CN103206211B - 一种用于水平井导向的随钻探层测距雷达装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于水平井导向的随钻探层测距雷达装置，本发明的目的在于提出的一种随钻探层测距雷达的装置，使井筒轨迹保持在产层的最佳位置。探层测距雷达分成两个频段主要为了在水平导向钻具的上下方向同时进行深探测和高分辨率的浅探测，50M-900M频段的电磁波探测深度可达到10米，1G-5G频段的电磁波探测深度能达到0.5米，这就保证了水平导向的钻具在水平钻进过程中始终不出煤层、油气层或是其他矿储层。
Description
技术领域
本发明属于地质勘探领域，具体涉及一种用于水平井导向的随钻探层测距雷达装置。
背景技术
当前，在石油、天然气及煤层气的开发中为了获得更大的产能，往往通过水平井钻井技术，使钻机钻出的井筒轨迹保持在油气层和煤层中，但在实际的施工中井筒轨迹无法完全保持在油气层和煤层中，其原因是目前还没有能定量测出在油气层和煤层界面以及厚度的方法与技术，虽然采用伽玛和电阻率的方法能测出油气层、煤层与其上下盖层的差别，但这仅仅是定性的判断而无法定量或相对准确地测出井筒轨迹距上下边界面的距离，因此就导致钻具在出了储层后再入储层，井筒轨迹形成多处“狗腿”，井筒越深钻具就越难向前钻进，因此，水平井的深度受到限制，同时井筒轨迹也不能保持在高产层的位置单井产能受到极大的影响。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种随钻探层测距雷达的装置，用于使井筒轨迹保持在产层的最佳位置，定量测出在油气层和煤层界面以及厚度。
为了实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于水平井导向的随钻探层测距雷达装置，其特征在于其构成主要有：安装随钻探层测距雷达装置的钻铤1、装有1G-5G频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的联装基板2安装在钻铤1侧面上、1G-5G频段电磁波发射天线振子3安装联装基板2的上面、1G-5G频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属防护盖板4安装在安装联装基板2和1G-5G频段电磁波发射天线振子3及1G-5G频段电磁波反射波接收天线振子5的上面、1G-5G频段电磁波反射波接收天线振子5、1G-5G频段电磁波发射窗口和密封窗口的高强度绝缘板以及接收电磁波反射波的入射窗口和密封窗口的高强度绝缘板6、50M-900M频段电磁波发射窗口和密封窗口的高强度绝缘板7、50M-900M频段电磁波发射天线振子8、50M-900M频段电磁波反射波的入射窗口和密封窗口的高强度绝缘板9、50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属防护盖板10、50M-900M频段电磁波反射波接收天线振子11、50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的联装基板18、安装在钻铤1上的钻头12、1G-5G频段电磁波脉冲发射电路13、1G-5G频段电磁波反射波接收电路14、50M-900M频段电磁波脉冲发射电路15、50M-900M频段电磁波反射波接收电路16和转角传感器及电磁波脉冲发射控制电路17，转角传感器的安装以转角传感器“0”点到钻具轴线的连线垂直于1G-5G频段电磁波发射天线振子和50M-900M频段电磁波发射天线振子。
其中，所述防护盖板4和所述防护盖板10，由高强度金属制成，所述防护盖板4上设有高强度绝缘板6，所述50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属防护盖板10上设有高强度绝缘板7和9，高强度绝缘板6、7和9由介电常数小于5的高强度陶瓷和/或树脂绝缘材料构成。
其中，所述1G-5G频段电磁波脉冲发射电路13由50Ｗ脉冲功率放大器和脉冲信号发生器组成；1G-5G频段电磁波反射波接收电路14由1G-5G小信号放大器、信号滤波及整形电路、信号同步及反射信号时差计算处理器、时距转换电路组成；50M-900M频段电磁波脉冲发射电路15由50Ｗ脉冲功率放大器和脉冲信号发生器组成；50M-900M频段电磁波反射波接收电路16由50M-900M小信号放大器、信号滤波及整形电路、信号同步及反射信号时差计算处理器、时距转换电路组成。
随钻探层测距雷达装置的工作原理及工作过程
在煤层、油气层以及其他矿储层的水平井钻井中通过随钻探层测距雷达中的转角传感器17检测和判断随钻铤旋转的电磁波发射天线和电磁波反射波接收天线是否朝上或向下，转角传感器一旦检测出电磁波发射天线和电磁波反射波接收天线朝上或向下，转角传感器17中的电磁波脉冲发射控制器便触发1G-5G频段电磁波脉冲发射电路13中1G-5G频段的电磁波脉冲发射电路产生一脉冲序列，这一脉冲序列经1G-5G频段电磁波脉冲发射电路13中50Ｗ脉冲功率放大器放大后馈送给1G-5G频段的电磁波发射天线振子3，电磁波发射天线振子3通过1G-5G频段电磁波发射天线振子防护盖板4上的发射窗口和密封窗口的高强度绝缘板6辐射出电磁波，辐射出的电磁波穿过煤层、油气层或其他矿储层在其上下盖层的分界面上产生反射波，这一反射波再一次穿过防护盖板4上的发射窗口和密封窗口的高强度绝缘板6，为1G-5G频段电磁波反射波接收天线振子5接收，并馈送给14中的1G-5G频段小信号放大器，经过放大的微弱反射波信号通过14中的信号滤波及整形电路后，进入信号同步及反射信号时差计算处理器，在14中的脉冲信号发生器产生的脉冲信号分出一路作为同步基准信号与整形后的反射波信号在同步及反射信号时差计算处理器中计算后，获得时差信号，这一时差信号馈送给14中的时距转换电路，在时距转换电路中，时差信号转换为距离数据，从而测量出水平导向的钻具距上下盖层的距离以及煤层、油气层或是其他矿储层的厚度。同理50M-900M频段探层测距雷达工作原理与上述的1G-5G频段的探层测距雷达工作原理是一样的。
有益效果：
探层测距雷达分成两个频段主要为了在水平导向钻具的上下方向同时进行深探测和高分辨率的浅探测，50M-900M频段的电磁波探测深度可达到10米，1G-5G频段的电磁波探测深度能达到0.5米，这就就保证了水平导向的钻具在水平钻进过程中始终不出煤层、油气层或是其他矿储层。
附图说明
图1水平井导向的随钻探层测距雷达装置的结构示意图；
图2电磁波1G-5G频段和50M-900M频段发射及接收电路、控制电路、测距电路构成示意图。
其中，1是安装随钻探层测距雷达装置的钻铤；2是装有1G-5G频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的联装基板；3是1G-5G频段电磁波发射天线振子；4是1G-5G频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属防护盖板；5是1G-5G频段电磁波反射波接收天线振子；6是1G-5G频段电磁波发射窗口和密封窗口的高强度绝缘板以及接收电磁波反射波的入射窗口和密封窗口的高强度绝缘板；7是50M-900M频段电磁波发射窗口和密封窗口的高强度绝缘板；8是50M-900M频段电磁波发射天线振子9是50M-900M频段电磁波反射波的入射窗口和密封窗口的高强度绝缘板；10是50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属防护盖板；11是50M-900M频段电磁波反射波接收天线振子；12是安装在钻铤1上的钻头；13是1G-5G频段电磁波脉冲发射电路；14是1G-5G频段电磁波反射波接收电路；15是50M-900M频段电磁波脉冲发射电路；16是50M-900M频段电磁波反射波接收电路；17是转角传感器及电磁波脉冲发射控制电路；18是50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的联装基板。
具体实施方式
一种用于水平井导向的随钻探层测距雷达装置，其构成主要有：安装随钻探层测距雷达装置的钻铤1、装有1G-5G频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的联装基板2、1G-5G频段电磁波发射天线振子3、1G-5G频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属防护盖板4、1G-5G频段电磁波反射波接收天线振子5、1G-5G频段电磁波发射窗口和密封窗口的高强度绝缘板以及接收电磁波反射波的入射窗口和密封窗口的高强度绝缘板6、50M-900M频段电磁波发射窗口和密封窗口的高强度绝缘板7、50M-900M频段电磁波发射天线振子8、50M-900M频段电磁波反射波的入射窗口和密封窗口的高强度绝缘板9、50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属防护盖板10、50M-900M频段电磁波反射波接收天线振子11、50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的联装基板18、安装在钻铤1上的钻头12、1G-5G频段电磁波脉冲发射电路13、1G-5G频段电磁波反射波接收电路14、50M-900M频段电磁波脉冲发射电路15、50M-900M频段电磁波反射波接收电路16和转角传感器及电磁波脉冲发射控制电路17。
其中，所述防护盖板4和所述防护盖板10，由高强度金属制成，所述防护盖板4上设有高强度绝缘板6，所述50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属防护盖板10上设有高强度绝缘板7和9，高强度绝缘板6、7和9由介电常数小于5的高强度陶瓷和/或树脂绝缘材料构成。
其中，所述1G-5G频段电磁波脉冲发射电路13由50Ｗ脉冲功率放大器和脉冲信号发生器组成；1G-5G频段电磁波反射波接收电路14由1G-5G小信号放大器、信号滤波及整形电路、信号同步及反射信号时差计算处理器、时距转换电路组成；50M-900M频段电磁波脉冲发射电路15由50Ｗ脉冲功率放大器和脉冲信号发生器组成；50M-900M频段电磁波反射波接收电路16由50M-900M小信号放大器、信号滤波及整形电路、信号同步及反射信号时差计算处理器、时距转换电路组成。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。
Claims (1)
1.一种用于水平井导向的随钻探层测距雷达装置，其特征在于其构成主要有：安装随钻探层测距雷达装置的钻铤(1)、装有1G-5G频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的联装基板(2)安装在钻铤(1)侧面上、1G-5G频段电磁波发射天线振子(3)安装联装基板(2)的上面、1G-5G频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属第一防护盖板(4)安装在安装联装基板(2)和1G-5G频段电磁波发射天线振子(3)及1G-5G频段电磁波反射波接收天线振子(5)的上面、1G-5G频段电磁波反射波接收天线振子(5)、1G-5G频段电磁波发射窗口和密封窗口的高强度绝缘板以及接收电磁波反射波的入射窗口和密封窗口的高强度第一绝缘板(6)、50M-900M频段电磁波发射窗口和密封窗口的高强度第二绝缘板(7)、50M-900M频段电磁波发射天线振子(8)、50M-900M频段电磁波反射波的入射窗口和密封窗口的高强度第三绝缘板(9)、50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属第二防护盖板(10)、50M-900M频段电磁波反射波接收天线振子(11)、50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的联装基板(18)、安装在钻铤(1)上的钻头(12)、1G-5G频段电磁波脉冲发射电路(13)、1G-5G频段电磁波反射波接收电路(14)、50M-900M频段电磁波脉冲发射电路(15)、50M-900M频段电磁波反射波接收电路(16)和转角传感器及电磁波脉冲发射控制电路(17)，转角传感器的安装以转角传感器“0”点到钻具轴线的连线垂直于1G-5G频段电磁波发射天线振子和50M-900M频段电磁波发射天线振子；所述第一防护盖板(4)和所述第二防护盖板(10)，由高强度金属制成，所述第一防护盖板(4)上设有高强度第一绝缘板(6)，所述50M-900M频段电磁波发射天线振子和电磁波反射波接收天线振子的高强度金属第二防护盖板(10)上设有高强度第二绝缘板(7)和第三绝缘板(9)，高强度第一绝缘板(6)、第二绝缘板(7)和第三绝缘板(9)由介电常数小于5的高强度陶瓷和/或树脂绝缘材料构成；所述1G-5G频段电磁波脉冲发射电路(13)由50W脉冲功率放大器和脉冲信号发生器组成；1G-5G频段电磁波反射波接收电路(14)由1G-5G小信号放大器、信号滤波及整形电路、信号同步及反射信号时差计算处理器、时距转换电路组成；50M-900M频段电磁波脉冲发射电路(15)由50W脉冲功率放大器和脉冲信号发生器组成；50M-900M频段电磁波反射波接收电路(16)由50M-900M小信号放大器、信号滤波及整形电路、信号同步及反射信号时差计算处理器、时距转换电路组成。
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