CN115539024A - 存储式自然电位测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种存储式自然电位测量仪器，其包含：芯轴，其表面缠绕玻璃钢外壳；至少两个电极环，其设置在所述芯轴上，用于测量得到全井段的自然电位曲线；上接头，其通过中间接头与所述芯轴的上端连接，用于与其他仪器或钻具进行螺纹连接；下接头，其与所述芯轴的下端连接，用于与其他仪器或钻具进行螺纹连接；上护帽，其与所述上接头螺纹连接，用于防止所述上接头顶端外螺纹的丝扣受损；下护帽，其与所述下接头螺纹连接，用于防止所述下接头顶端内螺纹的丝扣受损。本发明具有至少两个电极环，在下井时，把钻具外壳通过电缆引至存储式自然电位测量仪器中作为参考电极；本发明能够等时间隔采样存储电极环测得的自然电位及两者的差值。

Description

存储式自然电位测量仪器

技术领域

本发明涉及石油测井技术领域，具体地说，涉及一种存储式自然电位测量仪器。

背景技术

自然电位测井曲线在井下渗透层处有明显的异常显示，因此，自然电位测井是划分和评价油气储集层的重要方法之一。

自然电位为直流信号。现有技术中，在电缆测井中，通过电缆把井下自然电位测量电极M引到地面和地面参考电极N相比较得到自然电位，测量原理见图1。由于地面参考电极相对井下自然电位电极为近似无穷远，且地面参考电极相对稳定，通过滤波滤除噪声，可以得到较为准确的自然电位曲线。

现有技术中，在无电缆钻具输送测井中，由于没有电缆，无法把井下自然电位测量电极信号引到地面，无法在地面测量自然电位，只能把钻具作为参考电极，通过井下自然电位测量电极在下井仪器中进行自然电位测量，测量原理见图2。当钻具在井中静止时，此时钻具作为参考电极相对稳定，可以测到较准确的自然电位；当钻具提升时，由于钻具移动，会造成钻具与井壁的摩擦以及井眼钻井液的流动，使得参考电极不稳定，所测自然电位误差较大。

现有技术无法解决无电缆钻具输送方式下自然电位测量问题，因此，本发明提供了一种存储式自然电位测量仪器。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种存储式自然电位测量仪器，所述仪器包含：

芯轴，其表面缠绕玻璃钢外壳；

至少两个电极环，其设置在所述芯轴上，用于测量得到全井段的自然电位曲线；

上接头，其通过中间接头与所述芯轴的上端连接，用于与其他仪器或钻具进行螺纹连接；

下接头，其与所述芯轴的下端连接，用于与其他仪器或钻具进行螺纹连接；

上护帽，其与所述上接头螺纹连接，用于防止所述上接头顶端外螺纹的丝扣受损；

下护帽，其与所述下接头螺纹连接，用于防止所述下接头顶端内螺纹的丝扣受损。

根据本发明的一个实施例，所述仪器包含：

内部电路，其安装于芯轴大通孔内，用于对电极环产生的电极信号进行处理。

根据本发明的一个实施例，所述仪器包含：

引线螺钉，其用于连通电极环与所述内部电路，所述引线螺钉与电极环之间采用螺纹连接且双道O圈密封，所述引线螺钉通过衬套与所述芯轴绝缘隔离。

根据本发明的一个实施例，所述仪器包含：

绝缘套，其安装在所述芯轴外，所述绝缘套外缠绕电极环；

第一外密封环，其设置在电极环外，所述第一外密封环与电极环之间采用双O圈密封承受外部压力；

第二外密封环，其与所述玻璃钢外壳之间采用双O圈密封承受外部压力；

第三绝缘垫，其用于隔离相邻的电极环。

根据本发明的一个实施例，所述上接头与所述芯轴进行绝缘处理，所述仪器包含：

第一绝缘垫，其用于对所述中间接头与电极环进行电气绝缘；

内防转绝缘套，其与所述第一绝缘垫连接，用于对所述中间接头与所述芯轴进行电气绝缘；

压紧螺母，其与所述芯轴采用螺纹连接，用于将所述中间接头锁紧在所述芯轴上；

第二绝缘垫，其与所述内防转绝缘套连接，用于对所述中间接头与所述压紧螺母进行绝缘；

内绝缘套，其采用螺钉固定在所述上接头上，用于对所述压紧螺母与所述上接头进行绝缘；

轴用挡圈，其用于防止所述压紧螺母松脱。

根据本发明的一个实施例，装配顺序依次为：下护帽、下接头、芯轴、中间接头、上接头、上护帽，通过所述压紧螺母压紧，所述轴用挡圈防松。

根据本发明的一个实施例，所述中间接头与电极环外的第三外密封环之间采用双O圈密封。

根据本发明的一个实施例，所述上接头与所述中间接头采用螺纹连接且双O圈密封。

根据本发明的一个实施例，所述上接头包含：

上接头通孔，其用于仪器信号过线及电气接插件的安装，便于与其他仪器进行电气连接。

根据本发明的一个实施例，所述芯轴包含：

芯轴小通孔，其用于仪器信号过线及为测量电路的安装提供空间。

本发明提供的存储式自然电位测量仪器具有至少两个电极环，在下井时，把钻具外壳通过电缆引至存储式自然电位测量仪器中作为参考电极；本发明能够等时间隔采样存储电极环测得的自然电位及两者的差值；本发明能够依据深度变化，将电极环测得的自然电位及两者的差值进行迭加处理，得到全井段的自然电位曲线。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了现有技术中电缆测井原理图；

图2显示了现有技术中无电缆钻具输送测井原理图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的存储式自然电位测量仪器结构示意图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的上接头与芯轴绝缘部分结构示意图；

图5显示了根据本发明的一个实施例的电极环间的绝缘部分结构示意图；

图6显示了根据本发明的一个实施例的电极环与内部电路连接示意图；以及

图7显示了根据本发明的一个实施例的全井段的自然电位曲线测量原理图。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、芯轴，2、第一电极环，3、第二电极环，4、上接头，5、中间接头，6、下接头，7、上护帽，8、下护帽，9、第一外密封环，10、第二外密封环，11、玻璃钢外壳，12、芯轴大通孔，13、引线螺钉，14、衬套，15、第一绝缘套，16、第二绝缘套，17、第三外密封环，18、第三绝缘垫，19、第一双道O圈密封，20、第二双道O圈密封，21、第四绝缘垫，22、铅皮，23、芯轴小通孔，24、第一绝缘垫，25、内防转绝缘套，26、压紧螺母，27、第二绝缘垫，28、内绝缘套，29、螺钉，30、轴用挡圈，31、上接头通孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细。

现有技术中，无电缆钻具输送方式下自然电位测不好的主要原因是由于没有电缆，无法使用地面参考电位，只能把钻具作为参考电极，但在上提钻具测井时，参考电极受到干扰，致使自然电位测不好，针对这一问题，设计了用于无电缆钻具输送存储式自然电位测量仪器，其整体结构如图3所示。

图3显示了根据本发明的一个实施例的存储式自然电位测量仪器结构示意图。

如图3所示，存储式自然电位测量仪器包含芯轴1、至少两个电极环(例如包含第一电极环2以及第二电极环3)、上接头4、中间接头5、下接头6、上护帽7、下护帽8、第一外密封环9、第二外密封环10、玻璃钢外壳11。

具体来说，芯轴1其表面缠绕玻璃钢外壳11。本发明采用整体芯轴设计，抗拉、抗压强度高，芯轴材料采用05Cr17Ni4Cu4Nb，表面缠绕高强度玻璃钢，并采用高温固化树脂粘结固化，耐磨性高。

电极环设置在芯轴1上，用于测量得到全井段的自然电位曲线。电极环外表面缠绕一定宽度(2mm)的铅皮22，保证电极环与地层的良好导通，保证电极环良好的导电性，提高自然电位测井数据质量。

在一个实施例中，存储式自然电位测量仪器需要设置至少两个电极环，图3示出了包含两个电极环的存储式自然电位测量仪器结构示意图。如图3所示，电极环包含第一电极环2以及第三电极环3。

在实际应用中，钻具外壳通过电缆引至存储式自然电位测量仪器中作为参考电极，钻具下端通过绝缘硬电极进行电隔离。自存储式自然电位测量仪器尽量放在仪器串的下半段，使存储式自然电位测量仪器与钻具保持足够的距离。

图6显示了根据本发明的一个实施例的电极环与内部电路连接示意图。

如图6所示，第一电极环2(SP1电极)与第二电极环3(SP2电极)间距为△L。第一电极环2以及第二电极环3分别测量得到第一电极信号以及第二电极信号。内部电路对第一电极信号以及第二电极信号进行处理，结合参考电位得到自然电位SP1和SP2，再通过自然电位SP1和SP2测出两电极间的差分自然电位SP3。

测井时，当钻具静止时，测得的自然电位SP1、SP2为相应深度的地层实际自然电位，SP3为第一电极环2以及第二电极环3之间的电位差(自然电位SP2-自然电位SP1)。

当钻具移动时，由于噪声影响，所测得的自然电位SP1、SP2为混有噪声的自然电位，而SP3由于通过第一电极环2以及第二电极环3差分测得，仍是第一电极环2以及第二电极环3之间的实际电位差，不受噪声的干扰。

存储测井时，地面等时采样仪器深度，下井仪器等时采样自然电位SP1、SP2、SP3；待测井结束、下井仪器返回地面后，将自然电位SP1、SP2、SP3与仪器深度按时间进行一一对应。取钻具静止时即深度数据不变时所测得的自然电位SP1、SP2作为自然电位基准SP，当仪器移动到下一个深度点时，把此深度点的SP3加到SP上，作为此深度的SP，依次进行迭加处理，就可以得到全井段的自然电位曲线。

图7显示了根据本发明的一个实施例的全井段的自然电位曲线测量原理图。

当存储式自然电位测量仪器在深度h₀时，此时存储式自然电位测量仪器处于静止状态，由于没有外界干扰，所测的自然电位SP1、SP2为相应深度地层自然电位值，由此得深度h₀处地层自然电位值为：

SP⁰＝SP1⁰

SP3⁰＝SP2⁰-SP1⁰

当上提或下放钻具测井时，仪器移动到深度h₁时，由于钻具移动造成测量参考电极的电位不稳，使SP1¹、SP2¹所测自然电位不能真实反映相应深度的自然电位，但此时测得的SP1电极和SP2电极间的差分SP3¹不受干扰的影响，能够真实反映两电极间的电位差，由此可得深度h₁处地层自然电位值为：

SP¹＝SP⁰+SP3⁰

SP3¹＝SP2¹-SP1¹

依次类推可得深度h₂～h_i(i＞2)处地层自然电位值为：

SP²＝SP¹+SP3¹

SP3²＝SP2²-SP1²

SP³＝SP²+SP3²

……

SP3^i-1＝SP2^i-1-SP1^i-1

SPⁱ＝SP^i-1+SP3^i-1

一般自然电位深度采样率为每米10点，即深度采样间隔为0.1米，SP1电极和SP2电极的间距设计为0.1米，解决深度推移处理的深度对齐问题。

在钻具上提或下放的过程中，移动一段距离(一般约为每柱钻具的长度)后都要拆除或连接1柱钻具，在拆除或连接钻具时，只有钻井平台以上的钻具处于运动状态，井内钻具坐卡在钻井平台上处于静止状态，此时对SPⁱ进行校正，

步骤1：SPⁱ＝SP1ⁱ

当钻具拆除或连接完毕后，钻具恢复上提或下放时：

步骤2：SPⁱ⁺¹＝SPⁱ+SP3ⁱ

当再次拆除或连接钻具时，再次对此时深度处的SP进行校正，重复步骤1、2直至测量结束。

一般钻具移动约30米就需拆除或连接钻具，在测量过程中，需要多次拆除或连接钻具(如3000米井深，井内钻具静止次数约为100次)，可对SP测量值多次进行校正，这样测量更精准，可以得到全井段很好的自然电位曲线。

本发明充分利用钻具输送测井时更换钻具时仪器静止状态所测自然电位做基准，通过动态差分自然电位处理测得地层自然电位，并可多次对自然电位测量值进行校正。

在一个实施例中，上接头4通过中间接头5与芯轴1的上端连接，用于与其他仪器或钻具进行螺纹连接。下接头6与芯轴1的下端连接(例如螺纹连接)，用于与其他仪器或钻具进行螺纹连接。上护帽7与上接头4螺纹连接，用于防止上接头4顶端外螺纹的丝扣受损。下护帽8与下接头6螺纹连接，用于防止下接头6顶端内螺纹的丝扣受损。

进一步地，上、下接头用于在仪器下井时与其他仪器或钻具进行螺纹连接，在运输、存储过程中，上接头4顶端螺纹连接有上护帽7，下接头6螺纹连接有下护帽8，用于保护存储式自然电位测量仪器，防止仪器上接头4顶端外螺纹和下接头6顶端内螺纹的丝扣受损，而且便于搬运，在连接仪器或钻具时再将其取下。

在一个实施例中，第一外密封环9用于第一电极环2与第二电极环3之间的绝缘，第二外密封环10用于第一电极环2与玻璃钢外壳11之间的绝缘。

综上，如图3所示的存储式自然电位测量仪器在结构设计上有利于电极环间的绝缘、仪器密封耐压耐拉性能并便于引线。

图4显示了根据本发明的一个实施例的上接头与芯轴绝缘部分结构示意图。

在一个实施例中，存储式自然电位测量仪器还包含内部电路，其安装于芯轴大通孔12内，用于对电极环产生的电极信号进行处理。进一步地，内部电路能够对第一电极环2以及第二电极环3产生的电极信号各自进行滤波放大以及两信号的差分SP3放大，然后将不同深度的自然电位SP1、SP2、SP3进行A/D转换并按一定时间间隔进行存储。

在一个实施例中，引线螺钉13用于连通电极环与内部电路，引线螺钉13与电极环之间采用螺纹连接且通过第一双道O圈密封19进行密封，引线螺钉13通过衬套14与芯轴1绝缘隔离。另外，除了用于连通电极环与内部电路，引线螺钉13还起着电极环防转和引线的作用。

需要说明的是，引线螺钉13的数量取决于电极环的数量，每一个电极环具备一个用于连通自身与内部电路的引线螺钉13，本发明不对引线螺钉13的数量作出限制。

在一个实施例中，绝缘套安装在芯轴1外，绝缘套外缠绕电极环。具体来说，图4所示的实施例中包含两个绝缘套，分别为第一绝缘套15以及第二绝缘套16。第一绝缘套15以及第二绝缘套16采用高温玻璃钢材料，用于隔离芯轴1与电极环，同时起到绝缘扶正作用。第一绝缘套15用于隔离芯轴1与第一电极环2，第二绝缘套16用于隔离芯轴1与第二电极环3。

在一个实施例中，第一外密封环9设置在电极环外，第一外密封环9与电极环之间采用双O圈密封承受外部压力。第二外密封环10与玻璃钢外壳11之间采用双O圈密封承受外部压力。第二外密封环10与第一电极环2之间采用第二双O道圈密封20承受外部压力。进一步地，第一外密封环9与第二外密封环10采用聚醚醚酮环。

在一个实施例中，第三绝缘垫18用于隔离相邻的电极环。如图4所示，第三绝缘垫18用于隔离第一电极环2以及第二电极环3。第四绝缘垫21用于隔离芯轴1与第一电极环2。

图5显示了根据本发明的一个实施例的电极环间的绝缘部分结构示意图。如图5所示，上接头4与芯轴1进行绝缘处理，存储式自然电位测量仪器包含：第一绝缘垫24、内防转绝缘套25、压紧螺母26、第二绝缘垫27、内绝缘套28、螺钉29、轴用挡圈30。

在一个实施例中，第一绝缘垫24用于对中间接头5与电极环进行电气绝缘。具体来说，第一绝缘垫24用于对中间接头5与第二电极环3进行电气绝缘。进一步地，第一绝缘垫24采用层压玻璃布板，受压时，可承受30t压力。

在一个实施例中，内防转绝缘套25与第一绝缘垫24连接，用于对中间接头5与芯轴1进行电气绝缘。进一步地，内防转绝缘套25绝缘隔离芯轴1和中间接头5，并承受800N.m防转扭矩。

在一个实施例中，压紧螺母26与芯轴1采用螺纹连接，用于将中间接头5锁紧在芯轴1上。

在一个实施例中，第二绝缘垫27与内防转绝缘套25连接，用于对中间接头5与压紧螺母26进行绝缘。芯轴1外安装第二绝缘垫27，第二绝缘垫27外缠绕第二电极环3，第二电极环3外采用第三外密封环17承受外部压力。

进一步地，第二绝缘垫27采用层压玻璃布板，受拉时，可承受30t拉力，同时具有二次承压防灌功能。第三外密封环17两端O圈密封，内部支撑，承受206MPa外部压力。中间接头5与第三外密封环17之间采用双O圈密封。

在一个实施例中，内绝缘套28采用螺钉29固定在上接头4上，用于对压紧螺母26与上接头4进行绝缘。内绝缘套28起到绝缘防护功能，填充在中间接头5与压紧螺母26之间的间隙，避免潮气或杂质将二者导通。进一步地，内绝缘套28采用螺钉29固定在上接头4上，上接头4与中间接头5采用螺纹连接、双O密封。

在一个实施例中，轴用挡圈30用于防止压紧螺母26松脱。上接头通孔31用于仪器信号过线及电气接插件的安装，便于与其他仪器进行电气连接。芯轴小通孔23用于仪器信号过线及为测量电路的安装提供空间。

在一个实施例中，各部件按图3、图4及图5所示位置依次从右端装配，即装配顺序依次为：下护帽8、下接头6、芯轴1、中间接头5、上接头4、上护帽7，通过压紧螺母26压紧，轴用挡圈30防松。

综上，本发明提供的存储式自然电位测量仪器具有至少两个电极环，在下井时，把钻具外壳通过电缆引至存储式自然电位测量仪器中作为参考电极；本发明能够等时间隔采样存储电极环测得的自然电位及两者的差值；本发明能够依据深度变化，将电极环测得的自然电位及两者的差值进行迭加处理，得到全井段的自然电位曲线。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种存储式自然电位测量仪器，其特征在于，所述仪器包含：

芯轴，其表面缠绕玻璃钢外壳；

至少两个电极环，其设置在所述芯轴上，用于测量得到全井段的自然电位曲线；

上接头，其通过中间接头与所述芯轴的上端连接，用于与其他仪器或钻具进行螺纹连接；

下接头，其与所述芯轴的下端连接，用于与其他仪器或钻具进行螺纹连接；

上护帽，其与所述上接头螺纹连接，用于防止所述上接头顶端外螺纹的丝扣受损；

下护帽，其与所述下接头螺纹连接，用于防止所述下接头顶端内螺纹的丝扣受损。

2.如权利要求1所述的存储式自然电位测量仪器，其特征在于，所述仪器包含：

内部电路，其安装于芯轴大通孔内，用于对电极环产生的电极信号进行处理。

3.如权利要求2所述的存储式自然电位测量仪器，其特征在于，所述仪器包含：

引线螺钉，其用于连通电极环与所述内部电路，所述引线螺钉与电极环之间采用螺纹连接且双道O圈密封，所述引线螺钉通过衬套与所述芯轴绝缘隔离。

4.如权利要求1所述的存储式自然电位测量仪器，其特征在于，所述仪器包含：

绝缘套，其安装在所述芯轴外，所述绝缘套外缠绕电极环；

第一外密封环，其设置在电极环外，所述第一外密封环与电极环之间采用双O圈密封承受外部压力；

第二外密封环，其与所述玻璃钢外壳之间采用双O圈密封承受外部压力；

第三绝缘垫，其用于隔离相邻的电极环。

5.如权利要求1所述的存储式自然电位测量仪器，其特征在于，所述上接头与所述芯轴进行绝缘处理，所述仪器包含：

第一绝缘垫，其用于对所述中间接头与电极环进行电气绝缘；

内防转绝缘套，其与所述第一绝缘垫连接，用于对所述中间接头与所述芯轴进行电气绝缘；

压紧螺母，其与所述芯轴采用螺纹连接，用于将所述中间接头锁紧在所述芯轴上；

第二绝缘垫，其与所述内防转绝缘套连接，用于对所述中间接头与所述压紧螺母进行绝缘；

内绝缘套，其采用螺钉固定在所述上接头上，用于对所述压紧螺母与所述上接头进行绝缘；

轴用挡圈，其用于防止所述压紧螺母松脱。

6.如权利要求5所述的存储式自然电位测量仪器，其特征在于，装配顺序依次为：下护帽、下接头、芯轴、中间接头、上接头、上护帽，通过所述压紧螺母压紧，所述轴用挡圈防松。

7.如权利要求1所述的存储式自然电位测量仪器，其特征在于，所述中间接头与电极环外的第三外密封环之间采用双O圈密封。

8.如权利要求1所述的存储式自然电位测量仪器，其特征在于，所述上接头与所述中间接头采用螺纹连接且双O圈密封。

9.如权利要求1所述的存储式自然电位测量仪器，其特征在于，所述上接头包含：

上接头通孔，其用于仪器信号过线及电气接插件的安装，便于与其他仪器进行电气连接。

10.如权利要求1所述的存储式自然电位测量仪器，其特征在于，所述芯轴包含：

芯轴小通孔，其用于仪器信号过线及为测量电路的安装提供空间。

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