CN206860168U - 一种高温高压数字地热测井系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温高压数字地热测井系统，其特征在于：包括同轴设置的承压外管和保温内管，承压外管的一端被仪器下接头完全封闭，承压外管的另一端通过仪器上接头封闭，保温内管的一端封闭，另一端通过仪器上接头和温度传感器接头封闭，保温内管中设置有测量组件，测量组件包括温度传感器、压力传感器以及NaI晶体、光电倍增管。本实用新型中，能够同时进行井温测井、压力测井和伽玛射线测井，有利于更加全面的测量各项参数，且承压外管、保温内管分别形成一个独立的密封腔体；顺利实现保温内管内、外的隔热隔压，可靠工作温度区间达到‑10℃—+250℃，承压达到55 MPa，顺利实现在高温、高压工况下的测井。

Description

一种高温高压数字地热测井系统

技术领域

本实用新型涉及一种测井仪，特别涉及一种高温数字地热测井系统。

背景技术

测井也叫地球物理测井或矿场地球物理，属于应用地球物理方法（包括重、磁、电、震、核）之一，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性来测量地球物理参数的方法。

测井的方法由很多种，例如井温测井、自然伽马测井、中子测井、声幅测井、井斜测井、地层压力测井等。测井时，通过把利用电、磁、声、热、核等物理原理制造的各种测井仪器，由测井电缆下入井内，使地面电测仪可沿着井筒连续记录随深度变化的各种参数，通过表示这类参数的曲线，结合地下岩层的物理参数来间接的识别地下岩层的物理特性。

测井作为勘探与开发油气田的重要方法技术，它在油气勘探、开发和生产的全过程中发挥着巨大的作用。但随着科技进步和测井应用的发展，测井技术及设备也需要不断发展。

例如，近年来随着地热资源开发，饮用水资源开发，以及各类建井工程需要，常规的井温、压力及井温梯度等测井方法变得越来越受人们重视。

但是，目前已知的井温测井仪、压力测井仪在应用至上述地热资源、饮用水资源开发时，由于其结构设计限制，井温测井仪温度工作范围在-5-210℃之间，压力测井仪的压力工作范围则在0-40MPa之间，在此领域使用时，易出现无法正常工作，测量数据误差大等问题，已经无法满足测井的要求。因此，开发一种新型的高温高压数字地热测井系统势在必行。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够在高温高压环境下顺利实现测井的数字地热测井系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种高温高压数字地热测井系统，其创新点在于：包括

一承压外管，所述承压外管为一横截面为圆环的管体结构，限定承压外管在沿其自身管体轴线延伸方向上的一端为第一端，另一端为第二端，所述承压外管的第一端内壁上自第一端向第二端依次设有密封配合段和内螺纹段，承压外管的密封配合段内径记为R1，承压外管的内螺纹段大径记为R2，R1＞R2，所述承压外管的第二端具有一个尾部内台阶孔；

一用于对承压外管第二端进行封闭的仪器下接头，所述仪器下接头具有一个刚好可嵌入尾部内台阶孔的环形凸台，所述环形凸台嵌入承压外管的尾部内台阶孔后与承压外管焊接固定实现承压外管第二端的封闭；

一同轴内置于承压外管中的保温内管，所述保温内管为一横截面为圆环的管体结构，限定保温内管在沿其自身管体轴线延伸方向上的一端为第三端，另一端为端部封闭的第四端；所述保温内管的第三端靠近承压外管的第一端，并位于承压外管的内螺纹段处，所述保温内管的第四端靠近承压外管的第二端，且第四端端面抵住仪器下接头的环形凸台端面实现保温内管的第四端限位；

一用于保温内管定位的压紧螺母，所述压紧螺母具有一个可与承压外管内螺纹段配合的外螺纹段，压紧螺母的中心具有一个直径大于保温内管内径的圆孔，并在压紧螺母的端面上开有贯通的连接孔；所述压紧螺母与承压外管通过内、外螺纹段螺纹连接并抵住保温内管的第三端端面实现保温内管的第三端限位；

一仪器上接头，所述仪器上接头为一与承压外管同轴设置的台阶状回转体结构，限定仪器上接头在沿其自身管体轴线延伸方向上的一端为第五端，另一端为第六端；台阶状回转体结构的外表面在沿自身轴线方向上，自第五端向第六端依次设置第一外圆柱段、外导向圆锥段、拆卸圆柱段、第一密封圆柱段、第一过渡圆柱段、第一锁紧圆柱段、第二密封圆柱段和隔热体连接圆柱段；所述第一密封圆柱段的外圈上沿自身轴线方向均匀分布有数道沿外圈圆周方向延伸的第一密封槽，第一锁紧圆柱段外圈设置有可与承压外管内螺纹段配合的外螺纹段，第二密封圆柱段的外圈上沿自身轴线方向均匀分布有数道沿外圈圆周方向延伸的第二密封槽，所述隔热体连接圆柱段的外圈上钻有保温套连接孔；所述拆卸圆柱段的外径记为R3，第一密封圆柱段的外径记为R4，过渡圆柱段的外径记为R5，第一锁紧圆柱段的外螺纹段大径记为R6，第二密封圆柱段的外径记为R7，隔热体连接圆柱段的外径记为R8，R3＞R4＞R6＞R5＞R7＞R8，且第一密封圆柱段外径R4与承压外管的密封配合段R1相匹配，第二密封圆柱段外径R7与保温内管的内径相匹配；所述拆卸圆柱段与第一密封圆柱段之间的台阶面抵住承压外管的第一端端面，第一密封圆柱段刚好嵌入承压外管的密封配合段内，并在第一密封圆柱段的第一密封槽与密封配合段之间形成的环形空腔内嵌入第一密封圈组；第一锁紧圆柱段与承压外管的内螺纹段配合锁紧实现仪器上接头与承压外管的连接固定；第二密封圆柱段穿过压紧螺母的中心圆孔后刚好嵌入保温内管的第三端内壁中，并在第二密封圆柱段的第二密封槽与保温内管内壁之间形成的环形空腔内嵌入第二密封圈组；所述隔热体连接圆柱段外套装有保温套，所述保温套通过与保温套连接孔螺纹连接的螺钉固定在隔热体连接圆柱段上；台阶状回转体结构的中心在沿自身轴线方向上，自第五端向第六端依次设置密封配合圆孔段、锁紧圆孔段、第一过渡圆孔段、锥孔段和第二过渡圆孔段，锁紧圆孔段上设置有内螺纹；

一传感器接头，该传感器接头沿其自身轴线方向依次分为吊环连接部、测量部和上接头连接部，吊环连接部通过螺纹与一吊环连接固定，测量部具有一沿传感器接头自身径向延伸并贯通传感器接头侧壁的测量腔，上接头连接部内设置有温度传感器安装腔和压力传感器安装腔，所述温度传感器安装腔、压力传感器安装腔的一端与测量腔连通，另一端贯穿上接头连接部的轴端面；

所述上接头连接部的外表面同样为台阶状回转体，上接头连接部沿其自身轴线方向自吊环连接部侧向上接头连接部侧依次设置有第二外圆柱段、第三密封圆柱段、第二锁紧圆柱段，所述第三密封圆柱段的外圈上沿自身轴线方向均匀分布有数道沿外圈圆周方向延伸的第三密封槽，第二锁紧圆柱段外圈设置有可与仪器上接头锁紧圆孔段内螺纹配合的外螺纹段，所述第二外圆柱段的外径记做R9，第三密封圆柱段的外径记做R10，第二锁紧圆柱段的外螺纹段大径记做R11，R9＞R10＞R11，第二外圆柱段与第三密封圆柱段之间的台阶面抵住仪器上接头的第五端端面，第三密封圆柱段刚好嵌入仪器上接头的密封配合圆孔段内，并在第三密封圆柱段的第三密封槽与密封配合圆孔段之间形成的环形空腔内嵌入第三密封圈组，第二锁紧圆柱段的外螺纹段与仪器上接头的锁紧圆孔段螺纹配合锁紧实现仪器上接头与传感器接头的锁紧；

一测量组件，所述测量组件主要包括安装在保温内管中的NaI晶体、光电倍增管、主线路板、电源板、WIFI模块、锂电池，以及安装在传感器接头内的温度传感器、压力传感器；所述NaI晶体、光电倍增管、主线路板、电源板、WIFI模块、锂电池在保温内管的轴线上自第四端向第三端依次排列，主线路板上安装有微处理单元、甄别器、放大器和数模转换模块；所述光电倍增管具有一个光阴极、一个阳极以及倍增级，光阴极紧贴设置在NaI晶体一侧，倍增级由锂电池通过电源板供电，阳极依次通过放大器、甄别器将脉冲电流信号输出至微处理单元；所述WIFI模块通过接线、主线路板接入微处理单元，WIFI模块包括天线座、天线发射板、电源开关、充电插座；所述温度传感器密封安装在传感器接头的温度传感器安装腔内，温度传感器的头部伸入测量腔，温度传感器的尾部通过接线与主电路板上的数模转换模块连接；所述压力传感器密封安装在传感器接头的压力传感器安装腔内，压力传感器的头部伸入测量腔，压力传感器的尾部通过接线与主电路板上的数模转换模块连接。

优选的，所述测量组件还包括第一内吸热体、第二内吸热体、上吸热体、下吸热体，在隔热体与锂电池之间设置有上吸热体，在WIFI模块与主电路板之间设置有第一内吸热体，在主电路板与电源板之间设置有第二内吸热体，在NaI晶体与保温内管的第四端之间设置有下吸热体。

优选的，所述NaI晶体、光电倍增管被依次设置在一个内套管中，内套管的一端通过扶正接头与下吸热体连接固定，内套管的另一端通过另一接头与电源板连接；光电倍增管中远离NaI晶体的一端设置有光电倍增管座，该光电倍增管座上具有一个弹簧定位套，在弹簧定位套上套装有抗震弹簧，抗震弹簧的另一端抵住内套管端部。

优选的，所述扶正接头与内套管之间设置抗震海绵和橡胶垫。

优选的，所述传感器接头的吊环连接部外表面钻有传感器接头拆卸孔。

优选的，所述仪器上接头的拆卸圆柱段外表面钻有上接头拆卸孔。

本实用新型的优点在于：

（1）本实用新型中，采用裸露在传感器接头上的小时间常数PT1000铂电阻作为温度传感器，能快速响应钻孔中温度的变化，其温度信号经数模转换后进微处理单元测量处理，实现温度测井；采用内置有温度传感器的高温压力传感器，微处理单元通过压力传感器的输出信号、内置温度传感器的输出信号和二次标定方程，进行修正计算，最终得到实际压力值，实现高精度压力测井；

由NaI晶体和光电倍增管组成自然伽玛探测器，光电倍增管各倍增极上加有递增的正电压，伽玛射线激发下NaI晶体放出光子，这些光子打在光电倍增管的光阴极上会使其放出光电子，光电子在光电倍增管各倍增电极作用下不断加速增殖，最后在光电倍增管的阳极形成幅度足够大的脉冲电流，再将脉冲电流由前置放大器进行电流放大、甄别器进行选择，输出到微处理单元（MCU）进行计数处理，从而实现伽玛射线探测；

使得整个测井系统能够同时进行井温测井、压力测井和伽玛射线测井，有利于更加全面的测量各项参数，综合评估地质条件，同时，又能够减少下井次数，提高工作效率；

（2）采用集成式单筒构造，使得温度传感器、压力传感器、NaI晶体、光电倍增管等各测量器件位于在同一个筒体内，且按发热功耗均衡分散设计，同时，位于保温内管中的测量组件还包括多个分布在各测量器件之间的吸热体，吸热体能够在一定时间内吸收测量组件工作过程中产生的热量；这样，以便让发热功耗被分散均衡式吸收，确保管内温度分布一致性，这样做的好处是提高了吸热体热容的工作效率，以防止局部温度过高而造成仪器可靠性降低，为适用于高温高压条件下的地热测井提供有利条件；

（3）本实用新型中，保温内管通过压紧螺母与仪器下接头配合固定在承压外管内，保温内管的上端（即第三端）通过仪器上接头与承压外管配合实现密封，且通过在仪器上接头上采用多台阶回转体结构，利用其上设置的多道密封槽组、密封圈分别与承压外管、保温内管密封配合，同时，承压外管的下端（即第二端）以及保温内管的下端（即第四端）是封闭的，这就使得承压外管、保温内管分别形成一个独立的密封腔体；进而保温内管中的测量器件被封闭在两个壳体内，实现双重保护，顺利实现保温内管内、外的隔热隔压，确保测井系统能够在高温高压环境下正常工作，可靠工作温度区间达到-10 ℃— +250 ℃，承压达到55 MPa，顺利实现在高温、高压工况下的测井。

（4）NaI晶体、光电倍增管被设置到一个内套管中，并填充有抗震弹簧、抗震海绵等缓冲器件，避免测井仪器在下井过程中遇到激烈撞击影响其正常工作，进一步提升设备工作可靠性。

附图说明

图1为本实用新型高温高压数字地热测井系统结构示意图。

图2为本实用新型承压外管结构示意图。

图3为图2中局部放大图A。

图4为图2中局部放大图B。

图5为本实用新型中仪器下接头结构示意图。

图6为本实用新型中仪器上接头结构示意图。

图7为本实用新型中传感器接头与吊环结构示意图。

图8为本实用新型中保温内管、承压外管、仪器上接头、传感器接头连接示意图。

图9为本实用新型中测量组件结构示意图。

图10为本实用新型中测量组件原理图。

图11为本实用新型中NaI晶体、光电倍增管采用了防冲击缓冲结构的示意图。

具体实施方式

如图1所示，包括承压外管1、仪器下接头2、保温内管3、压紧螺母4、仪器上接头5、传感器接头6和测量组件，具体为：

承压外管1：用于对整个测井系统的内部部件进行保护，避免撞击，并承受高温、高压，如图2、3、4所示，该承压外管1为一横截面为圆环的管体结构，限定承压外管1在沿其自身管体轴线延伸方向上的一端为第一端，另一端为第二端，承压外管的第一端内壁上自第一端向第二端依次设有密封配合段11和内螺纹段12，承压外管1的密封配合段11内径记为R1，承压外管1的内螺纹段12大径记为R2，R1＞R2，承压外管1的第二端具有一个尾部内台阶孔13。

仪器下接头2：用于对承压外管1第二端进行封闭，如图5所示，仪器下接头2具有一个刚好可嵌入尾部内台阶孔的环形凸台21，该环形凸台21嵌入承压外管1的尾部内台阶孔13后与承压外管1焊接固定实现承压外管1第二端的封闭，本实施例中，仪器下接头2主体为一端部圆滑过渡的圆锥形结构，以便整个测井系统在下井过程中更加顺畅。

保温内管3：用于容纳测井系统的主要测试器件，并隔离外界温度；同轴内置于承压外管中的保温内管3，保温内管3同样为一横截面为圆环的管体结构，限定保温内管3在沿其自身管体轴线延伸方向上的一端为第三端，另一端为端部封闭的第四端；

保温内管3在安装到承压外管1中时，保温内管的第三端靠近承压外管1的第一端，并位于承压外管1的内螺纹段12处，而保温内管3的第四端靠近承压外管1的第二端，且第四端端面抵住仪器下接头2的环形凸台21端面进而实现保温内管3的第四端限位。

压紧螺母4：与仪器下接头2配合将保温内管固定到承压外管1中，压紧螺母4具有一个可与承压外管1内螺纹段12配合的外螺纹段，压紧螺母4的中心具有一个圆孔，该圆孔的直径大于保温内管3内径，并在压紧螺母4的端面上开有贯通的连接孔；压紧螺母4与承压外管1通过内、外螺纹段螺纹连接并抵住保温内管3的第三端端面实现保温内管的第三端限位。

仪器上接头5：用于封闭承压外管1的上端（第一端），并实现保温内管3的密封，如图6所示，仪器上接头5为一与承压外管同轴设置的台阶状回转体结构，限定仪器上接头在沿其自身管体轴线延伸方向上的一端为第五端，另一端为第六端；

台阶状回转体结构的外表面在沿自身轴线方向上，自第五端向第六端依次设置第一外圆柱段51、外导向圆锥段52、拆卸圆柱段53、第一密封圆柱段54、第一过渡圆柱段55、第一锁紧圆柱段56、第二密封圆柱段57和隔热体连接圆柱段58；

仪器上接头的拆卸圆柱段外表面钻有上接头拆卸孔。第一密封圆柱段54的外圈上沿自身轴线方向均匀分布有数道沿外圈圆周方向延伸的第一密封槽54a，第一锁紧圆柱段56外圈设置有可与承压外管1内螺纹段配合的外螺纹段，第二密封圆柱段57的外圈上沿自身轴线方向均匀分布有数道沿外圈圆周方向延伸的第二密封槽57a，隔热体连接圆柱段58的外圈上钻有保温套连接孔58a；本实用新型中，将拆卸圆柱段53的外径记为R3，第一密封圆柱段54的外径记为R4，过渡圆柱段55的外径记为R5，第一锁紧圆柱段56的外螺纹段大径记为R6，第二密封圆柱段57的外径记为R7，隔热体连接圆柱段58的外径记为R8，R3＞R4＞R6＞R5＞R7＞R8，且第一密封圆柱段54外径R4与承压外管1的密封配合段R1相匹配，第二密封圆柱段57外径R7与保温内管3的内径相匹配。

而仪器上接头5在安装到承压外管1上时，如图8所示，拆卸圆柱段53与第一密封圆柱段54之间的台阶面抵住承压外管1的第一端端面，第一密封圆柱段54刚好嵌入承压外管1的密封配合段11内，并在第一密封圆柱段54的第一密封槽54a与密封配合段11之间形成的环形空腔内嵌入第一密封圈组；第一锁紧圆柱段56与承压外管1的内螺纹段配合锁紧实现仪器上接头5与承压外管1的连接固定；第二密封圆柱段57穿过压紧螺母4的中心圆孔后刚好嵌入保温内管3的第三端内壁中，并在第二密封圆柱段57的第二密封槽与保温内管3内壁之间形成的环形空腔内嵌入第二密封圈组；隔热体连接圆柱段58外套装有保温套59，该保温套59通过与保温套连接孔58a螺纹连接的螺钉固定在隔热体连接圆柱段58上。

台阶状回转体结构的中心在沿自身轴线方向上，自第五端向第六端依次设置密封配合圆孔段59、锁紧圆孔段510、第一过渡圆孔段511、锥孔段512和第二过渡圆孔段513，锁紧圆孔段510上设置有内螺纹。

传感器接头6：用于封装传感器，使传感器的探测部分裸露在外，并确保仪器上接头的中心孔部分被密封。如图7、8所示，该传感器接头6沿其自身轴线方向依次分为吊环连接部61、测量部和上接头连接部63，吊环连接部61通过螺纹与一吊环7连接固定，测量部具有一沿传感器接头自身径向延伸并贯通传感器接头侧壁的测量腔62a，上接头连接部63内设置有温度传感器安装腔63a和压力传感器安装腔63b，温度传感器安装腔63a、压力传感器安装腔63b的一端与测量腔62a连通，另一端贯穿上接头连接部63的轴端面；

传感器接头6的吊环连接部61外表面钻有传感器接头拆卸孔。

其中，上接头连接部63的外表面同样为台阶状回转体，上接头连接部63沿其自身轴线方向自吊环连接部侧向上接头连接部侧依次设置有第二外圆柱段631、第三密封圆柱段632、第二锁紧圆柱段633，第三密封圆柱段632的外圈上沿自身轴线方向均匀分布有数道沿外圈圆周方向延伸的第三密封槽，第二锁紧圆柱段633外圈设置有可与仪器上接头锁紧圆孔段510内螺纹配合的外螺纹段。

第二外圆柱段631的外径记做R9，第三密封圆柱段632的外径记做R10，第二锁紧圆柱段633的外螺纹段大径记做R11，R9＞R10＞R11，第二外圆柱段631与第三密封圆柱段632之间的台阶面抵住仪器上接头5的第五端端面，第三密封圆柱段632刚好嵌入仪器上接头5的密封配合圆孔段59内，并在第三密封圆柱段632的第三密封槽与密封配合圆孔段59之间形成的环形空腔内嵌入第三密封圈组，第二锁紧圆柱段633的外螺纹段与仪器上接头5的锁紧圆孔段510螺纹配合锁紧实现仪器上接头5与传感器接头6的锁紧。

测量组件7，作为地热测井系统的核心部分，用于测量井温、井温梯度、压力和自然伽马，并可将采集的数据通过WIFI模块传输给电脑。

如图9、10所示，测量组件主要包括安装在保温内管中的NaI晶体71、光电倍增管72、主线路板73、电源板74、WIFI模块75、锂电池76，以及安装在传感器接头6内的温度传感器77、压力传感器78；NaI晶体71、光电倍增管72、电源板74、主线路板73、WIFI模块75、锂电池76在保温内管3的轴线上自第四端向第三端依次排列，主线路板73上安装有微处理单元（MCU）、甄别器、放大器和数模转换模块。

其中，光电倍增管72具有一个光阴极、一个阳极以及倍增级，光阴极紧贴设置在NaI晶体71一侧，倍增级由锂电池76通过电源板74供电，阳极依次通过放大器、甄别器将脉冲电流信号输出至微处理单元； WIFI模块75通过接线、主线路板73接入微处理单元，WIFI模块75包括天线座、天线发射板、电源开关、充电插座；

温度传感器77密封安装在传感器接头6的温度传感器安装腔63a内，温度传感器77的头部伸入测量腔，温度传感器的尾部通过接线与主电路板上的数模转换模块连接；

压力传感器78密封安装在传感器接头的压力传感器安装腔63b内，压力传感器78的头部伸入测量腔，压力传感器的尾部通过接线与主电路板上的数模转换模块连接，参见图8。

测量组件7还包括隔热体713、第一内吸热体79、第二内吸热体710、上吸热体711、下吸热体712，隔热体713镶嵌在保温套59内，在隔热体713与锂电池76之间设置有上吸热体711，在WIFI模块75与主电路板73之间设置有第一内吸热体79，在主电路板73与电源板74之间设置有第二内吸热体710，在NaI晶体71与保温内管3的第四端之间设置有下吸热体712。

本实用新型中，实现伽马射线测井的NaI晶体71、光电倍增管72采用了防冲击缓冲结构，如图11所示，NaI晶体71、光电倍增管72被依次设置在一个内套管714中，内套管714的一端通过扶正接头715与下吸热体712连接固定，内套管714的另一端通过另一接头与电源板74连接；光电倍增管72中远离NaI晶体71的一端设置有光电倍增管座，该光电倍增管座上具有一个弹簧定位套715，在弹簧定位套715上套装有抗震弹簧716，抗震弹簧716的另一端抵住内套管714端部。

作为本实施例更具体的实施方式：扶正接头719与内套管714之间设置抗震海绵717和橡胶垫718。

工作原理：

地下自然温度梯度是由于地球内部热源扩散造成的，如果地质体是均匀的或者是同心球状均匀分布，地温梯度就是很稳定的量，井温随深度变化就是常数，称作正常地温梯度。我国大部分地区地温梯度的平均值为0.03℃/米。当地质构造等因素变化或地质体本身不均匀，球状热平衡条件就被破坏，钻孔中的轴向温度梯度和钻孔径向温度分布就会发生局部变化。

井下压力是由井下流体密度和垂直深度造成的。井下流体密度取决于组成流体的固相物、液体、气体的成分。如果井下流体由单一均质液体组成，压力就只是垂直深度的函数。

井温、压力测井就是通过观测温度、压力梯度的变化来判断钻孔周围可能存在的异常情况，得到有实用价值的信息。地下流体（包括地下水、石油、天然气等）的流动和密度变化造成了井温和压力异常。地层流体流动进入钻孔时体积膨胀，井液中的固相物沉淀分离，可溶性矿物溶解扩散等等都会引起沿钻孔轴向的温度、压力变化。反常的放射性地层、氧化地层、建井时套管外水泥胶结放出的热量也会引起温度、压力的变化。

井下自然伽玛射线强度取决于岩层中放射性元素的含量，本实用新型的数字地热测井系统可用来测量井下自然伽玛射线辐射强度，划分岩层、判断岩性、对比地层、解释目的层厚、确定地层结构。

伽玛射线探测工作原理：NaI晶体和光电倍增管组成自然伽玛探测器，光电倍增管各倍增极上加有递增的正电压，伽玛射线激发下NaI晶体放出光子，这些光子打在光电倍增管的光阴极上会使其放出光电子，光电子在光电倍增管各倍增电极作用下不断加速增殖，最后在光电倍增管的阳极形成幅度足够大的脉冲电流。将脉冲电流由前置放大器进行电流放大、甄别器进行选择，输出到微处理单元（MCU）进行计数处理。

井温工作原理：井温的测量采用小时间常数的PT1000铂电阻作为传感器，能快速响应钻孔中温度的变化，温度信号经模数转换后进单片机测量处理。

压力工作原理：压力传感器采用高温压力传感器，它内置有一个PT1000铂电阻作为内置温度传感器，微处理单元通过压力传感器的输出信号、内置温度传感器的输出信号和二次标定方程，进行修正计算，最终得到实际压力值。

本实用新型实施例的高温高压地热测井系统的主要技术指标如下：

1)伽玛射线探测传感器：Ф30×80NaI晶体+GDB23光电倍增管

2)伽玛射线探测计数范围：0-65000CPS

3)伽玛射线探测能量阀值：≥0.06MeV

4)测量精度：5%F.S

5)井温分辨率：0.025℃

6)测井速度：≤600m/H

7)上提下放速度：≤1000m/H

8)温度梯度测量范围：0.02℃/m～2℃/m (测速～600m/H时)

9)井温测量传感器：Pt-1000

10)仪器承压：≤55 MPa

11)仪器耐温：-10 ℃— +250 ℃；连续工作6小时，间歇6小时

12)井温测量范围：0—250℃

13)仪器内置电源：锂电7.4V 8000mAH

14)信号输出：WiFi。

使用方法：

本实用新型中高温高压数字地热测井系统需结合测井软件“LoggingWifi”进行测井。

1)启动PC机上测井软件

首先打开桌面的测井软件“LoggingWifi”，等待软件启动完毕。

2)仪器上电

拧下高温高压地热测井系统的上仪器接头和承压外管。拧下承压外管时需使仪器平放在干净的平地上或台子上，仪器两头需要垫上V型槽垫块。由于测量管较长，抽出仪器保温内管时，需用手握紧仪器保温内管。仪器保温内管中部有电源开关、WiFi天线、充电口。需要让仪器电源开关和充电口和WiFi天线完全裸露（见下图），才能和PC机连接通信，这时开启仪器电源。

这里需要注意：光电倍增管在仪器内管的底部，所以一般不要把整支仪器抽出，防止光电倍增管受撞击损坏。仪器的保温套处，WiFi天线处都是强度很弱的部位，要注意防止意外损坏。

3)深度测量天滑轮上电

深度测量天滑轮公知的为用于高温高压数字地热测井系统下井并记录深度的设备，应用时挂在钻机大钩上，取芯绞车钢丝绕过滑轮下放测井仪器。深度滑轮的深度信息是无线方式实时传到PC机的，使用前要充足电，按深度测量天滑轮标识的下井方向装入钢丝，开启电源，再上提测量天滑轮到适当的高度，必要时要简单固定一下深度测量滑轮，防止晃动。

4)建立连接

正常情况下，以上步骤完成后，PC机软件界面上会出现仪器已连上的提示。

第一步，查看已连上的仪器连接个数，下井测量应该有2个已连上的仪器（一个下井仪器和一个深度测量滑轮），若开启仪器1分钟后，还是显示少于2个连接的仪器，要检查本实用新型的高温高压地热测井仪是否已经供电。

第二步，点击电脑桌面软件的【仪器操作】，出现仪器操作对话框，会显示两个已连接设备的具体信息，它们分别显示在地热测井系统列表和深度仪列表中。

第三步，点击【确定】对仪器进行下一步操作。

5)参数设置

第一步，设置仪器参数，详细的内容如下。

a)开始测量时间：仪器在此时间后开始采集数据，单位：分钟。设置开始测量时间，可以灵活选择是从井口开始测量还是从井底开始测量，这样就不会产生大量无用数据。另外，在开始测量时间前仪器是节电状态运行，从而可以节省用电，延长一次下井工作时间，减少仪器内部温升。

b)结束测量时间：仪器在此时间后停止采样数据，单位：分钟。设置合适的结束测量时间和开始测量时间都可以减小仪器自身发热，保护仪器和节约电池电量。

本步骤中需注意：无论从井口往下测时，或从井底往上测都要预留足够的开始测量时间，保证在此时间到达前，下井仪器到达要测的井段处。结束测量时间也要留有余地，不然的话，还没测完目的井段仪器就停止测量了。

c)测量方式：目前只能选择连续测量。

d)采样间隔时间：设置采样间隔，默认1000ms采样一点，最小500ms，最大60000ms，根据现场不同需要正确选择采样间隔时间。时间间隔越小，总数据量越大，单位深度的测点数多（又和测井速度相关）。

e)线缆外径：测井现场下井钢丝绳的外径。请正确输入，输入错误会产生深度误差。

f)深度方向：默认值是正向，出厂时已设定好。可以改变深度计数方向，当换了其它深度测量滑轮时，而且当仪器下放时不是增加深度，上提时不是减少深度，就要修改成相反的值。

首先设置下井仪器的参数，设置完后点击【启动】按钮，探管开始进入工作状态。然后再设置深度滑轮的参数，设置完成后点击【启动】按钮，深度滑轮进入测量状态。

把本实用新型高温高压数字地热测井仪重新组装好，即保温内管与承压外管重新锁紧，之前需要擦干净连接螺纹，检查承压密封圈是否有损坏，并在承压密封圈上均匀地抹上少许高温硅脂。

6)下井测量

启动绞车，吊起下井仪器，本实用新型的高温高压数字地热测井仪慢慢下入井中。当仪器与钢丝绳的连接处和井口对齐时停下绞车，进行深度清零等操作。如果要设置深度，鼠标右键点击“深度”，就可以设置当前深度为任意值。应根据现场的实际情况，正确设置下井仪器所在真实的深度。

当开始测量后时钟倒计数到0 S时，井下仪器就开始采集记录测量数据。

到结束测量时间，下井仪器就停止测量记录了。有的情况下，没到结束测量时间就想结束测量，你也可随时结束。点击软件界面的【停止测量】来结束。这是确定操作时可能未连接井下仪器，这时会提示“WiFi连接失败，请将探管断电重启！”，点击确定按钮即可，等下次连接高温高压数字地热测井系统通信时，将井下仪断电重新启动一下再自动连接。

7)数据回放

开启测井软件，井下仪断一下电重启，过30秒后，点击【探管回放】，软件弹出回放对话框，选择需要回放的仪器名称，点击确定即可。

弹出 “回放成功，数据文件已保存”提示时，即表示数据回放成功，点击确定 。数据会自动保存在本软件安装目录下Data文件夹里。数据文件可以用PC机的LoggingPro打开或用Win系统的记事本软件打开查看。

如果数据回放失败，重新按上面的步骤执行一次即可，回放数据时尽量让探管与PC机之间的距离接近一些，并保持井下仪器的电量充足。

8)数据图示

在软件内点击【LoggingPro】进入出图界面。点击菜单栏【文件】，选择【打开文件】，进入安装目录选择Data文件夹，正确选择数据文件并打开。点击【图形】设置合适的标尺。修改后按【回车】保存。

采用本实用新型结构的测井系统，由于保温内管中的测量器件被封闭在两个壳体内，实现双重保护，顺利实现保温内管内、外的隔热隔压，确保测井系统能够在高温高压环境下正常工作，可靠工作温度区间达到-10 ℃— +250 ℃，承压达到55 MPa，顺利实现在高温、高压工况下的测井。

Claims (6)

1.一种高温高压数字地热测井系统，其特征在于：包括

一承压外管，所述承压外管为一横截面为圆环的管体结构，限定承压外管在沿其自身管体轴线延伸方向上的一端为第一端，另一端为第二端，所述承压外管的第一端内壁上自第一端向第二端依次设有密封配合段和内螺纹段，承压外管的密封配合段内径记为R1，承压外管的内螺纹段大径记为R2，R1＞R2，所述承压外管的第二端具有一个尾部内台阶孔；

一用于对承压外管第二端进行封闭的仪器下接头，所述仪器下接头具有一个刚好可嵌入尾部内台阶孔的环形凸台，所述环形凸台嵌入承压外管的尾部内台阶孔后与承压外管焊接固定实现承压外管第二端的封闭；

一同轴内置于承压外管中的保温内管，所述保温内管为一横截面为圆环的管体结构，限定保温内管在沿其自身管体轴线延伸方向上的一端为第三端，另一端为端部封闭的第四端；所述保温内管的第三端靠近承压外管的第一端，并位于承压外管的内螺纹段处，所述保温内管的第四端靠近承压外管的第二端，且第四端端面抵住仪器下接头的环形凸台端面实现保温内管的第四端限位；

一用于保温内管定位的压紧螺母，所述压紧螺母具有一个可与承压外管内螺纹段配合的外螺纹段，压紧螺母的中心具有一个直径大于保温内管内径的圆孔，并在压紧螺母的端面上开有贯通的连接孔；所述压紧螺母与承压外管通过内、外螺纹段螺纹连接并抵住保温内管的第三端端面实现保温内管的第三端限位；

一仪器上接头，所述仪器上接头为一与承压外管同轴设置的台阶状回转体结构，限定仪器上接头在沿其自身管体轴线延伸方向上的一端为第五端，另一端为第六端；

台阶状回转体结构的外表面在沿自身轴线方向上，自第五端向第六端依次设置第一外圆柱段、外导向圆锥段、拆卸圆柱段、第一密封圆柱段、第一过渡圆柱段、第一锁紧圆柱段、第二密封圆柱段和隔热体连接圆柱段；

所述第一密封圆柱段的外圈上沿自身轴线方向均匀分布有数道沿外圈圆周方向延伸的第一密封槽，第一锁紧圆柱段外圈设置有可与承压外管内螺纹段配合的外螺纹段，第二密封圆柱段的外圈上沿自身轴线方向均匀分布有数道沿外圈圆周方向延伸的第二密封槽，所述隔热体连接圆柱段的外圈上钻有保温套连接孔；

所述拆卸圆柱段的外径记为R3，第一密封圆柱段的外径记为R4，过渡圆柱段的外径记为R5，第一锁紧圆柱段的外螺纹段大径记为R6，第二密封圆柱段的外径记为R7，隔热体连接圆柱段的外径记为R8，R3＞R4＞R6＞R5＞R7＞R8，且第一密封圆柱段外径R4与承压外管的密封配合段R1相匹配，第二密封圆柱段外径R7与保温内管的内径相匹配；

所述拆卸圆柱段与第一密封圆柱段之间的台阶面抵住承压外管的第一端端面，第一密封圆柱段刚好嵌入承压外管的密封配合段内，并在第一密封圆柱段的第一密封槽与密封配合段之间形成的环形空腔内嵌入第一密封圈组；第一锁紧圆柱段与承压外管的内螺纹段配合锁紧实现仪器上接头与承压外管的连接固定；第二密封圆柱段穿过压紧螺母的中心圆孔后刚好嵌入保温内管的第三端内壁中，并在第二密封圆柱段的第二密封槽与保温内管内壁之间形成的环形空腔内嵌入第二密封圈组；所述隔热体连接圆柱段外套装有保温套，所述保温套通过与保温套连接孔螺纹连接的螺钉固定在隔热体连接圆柱段上；

台阶状回转体结构的中心在沿自身轴线方向上，自第五端向第六端依次设置密封配合圆孔段、锁紧圆孔段、第一过渡圆孔段、锥孔段和第二过渡圆孔段，锁紧圆孔段上设置有内螺纹；

一传感器接头，该传感器接头沿其自身轴线方向依次分为吊环连接部、测量部和上接头连接部，吊环连接部通过螺纹与一吊环连接固定，测量部具有一沿传感器接头自身径向延伸并贯通传感器接头侧壁的测量腔，上接头连接部内设置有温度传感器安装腔和压力传感器安装腔，所述温度传感器安装腔、压力传感器安装腔的一端与测量腔连通，另一端贯穿上接头连接部的轴端面；

所述上接头连接部的外表面同样为台阶状回转体，上接头连接部沿其自身轴线方向自吊环连接部侧向上接头连接部侧依次设置有第二外圆柱段、第三密封圆柱段、第二锁紧圆柱段，

所述第三密封圆柱段的外圈上沿自身轴线方向均匀分布有数道沿外圈圆周方向延伸的第三密封槽，第二锁紧圆柱段外圈设置有可与仪器上接头锁紧圆孔段内螺纹配合的外螺纹段，

所述第二外圆柱段的外径记做R9，第三密封圆柱段的外径记做R10，第二锁紧圆柱段的外螺纹段大径记做R11，R9＞R10＞R11，

第二外圆柱段与第三密封圆柱段之间的台阶面抵住仪器上接头的第五端端面，第三密封圆柱段刚好嵌入仪器上接头的密封配合圆孔段内，并在第三密封圆柱段的第三密封槽与密封配合圆孔段之间形成的环形空腔内嵌入第三密封圈组，第二锁紧圆柱段的外螺纹段与仪器上接头的锁紧圆孔段螺纹配合锁紧实现仪器上接头与传感器接头的锁紧；

一测量组件，所述测量组件主要包括安装在保温内管中的NaI晶体、光电倍增管、主线路板、电源板、WIFI模块、锂电池，以及安装在传感器接头内的温度传感器、压力传感器；

所述NaI晶体、光电倍增管、电源板、主线路板、WIFI模块、锂电池在保温内管的轴线上自第四端向第三端依次排列，主线路板上安装有微处理单元、甄别器、放大器和数模转换模块；

所述光电倍增管具有一个光阴极、一个阳极以及倍增级，光阴极紧贴设置在NaI晶体一侧，倍增级由锂电池通过电源板供电，阳极依次通过放大器、甄别器将脉冲电流信号输出至微处理单元；

所述WIFI模块通过接线、主线路板接入微处理单元，WIFI模块包括天线座、天线发射板、电源开关、充电插座；

所述温度传感器密封安装在传感器接头的温度传感器安装腔内，温度传感器的头部伸入测量腔，温度传感器的尾部通过接线与主电路板上的数模转换模块连接；

所述压力传感器密封安装在传感器接头的压力传感器安装腔内，压力传感器的头部伸入测量腔，压力传感器的尾部通过接线与主电路板上的数模转换模块连接。

2.根据权利要求1所述的高温高压数字地热测井系统，其特征在于：

所述测量组件还包括第一内吸热体、第二内吸热体、上吸热体、下吸热体，在隔热体与锂电池之间设置有上吸热体，在WIFI模块与主电路板之间设置有第一内吸热体，在主电路板与电源板之间设置有第二内吸热体，在NaI晶体与保温内管的第四端之间设置有下吸热体。

3.根据权利要求2所述的高温高压数字地热测井系统，其特征在于：所述NaI晶体、光电倍增管被依次设置在一个内套管中，内套管的一端通过扶正接头与下吸热体连接固定，内套管的另一端通过另一接头与电源板连接；光电倍增管中远离NaI晶体的一端设置有光电倍增管座，该光电倍增管座上具有一个弹簧定位套，在弹簧定位套上套装有抗震弹簧，抗震弹簧的另一端抵住内套管端部。

4.根据权利要求3所述的高温高压数字地热测井系统，其特征在于：所述扶正接头与内套管之间设置抗震海绵和橡胶垫。

5.根据权利要求1所述的高温高压数字地热测井系统，其特征在于：所述传感器接头的吊环连接部外表面钻有传感器接头拆卸孔。

6.根据权利要求1所述的高温高压数字地热测井系统，其特征在于：所述仪器上接头的拆卸圆柱段外表面钻有上接头拆卸孔。