CN203050679U - 一种方向性伽马测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于油气井井眼轨迹实时分析的地质导向工具，属于石油天然气勘探开发中的钻井工程技术服务领域。本实用新型提供一种方向性伽马测量系统，将一个伽马射线探测器安装在一个可旋转的滚筒上，伽马射线探测器面向中心线的一侧镶嵌有一个屏蔽层，它只接收没有屏蔽层的面向井壁一侧的扇形区域内地层的伽马射线，实现探测方向性伽马数据的功能。当滚筒旋转时，伽马射线探测器依次接收到不同方位的伽马数据，当钻铤向前钻进时，伽马射线探测器在井眼中的测量轨迹为螺旋形，从而测得井眼轨迹各个方位的伽马数据，及时有效识别地层信息变化，确定井眼轨迹与目的地层真实几何关系，引导地质导向人员有效指导钻井钻进。

Description

一种方向性伽马测量系统

技术领域

本发明涉及一种用于油气井井眼轨迹实时分析的地质导向工具，属于石油天然气勘探开发中的钻井工程技术服务领域。

背景技术

石油钻井随钻测量技术的价值在于提供及时的井眼轨迹和地层信息，引导地质导向人员推导出地层与井眼轨迹实际的几何关系，确定钻头在地层中实际位置，并及时调整钻头姿态，使井眼轨迹顺着地质导向人员的设想向前推进。随钻伽马就是一种常用的随钻测量技术。

现有的一种随钻伽马射线探测方法是，采用一个伽马射线探测器来测量周围地层的伽马射线，它接收来自测量短节周围0-360度方位所有自然伽马射线，是周围地层放射性的平均响应，不具有方向性，只能粗略的划分地层岩性，对地层岩性变化判别存在时间滞后，会错过判别井眼轨迹与目的地层真实几何关系的最佳时机，导致地质导向人员无法有效指导钻井钻进。

现有的另一种随钻伽马射线探测方法是，采用多个方向伽马射线探测器，每个方向伽马射线探测器只接收与其对应的扇形区域内地层的伽马射线(而不是测量短节周围0-360度方位所有自然伽马射线)，得到井眼轨迹各个方位的伽马数据，并加工成伽马成像，及时识别地层信息变化，分辨出上下界面岩性特征，发现层与层的分界面，确定井眼轨迹与目的地层真实几何关系，引导地质导向人员有效指导钻井钻进。这种随钻伽马射线探测方法，使用的方向性伽马射线探测器越多，识别地层信息的精度越高，对地质导向人员的价值越大。但可悲的是，随钻设备电源所携带的电量很有限，限制了使用方向性伽马射线探测器的个数；同时，钻铤内空间也有限，也限制了使用方向性伽马射线探测器的个数。

所以，开发一个随钻伽马射线探测仪，用较少的伽马射线探测器获得更多的方位伽马特征，结合上述两种随钻伽马射线探测方法的优点，并避其短处，是时之所需。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种方向性伽马测量系统，将一个伽马射线探测器安装在一个可旋转的滚筒上，伽马射线探测器面向中心线的一侧镶嵌有一个屏蔽层用以屏蔽一定方位的伽马射线，伽马射线探测器只接收没有屏蔽层的面向井壁一侧的扇形区域内地层的伽马射线，实现探测方向性伽马数据的功能。当滚筒以钻铤中心线为轴心旋转时，伽马射线探测器依次接收到不同方位的伽马数据，当钻铤向前钻进时，伽马射线探测器在井眼中的测量轨迹为螺旋形，从而测得井眼轨迹各个方位的伽马数据，及时有效识别地层信息变化，分辨出上下界面岩性特征，发现层与层的分界面，确定井眼轨迹与目的地层真实几何关系，引导地质导向人员有效指导钻井钻进。

本发明提供另一种方向性伽马测量系统，将一个伽马射线探测器安装在钻铤中央，伽马射线探测器外有一个可旋转的滚筒，滚筒的一侧可穿越伽马射线，其余区域镶嵌有一个屏蔽层以屏蔽伽马射线，使伽马射线探测器只接收没有屏蔽层的扇形区域内地层的伽马射线，实现探测方向性伽马数据的功能。当滚筒以钻铤中心线为轴心旋转时，伽马射线探测器依次接收到不同方位的伽马数据，当钻铤向前钻进时，伽马射线探测器在井眼中的测量轨迹为螺旋形，从而测得井眼轨迹各个方位的伽马数据，及时有效识别地层信息变化，分辨出上下界面岩性特征，发现层与层的分界面，确定井眼轨迹与目的地层真实几何关系，引导地质导向人员有效指导钻井钻进。

相对于现有技术，本发明所述两种方向性伽马测量系统的一个有益效果是，伽马射线探测器在井眼中的测量轨迹为螺旋形。可测得井眼轨迹各个方向的伽马数据，及时有效识别地层信息变化，分辨出上下界面岩性特征，发现层与层的分界面，确定井眼轨迹与目的地层真实几何关系，引导地质导向人员有效指导钻井钻进。其另一个有益效果是，只使用了一个伽马射线探测器，所需要的电量较少，所需要的空间较少，却能获得已知方法中使用多个方向伽马射线探测器的效果，在极端情况下，当钻铤静止，滚筒旋转，可以获得同一测量点无限多的方位伽马数据，以满足地质导向人员的需要。

附图说明

图1一种方向性伽马测量系统主要部分说明图。

图2一种方向性伽马测量系统A-A剖面说明图。

图3一种方向性伽马测量系统主要部分说明图。

图4一种方向性伽马测量系统B-B剖面说明图。

1是钻铤，2是伽马传感器，3是滚筒，4是屏蔽层，5是抗压外壳，6是电动机，6a是转子，6b是定子，7是电源，8是方位感应器，9是已知的设备。

11是钻铤，12是伽马传感器，13是滚筒，14是屏蔽层，16是电动机，16a是转子，16b是定子，17是电源，18是方位感应器，19是已知的设备。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1。

如图1和图2所示，本发明的一种方向性伽马测量系统包括：一个伽马射线探测器(2)；一个可旋转的滚筒(3)，定位于承载和固定伽马射线探测器(2)；一个动力机，定位于驱动滚筒(3)；一个抗压外壳(5)，位于滚筒(3)外；一个方位感应器(8)，定位于确定方向伽马射线探测器(2)的方位；只少一个电源(7)，定位于为伽马射线探测器(2)、方位感应器(8)、动力机提供电流；所述的一种方向性伽马测量系统安装在钻铤(1)内。

作为所述滚筒(3)，其中心线与钻铤(1)的中心线在同一位置，即滚筒(3)旋转时，既是绕自己的中心线旋转，也是绕钻铤(1)中心线旋转。

作为所述伽马射线探测器(2)，面向中心线的一面镶嵌有一个屏蔽层(4)，

定位于屏蔽一定方位的伽马射线，使伽马射线探测器(2)只接收面向井壁的与其对应的扇形区域内地层的伽马射线，实现探测方向性伽马数据的功能。

作为所述方位感应器(8)，固定在滚筒(3)内相对于所述伽马射线探测器(2)的另一侧，方位感应器(8)感知滚筒(3)与钻铤(1)本体的相对方位，方位感应器(8)与伽马射线探测器(2)都固定在滚筒(3)内，从而也确定了伽马射线探测器(2)与钻铤(1)本体的相对方位。

作为所述动力机，使用电动机(6)；作为所述电动机(6)，其转子(6a)固定在滚筒上，其定子(6b)固定在钻铤(1)本体上。

所述伽马射线探测器(2)安装在钻铤(1)内的所述一种方向性伽马测量系统底部，靠近钻头的一端。目的在于减少零长，使探测点距离井底更近。

在钻铤(2)内还安装有一套已知的设备(9)。该已知的设备(9)的组成可以是这样的，包括泥浆压力脉冲发生器、井斜方位测井仪传感器、中央控制器、电源，还可以包括电阻率测井仪等。中央控制器是井下器仪器通讯及控制的核心设备，用于协调控制各种下井仪器工作状态，触发采集、存储测井数据，与地面仪器进行通讯，下载和上传控制命令、参数表、状态表及测井数据等功能。其中，从所述的一种方向性伽马测量系统采集到的方向性伽马数据经中央控制器上传到地面仪器后，经软件加工成工程人员可使用的信息(如伽马成像)，指导地质导向人员决策。可以设想，这套已知的设备(9)对于本领域的技术人员来说是很熟悉的。

所述一种方向性伽马测量系统与已知的设备(9)，还有地面信息处理系统共同组成方向性伽马随钻测井仪。

在钻铤(1)向前钻进时，滚筒(3)作自转运动，固定在滚筒(3)上的伽马射线探测器(2)跟随滚筒(3)旋转并探测周围的伽马射线数据，伽马射线探测器(2)包含向前移动和绕中心线旋转两种运动，所以其在井眼中的测量轨迹为螺旋形，从而测得井眼轨迹各个方向的伽马数据。方位感应器(8)与伽马射线探测器(2)同步工作，伽马射线探测器(2)每测得一个伽马数据，方位感应器(8)也测得一个方位数据，这两组数据共同组成方向性伽马数据，并发送给已知的设备(9)中的中央控制器，并传到地面仪器，经软件加工成工程人员可使用的信息(如伽马成像)，指导地质导向人员决策。

实施例2。

如图3和图4所示，本发明的另一种方向性伽马测量系统包括：一个伽马射线探测器(12)；一个可旋转的滚筒(13)，所述滚筒(13)的一侧可穿越伽马射线，其余区域镶嵌有一个屏蔽层(14)用以屏蔽伽马射线；一个动力机，定位于驱动滚筒(13)；一个方位感应器(18)，定位于确定方向伽马射线探测器(12)的方位；只少一个电源(17)，定位于为伽马射线探测器(12)、方位感应器(18)还有动力机提供电流；所述的一种方向性伽马测量系统安装在钻铤(11)内。

作为所述伽马射线探测器(12)，固定在钻铤(11)内。作为所述伽马射线探测器(12)，被包裹在滚筒(13)内。

作为所述滚筒(13)，中心线与钻铤(11)的中心线在同一位置，即滚筒(13)旋转时，既是绕自己的中心线旋转，也是绕钻铤(11)中心线旋转。滚筒(13)的一侧可穿越伽马射线，其余区域镶嵌有屏蔽层(14)用以屏蔽伽马射线，使伽马射线探测器(12)只接收没有屏蔽层(14)的扇形区域内地层的伽马射线，实现探测方向性伽马数据的功能；当滚筒以钻铤中心线为轴心旋转时，伽马射线探测器就可以接收到不同方位的伽马数据。

作为所述方位感应器(18)，固定在钻铤(11)内，方位感应器(18)感知滚筒(13)与钻铤(11)本体的相对方位，确定伽马射线探测器(12)探测到的伽马数据所对应的方位。

作为所述动力机，使用电动机(16)；作为所述电动机(16)，其转子(16a)固定在滚筒上，其定子(16b)固定在钻铤(11)本体上。

所述伽马射线探测器(12)安装在钻铤内的所述一种方向性伽马测量系统底部，靠近钻头的一端。目的在于减少零长，使探测点距离井底更近。

在钻铤(11)内还安装有一套已知的设备(19)。该已知的设备(19)的组成可以是这样的，包括泥浆压力脉冲发生器、井斜方位测井仪传感器、中央控制器、电源，还可以包括电阻率测井仪等。中央控制器是井下器仪器通讯及控制的核心设备，用于协调控制各种下井仪器工作状态，触发采集、存储测井数据，与地面仪器进行通讯，下载和上传控制命令、参数表、状态表及测井数据等功能。其中，从所述的一种方向性伽马测量系统采集到的方向性伽马数据经中央控制器上传到地面仪器后，经软件加工成工程人员可使用的信息(如伽马成像)，指导地质导向人员决策。可以设想，这套已知的设备(19)对于本领域的技术人员来说是很熟悉的。

所述一种方向性伽马测量系统与已知的设备(19)，还有地面信息处理系统共同组成方向性伽马随钻测井仪。

在钻铤(11)向前钻进时，滚筒(13)作自转运动，固定在钻铤(11)内的伽马射线探测器(12)因为被滚筒(13)包裹，只接收没有所述屏蔽层(14)的扇形区域内地层的伽马射线，在井眼中的测量轨迹为螺旋形，从而测得井眼轨迹各个方向的伽马数据。方位感应器(18)与伽马射线探测器(12)同步工作，伽马射线探测器(12)每测得一个伽马数据，方位感应器(18)也测得一个方位数据，这两组数据共同组成方向性伽马数据，并发送给已知的设备(19)中的中央控制器，并传到地面仪器，经软件加工成工程人员可使用的信息(如伽马成像)，指导地质导向人员决策。

以上所述，只描述了随钻伽马，事实上，随钻电阻、随钻中子、随钻声波等测井工具也可采用这种设计，主要不同的是，将其中的伽马射线探测器换成对应的工具。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，但可以理解的是，本发明并不局限于所公开的实施方式和元件，相反，旨在涵盖包括在所附的权利要求书的主旨和范围之内的各种改型、特征结合、等效的装置以及等效的元件。此外，出现在附图中的各元件的特征的尺寸并不是限制性的，其中各元件的尺寸可以与描绘在附图中的元件的尺寸不同。因此，本发明用于覆盖对本发明的改型和变形，只要它们均在所附的权利要求书和它们的等效方案的范围之内即可。

Claims (10)

1.一种方向性伽马测量系统，其特征在于，包括：一个伽马射线探测器；一个可旋转的滚筒，定位于承载和固定所述伽马射线探测器；一个动力机，定位于驱动所述滚筒；一个抗压外壳，位于所述滚筒外；一个方位感应器；只少一个电源；所述的一种方向性伽马测量系统安装在钻铤内。

2.如权利要求1所述一种方向性伽马测量系统，其特征在于，所述伽马射线探测器，面向中心线的一侧镶嵌有一个屏蔽层，定位于屏蔽伽马射线。

3.如权利要求1所述一种方向性伽马测量系统，其特征在于，所述滚筒，其中心线与钻铤的中心线是在同一位置。

4.如权利要求1所述一种方向性伽马测量系统，其特征在于，所述伽马射线探测器安装在钻铤内的所述一种方向性伽马测量系统底部，靠近钻头的一端。

5.如权利要求1所述一种方向性伽马测量系统，其特征在于，所述动力机，使用电动机；作为所述电动机，其转子固定在滚筒上，其定子固定在钻铤本体上。

6.一种方向性伽马测量系统，其特征在于，包括：一个伽马射线探测器；一个可旋转的滚筒，所述可旋转的滚筒的一侧可穿越伽马射线，其余区域镶嵌有一个屏蔽层用以屏蔽伽马射线；一个动力机，定位于驱动所述滚筒；一个方位感应器；只少一个电源；所述的一种方向性伽马测量系统安装在钻铤内。

7.如权利要求6所述一种方向性伽马测量系统，其特征在于，所述伽马射线探测器被包裹在所述滚筒内。

8.如权利要求6所述一种方向性伽马测量系统，其特征在于，所述滚筒，其中心线与钻铤的中心线是在同一位置。

9.如权利要求6所述一种方向性伽马测量系统，其特征在于，所述伽马射线探测器安装在钻铤内的所述一种方向性伽马测量系统底部，靠近钻头的一端。

10.如权利要求6所述一种方向性伽马测量系统，其特征在于，所述动力机，使用电动机；作为所述电动机，其转子固定在滚筒上，其定子固定在钻铤本体上。

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