一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置的製作方法
2023-07-19 09:16:01
專利名稱：一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油鑽井和測井領域，特別是涉及到隨鑽電阻率測井技術， 具體地講是一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置。
技術背景
在石油行業地質導向鑽井和隨鑽測井中，通常由隨鑽電磁波電阻率測量裝 置獲得地層電阻率，用來劃分地層剖面、鑑別油氣層、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。
目前，公知的隨鑽電磁波電阻率測量裝置通常採用具有多個發射線圈和接 收線圈的線圈系，利用電磁波傳播原理，發射線圈以不同的工作頻率發射電磁 波，電磁波經過地層傳播之後被不同間距的接收器接收，得到多組接收信號的 相位差和幅度比，經過轉換之後，獲得不同探測深度的相位差電阻率或幅度衰 減電阻率。由於在測量過程中，井眼直徑變化(如凹凸不平)會導致測量值不 能真實反映地層電阻率，因此，為了獲得地層真電阻率，需要對測量值進行井 眼補償。在現有技術中，根據線圈繫結構的不同，有三種不同的測量裝置和井 眼補償方法。
第一種測量裝置採用對稱結構線圈系，發射線圈對稱安裝在接收線圈兩側， 利用線圈結構的對稱性，通過對相同探測深度的測量值進行平均，實現井眼補 償。這種補償方式簡單，測量裝置結構實現難度小，但由於線圈係為對稱結構， 裝置的長度較長，不僅使儀器製造費用提高，更重要的是，在大斜度井或具有 小曲率半徑的分支井中容易造成儀器彎曲、卡鑽的情況。
第二種測量裝置採用非對稱結構線圈系，發射線圈安裝在接收線圈一側，發射線圈之間的距離和接收線圈之間的距離相等，利用發射和接收電磁波的互 易性和深度偏移測量方式，通過對每個發射器與一對接收器在相同深度位置得 到的多個測量值進行平均實現補償測量。這種測量裝置長度短，結構緊湊，但 其補償方式要求每次測量時，發射器位置與前一次測量時接收器位置嚴格對齊， 否則會導致補償失效，因此限制了鑽進速度，降低了鑽井時效，另外，由於採 用兩次測量才能得到一次補償測量值，因此測量的實時性較低。
第三種測量裝置的線圈系與第二種測量裝置的線圈系類似，但發射線圈之 間的鉅離和接收線圈之間的距離不相等，在不同測量點，利用多組三線圈(單 發雙收或雙發單收)，得到多個不同徑向探測深度的測量值，利用軟體聚焦算法， 將同一徑向探測深度的測量值校正到同一個測量點位置，並對這些測量值進行 加權平均實現補償測量。這種軟體計算補償方式能夠實現完全井眼補償，但軟 件聚焦算法複雜，且算法的準確性對線圈繫結構依賴性大，因此實現難度大。 實用新型內容
本實用新型的目的是為了提供一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置， 與現有技術相比，該裝置具有較短長度，且能夠實現簡單、實時、準確的隨鑽 電磁波電阻率井眼補償功能。
本實用新型的技術方案為
一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，包括鑽鋌、密封圈、線圈骨架、 發射線圈、接收線圈、電磁波發射電路模塊、電磁波接收電路模塊、微處理器 電路模塊，還包括保護套筒、通訊口接頭、超聲探頭、超聲波電路模塊、超聲 波電路蓋板、導流套總成；
鑽鋌殼體外表面從中間位置開始至下端被均勻銑去一部分，形成鑽鋌細徑 段和鑽鋌粗徑段。在鑽鋌細徑段中部，安裝至少兩個發射線圈和至少兩個接收線圈，發射線 圈在接收線圈一側，兩個相鄰接收線圈之間的距離以及兩個相鄰發射線圈之間 的距離互不相等。
發射線圈和接收線圈分別纏繞在線圈骨架上，線圈骨架鑲嵌安裝在鑽鋌細 徑段表面，線圈外面包裹有絕緣膠帶，並在線圈表面以及線圈與線圈骨架之間 的縫隙處填充有絕緣膠。
在接收線圈與發射線圈上下兩側的鑽鋌細徑段表面，靠近發射線圈處安裝 有電磁波發射電路模塊，靠近接收線圈處安裝有電磁波接收電路模塊、微處理 器電路模塊，電磁波發射電路模塊和電磁波接收電路模塊通過導線分別連接至 發射線圈和接收線圈。
在鑽鋌細徑段上根部加工有外螺紋，在外螺紋下部以及鑽鋌細徑段下端安 裝有密封圈。
在鑽鋌細徑段外面安裝有保護套筒，保護套筒的外徑與鑽鋌粗徑段的外徑 相同，且一端加工有內螺紋。保護套筒的材料可以是玻璃鋼或無磁不鏽鋼，在 無磁不鏽鋼保護套筒表面，相對於發射線圈和接收線圈位置處，開有軸向細長 缺口，缺口用橡膠澆鑄密封。
在保護套筒表面相對於微處理器電路模塊位置處，鑲嵌安裝有通訊口接頭。 在鑽鋌粗徑段中部，鑲嵌安裝有至少一個超聲探頭，超聲波電路模塊安裝
在超聲探頭下部，並由超聲波電路蓋板密封，超聲探頭的諧振頻率為500kHz lMHz，耐壓至少為120Mpa，超聲波電路模塊通過導線連接至超聲探頭。 在鑽鋌粗徑段上端安裝有導流套總成。.
微處理器電路模塊分別通過導線連接至電磁波發射電路模塊、電磁波接收 電路模塊、超聲波電路模塊、通訊口接頭、導流套總成。本實用新型所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置具有的有益效 果是，通過採用發射線圈間距與接收線圈間距不同的非對稱多線圈系，以及超 聲波井徑測量結果，實現具有多個探測深度的井眼補償電阻率測量，既能夠使 測量裝置長度縮短，減少製造費用，避免在大斜度井或具有小曲率半徑的分支 井中造成儀器彎曲、卡鑽情況的發生，又能夠實現實時井眼補償功能，不影響 鑽井速度，有利於在大斜度井、水平井中，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。
以下結合附圖和實施方式對本實用新型進一步說明。
圖1表示本實用新型測量裝置的軸向剖面圖； 圖2表示本實用新型測量裝置的系統電路框圖3表示本實用新型實施方式所述的井眼對原始相位差電導率的影響曲線。
具體實施方式
現結合說明書附圖1、 2、 3，對本實用新型作進一步描述。 圖1表示一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置的軸向剖面圖。鑽鋌1 為測量裝置的安裝骨架以及井下鑽具的一部分。從鑽鋌1中間位置開始至下端 將表面均勻銑去一部分，形成鑽鋌細徑段和鑽鋌粗徑段。在鑽鋌細徑段根部加 工有外螺紋，用於保護套筒7的連接。在外螺紋下部以及鑽鋌細徑段下端安裝 有密封圈2，用於保護套筒7內部部件的密封。 -
在鑽鋌細徑段中間部位，按不等間距鑲嵌有多個線圈骨架4，發射線圈6和 接收線圈5分別纏繞在線圈骨架4上，線圈外面包裹有絕緣膠帶，並填充有絕 緣膠。發射線圈6和接收線圈5組成了具有多個探測深度的電阻率測量線圈系， 線圈系包括至少兩個發射線圈6和至少兩個接收線圈5，各線圈之間的距離根據所需要的線圈探測特性預先確定，但相鄰兩個接收線圈5之間的距離以及相鄰 兩個發射線圈6之間的距離互不相等，且發射線圈6在接收線圈5—側，可以 在接收線圈5上部或下部。在本實施方式中，線圈系包含三個發射線圈6和兩 個接收線圈5，兩個接收線圈5的間距為6英寸，每個發射線圈6到兩個接收線 圈5中點的距離分別為13英寸、27英寸、43英寸，且發射線圈6在接收線圈5 下部，線圈採用多股漆包線繞制而成。
在接收線圈5與發射線圈6上下兩側的鑽鋌細徑段表面，靠近發射線圈6 處安裝有電磁波發射電路模塊8，靠近接收線圈5處安裝有電磁波接收電路模塊 3、微處理器電路模塊9。微處理器電路模塊9通過導線分別連接至電磁波發射 電路模塊8和電磁波接收電路模塊3，電磁波發射電路模塊8通過導線連接至發 射線圈6，電磁波接收電路模塊3通過導線連接至接收線圈5，為防止高頻幹擾， 導線最好採用同軸電纜，且電磁波發射電路模塊8和電磁波接收電路模塊3外 面最好安裝屏蔽罩。
在鑽鋌細徑段外面套入一端帶有內螺紋且與鑽鋌粗徑段外徑相同的保護套 筒7。保護套筒7材料可以是玻璃鋼或無磁不鏽鋼，如果採用無磁不鏽鋼材料， 為了防止保護套筒7阻礙電磁波的發射和接收，在保護套筒7表面且與每個線 圈相對的位置處，開有多個軸向細長缺口，並用絕緣材料澆鑄密封。在保護套 筒7表面，相對於微處理器電路模塊9位置處，嵌入安裝有通訊口接頭IO，通 訊口接頭10通過導線與微處理器電路模塊9連接，用於測量裝置的功能設置和 數據下載。
為了在測量電阻率的同時獲得實時井眼直徑，以便根據井眼直徑對電阻率 測量值進行補償修正，在鑽鋌粗徑段下部安裝有超聲波電路模塊11，超聲波電 路模塊11通過導線與微處理器電路模塊9連接，超聲波電路模塊11由超聲波電路蓋板12密封。在超聲波電路模塊11上部鑲嵌安裝有超聲探頭13，超聲探 頭13可以是一個或多個，且超聲探頭13的諧振頻率為500kHz lMHz，耐壓至 少為120MPa。本實施方式採用一個超聲探頭13，超聲探頭13的引線通過導導 線與超聲波電路模塊ll連接。
為了實現本實用新型所述的測量裝置與其它井下測量裝置一起工作時的電 氣連接，在鑽鋌1上部安裝導流套總成14，導流套總成14下部導線孔內的導線 與超聲波電路模塊11連接，並連接至微處理器電路模塊9。當本實用新型所述 的測量裝置與其它井下測量裝置通過螺紋連接在一起時，導流套總成14上部連 接至其它井下測量裝置的電路部分，從而實現電氣連接。
圖3表示一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置的系統電路框圖，系統電 路包括電磁波發射電路模塊8、電磁波接收電模塊3、微處理器電路模塊9和超 聲波電路模塊ll，其中前三個模塊用於電阻率測量，後一個用於井眼直徑測量， 微處理器電路模塊9還負責對其它電路模塊進行控制。
電磁波發射電路模塊8包括高頻信號源18、驅動電路17、發射選擇電路16、 發射適配器15。微處理器電路模塊9產生預先設定的發射時序，控制高頻信號 源18分時產生頻率為400kHz和2MHz的正弦波或方波信號作為激勵信號，經過 驅動電路17進行功率放大，由發射選擇電路16依次選定三個發射線圈6，送入 發射適配器15，發射適配器15由無源元件組成，實現阻抗匹配，並減少功率消 耗，發射適配器15輸出端接發射線圈6，為防止高頻信號幹擾，發射適配器15 的輸出端與發射線圈6之間最好通過同軸電纜連接，激勵信號使發射線圈6將 電磁波向地層發射出去。
經過地層傳播的電磁波信號被接收線圈5接收，並被送入電磁波接收電模 塊3。電磁波接收電路模塊3包括接收適配器19、高頻放大器20、混頻器21、本振電路22、中頻濾波放大器23、電阻率數據採集器24。由於採用兩個接收線 圈5，因此有兩路接收信號，為了防止兩路接收信號之間的相互幹擾，將這兩路 信號的處理是分開的。接收線圈5所接收到的信號通過同軸電纜連接到接收適 配器19實現阻抗匹配，然後送入高頻放大器20。經過放大後的高頻信號送入混 頻器21。本振電路22受控於數位訊號處理器25，產生預定頻率的信號送入混 頻器21，從而在混頻器21輸出端產生中頻信號，經過中頻濾波放大器23，由 電阻率數據採集器24轉換為數位訊號，送入數位訊號處理器25，完成原始幅度 比電阻率和原始相位差電阻率的數值計算。
微處理器電路模塊9包括數位訊號處理器25、存儲電路26和通訊接口電路 27，其中，數位訊號處理器25主要用來產生控制其它電路工作的時序，包括電 磁波和超聲波的發射、接收，數位訊號處理器25還對各測量信號進行快速計算， 因此數位訊號處理器25採用高速DSP晶片。另外，數位訊號處理器25還與存 儲電路26、通訊接口電路27相連，用於數據存儲以及與其它測量裝置之間的數 據傳輸。
超聲波電路模塊11包括超聲波激勵電路30、脈衝變壓器28、高壓儲能電 路29、回波輸入放大器31、回波濾波放大器32、回波數據採集器33。微處理 器電路模塊9產生一個控制脈衝，送給超聲波激勵電路30，使高壓儲能電路29 產生的400V直流高壓加到脈衝變壓器28的初級，從而在脈衝變壓器28的次級 產生數千伏的高壓脈衝，激勵超聲探頭13產生向外發射的超聲波。超聲波到達 井壁後發射回來並被超聲探頭13接收，然後送入回波輸入放大器31進行初步 的放大濾波，再經過回波濾波放大器32完成進一步的放大濾波，最後由回波數 據採集器33轉換為數位訊號，送入數位訊號處理器25，數位訊號處理器25通 過實時濾波算法去除噪聲後，檢出超聲波信號，根據超聲波從發射到接收所用的時間，計算出超聲探頭13與井壁的距離和井眼直徑。
圖3表示使用本發明實施方式所述的三發兩收線圈繫結構時，井眼對原始 相位差電導率的影響曲線，圖中，^表示相位差電導率， 表示井眼泥漿電導 率，q表示經過地層的真電導率，《表示井眼直徑，Sm"為電導率單位。
根據線圈系的探測特性，可以得到不同井眼情況下的並眼對原始相位差電 導率的影響曲線，而且，當井眼直徑較小，例如井眼直徑小於7;英寸時，泥漿 電導率對cr。的影響基本可以忽略，但隨著井眼直徑的增大，當泥漿電
導率較大時，需要對測量值進行校正，將原始相位差電導率修正為地層的真電
導率。圖3隻示出了井眼直徑為9;英寸時的情況。對於原始幅度比電阻率與井
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眼之間也有類似的關係。由於電導率為電阻率的倒數，因此不影響電阻率測量 值的校正。
該曲線可以製作成圖版，在地面通過計算機進行電阻率測量值的校正，但 在本實用新型中，用它來進行井下實時校正。對該曲線經過數位化之後，作為 數位訊號處理器內部程序的一部分。井眼泥漿電導率可以在每次下井之前，預 先存入數位訊號處理器中。當數位訊號處理器完成原始電阻率和井眼直徑計算 之後，通過插值計算，得到原始相位差電阻率測量值所對應的地層真電阻率。
權利要求1、一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，包括鑽鋌(1)、密封圈(2)、線圈骨架(4)、發射線圈(6)、接收線圈(5)、電磁波發射電路模塊(8)、電磁波接收電路模塊(3)、微處理器電路模塊(9)，其特徵在於，還包括保護套筒(7)、通訊口接頭(10)、超聲探頭(13)、超聲波電路模塊(11)、超聲波電路蓋板(12)、導流套總成(14)；鑽鋌(1)殼體外表面從中間位置開始至下端被均勻銑去一部分，形成鑽鋌細徑段和鑽鋌粗徑段；在鑽鋌細徑段中部，安裝至少兩個發射線圈(6)和至少兩個接收線圈(5)；在接收線圈(5)與發射線圈(6)上下兩側的鑽鋌細徑段表面，靠近發射線圈(6)處安裝有電磁波發射電路模塊(8)，靠近接收線圈(5)處安裝有電磁波接收電路模塊(3)、微處理器電路模塊(9)；在鑽鋌細徑段外面安裝有保護套筒(7)；在鑽鋌粗徑段中部，鑲嵌安裝有超聲探頭(13)，超聲波電路模塊(11)安裝在超聲探頭(13)下部，並由超聲波電路蓋板(12)密封；在鑽鋌粗徑段上端安裝有導流套總成(14)。
2、 根據權利要求l所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，其特 徵在於，發射線圈(6)在接收線圈(5) —側，兩個相鄰接收線圈(5)之間的 距離以及兩個相鄰發射線圈(6)之間的距離互不相等。
3、 根據權利要求l所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，其特 徵在於，發射線圈(6)和接收線圈(5)分別纏繞在線圈骨架(4)上，線圈骨 架(4)鑲嵌安裝在鑽鋌細徑段表面，線圈外面包裹有絕緣膠帶，並在線圈表面 以及線圈與線圈骨架(4)之間的縫隙處填充有絕緣膠。
4、 根據權利要求l所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，其特徵在於，在鑽鋌細徑段上根部加工有外螺紋，在外螺紋下部以及鑽鋌細徑段下 端安裝有密封圈(2)。
5、 根據權利要求l所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，其特 徵在於，保護套筒(7)的外徑與鑽鋌粗徑段的外徑相同，且一端加工有內螺紋。
6、 根據權利要求l所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，其特 徵在於，保護套筒(7)的材料可以是玻璃鋼或無磁不鏽鋼，在無磁不鏽鋼保護 套筒表面，相對於發射線圈(6)和接收線圈(5)位置處，開有軸向細長缺口， 缺口用橡膠澆鑄密封。
7、 根據權利要求l所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，其特 徵在於，在保護套筒(7)表面相對於微處理器電路模塊(9)位置處，鑲嵌安 裝有通訊口接頭(10)。
8、 根據權利要求l所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，其特 徵在於，至少包括一個超聲探頭(13)，且超聲探頭(13)的諧振頻率為500kHz lMHz，耐壓至少為120MPa。
9、 根據權利要求l所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，其特 徵在於，電磁波發射電路模塊(8)和電磁波接收電路模塊(3)通過導線分別 連接至發射線圈(6)和接收線圈(5)。
10、 根據權利要求1所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，其 特徵在於，超聲波電路模塊(11)通過導線連接至超聲探頭(13)。
11、 根據權利要求1所述的一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，其 特徵在於，微處理器電路模塊(9)分別通過導線連接至電磁波發射電路模塊(8)、 電磁波接收電路模塊(3)、超聲波電路模塊(11)、通訊口接頭(10)、導流套 總成(14)。
專利摘要一種隨鑽井眼補償電磁波電阻率測量裝置，採用發射天線在接收天線一側且具有不等源距的非對稱線圈系，將非對稱線圈系和測量電路套裝在鑽鋌上，得到具有多個探測深度的地層電阻率測量值，並在鑽鋌上安裝超聲探頭和測量電路，測量井眼直徑，根據電阻率測量值與井眼直徑和泥漿電導率的關係，對地層電阻率測量值進行補償修正，實現地層電阻率的準確測量。既能夠使測量裝置長度縮短，減少製造費用，避免在大斜度井或具有小曲率半徑的分支井中造成儀器彎曲、卡鑽情況的發生，又能夠實現實時井眼補償功能，不影響鑽井速度，有利於在大斜度井、水平井中，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。
文檔編號E21B47/00GK201363137SQ200920144469
公開日2009年12月16日 申請日期2009年2月23日 優先權日2009年2月23日
發明者張海花, 楊錦舟, 肖紅兵 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鑽井工藝研究院