隨鑽雙感應電阻率測量儀的製作方法
2023-05-27 14:33:46 2
專利名稱：隨鑽雙感應電阻率測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在石油鑽井工程中用於地質導向的無線隨鑽測量儀器。
背景技術：
目前，在鑽井行業的隨鑽測量領域，地層電阻率用來劃分地層剖面和確定儲層的含油飽和度，是測井解釋評價油氣儲藏的主要依據。公知的隨鑽電阻率測量技術包括隨鑽側向電阻率、電磁波傳播電阻率和隨鑽感應電阻率。
隨鑽淺側向電阻率測井由供電電極供以電流，在井眼周圍地層中形成電場，測量地層中電場的分布，得出地層電阻率。隨鑽淺側向電阻率測井儀器將鑽頭本身作為電極，也可以應用環狀電極和靠近鑽頭的3個紐扣電極進行電阻率測量。用鑽頭作為電極，在泥漿侵入或井眼可能損壞之前，就可以測量5～10釐米薄層的電阻率；用環狀電極可進行高解析度的側向電阻率測量，可減少圍巖的影響，甚至在鹽水泥漿或高電阻率地層中也可以提供地層真電阻率響應，應用3組電極陣列，可獲得井眼周圍360°範圍的電阻率信息。
這種儀器存在如下缺點側向電阻率測井屬於直流電法測井，都有一個供電電極將直流電流導入地層，然後用一個測量電極測出井內某點的電位，只有當井內有導電泥漿提供電流通道時才能使用這種方法。而有時為了獲取地層原始含油飽和度信息，需用油基泥漿鑽井，甚至採用空氣鑽井，在這種條件下，不能使用直流電法測井。
隨鑽電磁波電阻率測井儀器採用多線圈系設計，傳播頻率為1～8MHz，在線圈系基於鑽鋌結構，將線圈系纏繞在鑽鋌上，通過測量不同源距接收線圈間幅度比或相位差，然後再換算為地層視電阻率，測得相移淺電阻率和衰減深電阻率。在理想情況下，電磁波傳播電阻率測井儀的縱向解析度由兩接收線圈的間距決定，多探測深度的測量數據可以用來解釋侵入狀況，通常認為相位電阻率的探測深度較淺，衰減電阻率具有較大的探測深度。
儘管能夠測得不同探測深度的電阻率，但這種儀器存在如下缺點首先，電磁波電阻率儀器採用的信號頻率太高，由於電磁波的傳播效應，探測深度有限，測量結果會受到地質因素的影響，尤其是圍巖的影響，儀器的測量結果不僅響應接收線圈之間的地層區域，而且與發射線圈到接收線圈之間的整個地層參數有關，甚至於發射線圈周圍一個較小區域內的地層也會對測量結果產生影響，所以儀器的縱向解析度在很大程度上依賴於整個儀器所處地層的電阻率。其次，儀器的線圈是纏繞在鑽鋌表面，其製作工藝非常複雜，在使用過程中線圈系極容易受到磨損而損壞，或者當井眼尺寸變化時，需要重新繞制線圈，維修檢測較為複雜，維護成本高。另外，與側向電阻率一樣，電磁波電阻率儀器也不能工作在油基泥漿中。
隨鑽感應電阻率利用電磁感應原理，當發射線圈中通以幅度和頻率恆定的交流電時，在該線圈的周圍地層中感應出渦流，渦流本身又會形成二次交變電磁場，在二次交變電磁場作應下，接收線圈中產生感應電動勢，該電動勢大小與地層電導率有關，通過測量感應電動勢即可得到地層電阻率。
目前的隨鑽感應測井儀器的線圈系採用一個發射線圈和兩個接收線圈，其中一個為主接收線圈，另一個為補償線圈，線圈系置於鑽鋌側面帶有反射層的V形槽內，測井響應對V形槽正面區域地層的電阻率變化敏感，因此具有定向測量的特點。儀器由電池供電，在電池頂部裝有一個公扣連接頭，可與儀器底部的母扣連接頭相接，用於向隨鑽測量儀器傳送實時數據，同一個傳感器短節可適用於不同尺寸井眼的要求。這種隨鑽感應測井儀器的信號頻率為20kHz，大大低於高頻儀器的頻率，因此不易被地層吸收，探測深度深，測量範圍較大，可達到0.1-1000歐姆米，結構設計簡單，一個傳感器短節可適用於不同尺寸井眼的需要，維修檢測簡單，且適用於不同類型的鑽井液。
但這種儀器存在如下缺點該儀器採用由一個發射線圈和兩個接收線圈組成的、具有單一固定探測深度的線圈系，只能提供一個徑向探測深度的地層電阻率，不能用於解釋複雜侵入剖面和劃分滲透層。對於滲透層，泥漿侵入使其電阻率在徑向上發生變化，由於在同一深度點只能得到一個徑向探測深度的電阻率值，因此不能用來解釋地層侵入狀況，無法確定地層受泥漿侵入的情況和儲層滲透性，不利於油氣層解釋，從而無法用來準確測量地層真電阻率。另外，不同類型的泥漿侵入以及不同徑向探測深度的電阻率，其油氣水層特徵是不同的，根據多條不同探測深度電阻率曲線受泥漿侵入影響程度的不同，以及在油氣水層中所表現出來的差異特徵可以識別油氣，所以多深度電阻率測量對於隨鑽測井儀器來說時非常重要的，但該儀器無法達到這個要求，由於它的線圈系設計結構固定，每一種線圈系只能提供一種深度的電阻率，要得到不同探測深度的電阻率，就得用不同的線圈系進行多次測量，這種方式在工程實際應用中是很難實現的。
實用新型內容本實用新型的目的是為了提供一種隨鑽雙感應電阻率測量儀，與現有技術相比，該儀器採用兩個陣列線圈系單元，能夠同時測量兩個徑向深度的地層電阻率，不同探測深度的測量數據可以用來解釋地層侵入狀況，確定地層受泥漿侵入的情況和儲層滲透性，準確測量地層真電阻率和計算地層含水飽和度，能夠使儲層綜合解釋及油氣水分析技術得到改進和完善。
本實用新型所述的儀器包括鑽鋌、V形槽、發射單元、耦合單元、接收單元、發射電路模塊、接收控制電路模塊、高壓密封蓋板、上滑環連接器、下滑環連接器、導線孔。
本實用新型的特徵是耦合單元將發射單元和接收單元連接在一起安裝在V形槽內組成電極系，高壓密封蓋板壓在V形槽的外邊緣，發射單元內部安裝有發射線圈和發射單元液壓平衡活塞，接收單元內部安裝有深探測接收線圈、深探測平衡調整螺套、深探測平衡調整螺杆、淺探測接收線圈、淺探測平衡調整螺套、淺探測平衡調整螺杆、接收單元液壓平衡活塞。在V形槽軸向兩側分別安裝發射電路模塊和接收控制電路模塊，發射電路模塊由激勵信號發生電路、功率放大器、刻度信號發生電路組成，接收控制電路模塊由存儲器、微處理器、時鐘發生器、相位控制電路、模數轉換器、濾波器、相敏檢波器、放大器和多路開關組成，發射電路模塊和接收控制電路模塊通過導線孔分別與發射單元和接收單元相連。在鑽鋌的絲扣根部分別鑲嵌上滑環連接器和下滑環連接器，由導線孔分別與發射電路模塊和接收控制電路模塊相連。
本實用新型所述的隨鑽雙感應電阻率測量儀具有的有益效果是，該儀器採用雙線圈系，能夠同時探測兩個徑向深度的地層電阻率，而且發射線圈與接收線圈相互獨立，每一個線圈系能夠獨立調整，不產生相互影響，還能夠延伸組合成隨鑽陣列感應電阻率或多線圈系高解析度隨鑽感應電阻率。該儀器的測量結果不但可以用來在鑽井過程中實時測量地層真電阻率，還可用來解釋地層侵入狀況和計算地層含水飽和度，分辨儀器所在層位的巖性和流體變化特徵，有利於根據地質信息及時調整井眼軌跡，控制鑽具穿行在油藏最佳位置，適合於在石油工程中進行地質導向。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1表示「隨鑽雙感應電阻率測量儀」的軸向剖面圖；圖2表示「隨鑽雙感應電阻率測量儀」的徑向剖面圖；圖3表示「隨鑽雙感應電阻率測量儀」的電路框圖。
1、鑽鋌 2、上滑環連接器 3、導線孔4、發射電路模塊 5、V形槽 6、發射單元液壓平衡活塞7、發射線圈 8、耦合單元 9、深探測平衡調整螺杆10、深探測平衡調整螺套11、深探測接收線圈12、發射單元13、淺探測接收線圈14、接收單元 15、高壓密封蓋板16、淺探測平衡調整螺套17、接收單元液壓平衡活塞18、淺探測平衡調整螺杆19、接收控制電路模塊 20、下滑環連接器21、存儲器22、微處理器 23、時鐘發生器24、相位控制電路 25、激勵信號發生電路 26、功率放大器27、刻度信號發生電路 28、模數轉換器29、濾波器30、相敏檢波器31、放大器32、多路開關具體實施方式
現結合說明書附圖1、2和3，對本實用新型作進一步描述。
圖1和圖2表示儀器的軸向和徑向剖面圖。鑽鋌1作為儀器的安裝骨架以及井下鑽具的一部分，位於鑽頭或造斜工具之後。在鑽鋌的任意一個側面開有一個V形槽5，耦合單元8將發射單元12和接收單元14連接在一起安裝在V形槽5內組成電極系，高壓密封蓋板15壓在V形槽5的外邊緣，發射單元12內部安裝有發射線圈7和發射單元液壓平衡活塞6，接收單元14內部安裝有深探測接收線圈11、深探測平衡調整螺套10、深探測平衡調整螺杆9、淺探測接收線圈13、淺探測平衡調整螺套16、淺探測平衡調整螺杆18、接收單元液壓平衡活塞17。
每一個接收線圈是由主線圈和補償線圈組成的陣列子單元，與發射線圈7一起組成陣列線圈系，能夠提供兩個不同徑向探測深度的電阻率，耦合單元8安裝在發射單元12和接收單元14之間，用於防止發射單元12和接收單元14之間產生滑動，並保證這兩個單元處於同一軸向位置上。深探測平衡調整螺杆9和淺探測平衡調整螺杆18分別安裝在深探測平衡調整螺套10和淺探測平衡調整螺套16內，並延伸到深探測接收線圈11和淺探測接收線圈13內部，用來調整每個接收線圈的磁平衡，兩個線圈的平衡調整可以獨立進行，互相沒有影響。發射單元液壓平衡活塞6和接收單元液壓平衡活塞17用來平衡電極系內部和外部的壓力，以防止電極系受到外部泥漿壓力而損壞，高壓密封蓋板15保護電極系免受泥漿壓力破壞和衝蝕。
在V形槽5的軸向兩側分別安裝發射電路模塊4和接收控制電路模塊19，發射電路模塊4用於產生發射線圈7的激勵信號，激勵信號發生電路25與接收控制電路模塊19內的微處理器22相連，由微處理器22根據測量時序要求控制激勵信號發生電路25的工作狀態，從而控制整個儀器是否工作。接收控制電路模塊19用於產生儀器工作所需要的時鐘信號、處理接收信號、數據採集控制、測量數據存儲和通訊控制。這兩個電路模塊通過導線孔3分別與發射單元12、上滑環連接器2和接收單元14、下滑環連接器20相連，從而能夠使外接電池向儀器提供工作所用的電源，並能使測量信號傳輸到其它隨鑽測量儀器，將發射單元12和接收單元14及其電路分開便於調試，並使它們相互之間的信號幹擾減小。
圖3表示儀器的電路框圖。該儀器電路以微處理器22作為控制中心，完成電子線路的時序控制、數據採集、處理、計算、存儲和與其它隨鑽測量儀器的數據交換。
時鐘發生器23採用同一個時鐘源產生多路時鐘，用於控制所有電路的內部工作時序和發射頻率都源於同一個時鐘源，從而保證這些功能模塊之間的準確同步，提供系統工作的可靠性。時鐘發生器23產生的時鐘信號分別送到微處理器22、相位控制電路24。相位控制電路24根據時序要求，對時鐘信號進一步處理，提供多路時鐘控制信號，其輸出信號送給激勵信號發生電路25，使其觸發工作，產生一個20KHz的正弦波激勵信號，為了能夠在發射線圈7中產生較大的發射電流，該激勵信號經過功率放大器26放大後，供給發射線圈7。另外在發射線圈7迴路中還能夠由刻度信號發生電路27產生代表發射電流大小的刻度信號，該信號用來提供儀器的準確刻度。
當發射線圈7中通以幅度和頻率恆定的交流信號時，在該線圈的周圍空間中感應出渦流，渦流本身又會形成二次交變電磁場，在二次交變電磁場作應下，深、淺探測接收線圈11、13中會產生感應電動勢，該電動勢信號幅度很小，因此在進一步處理之前需要對其進行放大，另外為了能夠對儀器進行準確的刻度，還需要對刻度信號做同樣的處理。這樣，輸入到放大器的信號有三路深探測接收線圈11和淺探測接收線圈13產生的兩路感應信號以及表示發射線圈電流大小的刻度信號。微處理器22根據測量時序要求，通過控制多路開關32的不同狀態，分別為這些信號提供通道送入放大器31，由於放大器31具有足夠的增益，並且在頻率為20KHz時，相移很小，因此這些信號在被放大後不會產生失真。經過放大後的信號分別進入相敏檢波器30，對於每一路輸入信號，在相位控制電路24輸出的相位時鐘控制下，通過相敏檢波準確分離出兩個相位信號分量，經過濾波器29濾波後分別進入模數轉換器28，並由微處理器22為模數轉換器28提供數據採集控制和通訊信號，得到同相數位訊號分量和正交數位訊號分量，再送入微處理器22進行計算處理，處理之後的測量數據和電路工作狀態信息按設計好的數據記錄格式保存在存儲器21，也可以直接通過導線孔3內的導線和上滑環連接器2，送給隨鑽測量的脈衝遙測系統，由它實時傳送到地面。
權利要求1.一種隨鑽雙感應電阻率測量儀，該儀器包括鑽鋌(1)、V形槽(5)、發射單元(12)、耦合單元(8)、接收單元(14)、發射電路模塊(4)、接收控制電路模塊(19)、高壓密封蓋板(15)、上滑環連接器(2)、下滑環連接器(20)、導線孔(3)，其特徵是耦合單元(8)將發射單元(12)和接收單元(14)連接在一起安裝在V形槽(5)內組成電極系，高壓密封蓋板(15)壓在V形槽(5)的外邊緣，發射單元(12)內部安裝有發射線圈(7)和發射單元液壓平衡活塞(6)，接收單元(14)內部安裝有深探測接收線圈(11)、深探測平衡調整螺套(10)、深探測平衡調整螺杆(9)、淺探測接收線圈(13)、淺探測平衡調整螺套(16)、淺探測平衡調整螺杆(18)、接收單元液壓平衡活塞(17)。
2.根據權利要求1所述的隨鑽雙感應電阻率測量儀，其特徵是在V形槽(5)的軸向兩側分別安裝發射電路模塊(4)和接收控制電路模塊(19)，發射電路模塊(4)由激勵信號發生電路(25)、功率放大器(26)、刻度信號發生電路(27)組成，接收控制電路模塊(19)由存儲器(21)、微處理器(22)、時鐘發生器(23)、相位控制電路(24)、模數轉換器(28)、濾波器(29)、相敏檢波器(30)、放大器(31)和多路開關(32)組成，發射電路模塊(4)和接收控制電路模塊(19)通過導線孔(3)分別與發射單元(12)和接收單元(14)相連。
3.根據權利要求1所述的隨鑽雙感應電阻率測量儀，其特徵是鑽鋌(1)的絲扣根部分別鑲嵌上滑環連接器(2)和下滑環連接器(20)，由導線孔(3)分別與發射電路模塊(4)和接收控制電路模塊(19)相連。
專利摘要一種隨鑽雙感應電阻率測量儀，包括鑽鋌、V形槽、發射單元、耦合單元、接收單元、發射電路模塊、接收控制電路模塊、高壓密封蓋板、上滑環連接器、下滑環連接器、導線孔。該儀器採用雙線圈系，能夠同時探測兩個徑向深度的地層電阻率，而且發射線圈與接收線圈相互獨立，每一個線圈系能夠獨立調整，不產生相互影響，還能夠延伸組合成隨鑽陣列感應電阻率或多線圈系高解析度隨鑽感應電阻率。該儀器的測量結果不但可以用來在鑽井過程中實時測量地層真電阻率，還可用來解釋地層侵入狀況和計算地層含水飽和度，分辨儀器所在層位的巖性和流體變化特徵，有利於根據地質信息及時調整井眼軌跡，控制鑽具穿行在油藏最佳位置，適合於在石油鑽井工程中進行地質導向。
文檔編號E21B47/02GK2858950SQ20052008351
公開日2007年1月17日 申請日期2005年5月27日 優先權日2005年5月27日
發明者楊錦舟, 張海花, 肖紅兵, 韓建來, 孫莉莉 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鑽井工藝研究院