CN112627812A - 一种测量岩性的井下卡层短节以及钻井组件 - Google Patents

一种测量岩性的井下卡层短节以及钻井组件 Download PDF

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Abstract

本说明书提供了一种测量岩性的井下卡层短节以及钻井组件，井下卡层短节下入井筒后能与井筒之间形成环形空间，包括：壳体和供电装置；壳体在其纵长延伸方向上具有相对的第一端和第二端，第一端和第二端均敞口，壳体具有位于第一端与第二端之间的主腔室；供电装置包括：正电极、负电极、为正电极和负电极供电的电源模块；连接于正电极和负电极之间的通路，通路上设置有电流参数检测单元；与电流参数检测单元电性连接的信号采集单元，用于获取电流参数检测单元的数据；从主腔室进入的钻井液在携带着井下岩屑从环形空间返出时，能与正电极、负电极、电流参数检测单元和电源形成供电回路。本申请在钻井时，能够及时并准确的识别出对应的岩性界面。

Description

一种测量岩性的井下卡层短节以及钻井组件
技术领域
本申请涉及石油与天然气工程技术领域，尤其涉及一种测量岩性的井下卡层短节以及钻井组件。
背景技术
在钻探过程中，为了预防井漏、井喷及井塌等钻探事故的发生，保证钻井及后续作业的安全，需要及时、准确地卡准不同岩性的层位。在钻井过程中，通常由操作人员通过肉眼识别钻井过程中返排上来的岩屑中的标志矿物来判断是否卡准预定层位。但是在深部地层，岩屑返出时间较长，存在滞后性的问题，从而依靠传统的录井手段难以准确划分出内部层系之间的界线，地层界线划分的准确性将直接决定完钻井深是否符合钻井地质设计要求。
受制于岩屑客观条件和地质录井人员的技术水平，深井的不同岩性界面的识别一直是现场录井的难题。因此，需要提供一种测量岩性的井下卡层短节，来解决现有技术存在的不足。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本申请提供了一种测量岩性的井下卡层短节以及钻井组件，在钻井时，能够及时并准确的识别出对应的岩性界面，有利于准确划分地层内部层系之间的界线。
为了达到上述目的，本申请提供的技术方案如下所述：
一种测量岩性的井下卡层短节，所述井下卡层短节下入井筒后能与所述井筒之间形成供岩屑和钻井液返出的环形空间，所述井下卡层短节包括：壳体和安装于所述壳体上的供电装置；所述壳体在其纵长延伸方向上具有相对的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端均敞口，所述壳体具有位于所述第一端与所述第二端之间的主腔室；
所述供电装置包括：正电极、负电极、为所述正电极和所述负电极供电的电源模块；连接于所述正电极和所述负电极之间的通路，所述通路上设置有电流参数检测单元；与所述电流参数检测单元电性连接的信号采集单元，用于获取所述电流参数检测单元的数据；
从所述主腔室进入的钻井液在携带着井下岩屑从所述环形空间返出时，能与所述正电极、所述负电极、所述电流参数检测单元和所述电源模块形成供电回路。
作为一种优选的实施方式，所述壳体包括内壁和外壁，所述内壁围设形成所述主腔室，所述内壁和所述外壁之间形成用于安装所述供电装置的安装机构，所述正电极和所述负电极靠近所述外壁设置，并能够与所述环形空间形成电性导通。
作为一种优选的实施方式，所述安装机构包括：用于安装所述正电极的第一腔室；用于安装所述负电极的第二腔室；用于安装所述电源模块的第三腔室；用于安装所述信号采集单元的第四腔室；用于安装所述电流参数检测单元的第五腔室，其中，所述第三腔室分别与所述第一腔室和所述第二腔室相连通，所述第四腔室和所述第五腔室相连通。
作为一种优选的实施方式，所述安装机构为实心结构，所述第一腔室和所述第二腔室在所述外壁上开设形成，所述第三腔室和所述第四腔室由在所述内壁上开设形成，所述第三腔室和所述第四腔室均设置有盖体。
作为一种优选的实施方式，所述第五腔室位于所述第一腔室和所述第三腔室之间的连通路径上。
作为一种优选的实施方式，所述第一腔室和所述第二腔室沿所述外壁的周向上布置。
作为一种优选的实施方式，所述第一端和所述第二端上均设置螺纹。
作为一种优选的实施方式，所述外壁与所述内壁之间的厚度为25.4mm。
作为一种优选的实施方式，所述电流参数检测单元具体为电流计。
一种包括所述的井下卡层短节的钻井组件，还包括钻杆、钻头、用于产生泥浆脉冲信号的泥浆脉冲模块，所述井下卡层短节的第一端用于连接钻杆，所述第二端用于连接钻头，所述信号采集单元与所述泥浆脉冲模块连接。
有益效果：
本申请实施方式提供的井下卡层短节，利用岩石的导电性确定层位界线。使用时，该井下卡层短节的一端可以连接钻头，另一端可以连接钻杆。当从钻杆内注入钻井液时，钻井液经过井下卡层短节的主腔室到达钻头，随着钻井工作的持续进行，井下岩石会被磨成粉末状的岩屑，携带有岩屑的钻井液具有导电性，并从井下卡层短节与井筒之间的环空上返。岩屑和钻井液在上返的过程中，能够与井下卡层短节的供电装置形成供电回路，并通过电流参数检测单元和信号采集单元及时获取数据，由于不同岩性的岩石导电性存在差别，从而根据获取的数据及时确定出当前层位的岩性，以此划分地层层系之间的界线。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动力的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书实施例提供的测量岩性的井下卡层短节的剖视图；
图2为本说明书实施例提供的测量岩性的原理示意图；
图3为本说明书实施例提供的测量岩性的井下卡层短节的俯视图。
附图标记说明：
1、内壁；11、主腔室；2、正电极；3、连接线；4、电流参数检测单元；5、外壁；6、电源模块；7、负电极；8、信号采集单元；9、螺纹；10、第一端；12、第二端。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所限定的范围内。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
下面将结合图1至图3对本说明书实施例的测量岩性的井下卡层短节以及钻井组件进行解释和说明。需要说明的是，为了便于说明，在本发明的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件。而为了简洁，在不同的实施例中，省略对相同部件的详细说明，且相同部件的说明可互相参照和引用。
具体的，将图1至图3中所示意的向上的方向定义为“上”，将图1至图3中所示意的向下的方向定义为“下”。值得注意的是，本说明书中的对各方向定义，只是为了说明本说明书技术方案的方便，并不限定本说明书实施例的测量岩性的井下卡层短节以及钻井组件在包括但不限定于使用、测试、运输和制造等等其他可能导致装置方位发生颠倒或者位置发生变换的场景中的方向。
物体的导电性能通常由电阻率表征，在地层中，对于岩石来说，岩石的电阻率决定于其成分和结构，与其几何形状无关，因此不同类型的岩石的导电能力是不一样的。例如，通过实验室测量的结果表明，火成岩的电阻率高，沉积岩的电阻率低。由于不同岩石的电阻率是不一样的，从而可以根据测出的电阻率来区分岩石，判断岩性。
当砂岩地层中含石油时，由于石油的电阻率很高，从而含油砂岩地层的电阻率也高。但是，当砂岩地层含水时，由于水中含有盐分，有导电离子，导电性能好，所以含水砂岩地层的电阻率低。据此可以划分含油地层和含水地层。本说明书提供的测量岩性的井下卡层短节利用岩石的导电性能够在钻井过程中及时的确定地层层位界线，该井下卡层短节下入井筒后能与所述井筒之间形成供岩屑和钻井液返出的环形空间，如图2所示的测量原理，该井下卡层短节通过测量环形空间内的电流参数识别岩性。
如图1和图3所示，该井下卡层短节包括：壳体和安装于所述壳体上的供电装置；所述壳体在其纵长延伸方向上具有相对的第一端10和第二端12，所述第一端10和所述第二端12均敞口，所述壳体具有位于所述第一端10与所述第二端12之间的主腔室11；所述供电装置包括：正电极2、负电极7、为所述正电极2和所述负电极7供电的电源模块6；连接于所述正电极2和所述负电极7之间的通路，所述通路上设置有电流参数检测单元4；与所述电流参数检测单元4电性连接的信号采集单元8，用于获取所述电流参数检测单元4的数据；从所述主腔室11进入的钻井液在携带着井下岩屑从所述环形空间返出时，能与所述正电极2、所述负电极7、所述电流参数检测单元4和所述电源模块6形成供电回路。
使用时，该井下卡层短节的一端可以连接钻头，另一端可以连接钻杆，当从钻杆内注入钻井液时，钻井液经过井下卡层短节的主腔室11到达钻头，随着钻井工作的持续进行，井下岩石会被磨成粉末状的岩屑，携带有岩屑的钻井液具有导电性，并从井下卡层短节与井筒之间的环空上返。岩屑和钻井液在上返的过程中，能够与井下卡层短节的供电装置形成供电回路，并通过电流参数检测单元4和信号采集单元8及时获取数据，从而根据获取的数据确定当前层位的岩性，以此划分地层层系之间的界线。
所述壳体可以是圆筒形结构，在其纵长延伸方向上具有相对的第一端10和第二端12，第一端10用于连接上部钻具或者钻杆，第二端12用于连接钻头。具体的，第一端10和第二端12设置有连接部，该连接部优选是螺纹9。从而，该井下卡层短节连接于钻杆与钻头之间。为了使得井下卡层短节测量具有及时性，该短节可以靠近钻头安装，可以安装于钻杆最下面的端部。
在本说明书中，壳体包括内壁1和外壁5，所述内壁1围设形成所述主腔室11，所述内壁1和所述外壁5之间形成用于安装所述供电装置的安装机构，所述正电极2和所述负电极7靠近所述外壁5设置，并能够与所述井下卡层短节与井筒之间的环形空间形成电性导通。
在本实施例中，如图1和图3所示，该供电装置安装于内壁1和外壁5之间，能够保证钻井液的流动不会影响供电装置的各个元件的性能，防止发生短路。在一个实施方式中，内壁1和外壁5之间设置有夹层，该夹层为空心结构，该空心结构形成所述安装机构以安装供电装置。
在一个优选的实施方式中，所述安装机构包括：用于安装所述正电极2的第一腔室；用于安装所述负电极7的第二腔室；用于安装所述电源模块6的第三腔室；用于安装所述信号采集单元8的第四腔室；用于安装所述电流参数检测单元4的第五腔室，其中，所述第三腔室分别与所述第一腔室和所述第二腔室相连通，所述第四腔室和所述第五腔室相连通。
在本实施例中，所述安装机构整体上为实心结构，所述第一腔室、所述第二腔室、所述第三腔室、所述第四腔室和所述第五腔室为所述实心结构上开槽形成，即，所述安装机构除了以上腔室的其它区域为实心结构，从而保证该井下卡层短节具有足够的强度。整体上，所述壳体由钢材制成。
具体的，所述安装机构整体上为实心结构，所述第一腔室和所述第二腔室在所述外壁5上开设形成，优选的，所述第一腔室和所述第二腔室沿所述外壁5的周向上布置。所述第三腔室和所述第四腔室由在所述内壁1上开设形成，所述第三腔室和所述第四腔室均设置有盖体。由于钻井液和岩屑由外壁5与井筒之间的环形空间返出，为了保证正电极2和负电极7能够电性导通上返的岩屑，将第一腔室和第二腔室开设在外壁5上，并将正电极2、负电极7分别固定在第一腔室和第二腔室中。所述第三腔室开设在内壁1上，以便于在第三腔室和第一腔室之间开槽用于安装连接线3，以用于电源模块6为正电极2和负电极7供电。从而供电装置的各个部件均安装于安装机构中，起到较好的保护作用，同时能够保证该井下卡层短节具有一定的强度，防止在钻井过程中发生损坏。
另外，所述第三腔室和所述第四腔室也可以开设在外壁5上，对于腔室的具体位置本说明书不作限定，只要将该供电装置安装于内壁1和外壁5之间即可。为了保护电源模块6和信号采集单元8，所述第三腔室和所述第四腔室设置有可打开和关闭的盖体，通过打开所述盖体，能够更换元件。所述电源模块6可以是直流电源，例如干电池等。所述信号采集单元可以是信号传感器，具体类型本说明书不作限定。
进一步的，所述第五腔室位于所述第一腔室和所述第三腔室之间的连通路径上。所述第五腔室用于放置所述电流参数检测单元4和所述连接线3。具体的，可以在第一腔室和第三腔室之间开槽，从而能够将连接有连接线3的电流参数检测单元4伸入所述第五腔室内，再将所述连接线3与所述第一腔室中的正电极2连接、与所述第三腔室中的电源模块6连接。同理，所述第三腔室与所述第二腔室也可以采用开槽的方式连通，并用于放入所述连接线，以分别于所述电源模块6和所述负电极连接。从而，钻井液在携带着井下岩屑从环形空间返出时，能与所述正电极2和所述负电极7电性连通，并通过连接线3与所述电流参数检测单元4和所述电源模块6形成供电回路。所述电流参数检测单元4具体为电流计，通过输出表征岩屑导电率的电流数据，能够识别当前层位的岩性。
在本实施方式中，所述外壁5与所述内壁1之间的厚度为25.4mm。
本说明书还提供了一种包括所述的井下卡层短节的钻井组件，还包括钻杆、钻头、用于产生泥浆脉冲信号的泥浆脉冲模块，所述井下卡层短节的第一端用于连接钻杆，所述第二端用于连接钻头，所述信号采集单元与所述泥浆脉冲模块连接。
具体的，所述泥浆脉冲模块用于产生泥浆脉冲信号，能够将信号采集单元8采集的电流数据泥浆脉冲传输至地面。随着钻井工作的进行，可以持续获取传输的数据，能够及时了解当前层位的岩性。在本说明书中，包含有该井下卡层短节的钻井组件其能够实现上述实施例所解决的技术问题，并相应的达到上述实施方式的技术效果，具体的本申请在此不再赘述。
本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。

Claims (10)

1.一种测量岩性的井下卡层短节，其特征在于，所述井下卡层短节下入井筒后能与所述井筒之间形成供岩屑和钻井液返出的环形空间，所述井下卡层短节包括：壳体和安装于所述壳体上的供电装置；所述壳体在其纵长延伸方向上具有相对的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端均敞口，所述壳体具有位于所述第一端与所述第二端之间的主腔室；
所述供电装置包括：正电极、负电极、为所述正电极和所述负电极供电的电源模块；连接于所述正电极和所述负电极之间的通路，所述通路上设置有电流参数检测单元；与所述电流参数检测单元电性连接的信号采集单元，用于获取所述电流参数检测单元的数据；
从所述主腔室进入的钻井液在携带着井下岩屑从所述环形空间返出时，能与所述正电极、所述负电极、所述电流参数检测单元和所述电源模块形成供电回路。
2.如权利要求1所述的井下卡层短节，其特征在于，所述壳体包括内壁和外壁，所述内壁围设形成所述主腔室，所述内壁和所述外壁之间形成用于安装所述供电装置的安装机构，所述正电极和所述负电极靠近所述外壁设置，并能够与所述环形空间形成电性导通。
3.如权利要求2所述的井下卡层短节，其特征在于，所述安装机构包括：用于安装所述正电极的第一腔室；用于安装所述负电极的第二腔室；用于安装所述电源模块的第三腔室；用于安装所述信号采集单元的第四腔室；用于安装所述电流参数检测单元的第五腔室，其中，所述第三腔室分别与所述第一腔室和所述第二腔室相连通，所述第四腔室和所述第五腔室相连通。
4.如权利要求3所述的井下卡层短节，其特征在于，所述安装机构为实心结构，所述第一腔室和所述第二腔室在所述外壁上开设形成，所述第三腔室和所述第四腔室由在所述内壁上开设形成，所述第三腔室和所述第四腔室均设置有盖体。
5.如权利要求3所述的井下卡层短节，其特征在于，所述第五腔室位于所述第一腔室和所述第三腔室之间的连通路径上。
6.如权利要求4所述的井下卡层短节，其特征在于，所述第一腔室和所述第二腔室沿所述外壁的周向上布置。
7.如权利要求1所述的井下卡层短节，其特征在于，所述第一端和所述第二端上均设置螺纹。
8.如权利要求2所述的井下卡层短节，其特征在于，所述外壁与所述内壁之间的厚度为25.4mm。
9.如权利要求1所述的井下卡层短节，其特征在于，所述电流参数检测单元具体为电流计。
10.一种包括如权利要求1所述的井下卡层短节的钻井组件，其特征在于，还包括钻杆、钻头、用于产生泥浆脉冲信号的泥浆脉冲模块，所述井下卡层短节的第一端用于连接钻杆，所述第二端用于连接钻头，所述信号采集单元与所述泥浆脉冲模块连接。
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