CN110630247A - 一种高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，包括外部钻铤，外部钻铤的一端设置有上部耐磨环，另一端设置有下部防磨带，外部钻铤内部设置有内部芯轴，上部耐磨环和下部防磨带之间的内部芯轴上依次设置有伽马探测器、伪对称发射电极T3、测量电极T2、测量电极T1、象限接收极板、纽扣接收电极和测量电极T4，伽马探测器和纽扣接收电极用于伽马成像与电阻率成像，象限接收极板用于实现方位侧向电阻率测量功能，伪对称发射电极T3、测量电极T2、测量电极T1和测量电极T4用于实现不同探深电阻率测量。本发明结构布局合理、可靠性高、加工简单、维护方便、且便于仪器的扩展。

Description

一种高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置

技术领域

本发明属于随钻测井装置技术领域，具体涉及一种高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置。

背景技术

在石油随钻测井仪器中，随钻成像仪器是一种较为先进的仪器。该种仪器不仅能够有效识别储层边界，反馈钻井施工状况，及时调整井眼轨迹，控制钻具穿行在油层的最佳位置，适用于薄层水平井地质导向、提高油层的钻遇率；同时还可以通过对井眼扫描，实现全井眼扫描成像，用于地层评价。

目前大部分侧向类随钻电阻率测井仪器，多采用对称电极结构，仪器长度较长，仪器测量功能较为单一，只能用来进行侧向类平均电阻率测量，不能够实现上、下、左、右不同方位侧向电阻率测量。同时大多数采用极板电极向地层发射电流，电极不仅易于磨损，也容易造成电极环脱落至井底需进行打捞，无法打捞情况则需要进行填井，造成巨大经济损失。

同时目前大部分随钻成像仪器采用的是伽马成像随钻测井仪器，结构简单，功能单一，该种仪器只能简单用于地质导向，而不能够在成像地质导向的基础上，开发侧向类纽扣电极成像对断层、裂缝、薄层、低空低渗等复杂油气藏开发以及致密油气、页岩气、煤层气等非常规资源进行精细地质评价。

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中的不足，提供一种高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，通过设计伪对称电极系排列方式，解决侧向类随钻测井仪器长度过长的问题，发射***通过采用发射线圈结构，解决传统测量电极易磨损和易掉井的问题；通过设计四象限环绕接收电极结构，解决侧向类仪器无法进行方位侧向电阻率测量问题；通过小直径高分辨率纽扣电极及伽马探头固定安装结构设计，实现伽马成像与高分辨率侧向电阻率成像在仪器上集成设计；通过整体机械结构设计，实现175℃，140MPa的技术指标，解决在国内深井、超深井无法作业的需求。

本发明采用以下技术方案：

一种高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，包括外部钻铤，外部钻铤的一端设置有上部耐磨环，另一端设置有下部防磨带，外部钻铤内部设置有内部芯轴，上部耐磨环和下部防磨带之间的内部芯轴上依次设置有伽马探测器、伪对称发射电极T3、测量电极T2、测量电极T1、象限接收极板、纽扣接收电极和测量电极T4，伽马探测器和纽扣接收电极用于伽马成像与电阻率成像，象限接收极板用于实现方位侧向电阻率测量功能，伪对称发射电极T3、测量电极T2、测量电极T1和测量电极T4用于实现不同探深电阻率测量。

具体的，内部芯轴上沿轴向偏心设置有水眼，内部芯轴的两端分别通过上部偏流器和下部偏流器与对应的接头连接。

进一步的，上部偏流器和下部偏流器上分别安装有多个O圈，上部偏流器和下部偏流器与接头之间分别设置有密封塞和锁紧环。

具体的，伪对称发射电极T3、测量电极T2和测量电极T1分别包括一个第一发射天线，外部钻铤上对应第一发射天线处分别设置有发射天线保护壳，发射天线保护壳与与外部钻铤的连接处分别设置有天线绝缘环和固定环；

测量电极T4包括第二发射天线，外部钻铤上对应第二发射天线处设置有对应的发射天线保护壳，发射天线保护壳与外部钻铤的连接处设置有对应的天线绝缘环，天线绝缘环通过防磨带锁环连接下部防磨带。

进一步的，上部耐磨环和下部防磨带与外部钻铤的连接处分别设置有半分键，半分键与对应的天线保护外壳螺纹连接。

具体的，内部芯轴上对应第一发射天线和第二发射天线处分别设置有安装槽，每个安装槽内对应设置有电路板，电路板上设置有发射天线连接插座，发射天线连接插座内设置有发射天线连接插针，发射天线连接插针与安装在钻铤上的磁环发射天线电气连接，电路板与RCP通讯取数口电气连接；第一发射天线和第二发射天线与外部钻铤的连接处分别设置有绝缘层，第一发射天线和第二发射天线处的内部芯轴上分别设置有防转槽，防转槽用于和外部钻铤上安装的防转销配合实现固定。

具体的，伽马探测器的一端设置有伽马探测器固定块，另一端设置有减振弹簧和弹簧压紧装置，伽马探测器靠近伽马探测器固定块的一侧设置有伽马探测器托盖，外部钻铤上对应伽马探测器处开有伽马天窗。

具体的，象限接收极板包括四个，沿90°设置在象限接收极板托盖上，象限接收极板托盖通过第一螺钉固定在外部钻铤上。

进一步的，象限接收极板前端的外部钻铤上设置有象限环绕电极插头保护壳，象限环绕电极插头保护壳通过象限接收极板连接器与内部芯轴固定连接。

具体的，纽扣接收电极包括两个，分别通过第二螺钉与三翼耐磨带连接。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，通过磁场感应发射电流进入地层；减少冲刷震动对发射线圈损坏，同时也便于维护保养。仪器整体设计采用4个发射天线，包括特定位置的伪对称发射电极T3和测量电极T1，T2，T4，实现不同探深电阻率测量，采用电流聚焦侧向测井原理，中高阻储层电阻率测量；采用非对称多发射天线结构，实现了3种不同探深电阻率测量；应用斜交双纽扣在钻具旋转的时候实现全井眼扫描电阻率成像；形成了多扇区成像数据解释处理技术，实现储层精细评价；采用一体化伽马传感器实现井周自然伽马成像。解决了大斜度井、水平井断层、裂缝、薄层、低孔低渗复杂油气层开发与应用。

进一步的，为了增加仪器的整体机械强度以及电路板安置位置的设计需要，同时满足泥浆流通要求，设计了偏心水眼。上部偏流器、下部偏流器与芯轴机械连接。上、下偏流器实现芯轴与外钻铤之间的密封，同时实现仪器电路***与外部电路电气连接。O圈起到密封作用。O圈安装在各种密封塞上，最大密封压力140MPa。密封塞起到密封作用。密封塞上按照O圈，最大密封压力140MPa。锁紧环芯轴锁死在外钻铤内。在井下作业强振动下保证芯轴与钻铤相对位置不发生变化。

进一步的，采用钻铤铸造式发射线圈，在钻铤外安装发射天线保护装置，组成发射天线。

进一步的，通过半分键上的螺纹固定天线保护外壳，通过力矩打紧后防止天线保护外壳脱落。起到在随钻测井时对发射天线进行保护的作用。

进一步的，四个发射天线内部结构实现了发射天线密封性和机械强度，同时实现了通过电源板激发向地层发射电流的功能。

进一步的，安装伽马探测器，首先实现了地层伽马值测量。其次在同一根钻铤上实现了伽马成像与电阻率成像功能集成。

进一步的，在钻铤的某个轴向中央的位置，沿90°均布开四个凹槽，并设计4个象限接收极板7，由象限接收极板托盖将象限接收极板通过螺钉固定于钻铤外表面，实现方位侧向电阻率测量功能。

进一步的，通过探测从地层流过的电流，纽扣接收电极实现了在钻具旋转的时候井壁扫描电阻率成像，可识别地层裂缝、断层及溶蚀空洞等，用以进行储层精细评价。

综上所述，本发明结构布局合理、可靠性高、加工简单、维护方便、且便于仪器的扩展。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明剖面图；

图3为本发明电极系排列图；

图4为本发明耐磨带及半分键结构图；

图5为本发明伽马成像集成安装结构剖面图；

图6为本发明发射天线及连接固定部件剖面结构图；

图7为本发明芯轴固定剖面结构图；

图8为本发明象限接收极板安装固定及连接剖面结构图；

图9为本发明高分辨率侧向电阻率成像纽扣电极及三翼防磨带图；

图10为本发明偏流器安装剖面结构图；

图11为电阻率成像用以实现储层精细评价图，其中，(a)为小断层，(b)为地层层理，(c)井下岩石裂缝为，(d)为井下岩石裂缝和地层破碎；

图12为电阻率成像用以实现储层精细评价图，其中，(a)为层界面区分，(b)为裂缝和断层，(c)为小断层，(d)为高角度裂缝和垂直裂缝；

图13为伽马成像、电阻率成像地质导向作业图；

图14为高阻电阻率伽马和伽马测量图。

其中：1.外部钻铤；2.上部耐磨环；3.发射天线保护壳；4.天线绝缘环；5.固定环；6.象限环绕电极插头保护壳；7.象限接收极板；8.纽扣接收电极；9.防磨带锁环；10.下部防磨带；11.内部芯轴；12.伽马探测器；13.第一发射天线；14.第二发射天线；15.下部偏流器；16.接头；17.密封塞；18.锁紧环；19.上部偏流器；20.半分键；21.伽马探测器固定块；22.伽马探测器托盖；23.减振弹簧；24.弹簧压紧装置；25.发射天线栓盖；26.发射天线插座；28.绝缘层；29.防转销；31.象限接收极板托盖；32.第一螺钉；33.象限接收极板连接器；34.防转槽；35.水眼；36.O圈；37.RCP通讯取数口；38.发射天线连接插座；39.电路板；40.伽马天窗；41.三翼耐磨带；42.第二螺钉。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，采用内外钻铤套筒式结构，通过防转螺栓固定内外钻铤，仪器上部通过防松螺母顶死并将内部芯轴11和外部钻铤1固定。内部芯轴11设计偏心水眼流道设计，保障电路板抗震强度同时，保障泥浆流量通过的技术需求。

请参阅图1和图3，本发明一种高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，包括外部钻铤1、伪对称发射电极T3、测量电极T1、T2、T4、象限接收极板7和纽扣接收电极8；外部钻铤1的上端设置有两个上部耐磨环2，下端设置有两个下部防磨带10，对仪器本体进行保护，上部耐磨环2和下部防磨带10之间依次设置有伽马探测器12、伪对称发射电极T3、测量电极T2、测量电极T1、象限接收极板7、纽扣接收电极8和测量电极T4，实现不同探深电阻率测量。

请参阅图2，外部钻铤1内部设置有内部芯轴11，内部芯轴11上沿轴向偏心设置有水眼35，内部芯轴11的一端经上部偏流器19与内部芯轴11上端的接头16连接，另一端经下部偏流器15与内部芯轴11下端的接头16连接，上部偏流器19和下部偏流器15与接头16之间分别设置有密封塞17和锁紧环18，如图10所示，上部偏流器19和下部偏流器15上分别安装有多个O圈36，内部芯轴11上从外部钻铤1的上端至下端依次设置有一个伽马探测器12、三个第一发射天线13和一个第二发射天线14，将接头16分别与上部偏流器19、下部偏流器15进行安装，在上部偏流器19、下部偏流器15上分别安装O圈36后与内部芯轴11进行装配。

请参阅图1和图2，伪对称发射电极T3、测量电极T2和测量电极T1分别包括一个第一发射天线13，测量电极T4包括第二发射天线14，外部钻铤1上对应第一发射天线13和第二发射天线14安装处分别设置有发射天线保护壳3，三个第一发射天线13对应的发射天线保护壳3与外部钻铤1的连接处分别设置有天线绝缘环4和固定环5，第二发射天线14对应的发射天线保护壳3与外部钻铤1的连接处设置有天线绝缘环4，第二发射天线14处的天线绝缘环4通过防磨带锁环9连接下部防磨带10，上部耐磨环2和下部防磨带10与外部钻铤1的连接处设置有半分键20，半分键20与天线保护外壳3螺纹连接。

请参阅图5，内部芯轴11对应槽内装入伽马探测器12，伽马探测器12一端设置有伽马探测器固定块21，另一端设置有减振弹簧23和弹簧压紧装置24，伽马探测器12靠近伽马探测器固定块21的一侧设置有伽马探测器托盖22，外部钻铤1上对应伽马探测器12处开有伽马天窗40，伽马探测器12通过伽马探测器托盖22、伽马探测器固定块21、减振弹簧23和弹簧压紧装置24进行固定，伽马天窗40在外部钻铤1上一次加工成型。

请参阅图6，内部芯轴11上对应三个第一发射天线13和第二发射天线14处分别设置有安装槽，每个安装槽内对应装有电路板39、RCP通讯取数口37、发射天线连接插座38、发射天线栓盖25和发射天线连接插座26，第一发射天线13和第二发射天线14与外部钻铤1的连接处分别设置有绝缘层28，第二发射天线14和绝缘层28通过工艺与外部钻铤1通过模具压制一体成型，第一发射天线13和第二发射天线14处的内部芯轴11上分别设置有防转槽34，防转槽34用于和外部钻铤1上安装的防转销29配合实现固定，如图7所示。

发射天线连接插针26与安装在钻铤上的磁环发射天线电气连接，发射天线连接插针26与发射天线连接插座38的一端固定连接，发射天线连接插座38的另一端与电路板39连接，实现了发射天线磁环与电路板电气连接。RCP通讯取数口37与电路板39电气连接，通过外部测试装置测试发射天线性能。发射天线栓盖25起到密封作用。

电路板39包括控制***电路板、供电***电路板、发射***电路板、接收***电路板、前置信号放大电路板，供电***电路板负责为控制***电路板、发射***电路板、接收***电路板、前置信号放大电路板。控制***电路板负责与发射***电路板、接收***电路板之间进行内部通讯，测量值计算以及数据存储。发射***电路板负责激励发射天线向地层发射电流，同时监控自身工作状态。接收***电路板用以接收地层的电流信息，并转化成地层地址信息，再发送给控制***电路板。前置信号放大电路板用以将接收电极接收到的小电流信号先经过电路放大，再传递给接收板。

请参阅图8，象限接收极板7前端的外部钻铤1上设置有象限环绕电极插头保护壳6，象限环绕电极插头保护壳6通过象限接收极板连接器33与内部芯轴11固定连接；象限接收极板7包括四个，沿90°设置在象限接收极板托盖31上，象限接收极板托盖31通过第一螺钉32固定在外部钻铤1上。

请参阅图9，两个纽扣接收电极8通过第二螺钉42与三翼耐磨带41连接，纽扣接收电极8包括两个10mm斜交即插式纽扣接收电极，实现在一支仪器上集成伽马成像与电阻率成像，三翼耐磨带41在外部钻铤1上一次加工成型。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的工作过程具体为：

将外部钻铤1置于工作台架上，将装连好的内部芯轴11***外部钻铤1内；当***一定距离后，在外部钻铤1防转螺栓开口处***防转销29，并近一步***内部芯轴11上的防转槽34内，如图7所示，直至内部芯轴11抵达外部钻铤1下截止端面；内部芯轴11的上部偏流器19、下部偏流器15***外部钻铤1上、下密封面，对仪器进行密封；在外部钻铤1上端旋入锁紧环18，锁紧环18螺纹旋入外部钻铤1螺纹端，并挤压于上部偏流器19上端面。

从外部钻铤1上端分别套入发射天线保护外壳3、天线绝缘环4、固定环5置于发射线圈对应的位置；将半分键20装入于外部钻铤1设计的槽面位置，如图4所示，再将天线保护外壳3旋入半分键20螺纹面，止于半分键20耳朵处；再将天线绝缘环4旋入天线保护外壳3另一侧螺纹端，最后用天线绝缘环固定环4对发射天线4、天线绝缘环4进行固定。用同样的方式将其余三组发射天线组件进行装配。

请参阅图8和图9，将象限接收极板7分别装入象限接收极板托盖31，然后将安装好象限接收极板托盖31的象限接收极板7装入外部钻铤1对应的安装槽内，通过螺钉32将象限接收极板7进行固定；然后完成象限接收极连接器33的装配。最后进行象限接收极板插头保护壳6的装配。在三翼防磨带41对应孔内安装2个斜交的纽扣接收电极8，纽扣接收电极8通过螺钉42进行固定。

通过在内部芯轴11上设计伽马探测器12安置位置，外部钻铤1上设计伽马天窗40。在三翼防磨带11上设计并安置2个10mm斜交即插式纽扣接收电极，实现在一支仪器上集成伽马成像与电阻率成像。

请参阅图11和图12，通过纽扣接收电极实现井下精细评价，是该发明的一部分。通过仪器井下旋转实现仪器对井壁扫描成像，为后期油田实施压裂、酸化等增产措施提供理论依据。

请参阅图13，通过象限接收电极和伽马探测器实现了单井双成像地质导向，在大斜度井、水平井应用中通过成像反映钻进出层、入层情况，保持钻井井眼轨迹，提高储层的钻遇率。

请参阅图14，在高温、高压、高含硫等复杂井中，由于电缆测井无法下入，采用该种仪器下井可以在保障井下安全的情况下，完成井下地质参数获取。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，其特征在于，包括外部钻铤(1)，外部钻铤(1)的一端设置有上部耐磨环(2)，另一端设置有下部防磨带(10)，外部钻铤(1)内部设置有内部芯轴(11)，上部耐磨环(2)和下部防磨带(10)之间的内部芯轴(11)上依次设置有伽马探测器(12)、伪对称发射电极T3、测量电极T2、测量电极T1、象限接收极板(7)、纽扣接收电极(8)和测量电极T4，伽马探测器(12)和纽扣接收电极(8)用于伽马成像与电阻率成像，象限接收极板(7)用于实现方位侧向电阻率测量功能，伪对称发射电极T3、测量电极T2、测量电极T1和测量电极T4用于实现不同探深电阻率测量。

2.根据权利要求1所述的高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，其特征在于，内部芯轴(11)上沿轴向偏心设置有水眼(35)，内部芯轴(11)的两端分别通过上部偏流器(19)和下部偏流器(15)与对应的接头(16)连接。

3.根据权利要求2所述的高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，其特征在于，上部偏流器(19)和下部偏流器(15)上分别安装有多个O圈(36)，上部偏流器(19)和下部偏流器(15)与接头(16)之间分别设置有密封塞(17)和锁紧环(18)。

4.根据权利要求1所述的高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，其特征在于，伪对称发射电极T3、测量电极T2和测量电极T1分别包括一个第一发射天线(13)，外部钻铤(1)上对应第一发射天线(13)处分别设置有发射天线保护壳(3)，发射天线保护壳(3)与与外部钻铤(1)的连接处分别设置有天线绝缘环(4)和固定环(5)；

测量电极T4包括第二发射天线(14)，外部钻铤(1)上对应第二发射天线(14)处设置有对应的发射天线保护壳(3)，发射天线保护壳(3)与外部钻铤(1)的连接处设置有对应的天线绝缘环(4)，天线绝缘环(4)通过防磨带锁环(9)连接下部防磨带(10)。

5.根据权利要求4所述的高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，其特征在于，上部耐磨环(2)和下部防磨带(10)与外部钻铤(1)的连接处分别设置有半分键(20)，半分键(20)与对应的天线保护外壳(3)螺纹连接。

6.根据权利要求1或4所述的高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，其特征在于，内部芯轴(11)上对应第一发射天线(13)和第二发射天线(14)处分别设置有安装槽，每个安装槽内对应设置有电路板(39)，电路板(39)上设置有发射天线连接插座(38)，发射天线连接插座(38)内设置有发射天线连接插针(26)，发射天线连接插针(26)与安装在钻铤上的磁环发射天线电气连接，电路板(39)与RCP通讯取数口(37)电气连接；第一发射天线(13)和第二发射天线(14)与外部钻铤(1)的连接处分别设置有绝缘层(28)，第一发射天线(13)和第二发射天线(14)处的内部芯轴(11)上分别设置有防转槽(34)，防转槽(34)用于和外部钻铤(1)上安装的防转销(29)配合实现固定。

7.根据权利要求1所述的高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，其特征在于，伽马探测器(12)的一端设置有伽马探测器固定块(21)，另一端设置有减振弹簧(23)和弹簧压紧装置(24)，伽马探测器(12)靠近伽马探测器固定块(21)的一侧设置有伽马探测器托盖(22)，外部钻铤(1)上对应伽马探测器(12)处开有伽马天窗(40)。

8.根据权利要求1所述的高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，其特征在于，象限接收极板(7)包括四个，沿90°设置在象限接收极板托盖(31)上，象限接收极板托盖(31)通过第一螺钉(32)固定在外部钻铤(1)上。

9.根据权利要求8所述的高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，其特征在于，象限接收极板(7)前端的外部钻铤(1)上设置有象限环绕电极插头保护壳(6)，象限环绕电极插头保护壳(6)通过象限接收极板连接器(33)与内部芯轴(11)固定连接。

10.根据权利要求1所述的高分辨率伽马与侧向扫描综合成像随钻测井装置，其特征在于，纽扣接收电极(8)包括两个，分别通过第二螺钉(42)与三翼耐磨带(41)连接。