CN215292460U

CN215292460U - 一种用于侧向电阻率的随钻装置

Info

Publication number: CN215292460U
Application number: CN202120404541.6U
Authority: CN
Inventors: 杜海洋; 于其蛟; 林楠; 任勇
Original assignee: Measurement And Control Technology Research Institute Of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Co ltd; Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
Current assignee: Geological Measurement And Control Technology Research Institute Of Sinopec Jingwei Co ltd; China Petrochemical Corp; Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp; Sinopec Jingwei Co Ltd
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2021-12-24
Anticipated expiration: 2031-02-24

Abstract

本实用新型提出了一种用于侧向电阻率的随钻装置，具体涉及一种用于侧向电阻率的随钻装置，包括钻铤，设置在所述钻铤上的主电极组合，成对式设在所述钻铤上的平流电极，相互配对的两个所述平流电极关于所述主电极组合对称式设置在所述主电极组合的外端。本实用新型特别适用于泥浆电阻率大大低于周围地层的地层，适用于油基泥浆以及100欧米以上的高阻地层；在常规选用盐水泥浆的海上钻井开发、非常规页岩气开发，稠油开采等领域，具有独特钻测优势。

Description

一种用于侧向电阻率的随钻装置

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻探中的随钻测井装备技术领域，具体涉及一种用于侧向电阻率的随钻装置。

背景技术

在油气田勘探和开发过程中，需要测量地层地质信息和工程参数。随着勘探开发技术的不断进步，对测量参数的准确性和多样性要求也越来越高。所需要的参数往往包含地层环境参数、井下钻具位置、方位以及钻井环境参数等。

目前已经有多种常规电缆测井仪器以及随钻测井仪器可以提供以上参数。在随钻仪器中随钻电磁波电阻率仪器作为评价地层性质的重要仪器，可以提供地层电阻率信息，来对地层含油性进行评价。

为了评价油层的含油性和计算含油饱和度，需要知道地层电阻率的精确数值。测量电阻率的方法很多，每种方法都有它待定的条件限制，例如受测量地层的电阻率以及储层复杂度影响，受井眼、侵入泥浆、围岩等测量环境影响。

当测量的地层较厚、油层电阻率不太高，并且泥浆电阻率不太低的情况下，常规的随钻电阻率仪器通常都能够获得较好的测量结果。当钻遇地层时选用的钻井泥浆的矿化度较高(例如盐水泥浆)、地层电阻率很高(例如超过200欧米)并且很薄(例如不足1米)，此时的邻层影响和围岩影响较大，泥浆的分流作用很强，大部分电极型电阻率仪器，其发射电流难以穿透到地层中去，无法求得准确的地层电阻率；常规的电磁波电阻率，当测量地层的电阻率超过50欧米，则幅度比信号微弱，若测量地层的电阻率超过200欧米，相位差信号也显著下降，无法导出准确的地层电阻率值。

若在主供电电极A0两侧加上两个屏蔽电极M1、M2，并向屏蔽电极供以相同极性的电流，使其电位与主电极相等，迫使主电极电流不能在井眼中上下流动，而成水平片状进入地层，就可把井的分流作用和围岩影响减到最小。由于迫使电流只向侧向流动，电流的方向垂直于电极系的轴线.因此又把聚焦测井称作侧向测井。

另外，在钻井过程中，当泥浆电阻率大大低于周围测量地层的电阻率时，泥浆对随钻测井结果的影响很大。常规的随钻电阻率测井仪器也难以解算出接近地层的电阻率真值。

实用新型内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本实用新型提出了一种用于侧向电阻率的随钻装置。该装置一对平流电极的驱动线圈，提供大小相等方向相同的电流，形成平流电流I1，平流I1导致平流电极与主电极组合中的监督电极之间产生微弱的正电位差V，该电位差经过选频放大和功放等处理后输出到主电极A0，形成主电极电流I0，由于平流电极和主电极组合之间分别绝缘，没有电流直接流过，因而平流电流I1只能沿钻铤的径向流入地层，并返回钻铤。同时，平流电极导致主电极电流不能在井眼中上下流动，只能向垂直井眼的方向流入地层。由此，聚焦性质的侧向电流受泥浆影响较小，能测到一个具有较大范围的地层电阻率真值。

若对四对平流电极按照某时间片原则供电，则能够同时获得四个不同探测深度的地层电阻率真值。

根据本实用新型的，提出了一种装置，包括：

钻铤，

设置在所述钻铤上的主电极组合，

成对式设在所述钻铤上的平流电极，相互配对的两个所述平流电极关于所述主电极组合对称式设置在所述主电极组合的外端。

本实用新型的进一步改进在于，所述主电极组合包括：

主电极，

至少两对监督电极，相互配对的所述监督电极关于主电极对称式设置在所述钻铤的所述主电极的外端，位于同端的所述监督电极在所述钻铤上依次设置，

其中，在所述主电极与相邻的所述监督电极，以及相邻的所述监督电极之间均进行绝缘设置。

本实用新型的进一步改进在于，在所述钻铤的壁上设置第一凹槽，所述第一凹槽位于所述主电极组合的内侧，在所述第一凹槽内设置有能与所述主电极和所述监督电极均电连接的主电路板，所述主电路板具有信号采集单元、信号处理单元、控制单元和供电单元。

本实用新型的进一步改进在于，所述主电极、所述监督电极和所述平流电极均包括一个独立的驱动线圈和前置放大电路；所述钻铤的外壁上设置有若干刻槽，所述驱动线圈绕制在所述刻槽内；

其中，所述刻槽内灌注有绝缘涂层；所述驱动线圈与所述钻铤之间、所述主电极和所述监督电极之间通过所述绝缘涂层隔离。

本实用新型的进一步改进在于，在所述钻铤上设置第二凹槽，在所述第二凹槽内设置有能与所述平流电极电连接的集成电路板，并且，在所述钻铤上设置第三凹槽，在所述第三凹槽内设置有电源。

本实用新型的进一步改进在于，所述第二凹槽和所述第三凹槽设置在所述钻铤的两端，并相对于所述主电极组合对称。

本实用新型的进一步改进在于，在所述钻铤上设置轴向贯穿的走线孔，在所述走线孔的两端设置有通讯线接头，并且，设置有所述平流电极的刻槽、设置有主电路板的第一凹槽、设置有集成电路板的第二凹槽以及设置有电源的第三凹槽均通过连通孔连接所述走线孔。

本实用新型的进一步改进在于，在所述第一凹槽的壁上设置有绝缘层，并在所述第一凹槽的开口处密封式设置有第一槽盖。

本实用新型的进一步改进在于，在所述钻铤上设置轴向贯穿的泥浆孔，其中，所述泥浆孔的直径为5-7厘米。

本实用新型的进一步改进在于，在所述钻铤上位于与所述第一凹槽相对的位置沿轴向设置有通讯线槽，所述通讯线槽用于连接所述主电极、所述监督电极和所述平流电极。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于，特别适用于泥浆电阻率大大低于周围地层的地层，适用于油基泥浆以及100欧米以上的高阻地层。在常规选用盐水泥浆的海上钻井开发、非常规页岩气开发，稠油开采等领域，具有独特钻测优势。

附图说明

下面将结合附图来对本实用新型的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本实用新型的一个实施例的用于侧向电阻率的随钻装置的结构示意图；

图2显示了根据本实用新型的一个实施例的用于侧向电阻率的随钻装置的轴向剖面结构示意图，显示了对称结构中的半边的结构；

图3显示了根据本实用新型的一个实施例的用于侧向电阻率的随钻装置的轴向剖面结构示意图，显示了对称结构中的半边的结构；

图4显示了根据本实用新型的另一个实施例的主电极处的径向剖面图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中，1、主电极，2、第一监督电极，3、第二监督电极，4、第三监督电极，5、第四监督电极，6、第一平流电极，7、第二平流电极，8、第三平流电极，9、第四平流电极，10、第五平流电极，11、第六平流电极，12、第七平流电极，13、第八平流电极，14、钻铤，15、绝缘涂层，16、第二凹槽，17、第三凹槽，18、泥浆流道，19、走线孔，20、盖板，21、主电极组合，22、电路板，23、电路板，24、信号线，25、下端通讯线接头，26、上端通讯线接头，27、钻铤芯轴，28、驱动线圈，29、第一凹槽，30、压板，31、通讯线槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做进一步说明。

图1显示了根据本实用新型的用于侧向电阻率的随钻装置。

在如图1所示的实施例中，所述的用于侧向电阻率的随钻装置包括钻铤，钻铤优选为一根随钻用标准规格型号的钻铤。钻铤上设置有主电极组合和平流电极。相互配对的两个所述平流电极关于所述主电极组合对称式设置在所述主电极组合的外端。

在一个实施例中，所述主电极组合21包括主电极1，至少两对监督电极，相互配对的所述监督电极关于主电极1对称式设置在所述钻铤14的所述主电极1的外端，位于同端的所述监督电极在所述钻铤14上依次设置，其中，在所述主电极1与相邻的所述监督电极，以及相邻的所述监督电极之间均进行绝缘设置。

如1图所示是一种优选的实施例，其中，主电极组合包括主电极1和两对监督电极(图号2-5)。主电极1安装在钻铤的中心，以主电极1为中心左右对称式安装第一监督电极2、第二监督电极3以及第三监督电极4、第四监督电极5。在主电极组合的两侧分别设置平流电极6-13，分别为第一平流电极6、第二平流电极7、第三平流电极8、第四平流电极9、第五平流电极10、第六平流电极11、第七平流电极12以及第八平流电极13。不论主电极组合的各电极1、2-5之间互相绝缘。同时，各电极1、2-5和6-13与钻铤14之间具有足够的绝缘度，保证电极1、2-5和6-13的发射信号不会被钻铤直接接收。

在根据本实施例所述的装置中，主供电电极两侧的监督电极和平流电极作为屏蔽电极供以相同极性的电流，使其电位与主电极1相等，迫使主电极1电流不能在井眼中上下流动，而成水平片状进入地层，就可把井的分流作用和围岩影响减到最小。由于迫使电流只向侧向流动，电流的方向垂直于电极系的轴线。

在本实施例中，主电极1位于钻铤的中心，两对监督电极分别位于主电极的两边，均匀对称安装，四对平流电极又以主电极组合为中心，均匀对称安装于钻铤的两侧。

当电极系工作时，从主电极流出稳定的供电电流I₀，同时整个电极系保持等电位，测量的视电阻率可按下列公式计算：

R＝K(U/I₀)

式中K为聚焦电阻率电极系系数，U是设计确定的恒压，只要测量I₀，即可求得井壁附近地层的电阻率R。

在一个优选的实施例中，在钻铤的壁上设置第一凹槽29，第一凹槽29内设置在主电极组合的内侧，如图1和图4所示，在所述第一凹槽29内设置有能与所述主电极和所述监督电极均电连接的主电路板，所述主电路板具有信号采集单元、信号处理单元、控制单元和供电单元。

第一凹槽29以用于放置能与主电极1、监督电极2-5电连接的主电路板22。本申请以两对监督电极为例进行说明，例如图号2-3的监督电极为一对，而图号4-5的为另一对。其中，每个电极1、2-5均含有一个驱动线圈和一个前级放大电路。在生产过程中，主电路板22被放入到第一凹槽29内，并通过盖30盖合第一凹槽29的开口处。

在一个实施例中，所述监督电极和所述平流电极均包括一个独立的驱动线圈28和前置放大电路；所述钻铤14的外壁上设置有若干刻槽，所述驱动线圈28绕制在所述刻槽内。其中，所述刻槽内灌注有绝缘涂层15；所述驱动线圈28与所述钻铤14之间、所述主电极1和所述监督电极之间通过所述绝缘涂层15隔离。所有电极在钻铤14上的轴向缠绕尺寸均比绝缘涂层15的轴向尺寸小，驱动线圈28绕制的电极环与钻铤14之间具有足够的绝缘度，保证电极的发射信号不会被钻铤14直接接收。

在一个优选的实施例中，在主电极组合21的一端，依次安装着四个平流电极7、9、11和13。平流电极7、9、11和13周向缠绕式设置在钻铤14的外壁的周向的刻槽中。每个电极7、9、11和13均含有一个驱动线圈和一个前级放大电路，嵌入在钻铤14刻槽内的绝缘涂层中。另外，在平流电极11和13之间，在钻铤14上也有一个较深的第二凹槽17(如图1所示)。在第二凹槽17中可以安装集成电路板23。

在钻铤14的轴向中心，有一个轴向贯通的泥浆孔18，作为泥浆流道。另外，在泥浆孔18靠近信号主电路板22的一侧的钻铤14上设置一个轴向贯通的走线孔19。例如，泥浆孔18的直径可以为5-7厘米。走线孔19的直径为1厘米。走线孔19为整个装置的内部信号线、控制线和供电线的通讯通道。走线孔19的轴向两端分别设置通讯线接头25、26。例如，通讯线接头25、26可以为标准的随钻仪器接头或滑环插针。在电极1、2-5和6-13的先对位置处还有连通孔与走线孔19连通，以作为相应的电极1、2-5和6-13或电路板22、23的通讯孔道。

如图2所示，在一个实施例中，主电极组合21由一个主电极1和两对监督电极2-5组成。主电路板22由信号采集、信号处理、控制及供电单元组成，分别采集并处理通过主电极1和两对监督电极2-5产生的信号。

同理地，集成电路板23也包括信号采集、信号处理、控制及供电单元，用于采集并处理通过四对平流电极6-13产生的信号。第二凹槽17中的电路板23的外侧设置有绝缘材料压层、线路板固定和密封装置(图中未显示)和盖板20。在钻铤14上还设置有第三凹槽16，用于放置整个供电的锂电池组。

优选地，第二凹槽17与第三凹槽16相对应主电极1对称。且两个凹槽16、17深度和大小相同。这种设置使得钻铤14承受应力的能力不变，保证钻铤14受力均匀。

当装置工作时，先给一对平流电极，例如6、7的驱动线圈供电，形成平流电流I₁，平流I₁导致平流电极6、7和监督电极2-5之间产生微弱的正电位差V。该电位差经过选频放大和功放等处理后输出到主电极A0，形成主电极电流I₀，由于平流电极6、7和主电极组合21之间分别绝缘，没有电流直接流过，因而平流电流I1铤只能沿钻铤14的径向流入地层，并返回钻铤。另外，平流电极6、7上的电流大小相等方向相同，平流电极6、7导致主电极1电流不能在井眼中上下流动，只能向垂直井眼的方向流入地层。聚焦性质的侧向电流受泥浆影响较小，能测到较大范围的地层电阻率真值。

以上仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种用于侧向电阻率的随钻装置，其特征在于，包括：

钻铤(14)，

设置在所述钻铤(14)上的主电极组合(21)，

成对式设在所述钻铤(14)上的平流电极，相互配对的两个所述平流电极关于所述主电极组合(21)对称式设置在所述主电极组合(21)的外端。

2.根据权利要求1所述的用于侧向电阻率的随钻装置，其特征在于，所述主电极组合(21)包括：

主电极(1)，

至少两对监督电极，相互配对的所述监督电极关于主电极(1)对称式设置在所述钻铤(14)的所述主电极(1)的外端，位于同端的所述监督电极在所述钻铤(14)上依次设置，

其中，在所述主电极(1)与相邻的所述监督电极，以及相邻的所述监督电极之间均进行绝缘设置。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述钻铤(14)的壁上设置第一凹槽(29)，所述第一凹槽(29)位于所述主电极组合(21)的内侧，在所述第一凹槽(29)内设置有能与所述主电极(1)和所述监督电极均电连接的主电路板，所述主电路板具有信号采集单元、信号处理单元、控制单元和供电单元。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述主电极(1)、所述监督电极和所述平流电极均包括一个独立的驱动线圈(28)和前置放大电路；所述钻铤(14)的外壁上设置有若干刻槽，所述驱动线圈(28)绕制在所述刻槽内；

其中，所述刻槽内灌注有绝缘涂层(15)；所述驱动线圈(28)与所述钻铤(14)之间、所述主电极(1)和所述监督电极之间通过所述绝缘涂层(15)隔离。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述钻铤(14)上设置第二凹槽(16)，在所述第二凹槽(16)内设置有能与所述平流电极电连接的集成电路板，并且，在所述钻铤(14)上设置第三凹槽(17)，在所述第三凹槽(17)内设置有电源。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二凹槽(16)和所述第三凹槽(17)设置在所述钻铤(14)的两端，并相对于所述主电极组合(21)对称。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述钻铤(14)上设置轴向贯穿的走线孔(19)，在所述走线孔(19)的两端设置有通讯线接头，并且，设置有所述平流电极的刻槽、设置有主电路板的第一凹槽(29)、设置有集成电路板的第二凹槽(16)以及设置有电源的第三凹槽(17)均通过连通孔连接所述走线孔。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的装置，其特征在于，在所述第一凹槽(29)的壁上设置有绝缘层，并在所述第一凹槽(29)的开口处密封式设置有第一槽盖。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在所述钻铤(14)上设置轴向贯穿的泥浆孔，其中，所述泥浆孔的直径为5-7厘米。

10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述钻铤(14)上位于与所述第一凹槽(29)相对的位置沿轴向设置有通讯线槽(31)，所述通讯线槽(31)用于连接所述主电极(1)、所述监督电极和所述平流电极。