CN102979518A - 一种方位伽玛探管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种方位伽玛探管，该探管包含伽玛探测器和套设在伽玛探测器外的外壳；该探管还包含：屏蔽罩，其套设在伽玛探测器的位置，用于挡住伽玛探测器部分伽玛射线，实现伽玛探测器有方向地进行伽玛测量；减速器，其通过转轴连接屏蔽罩；电机，其通过转轴连接减速器，电机的转动输出经减速器减速后驱动屏蔽罩以伽玛探测器轴向为中心旋转；角度传感器，其输入轴连接屏蔽罩，检测屏蔽罩与外壳的相对旋转角度。本发明设有屏蔽罩，实现伽玛探测器能进行有方向地进行伽玛测量，结构简单，加工精度要求不高，现场操作方便，可配置于常规的无线随钻测量仪中提供方位伽玛测量值，具有实用性和经济性。

Description

一种方位伽玛探管

技术领域

本发明涉及一种用于石油勘探钻井工程的探测装置，具体涉及一种用于地层自然伽玛测量的方位伽玛探管。

背景技术

在石油钻井过程中，经常需要利用随钻仪器测量地层的自然伽玛强度，用于确定地层岩性。

常规的无线随钻测量仪中已大量应用总体伽玛探管，这种自然伽玛探管装有一个碘化钠晶体，安装于钻铤中心轴上，其测量值是碘化钠晶体为中心的半径一英尺的球形区域内自然伽玛射线共同作用的结果。它通过统计单位时间内从地层中各个方向射入碘化钠晶体的伽玛射线，计算出该地层的总体伽玛强度。

然而当岩性不均匀，特别是位于地层的分界面时，总体自然伽玛难以及时的响应地层的特点。特别是当钻具在储油层中水平钻进，伽玛值突然变大时，往往不能确定是遇见了储层的顶部或底部，因此也不能及时的改变钻进方向，导致无效进尺并造成工时浪费。

上述问题可以用方位伽玛测量来解决。方位伽玛测量仪采用一个或多个碘化钠晶体，通过额外的屏蔽罩使每个晶体只能接收到一个扇区方向射来的伽玛射线，通过将自然伽玛测量值对应到各个扇区上，实现方位伽玛的测量。

目前，方位伽玛测量仪多为短节形式，安装在钻头附近，也称为方位伽玛测量短节。方位伽玛测量短节的使用效果非常好，但在电力供应和信息传输上较复杂，需要的传感器的数量为两个，使用成本较高，绝大多数只在随钻测井时使用。（专利：井斜及方位伽马随钻测量仪 CN1676874A，一种旋转聚集伽玛测量装置及方法 CN101482014A）

也有一些产家制造了方位伽玛探管，用于常规的无线随钻测量仪上，但在使用上也有或多或少的不便。

专利（一种自定位式方位伽玛测量*** CN102425402A）也有与本发明相似的在探管轴线上的屏蔽罩，屏蔽罩两端也用轴承支承，且用导电滑环进行电力和信息传输。不同的是，其没有电机驱动和角度传感器，屏蔽罩上安装了两个相对放置的晶体计数器，以及一个偏心重摆，利用重摆的重力使两个晶体计数器始终处于上、下位置。然而可以想象的是，在振动稍大时重摆将剧烈摆动甚至不停翻转，导致测量错误；即使在测量正确时，也只能测量上、下两个方向的伽玛值。

专利（方位伽玛测井装置 CN102230376A）结构简单，它的屏蔽罩、晶体计数器、外保护筒相对固定，使用重力加速度计测量探管的工具面位置，从而进行扇面的划分。这种方法仅用于静止或振动轻微的情况，剧烈振动和旋转都将导致工具面测量错误，因此它大多只能用在滑动钻进情况下。但为了实现多个扇面的测量，它又需要有计划的转动探管到其它的工具面，这意味着需要司钻不停的去摆钻具的工具面，也意味着更长的测量时间和浪费人力物力。

发明内容

本发明提供一种方位伽玛探管，可配置于常规无线随钻测量仪，用来测量地层的方位伽玛强度，具有实用性和经济性。

为实现上述目的，本发明提供一种方位伽玛探管，该探管包含伽玛探测器和套设在伽玛探测器外的外壳；

其特点是，该探管还包含：

屏蔽罩，其套设在伽玛探测器的位置， 用于挡住伽玛探测器部分伽玛射线，实现伽玛探测器有方向地进行伽玛测量；

减速器，其通过转轴连接屏蔽罩；

电机，其通过转轴连接减速器，电机的转动输出经减速器减速后驱动屏蔽罩以伽玛探测器轴向为中心旋转；

角度传感器，其输入轴连接屏蔽罩，检测屏蔽罩与外壳的相对旋转角度。

上述的屏蔽罩采用弧形板，并设置在伽玛探测器的一侧，挡住伽玛探测器部分伽玛射线，实现伽玛探测器有方向地进行伽玛测量。

上述的屏蔽罩采用筒形结构，套设在伽玛探测器外；该屏蔽罩上设有窗口，伽玛探测器透过该窗***出伽玛射线，实现伽玛探测器有方向地进行伽玛测量。

上述的外壳包含抗压筒。

上述的伽玛探测器设为与外壳固定连接，屏蔽罩由电机驱动相对于伽玛探测器旋转。

上述的伽玛探测器设为与屏蔽罩固定连接，该伽玛探测器与屏蔽罩共同由电机驱动现对于外壳旋转。

上述的方位伽玛探管内还设有重力加速度计。

方位伽玛探管适用工况为滑动钻进，且在滑动钻进时无需任何操作即可连续的进行测量。在滑动钻进时，方位伽玛探管的工具面值可以通过在方位伽玛探管内设置重力加速度计，用其内置的重力加速度计测量得来，也可来自于随钻测量仪的定向探管。此时，电机高速转动，经减速器减速后，带动屏蔽罩，或屏蔽罩与伽玛探测器一起，缓缓转动，同时角度传感器的输入轴也随之转动，这时可以同时读取到伽玛测量值和角度测量值。将探管工具面值、伽玛测量值、角度测量值进行计算，即可得到按扇区分布的方位伽玛测量值。

本发明一种方位伽玛探管和现有技术的伽玛探管相比，其优点在于，本发明设有屏蔽罩，实现伽玛探测器能进行有方向地进行伽玛测量，具有相当高的实用性和经济性；

本发明结构简单，加工精度要求不高，现场操作方便，可配置于常规的无线随钻测量仪中提供方位伽玛测量值，是一种兼顾实用性和经济性的方位伽玛测量仪。

附图说明

图1为本发明一种方位伽玛探管的实施例一的结构示意图；

图2为本发明一种方位伽玛探管的实施例二的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图1所示，为本发明方位伽玛探管的实施例一。该方位伽玛探管包含伽玛探测器26、外壳21、屏蔽罩25、减速器23、电机22和角度传感器24。

伽玛探测器26连接外部电源，输出伽玛射线，探测地层的方位伽玛强度。

外壳21的主体采用抗压筒，其套设在伽玛探测器26外，对上述伽玛探测器26、屏蔽罩25、减速器23、电机22和角度传感器24进行保护抗压。

屏蔽罩25套设在伽玛探测器26的位置， 本实施例中屏蔽罩25采用弧形板结构，并设置在伽玛探测器26的一侧，用于挡住伽玛探测器26部分伽玛射线，实现伽玛探测器26能有方向地进行伽玛测量。

减速器23通过转轴连接屏蔽罩25，电机22通过转轴连接减速器23。电机22外接外部电源，通电后高速转动，电机22的转动输出经减速器23减速后通过转轴驱动屏蔽罩25以伽玛探测器26轴向为中心缓慢旋转。

本实施例中，伽玛探测器26可以设计成相对固定在外壳21上，也可以设计成安装在屏蔽罩25上一起转动。

若伽玛探测器26设为与外壳21固定连接，则屏蔽罩25由电机22驱动相对于伽玛探测器26旋转，以实现伽玛探测器26能有方向地进行伽玛测量。

若伽玛探测器26设为与屏蔽罩25固定连接，则该伽玛探测器26与屏蔽罩25共同由电机22驱动现对于外壳21旋转，以实现伽玛探测器26能有方向地进行伽玛测量。

角度传感器24的输入轴连接屏蔽罩25，检测屏蔽罩25与外壳21的相对旋转角度。

方位伽玛探管的工具面值可以通过在方位伽玛探管内设置重力加速度计，用其内置的重力加速度计测量得来，也可来自于随钻测量仪的定向探管。

本发明所描述的方位伽玛探管通过伽玛探测器26测量的伽玛测量值、探管工具面值、以及角度传感器24探测的角度测量值，得到方位伽玛测量值。

如图2所示，为本发明方位伽玛探管的实施例二。本实施例中，方位伽玛探管包含下堵头1、下固定座2、电机3、减速器4、下联轴器5、下导电滑环6、伽玛探测器7、上导电滑环8、上联轴器9、上固定座10、上堵头11、角度传感器12、上轴承13、屏蔽罩14、下轴承15、抗压筒16、控制电路板17。

下堵头1、上堵头11分别设置于抗压筒16的两端，该下堵头1、上堵头11与抗压筒16组成密封的外壳。上述的下固定座2、电机3、减速器4、下联轴器5、下导电滑环6、伽玛探测器7、上导电滑环8、上联轴器9、上固定座10、角度传感器12、上轴承13、屏蔽罩14、下轴承15、控制电路板17都设置于下堵头1、上堵头11和抗压筒16组成的密封外壳内。

下固定座2固定于下堵头1内侧，下固定座2一端与下堵头1连接，另一端连接下导电滑环6。上固定座10固定于上堵头11内侧，上固定座10一端与上堵头11连接，另一端连接上导电滑环8。伽玛探测器7则固定在下导电滑环6与上导电滑环8之间。屏蔽罩14套设在伽玛探测器7上，该屏蔽罩14采用筒形结构，并设有一个矩形窗口，伽玛探测器7透过该窗***出伽玛射线，实现伽玛探测器7有方向地进行伽玛测量。

电机3、减速器4、下联轴器5由下堵头1一端向下导电滑环6一端依次固定于下固定座2内。电机3的输出轴与减速器4连接，减速器4的输出轴与下联轴器5连接，下联轴器5则通过一条从动轴穿过下导电滑环6与屏蔽罩14（或伽玛探测器7和屏蔽罩14）的下端连接。在下导电滑环6与下联轴器5之间，从动轴上还套设有下轴承15。电机3外接电源转速转动，其输出轴连接至减速器4，经减速器4减速后，通过减速器4的输出轴传送至下联轴器5，下联轴器5通过一根从动轴驱动屏蔽罩14（或伽玛探测器7和屏蔽罩14）缓缓转动。

同样本实施例中，伽玛探测器7可以设计成相对固定在抗压筒16上，也可以设计成安装在屏蔽罩14上一起转动。

若伽玛探测器7设为与抗压筒16固定连接，而只有屏蔽罩14连接电机3，则屏蔽罩14由电机3驱动相对于伽玛探测器7旋转，以实现伽玛探测器7能有方向地进行伽玛测量。

若伽玛探测器7设为与屏蔽罩14固定连接，则该伽玛探测器7与屏蔽罩14共同由电机3驱动现对于抗压筒16旋转，以实现伽玛探测器7能有方向地进行伽玛测量。

角度传感器12固定在上固定座10内，角度传感器12的输入端通过一转轴穿过上导电滑环8与屏蔽罩14（或伽玛探测器7和屏蔽罩14）的上端连接，测量屏蔽罩14与抗压筒16之间的相对角度。

在角度传感器12与上导电滑环8的转轴上套设有上轴承13。

方位伽玛探管的工具面值可以通过在方位伽玛探管内设置重力加速度计，用其内置的重力加速度计测量得来，也可来自于随钻测量仪的定向探管。

在上固定座10内还安装有控制电路板17，该控制电路板17分别与下导电滑环6和上导电滑环8电路连接。上导电滑环8电路连接角度传感器12，下导电滑环6电路连接电机3、减速器4、伽玛探测器7电路连接。

控制电路板17分别通过下导电滑环6和上导电滑环8控制电机3、减速器4、伽玛探测器7、角度传感器12的运作，并接收伽玛探测器7测量的伽玛测量值、探管工具面值、以及角度传感器12探测的角度测量值，以计算得到方位伽玛测量值。

上述实施例二所描述的方位伽玛探管的工作流程如下：

方位伽玛探管适用工况为滑动钻进，且在滑动钻进时无需任何操作即可连续的进行测量。在滑动钻进时，方位伽玛探管的工具面值可以通过在方位伽玛探管内设置重力加速度计，用其内置的重力加速度计测量得来，也可来自于随钻测量仪的定向探管。此时，电机高速转动，经减速器减速后，带动屏蔽罩（或屏蔽罩与伽玛探测器一起）缓缓转动，同时角度传感器的输入轴也随之转动，各路电力和信号通过两端的导电滑环进行传输，这时可以同时读取到伽玛测量值和角度测量值。将探管工具面值、伽玛测量值、角度测量值送往控制电路板进行计算，即可得到按扇区分布的方位伽玛测量值。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种方位伽玛探管，该探管包含伽玛探测器（26）和套设在所述伽玛探测器（26）外的外壳（21）；

其特征在于，该探管还包含：

屏蔽罩（25），其套设在所述伽玛探测器（26）的位置， 用于挡住伽玛探测器（26）部分伽玛射线，实现伽玛探测器（26）有方向地进行伽玛测量；

减速器（23），其通过转轴连接所述的屏蔽罩（25）；

电机（22），其通过转轴连接所述的减速器（23），电机（22）的转动输出经所述减速器（23）减速后驱动屏蔽罩（25）以伽玛探测器（26）轴向为中心旋转；

角度传感器（24），其输入轴连接所述屏蔽罩（25），检测屏蔽罩（25）与外壳（21）的相对旋转角度。

2.如权利要求1所述的方位伽玛探管，其特征在于，所述的屏蔽罩（25）采用弧形板，并设置在所述伽玛探测器（26）的一侧，挡住伽玛探测器（26）部分伽玛射线，实现伽玛探测器（26）有方向地进行伽玛测量。

3.如权利要求1所述的方位伽玛探管，其特征在于，所述的屏蔽罩采用筒形结构，套设在所述伽玛探测器外；该屏蔽罩上设有窗口，伽玛探测器透过该窗***出伽玛射线，实现伽玛探测器有方向地进行伽玛测量。

4.如权利要求1所述的方位伽玛探管，其特征在于，所述的外壳（21）包含抗压筒。

5.如权利要求1所述的方位伽玛探管，其特征在于，所述的伽玛探测器（26）设为与所述的外壳（21）固定连接，所述屏蔽罩（25）由电机（22）驱动相对于伽玛探测器（26）旋转。

6.如权利要求1所述的方位伽玛探管，其特征在于，所述的伽玛探测器（26）设为与所述屏蔽罩（25）固定连接，该伽玛探测器（26）与屏蔽罩（25）共同由电机（22）驱动现对于所述外壳（21）旋转。

7.如权利要求1所述的方位伽玛探管，其特征在于，所述的方位伽玛探管内还设有重力加速度计。

Images