CN202441370U

CN202441370U - 一种随钻方位伽玛探测仪

Info

Publication number: CN202441370U
Application number: CN2012200694998U
Authority: CN
Inventors: 巩宪锋; 远方; 高增欣
Original assignee: YANTAI HENGTAI OILFIELD TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd; BEIJING HENGTAI WANBO PETROLEUM TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Beijing Hengtai Huambo Petroleum Technology Limited by Share Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2022-02-28

Abstract

本实用新型实施例提供一种随钻方位伽玛探测仪，包括：抗压筒、骨架、磁传感器组、加速度传感器组、C形金属屏蔽罩、碘化钠闪烁晶体、光电倍增管、高压电源、信号处理电路模块、上连接器；其中，在骨架上部设计有两个相互正交的槽，用来安装磁传感器组和加速度传感器组；在骨架中部设计有电路板安装槽，用来安装信号处理电路模块和高压电源；光电倍增管和碘化钠闪烁晶体通过小螺钉安装在骨架的下部；在碘化钠闪烁晶体的外侧镶有C形金属屏蔽罩，留有一个伽玛测量窗口；在骨架的丝扣根部分安装上连接器；所述随钻方位伽玛探测仪中除上连接器外均装在抗压筒中。本实用新型实施例提供了一种体积小、上井施工方便的随钻方位伽玛探测仪。

Description

一种随钻方位伽玛探测仪

技术领域

本实用新型涉及一种在油层施工中的无线随钻测量仪器，尤其涉及一种随钻方位伽玛探测仪。

背景技术

目前，在钻井行业的随钻测量领域，公知的地层岩性识别方法是根据不同地层岩性所具有的不同自然放射性强度，测量地层岩石所放射出的伽玛射线来确定地层岩性。作为随钻测量技术的一部分，自然随钻伽玛技术已经是一种常规技术，在国内外钻井施工中得到广泛应用。它的缺点是测量结果仅为地层放射性的平均响应，无法及时识别地层岩性和分辨不同岩性的界面。而随钻方位伽玛测量技术不但能够测量周围地层的平均伽玛辐射，而且还能够利用测量的高、低边伽玛值判定所在地层界面的位置，有利于合理控制井眼轨迹。但随钻方位伽玛测量技术的应用还较少，尤其在国内。目前国外石油公司如Halliburton，Baker Hughes等也有自己的随钻方位伽玛测量仪，国内胜利钻井研究所也申请了自己的方位伽玛专利。

Halliburton公司的方位伽玛是采用钻铤式结构，即在钻铤内支架上径向均匀分布16只盖革-米勒管。把左8只分为A区，右8只分为B区，A、B采用独立的测量电路，其测量区域相差180度。仪器既可以作为单体伽玛使用也可以作为方位伽玛使用，作为单体伽玛使用时，其中A或者B工作，另一只作为冗余备份使用；在作为方位伽玛使用时，需要把测斜仪的工具面角和A、B绑定，实现高、低边伽玛的测量。

Baker Hughes的方位伽玛与国内胜利钻井研究院的专利有些相似，他们都是在钻铤径向相差180度处分别加工两个V形槽，并嵌入两个单体伽玛，在伽玛传感器的底部分别采用铅板或其它高密度的金属屏蔽。由于两只伽玛间隔180度，在水平钻进时，一个伽玛传感器处在高边位置，另外一个就处在低边位置，通过与测斜仪器的工具面角绑定就可实现伽玛位置的高、低边识别。

前面两种方案都需要把伽玛传感器固定在专用的钻铤上，由于钻铤尺寸和重量大，并且需要采用专用的工具与钻杆对接，对于不同的井眼尺寸需要不同的钻铤直径的方位伽玛，这样在井上作业施工中十分不方便；另外在电源和信号线的布置上，需要采用滑环等实现不同仪器的对接，系统的可靠性低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种随钻方位伽玛探测仪，以提供一种体积小、上井施工方便的随钻方位伽玛探测仪。

为达上述目的，本实用新型实施例提供了一种随钻方位伽玛探测仪，所述随钻方位伽玛探测仪包括：抗压筒、骨架、磁传感器组、加速度传感器组、C形金属屏蔽罩、碘化钠闪烁晶体、光电倍增管、高压电源、信号处理电路模块、上连接器；

其中，在骨架上部设计有两个相互正交的槽，用来安装磁传感器组和加速度传感器组；在骨架中部设计有电路板安装槽，用来安装信号处理电路模块和高压电源；光电倍增管和碘化钠闪烁晶体通过小螺钉安装在骨架的下部；在碘化钠闪烁晶体的外侧镶有C形金属屏蔽罩，该C形金属屏蔽罩留有一个伽玛测量窗口；在骨架的丝扣根部分安装上连接器；所述随钻方位伽玛探测仪的骨架、磁传感器组、加速度传感器组、C形金属屏蔽罩、碘化钠闪烁晶体、光电倍增管、高压电源、信号处理电路模块均装在抗压筒中。

上述技术方案具有如下有益效果：相对于现有技术的自然伽玛探测仪，该仪器仅增加了磁传感器组、加速度传感器组、C形伽玛屏蔽罩和相关的电路模块，但是却实现了方位伽玛值的探测问题，具有体积小、上井施工方便的优点。在伽玛探测器信号接收上，提出了对碘化钠闪烁晶体进行C形重金属屏蔽的方法，利用钻具的转动实现对井壁周围地层伽玛的扫描探测；在方位伽玛值的测量上，采用了磁传感器组测量动态磁工具面角从而间接得到伽玛测量窗口位置的方法；在岩层识别上，利用高边、低边伽玛的变化趋势和先后变化顺序判断钻具所在岩层上、下界面位置。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是本实用新型实施例的随钻方位伽玛探测仪的总体结构示意图；

图1b是本实用新型实施例图1a中的A-A剖面示意图；

图1c是本实用新型实施例图1a中的B-B剖面示意图；

图2a是本实用新型第一实施例的随钻方位伽玛探测仪的储层边界识别方法示意图；

图2b是本实用新型第一实施例的随钻方位伽玛探测仪的储层边界识别方法示意图；

图2c是本实用新型第一实施例的随钻方位伽玛探测仪的储层边界识别方法示意图。

附图标号：

1、上连接器

2、骨架

3、磁传感器组

4、抗压筒

5、加速度传感器组

6、信号处理电路模块

7、高压电源

8、光电倍增管

9、碘化钠闪烁晶体

10、C形金属屏蔽罩

11、伽玛测量窗口

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种探管式随钻方位伽玛探测仪，只用一根单体伽玛接收器，不但能够实现平均伽玛测量，还能实现非均质岩层方位信息的判断，即通过测量高、低边的伽玛辐射值判断界面方位信息，以便地面人员能够即时调整钻进方向，使钻具保持更加合理的钻进轨迹。因此，本实用新型提出了探管式方位伽玛探测仪的测量方案：在自然伽玛探测仪基础上增加了磁传感器组、加速度传感器组、C形伽玛屏蔽罩等以实现方位判定，并安装在于无线随钻测斜仪外径尺寸相同的抗压筒内。这种新型方位伽玛探测仪不需要专门的钻铤，布线方便、尺寸小、重量轻、使用灵活、上井施工方便。

如图1a所示，是本实用新型实施例的随钻方位伽玛探测仪的总体结构示意图。所述随钻方位伽玛探测仪包括：抗压筒4、骨架2、磁传感器组3、加速度传感器组5、C形金属屏蔽罩10、碘化钠闪烁晶体9、光电倍增管8、高压电源7、信号处理电路模块6、上连接器1。图1b是本实用新型实施例图1a中的A-A剖面示意图；图1c是本实用新型实施例图1a中的B-B剖面示意图，其中，在骨架2上部设计有两个相互正交的槽，用来安装磁传感器组3和加速度传感器组5；在骨架2中部设计有电路板安装槽，用来安装信号处理电路模块6和高压电源7；光电倍增管8和碘化钠闪烁晶体9通过小螺钉安装在骨架2的下部；在碘化钠闪烁晶体9的外侧镶有C形金属屏蔽罩10，该C形金属屏蔽罩10留有一个伽玛测量窗口11；在骨架2的丝扣根部分安装上连接器1；所述随钻方位伽玛探测仪的骨架2、磁传感器组3、加速度传感器组5、C形金属屏蔽罩10、碘化钠闪烁晶体9、光电倍增管8、高压电源7、信号处理电路模块6均装在抗压筒4中。

本实用新型实施例的单体伽玛接收器，是由碘化钠闪烁晶体9、光电倍增管8、高压电源7和接收电路(包括在信号处理电路模块6中)构成。外界的自然伽玛射线射入碘化钠闪烁晶体，转化为光电倍增管可以接收的特定波长光，经光电倍增管接收后产生电子脉冲，由接收电路记录电子脉冲数，电子脉冲数越大说明外界的自然伽玛射线辐射越强。高压电源是用来驱动光电倍增管，使其工作在一个合理的电压工作点，保证工作的稳定性。

在现有技术的自然伽玛探测仪基础上，本实用新型实施例的探管式随钻方位伽玛探测仪增加了磁传感器组3、加速度传感器组5、C形伽玛屏蔽罩10等部分。磁传感器组3是由分别安装在骨架X、Y方向的两个磁传感器组成，根据磁传感器测量得到的地磁场强度分量值，通过计算可以得到磁工具面角(地磁矢量与X轴所成的角)。加速度传感器组5是由分别安装在骨架X、Y方向的两个加速度传感器组成，根据加速度传感器测量得到的地球重力加速度分量值，通过计算可以得到重力工具面角(重力矢量与X轴所成的角)。从图1可以看出，伽玛测量窗口与X轴方向一致，选定地球重力矢量方向为参考方向，重力工具面角就是伽玛测量窗口与重力矢量所成的角。由于仪器在实际应用中处于高速转动以及振动的动态环境下，转动和振动严重影响加速度传感器对地球重力分量的测量，却几乎不影响磁传感器对地磁分量的测量，因此在仪器工作初始状态(几乎无转动和振动)计算得到磁场矢量与重力矢量的夹角，在正常工作状态就可以利用动态磁工具面角间接得到重力工具面角，从而确定了伽玛测量窗口相对于重力矢量所处的位置。C形伽玛屏蔽罩10的材料选用的是重金属，因为重金属可以屏蔽自然伽玛射线，一个在轴向留有狭长伽玛射线测量窗口的C形重金属屏蔽罩包在碘化钠闪烁晶体上，这样晶体就只能接收测量窗口方向的伽玛射线。在钻杆转动时测量窗口围绕钻杆轴芯转动，探管式随钻方位探测仪就实现了对井壁四周地层的扫描。

图2a是本实用新型第一实施例的随钻方位伽玛探测仪的储层边界识别方法示意图；图2b是本实用新型第一实施例的随钻方位伽玛探测仪的储层边界识别方法示意图；图2c是本实用新型第一实施例的随钻方位伽玛探测仪的储层边界识别方法示意图。随钻方位伽玛探测仪和其他测井设备一起安装在钻具里。由于油气储集层的伽玛值小于岩层的伽玛值，当钻具在油气储层中间位置时，仪器测量的平均伽玛、高边伽玛和低边伽玛值是几乎相同的，如图2a所示；当钻具接近储层上边界时，仪器测量得到的高边伽玛值首先变小，低边和平均伽玛值也变小，但高边伽玛值变化的快，如图2b所示；当钻具接近储层下边界时，低边伽玛值首先变小，高边和平均伽玛值也变小，但低边伽玛值变化的快，如图2c所示。由此利用高、低边伽玛值的变化趋势和先、后次序可以识别岩层的上、下边界。

本实用新型的单体伽玛接收器是由碘化钠闪烁晶体、光电倍增管、高压电源和伽玛接收电路构成。外界的自然伽玛射线射入碘化钠闪烁晶体，转化为光电倍增管可以接收的特定波长光，经光电倍增管接收后产生电子脉冲，由接收电路记录电子脉冲数。重金属可以屏蔽伽玛射线，因此设计一个在轴向留有狭长伽玛射线测量窗口的C形重金属屏蔽罩，将此屏蔽罩包在晶体上，这样晶体就只能接收测量窗口方向的伽玛射线。在钻杆转动时测量窗口围绕钻杆轴芯转动，实现了对井壁的扫描；在仪器骨架上安装有磁传感器组和加速度传感器组构成角度传感器，在旋转时通过角度传感器得到测量窗口与重力矢量的夹角来确定窗口的高、低边位置。而一般油气储集层的伽玛值小于岩层的伽玛值，研究在地层边界时平均伽玛、高边和低边伽玛的数值信息以及变化趋势，就可以实现地层界面的有效识别。

本实用新型所述的探管式随钻方位伽玛探测仪通过高边、低边伽玛变化信息能够识别储层的上、下界面，更有利于控制井眼轨迹，提高钻进效率和采收率；不但能够实现高、低伽玛的测量，同样也可以像普通伽玛仪器一样测量平均伽玛值；并且，仅采用一只单体伽玛就实现了方位伽玛的功能，具有体积小、重量轻、便于井上施工等优点。

本实用新型实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种随钻方位伽玛探测仪，其特征在于，所述随钻方位伽玛探测仪包括：抗压筒(4)、骨架(2)、磁传感器组(3)、加速度传感器组(5)、C形金属屏蔽罩(10)、碘化钠闪烁晶体(9)、光电倍增管(8)、高压电源(7)、信号处理电路模块(6)、上连接器(1)；

其中，在骨架(2)上部设计有两个相互正交的槽，用来安装磁传感器组(3)和加速度传感器组(5)；在骨架(2)中部设计有电路板安装槽，用来安装信号处理电路模块(6)和高压电源(7)；光电倍增管(8)和碘化钠闪烁晶体(9)通过小螺钉安装在骨架(2)的下部；在碘化钠闪烁晶体(9)的外侧镶有C形金属屏蔽罩(10)，该C形金属屏蔽罩(10)留有一个伽玛测量窗口(11)；在骨架(2)的丝扣根部分安装上连接器(1)；所述随钻方位伽玛探测仪的骨架(2)、磁传感器组(3)、加速度传感器组(5)、C形金属屏蔽罩(10)、碘化钠闪烁晶体(9)、光电倍增管(8)、高压电源(7)、信号处理电路模块(6)均装在抗压筒(4)中。