，那么图3(f)中所示的实施方案无需间隙替代物。但是，对于发射电极E在第二井筒48的井口附近的较浅应用或部署，间隙替代物可增大传递至导电构件14的电流量，诸如图3(g)中所示的间隙替代物G。
在参考图3(f)和图3(g)中所示的实施方案的任意情况下，额外间 隙替代物可部署在发射电极E与EM传感器51之间。
发射电极E相对于返回电极R的布置也对性能具有显著影响。在单个返回电极R和发射电极E被部署的情况下，诸如在图3(a)中所示的构造中，导电构件14中的电流展现两个零(a1、a2)，如图4中所示。EM传感器51理论上需被布置为或接近电流分布的最大值(图4中的(b)处所示)，以使得测距性能最大化。但是即使电流在发射电极E与返回电极R之间被最大化，将EM传感器51布置于此并非有利的，因为这些传感器将高度受地层12中的电流与发射电极E与返回电极R之间的钻柱48的直接耦合影响。因此，EM传感器51被理想地布置为接近导电构件电流量值的两个最大值(图3中的两个最小值)。由于钻柱48和导电构件14上电流的准确分布未知，所以并非总是能够使用最佳构造。因此，通常需选择折衷位置。应注意，导电构件电流分布的非预期大变化可(i)产生EM传感器51附近减小(零)有效电流，或(ii)电流方向的翻转。前者可通过使用如图5a和图5b所示的单独发射电极E或返回电极R而减轻。换句话说，通过利用两个发射电极E₁和E₂(如图5a中所示)或两个返回电极R₁和R₂(如图5b中所示)，图4中所展现的零(a1、a2)可免于影响总体数据。如图5a和图5b中所示，间隙替代物G也可根据上文讨论用于这些构造中。
因此，在三个电极的情况下，可选择发射电极E与返回电极R之间的两个不同距离以确保所有可能情况下的大信号。作为非限制性实例，在图5a中，可在与返回电极R相距3至10英尺的距离处选择一个发射电极E₁，且在与返回电极R相距5至20英尺的距离处选择另一个发射电极E₂。在图5b的多个返回电极R构造中，可类似地选择返回电极R₁和R₂与发射电极E的距离。
可基于两个发射电极/返回电极的符号之间的比较探测电流反转。例如，与返回电极R相距最短距离的发射电极E构造极不可能遭受变号。因此，这种测量的符号可用于校正大间隔下测量的符号。此外，如果变号已发生，那么还可比较信号电平来确定和校正。此外，历史测量可用于探测并且校正变号。
应注意，虽然已主要参考磁梯度传感器讨论发射电极E、返回电极R和间隙替代物布置的上文讨论，但是本领域一般技术人员将了解上述内容 可同样适用于且用于改进利用测量绝对磁场的磁力计的现有技术系统。
导电构件相对于第二井筒的距离和方向的确定是基于由一个或更多个EM传感器所接收的磁场。EM传感器可为被安置来测量绝对磁场的磁力计或接收器可为被安置来测量磁场梯度的磁梯度传感器(或磁梯度仪)。
在任意情况下，通过利用导电构件与EM传感器所接收的磁场之间的下列关系实现距离和方向的确定。
H‾=12πrφ^---(1)]]>
H是磁场矢量，I是导电构件上的电流，r是EM传感器与导电构件之间的最短距离，且是垂直于EM传感器的z轴和将导电构件连接至EM传感器的最短矢量两者的矢量。应注意，这种简单关系假设沿着导电构件的恒定导电构件电流，但是本领域一般技术人员将了解概念可通过使用适当模型而扩展至任意电流分布。可清楚看见可通过使用这种关系计算距离和方向。
r=I2π|H‾|---(2)]]>
Φ=angle(x^·H‾,y^·H‾)+90---(3)]]>
其中·是矢量内积运算。已通过经验观察到方程式(3)是导电构件相对于EM传感器坐标的相对方向的可靠测量，且只要接收自导电构件的信号与测量误差相比大得多，它就可使用。但是，方程式(2)无法可靠地用于计算距离，因为I的直接或准确测量不存在。具体地，已观察到I的任意分析计算可由于未知导电构件特性而减小50％。此外，由于导电构件电流归因于井筒的不同井段上变化的地层电阻率和趋肤深度的变动，I的任意现场校准未产生足够可靠而用于SAGD或井筒拦截应用的系统。因此，测量绝对磁场值的的现有技术系统不适于SAGD或井筒拦截应用。
为了克服现有技术的这些问题，利用磁场梯度测量，其中在于径向(r轴)方向上具有大分量的方向上测量磁场的空间变化，如下：
∂H‾∂r=-I2πr2φ^---(4)]]>
其中是偏导数。除绝对测量以外，使用可用的这种梯度测量，可计算 距离如下：
r=|H‾||∂H‾∂r|---(5)]]>
因而，如果绝对和梯度测量可获得，那么方程式(5)无需知道导电构件电流I。方向测量仍可如方程式(3)中所示进行。
在实践实施中，测量磁场的所有分量是不可行的，其并非利用所有上述公式所需。而是，可使用定向在方向u上的磁场的单个分量。这个分量的磁场可写作：
H‾·u^=I2πr(u^·φ^)---(6)]]>
其中脱字符号指示单位矢量且横线指示矢量。类似地，沿着v方向的u分量磁场梯度可写作：
∂H‾·u^∂v=∂I2πrφ^·u^∂v=I2π∂1rφ^·u^∂v=I2π∂1rφ^∂v·u^=I2π(∂1r∂vφ^+1r∂φ^∂v)·u^=I2π(-(v^·r^)1r2φ^-1r(v^·φ^)r^r)·u^=-I2πr2((v^·φ^)(u^·r^)+(v^·r^)(u^·φ^))---(7)]]>
在这些绝对和梯度测量可得的情况下，至导电构件的距离可写作：
H‾·u^∂H·u^‾∂v=-r(u^·φ^)((v^·φ^)(u^·r^)+(v^·r^)(u^·φ^))---(8)]]>
其中
r^=x^cos(Φ)+y^sin(Φ)φ^=-x^sin(Φ)+y^cos(Φ)---(9)]]>
在示例性情况下，其中H_y分量沿着x测量，方程式(7至9)可组合如下：
Hy∂Hy∂x=rcos(Φ)(sin(Φ)2-cos(Φ)2)---(10)]]>
最后距离可写作：
r=Hy∂Hy∂x(sin(Φ)2-cos(Φ)2)cos(Φ)---(11)]]>
在实践中通过利用如下文所示的两个磁场偶极测量的有限差而实现方程式(11)中的梯度场：
r=HyHy(x+Δx2,y)-Hy(x-Δx2,y)Δx(sin(Φ)2-cos(Φ)2)cos(Φ)---(12)]]>
利用这些原理，图6图示可在特定实施方案中利用的一个可能的EM传感器51。具体地图示磁场梯度传感器51构造，其具有围绕主轴Z且相对于导电构件14和由导电构件上的电流34产生的磁场36所示的4偶极(H_x1、H_x2、H_y1、H_y2)。如所示的偶极H_x1、H_x2、H_y1、H_y2围绕主轴Z配置为彼此呈90°。如本文中所使用，如本文技术中众所周知，偶极意指由沿着偶极轴安置的细长线圈形成且具有围绕核心的多个线匝的天线或电极。箭头42大致指示每个偶极的核心和绕组的方向。
但是，本领域一般技术人员将了解，如从方程式(10)中可见，结合单个分量的梯度测量由于从45°开始的每个90°的分母的奇点而变得不稳定。因此，结合单个分量的梯度测量仅对角度90°x k敏感，其中k是整数。这也将适用于图6，其中配置为彼此呈90°的4个偶极用于计算磁场。
在测量绝对磁场和梯度磁场的实施方案中，应注意EM传感器优选地具有最小3个偶极H用于实现梯度测量，即2个偶极用于梯度加上1个偶极用于绝对电磁场量值计算。一个实例将是在EM传感器中围绕主轴Z配置为三角形以消除如下文讨论的盲点的三个偶极H。但是，由于对称偶极配置更易于设计和制造，所以在一些情况下，这样一种三偶极配置可能不如对称偶极配置那样令人期望。
图7a图示三偶极EM传感器，其具有偶极H_x1、H_x2和H_y。箭头42大 致指示每个偶极的核心和绕组的方向。图7b图示4偶极EM传感器，其具有偶极H_x1、H_x2、H_y1、H_y2。图6c图示8偶极EM传感器，其具有可在特定实施方案中使用的偶极H_x1、H_x2、H_y1、H_y2、H_u1、H_u2、H_v1、H_v2。参考图7a、图7b和图7c的每个，在各情况中通过瓣形体44指示测量的灵敏度的方向性。如可见，3偶极装置和4偶极装置可仅在接近0°、90°、180°和270°的方向上进行梯度场的准确测量，导致磁梯度场数据中的盲点。这个问题的一个解决方案是在更多方向上使用偶极和梯度测量，如图7c中所示。在这种情况下，如瓣形体44a所示，4个偶极覆盖0°、90°、180°和270°，而如瓣形体44b所示，其它4个偶极覆盖45°、135°、225°和315°。应注意，类似于图7c中所示的构造的覆盖可用总共6个偶极实现，而不显著影响准确度；但是，由额外偶极H提供的额外信息可用于不同目的(诸如质量控制)且具有对称传感器阵列的设计优点。
在EM传感器的另一个实施方案中，图7d中所示，两对偶极(H₁、H₂和H₃、H₄)间隔开且被配置为彼此成一定角度。依据特定偶极的大小和性质，围绕中心轴的径向角度α和/或偶极对之间的相对角度σ可在0°至89°之间调整且优选地大约45°以使盲点区域最小化或消除。偶极对(H₁、H₂和H₃、H₄)也可定位为围绕轴的不同半径r1和r2处。例如，每个偶极线圈可优选地为大约0.1米长且具有大约100,000个线匝。每个线圈优选地连接至电路，所述电路包括低噪声、高增益、带通放大器。放大器电压被个别地馈送至井下微处理器用于分析。本领域一般技术人员将了解，因传感器的开支以及井下用于任意不必要组件的有限空间，期望免除任意数量的偶极，同时使盲点最小化。
EM传感器磁偶极可用磁力计、原子磁力计、磁通门磁力计、磁梯度仪、螺线管或线圈实现。此处应注意，与减去两个单独磁场测量的值相比，也可通过将两个磁偶极电连接在不同定向中及进行单个测量而执行梯度测量。上述处理方法可一般化至这种情况。
最后，在测量绝对磁场以获得最佳结果的现有技术系统中，需将磁力计定位为邻近钻头。虽然本文中公开的一些实施方案将EM传感器图示为被安置在井下邻近钻头，但是在特定实施方案中与绝对磁场相比，磁梯度的使用使沿着钻柱的EM传感器的位置的影响最小化。因此，通过在特定 实施方案的实践中利用磁梯度，可将EM传感器定位为与钻头间隔开。在一些实施方案中，EM传感器定位在发射电极E与返回电极R之间，而在其它实施方案中，EM传感器沿着钻柱定位在发射电极E和返回电极R上方。在所有情况下，如上所述，在EM传感器与电极之间利用间隙替代物以将EM传感器与电极隔离。
如上所述，现有技术中所利用的绝对磁场量值测量是非期望的，因为这些测量的准确度可能受许多不同变量的影响，诸如趋肤效应、导电构件(即通常第一井筒套管)的条件、导电构件的轮廓等。例如，已知第一井筒套管的相关特性，诸如导电性和导磁率来展示不同套管管段之间的大变动，且也可由于诸如机械应力、温度和腐蚀的影响而随时间改变。由于第一井筒套管上的电流分布依据趋肤深度和因此每单位管长度的电阻，所以无法进行有关由于源而在第一井筒套管上激发的电流的准确分析估计。此外，沿着不同套管管段的变动也使得非常套管的一个管段中的电流难以基于另一个管段校准。
如图8中所示，已观察到与绝对测量量值的距离可探测第一井筒或相距更远的“目标”的存在，但是它具有与之相关的非常大的不确定性锥。另一方面，梯度测量可探测处于较短距离处的目标；但是它具有小得多的不确定性锥。将本文中公开的测距方法用于SAGD和井筒拦截应用的要求在梯度测量能力范围内且因此，本文中公开的方法和系统在与基于绝对测量的现有技术系统和方法比较时具有明显优点。
参考图9，在现有技术测距和定向钻井方法中，已知通过三角测量技术使用来自按与目标井筒的不同角度钻出的井筒的多个绝对方向测量来确定范围。这需要被钻出的井筒的轨迹为相对于目标井筒的螺旋、S形或曲线形，它是SAGD应用中非期望的轨迹。此外，这样一种三角测量方法在长距离内对信息取平均值并且减小地质导向响应时间。相比之下，如图8中所示，如本文中公开的梯度测距方法的使用允许第二井筒的轨迹大体上以线性路径平行于目标井筒，其对于SAGD操作而言要期望得多。此外，由于可在各点上获得独立信息，所以地质导向可比现有技术方法更快地响应距离的偏差。
但是，在现有技术中，如上所述，为了使导向性能最大化，尤其在于 螺旋或S形路径中驱动时，磁力计通常定位在钻柱中尽可能靠近钻头，优选地紧邻钻头。在本文中公开的实施方案中，如用于SAGD应用，钻柱大体上平行于目标井筒，因此EM传感器的布置在导向性能方面不那么重要。也可将EM传感器布置在钻柱上的其它位置，诸如在钻头中。
图10图示如本文中公开的磁梯度测距系统的一些实施方案的实施步骤以在第一井筒与第二井筒之间测距。在步骤A中，钻出第一井筒。一旦钻出，就将导电构件定位在第一井筒的一部分中，即其需要从其开始对第二井筒进行测距的部分。导电构件可为井筒套管或一些其它导电构件。在测距用于SAGD操作中的情况下，第一井筒可为注入井筒或生产井筒。传统上，首先钻出生产井筒，因为它需要被布置在最佳位置的储层中以生产最大数量的碳氢化合物。但是，为了如本文中公开的测距方法的目的，可首先钻出任一个井筒。在井筒拦截操作中，第一井筒可为将被压井的井筒。在本步骤的特定实施方案中，井筒布置工具，诸如方位传播电阻率测井仪或超深读取电阻率测井仪可用于布置第一井筒。这些测井仪通常用于将生产井筒定位在与储层中的邻近层相距的最佳距离处。此外，可在钻出这个第一井筒时收集勘探数据以协助引导第二井筒。
在步骤B中，开始钻出第二井筒。在优选的实施方案中，用来自在下列步骤中描述的测距工具的勘探信息或绝对或梯度信息引导造斜井段(即，将相对于第一井筒布置的第二井筒的井段)。
在造斜井段已开始后，起始用于使第二井筒保持在相对于第一井筒的期望轨迹上的测井测序。对于SAGD操作，轨迹将是平行于第一井筒且与第一井筒相距期望距离。测井程序利用具有如上所述的一个或更多个发射电极E、一个或更多个返回电极R和EM传感器的测距系统。发射电极E和EM传感器定位在第二井筒中，优选地作为被用于钻出第二井筒的钻柱的部分。在一些实施方案中，返回电极R也定位在第二井筒中。部署在钻柱上或地面上的发电机提供电流至发射电极E。一些实施方案可包括一个或更多个间隙替代物来将一个或更多个电极和EM传感器与沿着钻柱行进的电流隔离。
一旦测距系统(即发射电极E、返回电极R、EM传感器和任意间隙替代物)处于如在步骤C中的位置中，就可采用井筒测距方法。在特定实施 方案中，方法可包括使用如上所述的磁梯度。此处应注意，所公开系统可用于维持第一井筒与第二井筒之间的大体上相同距离或第二井筒的钻井定向可遵循基于地形的本地特性的规定或受控的变动距离，诸如在井筒拦截程序的情况下。
优选地，如在步骤D中，在井筒测距期间中断钻井以使可能干扰测距测量的噪声水平最小化。钻井停止与测距开始之间的时间可被优化来减小由于摆动造成的噪声并且也使空闲时间最小化。类似地，测距的持续时间可被优化来排斥电系统和磁环境噪声并且也使空闲时间最小化。
在步骤E中，测距系统的电极被启动来注入电流以从第一井筒(即含导电构件的井筒)产生磁场。在沿着第二井筒轨迹的预定距离已钻出之后，预定时间段已过去或基于一些其它标准，电流注入可为自动的，或电流注入可为手动的。在一些优选实施方案中，利用安置于第二井筒中的发射电极从第二井筒注入电流。在一些实施方案中，发射电极携载在用于钻出第二井筒的钻柱上，而在其它实施方案中，发射电极和返回电极都携载在钻柱上。发射电极可与利用间隙替代物的测距系统的其它组件隔离。在其它实施方案中，可在地面上将电流注入至地层中或可通过与第一井筒中的导体的直接电接触而注入电流。
在任意情况下，将注入的电流从发射电极驱动至第一井筒。如上所述，可将间隙替代物部署在第二井筒中以将电流朝向第一井筒引导(与允许电流沿着钻柱传输相对)。同样地，可选择返回电极的布置以增强至第一井筒的电流路径。因此，在返回电极处于第二井筒中的实施方案中，可基于期望结果相对于发射电极选择返回电极的位置。在这个方面，其可沿着钻柱间隔开一定距离以增强从第一井筒放射的电磁场。总之，选择发射电极和返回电极、其间隔和其隔离以将电流驱动至第一井筒中的导电构件及增强从其放射的电磁场。
使用从第一井筒放射的磁场，启动EM传感器。EM传感器可从地面手动启动或自动启动。例如，在一些实施方案中，由第二井筒中的BHA携载的控制模块可包括算法，所述算法探测电流并且启动EM传感器。具体地，在步骤F中，虽然EM传感器可为任意数量的适于测量磁场的装置，但是在一些实施方案中，EM传感器包括一组磁偶极天线，所述磁偶极天线探测 从其中产生的电磁场信号，所述电磁场信号由被驱动以沿着第一井筒的长度行进的电流产生。电磁场信号可被本地记录并且处理或可被传输至地面用于记录和/或处理。在一些优选实施方案中，如图8中所示，记录代表磁场的至少两个不同位置的至少两个磁场信号。这可利用彼此间隔开的多个偶极天线实现。由偶极天线收集的数据可为磁场、电场、电压或电流的形式。为了执行信噪比分析，有利地按磁场单位分析数据。
在步骤G中，将步骤F中收集的磁场数据用于计算范围。在一些实施方案中，范围可基于磁场梯度。例如，可如上文方程式(1)至(12)中描述计算磁场梯度。
在步骤H中，确定第一井筒与第二井筒之间的距离和方向。由于方向和距离结果是基于EM传感器的坐标系，所以EM传感器的坐标系必须被转化以将其转换为可用于地质导向的地球或其它坐标系。地球磁场或重力信息可用于测量接收器定向并且实现上述转化。
在步骤I中，将计算得到的距离和方向用于调整第二井筒的钻井参数，诸如井筒路径的轨迹，在其之后，在步骤J中，可相应地调整由钻柱携载的地质导向系统以基于磁测距和钻井恢复而导向钻头。步骤C至步骤J中描述的测距程序优选地按选择深度间隔执行，其优化地质导向性能和钻井时间。先验信息可用于调整连续测距之间的时间间隔。例如，如果第一井筒的勘探数据指示井筒预期为大体上水平，那么测距测量之间的间隔可延长。如果预期井筒具有折线轨道(dog-leg)，那么可更频繁地执行测距测量。在井筒末端的附近，沿着被安置于其中的导电构件行进的电流与导电构件的其它区段相比表现不同，这是因为电流的流径被修改。为了避免不利影响，在一些实施方案中，可将第一井筒钻得比第二井筒长。基于所述情况，可切换至不同处理技术。作为实例，如果第二井筒需本地遵循距离第一井筒远的路径，那么可本地使用基于绝对值的测距。
因此，已描述用于用于第一井筒与第二井筒之间的电磁测距的井筒测距工具。工具的特征在于细长轴。井筒测距工具的实施方案可大致包括：电流源；至少两个电极，其沿着工具轴安置，其中至少一个电极是发射电极且至少一个电极是返回电极，其中电流源电连接至发射电极；和磁梯度仪，其沿着工具轴安置，被构造来探测由在一个井筒中的导电构件中流动 的电流引致的磁梯度。同样地，已描述井筒测距系统。井筒测距工具的实施方案可大致包括：第一井筒，其具有安置其中的细长导电构件；第二井筒，其具有安置其中的管柱；电流源；至少两个电极，其沿着管柱安置，其中至少一个电极是发射电极且至少一个电极是返回电极，其中电流源电连接至发射电极；和磁梯度仪，其沿着管柱安置，被构造来探测由在一个井筒中的导电构件中流动的电流引致的磁梯度。系统可单独或结合本文中描述的一个或更多个方法并入井筒测距工具。此外，任一个下列元件可单独或彼此组合地与任意上述实施方案组合。
发射电极和返回电极沿着工具轴彼此间隔开。
至少三个电极和至少两个绝缘体，其中至少三个电极通过至少两个绝缘体沿着工具彼此电隔离。
发射电极和返回电极通过至少一个绝缘体分开。
磁梯度仪通过至少一个绝缘体与电极分开。
第三电极，其中第三电极是与另一个发射电极间隔开的发射电极。
第三电极，其中第三电极是与另一个返回电极间隔开的返回电极。
管柱，电极和磁梯度仪沿着所述管柱定位。
磁梯度仪包括围绕工具轴配置为彼此径向间隔开的至少三个偶极。
磁梯度仪包括围绕工具轴配置为彼此径向间隔开的至少四个偶极。
磁梯度仪包括围绕工具轴配置为彼此径向间隔开的至少六个偶极。
磁梯度仪包括围绕工具轴配置为彼此径向间隔开的至少八个偶极。
磁梯度仪包括：
第一对偶极，其围绕中心轴对称配置且彼此间隔开；和
第二对偶极，其围绕中心轴配置且彼此间隔开，其中第二对电极按相对于第一对电极的介于0°至89°之间的径向角围绕中心轴旋转。
第一对偶极围绕中心轴安置在第一直径处且第二对偶极围绕中心轴安置在与第一直径不同的第二直径处。
磁梯度仪包括：第一对偶极，其围绕中心轴对称配置且彼此间隔开；和第二对偶极，其围绕中心轴配置且彼此间隔开，其中在第一对电极与第二对电极之间形成介于0°至89°之间的相对角。
第二对偶极按相对于第一对偶极的介于0°至89°之间的径向角围绕中 心轴旋转。
第一对偶极围绕中心轴安置在第一直径处且第二对偶极围绕中心轴安置在与第一直径不同的第二直径处。
第一绝缘体和第二绝缘体，其沿着工具轴安置，其中发射电极通过第一绝缘体与返回电极分开且发射电极或接收电极之一通过第二绝缘体与磁梯度仪分开。
第三电极和第三绝缘体，其沿着工具轴安置，其中第三电极通过第三绝缘体与其它电极电隔离。
安置在发射电极与磁梯度仪之间的绝缘体，其沿着工具将磁梯度仪与来自发射电极的电流绝缘；和安置在发射电极与返回电极之间的绝缘体，其沿着工具将返回电极与来自发射电极的电流绝缘。
磁梯度仪沿着工具轴安置在发射电极与返回电极之间。
安置在发射电极与磁梯度仪之间的绝缘体，其沿着工具将磁梯度仪与来自发射电极的电流绝缘；和安置在返回电极与磁梯度仪之间的绝缘体，其沿着工具将磁梯度仪与来自返回电极的电流绝缘。
第一绝缘体，其沿着轴安置在发射电极与返回电极之间，其沿着工具将返回电极与来自发射电极的电流绝缘；和第二绝缘体，其沿着轴安置在返回电极与第一绝缘体相对的一侧上。
磁梯度仪沿着工具轴安置在发射电极与返回电极之间。
安置在发射电极与磁梯度仪之间的绝缘体，其沿着工具将磁梯度仪与来自发射电极的电流绝缘。
沿着管柱安置在发射电极与磁梯度仪之间的绝缘体，其沿着管柱将磁梯度仪与来自发射电极的电流绝缘。
沿着管柱安置在发射电极与返回电极之间的绝缘体，其沿着管柱将返回电极与来自发射电极的电流绝缘。
沿着管柱安置在发射电极与磁梯度仪之间的绝缘体，其沿着管柱将磁梯度仪与来自发射电极的电流绝缘；和沿着管柱安置在发射电极与返回电极之间的绝缘体，其沿着管柱将返回电极与来自发射电极的电流绝缘。
磁梯度仪沿着管柱安置在发射电极与返回电极之间。
钻头和可转向系统，其由管柱携载。
电流源是由管柱携载的发电模块。
因此，已描述井筒测距方法。井筒测距方法的实施方案可大致包括钻出第一井筒及将细长导电构件定位在第一井筒的一部分内；开始钻出第二井筒；沿着管柱将返回电极定位在第二井筒中；沿着管柱将发射电极定位在第二井筒中且在管柱上将发射电极与返回电极电绝缘；启动交流电流并且将交流电流传递至发射电极；利用发射电极来从第一井筒产生磁场；及基于磁场测量来自第二井筒的磁梯度。对于任意上述实施方案，方法可单独或彼此组合地包括任一个下列步骤：
沿着管柱将间隙替代物安置在发射电极与返回电极之间。
沿着管柱将间隙替代物安置在发射电极与用于测量磁梯度的EM传感器之间。
沿着管柱将用于测量磁梯度的EM传感器定位在返回电极与发射电极之间。
沿着管柱将间隙替代物定位在发射电极与EM传感器之间，且沿着管柱将间隙替代物定位在返回电极与EM传感器之间。
将电流传输至发射电极。
收集磁场数据，计算磁场梯度，及基于磁场梯度计算第一井与第二井之间的距离和方向。
利用测距方法来执行SAGD操作。
利用测距方法来执行井筒拦截操作。
本领域技术人员应了解，本文中描述的说明性实施方案不旨在以限制意义解释。本领域技术人员在参考本公开时将了解说明性实施方案的各种修改和组合以及其它实施方案。因此，随附权利要求旨在涵盖任意这些修改或实施方案。