井下人工放射性儲層流體分析儀的製作方法

2023-06-13 02:27:51 1

專利名稱：井下人工放射性儲層流體分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於油氣資源勘探的井下流體分析儀，尤其 涉及一種採用人工放射源，在井下直接對樣品進行分析並實現分析數 據預處理的井下人工放射性儲層流體分析儀，屬於石油勘探技術領域。
背景技術：
石油是多種工業產品的基礎原料，其供應量關係到國計民生。根
據研究，2008年我國對國外石油資源的依賴程度為47.9%，即石油供 應的將近一半需要依賴國外進口。面對這種情況，迫切需要在石油勘 探上取得重大突破，探明更多的儲量，以減小石油供應的缺口。
,石油埋藏在地下幾十米到幾千米深度不等的有孔隙、裂縫或溶洞 的巖石中。為了尋找和開採石油，需要從地面向地下的油氣層之間鑽 鑿出一個通道，這個過程被稱為鑽井。鑽井作業時，依靠鑽機的動力 帶動鑽杆和鑽頭旋轉，鑽頭逐次向下破碎遇到的巖層，並形成一個井 筒。鑽頭到達設計深度後，要在井筒內下入儀器進行測井作業，以便 確定井下地層巖性和各個油、氣、水層的位置。
石油測井是利用聲、電、核、磁等學科原理，大量應用現代新材 料、新工藝、微電子和計算機技術，在高溫、高壓的井筒環境對地層 進行測量的技術，是精確了解地層構造和地層組分，尋找油氣資源並 對其進行評價的重要手段。隨著油氣勘探開發的不斷深入，其對象也 越來越複雜。測井作為石油勘探開發的重要技術手段，其地位和作用 也曰益彰顯。
目前使用較為普遍的測井技術包括隨鑽測井、核磁共振測井、過 套管測井、電纜測井等。此外，有的公司還研製出了多極子聲波、多 分量感應、油基泥漿電阻率成像等新型井下儀器。但是，這些技術仍 然存在一定的不足，例如在現有的電纜測井儀器中，常見的樣品分析 做法有兩種1.將要分析的地層樣品從高溫高壓的幾千米井下取出到 地面，送回到基地的分析化驗中心，在常溫常壓狀態下，使用常規方 法進行各種物理、化學方面的分析化驗。2.將分析樣品在井下直接進行光譜或核磁共振的方法進行分析。這兩種方法的不足之處在於第 1種方法完全破壞了樣品的高溫高壓狀態，由於要將樣品從井下取出， 送到工作基地，時效差，風險也大，每次只能分析2 3個樣品，作業 周期長，非常不經濟。第2種方法雖然保持了樣品的原始狀態，但由 於使用光譜或核磁共振的方法使儀器可獲得的信息有限，並和常規測 井方法的關聯度較差。
因此，廣大石油勘探企業亟需一種具有中子發生器等人工放射源、 能夠高速、有效地分析井下樣品的新型儲層流體分析儀問世。 發明內容
鑑於現有技術所存在的不足和國內石油勘探企業的現實需求，本 實用新型所要解決的技術問題在於提供一種新型的井下人工放射性儲 層流體分析儀。該儀器採用人工放射源，可以直接在井下對樣品進行 分析並實現分析數據預處理。
為實現上述的目的，本實用新型採用下述的技術方案
一種井下人工放射性儲層流體分析儀，其特徵在於
所述井下人工放射性儲層流體分析儀包括通信及控制部分、取樣 及樣品處理部分、核探測器、樣品數據分析中心和樣品腔、人工放射 源和放射性源控制器；
所述通信及控制部分一方面通過測井電纜與地面相連接，另一方 面分別連接取樣及樣品處理部分、核探測器、樣品數據分析中心和放 射性源控制器，所述放射性源控制器連接人工放射源；
所述取樣及樣品處理部分中具有取樣器，所述取樣器採集樣品， 將所述樣品放入所述樣品腔中進行分析，分析完畢之後將樣品推出所 述樣品腔。
其中，所述人工放射源為中子發生器。
所述中子發生器封閉在樣品腔後方的一個腔體內， 一端通過減震 橡膠、另外一端通過減震彈簧與腔體內部接觸以實現固定。
所述閉合腔體的前端為樣品腔，後端是可以實現往復運動的活塞。
所述取樣及樣品處理部分、樣品數據分析中心和放射性源控制器 分別使用獨立的微處理器進行控制。
所述井下人工放射性儲層流體分析儀還包括用於判斷樣品是否是地層原液的樣品識別器，所述樣品識別器與所述通信及控制部分進行連 接。
所述樣品識別器包括放大器、恆流源和四個電極，其中兩個電極連 接所述放大器，另外兩個電極連接所述恆流源。
本實用新型所提供的井下人工放射性儲層流體分析儀將對樣品的 分析完全放在井下完成， 一次下井可以分析多個樣品，分析過程中完全 保持樣品原樣，從而使分析結果最接近真實情況；採用高速嵌入式工業 控制和數據分析計算，配合元素譜圖對樣品進行詳細的分析，並將數據 送地面顯示，操作過程十分便利。以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的說明。


圖1為安裝有本井下人工放射性儲層流體分析儀的測井儀器的儀 器串圖2為本井下人工放射性儲層流體分析儀的整體結構示意圖3為本井下人工放射性儲層流體分析儀的各部分連接關係示意
圖4為本井下人工放射性儲層流體分析儀的具體電路原理圖； 圖5為用於判斷樣品是否是地層原液的樣品識別器的原理示意圖； 圖6為在井下完成取樣和棄樣操作的取樣器結構示意圖。
具體實施方式

圖1為安裝有本井下人工放射性儲層流體分析儀的測井儀器的儀 器串圖。在該測井儀器中，首端順序連接的1、 2、 3、 4和5部分即為 本井下人工放射性儲層流體分析儀(簡稱為流體分析儀)，尾端通過測 井電纜與位於地面的通信系統和計算機設備進行信息交換，在該流體分 析儀的後端是執行張力測量、溫度測量、泥漿電阻率測量、自然伽馬 (自然電位)測量、數據通信等功能的多個儀器。這些儀器都是本領 域普通技術人員熟悉的常規儀器，在此就不詳細贅述了。在這些儀器與 測井電纜6之間，是一個起著快速機電連接作用的馬籠頭7。該馬籠頭也 是本領域一般技術人員都很熟悉的常規設計，例如專利號為03252767.5 的中國實用新型專利就介紹了一種電極、電纜測井馬籠頭。
圖2所示為本流體分析儀的整體結構示意圖。其中的通信及控制部分即為
圖1中的第1部分，其作用在於完成井下主通信系統或地面通 信系統的信息交換，同時完成對井下各功能部件的控制和信息採集；取 樣及樣品處理部分對應著
圖1中的第2部分，其作用在於完成對地層 和地層液體的樣品採集，並將用過的樣品進行合適的處理；核探測器、 樣品數據分析中心和樣品腔對應著
圖1中的第3部分，其中核探測器 用於實現對各種元素的非彈性和彈性及俘獲譜的採集，樣品數據分析中 心用於實現對測量數據的採集、分析和計算，樣品腔用來存放取樣器取 回到儀器中的泥漿樣品或地層及地層液樣品。在樣品腔的周圍可以放置 2 3种放射性屏蔽材料8。人工放射源對應著
圖1中的第4部分；而 放射性源控制器對應著
圖1中的第5部分。這兩部分的作用在於完成 放射性粒子的產生，並在放射性源控制器的協助下，得到合適的放射性 射線去轟擊樣品。上述各部分之間的連接關係如圖3所示，其中通信及控制部分一方面通過
圖1所示的測井電纜與地面相連接，另一方面分別連接取樣 及樣品處理部分、核探測器及樣品數據分析中心和放射性源控制器。 放射性源控制器連接人工放射源。該人工放射源向樣品腔中的樣品發 射高能射線，該高能射線由核探測器接收之後，由樣品數據分析中心 對其進行分析和處理，並將有關的結果通過前述的通信及控制部分上 傳給地面。取樣及樣品處理部分中具有取樣器。該取樣器採集測井儀 器側壁的儲層流體樣品，將其放入樣品腔中進行分析，分析完畢之後 將樣品推出樣品腔，以便讓空出的樣品腔能夠容納新的樣品。圖4所示為本流體分析儀的具體電路原理圖。針對井下工作的特 殊需要(常用的測井電纜總共只有七根線，數據傳輸存在傳輸速率低、 帶寬窄等瓶頸問題，因此應儘量減少內部的數據傳輸)，分別採用了專 用於液壓控制的微處理器(圖示為CPU，下同)、專用於數據分析和探測處理的微處理器和專用於控制放射性源控制器的微處理器。這些微 處理器都與上述的通信及控制部分進行連接。其中，用於液壓控制的微處理器控制有關的驅動電路和液壓執行電路執行推靠、回縮、取樣、 棄樣等操作。用於數據分析和探測處理的微處理器向光電倍增管發出高壓控制信號，並接收光電倍增管返回的脈衝信號。用於控制放射性 源控制器的微處理器向放射性源的控制電路發出高壓控制信號和電離，但也 可以是鋂鈹源、伽馬源等發出射線的放射源。以採用中子發生器為例， 中子發生器產生所需能量的中子束，轟擊樣品。該中子發生器由相應的 控制電路完成對中子產額和穩定性的控制。在測井時，中子發生器隨井 下儀器放入鑽孔中由中子發生器放出的快中子經過一系列碰撞而減弱 到熱能狀態，再經過一定距離的擴散，最後被吸收。由於氫對中子具 有特別大的減速能力，所以巖石的減速性質主要由巖層中含氫量的多 少決定。中子測井可以用來尋找具有特殊中子性質的礦產(如硼)和研 究巖層的孔隙度，以及根據氯的含量區別油水層。 本流體分析儀的工作過程是這樣的當流體分析儀進入井下的目的層位後，在地面的控制下對目的層進 行取樣首先由地面工程師操控儀器，啟動液壓系統。先對井筒泥漿進 行引採樣，並進行樣品的分析，計算數據並存貯，然後棄樣品對井壁推 靠封隔，採集地層樣品。在採集的同時對樣品進行分析判斷。若為地層 原樣，則啟動分析程序，分析樣品，如此循環。分析的數據由流體分析 儀的通信部分送地面，地面給下井儀的數據和指令也通過通信部分送達 井下儀。在工作過程中，流入流體分析儀的液體樣品，是不是地層原液由裝 在流體分析儀內部的樣品識別器來識別，其原理如圖5所示。由恆流源 9給一號和四號電極供電，在樣品流管內形成電流通路，當電流流過三號、 四號電極時，形成電位差，該電位差送入放大器中進行放大，當電流一 定時，通過測量流過三號、四號電極的電壓可求得三號、四號之間的電 阻。p — K34(測量電壓) A — / (電流源電流)所測的樣品電阻率，可由下式來計算r = k*RK是一個和樣品管直徑和三號、四號電極距離有關的係數，通過理 論計算或刻度可以確定，由此計算出樣品管中的樣品電阻率，用以判別 是否是泥漿，泥漿濾液或是地層原液。本流體分析儀還有一個重要特點在於取樣器能夠在井下完成取樣和棄樣的操作。如圖6所示，中子發生器12封閉在樣品腔10後方的 一個閉合腔體內。在閉合腔體的內部，中子發生器12 —端通過減震橡 膠11、另外一端通過減震彈簧13與腔體內部相接觸，從而實現固定。 該閉合腔體的前端為樣品腔10，後端是一個可以實現往復運動的活塞 14。這樣，通過液壓控制的活塞的往復運動，中子發生器12隨閉合腔 體整體進行往復運動。當活塞14後退時，樣品腔10的空間擴大，可 以容納新的樣品；當活塞14前進時，樣品腔10的空間縮小，從而將 原有的樣品向外擠出。在完成取樣和棄樣的操作時，首先判斷進入流體分析儀樣品管路中 的液體是否為地層原液。如果是則由液壓控制系統控制關閉樣品腔排除 口閥門，打開樣品腔進口閥門，在A口輸入高壓液壓油流，B口接油箱， 活塞向下運動，打開樣品腔，當樣品腔達到全部打開後，開啟中子發生 器進行樣品轟擊，分析樣品元素。分析結束後，關閉樣品腔進口C，打開 樣品腔排除口 D,在B 口送高壓油流，A 口接油箱，活塞向上運動，將 原有樣品擠出，為下次樣品的採取做好準備。與現有的類似產品相比較，本實用新型所提供的流體分析儀可以將 樣品在井下保持原狀進行分析， 一次下井可以分析多個樣品，分析過程 中完全保持樣品原樣，從而使分析結果最接近真實情況。所獲得的分析 數據在井下進行了預處理，在地面進一步處理後可以直接顯示結果供地 質學家參考。以上對本實用新型所提供的井下人工放射性儲層流體分析儀進行 了詳細的說明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本實用新型實 質精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構成對本實用新 型專利權的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求1.一種井下人工放射性儲層流體分析儀，其特徵在於所述井下人工放射性儲層流體分析儀包括通信及控制部分、取樣及樣品處理部分、核探測器、樣品數據分析中心和樣品腔、人工放射源和放射性源控制器；所述通信及控制部分一方面通過測井電纜與地面相連接，另一方面分別連接取樣及樣品處理部分、核探測器、樣品數據分析中心和放射性源控制器，所述放射性源控制器連接人工放射源；所述取樣及樣品處理部分中具有取樣器，所述取樣器採集樣品，將所述樣品放入所述樣品腔中進行分析，分析完畢之後將樣品推出所述樣品腔。
2. 如權利要求1所述的井下人工放射性儲層流體分析儀，其特徵 在於所述人工放射源為中子發生器。
3. 如權利要求2所述的井下人工放射性儲層流體分析儀，其特徵 在於所述中子發生器封閉在樣品腔後方的一個腔體內， 一端通過減震 橡膠、另外一端通過減震彈簧與腔體內部接觸以實現固定。
4. 如權利要求2所述的井下人工放射性儲層流體分析儀，其特徵在於所述閉合腔體的前端為樣品腔，後端是可以實現往復運動的活塞。
5. 如權利要求1所述的井下人工放射性儲層流體分析儀，其特徵 在於所述取樣及樣品處理部分、樣品數據分析中心和放射性源控制器 分別使用獨立的微處理器進行控制。
6. 如權利要求1所述的井下人工放射性儲層流體分析儀，其特徵 在於所述井下人工放射性儲層流體分析儀還包括用於判斷樣品是否是 地層原液的樣品識別器，所述樣品識別器與所述通信及控制部分進行連 接。
7.如權利要求6所述的井下人工放射性儲層流體分析儀，其特徵 在於所述樣品識別器包括放大器、恆流源和四個電極，其中兩個電極連 接所述放大器，另外兩個電極連接所述恆流源。
專利摘要本實用新型公開了一種井下人工放射性儲層流體分析儀，安裝在測井儀器中，包括通信及控制部分、取樣及樣品處理部分、核探測器、樣品數據分析中心和樣品腔、人工放射源和放射性源控制器。其中通信及控制部分一方面通過測井電纜與地面相連接，另一方面分別連接取樣及樣品處理部分、核探測器、樣品數據分析中心和放射性源控制器，放射性源控制器連接人工放射源；取樣及樣品處理部分中具有取樣器，取樣器採集樣品，將樣品放入樣品腔中進行分析，分析完畢之後將樣品推出樣品腔。本實用新型將對樣品的分析完全放在井下完成，一次下井可以分析多個樣品，分析過程中完全保持樣品原樣，從而使分析結果最接近真實情況。
文檔編號E21B49/08GK201428453SQ200920105799
公開日2010年3月24日 申請日期2009年3月10日 優先權日2009年3月10日
發明者張進魁, 李英波, 陳君六 申請人:北京環鼎科技有限責任公司