CN201428453Y - 井下人工放射性储层流体分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下人工放射性储层流体分析仪，安装在测井仪器中，包括通信及控制部分、取样及样品处理部分、核探测器、样品数据分析中心和样品腔、人工放射源和放射性源控制器。其中通信及控制部分一方面通过测井电缆与地面相连接，另一方面分别连接取样及样品处理部分、核探测器、样品数据分析中心和放射性源控制器，放射性源控制器连接人工放射源；取样及样品处理部分中具有取样器，取样器采集样品，将样品放入样品腔中进行分析，分析完毕之后将样品推出样品腔。本实用新型将对样品的分析完全放在井下完成，一次下井可以分析多个样品，分析过程中完全保持样品原样，从而使分析结果最接近真实情况。

Description

井下人工放射性储层流体分析仪

技术领域

本实用新型涉及一种用于油气资源勘探的井下流体分析仪，尤其涉及一种采用人工放射源，在井下直接对样品进行分析并实现分析数据预处理的井下人工放射性储层流体分析仪，属于石油勘探技术领域。

背景技术

石油是多种工业产品的基础原料，其供应量关系到国计民生。根据研究，2008年我国对国外石油资源的依赖程度为47.9％，即石油供应的将近一半需要依赖国外进口。面对这种情况，迫切需要在石油勘探上取得重大突破，探明更多的储量，以减小石油供应的缺口。

石油埋藏在地下几十米到几千米深度不等的有孔隙、裂缝或溶洞的岩石中。为了寻找和开采石油，需要从地面向地下的油气层之间钻凿出一个通道，这个过程被称为钻井。钻井作业时，依靠钻机的动力带动钻杆和钻头旋转，钻头逐次向下破碎遇到的岩层，并形成一个井筒。钻头到达设计深度后，要在井筒内下入仪器进行测井作业，以便确定井下地层岩性和各个油、气、水层的位置。

石油测井是利用声、电、核、磁等学科原理，大量应用现代新材料、新工艺、微电子和计算机技术，在高温、高压的井筒环境对地层进行测量的技术，是精确了解地层构造和地层组分，寻找油气资源并对其进行评价的重要手段。随着油气勘探开发的不断深入，其对象也越来越复杂。测井作为石油勘探开发的重要技术手段，其地位和作用也日益彰显。

目前使用较为普遍的测井技术包括随钻测井、核磁共振测井、过套管测井、电缆测井等。此外，有的公司还研制出了多极子声波、多分量感应、油基泥浆电阻率成像等新型井下仪器。但是，这些技术仍然存在一定的不足，例如在现有的电缆测井仪器中，常见的样品分析做法有两种：1.将要分析的地层样品从高温高压的几千米井下取出到地面，送回到基地的分析化验中心，在常温常压状态下，使用常规方法进行各种物理、化学方面的分析化验。2.将分析样品在井下直接进行光谱或核磁共振的方法进行分析。这两种方法的不足之处在于：第1种方法完全破坏了样品的高温高压状态，由于要将样品从井下取出，送到工作基地，时效差，风险也大，每次只能分析2～3个样品，作业周期长，非常不经济。第2种方法虽然保持了样品的原始状态，但由于使用光谱或核磁共振的方法使仪器可获得的信息有限，并和常规测井方法的关联度较差。

因此，广大石油勘探企业亟需一种具有中子发生器等人工放射源、能够高速、有效地分析井下样品的新型储层流体分析仪问世。

发明内容

鉴于现有技术所存在的不足和国内石油勘探企业的现实需求，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种新型的井下人工放射性储层流体分析仪。该仪器采用人工放射源，可以直接在井下对样品进行分析并实现分析数据预处理。

为实现上述的目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种井下人工放射性储层流体分析仪，其特征在于：

所述井下人工放射性储层流体分析仪包括通信及控制部分、取样及样品处理部分、核探测器、样品数据分析中心和样品腔、人工放射源和放射性源控制器；

所述通信及控制部分一方面通过测井电缆与地面相连接，另一方面分别连接取样及样品处理部分、核探测器、样品数据分析中心和放射性源控制器，所述放射性源控制器连接人工放射源；

所述取样及样品处理部分中具有取样器，所述取样器采集样品，将所述样品放入所述样品腔中进行分析，分析完毕之后将样品推出所述样品腔。

其中，所述人工放射源为中子发生器。

所述中子发生器封闭在样品腔后方的一个腔体内，一端通过减震橡胶、另外一端通过减震弹簧与腔体内部接触以实现固定。

所述闭合腔体的前端为样品腔，后端是可以实现往复运动的活塞。

所述取样及样品处理部分、样品数据分析中心和放射性源控制器分别使用独立的微处理器进行控制。

所述井下人工放射性储层流体分析仪还包括用于判断样品是否是地层原液的样品识别器，所述样品识别器与所述通信及控制部分进行连接。

所述样品识别器包括放大器、恒流源和四个电极，其中两个电极连接所述放大器，另外两个电极连接所述恒流源。

本实用新型所提供的井下人工放射性储层流体分析仪将对样品的分析完全放在井下完成，一次下井可以分析多个样品，分析过程中完全保持样品原样，从而使分析结果最接近真实情况；采用高速嵌入式工业控制和数据分析计算，配合元素谱图对样品进行详细的分析，并将数据送地面显示，操作过程十分便利。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

图1为安装有本井下人工放射性储层流体分析仪的测井仪器的仪器串图；

图2为本井下人工放射性储层流体分析仪的整体结构示意图；

图3为本井下人工放射性储层流体分析仪的各部分连接关系示意图；

图4为本井下人工放射性储层流体分析仪的具体电路原理图；

图5为用于判断样品是否是地层原液的样品识别器的原理示意图；

图6为在井下完成取样和弃样操作的取样器结构示意图。

具体实施方式

图1为安装有本井下人工放射性储层流体分析仪的测井仪器的仪器串图。在该测井仪器中，首端顺序连接的1、2、3、4和5部分即为本井下人工放射性储层流体分析仪(简称为流体分析仪)，尾端通过测井电缆与位于地面的通信系统和计算机设备进行信息交换，在该流体分析仪的后端是执行张力测量、温度测量、泥浆电阻率测量、自然伽马(自然电位)测量、数据通信等功能的多个仪器。这些仪器都是本领域普通技术人员熟悉的常规仪器，在此就不详细赘述了。在这些仪器与测井电缆6之间，是一个起着快速机电连接作用的马笼头7。该马笼头也是本领域一般技术人员都很熟悉的常规设计，例如专利号为03252767.5的中国实用新型专利就介绍了一种电极、电缆测井马笼头。

图2所示为本流体分析仪的整体结构示意图。其中的通信及控制部分即为图1中的第1部分，其作用在于完成井下主通信系统或地面通信系统的信息交换，同时完成对井下各功能部件的控制和信息采集；取样及样品处理部分对应着图1中的第2部分，其作用在于完成对地层和地层液体的样品采集，并将用过的样品进行合适的处理；核探测器、样品数据分析中心和样品腔对应着图1中的第3部分，其中核探测器用于实现对各种元素的非弹性和弹性及俘获谱的采集，样品数据分析中心用于实现对测量数据的采集、分析和计算，样品腔用来存放取样器取回到仪器中的泥浆样品或地层及地层液样品。在样品腔的周围可以放置2～3种放射性屏蔽材料8。人工放射源对应着图1中的第4部分；而放射性源控制器对应着图1中的第5部分。这两部分的作用在于完成放射性粒子的产生，并在放射性源控制器的协助下，得到合适的放射性射线去轰击样品。

上述各部分之间的连接关系如图3所示，其中通信及控制部分一方面通过图1所示的测井电缆与地面相连接，另一方面分别连接取样及样品处理部分、核探测器及样品数据分析中心和放射性源控制器。放射性源控制器连接人工放射源。该人工放射源向样品腔中的样品发射高能射线，该高能射线由核探测器接收之后，由样品数据分析中心对其进行分析和处理，并将有关的结果通过前述的通信及控制部分上传给地面。取样及样品处理部分中具有取样器。该取样器采集测井仪器侧壁的储层流体样品，将其放入样品腔中进行分析，分析完毕之后将样品推出样品腔，以便让空出的样品腔能够容纳新的样品。

图4所示为本流体分析仪的具体电路原理图。针对井下工作的特殊需要(常用的测井电缆总共只有七根线，数据传输存在传输速率低、带宽窄等瓶颈问题，因此应尽量减少内部的数据传输)，分别采用了专用于液压控制的微处理器(图示为CPU，下同)、专用于数据分析和探测处理的微处理器和专用于控制放射性源控制器的微处理器。这些微处理器都与上述的通信及控制部分进行连接。其中，用于液压控制的微处理器控制有关的驱动电路和液压执行电路执行推靠、回缩、取样、弃样等操作。用于数据分析和探测处理的微处理器向光电倍增管发出高压控制信号，并接收光电倍增管返回的脉冲信号。用于控制放射性源控制器的微处理器向放射性源的控制电路发出高压控制信号和电离控制信号。中子通量检测器的通量检测结果将返回给该微处理器。

在本实用新型中，所使用的人工放射源优选为中子发生器，但也可以是镅铍源、伽马源等发出射线的放射源。以采用中子发生器为例，中子发生器产生所需能量的中子束，轰击样品。该中子发生器由相应的控制电路完成对中子产额和稳定性的控制。在测井时，中子发生器随井下仪器放入钻孔中由中子发生器放出的快中子经过一系列碰撞而减弱到热能状态，再经过一定距离的扩散，最后被吸收。由于氢对中子具有特别大的减速能力，所以岩石的减速性质主要由岩层中含氢量的多少决定。中子测井可以用来寻找具有特殊中子性质的矿产(如硼)和研究岩层的孔隙度，以及根据氯的含量区别油水层。

本流体分析仪的工作过程是这样的：

当流体分析仪进入井下的目的层位后，在地面的控制下对目的层进行取样：首先由地面工程师操控仪器，启动液压系统。先对井筒泥浆进行引采样，并进行样品的分析，计算数据并存贮，然后弃样品对井壁推靠封隔，采集地层样品。在采集的同时对样品进行分析判断。若为地层原样，则启动分析程序，分析样品，如此循环。分析的数据由流体分析仪的通信部分送地面，地面给下井仪的数据和指令也通过通信部分送达井下仪。

在工作过程中，流入流体分析仪的液体样品，是不是地层原液由装在流体分析仪内部的样品识别器来识别，其原理如图5所示。由恒流源9给一号和四号电极供电，在样品流管内形成电流通路，当电流流过三号、四号电极时，形成电位差，该电位差送入放大器中进行放大，当电流一定时，通过测量流过三号、四号电极的电压可求得三号、四号之间的电阻。

所测的样品电阻率，可由下式来计算：

r＝k·R

K是一个和样品管直径和三号、四号电极距离有关的系数，通过理论计算或刻度可以确定，由此计算出样品管中的样品电阻率，用以判别是否是泥浆，泥浆滤液或是地层原液。

本流体分析仪还有一个重要特点在于取样器能够在井下完成取样和弃样的操作。如图6所示，中子发生器12封闭在样品腔10后方的一个闭合腔体内。在闭合腔体的内部，中子发生器12一端通过减震橡胶11、另外一端通过减震弹簧13与腔体内部相接触，从而实现固定。该闭合腔体的前端为样品腔10，后端是一个可以实现往复运动的活塞14。这样，通过液压控制的活塞的往复运动，中子发生器12随闭合腔体整体进行往复运动。当活塞14后退时，样品腔10的空间扩大，可以容纳新的样品；当活塞14前进时，样品腔10的空间缩小，从而将原有的样品向外挤出。

在完成取样和弃样的操作时，首先判断进入流体分析仪样品管路中的液体是否为地层原液。如果是则由液压控制系统控制关闭样品腔排除口阀门，打开样品腔进口阀门，在A口输入高压液压油流，B口接油箱，活塞向下运动，打开样品腔，当样品腔达到全部打开后，开启中子发生器进行样品轰击，分析样品元素。分析结束后，关闭样品腔进口C，打开样品腔排除口D，在B口送高压油流，A口接油箱，活塞向上运动，将原有样品挤出，为下次样品的采取做好准备。

与现有的类似产品相比较，本实用新型所提供的流体分析仪可以将样品在井下保持原状进行分析，一次下井可以分析多个样品，分析过程中完全保持样品原样，从而使分析结果最接近真实情况。所获得的分析数据在井下进行了预处理，在地面进一步处理后可以直接显示结果供地质学家参考。

以上对本实用新型所提供的井下人工放射性储层流体分析仪进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (7)

1.一种井下人工放射性储层流体分析仪，其特征在于：

所述井下人工放射性储层流体分析仪包括通信及控制部分、取样及样品处理部分、核探测器、样品数据分析中心和样品腔、人工放射源和放射性源控制器；

所述通信及控制部分一方面通过测井电缆与地面相连接，另一方面分别连接取样及样品处理部分、核探测器、样品数据分析中心和放射性源控制器，所述放射性源控制器连接人工放射源；

所述取样及样品处理部分中具有取样器，所述取样器采集样品，将所述样品放入所述样品腔中进行分析，分析完毕之后将样品推出所述样品腔。

2.如权利要求1所述的井下人工放射性储层流体分析仪，其特征在于：

所述人工放射源为中子发生器。

3.如权利要求2所述的井下人工放射性储层流体分析仪，其特征在于：

所述中子发生器封闭在样品腔后方的一个腔体内，一端通过减震橡胶、另外一端通过减震弹簧与腔体内部接触以实现固定。

4.如权利要求2所述的井下人工放射性储层流体分析仪，其特征在于：

所述闭合腔体的前端为样品腔，后端是可以实现往复运动的活塞。

5.如权利要求1所述的井下人工放射性储层流体分析仪，其特征在于：

所述取样及样品处理部分、样品数据分析中心和放射性源控制器分别使用独立的微处理器进行控制。

6.如权利要求1所述的井下人工放射性储层流体分析仪，其特征在于：

所述井下人工放射性储层流体分析仪还包括用于判断样品是否是地层原液的样品识别器，所述样品识别器与所述通信及控制部分进行连接。

7.如权利要求6所述的井下人工放射性储层流体分析仪，其特征在于：

所述样品识别器包括放大器、恒流源和四个电极，其中两个电极连接所述放大器，另外两个电极连接所述恒流源。

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