CN108756864A - 一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，包括钻铤，钻铤内部上侧通过锁紧总称连接有用于对测井仪测量信息进行处理的内铤总成，钻铤的中部设置有用于探测地层边界的水平天线总成以及用于测量地层电阻率参数的常规天线总成，钻铤的下部设置有用于测量地层伽马参数的伽马总成，钻铤的上端和下端分别设有用于连接测井仪配套设备的上端导流套通讯总成和下端导流套通讯总成。本发明解决了方位电磁波探测地层边界、常规电阻率与伽马探测器的集成设计、轴向通讯过线设计、方位水平天线的设计等问题，提高随钻电磁波仪器的集成化程度。

Description

一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪

技术领域

本发明属于石油钻探中的随钻测井装备领域，具体涉及一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪。

背景技术

为了评价复杂地质条件，在油田大规模采用水平井钻井的市场条件下，为提高钻遇率，使井眼轨迹保持在油层之内，增大泄油面积。现急需开发一种有探边功能的随钻测井仪器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，以解决现有技术的问题，本发明解决方位电磁波探测地层边界、常规电阻率与伽马探测器的集成设计、轴向通讯过线设计、方位水平天线的设计等问题，提高随钻电磁波仪器的集成化程度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，包括钻铤，钻铤内部上侧通过锁紧总成连接有用于对测井仪测量信息进行处理的内铤总成，钻铤的中部设置有用于探测地层边界的水平天线总成以及用于测量地层电阻率参数的常规天线总成，钻铤的下部设置有用于测量地层伽马参数的伽马总成，钻铤的上端和下端分别设有用于连接测井仪配套设备的上端导流套通讯总成和下端导流套通讯总成。

进一步地，所述的水平天线总成包括1#水平天线和2#水平天线，所述的常规天线总成包括上部发射天线、上部接收天线、下部发射天线和下部接收天线，1#水平天线的两侧分别设置有一个上部发射天线，2#水平天线的两侧分别设置有一个下部发射天线，相邻的上部发射天线和下部发射天线之间依次设置上部接收天线和下部接收天线。

进一步地，所述伽马总成包括对称设置在钻铤上的第一伽马探测器仓和第二伽马探测器仓，以及分别设置在第一伽马探测器仓和第二伽马探测器仓中的第一伽马探测器和第二伽马探测器。

进一步地，钻铤的轴向设置有实现1#水平天线、2#水平天线、上部发射天线、上部接收天线、下部接收天线、下部发射天线、第一伽马探测器仓和第二伽马探测器仓轴向串联过线的若干仪器深孔。

进一步地，1#水平天线和2#水平天线均采用分布式的磁芯结构，所述1#水平天线和2#水平天线均包括对称设置在钻铤周向上的两个水平天线槽，水平天线槽中设有插设条形磁铁的天线骨架，水平天线槽上设置有水平天线护罩。

进一步地，对称设置在钻铤周向上的两个水平天线槽通过水平天线槽连接孔串联，且水平天线槽通过连线孔连接至设置在钻铤上的连接孔，所述连接孔与仪器深孔中的水平天线轴向深孔连通。

进一步地，水平天线护罩上开设有若干贯穿槽。

进一步地，所述的内铤总成包括内铤，内铤上设有用于安装电路板的电路板槽，所述电路板用于对测井仪测量信息进行处理，电路板槽中设置有用于将仪器深孔中电导线连接至电路板的穿线孔，内铤通过连接套与钻铤对插连接，内铤的端部设有单芯插针公，连接套上设有与单芯插针公配合的单芯插针母。

进一步地，内铤的外侧设有屏蔽壳，内铤的外侧还设有耐磨套。

进一步地，所述的锁紧总成包括与内铤轴向连接的膨胀锥环和紧固套，且紧固套通过紧固螺钉进行轴向压紧，且膨胀锥环具有锥面和开口结构，以实现内铤与钻铤的紧固。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的方位电磁波电阻率成像随钻测井仪在常规电磁波仪器的基础上增加了水平天线，使得仪器具有了探测地层边界的功能，且仪器的探测深度可以达到6米；同时仪器集成了伽马探测器用来识别地层岩性。可以更好的服务于复杂地层的油气测井与评价，更好的发挥随钻仪器的地质导向功能。

本发明将方位电磁波水平探边天线、常规天线与伽马探测器集成化设计；采用局部内铤加深孔的方式解决轴向通讯过线设计；天线设计采用整体式的焊接与分布式的磁芯结构；内铤电路板布局与过线采用屏蔽设计结构。仪器结构可靠性高，便于安装与拆卸。有效解决了随钻电磁波探边仪器线圈系间距增大，钻铤加长，轴向过线通讯不便、水平天线的可靠性设计与绕制、提高了常规天线的可靠性、多种探头的合理布局、微弱信号的传输与处理的屏蔽干扰等随钻仪器设计制造难题。

进一步地，本发明通过将方位电磁波水平探边天线、常规天线与伽马探测器集成化设计，提高了仪器设计的集成化程度，缩短了仪器的整体长度。

进一步地，本发明采用局部内铤加深孔的方式解决电磁波仪器轴向通讯过线，采用独立过线设计，解决微弱信号的传输干扰。将会产生信号干扰的信号传输线分别设计在不同的深孔中，避免信号在传输的过程中产生干扰。

进一步地，本发明水平天线采用磁芯结构，在同样的天线尺寸下，可增大线圈的磁通量、提高探测效率，减小线圈尺寸，提高天线的可靠性。

进一步地，内铤过线孔与电路板槽采用防屏蔽设计，解决了电路板间的信号干扰。孔位的设计与内铤电路板槽相配合，信号传输线出钻铤深孔后立即进入相应的电路板进行信号处理，在内铤上将会产生信号干扰的电路板采用屏蔽壳进行信号干扰的屏蔽。

附图说明

图1为本发明的总体布局示意图；

图2为本发明的深孔孔系结构示意图；

图3为图2中A处放大图；

图4为本发明的水平天线总成示意图；

图5为水平天线与轴向深孔连接截面示意图；

图6为对称水平天线连接截面示意图；

图7为本发明的内铤总成示意图；

图8为本发明的锁紧总成示意图。

其中：1-上端导流套通讯总成；2-锁紧总成；3-内铤总成；4-钻铤；5-水平天线总成；6-常规天线总成；7-伽马总成；8-下端导流套通讯总成；9-仪器深孔；10-1#水平天线；11-2#水平天线；12-上部发射天线；13-上部接收天线；14-下部接收天线；15-下部发射天线；16-第一伽马探测器仓；17-第二伽马探测器仓；18-水平天线护罩；19-天线骨架；20-条形磁铁；21-连接孔；22-水平天线槽；23-连线孔；24-水平天线轴向深孔；25-水平天线槽连接孔；26-内铤；27-屏蔽壳；28-穿线孔；29-耐磨套；30-连接套；31-单芯插针公；32-单芯插针母；33-电路板槽；34-紧固螺钉；35-紧固套；36-膨胀锥环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明的一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，解决了方位电磁波水平探边天线、常规天线与伽马探测器集成设计难题；采用局部内铤加深孔的方式解决电磁波仪器轴向通讯过线的难题；解决水平天线可靠性设计与绕制难题；解决仪器微弱信号在传输与处理过程中的屏蔽与干扰难题。

参见图1至图8，图1为方位电磁波电阻率成像随钻测井仪总体布局。仪器由上端导流套通讯总成1、锁紧总成2、内铤总成3、钻铤4、水平天线总成5、常规天线总成6、伽马总成7、下端导流套通讯总成8组成。上端导流套通讯总成1与下端导流套通讯总成8起到与测井仪器串的机械与电路连接功能。锁紧总成2用来将仪器的内铤总成3与钻铤4实现轴向与周向的紧固。水平天线总成5主要用来探测地层的边界，常规天线总成6主要用来测量地层的电阻率参数。伽马总成7主要用来测量地层的伽马参数。根据实际测井地层评价的需要，在随钻测井仪器串当中，伽马总成7通常要靠近钻头，伽马总成7布置在仪器的下端，便于及时判断地层岩性。为便于安装与实现通讯，将安装有电路板且用于仪器测量信息处理的内铤总成3布局在仪器的上端。将测量地层电阻率和识别地层边界的常规天线总成6与水平天线总成5布部在仪器的中间部位。

如图2所示，方位电磁波电阻率成像随钻测井仪将常规电阻率天线、水平电阻率天线与伽马探测器集成设计在一根钻铤上。通过在钻铤轴向钻仪器深孔9穿线的方式将1#水平天线10、2#水平天线11；上部发射天线12、上部接收天线13、下部接收天线14、下部发射天线15；第一伽马探测器仓16；第二伽马探测器仓17实现了轴向串联过线。为了避免仪器信号的相互干扰，将会产生干扰的仪器信号线分别在设计在不同的深孔中见图3的仪器深孔编号，1#孔与1#水平天线10实现连通，2#孔为仪器的贯穿线孔，3#孔与上部接收天线13实现连通，4#孔与上部发射天线12、下部发射天线15连通，5#孔与数据口实现连通，6#孔与下部接收天线14实现连通，7#孔与2#水平天线11实现连通；深孔兼有过线与屏蔽的双重功能。

如图4、图5和图6所示，测井方法要求上部发射天线12、上部接收天线13、下部接收天线14和下部发射天线15镶嵌在钻铤4上，并进行密封。仪器采用四发双收的对称常规天线结构，实现井眼补偿。水平天线：1#水平天线10、2#水平天线11采用采用分布式的磁芯设计结构，将条形磁铁20插在PEEK制成的天线骨架19上，再将天线绕在天线骨架19上，再用水平天线护罩18将天线盖起来，水平天线护罩18上开有贯穿槽，便于仪器信号传播，最后再将水平天线总成5用灌封胶填充。水平天线槽沿钻铤180°分布2个，用水平天线槽连接孔25实现水平天线的串联。通过连线孔23实现与连接孔21的贯通。连接孔21与仪器深孔9的水平天线轴向深孔24在钻铤4的横截面上实现贯通。

图7为方位电磁波电阻率成像随钻测井仪内钻铤总成。仪器通过仪器深孔9内的电导线将测井信息传输到内铤26的电路板上进行处理，随钻测井信号属于微弱信号，将会产生干扰的电路板设计在电路板槽33的部位，采用金属铝制的屏蔽壳27，防止信号接收处理时出现相互干扰；穿线孔28与电路板槽33之间实现无缝屏蔽连接设计；耐磨套29带有斜口槽安装在内铤26上，用来减少内铤26与钻铤4之间的摩擦，以保护内铤26；在内铤26端部设计有单芯插针公31；与连接套30上设计的单芯插针母32配合，在轴向将钻铤4与内铤26实现对插连接。

如图8所示，将膨胀锥环36与紧固套35与内铤26轴向连接，再用紧固螺钉34将紧固套35轴向压紧，膨胀锥环36具有锥面与开口结构，实现内铤26与钻铤4的紧固。

本发明有效解决了方位电磁波探边的水平天线、常规天线与伽马探测器集成设计；采用局部套筒(内铤)加深孔的方式解决电磁波仪器轴向通讯过线的难题；水平天线采用分布式磁芯结构，解决了水平天线的设计与绕制工艺难题；仪器过线在内铤与钻铤深孔中采用相互独立过线设计，解决了微弱信号的传输干扰难题；内铤过线孔与电路槽采用防屏蔽设计，解决了电路板间的信号干扰难题。

下面对本发明实施例操作过程做详细描述：

随钻方位电磁波仪器测井时，做为钻柱的一节联接在钻柱上，与钻柱一同下入井中。通过仪器的上端导流套通讯总成1和下端导流套通讯总成8分别实现与其余测井仪器的通讯传输与供电。仪器测井信号通过泥浆脉冲发生器传输到地面，进行测井数据的地质解释与存储。仪器的供电通常由井下发电机提供。仪器主要的功能是进行复杂地层电阻率测量与地层边界的探测，同时可测量地层伽马，进行地层岩性识别。

仪器对地层的常规电阻率测量主要由常规天线总成6与水平天线总成5完成。由上部发射天线12与下部发射天线15提发射电磁波信号，发射的电磁波信号通过地层以后，电磁波信号的幅度与相位均发生了变化，通过上部接收天线13与下部接收天线14对通过地层的电磁波测井信号进行接收，不同特性的地层仪器信号变化时不同的，通过对不同信号的分析，就可以识别不同的地层；同时1#水平天线10与2#水平天线11通过接收电磁波测井信号可以识别地层的界面信息，如油水界面等。同时在仪器的钻井过程中伽马总成7可以通过安装在第一伽马探测器仓16与第二伽马探测器仓17的伽马探测器探测地层伽马信息，识别地层岩性。仪器将测量的地层电阻率信息与地层伽马信息通过轴向深孔1#、2#、3#、4#、5#、6#与7#通过电导线传输到内铤总成3中，内铤总成3由内铤26上设计有电路板槽33，安装电路板来处理常规天线总成6与水平天线总成5测量的地层电阻率信息与伽马总成7测量的地层伽马信息；内铤26与钻铤4的连接是通过连接套30与紧固套35；连接套30设计有单芯插针母与内铤26上的单芯插针公31实现对插电连接，通过穿线孔28将测井信号连接到电路板上，屏蔽壳27为铝合金材料，防止各个电路信号之间的干扰；耐磨套29是用来引导内铤26安装的，将内铤26安装在钻铤4的内孔内，通过设计在内铤26上的螺纹孔，安装紧固螺钉34锁紧紧固套35来压紧膨胀锥环36来实现内铤26与钻铤4的紧固。仪器测量的电阻率地层信息、地层方位信息与地层伽马信息等必要的信息，通过上端导流套通讯总成1压缩上传至系统的泥浆脉冲发生器处，由脉冲器通过泥浆脉冲上传至井上。仪器下端导流套通讯总成8主要用来对下端的连接仪器进行信号传输与供电。2#为仪器的贯穿线孔，连接了仪器的上端导流套通讯总成1与仪器下端导流套通讯总成8，主要起到轴向联通仪器的功能，为上、下连接的仪器传输信号与供电；同时实现仪器自身的轴向联通。

Claims (10)

1.一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，包括钻铤(4)，钻铤(4)内部上侧通过锁紧总成(2)连接有用于对测井仪测量信息进行处理的内铤总成(3)，钻铤(4)的中部设置有用于探测地层边界的水平天线总成(5)以及用于测量地层电阻率参数的常规天线总成(6)，钻铤(4)的下部设置有用于测量地层伽马参数的伽马总成(7)，钻铤(4)的上端和下端分别设有用于连接测井仪配套设备的上端导流套通讯总成(1)和下端导流套通讯总成(8)。

2.根据权利要求1所述的一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，所述的水平天线总成(5)包括1#水平天线(10)和2#水平天线(11)，所述的常规天线总成(6)包括上部发射天线(12)、上部接收天线(13)、下部发射天线(15)和下部接收天线(14)，1#水平天线(10)的两侧分别设置有一个上部发射天线(12)，2#水平天线(11)的两侧分别设置有一个下部发射天线(15)，相邻的上部发射天线(12)和下部发射天线(15)之间依次设置上部接收天线(13)和下部接收天线(14)。

3.根据权利要求2所述的一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，所述伽马总成(7)包括对称设置在钻铤(4)上的第一伽马探测器仓(16)和第二伽马探测器仓(17)，以及分别设置在第一伽马探测器仓(16)和第二伽马探测器仓(17)中的第一伽马探测器和第二伽马探测器。

4.根据权利要求3所述的一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，钻铤(4)的轴向设置有实现1#水平天线(10)、2#水平天线(11)、上部发射天线(12)、上部接收天线(13)、下部接收天线(14)、下部发射天线(15)、第一伽马探测器仓(16)和第二伽马探测器仓(17)轴向串联过线的若干仪器深孔(9)。

5.根据权利要求4所述的一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，1#水平天线(10)和2#水平天线(11)均采用分布式的磁芯结构，所述1#水平天线(10)和2#水平天线(11)均包括对称设置在钻铤(4)周向上的两个水平天线槽，水平天线槽中设有插设条形磁铁(20)的天线骨架(19)，水平天线槽上设置有水平天线护罩(18)。

6.根据权利要求5所述的一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，对称设置在钻铤(4)周向上的两个水平天线槽通过水平天线槽连接孔(25)串联，且水平天线槽通过连线孔(23)连接至设置在钻铤(4)上的连接孔(21)，所述连接孔(21)与仪器深孔(9)中的水平天线轴向深孔(24)连通。

7.根据权利要求5所述的一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，水平天线护罩(18)上开设有若干贯穿槽。

8.根据权利要求4所述的一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，所述的内铤总成(3)包括内铤(26)，内铤(26)上设有用于安装电路板的电路板槽(33)，所述电路板用于对测井仪测量信息进行处理，电路板槽(33)中设置有用于将仪器深孔(9)中电导线连接至电路板的穿线孔(28)，内铤(26)通过连接套(30)与钻铤(4)对插连接，内铤(26)的端部设有单芯插针公(31)，连接套(30)上设有与单芯插针公(31)配合的单芯插针母(32)。

9.根据权利要求8所述的一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，内铤(26)的外侧设有屏蔽壳(27)，内铤(26)的外侧还设有耐磨套(29)。

10.根据权利要求8所述的一种方位电磁波电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，所述的锁紧总成(2)包括与内铤(26)轴向连接的膨胀锥环(36)和紧固套(35)，且紧固套(35)通过紧固螺钉(34)进行轴向压紧，且膨胀锥环(36)具有锥面和开口结构，以实现内铤(26)与钻铤(4)的紧固。