專利名稱：隨鉆雙感應(yīng)電阻率測(cè)量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在石油鉆井工程中用于地質(zhì)導(dǎo)向的無線隨鉆測(cè)量儀器。
背景技術(shù)：
目前，在鉆井行業(yè)的隨鉆測(cè)量領(lǐng)域，地層電阻率用來劃分地層剖面和確定儲(chǔ)層的含油飽和度，是測(cè)井解釋評(píng)價(jià)油氣儲(chǔ)藏的主要依據(jù)。公知的隨鉆電阻率測(cè)量技術(shù)包括隨鉆側(cè)向電阻率、電磁波傳播電阻率和隨鉆感應(yīng)電阻率。
隨鉆淺側(cè)向電阻率測(cè)井由供電電極供以電流，在井眼周圍地層中形成電場(chǎng)，測(cè)量地層中電場(chǎng)的分布，得出地層電阻率。隨鉆淺側(cè)向電阻率測(cè)井儀器將鉆頭本身作為電極，也可以應(yīng)用環(huán)狀電極和靠近鉆頭的3個(gè)紐扣電極進(jìn)行電阻率測(cè)量。用鉆頭作為電極，在泥漿侵入或井眼可能損壞之前，就可以測(cè)量5～10厘米薄層的電阻率；用環(huán)狀電極可進(jìn)行高分辨率的側(cè)向電阻率測(cè)量，可減少圍巖的影響，甚至在鹽水泥漿或高電阻率地層中也可以提供地層真電阻率響應(yīng)，應(yīng)用3組電極陣列，可獲得井眼周圍360°范圍的電阻率信息。
這種儀器存在如下缺點(diǎn)側(cè)向電阻率測(cè)井屬于直流電法測(cè)井，都有一個(gè)供電電極將直流電流導(dǎo)入地層，然后用一個(gè)測(cè)量電極測(cè)出井內(nèi)某點(diǎn)的電位，只有當(dāng)井內(nèi)有導(dǎo)電泥漿提供電流通道時(shí)才能使用這種方法。而有時(shí)為了獲取地層原始含油飽和度信息，需用油基泥漿鉆井，甚至采用空氣鉆井，在這種條件下，不能使用直流電法測(cè)井。
隨鉆電磁波電阻率測(cè)井儀器采用多線圈系設(shè)計(jì)，傳播頻率為1～8MHz，在線圈系基于鉆鋌結(jié)構(gòu)，將線圈系纏繞在鉆鋌上，通過測(cè)量不同源距接收線圈間幅度比或相位差，然后再換算為地層視電阻率，測(cè)得相移淺電阻率和衰減深電阻率。在理想情況下，電磁波傳播電阻率測(cè)井儀的縱向分辨率由兩接收線圈的間距決定，多探測(cè)深度的測(cè)量數(shù)據(jù)可以用來解釋侵入狀況，通常認(rèn)為相位電阻率的探測(cè)深度較淺，衰減電阻率具有較大的探測(cè)深度。
盡管能夠測(cè)得不同探測(cè)深度的電阻率，但這種儀器存在如下缺點(diǎn)首先，電磁波電阻率儀器采用的信號(hào)頻率太高，由于電磁波的傳播效應(yīng)，探測(cè)深度有限，測(cè)量結(jié)果會(huì)受到地質(zhì)因素的影響，尤其是圍巖的影響，儀器的測(cè)量結(jié)果不僅響應(yīng)接收線圈之間的地層區(qū)域，而且與發(fā)射線圈到接收線圈之間的整個(gè)地層參數(shù)有關(guān)，甚至于發(fā)射線圈周圍一個(gè)較小區(qū)域內(nèi)的地層也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，所以儀器的縱向分辨率在很大程度上依賴于整個(gè)儀器所處地層的電阻率。其次，儀器的線圈是纏繞在鉆鋌表面，其制作工藝非常復(fù)雜，在使用過程中線圈系極容易受到磨損而損壞，或者當(dāng)井眼尺寸變化時(shí)，需要重新繞制線圈，維修檢測(cè)較為復(fù)雜，維護(hù)成本高。另外，與側(cè)向電阻率一樣，電磁波電阻率儀器也不能工作在油基泥漿中。
隨鉆感應(yīng)電阻率利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)發(fā)射線圈中通以幅度和頻率恒定的交流電時(shí)，在該線圈的周圍地層中感應(yīng)出渦流，渦流本身又會(huì)形成二次交變電磁場(chǎng)，在二次交變電磁場(chǎng)作應(yīng)下，接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)大小與地層電導(dǎo)率有關(guān)，通過測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)即可得到地層電阻率。
目前的隨鉆感應(yīng)測(cè)井儀器的線圈系采用一個(gè)發(fā)射線圈和兩個(gè)接收線圈，其中一個(gè)為主接收線圈，另一個(gè)為補(bǔ)償線圈，線圈系置于鉆鋌側(cè)面帶有反射層的V形槽內(nèi)，測(cè)井響應(yīng)對(duì)V形槽正面區(qū)域地層的電阻率變化敏感，因此具有定向測(cè)量的特點(diǎn)。儀器由電池供電，在電池頂部裝有一個(gè)公扣連接頭，可與儀器底部的母扣連接頭相接，用于向隨鉆測(cè)量儀器傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同一個(gè)傳感器短節(jié)可適用于不同尺寸井眼的要求。這種隨鉆感應(yīng)測(cè)井儀器的信號(hào)頻率為20kHz，大大低于高頻儀器的頻率，因此不易被地層吸收，探測(cè)深度深，測(cè)量范圍較大，可達(dá)到0.1-1000歐姆米，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，一個(gè)傳感器短節(jié)可適用于不同尺寸井眼的需要，維修檢測(cè)簡單，且適用于不同類型的鉆井液。
但這種儀器存在如下缺點(diǎn)該儀器采用由一個(gè)發(fā)射線圈和兩個(gè)接收線圈組成的、具有單一固定探測(cè)深度的線圈系，只能提供一個(gè)徑向探測(cè)深度的地層電阻率，不能用于解釋復(fù)雜侵入剖面和劃分滲透層。對(duì)于滲透層，泥漿侵入使其電阻率在徑向上發(fā)生變化，由于在同一深度點(diǎn)只能得到一個(gè)徑向探測(cè)深度的電阻率值，因此不能用來解釋地層侵入狀況，無法確定地層受泥漿侵入的情況和儲(chǔ)層滲透性，不利于油氣層解釋，從而無法用來準(zhǔn)確測(cè)量地層真電阻率。另外，不同類型的泥漿侵入以及不同徑向探測(cè)深度的電阻率，其油氣水層特征是不同的，根據(jù)多條不同探測(cè)深度電阻率曲線受泥漿侵入影響程度的不同，以及在油氣水層中所表現(xiàn)出來的差異特征可以識(shí)別油氣，所以多深度電阻率測(cè)量對(duì)于隨鉆測(cè)井儀器來說時(shí)非常重要的，但該儀器無法達(dá)到這個(gè)要求，由于它的線圈系設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)固定，每一種線圈系只能提供一種深度的電阻率，要得到不同探測(cè)深度的電阻率，就得用不同的線圈系進(jìn)行多次測(cè)量，這種方式在工程實(shí)際應(yīng)用中是很難實(shí)現(xiàn)的。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了提供一種隨鉆雙感應(yīng)電阻率測(cè)量儀，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該儀器采用兩個(gè)陣列線圈系單元，能夠同時(shí)測(cè)量兩個(gè)徑向深度的地層電阻率，不同探測(cè)深度的測(cè)量數(shù)據(jù)可以用來解釋地層侵入狀況，確定地層受泥漿侵入的情況和儲(chǔ)層滲透性，準(zhǔn)確測(cè)量地層真電阻率和計(jì)算地層含水飽和度，能夠使儲(chǔ)層綜合解釋及油氣水分析技術(shù)得到改進(jìn)和完善。
本實(shí)用新型所述的儀器包括鉆鋌、V形槽、發(fā)射單元、耦合單元、接收單元、發(fā)射電路模塊、接收控制電路模塊、高壓密封蓋板、上滑環(huán)連接器、下滑環(huán)連接器、導(dǎo)線孔。
本實(shí)用新型的特征是耦合單元將發(fā)射單元和接收單元連接在一起安裝在V形槽內(nèi)組成電極系，高壓密封蓋板壓在V形槽的外邊緣，發(fā)射單元內(nèi)部安裝有發(fā)射線圈和發(fā)射單元液壓平衡活塞，接收單元內(nèi)部安裝有深探測(cè)接收線圈、深探測(cè)平衡調(diào)整螺套、深探測(cè)平衡調(diào)整螺桿、淺探測(cè)接收線圈、淺探測(cè)平衡調(diào)整螺套、淺探測(cè)平衡調(diào)整螺桿、接收單元液壓平衡活塞。在V形槽軸向兩側(cè)分別安裝發(fā)射電路模塊和接收控制電路模塊，發(fā)射電路模塊由激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路、功率放大器、刻度信號(hào)發(fā)生電路組成，接收控制電路模塊由存儲(chǔ)器、微處理器、時(shí)鐘發(fā)生器、相位控制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、濾波器、相敏檢波器、放大器和多路開關(guān)組成，發(fā)射電路模塊和接收控制電路模塊通過導(dǎo)線孔分別與發(fā)射單元和接收單元相連。在鉆鋌的絲扣根部分別鑲嵌上滑環(huán)連接器和下滑環(huán)連接器，由導(dǎo)線孔分別與發(fā)射電路模塊和接收控制電路模塊相連。
本實(shí)用新型所述的隨鉆雙感應(yīng)電阻率測(cè)量儀具有的有益效果是，該儀器采用雙線圈系，能夠同時(shí)探測(cè)兩個(gè)徑向深度的地層電阻率，而且發(fā)射線圈與接收線圈相互獨(dú)立，每一個(gè)線圈系能夠獨(dú)立調(diào)整，不產(chǎn)生相互影響，還能夠延伸組合成隨鉆陣列感應(yīng)電阻率或多線圈系高分辨率隨鉆感應(yīng)電阻率。該儀器的測(cè)量結(jié)果不但可以用來在鉆井過程中實(shí)時(shí)測(cè)量地層真電阻率，還可用來解釋地層侵入狀況和計(jì)算地層含水飽和度，分辨儀器所在層位的巖性和流體變化特征，有利于根據(jù)地質(zhì)信息及時(shí)調(diào)整井眼軌跡，控制鉆具穿行在油藏最佳位置，適合于在石油工程中進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1表示“隨鉆雙感應(yīng)電阻率測(cè)量儀”的軸向剖面圖；圖2表示“隨鉆雙感應(yīng)電阻率測(cè)量儀”的徑向剖面圖；圖3表示“隨鉆雙感應(yīng)電阻率測(cè)量儀”的電路框圖。
1、鉆鋌 2、上滑環(huán)連接器 3、導(dǎo)線孔4、發(fā)射電路模塊 5、V形槽 6、發(fā)射單元液壓平衡活塞7、發(fā)射線圈 8、耦合單元 9、深探測(cè)平衡調(diào)整螺桿10、深探測(cè)平衡調(diào)整螺套11、深探測(cè)接收線圈12、發(fā)射單元13、淺探測(cè)接收線圈14、接收單元 15、高壓密封蓋板16、淺探測(cè)平衡調(diào)整螺套17、接收單元液壓平衡活塞18、淺探測(cè)平衡調(diào)整螺桿19、接收控制電路模塊 20、下滑環(huán)連接器21、存儲(chǔ)器22、微處理器 23、時(shí)鐘發(fā)生器24、相位控制電路 25、激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路 26、功率放大器27、刻度信號(hào)發(fā)生電路 28、模數(shù)轉(zhuǎn)換器29、濾波器30、相敏檢波器31、放大器32、多路開關(guān)具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合說明書附圖1、2和3，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
圖1和圖2表示儀器的軸向和徑向剖面圖。鉆鋌1作為儀器的安裝骨架以及井下鉆具的一部分，位于鉆頭或造斜工具之后。在鉆鋌的任意一個(gè)側(cè)面開有一個(gè)V形槽5，耦合單元8將發(fā)射單元12和接收單元14連接在一起安裝在V形槽5內(nèi)組成電極系，高壓密封蓋板15壓在V形槽5的外邊緣，發(fā)射單元12內(nèi)部安裝有發(fā)射線圈7和發(fā)射單元液壓平衡活塞6，接收單元14內(nèi)部安裝有深探測(cè)接收線圈11、深探測(cè)平衡調(diào)整螺套10、深探測(cè)平衡調(diào)整螺桿9、淺探測(cè)接收線圈13、淺探測(cè)平衡調(diào)整螺套16、淺探測(cè)平衡調(diào)整螺桿18、接收單元液壓平衡活塞17。
每一個(gè)接收線圈是由主線圈和補(bǔ)償線圈組成的陣列子單元，與發(fā)射線圈7一起組成陣列線圈系，能夠提供兩個(gè)不同徑向探測(cè)深度的電阻率，耦合單元8安裝在發(fā)射單元12和接收單元14之間，用于防止發(fā)射單元12和接收單元14之間產(chǎn)生滑動(dòng)，并保證這兩個(gè)單元處于同一軸向位置上。深探測(cè)平衡調(diào)整螺桿9和淺探測(cè)平衡調(diào)整螺桿18分別安裝在深探測(cè)平衡調(diào)整螺套10和淺探測(cè)平衡調(diào)整螺套16內(nèi)，并延伸到深探測(cè)接收線圈11和淺探測(cè)接收線圈13內(nèi)部，用來調(diào)整每個(gè)接收線圈的磁平衡，兩個(gè)線圈的平衡調(diào)整可以獨(dú)立進(jìn)行，互相沒有影響。發(fā)射單元液壓平衡活塞6和接收單元液壓平衡活塞17用來平衡電極系內(nèi)部和外部的壓力，以防止電極系受到外部泥漿壓力而損壞，高壓密封蓋板15保護(hù)電極系免受泥漿壓力破壞和沖蝕。
在V形槽5的軸向兩側(cè)分別安裝發(fā)射電路模塊4和接收控制電路模塊19，發(fā)射電路模塊4用于產(chǎn)生發(fā)射線圈7的激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路25與接收控制電路模塊19內(nèi)的微處理器22相連，由微處理器22根據(jù)測(cè)量時(shí)序要求控制激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路25的工作狀態(tài)，從而控制整個(gè)儀器是否工作。接收控制電路模塊19用于產(chǎn)生儀器工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)、處理接收信號(hào)、數(shù)據(jù)采集控制、測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通訊控制。這兩個(gè)電路模塊通過導(dǎo)線孔3分別與發(fā)射單元12、上滑環(huán)連接器2和接收單元14、下滑環(huán)連接器20相連，從而能夠使外接電池向儀器提供工作所用的電源，并能使測(cè)量信號(hào)傳輸?shù)狡渌S鉆測(cè)量儀器，將發(fā)射單元12和接收單元14及其電路分開便于調(diào)試，并使它們相互之間的信號(hào)干擾減小。
圖3表示儀器的電路框圖。該儀器電路以微處理器22作為控制中心，完成電子線路的時(shí)序控制、數(shù)據(jù)采集、處理、計(jì)算、存儲(chǔ)和與其它隨鉆測(cè)量儀器的數(shù)據(jù)交換。
時(shí)鐘發(fā)生器23采用同一個(gè)時(shí)鐘源產(chǎn)生多路時(shí)鐘，用于控制所有電路的內(nèi)部工作時(shí)序和發(fā)射頻率都源于同一個(gè)時(shí)鐘源，從而保證這些功能模塊之間的準(zhǔn)確同步，提供系統(tǒng)工作的可靠性。時(shí)鐘發(fā)生器23產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)分別送到微處理器22、相位控制電路24。相位控制電路24根據(jù)時(shí)序要求，對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)一步處理，提供多路時(shí)鐘控制信號(hào)，其輸出信號(hào)送給激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路25，使其觸發(fā)工作，產(chǎn)生一個(gè)20KHz的正弦波激勵(lì)信號(hào)，為了能夠在發(fā)射線圈7中產(chǎn)生較大的發(fā)射電流，該激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過功率放大器26放大后，供給發(fā)射線圈7。另外在發(fā)射線圈7回路中還能夠由刻度信號(hào)發(fā)生電路27產(chǎn)生代表發(fā)射電流大小的刻度信號(hào)，該信號(hào)用來提供儀器的準(zhǔn)確刻度。
當(dāng)發(fā)射線圈7中通以幅度和頻率恒定的交流信號(hào)時(shí)，在該線圈的周圍空間中感應(yīng)出渦流，渦流本身又會(huì)形成二次交變電磁場(chǎng)，在二次交變電磁場(chǎng)作應(yīng)下，深、淺探測(cè)接收線圈11、13中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)信號(hào)幅度很小，因此在進(jìn)一步處理之前需要對(duì)其進(jìn)行放大，另外為了能夠?qū)x器進(jìn)行準(zhǔn)確的刻度，還需要對(duì)刻度信號(hào)做同樣的處理。這樣，輸入到放大器的信號(hào)有三路深探測(cè)接收線圈11和淺探測(cè)接收線圈13產(chǎn)生的兩路感應(yīng)信號(hào)以及表示發(fā)射線圈電流大小的刻度信號(hào)。微處理器22根據(jù)測(cè)量時(shí)序要求，通過控制多路開關(guān)32的不同狀態(tài)，分別為這些信號(hào)提供通道送入放大器31，由于放大器31具有足夠的增益，并且在頻率為20KHz時(shí)，相移很小，因此這些信號(hào)在被放大后不會(huì)產(chǎn)生失真。經(jīng)過放大后的信號(hào)分別進(jìn)入相敏檢波器30，對(duì)于每一路輸入信號(hào)，在相位控制電路24輸出的相位時(shí)鐘控制下，通過相敏檢波準(zhǔn)確分離出兩個(gè)相位信號(hào)分量，經(jīng)過濾波器29濾波后分別進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器28，并由微處理器22為模數(shù)轉(zhuǎn)換器28提供數(shù)據(jù)采集控制和通訊信號(hào)，得到同相數(shù)字信號(hào)分量和正交數(shù)字信號(hào)分量，再送入微處理器22進(jìn)行計(jì)算處理，處理之后的測(cè)量數(shù)據(jù)和電路工作狀態(tài)信息按設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)記錄格式保存在存儲(chǔ)器21，也可以直接通過導(dǎo)線孔3內(nèi)的導(dǎo)線和上滑環(huán)連接器2，送給隨鉆測(cè)量的脈沖遙測(cè)系統(tǒng)，由它實(shí)時(shí)傳送到地面。
權(quán)利要求1.一種隨鉆雙感應(yīng)電阻率測(cè)量儀，該儀器包括鉆鋌(1)、V形槽(5)、發(fā)射單元(12)、耦合單元(8)、接收單元(14)、發(fā)射電路模塊(4)、接收控制電路模塊(19)、高壓密封蓋板(15)、上滑環(huán)連接器(2)、下滑環(huán)連接器(20)、導(dǎo)線孔(3)，其特征是耦合單元(8)將發(fā)射單元(12)和接收單元(14)連接在一起安裝在V形槽(5)內(nèi)組成電極系，高壓密封蓋板(15)壓在V形槽(5)的外邊緣，發(fā)射單元(12)內(nèi)部安裝有發(fā)射線圈(7)和發(fā)射單元液壓平衡活塞(6)，接收單元(14)內(nèi)部安裝有深探測(cè)接收線圈(11)、深探測(cè)平衡調(diào)整螺套(10)、深探測(cè)平衡調(diào)整螺桿(9)、淺探測(cè)接收線圈(13)、淺探測(cè)平衡調(diào)整螺套(16)、淺探測(cè)平衡調(diào)整螺桿(18)、接收單元液壓平衡活塞(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨鉆雙感應(yīng)電阻率測(cè)量儀，其特征是在V形槽(5)的軸向兩側(cè)分別安裝發(fā)射電路模塊(4)和接收控制電路模塊(19)，發(fā)射電路模塊(4)由激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路(25)、功率放大器(26)、刻度信號(hào)發(fā)生電路(27)組成，接收控制電路模塊(19)由存儲(chǔ)器(21)、微處理器(22)、時(shí)鐘發(fā)生器(23)、相位控制電路(24)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(28)、濾波器(29)、相敏檢波器(30)、放大器(31)和多路開關(guān)(32)組成，發(fā)射電路模塊(4)和接收控制電路模塊(19)通過導(dǎo)線孔(3)分別與發(fā)射單元(12)和接收單元(14)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨鉆雙感應(yīng)電阻率測(cè)量儀，其特征是鉆鋌(1)的絲扣根部分別鑲嵌上滑環(huán)連接器(2)和下滑環(huán)連接器(20)，由導(dǎo)線孔(3)分別與發(fā)射電路模塊(4)和接收控制電路模塊(19)相連。
專利摘要一種隨鉆雙感應(yīng)電阻率測(cè)量儀，包括鉆鋌、V形槽、發(fā)射單元、耦合單元、接收單元、發(fā)射電路模塊、接收控制電路模塊、高壓密封蓋板、上滑環(huán)連接器、下滑環(huán)連接器、導(dǎo)線孔。該儀器采用雙線圈系，能夠同時(shí)探測(cè)兩個(gè)徑向深度的地層電阻率，而且發(fā)射線圈與接收線圈相互獨(dú)立，每一個(gè)線圈系能夠獨(dú)立調(diào)整，不產(chǎn)生相互影響，還能夠延伸組合成隨鉆陣列感應(yīng)電阻率或多線圈系高分辨率隨鉆感應(yīng)電阻率。該儀器的測(cè)量結(jié)果不但可以用來在鉆井過程中實(shí)時(shí)測(cè)量地層真電阻率，還可用來解釋地層侵入狀況和計(jì)算地層含水飽和度，分辨儀器所在層位的巖性和流體變化特征，有利于根據(jù)地質(zhì)信息及時(shí)調(diào)整井眼軌跡，控制鉆具穿行在油藏最佳位置，適合于在石油鉆井工程中進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向。
文檔編號(hào)E21B47/02GK2858950SQ20052008351
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者楊錦舟, 張?；? 肖紅兵, 韓建來, 孫莉莉 申請(qǐng)人:中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院