CN104405380B - 一种随钻气体检测仪 - Google Patents

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    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/08—Obtaining fluid samples or testing fluids, in boreholes or wells

Abstract

本发明涉及一种随钻气体检测仪。其特征在于它包括上部连接头、上密封接头、电池筒、中间密封接头、电路筒、下密封接头、保护套、气体传感器、脱气装置；气体传感器安装在气体传感器安装通孔内；脱气装置包括钢管、半透膜；钢管位于保护套内的脱气装置安装腔内，钢管的内腔与气体传感器之间形成检测室，钢管的表面覆盖有半透膜；电池筒的电池腔内设有电池，电池为信号处理电路提供电源，信号处理电路位于电路筒的电路腔内，气体传感器与信号处理电路的输入端相连，信号处理电路包括单片机，单片机通过接口电路与存储器相连。将随钻气体测量与岩心钻探工艺相结合，提高了页岩气储层含气量检测的精度和准确性。

Description

一种随钻气体检测仪
技术领域
本发明涉及页岩气、煤层气等致密地层气田勘探与开发过程中气层的识别与定位，主要针对钻探过程中井下气体浓度的随钻检测，具体涉及一种随钻气体检测仪。
背景技术
中国页岩气资源量高达26×1012m3,约占全世界资源量的22％，加大页岩气的勘探开发力度，能有效补充常规油气资源的不足，满足中国日益增长的能源需求，保证国家能源供给安全。
在页岩气勘探过程中，发现气层、确定气层具体位置至关重要，是确定资源总量和后期开采方案的基础。国内目前用于发现气层和确定气层位置的方法主要是测井和气体录井。测井工作多数是在钻井完成后集中进行，对油气层的判断一般是在钻开油气层数天或数月后才能有结论，井眼周围地层受钻井液破坏严重，且测井解释存在多解性；与测井相比，气体录井能够比较早的得到钻遇地层的数据信息,但是气体检测数据准确性和后续评价可靠性在很大程度上取决于从钻井液中采集气体的方法，而且已钻开气层对后续气层的发现和评价有很大的干扰，容易错过后续的气层。
采用地质岩心钻探勘探页岩气时，在取得岩心样品以后，采取解析试验获取气层的含气量信息，由于打捞以及取芯过程中会有部分气体损失，而且解析试验的结果也与岩心采取率密切相关，当岩心采取率较低时，根本无法准确判断地下气藏的情况。
本发明提出在钻探的过程中，随钻检测地下页岩气或煤层气体信息，记录、保存或随钻把这些信息传送至地面，就可避免上述问题。即使无法获取岩心，通过实时检测的页岩气信息也能基本了解地下页岩气的基本情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种随钻气体检测仪，该检测仪可实现页岩气或煤层气的随钻测量，提高页岩气或煤层气储层含气量检测的精度和准确性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种随钻气体检测仪，其特征在于它包括上部连接头1、上密封接头3、电池筒4、中间密封接头5、电路筒6、下密封接头7、保护套8、气体传感器14、脱气装置；
上部连接头1为筒状，上部连接头1的上端部位于岩心钻探的岩心管内并与岩心管相连，上部连接头1的下端通过上密封接头3与电池筒4的上端连接，电池筒4的下端通过中间密封接头5与电路筒6的上端连接，中间密封接头5内设有导线通孔，所述导线通孔将电池筒的电池腔与电路筒的电路腔相连通；电路筒6的下端通过下密封接头7与保护套8的上端连接，保护套为筒状，保护套8的下端为封闭端，保护套8内设有脱气装置安装腔，保护套8上设有凹面21，凹面21处设有钻井液进入孔9，钻井液进入孔9与脱气装置安装腔相通；下密封接头7内设有气体传感器安装通孔，气体传感器安装通孔将电路筒的电路腔与保护套8内的脱气装置安装腔相连通，气体传感器14安装在气体传感器安装通孔内；
脱气装置包括钢管18、半透膜17；钢管18位于保护套8内的脱气装置安装腔内，钢管18的一端与下密封接头7固定连接，钢管18的另一端为封闭端，钢管18的内腔与气体传感器14之间形成检测室20，钢管18上开有气体进入孔19，气体进入孔19与检测室20相通，钢管的表面覆盖有半透膜17，半透膜的端面由环形卡箍16固定在钢管上；半透膜与保护套之间留有钻井液空间；
电池筒的电池腔内设有电池，电池为信号处理电路提供电源，信号处理电路位于电路筒的电路腔内，气体传感器14与信号处理电路的传感器信号输入端相连，信号处理电路包括单片机，单片机通过接口电路与存储器相连。
所述的单片机与信号发射模块相连，基于岩心钻探的随钻气体检测仪还包括接收信号发射模块发射的信号的地面信号接收器。
所述的钢管与半透膜之间设有聚醚砜膜。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将随钻气体测量与岩心钻探工艺相结合，能够实时在线检测岩心管内的气体浓度，信号延迟少、干扰因素小，提高了页岩气储层含气量检测的精度和准确性。
附图说明
图1为本发明随钻气体检测仪的外视图。
图2为本发明随钻气体检测仪的内部结构示意图。
图3为本发明的脱气装置的结构示意图。
图4为本发明的信号处理电路的框图。
图中标号：1-上部连接头，2-透水孔，3-上密封接头，4-电池筒，5-中间密封接头，6-电路筒，7-下密封接头，8-保护套，9-钻井液进入孔，10-第一密封圈，11-第一抗震弹性体，12-拧卸孔，13-第二抗震弹性体，14-气体传感器(红外吸收式气体传感器，红外传感器)，15-第二密封圈，16-环形卡箍，17-半透膜，18-钢管，19-气体进入孔，20-检测室，21-凹面。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1-4，一种基于岩心钻探的随钻气体检测仪，它包括上部连接头1、上密封接头3、电池筒4、中间密封接头5、电路筒6、下密封接头7、保护套8、气体传感器14、脱气装置；
上部连接头1为筒状，上部连接头1的上端部位于岩心钻探的岩心管内并与岩心管相连(如螺纹连接，上部连接头1的内外均可加工螺纹)，上部连接头1的下端通过上密封接头3与电池筒4的上端连接(可采用螺纹连接，由第一密封圈10密封)，电池筒4的下端通过中间密封接头5与电路筒6的上端连接(可采用螺纹连接)，中间密封接头5内设有导线通孔，所述导线通孔将电池筒的电池腔与电路筒的电路腔相连通(用于电源线通过，电池腔和电路腔为密封腔)；电路筒6的下端通过下密封接头7与保护套8的上端连接(可采用螺纹连接)，保护套为筒状，保护套8的下端为封闭端，保护套8内设有脱气装置安装腔，保护套8上设有凹面21，凹面21处设有钻井液进入孔9，钻井液进入孔9与脱气装置安装腔相通(用于进入钻井液)；下密封接头7内设有气体传感器安装通孔，气体传感器安装通孔将电路筒的电路腔与保护套8内的脱气装置安装腔相连通，气体传感器14(用于钻井液的气液分离的的气体检测)安装在气体传感器安装通孔内；
脱气装置包括钢管18、半透膜17(半透膜用于钻井液的气液分离)；钢管18位于保护套8内的脱气装置安装腔内，钢管18的一端与下密封接头7固定连接，钢管18的另一端为封闭端，钢管18的内腔与气体传感器14之间形成检测室20，钢管18上开有气体进入孔19(为气体扩散到钢管内部提供通道)，气体进入孔19与检测室20相通，钢管的表面覆盖有半透膜17(半透膜覆盖在气体进入孔19上，半透膜材料为具有隔水透气性能、表面能很小的聚四氟乙烯薄膜，并采用高强度的聚醚砜膜作为内衬膜)，半透膜的端面由环形卡箍16固定在钢管上(由环形卡箍密封)；半透膜与保护套之间留有钻井液空间；
电池筒的电池腔内设有电池，电池为信号处理电路提供电源，信号处理电路(信号处理电路板)位于电路筒的电路腔内，气体传感器(红外吸收式气体传感器，红外传感器)14与信号处理电路的传感器信号输入端相连，信号处理电路包括单片机，单片机通过接口电路与存储器(SD卡)相连(单片机上设有计算机数据接口)。
保护套8是为了保护脱气装置，在保护套上切割钻井液进入孔(沟槽)9，使脱气装置能够很好的接触钻井液，保护套底部为一个完整端盖，当岩心充满岩心管时，随着岩心的继续上移，会挤压该保护外壳，使整个装置上移，堵塞钻井液的排出通道，使泵压升高，实现报警功能，同时在钻具移动过程中，可以避免外物对半透膜的碰撞，保护半透膜。
气体扩散到检测器室后，气体传感器(红外吸收式气体传感器，红外传感器，气体传感器可为甲烷浓度的检测传感器，选用环形光通道的单光路双波长结构)14检测出气体浓度信号，将信号进行处理和数模转换后，送入嵌入式单片机，通过接口电路将信号存储到SD卡中，方便地面数据读取分析。
所述的单片机与信号发射模块(信号发射电路)相连，基于岩心钻探的随钻气体检测仪还包括地面信号接收器(地面设置地面信号接收器，接收信号发射模块发射的信号)。
使用一种基于岩心钻探的随钻气体检测仪检测地层含气量信息的方法，包括如下步骤：
1)脱气装置提取出钻井液中的甲烷气体，使甲烷气体进入到检测室内；
2)传感器检测出检测室内的甲烷气体的浓度，将气体的浓度信号转变为电信号，然后进行放大和数模转换；
3)在单片机的控制下，将传感器输出的数字信号存储到SD卡中；
4)基于岩心钻探的随钻气体检测仪打捞上地面后，读取出SD卡中浓度和时间数据，经过显示分析就能得到相应地层的含气量信息。
当采用信号发射模块，由地面设置地面信号接收器，接收信号发射模块发射的信号。
本发明应用在单动双管或绳索取芯等地质岩心钻探中，安装于岩心管内(整个基于岩心钻探的随钻气体检测仪安装于岩心管内)；也可与电磁波随钻测量等系统连接，直接把随钻检测到的气体信息实时的发送到地面接收仪表。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种随钻气体检测仪，其特征在于它包括上部连接头（1）、上密封接头（3）、电池筒（4）、中间密封接头（5）、电路筒（6）、下密封接头（7）、保护套（8）、气体传感器（14）、脱气装置；
上部连接头（1）为筒状，上部连接头（1）的上端部位于岩心钻探的岩心管内并与岩心管相连，上部连接头（1）的下端通过上密封接头（3）与电池筒（4）的上端连接，电池筒（4）的下端通过中间密封接头（5）与电路筒（6）的上端连接，中间密封接头（5）内设有导线通孔，所述导线通孔将电池筒的电池腔与电路筒的电路腔相连通；电路筒（6）的下端通过下密封接头（7）与保护套（8）的上端连接，保护套为筒状，保护套（8）的下端为封闭端，保护套（8）内设有脱气装置安装腔，保护套（8）上设有凹面（21），凹面（21）处设有钻井液进入孔（9），钻井液进入孔（9）与脱气装置安装腔相通；下密封接头（7）内设有气体传感器安装通孔，气体传感器安装通孔将电路筒的电路腔与保护套（8）内的脱气装置安装腔相连通，气体传感器（14）安装在气体传感器安装通孔内；
脱气装置包括钢管（18）、半透膜（17）；钢管（18）位于保护套（8）内的脱气装置安装腔内，钢管（18）的一端与下密封接头（7）固定连接，钢管（18）的另一端为封闭端，钢管（18）的内腔与气体传感器（14）之间形成检测室（20），钢管（18）上开有气体进入孔（19），气体进入孔（19）与检测室（20）相通，钢管的表面覆盖有半透膜（17），半透膜的端面由环形卡箍（16）固定在钢管上；
电池筒的电池腔内设有电池，电池为信号处理电路提供电源，信号处理电路位于电路筒的电路腔内，气体传感器（14）与信号处理电路的传感器信号输入端相连，信号处理电路包括单片机，单片机通过接口电路与存储器相连。
2.根据权利要求1所述的一种随钻气体检测仪，其特征在于:所述的单片机与信号发射模块相连，随钻气体检测仪还包括接收井下信号的地面接收器。
3.根据权利要求1所述的一种随钻气体检测仪，其特征在于:所述的钢管与半透膜之间设有聚醚砜膜。
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