CN109138992A - 一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构 - Google Patents

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熊焱春
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刘刚
田园诗
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段俊东
王飞
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    • E21B49/005—Testing the nature of borehole walls or the formation by using drilling mud or cutting data

Abstract

本发明公开了一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，包括钻铤、下部分体式泥浆导流套总成与上部分体式泥浆导流套总成；其中，钻铤作为测井仪的本体，其上安装有倾斜发射天线总成、正交三分量接收天线总成、伽马模块总成和泥浆压力测量模块；且伽马模块总成与泥浆压力测量模块，布置在倾斜发射天线总成与测井仪最下端的正交三分量接收天线总成之间；上部分体式泥浆导流套总成与下部分体式泥浆导流套总成结构相同，分别安装在钻铤的上下两端内部，并分别通过上端导流套密封盖板和下端导流套密封盖板实现密封，用于实现测井仪上、下通讯接口的连接与数据的传输。本发明结构可靠，工艺性好、维护保养简便，结构具有可扩展性的目的。

Description

一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构
技术领域
本发明属于石油钻探中的随钻测井装备领域，具体涉及一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，用于解决仪器的轴向过线设计与交叉孔去毛刺工艺加工难题，将远探测电阻率模块、伽马模块与泥浆压力测量模块的集成化设计，包含正交三分量天线与倾斜发射天线工程化结构；提高随钻电磁波仪器的可靠性与集成化程度，简化了仪器的加工工艺。
背景技术
为评价复杂地质条件，提高钻遇率，实现远探测，在油田大规模采用水平井钻井的市场条件下，使井眼轨迹保持在油层之内，增大泄油面积，现急需开发一种具有远探测与探边功能的随钻测井仪器。
远探测电磁波电阻率随钻测井仪在常规电磁波仪器的基础上，通过增大线圈间距与降低仪器工作频率，增加了两组正交三分量天线与倾斜发射天线，使得仪器具有了探远与探边的功能。仪器的最远探测深度可达到30米；同时仪器集成了伽马模块与泥浆压力模块用来识别地层岩性与实时监测水眼与环空泥浆压力，为钻井施工提供参考。可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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，其解决了随钻远探测电磁波仪器的轴向过线设计；远探测电阻率模块、伽马测井模块与泥浆压力测井模块的集成化设计、三分量正交天线与倾斜天线的工程化设计等难题。实现仪器结构可靠，工艺性好、维护保养简便，结构具有可扩展性的目的。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，包括钻铤、下部分体式泥浆导流套总成与上部分体式泥浆导流套总成；其中，
钻铤作为测井仪的本体，其上安装有倾斜发射天线总成、正交三分量接收天线总成、伽马模块总成和泥浆压力测量模块；且伽马模块总成与泥浆压力测量模块，布置在倾斜发射天线总成与测井仪最下端的正交三分量接收天线总成之间；
上部分体式泥浆导流套总成与下部分体式泥浆导流套总成结构相同，分别安装在钻铤的上下两端内部，并分别通过上端导流套密封盖板和下端导流套密封盖板实现密封，用于实现测井仪上、下通讯接口的连接与数据的传输；分体式泥浆导流套总成包括导流套密封内轴与导流套密封外轴，导流套密封内轴与导流套密封外轴连接处的周向上均开设有相对应的若干销孔，采用连接销插入导流套连接销孔内，实现导流套密封内轴与导流套密封外轴的连接，在拆卸时利用连接销上的销螺纹孔实现拆卸。
本发明进一步的改进在于，导流套密封内轴与导流套密封外轴的周向上均开设有密封槽，密封槽内安装有O型圈，用来隔离泥浆。
本发明进一步的改进在于，倾斜发射天线总成包括在钻铤本体上绕轴线倾斜45°开设的若干凹槽，用于安装条形磁芯，并采用天线罩螺套与紧固螺钉固定，倾斜天线罩固定在钻铤1上，且利用倾斜天线罩上的缝隙进行天线的注胶，达到封固天线的作用。
本发明进一步的改进在于，正交三分量接收天线总成由一个常规接收天线与两个对称正交的方位天线组成；其中，常规接收天线在钻铤上沿圆周方向开设有若干轴向凹槽，内安装磁芯，且在钻铤上轴向凹槽上开设有绕线槽，将电导线绕制在绕线槽内，常规天线罩与钻铤连接；
两个对称正交的方位天线包括对角设置的第一方位天线和第二方位天线，以及对角设置的第三方位天线和第四方位天线，第一方位天线和第二方位天线通过第一方位天线连线孔实现串联，第三方位天线和第四方位天线通过第二方位天线连线孔实现串联；每个方位天线由方位天线骨架、磁芯与方位天线罩组成；方位天线骨架上沿长度方向设计有若干凹槽，用来安装磁芯，在凹槽的中间部分开设有绕线凹槽，用来绕制电导线；方位天线罩与钻铤连接。
本发明进一步的改进在于，方位天线骨架采用非金属材料制成。
本发明进一步的改进在于，伽马模块总成包括第一工艺密封塞以及180°对称设置的两套伽马密封盖板与伽马探测器；伽马探测器用来探测地层的伽马地质信息，采用伽马密封盖板将伽马探测器实现固定，并与外界的泥浆隔离；且将伽马密封盖板与钻铤实现固定；第一工艺密封塞实现对称设置的两个伽马探测器的连接与通讯。
本发明进一步的改进在于，泥浆压力测量模块由水眼压力与环空压力两部分组成；
水眼压力部分包括水眼传感器压力座，其安装在钻铤的槽内，在钻铤上开设有水眼压力传递孔，实现水眼泥浆压力的传递；环空压力部分包括环空传感器压力座，其安装在钻铤的槽内，在钻铤上开设有环空压力传递孔，实现水眼泥浆压力的传递。
本发明进一步的改进在于，钻铤内部开设有下部导流套径向过线孔、下部钻铤径向过线孔、轴向枪钻深孔、工艺过线孔、上部钻铤径向过线孔、上部导流套径向过线孔、上部分体式泥浆导流套总成、第一过线孔和第二过线孔；
测井仪电导线从下部分体式泥浆导流套总成，通过下部导流套径向过线孔与下部钻铤径向过线孔，再通过第一轴向枪钻深孔，穿过上部钻铤径向过线孔、上部导流套径向过线孔，通过上部导流套来实现仪器轴向从上到下的轴向过线；在工艺过线孔处与钻铤外壁上的电路密封盖板实现电路连通；通过第一过线孔与第二过线孔结构实现各电路密封盖板与第一轴向枪钻深孔与第二轴向枪钻深孔的连通。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明将远探测电阻率模块、伽马模块与泥浆压力测量模块集成设计在一根钻铤上；采用两端对钻枪钻孔与盖板的结构方案，解决仪器轴向过线与空间交叉孔去毛刺的难题；采用两半式天线罩结构方案解决了正交三分量天线与倾斜天线的工程化设计难题；采用分体式的泥浆导流套设计方案，简化了仪器钻铤的加工。仪器结构可靠性高，工艺性好，便于维护保养。有效解决了随钻电磁波类仪器天线系间距增大，钻铤加长，轴向过线不便、天线可靠性不高等设计与加工难题。
本发明有效解决了远探测电阻率模块、伽马模块与泥浆压力测量模块的集成化设计；实现了正交三分量天线与倾斜发射天线的工程化结构设计；采用两端对钻枪钻孔与盖板式的结构方案，解决了仪器的轴向过线设计与交叉孔去毛刺的工艺难题，仪器结构具有较好的可扩展性。实现了仪器结构可靠、工艺性好、维护保养简便，具有可扩展性的设计目的。
附图说明
图1和图2为不同视角下本发明一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构的总体布局示意图。
图3为本发明一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构的剖视图。
图4为图3中B处的轴向过线孔放大示意图。
图5为图3中A-A处轴向过线孔示意图。
图6至图8为正交三分量接收天线总成示意图。
图9为倾斜发射天线总成示意图。
图10为伽马模块总成示意图。
图11和图12为泥浆压力测量模块示意图。
图13为分体式泥浆导流套总成示意图。
附图标记说明：
1-钻铤；2-上端导流套密封盖板；3-倾斜发射天线总成；4-常规接收天线；5-电路密封盖板；6-第二工艺密封塞；7-下端导流套密封盖板；8-正交三分量接收天线总成；9-伽马模块总成；10-泥浆压力测量模块；11-下部分体式泥浆导流套总成；12-下部导流套径向过线孔；13-下部钻铤径向过线孔；14-第一轴向枪钻深孔；15-工艺过线孔；16-上部钻铤径向过线孔；17-上部导流套径向过线孔；18-上部分体式泥浆导流套总成；19-第二轴向枪钻深孔；20-第一过线孔；21-第二过线孔；22-常规天线罩；23-方位天线骨架；24-磁芯；25-方位天线罩；26-第一方位天线；27-第二方位天线；28-第一方位天线连线孔；29-第三方位天线；30-第四方位天线；31-第二方位天线连线孔；32-倾斜天线罩；33-天线罩螺套；34-紧固螺钉；35-伽马密封盖板；36-伽马探测器；37-第一工艺密封塞；38-水眼传感器压力座；39-水眼压力传递孔；40-水眼；41-环空传感器压力座；42-环空压力传递孔；43-导流套密封内轴；44-导流套连接销孔；45-连接销；46-销螺纹孔；47-导流套密封外轴；48-密封槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
图1和图2为远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构的总体布局示意图，图3为远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构的剖视图。本发明提供的远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，包括钻铤1、倾斜发射天线总成3、常规接收天线4、正交三分量接收天线总成8、伽马模块总成9、泥浆压力测量模块10、下部分体式泥浆导流套总成11和上部分体式泥浆导流套总成18。钻铤1作为电路与探测器的安装固定载体。倾斜天线发射总成3主要用来发射电磁波信号，常规接收天线4、正交三分量接收天线总成8、主要用来探测经过地层的电磁波信号，用来接收地层电阻率与方位信号。针对远探测电阻率天线间距较大的结构特点与测井方法要求，兼顾仪器长度的设计难度。将伽马模块总成9与泥浆压力测量模块10，布置在倾斜发射天线总成3与测井仪最下端的正交三分量接收天线总成8之间。同时将伽马模块总成9布置的尽量靠近仪器下端，用于识别地层岩性。将泥浆压力测量模块10布置在靠近常规天线的部位。
本发明采用集成化的设计思想，包含有：远探测电阻率模块、伽马测井模块与泥浆压力测量模块。远探测电阻率模块包含：倾斜发射天线总成3、常规接收天线4与正交三分量接收天线总成8；伽马测井模块包含：伽马模块总成9；泥浆压力测量模块包含：泥浆压力测量模块10。
且本发明采用轴向对钻深孔与工艺密封塞相结合的结构，解决了仪器轴向通讯过线难题。具体结构包含：第二工艺密封塞6、(工艺密封塞6起到连通两边对钻的第一轴向枪钻深孔14的作用)下部导流套径向过线孔12、下部钻铤径向过线孔13、轴向枪钻深孔14、工艺过线孔15、上部钻铤径向过线孔16、上部导流套径向过线孔17、上部分体式泥浆导流套总成18、第一过线孔20和第二过线孔21。
采用盖板结构与工艺过线孔结构方案，避免空间交叉孔去毛刺工艺难题。具体结构包含：电路密封盖板5、第一轴向枪钻深孔14、工艺过线孔15与轴向枪钻深孔19。第一轴向枪钻深孔14与第二轴向枪钻深孔19均采用两端对钻的加工工艺，在工艺过线孔15处实现对接，简化了对第一轴向枪钻深孔14与第二轴向枪钻深孔19孔位直线度的加工误差的要求。
正交三分量天线与倾斜发射天线的工程化设计。具体结构包含：正交三分量接收天线总成8、常规天线罩22、方位天线骨架23、磁芯24和方位天线罩25。采用磁芯24结构，在同样的天线尺寸下，可增大天线的磁通量、提高探测效率，减小天线尺寸，提高天线的可靠性。正交三分量接收天线总成8的2个正交天线为增大测量信号，实现远探测的目的，采用对称结构设计，剖面如图3正交三分量接收天线总成示意图所示。
采用天线罩常规天线罩22与方位天线罩25，保护仪器的天线，适应井下恶劣的井况。
分体式泥浆导流套总成采用分体式的设计结构，简化了钻铤的加工，便于维护保养。具体结构包含：导流套密封内轴43、导流套连接销孔44、连接销45、销螺纹孔46、导流套密封外轴47和密封槽48。
附图4和图5为仪器轴向过线示意图。测井仪电导线从下部分体式泥浆导流套总成11，通过下部导流套径向过线孔12与下部钻铤径向过线孔13，再通过第一轴向枪钻深孔14，穿过上部钻铤径向过线孔16、上部导流套径向过线孔17，通过上部导流套18来实现仪器轴向从上到下的轴向过线。在工艺过线孔15处与钻铤1外壁上的电路密封盖板5实现电路连通。通过第一过线孔20与第二过线孔21结构实现各电路密封盖板5与第一轴向枪钻深孔14与第二轴向枪钻深孔19的连通。
附图6至图8为正交三分量接收天线总成示意图。将磁芯24安装在方位天线骨架23的横槽内，再安装在钻铤凹槽内，再将方位天线罩25与钻铤1通过螺钉连接起来。第一方位天线26与第二方位天线27，通过第一方位天线连线孔28实现串联，增大天线接收信号。类似第三方位天线29与第四方位天线30，通过第二方位天线连线孔31实现串联，增大天线接收信号。将磁芯24安装在钻铤1的凹槽内，再用螺钉将常规天线罩22与钻铤1实现连接。
附图9为倾斜发射天线总成示意图。将磁芯24安装在钻铤1的凹槽内，用天线罩螺套33与紧固螺钉34将倾斜天线罩32固定在钻铤1上，保护倾斜发射天线总成3。
附图10为伽马模块总成示意图。将伽马探测器36安装在钻铤1上的伽马槽内，通过伽马密封盖板35来实现伽马探测器36的固定与密封。通过设计第一工艺密封塞37来实现两个对称180°伽马探测器总成的连通。伽马密封盖板35考虑到承压与探测的需要，选用钛钢，强度好且对伽马的屏蔽小。
附图11和图12为泥浆压力测量模块示意图。将水眼传感器压力座38安装在钻铤1的槽内，在钻铤1上开设有水眼压力传递孔39，实现水眼40泥浆压力的传递。将环空传感器压力座41安装在钻铤1的槽内，在钻铤1上开设有环空压力传递孔42，实现水眼40泥浆压力的传递。泥浆压力测量模块10将传感器安装在水眼传感器压力座38上，由水眼压力传递孔39传递水眼泥浆压力，水眼传感器压力座38上设计由密封0圈与钻铤1实现密封；将传感器安装在环空压力传感器压力座41上，由环空压力传递孔42传递环空泥浆压力至环空传感器压力座41上。
附图13为分体式泥浆导流套总成示意图。将导流套设计为分体式的结构，包含：导流套密封内轴43与导流套密封外轴47，将连接销45插入导流套连接销孔44将导流套密封内轴43与导流套密封外轴47连接起来；销螺纹孔16用来拆卸连接销45，密封槽48内装入O型圈用来隔离泥浆。

Claims (8)

1.一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，其特征在于，包括钻铤(1)、下部分体式泥浆导流套总成(11)与上部分体式泥浆导流套总成(18)；其中，
钻铤(1)作为测井仪的本体，其上安装有倾斜发射天线总成(3)、正交三分量接收天线总成(8)、伽马模块总成(9)和泥浆压力测量模块(10)；且伽马模块总成(9)与泥浆压力测量模块(10)，布置在倾斜发射天线总成(3)与测井仪最下端的正交三分量接收天线总成(8)之间；
上部分体式泥浆导流套总成(18)与下部分体式泥浆导流套总成(11)结构相同，分别安装在钻铤(1)的上下两端内部，并分别通过上端导流套密封盖板(2)和下端导流套密封盖板(7)实现密封，用于实现测井仪上、下通讯接口的连接与数据的传输；分体式泥浆导流套总成包括导流套密封内轴(43)与导流套密封外轴(47)，导流套密封内轴(43)与导流套密封外轴(47)连接处的周向上均开设有相对应的若干销孔(44)，采用连接销(45)插入导流套连接销孔(44)内，实现导流套密封内轴(43)与导流套密封外轴(47)的连接，在拆卸时利用连接销(45)上的销螺纹孔(46)实现拆卸。
2.根据权利要求1所述的一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，其特征在于，导流套密封内轴(43)与导流套密封外轴(47)的周向上均开设有密封槽(48)，密封槽(48)内安装有O型圈，用来隔离泥浆。
3.根据权利要求1所述的一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，其特征在于，倾斜发射天线总成(3)包括在钻铤(1)本体上绕轴线倾斜45°开设的若干凹槽，用于安装条形磁芯(24)，并采用天线罩螺套(33)与紧固螺钉(34)固定，倾斜天线罩(32)固定在钻铤(1)上，且利用倾斜天线罩(32)上的缝隙进行天线的注胶，达到封固天线的作用。
4.根据权利要求1所述的一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，其特征在于，正交三分量接收天线总成(8)由一个常规接收天线(4)与两个对称正交的方位天线组成；其中，常规接收天线(4)在钻铤(1)上沿圆周方向开设有若干轴向凹槽，内安装磁芯(24)，且在钻铤(1)上轴向凹槽上开设有绕线槽，将电导线绕制在绕线槽内，常规天线罩(22)与钻铤(1)连接；
两个对称正交的方位天线包括对角设置的第一方位天线(26)和第二方位天线(27)，以及对角设置的第三方位天线(29)和第四方位天线(30)，第一方位天线(26)和第二方位天线(27)通过第一方位天线连线孔(28)实现串联，第三方位天线(29)和第四方位天线(30)通过第二方位天线连线孔(31)实现串联；每个方位天线由方位天线骨架(23)、磁芯(24)与方位天线罩(25)组成；方位天线骨架(23)上沿长度方向设计有若干凹槽，用来安装磁芯(24)，在凹槽的中间部分开设有绕线凹槽，用来绕制电导线；方位天线罩(25)与钻铤(1)连接。
5.根据权利要求4所述的一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，其特征在于，方位天线骨架(23)采用非金属材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，其特征在于，伽马模块总成(9)包括第一工艺密封塞(37)以及180°对称设置的两套伽马密封盖板(35)与伽马探测器(36)；伽马探测器(36)用来探测地层的伽马地质信息，采用伽马密封盖板(35)将伽马探测器(36)实现固定，并与外界的泥浆隔离；且将伽马密封盖板(35)与钻铤(1)实现固定；第一工艺密封塞(37)实现对称设置的两个伽马探测器(36)的连接与通讯。
7.根据权利要求1所述的一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，其特征在于，泥浆压力测量模块(10)由水眼压力与环空压力两部分组成；
水眼压力部分包括水眼传感器压力座(38)，其安装在钻铤(1)的槽内，在钻铤(1)上开设有水眼压力传递孔(39)，实现水眼(40)泥浆压力的传递；环空压力部分包括环空传感器压力座(41)，其安装在钻铤(1)的槽内，在钻铤(1)上开设有环空压力传递孔(42)，实现水眼(40)泥浆压力的传递。
8.根据权利要求1所述的一种远探测电磁波电阻率随钻测井仪结构，其特征在于，钻铤(1)内部开设有下部导流套径向过线孔(12)、下部钻铤径向过线孔(13)、轴向枪钻深孔(14)、工艺过线孔(15)、上部钻铤径向过线孔(16)、上部导流套径向过线孔(17)、上部分体式泥浆导流套总成(18)、第一过线孔(20)和第二过线孔(21)；
测井仪电导线从下部分体式泥浆导流套总成(11)，通过下部导流套径向过线孔(12)与下部钻铤径向过线孔(13)，再通过第一轴向枪钻深孔(14)，穿过上部钻铤径向过线孔(16)、上部导流套径向过线孔(17)，通过上部导流套(18)来实现仪器轴向从上到下的轴向过线；在工艺过线孔(15)处与钻铤(1)外壁上的电路密封盖板(5)实现电路连通；通过第一过线孔(20)与第二过线孔(21)结构实现各电路密封盖板(5)与第一轴向枪钻深孔(14)与第二轴向枪钻深孔(19)的连通。
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