CN112363234A - 一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海底勘探技术领域，特别涉及一种组合式测井仪。一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，包括：控制及信号处理部、电性测量部以及反射性测量部；控制及信号处理部设有主控电路板、信号处理电路板；电性测量部设有用于电法勘探的环形测量电极、用于向测井仪中组件提供电力的电源单元；反射性测量部设有用于反射性勘探的探测器、温度传感器及压力传感器。本发明采用组合式的测井探管，只需下井一次就可同时采集到多组数据，提高了测井的工作效率，测井过程中无需使用电缆，能够适应深海钻机在海底钻探形成的中深钻孔。本密封承压的壳体能够在海底钻孔的特殊环境中能够保证其内部各个元器件正常运行，保证测量数据的高精度。

Description

一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪

技术领域

本发明涉及海底勘探技术领域，特别涉及一种组合式测井仪。

背景技术

海底多金属硫化物由海底热液活动产生，富含铁、铜、锌、银、金等金属，具有极高的开采价值。在目标层位开展测井工作，能够为矿层的识别和评价工作提供有力支撑。

目前国内外测井工作主要面向陆域油气勘探和金属矿勘探，因此测井探管主要基于陆域环境设计，分为电缆测井和随钻测井两种类型，电缆测井耗费时间长，操作复杂，垂向分辨率差，测量数据需作大量环境校正；随钻测井虽然耗时较短，但耗费高、测量种类少，同时受钻速的控制。海底钻孔与陆域钻孔存在较大差异，陆域钻孔中通常为人工配制的泥浆，矿化度较低，而海底钻孔中为海水，矿化度较高；此外，与一般陆域金属矿钻孔相比，海底钻孔中的温度更低，压强更大。目前国内外已经在大洋底部进行了许多钻孔工作，进行了一些测井勘探工作，但是还尚未出现一种专门适用于海底多金属硫化物勘探的测井仪，现有的测井仪器在进行海底多金属硫化物探测时存在如下问题：

(1)海底钻孔距离海面的垂直深度可达数千米，由于洋流和海浪的存在，一般采用深海钻机的方法，探管无法通过有线连接与控制终端进行实时通讯，因此常规电缆测井和随钻测井的探管较难直接在海底钻孔中开展测量。

(2)海底钻孔中通常为低温高压环境，现有探管的密封性和稳定性有限，难以在海底钻孔中正常运行，此外，由于海水盐度较高，现有探管在海底钻孔中容易被腐蚀。

(3)在海底钻孔中进行重复测井的难度较大，更换探管的难度也较大，因此需要在一次测井工作中尽可能的获得与硫化物矿层识别与评价相关的参数，如深海地层的电、热、核等物理参数。现有的探管的测量参数有限，无法满足勘探需要。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪。

本发明的技术方案是：一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，它包括：控制及信号处理部、电性测量部以及反射性测量部；控制及信号处理部、电性测量部以及放射性测量部均安装在密封承压的壳体内。

控制及信号处理部设有主控电路板、与反射性测量部中探测器相配对的信号处理电路板；信号处理电路板与主控电路板建立信号连接。

电性测量部设有用于电法勘探的环形测量电极、用于向测井仪中组件提供电力的电源单元；环形测量电极与主控电路板建立信号连接，在主控电路板的控制下开启/关闭。

反射性测量部设有用于反射性勘探的探测器；探测器与信号处理电路板建立信号连接；反射性测量部还设有温度传感器以及压力传感器，温度传感器与压力传感器与主控电路板建立信号连接。

工作原理：

海底多金属硫化物富含多种铜、铁、镍、银、金等金属元素因此与围岩在极化率、电阻率等参数上存在明显差异，因此电法勘探是识别和评价海底多金属硫化物的有效手段。海底多金属硫化物还含有放射性元素，反射性勘探也是识别和评价多金属硫化物的一种手段。本发明采用电性测量部与反射性测量部相组合的方式，能够测量极化率、电阻率、放射性、温度、压力等与海底矿产资源勘探密切相关的参数，还能够为海底多金属硫化物岩矿层的识别与划分、岩心深度归位、物性特征分析、地层划分与对比等工作提供基础数据。

在上述方案的基础上，进一步的，控制及信号处理部处的壳体为不锈钢承压外壳A；不锈钢承压外壳A内设有PCB固定板；主控电路板与信号处理电路板分别安装在PCB固定板的两侧。

更进一步的，主控电路板包括：主控模块、数据采集模块A、数据处理模块A、数据储存模块A；主控模块用于开启/关闭电性测量部、反射性测量部中各探测装置，并在探测装置开启时，向数据采集模块A下达采集指令；数据采集模块A用于对环形测量电极、温度传感器与压力传感器所采集的信号进行收集；数据处理模块A用于对数据采集模块A所采集的信号进行预处理，预处理后的信号送至数据处理模块A进行存储。

信号处理电路板包括：数据采集模块B、数据处理模块B、数据储存模块B；数据采集模块B用于对探测器所采集的信号进行收集；数据处理模块B用于对数据采集模块B所采集的信号进行预处理，预处理后的信号送至数据储存模块B进行存储。

在上述方案的基础上，进一步的，不锈钢承压外壳A顶部设有机械手接口；机械手接口内设有用于与测井钻杆相配合的齿形结构。

在上述方案的基础上，进一步的，电性测量部处的壳体为PEEK基体；PEEK基体为中空结构，PEEK基体顶部与控制及信号处理部的底部密封连接；电源单元置于PEEK基体内，环形测量电极设置在PEEK基体外壁。根据需要，在电性测量部内还可设有声波速度测量装置。

更进一步的，电源单元为串联的锂电池；环形测量电极包括：发射测量电极以及电阻率测量电极，每个电阻率测量电极可以与发射测量电极形成一个理想电位电极系，测量不同深度围岩的电阻率。具体的，电阻率测量电极的数量为4个，至PEEK基体底面的距离分别为0.2m、0.4m、0.8m、1.6m；发射测量电极的数量为1个，设置在电阻率测量电极的下方。每个电极均通过导线与主控电路板连接。根据测量参数的不同，由主控电路板控制每个电极的开启和关闭。

在上述方案的基础上，进一步的，反射性测量部处的壳体为不锈钢承压外壳B，不锈钢承压外壳B与电性测量部的底部密封连接；温度传感器与压力传感器设置在不锈钢承压外壳B底部两侧，在温度传感器与压力传感器之间设有七芯航空插头，利用七芯航空插头能够控制测井仪的开关、对电源单元进行充电，同时能够导出控制及信号处理部中的存储数据；七芯航空插头外部设有用于保持密闭性的金属保护帽。

上述方案中，探测器可选用NaI探测器、元素探测器或中子探测器；优选使用可以探测自然伽马信号的NaI探测器；当选用NaI探测器时，信号处理电路板为伽马多道版电路板。

有益效果：本发明采用自容式测量方式，在测井过程中自动供电与自动采集，无需使用电缆，能够适应深海钻机在海底钻探形成的中深钻孔。本发明采用组合式的测井探管，只需下井一次就可同时采集到多组数据，大幅度地提高了测井的工作效率。本发明采用密封承压的壳体，抗压、抗腐蚀性好，能够在海底钻孔的特殊环境中能够保证其内部各个元器件正常运行，保证测量数据的高精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的信号传递关系图。

其中：1-控制及信号处理部、1.1-机械手接口、1.2-不锈钢承压外壳A、1.3-PCB固定板、1.4-信号处理电路板、1.41-数据采集模块B、1.42-数据处理模块B、1.43-数据储存模块B、1.5-主控电路板、1.51-主控模块、1.52-数据采集模块A、1.53-数据处理模块A、1.54-数据储存模块A、2-电性测量部、2.1-PEEK基体、2.2-电源单元、2.3-电阻率测量电极、2.4-发射测量电极、3-反射性测量部、3.1-不锈钢承压外壳B、3.2-探测器、3.3-压力传感器、3.4-温度传感器、3.5-七芯航空插头、3.6-金属保护帽。

具体实施方式

实施例1，参见附图1，一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，它包括：控制及信号处理部1、电性测量部2以及反射性测量部3；控制及信号处理部1、电性测量部2以及放射性测量部3均安装在密封承压的壳体内。

控制及信号处理部1设有主控电路板1.5、与反射性测量部3中探测器相配对的信号处理电路板1.4；信号处理电路板1.4与主控电路板1.5建立信号连接。

电性测量部2设有用于电法勘探的环形测量电极、用于向测井仪中组件提供电力的电源单元2.2；环形测量电极与主控电路板1.5建立信号连接，在主控电路板1.5的控制下开启/关闭。

反射性测量部3设有用于反射性勘探的探测器3.2；探测器3.2与信号处理电路板1.4建立信号连接；反射性测量部3还设有温度传感器3.4以及压力传感器3.3，温度传感器3.4与压力传感器3.3与主控电路板1.5建立信号连接。

由于海底多金属硫化物富含多种铜、铁、镍、银、金等金属元素因此与围岩在极化率、电阻率等参数上存在明显差异，因此电法勘探是识别和评价海底多金属硫化物的有效手段。同时，海底多金属硫化物还含有放射性元素，反射性勘探也是识别和评价多金属硫化物的一种手段。

本发明采用组合式测井仪，能够测量极化率、电阻率、放射性、温度、压力等与海底矿产资源勘探密切相关的参数，还能够为海底多金属硫化物岩矿层的识别与划分、岩心深度归位、物性特征分析、地层划分与对比等工作提供基础数据。同时，本发明中的每个参数测量部相对独立，可以更改主控电路板1.5的程序设计来选择自己需要测量得到的一种或几种物理量。

实施例2，在实施例1的基础上，对控制及信号处理部1做进一步的限定：

控制及信号处理部1处的壳体为不锈钢承压外壳A1.2；本例中，不锈钢承压外壳A1.2的厚度为7mm，最高可承受50mPa的高压。不锈钢承压外壳A1.2顶部设有机械手接口1.1；机械手接口1.1内设有用于与测井钻杆相配合的齿形结构。

不锈钢承压外壳A1.2内设有PCB固定板1.3；主控电路板1.5与信号处理电路板1.4分别通过螺丝安装在PCB固定板1.3的两侧。

参见附图2，主控电路板1.5包括：主控模块1.51、数据采集模块A1.52、数据处理模块A1.53、数据储存模块A1.54；主控模块1.51用于开启/关闭电性测量部2、反射性测量部3中各探测装置，并在探测装置开启时，向数据采集模块A1.52下达采集指令；数据采集模块A1.52用于对环形测量电极、温度传感器3.4与压力传感器3.3所采集的信号进行收集；数据处理模块A1.53用于对数据采集模块A1.52所采集的信号进行预处理，预处理后的信号送至数据处理模块A1.53进行存储。

信号处理电路板1.4包括：数据采集模块B1.41、数据处理模块B1.42、数据储存模块B1.43；数据采集模块B1.41用于对探测器3.2所采集的信号进行收集；数据处理模块B1.42用于对数据采集模块B1.41所采集的信号进行预处理，预处理后的信号送至数据储存模块B1.43进行存储。

实施例3，在实施例1或2的基础上，对电性测量部2做进一步的限定：

电性测量部2处的壳体为PEEK基体2.1；本例中，PEEK基体2.1的顶部与控制及信号处理部1的底部螺纹连接，连接处设有密封圈。

PEEK基体2.1为中空结构，电源单元2.2置于PEEK基体2.1内，本例中，电源单元2.2采用9块串联的锂电池。

环形测量电极设置在PEEK基体2.1外壁，PEEK材料具有良好的绝缘性，确保测量过程中各个电极之间相互绝缘。本例中，环形测量电极采用5个全铜环形测量电极，包括：4个电阻率测量电极2.3，1个发射测量电极；4个电阻率测量电极2.3至PEEK基体2.1底面的距离分别为0.2m、0.4m、0.8m、1.6m；发射测量电极2.4设置在电阻率测量电极2.3的下方。每个电极均通过导线与主控电路板1.5连接，由主控电路板1.5控制每个电极的开启和关闭。进一步的，通过改变环形测量电极的数量和排列顺序，可以进行自然电位和极化率等其他电性参数的测量，同时也可以根据需求更改环形测量电极的材质适应不同的测量环境。

根据需要，在电性测量部2内还可设有声波速度测量装置等其他测量设备。

实施例4，在实施例1或2或3的基础上，对反射性测量部3做进一步的限定：

反射性测量部3处的壳体为不锈钢承压外壳B3.1，本例中，不锈钢承压外壳B3.1的厚度为5mm，最高可承受50mPa的高压。反射性测量部3的顶部与电性测量部2的底部螺纹连接，连接处设有密封圈。

温度传感器3.4与压力传感器3.3设置在不锈钢承压外壳B3.1底部两侧，在温度传感器3.4与压力传感器3.3之间设有七芯航空插头3.5，利用七芯航空插头3.5能够控制测井仪的开关、对电源单元2.2进行充电，同时能够导出控制及信号处理部1中的存储数据；七芯航空插头3.5外部设有用于保持密闭性的金属保护帽3.6。

本例中的探测器3.2选用NaI探测器，相对应的信号处理电路板1.4为伽马多道版电路板，NaI探测器通过导线将探测到的信号传到伽马多道板电路板。探测器3.2也可更换为其它类型的探测器，例如元素探测器和中子探测器等。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，其特征在于：它包括：控制及信号处理部(1)、电性测量部(2)以及反射性测量部(3)；所述控制及信号处理部(1)、所述电性测量部(2)以及所述放射性测量部(3)均安装在密封承压的壳体内；

所述控制及信号处理部(1)设有主控电路板(1.5)、与所述反射性测量部(3)中探测器相配对的信号处理电路板(1.4)；所述信号处理电路板(1.4)与所述主控电路板(1.5)建立信号连接；

所述电性测量部(2)设有用于电法勘探的环形测量电极、用于向所述测井仪中组件提供电力的电源单元(2.2)；所述环形测量电极与所述主控电路板(1.5)建立信号连接，在所述主控电路板(1.5)的控制下开启/关闭；

所述反射性测量部(3)设有用于反射性勘探的探测器(3.2)；所述探测器(3.2)与所述信号处理电路板(1.4)建立信号连接；所述反射性测量部(3)还设有温度传感器(3.4)以及压力传感器(3.3)，所述温度传感器(3.4)与所述压力传感器(3.3)与所述主控电路板(1.5)建立信号连接。

2.如权利要求1所述的一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，其特征在于：所述控制及信号处理部(1)处的壳体为不锈钢承压外壳A(1.2)；所述不锈钢承压外壳A(1.2)内设有PCB固定板(1.3)；所述主控电路板(1.5)与所述信号处理电路板(1.4)分别安装在所述PCB固定板(1.3)的两侧。

3.如权利要求2所述的一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，其特征在于：所述不锈钢承压外壳A(1.2)顶部设有机械手接口(1.1)；所述机械手接口(1.1)内设有用于与测井钻杆相配合的齿形结构。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，其特征在于：所述主控电路板(1.5)包括：主控模块(1.51)、数据采集模块A(1.52)、数据处理模块A(1.53)、数据储存模块A(1.54)；所述主控模块(1.51)用于开启/关闭所述电性测量部(2)、所述反射性测量部(3)中各探测装置，并在所述探测装置开启时，向所述数据采集模块A(1.52)下达采集指令；所述数据采集模块A(1.52)用于对所述环形测量电极、所述温度传感器(3.4)与所述压力传感器(3.3)所采集的信号进行收集；所述数据处理模块A(1.53)用于对所述数据采集模块A(1.52)所采集的信号进行预处理，预处理后的信号送至所述数据处理模块A(1.53)进行存储；

所述信号处理电路板(1.4)包括：数据采集模块B(1.41)、数据处理模块B(1.42)、数据储存模块B(1.43)；所述数据采集模块B(1.41)用于对所述探测器(3.2)所采集的信号进行收集；所述数据处理模块B(1.42)用于对所述数据采集模块B(1.41)所采集的信号进行预处理，预处理后的信号送至所述数据储存模块B(1.43)进行存储。

5.如权利要求1-3任一项所述的一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，其特征在于：所述电性测量部(2)处的壳体为PEEK基体(2.1)；所述PEEK基体(2.1)为中空结构，内部放置所述电源单元(2.2)；所述PEEK基体(2.1)顶部与所述控制及信号处理部(1)的底部密封连接；所述环形测量电极设置在所述PEEK基体(2.1)外壁。

6.如权利要求5所述的一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，其特征在于：所述电源单元(2.2)为串联的锂电池；所述环形测量电极包括：发射测量电极(2.4)以及电阻率测量电极(2.3)。

7.如权利要求6所述的一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，其特征在于：所述电阻率测量电极(2.3)的数量为4个，至所述PEEK基体(2.1)底面的距离分别为0.2m、0.4m、0.8m、1.6m；所述发射测量电极(2.4)的数量为1个，设置在所述电阻率测量电极(2.3)的下方。

8.如权利要求1-3任一项所述的一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，其特征在于：所述反射性测量部(3)处的壳体为不锈钢承压外壳B(3.1)，所述不锈钢承压外壳B(3.1)与所述电性测量部(2)的底部密封连接；所述温度传感器(3.4)与所述压力传感器(3.3)设置在所述不锈钢承压外壳B(3.1)底部两侧，在所述温度传感器(3.4)与所述压力传感器(3.3)之间设有七芯航空插头(3.5)，利用所述七芯航空插头(3.5)能够控制所述测井仪的开关、对电源单元(2.2)进行充电，同时能够导出所述控制及信号处理部(1)中的存储数据；所述七芯航空插头(3.5)外部设有用于保持密闭性的金属保护帽(3.6)。

9.如权利要求1-3任一项所述的一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，其特征在于：所述探测器(3.2)选用NaI探测器、元素探测器或中子探测器；当选用NaI探测器时，所述信号处理电路板(1.4)为伽马多道版电路板。

10.如权利要求1-3任一项所述的一种适用于海底多金属硫化物测量的组合式测井仪，其特征在于：所述电性测量部(2)内还设有声波速度测量装置。

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