專利名稱：一種方向性伽馬測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油氣井井眼軌跡實時分析的地質(zhì)導(dǎo)向工具，屬于石油天然氣勘探開發(fā)中的鉆井工程技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石油鉆井隨鉆測量技術(shù)的價值在于提供及時的井眼軌跡和地層信息，引導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向人員推導(dǎo)出地層與井眼軌跡實際的幾何關(guān)系，確定鉆頭在地層中實際位置，并及時調(diào)整鉆頭姿態(tài)，使井眼軌跡順著地質(zhì)導(dǎo)向人員的設(shè)想向前推進。隨鉆伽馬就是一種常用的隨鉆測量技術(shù)?，F(xiàn)有的一種隨鉆伽馬射線探測方法是，采用一個伽馬射線探測器來測量周圍地層的伽馬射線，它接收來自測量短節(jié)周圍0-360度方位所有自然伽馬射線，是周圍地層放射性的平均響應(yīng)，不具有方向性，只能粗略的劃分地層巖性，對地層巖性變化判別存在時間滯后，會錯過判別井眼軌跡與目的地層真實幾何關(guān)系的最佳時機，導(dǎo)致地質(zhì)導(dǎo)向人員無法有效指導(dǎo)鉆井鉆進。現(xiàn)有的另一種隨鉆伽馬射線探測方法是，采用多個方向伽馬射線探測器，每個方向伽馬射線探測器只接收與其對應(yīng)的扇形區(qū)域內(nèi)地層的伽馬射線(而不是測量短節(jié)周圍0-360度方位所有自然伽馬射線)，得到井眼軌跡各個方位的伽馬數(shù)據(jù)，并加工成伽馬成像，及時識別地層信息變化，分辨出上下界面巖性特征，發(fā)現(xiàn)層與層的分界面，確定井眼軌跡與目的地層真實幾何關(guān)系，引導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向人員有效指導(dǎo)鉆井鉆進。這種隨鉆伽馬射線探測方法，使用的方向性伽馬射線探測器越多，識別地層信息的精度越高，對地質(zhì)導(dǎo)向人員的價值越大。但可悲的是，隨鉆設(shè)備電源所攜帶的電量很有限，限制了使用方向性伽馬射線探測器的個數(shù)；同時，鉆鋌內(nèi)空間也有限，也限制了使用方向性伽馬射線探測器的個數(shù)。所以，開發(fā)一個隨鉆伽馬射線探測儀，用較少的伽馬射線探測器獲得更多的方位伽馬特征，結(jié)合上述兩種隨鉆伽馬射線探測方法的優(yōu)點，并避其短處，是時之所需。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，將一個伽馬射線探測器安裝在一個可旋轉(zhuǎn)的滾筒上，伽馬射線探測器面向中心線的一側(cè)鑲嵌有一個屏蔽層用以屏蔽一定方位的伽馬射線，伽馬射線探測器只接收沒有屏蔽層的面向井壁一側(cè)的扇形區(qū)域內(nèi)地層的伽馬射線，實現(xiàn)探測方向性伽馬數(shù)據(jù)的功能。當滾筒以鉆鋌中心線為軸心旋轉(zhuǎn)時，伽馬射線探測器依次接收到不同方位的伽馬數(shù)據(jù)，當鉆鋌向前鉆進時，伽馬射線探測器在井眼中的測量軌跡為螺旋形，從而測得井眼軌跡各個方位的伽馬數(shù)據(jù)，及時有效識別地層信息變化，分辨出上下界面巖性特征，發(fā)現(xiàn)層與層的分界面，確定井眼軌跡與目的地層真實幾何關(guān)系，引導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向人員有效指導(dǎo)鉆井鉆進。本發(fā)明提供另一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，將一個伽馬射線探測器安裝在鉆鋌中央，伽馬射線探測器外有一個可旋轉(zhuǎn)的滾筒，滾筒的一側(cè)可穿越伽馬射線，其余區(qū)域鑲嵌有一個屏蔽層以屏蔽伽馬射線，使伽馬射線探測器只接收沒有屏蔽層的扇形區(qū)域內(nèi)地層的伽馬射線，實現(xiàn)探測方向性伽馬數(shù)據(jù)的功能。當滾筒以鉆鋌中心線為軸心旋轉(zhuǎn)時，伽馬射線探測器依次接收到不同方位的伽馬數(shù)據(jù)，當鉆鋌向前鉆進時，伽馬射線探測器在井眼中的測量軌跡為螺旋形，從而測得井眼軌跡各個方位的伽馬數(shù)據(jù)，及時有效識別地層信息變化，分辨出上下界面巖性特征，發(fā)現(xiàn)層與層的分界面，確定井眼軌跡與目的地層真實幾何關(guān)系，弓丨導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向人員有效指導(dǎo)鉆井鉆進。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述兩種方向性伽馬測量系統(tǒng)的一個有益效果是，伽馬射線探測器在井眼中的測量軌跡為螺旋形?？蓽y得井眼軌跡各個方向的伽馬數(shù)據(jù)，及時有效識別地層信息變化，分辨出上下界面巖性特征，發(fā)現(xiàn)層與層的分界面，確定井眼軌跡與目的地層真實幾何關(guān)系，引導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向人員有效指導(dǎo)鉆井鉆進。其另一個有益效果是，只使用了一個伽馬射線探測器，所需要的電量較少，所需要的空間較少，卻能獲得已知方法中使用多個方向伽馬射線探測器的效果，在極端情況下，當鉆鋌靜止，滾筒旋轉(zhuǎn)，可以獲得同一測量點無限多的方位伽馬數(shù)據(jù)，以滿足地質(zhì)導(dǎo)向人員的需要。

圖1 一種方向性伽馬測量系統(tǒng)主要部分說明圖。圖2 —種方向性伽馬測量系統(tǒng)A-A剖面說明圖。圖3 —種方向性伽馬測量系統(tǒng)主要部分說明圖。圖4 一種方向性伽馬測量系統(tǒng)B-B剖面說明圖。I是鉆鋌，2是伽馬傳感器，3是滾筒，4是屏蔽層，5是抗壓外殼，6是電動機，6a是轉(zhuǎn)子，6b是定子，7是電源，8是方位感應(yīng)器，9是已知的設(shè)備。11是鉆鋌，12是伽馬傳感器，13是滾筒，14是屏蔽層，16是電動機，16a是轉(zhuǎn)子，16b是定子，17是電源，18是方位感應(yīng)器，19是已知的設(shè)備。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。實施例1。如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種方向性伽馬測量系統(tǒng)包括:一個伽馬射線探測器
(2);—個可旋轉(zhuǎn)的滾筒(3)，定位于承載和固定伽馬射線探測器(2);—個動力機，定位于驅(qū)動滾筒(3);—個抗壓外殼(5),位于滾筒(3)外；一個方位感應(yīng)器(8),定位于確定方向伽馬射線探測器(2)的方位；只少一個電源(7)，定位于為伽馬射線探測器(2)、方位感應(yīng)器
(8)、動力機提供電流；所述的一種方向性伽馬測量系統(tǒng)安裝在鉆鋌(I)內(nèi)。作為所述滾筒(3)，其中心線與鉆鋌(I)的中心線在同一位置，即滾筒(3)旋轉(zhuǎn)時，既是繞自己的中心線旋轉(zhuǎn)，也是繞鉆鋌(I)中心線旋轉(zhuǎn)。作為所述伽馬射線探測器(2)，面向中心線的一面鑲嵌有一個屏蔽層(4)，定位于屏蔽一定方位的伽馬射線，使伽馬射線探測器(2)只接收面向井壁的與其對應(yīng)的扇形區(qū)域內(nèi)地層的伽馬射線，實現(xiàn)探測方向性伽馬數(shù)據(jù)的功能。作為所述方位感應(yīng)器⑶，固定在滾筒(3)內(nèi)相對于所述伽馬射線探測器⑵的另一側(cè)，方位感應(yīng)器(8)感知滾筒(3)與鉆鋌(I)本體的相對方位，方位感應(yīng)器(8)與伽馬射線探測器(2)都固定在滾筒(3)內(nèi)，從而也確定了伽馬射線探測器(2)與鉆鋌(I)本體的相對方位。作為所述動力機，使用電動機(6);作為所述電動機(6)，其轉(zhuǎn)子(6a)固定在滾筒上，其定子^b)固定在鉆鋌(I)本體上。所述伽馬射線探測器(2)安裝在鉆鋌(I)內(nèi)的所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)底部，靠近鉆頭的一端。目的在于減少零長，使探測點距離井底更近。在鉆鋌(2)內(nèi)還安裝有一套已知的設(shè)備(9)。該已知的設(shè)備(9)的組成可以是這樣的，包括泥漿壓力脈沖發(fā)生器、井斜方位測井儀傳感器、中央控制器、電源，還可以包括電阻率測井儀等。中央控制器是井下器儀器通訊及控制的核心設(shè)備，用于協(xié)調(diào)控制各種下井儀器工作狀態(tài)，觸發(fā)采集、存儲測井數(shù)據(jù)，與地面儀器進行通訊，下載和上傳控制命令、參數(shù)表、狀態(tài)表及測井數(shù)據(jù)等功能。其中，從所述的一種方向性伽馬測量系統(tǒng)采集到的方向性伽馬數(shù)據(jù)經(jīng)中央控制器上傳到地面儀器后，經(jīng)軟件加工成工程人員可使用的信息(如伽馬成像)，指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向人員決策。可以設(shè)想，這套已知的設(shè)備(9)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很熟悉的。所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)與已知的設(shè)備(9)，還有地面信息處理系統(tǒng)共同組成方向性伽馬隨鉆測井儀。在鉆鋌⑴向前鉆進時，滾筒(3)作自轉(zhuǎn)運動，固定在滾筒⑶上的伽馬射線探測器(2)跟隨滾筒(3)旋轉(zhuǎn)并探測周圍的伽馬射線數(shù)據(jù)，伽馬射線探測器(2)包含向前移動和繞中心線旋轉(zhuǎn)兩種運動，所以其在井眼中的測量軌跡為螺旋形，從而測得井眼軌跡各個方向的伽馬數(shù)據(jù)。方位感應(yīng)器(8)與伽馬射線探測器(2)同步工作，伽馬射線探測器(2)每測得一個伽馬數(shù)據(jù)，方位感應(yīng)器(8)也測得一個方位數(shù)據(jù)，這兩組數(shù)據(jù)共同組成方向性伽馬數(shù)據(jù)，并發(fā)送給已知的設(shè)備(9)中的中央控制器，并傳到地面儀器，經(jīng)軟件加工成工程人員可使用的信息(如伽馬成像)，指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向人員決策。實施例2。`如圖3和圖4所示，本發(fā)明的另一種方向性伽馬測量系統(tǒng)包括:一個伽馬射線探測器(12);—個可旋轉(zhuǎn)的滾筒(13)，所述滾筒(13)的一側(cè)可穿越伽馬射線，其余區(qū)域鑲嵌有一個屏蔽層(14)用以屏蔽伽馬射線；一個動力機，定位于驅(qū)動滾筒(13)個方位感應(yīng)器(18)，定位于確定方向伽馬射線探測器(12)的方位；只少一個電源(17)，定位于為伽馬射線探測器(12)、方位感應(yīng)器(18)還有動力機提供電流；所述的一種方向性伽馬測量系統(tǒng)安裝在鉆鋌(11)內(nèi)。作為所述伽馬射線探測器(12)，固定在鉆鋌(11)內(nèi)。作為所述伽馬射線探測器
(12)，被包裹在滾筒(13)內(nèi)。作為所述滾筒(13)，中心線與鉆鋌(11)的中心線在同一位置，即滾筒(13)旋轉(zhuǎn)時，既是繞自己的中心線旋轉(zhuǎn)，也是繞鉆鋌(11)中心線旋轉(zhuǎn)。滾筒(13)的一側(cè)可穿越伽馬射線，其余區(qū)域鑲嵌有屏蔽層(14)用以屏蔽伽馬射線，使伽馬射線探測器(12)只接收沒有屏蔽層(14)的扇形區(qū)域內(nèi)地層的伽馬射線，實現(xiàn)探測方向性伽馬數(shù)據(jù)的功能；當滾筒以鉆鋌中心線為軸心旋轉(zhuǎn)時，伽馬射線探測器就可以接收到不同方位的伽馬數(shù)據(jù)。作為所述方位感應(yīng)器(18)，固定在鉆鋌(11)內(nèi)，方位感應(yīng)器(18)感知滾筒(13)與鉆鋌(11)本體的相對方位，確定伽馬射線探測器(12)探測到的伽馬數(shù)據(jù)所對應(yīng)的方位。[0032]作為所述動力機，使用電動機(16);作為所述電動機(16)，其轉(zhuǎn)子(16a)固定在滾筒上，其定子(16b)固定在鉆鋌(11)本體上。所述伽馬射線探測器(12)安裝在鉆鋌內(nèi)的所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)底部，靠近鉆頭的一端。目的在于減少零長，使探測點距離井底更近。在鉆鋌(11)內(nèi)還安裝有一套已知的設(shè)備(19)。該已知的設(shè)備(19)的組成可以是這樣的，包括泥漿壓力脈沖發(fā)生器、井斜方位測井儀傳感器、中央控制器、電源，還可以包括電阻率測井儀等。中央控制器是井下器儀器通訊及控制的核心設(shè)備，用于協(xié)調(diào)控制各種下井儀器工作狀態(tài)，觸發(fā)采集、存儲測井數(shù)據(jù)，與地面儀器進行通訊，下載和上傳控制命令、參數(shù)表、狀態(tài)表及測井數(shù)據(jù)等功能。其中，從所述的一種方向性伽馬測量系統(tǒng)采集到的方向性伽馬數(shù)據(jù)經(jīng)中央控制器上傳到地面儀器后，經(jīng)軟件加工成工程人員可使用的信息(如伽馬成像)，指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向人員決策?？梢栽O(shè)想，這套已知的設(shè)備(19)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很熟悉的。所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)與已知的設(shè)備(19)，還有地面信息處理系統(tǒng)共同組成方向性伽馬隨鉆測井儀。在鉆鋌(11)向前鉆進時，滾筒(13)作自轉(zhuǎn)運動，固定在鉆鋌(11)內(nèi)的伽馬射線探測器(12)因為被滾筒(13)包裹，只接收沒有所述屏蔽層(14)的扇形區(qū)域內(nèi)地層的伽馬射線，在井眼中的測量軌跡為螺旋形，從而測得井眼軌跡各個方向的伽馬數(shù)據(jù)。方位感應(yīng)器
(18)與伽馬射線探測器(12)同步工作，伽馬射線探測器(12)每測得一個伽馬數(shù)據(jù)，方位感應(yīng)器(18)也測得一個方位數(shù)據(jù)，這兩組數(shù)據(jù)共同組成方向性伽馬數(shù)據(jù)，并發(fā)送給已知的設(shè)備(19)中的中央控制器，并傳到地面儀器，經(jīng)軟件加工成工程人員可使用的信息(如伽馬成像)，指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向人員決策。以上所述，只描述了隨鉆伽馬，事實上，隨鉆電阻、隨鉆中子、隨鉆聲波等測井工具也可采用這種設(shè)計，主要不同的是，將其中的伽馬射線探測器換成對應(yīng)的工具。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，但可以理解的是，本發(fā)明并不局限于所公開的實施方式和元件，相反，旨在涵蓋包括在所附的權(quán)利要求書的主旨和范圍之內(nèi)的各種改型、特征結(jié)合、等效的裝置以及等效的元件。此外，出現(xiàn)在附圖中的各元件的特征的尺寸并不是限制性的，其中各元件的尺寸可以與描繪在附圖中的元件的尺寸不同。因此，本發(fā)明用于覆蓋對本發(fā)明的改型和變形，只要它們均在所附的權(quán)利要求書和它們的等效方案的范圍之內(nèi)即可。
權(quán)利要求1.一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，其特征在于，包括:一個伽馬射線探測器；一個可旋轉(zhuǎn)的滾筒，定位于承載和固定所述伽馬射線探測器；一個動力機，定位于驅(qū)動所述滾筒；一個抗壓外殼，位于所述滾筒外；一個方位感應(yīng)器；只少一個電源；所述的一種方向性伽馬測量系統(tǒng)安裝在鉆鋌內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述伽馬射線探測器，面向中心線的一側(cè)鑲嵌有一個屏蔽層，定位于屏蔽伽馬射線。
3.如權(quán)利要求1所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述滾筒，其中心線與鉆鋌的中心線是在同一位置。
4.如權(quán)利要求1所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述伽馬射線探測器安裝在鉆鋌內(nèi)的所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)底部，靠近鉆頭的一端。
5.如權(quán)利要求1所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述動力機，使用電動機；作為所述電動機，其轉(zhuǎn)子固定在滾筒上，其定子固定在鉆鋌本體上。
6.一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，其特征在于，包括:一個伽馬射線探測器；一個可旋轉(zhuǎn)的滾筒，所述可旋轉(zhuǎn)的滾筒的一側(cè)可穿越伽馬射線，其余區(qū)域鑲嵌有一個屏蔽層用以屏蔽伽馬射線；一個動力機，定位于驅(qū)動所述滾筒；一個方位感應(yīng)器；只少一個電源；所述的一種方向性伽馬測量系統(tǒng)安裝在鉆鋌內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述伽馬射線探測器被包裹在所述滾筒內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述滾筒，其中心線與鉆鋌的中心線是在同一位置。
9.如權(quán)利要求6所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述伽馬射線探測器安裝在鉆鋌內(nèi)的所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)底部，靠近鉆頭的一端。
10.如權(quán)利要求6所述一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述動力機，使用電動機；作為所述電動機，其轉(zhuǎn)子固定在滾筒上，其定子固定在鉆鋌本體上。
專利摘要本實用新型涉及一種用于油氣井井眼軌跡實時分析的地質(zhì)導(dǎo)向工具，屬于石油天然氣勘探開發(fā)中的鉆井工程技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域。本實用新型提供一種方向性伽馬測量系統(tǒng)，將一個伽馬射線探測器安裝在一個可旋轉(zhuǎn)的滾筒上，伽馬射線探測器面向中心線的一側(cè)鑲嵌有一個屏蔽層，它只接收沒有屏蔽層的面向井壁一側(cè)的扇形區(qū)域內(nèi)地層的伽馬射線，實現(xiàn)探測方向性伽馬數(shù)據(jù)的功能。當滾筒旋轉(zhuǎn)時，伽馬射線探測器依次接收到不同方位的伽馬數(shù)據(jù)，當鉆鋌向前鉆進時，伽馬射線探測器在井眼中的測量軌跡為螺旋形，從而測得井眼軌跡各個方位的伽馬數(shù)據(jù)，及時有效識別地層信息變化，確定井眼軌跡與目的地層真實幾何關(guān)系，引導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向人員有效指導(dǎo)鉆井鉆進。
文檔編號E21B47/022GK203050679SQ20132005233
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月20日
發(fā)明者邱世軍 申請人:邱世軍