隨鑽氘－氘可控補償中子測井儀的製作方法

2023-06-26 05:12:06 2

專利名稱：隨鑽氘－氘可控補償中子測井儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在石油鑽井行業中用於地質導向的無線隨鑽測量儀器。具體地說，本實用新型涉及氘-氘反應加速器中子源的隨鑽補償中子孔隙度測井儀。
背景技術：
在石油行業地質導向鑽井中，隨鑽補償中子測井儀用於在鑽井過程中，實時測量井眼周圍地層的孔隙度，從而鑑別油氣層，計算地層的產油能力。目前公知的隨鑽測井補償中子測井儀使用一個中子源，並在離中子源不同距離處放兩個中子探測器，測量兩個探測器計數率的比值，由於該比值主要反映地層的含氫量，而氫通常含於地層的流體中，所以含氫量與地層孔隙度有關，由此計算出地層孔隙度。目前公知的隨鑽測井補償中子測井儀中，中子源採用鋂-鈹中子源或氘-氚反應加速器中子源，沒有採用氘-氘反應加速器中子源。
使用鋂-鈹中子源的補償中子孔隙度測井儀存在如下缺點由於鋂-鈹中子源利用放射性同位素鋂核衰變放出的高能粒子去轟擊靶材料鈹核，實現發射中子的核反應，因此即使它不運行時也會產生強烈的放射性，雖然採用多种放射源屏蔽防護裝置和措施，但現場操作環境限制了有效防護手段的使用，常常是徒手操作，難以避免對操作人員造成健康傷害。另外，隨鑽測井複雜的操作條件極容易使放射源丟失，而且放射源的回收比較困難，如果在使用過程中，因井下鑽具卡鑽而使放射源落入井中無法打撈，則放射源會嚴重汙染地層，甚至使整個油區報廢。
使用氘-氚反應加速器中子源的補償中子孔隙度測井儀存在如下缺點
首先，氘-氚反應加速器中子源的壽命較短。氘-氚反應加速器中子源通過加速器使帶電粒子氘核加速到較高能量，轟擊靶材料的氚核，實現發射中子的核反應。由於它的靶中含有較多的不穩定放射性核素氚，其自然衰變產物是惰性氣體氦，隨著氚衰變所產生的氦氣在靶內濃度增高會使氘-氚反應加速器中子源內部氣壓增高。另外，工作時由於靶的局部過熱、靶面的離子濺射以及雜質離子對靶中氚濃度的稀釋容易引起中子產額下降。而氘-氘反應加速器中子源的靶材料為氘核，則不存在此問題。
其次，根據補償中子孔隙度測量原理，測量靈敏度與所使用的中子源的能量有關，中子源的能量越高，儀器測量的孔隙度靈敏度越低。鋂-鈹中子源的平均能量約為4～5MeV，氘-氘反應加速器中子源輸出能量為2.3MeV的快中子，氘-氚反應加速器中子源輸出能量為14MeV的快中子。因此，採用氘-氘反應加速器中子源的補償中子孔隙度靈敏度最高，鋂-鈹中子源者次之，氘-氚反應加速器中子源則最差。
另外，雖然氘-氚反應加速器中子源在不運行時不會產生強烈的放射性，但它的靶中含有大量的不穩定放射性核素氚，當它在井下因意外而損壞時，會產生與鋂-鈹中子源同樣的放射性問題，造成地層的嚴重汙染。而氘-氘反應加速器中子源的靶材料氘核較為穩定，不存在此問題。
實用新型內容本實用新型的目的是為了提供一種隨鑽補償中子測井儀，用於在鑽井過程中實時測量井眼周圍地層的孔隙度，與現有技術相比，克服了使用鋂-鈹中子源對人和環境所帶來的放射性危害，以及氘-氚反應加速器中子源壽命低和靈敏度差的問題。
本實用新型所述的儀器包括鑽鋌、導線孔、泥漿導流通道、高壓密封蓋板、U形槽、固定連接器、接收器安裝骨架、控制處理電路、遠中子探測器、遠探測器屏蔽塊、近中子探測器、近探測器屏蔽塊、接收器模塊抗壓筒、耦合連接器、發生器模塊抗壓筒、發生器安裝骨架、中子控制器、散熱裝置、中子發生器、滑環連接器、近中子信號處理器、遠中子信號處理器、高壓電源、電源控制器、離子源控制器、微處理器、存儲器、數據機、總線隔離驅動器。
本實用新型的特徵是鑽鋌內至少包含一個泥漿導流通道，在鑽鋌側面開有一個U形槽，在U形槽內自上而下安裝有接收器模塊抗壓筒和發生器模塊抗壓筒，接收器模塊抗壓筒和發生器模塊抗壓筒內分別裝有接收器安裝骨架和發生器安裝骨架，接收器安裝骨架內自上而下安裝控制處理電路、遠中子探測器、遠探測器屏蔽塊、近中子探測器和近探測器屏蔽塊，發生器安裝骨架內自上而下安裝中子控制器、散熱裝置和中子發生器，中子發生器是氘-氘反應加速器中子源，接收器安裝骨架上端和發生器安裝骨架下端分別連接有固定連接器，固定連接器通過高壓密封蓋板固定在鑽鋌外壁上，接收器模塊抗壓筒和發生器模塊抗壓筒之間安裝有耦合連接器，耦合連接器固定在鑽鋌外壁上，控制處理電路包括微處理器和離子源控制器，中子控制器和離子源控制器與微處理器、中子發生器連接。
本實用新型所述的隨鑽氘-氘補償中子測井儀具有的有益效果是，具有抗振動、抗高壓措施的鑽鋌式安裝結構適應井下惡劣工作環境，採用氘-氘反應加速器中子源，降低了對人和環境所帶來的放射性危害，並具有較高的使用壽命和靈敏度，適用於地質導向鑽井。
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「隨鑽氘-氘補償中子測井儀」的軸向剖面圖；
圖2表示「隨鑽氘-氘補償中子測井儀」的徑向剖面圖；圖3表示「隨鑽氘-氘補償中子測井儀」的信號處理流程框圖。
1、鑽鋌2、導線孔3、泥漿導流通道4、高壓密封蓋板5、U形槽 6、固定連接器7、接收器安裝骨架 8、控制處理電路 9、遠中子探測器10、遠探測器屏蔽塊 11、近中子探測器 12、近探測器屏蔽塊13、接收器模塊抗壓筒 14、耦合連接器 15、發生器模塊抗壓筒16、發生器安裝骨架 17、中子控制器 18、散熱裝置19、中子發生器 20、滑環連接器 21、近中子信號處理器22、遠中子信號處理器 23、高壓電源 24、電源控制器25、離子源控制器 26、微處理器 27、存儲器28、數據機 29、總線隔離驅動器具體實施方式
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表示儀器的軸向剖面圖。為適應井下惡劣工作環境，儀器採用鑽鋌式安裝結構，並有抗振動、抗高壓措施。鑽鋌1作為儀器的安裝骨架及井下鑽具的一部分，通常位於鑽頭或造斜工具之後。鑽鋌側面開有一個U形槽5，在U形槽5內自上而下安裝有接收器模塊抗壓筒13和發生器模塊抗壓筒15，它們的壁厚度應滿足抗井下泥漿高壓的要求，接收器模塊抗壓筒13和發生器模塊抗壓筒15內分別裝有圓筒形的接收器安裝骨架7和發生器安裝骨架16。
接收器安裝骨架7內自上而下安裝控制處理電路8、遠中子探測器9、遠探測器屏蔽塊10、近中子探測器11和近探測器屏蔽塊12，內部空隙用膠填滿，接收器安裝骨架7裝在接收器模塊抗壓筒13內。近中子探測器11和遠中子探測器9採用氦-3管，其輸出的信號經過控制處理電路8處理後，計算得到地層孔隙度信息。近探測器屏蔽塊12和遠探測器屏蔽塊10由含硼材料和鎢鎳鐵製成，分別安裝在近中子探測器11和遠中子探測器9下端，用於屏蔽中子源直接入射到探測器的中子，使探測器對地層孔隙度的變化敏感。
發生器安裝骨架16內部自上而下安裝中子控制器17、散熱裝置18和中子發生器19，內部空隙用膠填滿，發生器安裝骨架16裝在發生器模塊抗壓筒15內。為克服使用鋂-鈹中子源對人和環境所帶來的放射性危害，以及氘-氚反應加速器中子源壽命低和靈敏度差的問題，中子發生器19採用氘-氘反應加速器中子源，用來產生脈衝中子，散熱裝置18安裝在中子發生器19端部的靶區部分，並與發生器模塊抗壓筒15接觸，利用發生器模塊抗壓筒15與外部泥漿接觸散熱，可防止中子發生器19內氘靶的局部過熱，中子控制器17用來開關控制中子發生器19的工作狀態。
接收器安裝骨架7上端和發生器安裝骨架16下端分別連接有固定連接器6，高壓密封蓋板4壓在固定連接器6外面，並將其固定在鑽鋌1外壁上，防止高壓泥漿進入固定連接器6，造成儀器損壞。
根據補償中子測量方法，中子源與兩個中子探測器之間應保持適當的距離，在本實用新型中，在接收器模塊抗壓筒13和發生器模塊抗壓筒15之間固定安裝有一定長度的耦合連接器14，耦合連接器14的另一個作用是發生器部分和接收器部分之間的電氣連接。
在鑽鋌1的絲扣根部鑲嵌有滑環連接器22，並有導線孔2通向U形槽5，導線孔2和滑環連接器22用於電源和信號傳輸。
圖2表示儀器的徑向剖面圖。鑽鋌1至少包括一個泥漿導流通道3，導流鑽井液從地面到鑽頭。泥漿導流通道3在鑽鋌1的上部和下部是一個主流道，該流道中心與鑽鋌1軸向中心不在同一個位置，在U形槽5位置處分為兩個或兩個以上直徑較小的分流道，以滿足儀器結構的強度要求和鑽井工程所需的的泥漿排量要求。作為另一種流道形式，泥漿導流通道3也可以在鑽鋌1中只包含有一個主流道。
圖3表示儀器的信號處理流程框圖。控制處理電路8包括近中子信號處理器21、遠中子信號處理器22、高壓電源23、電源控制器24、離子源控制器25、微處理器26、存儲器27、數據機28和總線隔離驅動器29。
儀器下井之前通過計算機軟體設置，或者儀器下井之後由地面泥漿泵產生不同的控制命令時序，由微處理器26控制井下儀器程序進入特定的工作模式，產生特定的控制時序，供給中子控制器17，開關控制中子發生器19的工作狀態，若需要測量，則使中子發生器19產生中子，否則停止產生中子。另外，在儀器工作過程中，微處理器26根據近中子探測器11或遠中子探測器9輸出脈衝的計數值計算出熱中子通量，反饋給離子源控制器25，控制中子發生器19的離子源電流，實現中子產額的自適應調控，使測量不確定度達到要求。
高壓電源23的工作狀態由微處理器26經過電源控制器24進行控制，其輸出的高壓供給近中子探測器11和遠中子探測器9。近中子探測器11和遠中子探測器9將接收到的地層中子轉化成電信號，分別經過近中子信號處理器21和遠中子信號處理器22，變為標準脈衝信號後送到微處理器26，對脈衝進行計數，根據計數值計算地層的孔隙度，並按設計好的數據記錄格式將計算結果保存到存儲器27中，同時根據傳輸需要，對計算數據編碼壓縮後，通過數據機28調製成特定格式的信號，並經總線隔離驅動器29驅動後，通過單芯總線送到MWD儀器，由MWD控制其泥漿脈衝遙測系統一起發送到地面。
權利要求1.一種隨鑽氘-氘可控補償中子測井儀，包括鑽鋌(1)、泥漿導流通道(3)、U形槽(5)、接收器安裝骨架(7)、控制處理電路(8)、遠中子探測器(9)、遠探測器屏蔽塊(10)、近中子探測器(11)、近探測器屏蔽塊(12)、接收器模塊抗壓筒(13)、發生器模塊抗壓筒(15)、發生器安裝骨架(16)、中子控制器(17)、散熱裝置(18)、中子發生器(19)，其特徵是鑽鋌(1)內至少包含一個泥漿導流通道(3)，在鑽鋌(1)側面開有一個U形槽(5)，在U形槽(5)內自上而下安裝有接收器模塊抗壓筒(13)和發生器模塊抗壓筒(15)，接收器模塊抗壓筒(13)和發生器模塊抗壓筒(15)內分別裝有接收器安裝骨架(7)和發生器安裝骨架(16)，接收器安裝骨架(7)內自上而下安裝控制處理電路(8)、遠中子探測器(9)、遠探測器屏蔽塊(10)、近中子探測器(11)和近探測器屏蔽塊(12)，發生器安裝骨架(16)內自上而下安裝中子控制器(17)、散熱裝置(18)和中子發生器(19)。
2.根據權利要求1所述的隨鑽氘-氘可控補償中子測井儀，其特徵是中子發生器(19)是氘-氘反應加速器中子源。
3.根據權利要求1所述的隨鑽氘-氘可控補償中子測井儀，其特徵是接收器安裝骨架(7)上端和發生器安裝骨架(16)下端分別連接有固定連接器(6)，固定連接器(6)通過高壓密封蓋板(4)固定在鑽鋌(1)外壁上，接收器模塊抗壓筒(13)和發生器模塊抗壓筒(15)之間安裝有耦合連接器(14)，耦合連接器(14)固定在鑽鋌(1)外壁上。
4.根據權利要求1所述的隨鑽氘-氘可控補償中子測井儀，其特徵是控制處理電路(8)包括離子源控制器(25)和微處理器(26)，中子控制器(17)、離子源控制器(25)均與微處理器(26)、中子發生器(19)連接。
專利摘要本實用新型的目的是為了提供一種隨鑽補償中子測井儀，用於在鑽井過程中實時測量井眼周圍地層孔隙度。鑽鋌側面開有一個U形槽，在其內部自上而下安裝有接收器模塊抗壓筒和發生器模塊抗壓筒，接收器模塊抗壓筒和發生器模塊抗壓筒內分別裝有接收器安裝骨架和發生器安裝骨架，接收器安裝骨架內自上而下安裝信號處理電路模塊、遠中子探測器、遠探測器屏蔽塊、近中子探測器和近探測器屏蔽塊，發生器安裝骨架內自上而下安裝發生器控制電路、散熱裝置和中子發生器。採用氘－氘反應加速器中子源，降低了對人和環境所帶來的放射性危害，並具有較高的使用壽命和較高的靈敏度，適用於地質導向鑽井。
文檔編號E21B49/00GK2900786SQ20062011598
公開日2007年5月16日 申請日期2006年5月24日 優先權日2006年5月24日
發明者楊錦舟, 肖紅兵, 張海花, 韓來聚, 李作會 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鑽井工藝研究院