本发明涉及井下探测，涉及但不限定于一种基于空间磁场信息的事故井定向测量系统及方法。
背景技术：
1、近年来，井喷事故频繁发生，加之井下环境复杂，迅速、高效地控制井喷事故的发生越来越受到重视。目前，救援井技术是有效解决井喷事故的有效手段之一。如何确定救援井和事故井的位置信息是救援过程中的关键技术问题。相比其他定位技术，救援井电磁定位技术不会受到诸如地层因素的限制，技术成本低，设备稳定性好，应用前景广阔。
2、现有测量事故井方位的方法主要为使用随钻测量(mwd)仪器来测量井眼轨迹与工具姿态信息，包括井斜、井斜方位及工具面(装置角)。mwd设备通常包括一个地磁传感器和一个倾角传感器。地磁传感器可以测量井下地磁场的方向和强度，而倾角传感器可以测量井眼的倾斜角度和方向。通过地磁传感器测量井下地磁场的方向和强度，将这些数据结合起来，在地球磁场的作用下计算井眼的方向。但由于地球磁场在不同地点和时间有所不同，因此需要在井口处校准仪器，以确保精度和准确性。
3、另外，对于事故井方位的计算，也有不少学者通过对磁场信号的处理，计算救援井的基础井斜数据，再根据磁场与两井井轴方向的关系，求解救援井测量点与事故井靶点的相对方位。这种计算方法中，通常测量单元由一个三轴磁通门传感器和一个三轴加速度传感器组成。首先利用加速度信息计算救援井井斜角和井斜方位角，接着利用事故井套管上的电流方向与传感器测得的磁感应强度方向均与探管到套管被测点的方向向量两两垂直的空间关系，确定事故井套管相对于套管的相对方位信息。此种方法需要事先明确事故井走向并且假设事故井走向不会改变，并不适用所有情况。同时该方法多通过不断移动探测单元的位置，将探测单元下放到救援井的多个指定深度并采集多点的磁场强度，比较多个位置点的磁场强度值，建立模型，确定套管方位。利用这种方式，通常需要附加条件比如事故井走向等，测量结果的准确性与测点数量有关，需要通过增大测点数量来提高测量结果的准确性。同时由于该方法需要不断移动探测单元的位置，在实际测井过程中，下放设备深度数据通常不够准确，多次位置距离误差较大，使得定向算法存在明显误差。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明实施例提供一种基于空间磁场信息的事故井定向测量系统及方法，解决现有事故井定向方法中单传感器测量过程繁琐、测量结果不准确，横布式双传感器测量范围小等技术问题。
2、本发明实施例的技术方案是这样实现的：
3、第一方面，本发明实施例提供一种基于空间磁场信息的事故井定向测量系统，包括：激励源、位于事故井井口附近的回路电极、位于救援井中的井下三电极和探管；所述探管中包括加速度传感器和两个磁传感器；其中，所述激励源的输出与所述回路电极、所述井下三电极相连，用于供电；所述井下三电极用于向周围地层注入交变电流，由所述井下三电极、所述回路电极以及大地空间形成的回路在所述事故井中的金属套管上产生汇聚电流；所述两个磁传感器用于检测所述金属套管上的电流所产生的磁场信息，并与所述加速度传感器采集的数据一起用于分析处理进而判断事故井方位。
4、在一些可能的实施例中，所述系统还包括数据传输模块和上位机，所述数据传输模块用于将检测的磁场信息和加速度数据传输到所述上位机，所述上位机用于对所述磁场信息和所述加速度数据进行分析，解算出事故井方位信息。
5、在一些可能的实施例中，所述两个磁传感器为两个三轴磁通门传感器，按照固定间隔设置于所述探管中，用于检测位置固定的邻近两点的磁场信息。
6、第二方面，本发明实施例提供一种基于空间磁场信息的事故井定向测量方法，应用于上述第一方面所述的事故井定向测量系统，所述方法包括：
7、控制激励源给井下三电极供电以在事故井中的金属套管上产生电场并通过地层回路传入回路电极；其中，所述地层回路为所述井下三电极、所述回路电极以及大地空间形成的回路；通过救援井下探管中的两个磁传感器检测所述金属套管上的电流所产生的磁场信息以及通过加速度传感器采集数据；对获取的所述磁场信息和加速度数据进行分析处理，解算出所述事故井的方位信息。
8、在一些可能的实施例中，所述对获取的所述磁场信息和加速度数据进行分析处理，解算出所述事故井的方位信息，包括：基于所述磁场信息和所述加速度数据，确定探管坐标系到地磁坐标系的旋转矩阵；基于所述旋转矩阵对所述磁传感器检测的磁场向量进行坐标转换；确定所述事故井的自身走向；求解所述事故井相对于所述磁传感器的方向向量；将所述方向向量转换为对应的角度信息，作为所述事故井相对于所述救援井的方位信息。
9、在一些可能的实施例中，所述基于所述磁场信息和所述加速度数据，确定探管坐标系到地磁坐标系的旋转矩阵，包括：利用任一所述磁传感器的检测分量值和所述加速度传感器获取的重力加速度分量计算所述探管坐标系的三轴与所述地磁坐标系的对应三轴之间的各夹角大小；针对每一所述夹角对应的绕轴旋转过程构建对应分量的子矩阵，再组合得到所述旋转矩阵。
10、在一些可能的实施例中，所述确定所述事故井的自身走向，包括：利用两个磁传感器测得的磁场方向分别与所述事故井中金属套管的电流方向相互垂直的原理，构建两组方程；通过求解所述两组方程，确定所述金属套管的电流流向并作为所述事故井的自身走向。
11、在一些可能的实施例中，所述求解所述事故井相对于所述磁传感器的方向向量，包括：根据所述事故井中套管相对于每一所述磁传感器的最短距离向量分别与相应所述磁传感器获取的方向向量以及所述金属套管的走向两两垂直的位置关系，构建两组关系式；求解所述两组关系式得到所述事故井相对于每一所述传感器的方向向量。
12、在一些可能的实施例中，所述将所述方向向量转换为对应的角度信息，包括：以正北方向为参考点，使用正切函数，结合测量地点的磁偏角数据，计算位于磁北方向的弧度信息，最后将所述方向向量转化为所述角度信息。
13、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
14、在本发明实施例中，提供一种基于空间磁场信息的事故井定向测量系统，实现了基于两个磁传感器对事故井金属套管周围的磁场分布规律确定救援井和事故井的相对位置，不需要估算事故井金属套管上的电流强度大小，并且结合实际使用环境，在远距离情况下也有较好的数据结果。同时提供一种能够对事故井简单、准确且快速定向的事故井定向测量方法，解决了目前事故井定向困难问题的同时提高了较远探测距离情况下的测量精度。
1.一种基于空间磁场信息的事故井定向测量系统，其特征在于，包括：激励源、位于事故井井口附近的回路电极、位于救援井中的井下三电极和探管；所述探管中包括加速度传感器和两个磁传感器；
2.根据权利要求1所述的基于空间磁场信息的事故井定向测量系统，其特征在于，所述系统还包括数据传输模块和上位机，所述数据传输模块用于将检测的磁场信息和加速度数据传输到所述上位机，所述上位机用于对所述磁场信息和所述加速度数据进行分析，解算出事故井方位信息。
3.根据权利要求1或2所述的基于空间磁场信息的事故井定向测量系统，其特征在于，所述两个磁传感器为两个三轴磁通门传感器，按照固定间隔设置于所述探管中，用于检测位置固定的邻近两点的磁场信息。
4.一种基于空间磁场信息的事故井定向测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1至3任一项所述的事故井定向测量系统，所述方法包括：
5.根据权利要求4所述的基于空间磁场信息的事故井定向测量方法，其特征在于，所述对获取的所述磁场信息和加速度数据进行分析处理，解算出所述事故井的方位信息，包括：
6.根据权利要求5所述的基于空间磁场信息的事故井定向测量方法，其特征在于，所述基于所述磁场信息和所述加速度数据，确定探管坐标系到地磁坐标系的旋转矩阵，包括：
7.根据权利要求5所述的基于空间磁场信息的事故井定向测量方法，其特征在于，所述确定所述事故井的自身走向，包括：
8.根据权利要求5所述的基于空间磁场信息的事故井定向测量方法，其特征在于，所述求解所述事故井相对于所述磁传感器的方向向量，包括：
9.根据权利要求5至8任一项所述的基于空间磁场信息的事故井定向测量方法，其特征在于，所述将所述方向向量转换为对应的角度信息，包括：
