CN106640055A - 一种适用于随钻方位声波测井的接收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于随钻测井测量装置领域，具体涉及一种适用于随钻方位声波测井的接收装置。接收装置包括钻铤本体、电路安装骨架、接收换能器、密封连接器、前置处理电路模块、用于处理换能器信号的第一接收信号处理电路、探距传感器、至少一套插接组件、电连接器和用于处理探距传感器信号的第二接收信号处理电路；电路安装骨架位于钻铤本体的内部和钻铤本体相连。该接收装置将随钻井径测量系统及随钻方位声波接收系统集成到一根钻铤当中，通过声波换能器及超声探距传感器的模块化封装，并进行密封结构设计，实现声波换能器及超声探距传感器与高压泥浆的隔离。
Description
技术领域
本发明属于随钻测井测量装置领域，具体涉及一种适用于随钻方位声波测井的接收装置。
背景技术
随着油气田钻井规模的不断扩大及科学技术的发展。特别是随钻测井技术的飞速发展，迫切需要当前先进的科学技术在油气田开采中发挥其重要作用。随钻方位声波测井技术是随钻测井技术的方法之一。随钻声波测井实现了在钻井的同时进行声波测井，相对于电缆测井，随钻声波测井获得的数据受钻井液侵入影响小，更能有效的探测井壁地层的岩性、物性和储集层参数。通过随钻声波测井仪器获得地层纵波和横波速度。建立孔隙压力梯度和渗透率，评估井眼稳固性，解释岩性变化，检测井眼中流体的流动影响，从而为钻井作业提供重要的地质导向信息。但由于随钻声波测井受钻具噪声、钻井液循环造成和钻停波的影响，为了获得高质量的数据，钻铤隔声、高精度测量、大功率声波发射和高灵敏度声波接收等技术至关重要。然而在实际应用中由于牵扯到声波换能器的安装、防水、压力失衡以及低频和轻小型的矛盾等问题，换能器发射、接收装置的研制已成为瓶颈难题。
目前随钻方位声波信号接收换能器封装结构主要采用两种结构方案:
（1）基于纽扣式接收换能器的随钻声波接收装置。该种基于纽扣式换能器的随钻声波接收装置可适用于单极子、偶极子及多极子随钻声波仪器，由于所采用的纽扣式接收换能器具有较高的接收灵敏度，因此在随钻测井中能够很好的接收声波发射装置发射的声波信号。由于该种纽扣式接收换能器结构的特殊性导致换能器在使用过程中容易产生破坏。
（2）基于环形灌封接收换能器的随钻声波接收装置。该种基于环形灌封接收换能器的随钻声波接收装置由于多个换能器封装于同一个环形带且相互之间并联连接。该种接收装置多用于单极子随钻声波仪器当中。
存在的问题是：
基于纽扣式接收换能器的随钻声波接收装置由于纽扣式接收换能器在使用过程中容易产生损坏，容易造成接收装置失效，且由于换能器在安装于内部电子仓骨架的同时实现与钻铤的高压密封，该种结构增加了内部电子仓骨架与外部钻铤的加工及装配要求。此外，该接收装置需要串接专门的随钻井径测量装置进行井径测量，对仪器的连接和可靠性提出了极高的要求。而基于环形灌封接收换能器的随钻声波接收装置多用于单极子随钻声波仪器当中。
在随钻井径测量方面，传统超声探距传感器在进行结构封装时，需采用液压平衡装置进行探距传感器的封装。而液压封装完成后体积较大，通常只能直接安装于电子仓或者内部骨架当中。从而占用钻铤内部水眼空间，导致结构复杂，同时可靠性降低。
发明内容
基于上述问题，本发明提供了一种随钻方位声波测井接收装置，该接收装置将随钻井径测量系统及随钻方位声波接收系统集成到一根钻铤当中，通过声波换能器及超声探距传感器的模块化封装，并进行密封结构设计，实现声波换能器及超声探距传感器与高压泥浆的隔离。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，所述接收装置包括钻铤本体1、电路安装骨架8、随钻井径测量系统和随钻方位声波接收系统，所述电路安装骨架8位于所述钻铤本体1的内部；
所述随钻方位声波接收系统包括接收换能器6、密封连接器7、前置处理电路模块9和用于处理换能器信号的第一接收信号处理电路10-1，接收换能器6通过密封连接器7和前置处理电路模块9电连接，前置处理电路模块9和第一接收信号处理电路10-1电连接；
所述随钻井径测量系统包括探距传感器15、至少一套插接组件、电连接器19和用于处理探距传感器信号的第二接收信号处理电路10-2，探距传感器15通过至少一套插接组件和电连接器19电连接，电连接器19和第二接收信号处理电路10-2电连接；
电路安装骨架8的两端分别通过MWD转接头3和尾部锁紧结构实现和钻铤本体1相连；
所述接收换能器6、密封连接器7、前置处理电路模块9、探距传感器15、至少一套插接组件、电连接器19高压密封安装在所述钻铤本体1上；
所述第一接收信号处理电路10-1和所述第二接收信号处理电路10-2分别安装在所述电路安装骨架上；
所述前置处理电路模块9包括信号放大模块和模数转换模块。
进一步地，所述接收换能器6包括方位传感器和方位传感器的封装结构，所述封装结构由环氧树脂灌封形成实现方位传感器的高压密封，接收换能器6并通过固定装置一安装于钻铤本体1，接收换能器6的接收信号线通过封装装置引出并与密封连接器7连接。
进一步地，所述探距传感器15和所述前置处理电路模块9分别经固定装置二和固定装置三固定在钻铤本体1上，并在固定装置二和固定装置三外设置密封圈实现高压密封；固定装置二上设有孔，探距传感器15的信号线通过固定装置二上的孔引出固定装置二并和插接组件连接。
进一步地，所述第一接收信号处理电路10-1连接有电连接插件，所述前置处理电路模块9通过信号线和电连接插件相连，实现和所述第一接收信号处理电路10-1的电连接。
进一步地，所述尾部锁紧结构包括两个截面为三角形的涨紧半环11、一个锁紧环12和安装螺钉，两个涨紧半环11分别通过三角形的斜面与所述电路安装骨架8配合，涨紧半环2由铍青铜材料制成，锁紧环12通过螺钉与电路安装骨架8连接；在安装时，通过螺钉的拧紧力，作用于锁紧环12向左侧运动，从而推动涨紧半环2沿着电路安装骨架8斜面向左运动，涨紧半环在向左运动的同时，两个半环构成的圆柱面直径增大，从而实现与钻铤本体1的锁紧。
进一步地，接收换能器6的封装结构为外部一侧为弧面的结构，所述固定装置一与接收换能器6接触的面同样为弧面。
进一步地，所述MWD转接头3的一端和所述电路安装骨架8通过定位装置锁紧成一整体结构；MWD转接头3的另一端与钻铤本体1的水眼实现高压密封；电路安装骨架8与MWD转接头3连接的位置高压密封。
进一步地，所述电连接器19为双芯电连接器，每套插接组件包括相互匹配的双芯插座、双芯同轴密封插针和双芯密封插座，接收装置所用插接组件的套数根据探距传感器15与第二接收信号处理电路10-2间的情况设置，在实现所有连接位置密封的情况下，套数尽量少设置。
进一步地，所述接收装置包含三个相互独立的随钻井径测量系统，其中三个探距传感器15在所述钻铤本体1的周向上均匀分布，三个探距传感器采用相互独立的信号传输通道及密封通道进行信号传输，提高了超声探距传感器井下使用的可靠性。
进一步地，所述接收装置包含12个接收换能器6，12个接收换能器分为两个接收阵列，每个接收阵列由6个接收换能器组成，两个接收阵列在钻铤本体1上成180度分布，每个接收换能器采用独立的换能器封装及前置信号处理电路。
本发明的有益技术效果：该种适用于随钻方位声波测井的接收装置可应用于偶极子及多极子随钻方位声波仪器声波接收系统。该接收装置将随钻井径测量系统及随钻方位声波接收系统集成到一根钻铤当中，通过声波换能器及超声探距传感器的模块化封装，并进行密封结构设计，实现声波换能器及超声探距传感器与高压泥浆的隔离。通过对与换能器连接的高密封连接器及密封连接结构的设计实现信号在钻铤及泥浆中的传输。此外，模块化设计的接收换能器、超声探距换能器及前置信号处理电路，为微弱声波信号的接收提取提供、传输了一种有利的解决方案。
附图说明
图1、一种适用于随钻方位声波测井的接收装置示意图；
图2、电子骨架锁紧结构示意图；
图3、一种适用于随钻方位声波测井的接收装置装配示意图；
图4、接收换能器结构示意图；
图中，1.钻铤本体、2-1.第一密封圈、3.MWD转接头、4.定位销、2-2.第二密封圈、5.密封定位销、6.接收换能器、7.密封连接器、8.电路安装骨架、9.前置处理电路模块、10-1.第一接收信号处理电路、2-3.第三密封圈、11.涨紧半环、12.锁紧环、2-4.第四密封圈、13.探距传感器密封盖、14.挡圈、15.探距传感器、2-5.第五密封圈、16-1.第一双芯插座、17-1.第一双芯同轴密封插针、18-1.第一双芯密封插座、16-2.第二双芯插座、17-2.第二双芯同轴密封插针、18-2.第二双芯密封插座、19.双芯电连接器、20.密封连接盖、10-2.第二接收信号处理电路、6-1.传感器、6-2.传感器的封装结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
一种随钻方位声波测井的接收装置，主要由随钻井径测量系统及随钻方位声波接收系统构成。如图1所示，接收装置主要包括：包括钻铤本体1、电路安装骨架8、随钻井径测量系统和随钻方位声波接收系统，所述电路安装骨架8位于所述钻铤本体1的内部；
所述随钻方位声波接收系统包括接收换能器6、密封连接器7、前置处理电路模块9和用于处理换能器信号的第一接收信号处理电路10-1，接收换能器6通过密封连接器7和前置处理电路模块9电连接，前置处理电路模块9和第一接收信号处理电路10-1电连接；
所述随钻井径测量系统系统包括探距传感器15、至少一套插接组件、电连接器19和用于处理探距传感器信号的第二接收信号处理电路10-2，探距传感器15通过两套插接组件和电连接器19电连接，电连接器19和第二接收信号处理电路10-2电连接；
具体随钻方位声波测井的接收装置包括以下部件：钻铤本体1、第一密封圈2-1、MWD转接头3、定位销4、第二密封圈2-2、密封定位销5、接收换能器6、密封连接器7、电路安装骨架8、前置处理电路模块9、第一接收信号处理电路10-1、第三密封圈2-3、涨紧半环11、锁紧环12、第四密封圈2-4、探距传感器密封盖13、挡圈14、探距传感器15、第五密封圈2-5、第一双芯插座16-1、第一双芯同轴密封插针17-1、第一双芯密封插座18-1、第二双芯插座16-2、第二双芯同轴密封插针17-2、第二双芯密封插座18-2、双芯电连接器19、密封连接盖20、第二接收信号处理电路10-2。
其中， MWD转接头3的一端和电路安装骨架8通过定位装置锁紧成一整体结构；MWD转接头3的另一端与钻铤本体1的水眼实现高压密封；电路安装骨架8与MWD转接头3连接的位置高压密封。具体为电路安装骨架8与MWD转接头3通过周向均匀分布的3个定位销4锁紧成一整体结构，MWD转接头3与电路安装骨架8连接位置安装第二密封圈2-2实现与中间水眼的高压密封；MWD转接头3另一端与钻铤本体1通过第一密封圈2-1实现与钻铤本体1中水眼的高压密封；电路安装骨架8通过径向90度分布的两个密封定位销5实现周向定位，同时该密封定位销5与钻铤本体通过密封圈实现高压密封，阻挡外部泥浆进入电路安装骨架8，电路安装骨架8另一端通过第三密封圈2-3实现高圧密封。这样，电路安装骨架8通过第一密封圈2-1、第二密封圈2-2及第三密封圈2-3实现与内部水眼的高圧密封。此外，电路安装骨架8通过尾部锁紧结构与钻铤本体1实现紧固连接，如图2所示，尾部锁紧结构主要由两个截面为三角形的涨紧半环11、一个锁紧环12及安装螺钉构成，两个涨紧半环11分别通过三角形的斜面与电路安装骨架8配合，涨紧半环2由铍青铜材料制成，锁紧环12通过螺钉与电路安装骨架8连接。在安装时，通过螺钉的拧紧力，作用于锁紧环12向左侧运动，从而推动涨紧半环2沿着电路安装骨架8斜面向左运动，涨紧半环在向左运动的同时，两个半环构成的圆柱面直径增大，从而实现与钻铤本体1的锁紧。
该随钻方位声波测井的接收装置其随钻方位声波接收系统主要由12个接收换能器构成。6个接收换能器组成一个接收阵列，两个接收阵列成180度分布。每个接收换能器采用独立的换能器封装及前置信号处理电路，换能器采用环氧树脂灌封工艺灌封，可在泥浆环境中使用。其结构如图4所示。接收换能器6通过固定装置一安装于钻铤本体1，固定装置一为压盖，其接收信号线通过密封连接器7引入到前置处理电路模块9，其中密封连接器7通过挡圈固定于钻铤本体1，该密封连接器7在实现信号传输的同时阻止外部的高压泥浆进入前置处理电路模块9；前置处理电路模块9通过固定装置三固定于钻铤本体1，固定装置三为挡圈，并通过信号线与电路安装骨架8上的第一接收信号处理电路10-1连接。该前置处理电路模块9同样通过O型密封圈与外部泥浆实现高圧密封。此外，前置处理电路模块9采用圆柱型截面，并通过挡圈固定的结构，在井下强振动条件下不会脱落，提高了结构可靠性。该种封装方式特别适用于偶极子及多极子随钻声波仪器。
该随钻方位声波测井的接收装置其随钻井径测量系统采用120°均匀分布的三个超声探距传感器进行井径测量，同时三个超声探距传感器采用相互独立的信号传输通道及密封通道进行信号传输，提高了超声探距传感器井下使用的可靠性。该超声探距传感器采用模块化设计，探距传感器15通过固定装置二固定在钻铤本体上，固定装置二包括探距传感器密封盖13和挡圈14，探距传感器15安装于探距传感器密封盖13，并通过挡圈14固定，探距传感器15与探距传感器密封盖13之间通过第五密封圈2-5实现高压密封，探距传感器密封盖13通过螺钉安装于钻铤本体1，并通过第四密封圈2-4实现密封。探距传感器15通过两套插接组件和电连接器19电连接，两套插接组件包括第一双芯插座16-1、第一双芯同轴密封插针17-1、第一双芯密封插座18-1、第二双芯插座16-2、第二双芯同轴密封插针17-2、第二双芯密封插座18-2。探距传感器15信号线通过探距传感器密封盖13上侧开的小孔将信号线引出，并与第一双芯插座16-1连接。第一双芯同轴密封插针17-1通过螺纹安装于钻铤本体1，并通过O型密封圈与外部泥浆实现密封。第一双芯同轴密封插针17-1一侧与第一双芯插座16-1插接，一侧与第一双芯密封插座18-1插接实现信号传输，其中第一双芯密封插座18-1浸泡于泥浆当中。第一双芯密封插座18-1通过信号线与第二双芯密封插座18-2连接，第二双芯同轴密封插针17-2安装于密封连接盖20中，其内部通过自身O型密封圈实现与泥浆密封，外部通过密封连接盖20上的O型密封圈实现与泥浆密封。第二双芯同轴密封插针17-2一侧与第二双芯密封插座18-2连接，一侧与第二双芯插座16-2连接。其中第二双芯密封插座18-2浸泡于泥浆当中。第二双芯插座16-2在密封连接盖20内部通过信号线与双芯电连接器19连接，并通过双芯电连接器19将探距传感器15的信号传入第二接收信号处理电路10-2。
如图3所示，适用于随钻方位声波测井的接收装置具体装配过程如下：
第一：①第一密封圈2-1、第二密封圈2-2安装于MWD转接头3，密封圈上涂抹润滑脂；②将电路安装骨架8与MWD转接头3组合，通过3个周向均匀分布的定位销4锁紧，定位销通过卡环固定；③组装完成后将电路安装骨架8与MWD转接头3一同插入钻铤本体1，在插入过程中旋转电路安装骨架8，将电路安装骨架8上的定位孔与钻铤本体1上的定位销孔对齐；④装入密封定位销5，将钻铤本体1与电路安装骨架8定位；⑤安装尾部锁紧结构即涨紧半环11和锁紧环12将电路安装骨架8锁紧。
第二：①将密封连接器7用挡圈固定于钻铤本体1，并将密封连接器7末端的信号线经小孔与前置处理电路模块9中的处理电路连接；②将接收换能器6通过压盖安装于钻铤本体1，并将其信号线与密封连接器7相连；③将前置处理电路模块9的多芯连接器与电路安装骨架8上的连接器连接；④将前置处理电路模块9通过挡圈固定于钻铤本体。按同样的顺序依次安装其余接收换能器。
第三：①将第一双芯插座16-1与第一双芯同轴密封插针17-1插接，并将第一双芯插座16-1尾部信号线从小孔传出与探距传感器15信号线通过锡焊连接；②将第一双芯同轴密封插针17-1安装于钻铤本体，第一双芯插座16-1一侧安装于钻铤内部；③将第四密封圈2-4、第五密封圈2-5安装于探距传感器密封盖13，密封圈上均涂抹润滑脂，再将探距传感器15安装于探距传感器密封盖13，将其信号线由探距传感器密封盖13上小孔引出与第一双芯插座16-1尾部信号线通过锡焊连接；④将探距传感器密封盖13通过螺钉安装于钻铤本体1；⑤将第二双芯插座16-2与第二双芯同轴密封插针17-2插接，第二双芯同轴密封插针17-2安装于密封连接盖20中，将第二双芯插座16-2尾部信号线在密封连接盖20内部与双芯电连接器19信号线通过锡焊连接，连接完成后将双芯电连接器19与电路安装骨架8上的插座对接，并将密封连接盖20通过螺钉安装于钻铤本体1；⑥将第一双芯密封插座18-1与第二双芯密封插座18-2分别与第一双芯同轴密封插针17-1和第二双芯同轴密封插针17-2连接，并安装密封连接盖20。按同样的顺序安装其余两个探距传感器。
Claims (10)
1.一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，其特征在于，所述接收装置包括钻铤本体（1）、电路安装骨架（8）、随钻井径测量系统和随钻方位声波接收系统，所述电路安装骨架（8）位于所述钻铤本体（1）的内部；
所述随钻方位声波接收系统包括接收换能器（6）、密封连接器（7）、前置处理电路模块（9）和用于处理换能器信号的第一接收信号处理电路（10-1），接收换能器（6）通过密封连接器（7）和前置处理电路模块（9）电连接，前置处理电路模块（9）和第一接收信号处理电路（10-1）电连接；
所述随钻井径测量系统包括探距传感器（15）、至少一套插接组件、电连接器（19）和用于处理探距传感器信号的第二接收信号处理电路（10-2），探距传感器（15）通过至少一套插接组件和电连接器（19）电连接，电连接器（19）和第二接收信号处理电路（10-2）电连接；
电路安装骨架（8）的两端分别通过MWD转接头（3）和尾部锁紧结构实现和钻铤本体（1）相连；
所述接收换能器（6）、密封连接器（7）、前置处理电路模块（9）、探距传感器（15）、至少一套插接组件、电连接器（19）高压密封安装在所述钻铤本体（1）上；
所述第一接收信号处理电路（10-1）和所述第二接收信号处理电路（10-2）分别安装在所述电路安装骨架上；
所述前置处理电路模块（9）包括信号放大模块和模数转换模块。
2.如权利要求1所述一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，其特征在于，所述接收换能器（6）包括方位传感器和方位传感器的封装结构，所述封装结构由环氧树脂灌封形成实现方位传感器的高压密封，接收换能器（6）并通过固定装置一安装于钻铤本体（1），接收换能器（6）的接收信号线通过封装装置引出并与密封连接器（7）连接。
3.如权利要求1所述一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，其特征在于，所述探距传感器（15）和所述前置处理电路模块（9）分别经固定装置二和固定装置三固定在钻铤本体（1）上，并在固定装置二和固定装置三外设置密封圈实现高压密封；固定装置二上设有孔，探距传感器（15）的信号线通过固定装置二上的孔引出固定装置二并和插接组件连接。
4.如权利要求1所述一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，其特征在于，所述第一接收信号处理电路（10-1）连接有电连接插件，所述前置处理电路模块（9）通过信号线和电连接插件相连，实现和所述第一接收信号处理电路（10-1）的电连接。
5.如权利要求1所述一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，其特征在于，所述尾部锁紧结构包括两个截面为三角形的涨紧半环（11）、一个锁紧环（12）和安装螺钉，两个涨紧半环（11）分别通过三角形的斜面与所述电路安装骨架（8）配合，锁紧环（12）通过螺钉与电路安装骨架（8）连接；在安装时，通过螺钉的拧紧力，作用于锁紧环（12）向左侧运动，从而推动涨紧半环（2）沿着电路安装骨架（8）斜面向左运动，涨紧半环在向左运动的同时，两个半环构成的圆柱面直径增大，从而实现与钻铤本体（1）的锁紧。
6.如权利要求2所述一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，其特征在于，接收换能器（6）的封装结构为外部一侧为弧面的结构，所述固定装置一与接收换能器（6）接触的面同样为弧面。
7.如权利要求1所述一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，其特征在于，所述MWD转接头（3）的一端和所述电路安装骨架（8）通过定位装置锁紧成一整体结构；MWD转接头（3）的另一端与钻铤本体（1）的水眼实现高压密封；电路安装骨架（8）与MWD转接头（3）连接的位置高压密封。
8.如权利要求1-7任一所述一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，其特征在于，所述电连接器（19）为双芯电连接器，每套插接组件包括相互匹配的双芯插座、双芯同轴密封插针和双芯密封插座。
9.如权利要求1-7任一所述一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，其特征在于，所述接收装置包含三个相互独立的随钻井径测量系统，其中三个探距传感器（15）在所述钻铤本体（1）的周向上均匀分布，三个探距传感器采用相互独立的信号传输通道及密封通道进行信号传输，提高了超声探距传感器井下使用的可靠性。
10.如权利要求1-7任一所述一种适用于随钻方位声波测井的接收装置，其特征在于，所述接收装置包含12个接收换能器（6），12个接收换能器分为两个接收阵列，每个接收阵列由6个接收换能器组成，两个接收阵列在钻铤本体（1）上成180度分布，每个接收换能器采用独立的换能器封装及前置信号处理电路。
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