CN101482010A - 一种随钻多频方位感应电阻率测量仪 - Google Patents
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Abstract
一种随钻多频方位感应电阻率测量仪，采用在钻铤壳体表面相差180度开线圈系安装槽和电路安装槽，在安装槽内安装不同的线圈系及测量电路，线圈系多频、分时工作，得到多条不同探测深度的方位电阻率曲线，既能够使测量仪长度缩短，减少制造费用，避免在大斜度井或具有小曲率半径的分支井中造成仪器弯曲、卡钻情况的发生，又能够用来分辨仪器所在层位的岩性和流体变化特征，有利于根据地质信息及时调整井眼轨迹，控制钻具穿行在油藏最佳位置，适合于在石油钻井工程中进行地质导向及随钻地层电阻率测井。
Description
技术领域：
本发明涉及一种油田随钻测井仪器，特别是涉及到随钻感应电阻率测井技术，具体地讲是一种随钻多频方位感应电阻率测量仪。
背景技术：
目前，在钻井行业的随钻测量领域，地层电阻率主要用来区分岩性、划分油气水层、进行地层剖面对比等。公知的随钻感应电阻率测量技术利用电磁感应原理，发射线圈中通以幅度和频率恒定的交变电流，在该线圈的周围地层中感应出涡流，涡流本身又会形成二次交变电磁场，在二次交变电磁场作应下，接收线圈中产生感应电动势，该电动势大小与地层电导率有关，通过测量感应电动势即可得到地层电阻率。
目前的随钻感应测井仪器采用在钻铤一侧开V型槽，电路、线圈系等都安装在该V型槽内，通过发射线圈向地层发射单一频率的交变电流，频率一般为20KHz左右，接收线圈接收到以V型槽正面区域地层为主的地层响应，测井仪对该响应进行处理。这种仪器存在以下缺点：
该类仪器将线圈系安装在钻铤一侧的V型槽内，线圈系采用一个或两个接收线圈，工作在20KHz左右的单一频率，如果采用一个接收线圈，只能获得一条探测深度的电阻率曲线，如果采用两个接收线圈，能获得两条探测深度的电阻率曲线，但浅探测接收线圈到发射线圈离距离近，直耦信号大，实现难度大，而且仪器长度增加，不但增加了电阻率测量零长和测斜零长，也容易在大斜度井或具有小曲率半径的分支井中造成仪器弯曲、卡钻情况的发生，不利于地质导向钻井。另外，该类仪器线圈系安装在钻铤同一侧的V型槽内，仪器的测井响应只对一个V形槽正面区域地层的电阻率变化敏感，反映的地层信息不完全，特别在水平井地质导向滑动钻进中测量不同电阻率地层界面的时候，钻具所处的位置决定了测量结果只是某部分地层的响应，容易错失捕捉最佳进入油气层的机会。
发明内容：
本发明的目的是为了提供一种多频方位感应电阻率测量仪，与现有技术相比，能够得到多条不同探测深度的方位电阻率曲线。
本发明所述的仪器包括钻铤、不同方位上的线圈系安装槽、电路安装槽、线圈系、电路盖板、线圈系盖板、导线孔、泥浆流道、导流连接总成、微处理电路、发射电路、接收处理电路。
本发明的特征是：在钻铤壳体表面相差180度开线圈系安装槽，在线圈系安装槽内安装不同的线圈系，线圈系盖板压在线圈系安装槽的外边缘，固定螺栓把线圈系盖板固定到钻铤上。在线圈系安装槽的上方、下方开电路安装槽，电路安装槽深度小于线圈系安装槽深度，电路安装槽内装有微处理电路、发射电路和接收处理电路。电路盖板压在电路安装槽的外边缘，固定螺栓把盖板固定到钻铤上。在钻铤中央开导线孔，电路安装槽之间也有导线孔，线圈系、电路之间通过导线孔内的导线、屏蔽线相连。线圈系由发射线圈、接收线圈、辅助接收线圈、线圈系骨架、同轴电缆组成，同轴电缆安装在线圈系骨架里作为导线将线圈系和电路连接，不同线圈系的接收线圈到发射线圈距离不等。线圈系盖板由金属骨架、密封圈、环氧树脂组成，环氧树脂填充在金属骨架的空隙里。
本发明所述的一种随钻多频方位感应电阻率测量仪具有的有益效果是，该仪器在钻铤壳体表面不同方位安放独立的线圈系，分时发射不同频率的正弦波信号，既能能够得到多条不同探测深度的方位电阻率曲线，又能够使测量仪长度缩短，减少制造费用，避免在大斜度井或具有小曲率半径的分支井中造成仪器弯曲、卡钻情况的发生。该仪器的测量结果不但可以用来在钻井过程中实时测量地层电阻率，还可用来分辨仪器所在层位的岩性和流体变化特征，有利于根据地质信息及时调整井眼轨迹，控制钻具穿行在油藏最佳位置，适合于在石油钻井工程中进行地质导向及随钻地层电阻率测井。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明：
图1表示“随钻多频方位感应电阻率测量仪”的轴向剖面图；
图2表示“随钻多频方位感应电阻率测量仪”的径向剖面图；
图3表示“高压密封盖板”的俯视图；
图4表示“随钻多频方位感应电阻率测量仪”的电路框图。
1 钻铤 2 导流连接总成 3 电路安装槽 4 电路盖板
5 微处理器电路 6 发射电路 7 同轴电缆 8 线圈系安装槽
9 线圈系盖板 10 发射线圈 11 同轴电缆 12 辅助接收线圈
13 接收线圈 14 线圈系骨架 15 线圈系 16 线圈系安装槽
17 线圈系盖板 18 接收线圈 19 线圈系 20 辅助接收线圈
21 同轴电缆 22 线圈系骨架 23 发射线圈 24 同轴电缆
25 接收处理电路 26 电路盖板 27 电路安装槽 28 泥浆流道
29 金属骨架 30 密封圈 31 环氧树脂 32 数字信号处理器
33 通讯电路 34 存储电路 35 激励信号发生电路
36 频率选择电路 37 20KHz信号放大电路 38 80KHz信号放大电路
39 160KHz信号放大电路 40 发射选择电路 41 信号发射采样电路
42 信号发射采样电路 43 接收选择电路 44 20KHz信号前置放大电路
45 20KHz信号相敏检波电路 46 80KHz信号前置放大电路
47 80KHz信号相敏检波电路 48 160KHz信号前置放大电路
49 160KHz信号相敏检波电路 50 A/D采集电路
51 A/D采集电路 52 A/D采集电路
具体实施方式：
现结合说明书附图1、2、3和4，对本发明作进一步描述。
图1表示“随钻多频方位感应电阻率测量仪”的轴向剖面图。钻铤1作为仪器的安装骨架以及井下钻具的一部分，位于钻头或造斜工具之后。由于安装两个线圈系，为了尽可能缩短仪器长度，在钻铤1的壳体表面开有线圈系安装槽8，线圈系安装槽8上方开电路安装槽3，在和线圈系安装槽8相隔180度的位置的上方开线圈系安装槽16，在线圈系安装槽16的下方开电路安装槽27。线圈系安装槽8、线圈系安装槽16、电路安装槽3、电路安装槽27为U型槽，电路安装槽3、27的深度小于线圈系安装槽8、16的深度。这样设计一方面在不同方位、不同轴向位置上安装了线圈系，可以测量不同深度、具有方位特性的地层电阻率曲线，另一方面也减少了钻铤的长度。
线圈系安装槽8内安装有线圈系15，线圈系15由发射线圈10、同轴电缆7、11、辅助接收线圈12、接收线圈13、线圈系骨架14组成。辅助接收线圈12与接收线圈13串联，绕向相反，均匀缠绕在线圈系骨架14上。发射线圈10、接收线圈13通过同轴电缆7、11及其它导线与电路相连接。线圈系盖板9压在线圈系安装槽8的外边缘，通过固定螺栓安装在钻铤1上。为了防止线圈系15在线圈系安装槽8内相对滑动及缠绕在线圈系骨架14上的发射线圈10、辅助接收线圈12、接收线圈13松动，在线圈系安装槽8内灌注绝缘胶。线圈系安装槽16内安装有线圈系19，并在线圈系安装槽16内灌注绝缘胶。线圈系19的组成以及安装方式与线圈系15类似。
在线圈系15和线圈系19中，接收线圈到发射线圈距离称之为线圈距，线圈距的大小根据探测特性的需要预先设定。根据感应测井原理，为了在同一频率下，线圈系15的探测深度大于线圈系19的探测深度，可以选择线圈系15的线圈距为1.044米，线圈系19的线圈距为0.506米。
电路安装槽3内安装有微处理器电路5和发射电路6，为了使电路能够工作在井下恶劣环境中，电路盖板4上有密封圈，电路盖板4压在电路安装槽3的外边缘，通过固定螺栓安装在钻铤1上。电路安装槽27内安装有接收处理电路25，电路盖板26结构及安装方式与电路盖板4类似。
由于线圈系工作时会产生电磁干扰，因此，线圈系15、19分时工作，工作频率是1KHz至200KHz中多个频率，可以选用20KHz、80KHz、160KHz三种频率。同一线圈系在探测同一地层时候，使用较高频率信号探测深度浅。
为了实现本发明所述的测量仪与其它井下测量装置一起工作时的电气连接，在钻铤1上部安装导流连接总成2，在钻铤中央开导线孔，导流连接总成2下部导线孔内的导线与发射电路6连接，并连接至微处理器电路5。当本发明所述的测量仪与其它井下测量装置通过螺纹连接在一起时，导流连接总成2上部连接至其它井下测量装置的电路部分，从而实现电气连接。
图2表示“随钻多频方位感应电阻率测量仪”的径向剖面图。至少一个泥浆流道28在钻铤1内部与线圈系安装槽8相差90的位置。钻铤中央的导线孔不仅是导线的通道，也可以将该导线孔扩大，用来安装测斜传感器、震动传感器等。
图3表示“线圈系盖板”的俯视图。为了减小线圈系盖板9对感应信号的衰减，线圈系盖板9采用金属骨架填充环氧树脂加工而成。为了使线圈系能够工作在井下恶劣环境中，线圈系盖板9有密封圈30。线圈系盖板9包括金属骨架29、密封圈30、环氧树脂31。环氧树脂31填充在金属骨架29的空隙里。线圈系盖板17结构与线圈系盖板9相同。
图4为“随钻多频方位感应电阻率测量仪”的电路框图。
微处理器电路5包括数字信号处理器32、通讯电路33和存储电路34，其中，数字信号处理器32采用高速DSP芯片，主要用来产生控制其它电路工作的时序，包括信号的发射、接收，同时，数字信号处理器32还要对各测量信号进行快速计算。另外，数字信号处理器32还与通讯电路33、存储电路34相连，用于本发明所述的测量仪与其它井下仪器之间、本发明所述的测量仪与上位机之间的数据交换以及数据存储。
发射电路6包括激励信号发生电路35、频率选择电路36、20KHz信号放大电路37、80KHz信号放大电路38、160KHz信号放大电路39、发射选择电路40、信号发射采样电路41、信号发射采样电路42。微处理器电路5产生预先设定发射时序，控制激励信号发生电路35分时产生频率为20KHz、80KHz、160KHz的正弦信号，经频率选择电路36进入对应频率的放大电路进行功率放大，发射选择电路41根据微处理电路5的指令选通不同的线圈系向地层发射预定频率的信号。
由于采用三种频率工作，因此对于不同频率信号的接收应采用不同的处理通道，接收处理电路25对不同频率的接收信号分别处理。接收处理电路25包括接收选择电路43、20KHz信号前置放大电路44、20KHz信号相敏检波电路45、80KHz信号前置放大电路46、80KHz信号相敏检波电路47、160KHz信号前置放大电路48、160KHz信号相敏检波电路49、A/D采集电路50、A/D采集电路51、A/D采集电路52。来自接收线圈的20KHz接收信号在微处理器电路5控制下分时通过接收选择电路43进入20KHz信号前置放大电路44进行放大，然后进入20KHz信号相敏检波电路45进行相敏检波后变成直流信号，A/D采集电路50对该直流信号进行模数转换并锁存，数字信号处理器32根据预定时序读取该数据后完成地层电阻率测量值的计算。来自接收线圈的80KHz、160KHz接收信号的处理和20KHz信号的处理过程类似。
为了对发射信号进行归一化处理，发射线圈10、23在向地层发射信号的同时，信号发射采样电路41、42对发射信号进行采样、保持，由于该采样信号也有三种不同频率，接收选择电路43在微处理器电路5的控制下根据预定时序选通该信号，进入对应频率的前置放大电路、相敏检波电路、A/D采集电路后变成数字信号进入数字信号处理器32进行归一化处理，减小由发射信号差别而引起的测量误差。
Claims (6)
1、一种随钻多频方位感应电阻率测量仪，包括：钻铤(1)、线圈系安装槽(8)、(16)、线圈系盖板(9)、(17)、电路安装槽(3)、(27)、电路盖板(4)、(26)、微处理器电路(5)、发射电路(6)、接收处理电路(25)、线圈系(15)、(19)、导流连接总成(2)、泥浆流道(28)，其特征是在钻铤(1)壳体表面相差180度开线圈系安装槽(8)、(16)，在线圈系安装槽(8)、(16)内安装线圈系(15)、(19)，在线圈系安装槽(8)、(16)上部、下部分别开电路安装槽(3)、(27)，电路安装槽内(3)装有微处理电路(5)、发射电路(6)，电路安装槽(27)内装有接收处理电路(25)，各电路及线圈系之间通过导线连接。
2、根据权利要求1所述的一种随钻多频方位感应电阻率测量仪，其特征是线圈系(15)、(19)包括发射线圈(10)、(23)接收线圈(13)、(18)、辅助接收线圈(13)、(20)、线圈系骨架(14)、(22)、同轴电缆(7)、(11)、(21)、(24)，同轴电缆(7)、(11)、(21)、(24)安装在线圈系骨架(14)、(22)里作为导线将线圈系(15)、(19)和电路连接。
3、根据权利要求1所述的一种随钻多频方位感应电阻率测量仪，其特征是在线圈系(15)、(19)中，接收线圈到发射线圈距离不相同。
4、根据权利要求1所述的一种随钻多频方位感应电阻率测量仪，其特征是线圈系盖板(9)、(17)包括金属骨架(29)、密封圈(30)、环氧树脂(31)，环氧树脂(31)填充在金属骨架(29)的空隙里。
5、根据权利要求1所述的一种随钻多频方位感应电阻率测量仪，其特征是线圈系盖板(9)、(17)压在线圈系安装槽(8)、(16)的外边缘，并固定安装在钻铤(1)上，电路盖板(4)、(26)压在电路安装槽(3)、(27)的外边缘，并固定到钻铤(1)上。
6、根据权利要求1所述的一种随钻多频方位感应电阻率测量仪，其特征是线圈系(15)、(19)分时工作，工作频率范围为1KHz至200KHz。
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