專利名稱：一種隨鉆方位伽瑪探測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種在油層施工中的無線隨鉆測量儀器，尤其涉及一種隨鉆方位伽瑪探測儀。
背景技術(shù)：
目前，在鉆井行業(yè)的隨鉆測量領(lǐng)域，公知的地層巖性識別方法是根據(jù)不同地層巖性所具有的不同自然放射性強度，測量地層巖石所放射出的伽瑪射線來確定地層巖性。作為隨鉆測量技術(shù)的一部分，自然隨鉆伽瑪技術(shù)已經(jīng)是ー種常規(guī)技術(shù)，在國內(nèi)外鉆井施工中得到廣泛應(yīng)用。它的缺點是測量結(jié)果僅為地層放射性的平均響應(yīng)，無法及時識別地層巖性和分辨不同巖性的界面。而隨鉆方位伽瑪測量技術(shù)不但能夠測量周圍地層的平均伽瑪輻射，而且還能夠利用測量的高、低邊伽瑪值判定所在地層界面的位置，有利于合理控制井眼軌跡。但隨鉆方位伽瑪測量技術(shù)的應(yīng)用還較少，尤其在國內(nèi)。目前國外石油公司如Halliburton,Baker Hughes等也有自己的隨鉆方位伽瑪測量儀，國內(nèi)勝利鉆井研究所也申請了自己的方位伽瑪專利。Halliburton公司的方位伽瑪是采用鉆鋌式結(jié)構(gòu)，即在鉆鋌內(nèi)支架上徑向均勻分布16只蓋革-米勒管。把左8只分為A區(qū)，右8只分為B區(qū)，A、B采用獨立的測量電路，其測量區(qū)域相差180度。儀器既可以作為単體伽瑪使用也可以作為方位伽瑪使用，作為單體伽瑪使用時，其中A或者B工作，另ー只作為冗余備份使用；在作為方位伽瑪使用時，需要把測斜儀的工具面角和A、B綁定，實現(xiàn)高、低邊伽瑪?shù)臏y量。Baker Hughes的方位伽瑪與國內(nèi)勝利鉆井研究院的專利有些相似,他們都是在鉆鋌徑向相差180度處分別加工兩個V形槽，并嵌入兩個單體伽瑪，在伽瑪傳感器的底部分別采用鉛板或其它高密度的金屬屏蔽。由于兩只伽瑪間隔180度，在水平鉆進時，ー個伽瑪傳感器處在高邊位置，另外ー個就處在低邊位置，通過與測斜儀器的工具面角綁定就可實現(xiàn)伽瑪位置的高、低邊識別。 前面兩種方案都需要把伽瑪傳感器固定在專用的鉆鋌上，由于鉆鋌尺寸和重量大，并且需要采用專用的工具與鉆桿對接，對于不同的井眼尺寸需要不同的鉆鋌直徑的方位伽瑪，這樣在井上作業(yè)施工中十分不方便；另外在電源和信號線的布置上，需要采用滑環(huán)等實現(xiàn)不同儀器的對接，系統(tǒng)的可靠性低。

實用新型內(nèi)容本實用新型實施例提供一種隨鉆方位伽瑪探測儀，以提供一種體積小、上井施工方便的隨鉆方位伽瑪探測儀。為達上述目的，本實用新型實施例提供了一種隨鉆方位伽瑪探測儀，所述隨鉆方位伽瑪探測儀包括抗壓筒、骨架、磁傳感器組、加速度傳感器組、C形金屬屏蔽罩、碘化鈉閃爍晶體、光電倍增管、高壓電源、信號處理電路模塊、上連接器；其中，在骨架上部設(shè)計有兩個相互正交的槽，用來安裝磁傳感器組和加速度傳感器組；在骨架中部設(shè)計有電路板安裝槽，用來安裝信號處理電路模塊和高壓電源；光電倍增管和碘化鈉閃爍晶體通過小螺釘安裝在骨架的下部；在碘化鈉閃爍晶體的外側(cè)鑲有C形金屬屏蔽罩，該C形金屬屏蔽罩留有ー個伽瑪測量窗ロ ；在骨架的絲扣根部分安裝上連接器；所述隨鉆方位伽瑪探測儀的骨架、磁傳感器組、加速度傳感器組、C形金屬屏蔽罩、碘化鈉閃爍晶體、光電倍增管、高壓電源、信號處理電路模塊均裝在抗壓筒中。上述技術(shù)方案具有如下有益效果相對于現(xiàn)有技術(shù)的自然伽瑪探測儀，該儀器僅増加了磁傳感器組、加速度傳感器組、C形伽瑪屏蔽罩和相關(guān)的電路模塊，但是卻實現(xiàn)了方位伽瑪值的探測問題，具有體積小、上井施工方便的優(yōu)點。在伽瑪探測器信號接收上，提出了對碘化鈉閃爍晶體進行C形重金屬屏蔽的 方法，利用鉆具的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對井壁周圍地層伽瑪?shù)膾呙杼綔y；在方位伽瑪值的測量上，采用了磁傳感器組測量動態(tài)磁工具面角從而間接得到伽瑪測量窗ロ位置的方法；在巖層識別上，利用高邊、低邊伽瑪?shù)淖兓厔莺拖群笞兓樞蚺袛嚆@具所在巖層上、下界面位置。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖Ia是本實用新型實施例的隨鉆方位伽瑪探測儀的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ib是本實用新型實施例圖Ia中的A-A剖面示意圖；圖Ic是本實用新型實施例圖Ia中的B-B剖面示意圖；圖2a是本實用新型第一實施例的隨鉆方位伽瑪探測儀的儲層邊界識別方法示意圖；圖2b是本實用新型第一實施例的隨鉆方位伽瑪探測儀的儲層邊界識別方法示意圖；圖2c是本實用新型第一實施例的隨鉆方位伽瑪探測儀的儲層邊界識別方法示意圖。附圖標(biāo)號I、上連接器2、骨架3、磁傳感器組4、抗壓筒5、加速度傳感器組6、信號處理電路模塊7、高壓電源8、光電倍增管9、碘化鈉閃爍晶體10、C形金屬屏蔽罩11、伽瑪測量窗ロ具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。本實用新型的目的是提供一種探管式隨鉆方位伽瑪探測儀，只用一根単體伽瑪接收器，不但能夠?qū)崿F(xiàn)平均伽瑪測量，還能實現(xiàn)非均質(zhì)巖層方位信息的判斷，即通過測量高、低邊的伽瑪輻射值判斷界面方位信息，以便地面人員能夠即時調(diào)整鉆進方向，使鉆具保持更加合理的鉆進軌跡。因此，本實用新型提出了探管式方位伽瑪探測儀的測量方案在自然伽瑪探測儀基礎(chǔ)上增加了磁傳感器組、加速度傳感器組、C形伽瑪屏蔽罩等以實現(xiàn)方位判定，并安裝在于無線隨鉆測斜儀外徑尺寸相同的抗壓筒內(nèi)。這種新型方位伽瑪探測儀不需要專門的鉆鋌，布線方便、尺寸小、重量輕、使用靈活、上井施工方便。如圖Ia所示，是本實用新型實施例的隨鉆方位伽瑪探測儀的總體結(jié)構(gòu)示意圖。所述隨鉆方位伽瑪探測儀包括抗壓筒4、骨架2、磁傳感器組3、加速度傳感器組5、C形金屬屏蔽罩10、碘化鈉閃爍晶體9、光電倍增管8、高壓電源7、信號處理電路模塊6、上連接器I。圖Ib是本實用新型實施例圖Ia中的A-A剖面示意圖；圖Ic是本實用新型實施例圖Ia中的B-B剖面示意圖，其中，在骨架2上部設(shè)計有兩個相互正交的槽，用來安裝磁傳感器組3和加速度傳感器組5 ;在骨架2中部設(shè)計有電路板安裝槽，用來安裝信號處理電路模塊6和高壓電源7 ;光電倍增管8和碘化鈉閃爍晶體9通過小螺釘安裝在骨架2的下部；在碘化鈉閃爍晶體9的外側(cè)鑲有C形金屬屏蔽罩10，該C形金屬屏蔽罩10留有ー個伽瑪測量窗ロ
11;在骨架2的絲扣根部分安裝上連接器I ;所述隨鉆方位伽瑪探測儀的骨架2、磁傳感器組3、加速度傳感器組5、C形金屬屏蔽罩10、碘化鈉閃爍晶體9、光電倍增管8、高壓電源7、信號處理電路模塊6均裝在抗壓筒4中。本實用新型實施例的單體伽瑪接收器，是由碘化鈉閃爍晶體9、光電倍增管8、高壓電源7和接收電路(包括在信號處理電路模塊6中)構(gòu)成。外界的自然伽瑪射線射入碘化鈉閃爍晶體，轉(zhuǎn)化為光電倍增管可以接收的特定波長光，經(jīng)光電倍増管接收后產(chǎn)生電子脈沖，由接收電路記錄電子脈沖數(shù)，電子脈沖數(shù)越大說明外界的自然伽瑪射線輻射越強。高壓電源是用來驅(qū)動光電倍增管，使其工作在ー個合理的電壓工作點，保證工作的穩(wěn)定性。在現(xiàn)有技術(shù)的自然伽瑪探測儀基礎(chǔ)上，本實用新型實施例的探管式隨鉆方位伽瑪探測儀增加了磁傳感器組3、加速度傳感器組5、C形伽瑪屏蔽罩10等部分。磁傳感器組3是由分別安裝在骨架X、Y方向的兩個磁傳感器組成，根據(jù)磁傳感器測量得到的地磁場強度分量值，通過計算可以得到磁工具面角(地磁矢量與X軸所成的角)。加速度傳感器組5是由分別安裝在骨架X、Y方向的兩個加速度傳感器組成，根據(jù)加速度傳感器測量得到的地球重力加速度分量值，通過計算可以得到重力工具面角(重力矢量與X軸所成的角)。從圖I可以看出，伽瑪測量窗ロ與X軸方向一致，選定地球重力矢量方向為參考方向，重力工具面角就是伽瑪測量窗ロ與重力矢量所成的角。由于儀器在實際應(yīng)用中處于高速轉(zhuǎn)動以及振動的動態(tài)環(huán)境下，轉(zhuǎn)動和振動嚴(yán)重影響加速度傳感器對地球重力分量的測量，卻幾乎不影響磁傳感器對地磁分量的測量，因此在儀器工作初始狀態(tài)(幾乎無轉(zhuǎn)動和振動)計算得到磁場矢量與重力矢量的夾角，在正常工作狀態(tài)就可以利用動態(tài)磁工具面角間接得到重力工具面角，從而確定了伽瑪測量窗ロ相對于重力矢量所處的位置。C形伽瑪屏蔽罩10的材料選用的是重金屬，因為重金屬可以屏蔽自然伽瑪射線，一個在軸向留有狹長伽瑪射線測量窗ロ的C形重金屬屏蔽罩包在碘化鈉閃爍晶體上，這樣晶體就只能接收測量窗ロ方向的伽瑪射線。在鉆桿轉(zhuǎn)動時測量窗ロ圍繞鉆桿軸芯轉(zhuǎn)動，探管式隨鉆方位探測儀就實現(xiàn)了對井壁四周地層的掃描。圖2a是本實用新型第一實施例的隨鉆方位伽瑪探測儀的儲層邊界識別方法示意圖；圖2b是本實用新型第一實施例的隨鉆方位伽瑪探測儀的儲層邊界識別方法示意圖；圖2c是本實用新型第一實施例的隨鉆方位伽瑪探測儀的儲層邊界識別方法示意圖。隨鉆方位伽瑪探測儀和其他測井設(shè)備一起安裝在鉆具里。由于油氣儲集層的伽瑪值小于巖層的伽瑪值，當(dāng)鉆具在油氣儲層中間位置吋，儀器測量的平均伽瑪、高邊伽瑪和低邊伽瑪值是幾乎相同的，如圖2a所示；當(dāng)鉆具接近儲層上邊界時，儀器測量得到的高邊伽瑪值首先變小，低邊和平均伽瑪值也變小，但高邊伽瑪值變化的快，如圖2b所示；當(dāng)鉆具接近儲層下邊界時，低 邊伽瑪值首先變小，高邊和平均伽瑪值也變小，但低邊伽瑪值變化的快，如圖2c所示。由此利用高、低邊伽瑪值的變化趨勢和先、后次序可以識別巖層的上、下邊界。本實用新型的単體伽瑪接收器是由碘化鈉閃爍晶體、光電倍增管、高壓電源和伽瑪接收電路構(gòu)成。外界的自然伽瑪射線射入碘化鈉閃爍晶體，轉(zhuǎn)化為光電倍增管可以接收的特定波長光，經(jīng)光電倍増管接收后產(chǎn)生電子脈沖，由接收電路記錄電子脈沖數(shù)。重金屬可以屏蔽伽瑪射線，因此設(shè)計一個在軸向留有狹長伽瑪射線測量窗ロ的C形重金屬屏蔽罩，將此屏蔽罩包在晶體上，這樣晶體就只能接收測量窗ロ方向的伽瑪射線。在鉆桿轉(zhuǎn)動時測量窗ロ圍繞鉆桿軸芯轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了對井壁的掃描；在儀器骨架上安裝有磁傳感器組和加速度傳感器組構(gòu)成角度傳感器，在旋轉(zhuǎn)時通過角度傳感器得到測量窗ロ與重力矢量的夾角來確定窗ロ的高、低邊位置。而一般油氣儲集層的伽瑪值小于巖層的伽瑪值，研究在地層邊界時平均伽瑪、高邊和低邊伽瑪?shù)臄?shù)值信息以及變化趨勢，就可以實現(xiàn)地層界面的有效識別。本實用新型所述的探管式隨鉆方位伽瑪探測儀通過高邊、低邊伽瑪變化信息能夠識別儲層的上、下界面，更有利于控制井眼軌跡，提高鉆進效率和采收率；不但能夠?qū)崿F(xiàn)高、低伽瑪?shù)臏y量，同樣也可以像普通伽瑪儀器一樣測量平均伽瑪值；并且，僅采用一只単體伽瑪就實現(xiàn)了方位伽瑪?shù)墓δ?，具有體積小、重量輕、便于井上施工等優(yōu)點。本實用新型實施例中所描述的各種說明性的邏輯塊，或単元都可以通過通用處理器，數(shù)字信號處理器，專用集成電路(ASIC)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置，離散門或晶體管邏輯，離散硬件部件，或上述任何組合的設(shè)計來實現(xiàn)或操作所描述的功能。通用處理器可以為微處理器，可選地，該通用處理器也可以為任何傳統(tǒng)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。處理器也可以通過計算裝置的組合來實現(xiàn)，例如數(shù)字信號處理器和微處理器，多個微處理器，一個或多個微處理器聯(lián)合一個數(shù)字信號處理器核，或任何其它類似的配置來實現(xiàn)。以上所述的具體實施方式
，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一歩詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式
而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種隨鉆方位伽瑪探測儀，其特征在于，所述隨鉆方位伽瑪探測儀包括抗壓筒(4)、骨架(2)、磁傳感器組(3)、加速度傳感器組(5)、C形金屬屏蔽罩(10)、碘化鈉閃爍晶體(9)、光電倍增管(8)、高壓電源(7)、信號處理電路模塊(6)、上連接器(I)； 其中，在骨架(2)上部設(shè)計有兩個相互正交的槽，用來安裝磁傳感器組(3)和加速度傳感器組(5);在骨架(2)中部設(shè)計有電路板安裝槽，用來安裝信號處理電路模塊(6)和高壓電源(7);光電倍增管⑶和碘化鈉閃爍晶體(9)通過小螺釘安裝在骨架(2)的下部；在碘化鈉閃爍晶體(9)的外側(cè)鑲有C形金屬屏蔽罩(10)，該C形金屬屏蔽罩(10)留有ー個伽瑪測量窗ロ(11);在骨架(2)的絲扣根部分安裝上連接器(I);所述隨鉆方位伽瑪探測儀的骨架(2)、磁傳感器組(3)、加速度傳感器組(5)、C形金屬屏蔽罩(10)、碘化鈉閃爍晶體(9)、光電倍增管(8)、高壓電源(7)、信號處理電路模塊(6)均裝在抗壓筒(4)中。
專利摘要本實用新型實施例提供一種隨鉆方位伽瑪探測儀，包括抗壓筒、骨架、磁傳感器組、加速度傳感器組、C形金屬屏蔽罩、碘化鈉閃爍晶體、光電倍增管、高壓電源、信號處理電路模塊、上連接器；其中，在骨架上部設(shè)計有兩個相互正交的槽，用來安裝磁傳感器組和加速度傳感器組；在骨架中部設(shè)計有電路板安裝槽，用來安裝信號處理電路模塊和高壓電源；光電倍增管和碘化鈉閃爍晶體通過小螺釘安裝在骨架的下部；在碘化鈉閃爍晶體的外側(cè)鑲有C形金屬屏蔽罩，留有一個伽瑪測量窗口；在骨架的絲扣根部分安裝上連接器；所述隨鉆方位伽瑪探測儀中除上連接器外均裝在抗壓筒中。本實用新型實施例提供了一種體積小、上井施工方便的隨鉆方位伽瑪探測儀。
文檔編號E21B49/00GK202441370SQ201220069499
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者鞏憲鋒, 遠方, 高增欣 申請人:北京恒泰萬博石油科技有限公司, 煙臺恒泰油田科技開發(fā)有限公司