CN112963142B - 一种双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统 - Google Patents
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- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
Abstract
本发明涉及一种双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，包括第一发射电极、第二发射电极、感应线圈、电流电极；第二发射电极上设置有电磁波测量电路舱和电阻率测量舱，电磁波测量电路舱内安装有感应电磁波发射测量电路，电阻率测量舱内安装有电流发射电阻率测量电路，感应线圈的第一端连接感应电磁波发射测量电路，感应线圈的第二端穿过第二发射电极后穿出第一发射电极，电流电极的第一端连接电流发射电阻率测量电路，电流电极的第二端穿过第二发射电极后延伸到第一发射电极。本发明通过无线传输原理的分时分频发射数据，第二自适应调整发射功率与调制频率使近钻头工具与上面的MWD设备通讯故障率大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探开发领域，尤其涉及一种双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统。
背景技术
随着定向水平井和大位移井在石油勘探开发中所占比例越来越大，油气田开采层越来越薄，随钻测量工具MWD、随钻测井工具LWD和地质导向工具应用越来越普遍。无论是随钻测量MWD和随钻测井LWD所测得的钻井工程参数如井斜、地质参数如地层伽马计数和电阻率值等离钻头位置的距离都超过10米以上，在薄层水平井施工中，很容易造成钻头出层。而业主对目的薄层有钻遇率的要求，如果钻头出层，基本上都需要回填侧钻，这样既影响了钻井速度，又增加了目的层垮塌风险。针对这个问题，行业内提出在钻头后面连接一个短节，实现近距离对井斜、地质参数的测量。在短节钻铤臂上开4个槽口，主要放置电池，方位伽马传感器以及井斜等参数的测量电路，通过无线传输跨过螺杆，在无线随钻测量MWD短节有一个接收模块，把所测到的信息通过MWD传到地面。
目前行业内公司的近钻头工具无线传输为单一制式，而实际施工情况的泥浆有高阻态的油基泥浆和低阻态高矿化度的水基泥浆，甚至清水。目前行业有针对油基泥浆高阻地层的电流型电磁波无线传输，也有针对水基泥浆低阻地层感应型电磁波无线传输，没有针对不同泥浆阻值体系自适应的双制式无线传输。第二在一些非常规油气水平井地质导向过程中，常规方位伽马近钻头在边界分层方面响应不明显，目的层和相邻地层伽马值变化不大，这个时候就需要引入电阻率界面判断分层，而现在行业的解决方案是在螺杆后面或者螺杆上加入电阻率测量，这个方案的痛点依然是测量参数零长过长，不是真正意义上的近钻头电阻率测量，如果采用电阻率曲线来识别界面分层，依然存在回填侧钻的风险。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，包括第一发射电极、第二发射电极、感应电磁波发射测量电路、电流发射电阻率测量电路、感应线圈、电流电极；第二发射电极上设置有电磁波测量电路舱和电阻率测量舱，所述电磁波测量电路舱内安装有感应电磁波发射测量电路，所述电阻率测量舱内安装有电流发射电阻率测量电路，感应线圈的第一端连接所述感应电磁波发射测量电路，感应线圈的第二端穿过第二发射电极后穿出第一发射电极，电流电极的第一端连接所述电流发射电阻率测量电路，所述电流电极的第二端穿过第二发射电极后延伸到第一发射电极。
根据一种可能的设计，还包括感应电磁波发射测量电路舱盖板，感应电磁波发射测量电路舱盖板安装在所述电磁波测量电路舱上。
根据一种可能的设计，还包括电流电阻率测量电路舱盖板，电流电阻率测量电路舱盖板安装在所述电阻率测量舱上。
根据一种可能的设计，还包括电极绝缘环，所述电极绝缘环位于第一发射电极和第二发射电极之间。
根据一种可能的设计，所述电极绝缘环的宽度范围为18-22mm。
根据一种可能的设计，所述电极绝缘环的材质为陶瓷或者PEEK材料。
根据一种可能的设计，还包括感应线圈罩，感应线圈罩位于所述感应线圈的第二端的外围。
根据一种可能的设计，所述感应天线罩上设置有开槽。
本发明的有益效果：
(1)近钻头能工作在不同高低电阻的地层和泥浆类型，具有很强的适用性。主要是无线传输原理的分时分频发射数据，第二自适应调整发射功率与调制频率使近钻头工具与上面的MWD设备通讯故障率大大降低。(2)通过双制式电流与感应无线传输原理来测量地层电阻，和方位伽马一起辅助地质导向工程师进行地层边界判断，没有增加额外的机械结构和长度，而对于近钻头工具来说，工具越短，钻井风险越低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统的结构示意图；
附图标记说明：
1-第一发射电极1，2-第二发射电极，3-感应电磁波发射测量电路舱盖板，4-感应电磁波发射测量电路，5-电流电阻率测量电路舱盖板，6-电流发射电阻率测量电路，7-电极绝缘环，8-感应线圈罩，9-感应线圈，10-电流电极。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1，本发明实施例提供一种双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，包括：
第一发射电极1、第二发射电极2、感应电磁波发射测量电路4、电流发射电阻率测量电路6、感应线圈9、电流电极10。
第二发射电极2上设置有电磁波测量电路舱和电阻率测量舱，所述电磁波测量电路舱内安装有感应电磁波发射测量电路4，所述电阻率测量舱内安装有电流发射电阻率测量电路6，感应线圈9的第一端连接所述感应电磁波发射测量电路4，感应线圈9的第二端穿过第二发射电极2后穿出第一发射电极1，电流电极10的第一端连接所述电流发射电阻率测量电路6，所述电流电极10的第二端穿过第二发射电极2后延伸到第一发射电极1。
在一个示例中，还包括感应电磁波发射测量电路舱盖板3，感应电磁波发射测量电路舱盖板3安装在所述电磁波测量电路舱上，保护测量电路舱不进泥浆。
在一个示例中，还包括电流电阻率测量电路舱盖板5，电流电阻率测量电路舱盖板5安装在所述电阻率测量舱上，保护电阻率测量舱不进泥浆。
在一个示例中，还包括电极绝缘环7，位于第一发射电极1和第二发射电极2之间，使第一发射电极1、第二发射电极2相互绝缘。
在一个示例中，电极绝缘环7的宽度范围为18-22mm。示例性的，电极绝缘环7的宽度为20mm。
在一个示例中，电极绝缘环7的材质为陶瓷或者PEEK材料，或者绝缘复合材料的绝缘部分。
第一发射电极1是母扣短的导电钻铤，第二发射电极2是一个公扣的导电钻铤，母扣和公扣钻铤连接的公母扣采用PEEK或者陶策喷涂让公母扣绝缘，然后再外部公母扣之间加入电极绝缘环7。
示例性的，电极绝缘环7是高度20mm，外径172mm，内径150mm的一个陶瓷或者PEEK绝缘材料圆环。
在一个示例中，还包括感应线圈罩8，感应线圈罩8位于所述感应线圈9的第二端的外围，感应线圈罩8主要是保护感应发射天线不被地层磨损和防止泥浆浸入，所以感应线圈罩8下面还用用高温环氧树脂进行磨具封装。
在一个示例中，感应天线罩8上设置有开槽，开槽的目的是是尽量减少信号的屏蔽。
本发明专利采用在同一钻铤短节上，利用电流和感应电磁波无线传输原理，微观上分时分频实现近钻头测量参数的传输，解决了近钻头在不同泥浆体系与不同高低电阻地层数据传输的问题。第二，巧妙的利用电磁波无线传输两种不同电法测量原理，把高低电阻率地层的电阻率也给测量出来，解决了某些目的层和相邻地层伽马值基本一致无法区分界面的问题。
第一发射电极1、第二发射电极2、电极绝缘环7、电流电极10和电流发射电阻率测量电路6共同组成电流无线传输与地层低电阻率测量。主要原理是第一发射电极1和第二发射电极2分时发射一个电压，测量电流电极10上的电流大小，通过V/I原理就可以得到一个水基泥浆与低阻地层的共同作用的电阻率。同时在第一发射电极1和第二发射电极2采用GMSK调制把近钻头所有测量参数微观分频分时发送出去。
感应线圈罩8、感应线圈9、感应电磁波发射测量电路4、共同组成感应无线传输和地层高电阻测量。主要原理是感应电磁波发射测量电路4、通过感应线圈9采用GMSK调制近钻头所有测量参数微观分频分时发送出去。感应电阻率的测量主要是通过感应电磁波发射测量电路4两发一收的原理，采用两种2M和400K频率调制解调来实现两种频率的幅度和相位差来计算泥浆与地层综合电阻率。感应电磁波发射测量电路4有两个作用：1、需要把地层的感应电磁波的相位与幅度差数据利用感应原理把数据通过感应线圈9发射出去。2、需要采集计算感应电阻率，电路短节里有一发双收的一个感应电阻率计算电路板，来计算电磁波的幅度与相位差。
感应电磁波发射测量电路舱盖板3、电流电阻率测量电路舱盖板5、都属于近钻头在高温高压的井下实现保护电路舱不进泥浆的作用，感应线圈罩8主要是保护感应发射天线不被地层磨损和防止泥浆浸入，所以感应线圈罩8下面还用用高温环氧树脂进行磨具封装，感应天线罩8的开槽是尽量减少信号的屏蔽。
本产品最佳使用状态无论是石油油气钻探领域的油基泥浆钻井，还是水基泥浆钻井，钻井液的阻值不影响近钻头与MWD的相互通讯。第二近钻头产品在地质导向过程中遇到目的层与邻层伽马值基本一致无法分层识别时，采用高低电阻率曲线就可以清楚的识别界面，为水平井地质导向工程师带来了极大的帮助。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，其特征在于，包括：
第一发射电极(1)、第二发射电极(2)、感应电磁波发射测量电路(4)、电流发射电阻率测量电路(6)、感应线圈(9)、电流电极(10)；
第二发射电极(2)上设置有电磁波测量电路舱和电阻率测量舱，所述电磁波测量电路舱内安装有感应电磁波发射测量电路(4)，所述电阻率测量舱内安装有电流发射电阻率测量电路(6)，感应线圈(9)的第一端连接所述感应电磁波发射测量电路(4)，感应线圈(9)的第二端穿过第二发射电极(2)后穿出第一发射电极(1)，电流电极(10)的第一端连接所述电流发射电阻率测量电路(6)，所述电流电极(10)的第二端穿过第二发射电极(2)后延伸到第一发射电极(1)。
2.根据权利要求1所述的双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，其特征在于，还包括感应电磁波发射测量电路舱盖板(3)，感应电磁波发射测量电路舱盖板(3)安装在所述电磁波测量电路舱上。
3.根据权利要求1所述的双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，其特征在于，还包括电流电阻率测量电路舱盖板(5)，电流电阻率测量电路舱盖板(5)安装在所述电阻率测量舱上。
4.根据权利要求1所述的双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，其特征在于，还包括电极绝缘环(7)，所述电极绝缘环(7)位于第一发射电极(1)和第二发射电极(2)之间。
5.根据权利要求4所述的双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，其特征在于，所述电极绝缘环(7)的宽度范围为18-22mm。
6.根据权利要求4所述的双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，其特征在于，所述电极绝缘环(7)的材质为陶瓷或者PEEK材料。
7.根据权利要求1所述的双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，其特征在于，还包括感应线圈罩(8)，感应线圈罩(8)位于所述感应线圈(9)的第二端的外围。
8.根据权利要求7所述的双制式无线传输高低电阻率测量近钻头系统，其特征在于，所述感应线圈罩(8)上设置有开槽。
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