CN201363137Y - 一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置 - Google Patents

Abstract

一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，采用发射天线在接收天线一侧且具有不等源距的非对称线圈系，将非对称线圈系和测量电路套装在钻铤上，得到具有多个探测深度的地层电阻率测量值，并在钻铤上安装超声探头和测量电路，测量井眼直径，根据电阻率测量值与井眼直径和泥浆电导率的关系，对地层电阻率测量值进行补偿修正，实现地层电阻率的准确测量。既能够使测量装置长度缩短，减少制造费用，避免在大斜度井或具有小曲率半径的分支井中造成仪器弯曲、卡钻情况的发生，又能够实现实时井眼补偿功能，不影响钻井速度，有利于在大斜度井、水平井中，根据地质信息及时调整井眼轨迹，控制钻具穿行在油藏最佳位置。

Description

一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置

技术领域：

本实用新型涉及石油钻井和测井领域，特别是涉及到随钻电阻率测井技术，具体地讲是一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置。

背景技术：

在石油行业地质导向钻井和随钻测井中，通常由随钻电磁波电阻率测量装置获得地层电阻率，用来划分地层剖面、鉴别油气层、确定储层的含油饱和度，是测井解释评价油气储藏的主要依据。

目前，公知的随钻电磁波电阻率测量装置通常采用具有多个发射线圈和接收线圈的线圈系，利用电磁波传播原理，发射线圈以不同的工作频率发射电磁波，电磁波经过地层传播之后被不同间距的接收器接收，得到多组接收信号的相位差和幅度比，经过转换之后，获得不同探测深度的相位差电阻率或幅度衰减电阻率。由于在测量过程中，井眼直径变化(如凹凸不平)会导致测量值不能真实反映地层电阻率，因此，为了获得地层真电阻率，需要对测量值进行井眼补偿。在现有技术中，根据线圈系结构的不同，有三种不同的测量装置和井眼补偿方法。

第一种测量装置采用对称结构线圈系，发射线圈对称安装在接收线圈两侧，利用线圈结构的对称性，通过对相同探测深度的测量值进行平均，实现井眼补偿。这种补偿方式简单，测量装置结构实现难度小，但由于线圈系为对称结构，装置的长度较长，不仅使仪器制造费用提高，更重要的是，在大斜度井或具有小曲率半径的分支井中容易造成仪器弯曲、卡钻的情况。

第二种测量装置采用非对称结构线圈系，发射线圈安装在接收线圈一侧，发射线圈之间的距离和接收线圈之间的距离相等，利用发射和接收电磁波的互易性和深度偏移测量方式，通过对每个发射器与一对接收器在相同深度位置得到的多个测量值进行平均实现补偿测量。这种测量装置长度短，结构紧凑，但其补偿方式要求每次测量时，发射器位置与前一次测量时接收器位置严格对齐，否则会导致补偿失效，因此限制了钻进速度，降低了钻井时效，另外，由于采用两次测量才能得到一次补偿测量值，因此测量的实时性较低。

第三种测量装置的线圈系与第二种测量装置的线圈系类似，但发射线圈之间的距离和接收线圈之间的距离不相等，在不同测量点，利用多组三线圈(单发双收或双发单收)，得到多个不同径向探测深度的测量值，利用软件聚焦算法，将同一径向探测深度的测量值校正到同一个测量点位置，并对这些测量值进行加权平均实现补偿测量。这种软件计算补偿方式能够实现完全井眼补偿，但软件聚焦算法复杂，且算法的准确性对线圈系结构依赖性大，因此实现难度大。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了提供一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，与现有技术相比，该装置具有较短长度，且能够实现简单、实时、准确的随钻电磁波电阻率井眼补偿功能。

本实用新型的技术方案为：

一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，包括钻铤、密封圈、线圈骨架、发射线圈、接收线圈、电磁波发射电路模块、电磁波接收电路模块、微处理器电路模块，还包括保护套筒、通讯口接头、超声探头、超声波电路模块、超声波电路盖板、导流套总成；

钻铤壳体外表面从中间位置开始至下端被均匀铣去一部分，形成钻铤细径段和钻铤粗径段。

在钻铤细径段中部，安装至少两个发射线圈和至少两个接收线圈，发射线圈在接收线圈一侧，两个相邻接收线圈之间的距离以及两个相邻发射线圈之间的距离互不相等。

发射线圈和接收线圈分别缠绕在线圈骨架上，线圈骨架镶嵌安装在钻铤细径段表面，线圈外面包裹有绝缘胶带，并在线圈表面以及线圈与线圈骨架之间的缝隙处填充有绝缘胶。

在接收线圈与发射线圈上下两侧的钻铤细径段表面，靠近发射线圈处安装有电磁波发射电路模块，靠近接收线圈处安装有电磁波接收电路模块、微处理器电路模块，电磁波发射电路模块和电磁波接收电路模块通过导线分别连接至发射线圈和接收线圈。

在钻铤细径段上根部加工有外螺纹，在外螺纹下部以及钻铤细径段下端安装有密封圈。

在钻铤细径段外面安装有保护套筒，保护套筒的外径与钻铤粗径段的外径相同，且一端加工有内螺纹。保护套筒的材料可以是玻璃钢或无磁不锈钢，在无磁不锈钢保护套筒表面，相对于发射线圈和接收线圈位置处，开有轴向细长缺口，缺口用橡胶浇铸密封。

在保护套筒表面相对于微处理器电路模块位置处，镶嵌安装有通讯口接头。

在钻铤粗径段中部，镶嵌安装有至少一个超声探头，超声波电路模块安装在超声探头下部，并由超声波电路盖板密封，超声探头的谐振频率为500kHz～1MHz，耐压至少为120Mpa，超声波电路模块通过导线连接至超声探头。

在钻铤粗径段上端安装有导流套总成。

微处理器电路模块分别通过导线连接至电磁波发射电路模块、电磁波接收电路模块、超声波电路模块、通讯口接头、导流套总成。

本实用新型所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置具有的有益效果是，通过采用发射线圈间距与接收线圈间距不同的非对称多线圈系，以及超声波井径测量结果，实现具有多个探测深度的井眼补偿电阻率测量，既能够使测量装置长度缩短，减少制造费用，避免在大斜度井或具有小曲率半径的分支井中造成仪器弯曲、卡钻情况的发生，又能够实现实时井眼补偿功能，不影响钻井速度，有利于在大斜度井、水平井中，根据地质信息及时调整井眼轨迹，控制钻具穿行在油藏最佳位置。

下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。

附图说明：

图1表示本实用新型测量装置的轴向剖面图；

图2表示本实用新型测量装置的系统电路框图；

图3表示本实用新型实施方式所述的井眼对原始相位差电导率的影响曲线。

具体实施方式：

现结合说明书附图1、2、3，对本实用新型作进一步描述。

图1表示一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置的轴向剖面图。钻铤1为测量装置的安装骨架以及井下钻具的一部分。从钻铤1中间位置开始至下端将表面均匀铣去一部分，形成钻铤细径段和钻铤粗径段。在钻铤细径段根部加工有外螺纹，用于保护套筒7的连接。在外螺纹下部以及钻铤细径段下端安装有密封圈2，用于保护套筒7内部部件的密封。

在钻铤细径段中间部位，按不等间距镶嵌有多个线圈骨架4，发射线圈6和接收线圈5分别缠绕在线圈骨架4上，线圈外面包裹有绝缘胶带，并填充有绝缘胶。发射线圈6和接收线圈5组成了具有多个探测深度的电阻率测量线圈系，线圈系包括至少两个发射线圈6和至少两个接收线圈5，各线圈之间的距离根据所需要的线圈探测特性预先确定，但相邻两个接收线圈5之间的距离以及相邻两个发射线圈6之间的距离互不相等，且发射线圈6在接收线圈5一侧，可以在接收线圈5上部或下部。在本实施方式中，线圈系包含三个发射线圈6和两个接收线圈5，两个接收线圈5的间距为6英寸，每个发射线圈6到两个接收线圈5中点的距离分别为13英寸、27英寸、43英寸，且发射线圈6在接收线圈5下部，线圈采用多股漆包线绕制而成。

在接收线圈5与发射线圈6上下两侧的钻铤细径段表面，靠近发射线圈6处安装有电磁波发射电路模块8，靠近接收线圈5处安装有电磁波接收电路模块3、微处理器电路模块9。微处理器电路模块9通过导线分别连接至电磁波发射电路模块8和电磁波接收电路模块3，电磁波发射电路模块8通过导线连接至发射线圈6，电磁波接收电路模块3通过导线连接至接收线圈5，为防止高频干扰，导线最好采用同轴电缆，且电磁波发射电路模块8和电磁波接收电路模块3外面最好安装屏蔽罩。

在钻铤细径段外面套入一端带有内螺纹且与钻铤粗径段外径相同的保护套筒7。保护套筒7材料可以是玻璃钢或无磁不锈钢，如果采用无磁不锈钢材料，为了防止保护套筒7阻碍电磁波的发射和接收，在保护套筒7表面且与每个线圈相对的位置处，开有多个轴向细长缺口，并用绝缘材料浇铸密封。在保护套筒7表面，相对于微处理器电路模块9位置处，嵌入安装有通讯口接头10，通讯口接头10通过导线与微处理器电路模块9连接，用于测量装置的功能设置和数据下载。

为了在测量电阻率的同时获得实时井眼直径，以便根据井眼直径对电阻率测量值进行补偿修正，在钻铤粗径段下部安装有超声波电路模块11，超声波电路模块11通过导线与微处理器电路模块9连接，超声波电路模块11由超声波电路盖板12密封。在超声波电路模块11上部镶嵌安装有超声探头13，超声探头13可以是一个或多个，且超声探头13的谐振频率为500kHz～1MHz，耐压至少为120MPa。本实施方式采用一个超声探头13，超声探头13的引线通过导导线与超声波电路模块11连接。

为了实现本实用新型所述的测量装置与其它井下测量装置一起工作时的电气连接，在钻铤1上部安装导流套总成14，导流套总成14下部导线孔内的导线与超声波电路模块11连接，并连接至微处理器电路模块9。当本实用新型所述的测量装置与其它井下测量装置通过螺纹连接在一起时，导流套总成14上部连接至其它井下测量装置的电路部分，从而实现电气连接。

图3表示一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置的系统电路框图，系统电路包括电磁波发射电路模块8、电磁波接收电模块3、微处理器电路模块9和超声波电路模块11，其中前三个模块用于电阻率测量，后一个用于井眼直径测量，微处理器电路模块9还负责对其它电路模块进行控制。

电磁波发射电路模块8包括高频信号源18、驱动电路17、发射选择电路16、发射适配器15。微处理器电路模块9产生预先设定的发射时序，控制高频信号源18分时产生频率为400kHz和2MHz的正弦波或方波信号作为激励信号，经过驱动电路17进行功率放大，由发射选择电路16依次选定三个发射线圈6，送入发射适配器15，发射适配器15由无源元件组成，实现阻抗匹配，并减少功率消耗，发射适配器15输出端接发射线圈6，为防止高频信号干扰，发射适配器15的输出端与发射线圈6之间最好通过同轴电缆连接，激励信号使发射线圈6将电磁波向地层发射出去。

经过地层传播的电磁波信号被接收线圈5接收，并被送入电磁波接收电模块3。电磁波接收电路模块3包括接收适配器19、高频放大器20、混频器21、本振电路22、中频滤波放大器23、电阻率数据采集器24。由于采用两个接收线圈5，因此有两路接收信号，为了防止两路接收信号之间的相互干扰，将这两路信号的处理是分开的。接收线圈5所接收到的信号通过同轴电缆连接到接收适配器19实现阻抗匹配，然后送入高频放大器20。经过放大后的高频信号送入混频器21。本振电路22受控于数字信号处理器25，产生预定频率的信号送入混频器21，从而在混频器21输出端产生中频信号，经过中频滤波放大器23，由电阻率数据采集器24转换为数字信号，送入数字信号处理器25，完成原始幅度比电阻率和原始相位差电阻率的数值计算。

微处理器电路模块9包括数字信号处理器25、存储电路26和通讯接口电路27，其中，数字信号处理器25主要用来产生控制其它电路工作的时序，包括电磁波和超声波的发射、接收，数字信号处理器25还对各测量信号进行快速计算，因此数字信号处理器25采用高速DSP芯片。另外，数字信号处理器25还与存储电路26、通讯接口电路27相连，用于数据存储以及与其它测量装置之间的数据传输。

超声波电路模块11包括超声波激励电路30、脉冲变压器28、高压储能电路29、回波输入放大器31、回波滤波放大器32、回波数据采集器33。微处理器电路模块9产生一个控制脉冲，送给超声波激励电路30，使高压储能电路29产生的400V直流高压加到脉冲变压器28的初级，从而在脉冲变压器28的次级产生数千伏的高压脉冲，激励超声探头13产生向外发射的超声波。超声波到达井壁后发射回来并被超声探头13接收，然后送入回波输入放大器31进行初步的放大滤波，再经过回波滤波放大器32完成进一步的放大滤波，最后由回波数据采集器33转换为数字信号，送入数字信号处理器25，数字信号处理器25通过实时滤波算法去除噪声后，检出超声波信号，根据超声波从发射到接收所用的时间，计算出超声探头13与井壁的距离和井眼直径。

图3表示使用本发明实施方式所述的三发两收线圈系结构时，井眼对原始相位差电导率的影响曲线，图中，σ_Φ表示相位差电导率，σ_m表示井眼泥浆电导率，σ_t表示经过地层的真电导率，d_h表示井眼直径，Sm^-1为电导率单位。

根据线圈系的探测特性，可以得到不同井眼情况下的井眼对原始相位差电导率的影响曲线，而且，当井眼直径较小，例如井眼直径小于

英寸时，泥浆电导率对σ_Φ的影响基本可以忽略，σ_Φ＝σ_t，但随着井眼直径的增大，当泥浆电导率较大时，需要对测量值进行校正，将原始相位差电导率修正为地层的真电导率。图3只示出了井眼直径为

英寸时的情况。对于原始幅度比电阻率与井眼之间也有类似的关系。由于电导率为电阻率的倒数，因此不影响电阻率测量值的校正。

该曲线可以制作成图版，在地面通过计算机进行电阻率测量值的校正，但在本实用新型中，用它来进行井下实时校正。对该曲线经过数字化之后，作为数字信号处理器内部程序的一部分。井眼泥浆电导率可以在每次下井之前，预先存入数字信号处理器中。当数字信号处理器完成原始电阻率和井眼直径计算之后，通过插值计算，得到原始相位差电阻率测量值所对应的地层真电阻率。

Claims (11)

1、一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，包括钻铤(1)、密封圈(2)、线圈骨架(4)、发射线圈(6)、接收线圈(5)、电磁波发射电路模块(8)、电磁波接收电路模块(3)、微处理器电路模块(9)，其特征在于，还包括保护套筒(7)、通讯口接头(10)、超声探头(13)、超声波电路模块(11)、超声波电路盖板(12)、导流套总成(14)；

钻铤(1)壳体外表面从中间位置开始至下端被均匀铣去一部分，形成钻铤细径段和钻铤粗径段；

在钻铤细径段中部，安装至少两个发射线圈(6)和至少两个接收线圈(5)；

在接收线圈(5)与发射线圈(6)上下两侧的钻铤细径段表面，靠近发射线圈(6)处安装有电磁波发射电路模块(8)，靠近接收线圈(5)处安装有电磁波接收电路模块(3)、微处理器电路模块(9)；

在钻铤细径段外面安装有保护套筒(7)；

在钻铤粗径段中部，镶嵌安装有超声探头(13)，超声波电路模块(11)安装在超声探头(13)下部，并由超声波电路盖板(12)密封；

在钻铤粗径段上端安装有导流套总成(14)。

2、根据权利要求1所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，其特征在于，发射线圈(6)在接收线圈(5)一侧，两个相邻接收线圈(5)之间的距离以及两个相邻发射线圈(6)之间的距离互不相等。

3、根据权利要求1所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，其特征在于，发射线圈(6)和接收线圈(5)分别缠绕在线圈骨架(4)上，线圈骨架(4)镶嵌安装在钻铤细径段表面，线圈外面包裹有绝缘胶带，并在线圈表面以及线圈与线圈骨架(4)之间的缝隙处填充有绝缘胶。

4、根据权利要求1所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，其特征在于，在钻铤细径段上根部加工有外螺纹，在外螺纹下部以及钻铤细径段下端安装有密封圈(2)。

5、根据权利要求1所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，其特征在于，保护套筒(7)的外径与钻铤粗径段的外径相同，且一端加工有内螺纹。

6、根据权利要求1所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，其特征在于，保护套筒(7)的材料可以是玻璃钢或无磁不锈钢，在无磁不锈钢保护套筒表面，相对于发射线圈(6)和接收线圈(5)位置处，开有轴向细长缺口，缺口用橡胶浇铸密封。

7、根据权利要求1所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，其特征在于，在保护套筒(7)表面相对于微处理器电路模块(9)位置处，镶嵌安装有通讯口接头(10)。

8、根据权利要求1所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，其特征在于，至少包括一个超声探头(13)，且超声探头(13)的谐振频率为500kHz～1MHz，耐压至少为120MPa。

9、根据权利要求1所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，其特征在于，电磁波发射电路模块(8)和电磁波接收电路模块(3)通过导线分别连接至发射线圈(6)和接收线圈(5)。

10、根据权利要求1所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，其特征在于，超声波电路模块(11)通过导线连接至超声探头(13)。

11、根据权利要求1所述的一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置，其特征在于，微处理器电路模块(9)分别通过导线连接至电磁波发射电路模块(8)、电磁波接收电路模块(3)、超声波电路模块(11)、通讯口接头(10)、导流套总成(14)。

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