一种井下电阻率伽马集成测量系统及方法与流程

本发明涉及一种井下多参数集成测量系统，特别涉及一种井下电阻率伽马集成测量系统及方法。

背景技术：

随着油田勘探的不断深入，油藏的开采难度也越来越大，使得定向井、水平井及特殊工艺井占比大幅增加，水平井施工基本都采用地质导向钻井技术，地质导向仪器得以推广应用，其中以电磁波电阻率和自然伽马两种地质参数测量功能组合普遍使用，组合使用需要将测量短节组合在一起，这种方式一方面增加了仪器组合的长度，另一方面增大了使用过程中出现问题的概率，因此需要研发一种电阻率和自然伽马集成一体化地质导向仪器。

依据电磁波电阻率和伽马测量的功能需要，仪器采用全新的模块化综合设计，对井下测量系统进行一体化集成，降低加工制造成本，简化维修程序，降低维护保养成本，提高现场操作性，增加无故障时间，降低现场使用成本。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种井下电阻率伽马集成测量系统及方法。

本发明提到的一种井下电阻率伽马集成测量系统，其技术方案是：包括电磁波电阻率短节（1）、自然伽马模块（2）、电路模块（3）、电源模块（4），将自然伽马模块（2）、电路模块（3）、电源模块（4）集成在电磁波电阻率短节（1）上，电阻率发射采用可调正弦稳流电源激励，电流范围100ma-2a和电压范围10v-50v，自然伽马模块（2）的供电采用2200v高压稳压电源激励；所述的电磁波电阻率短节（1）的前端连接定向短节（35），后端连接动力钻具（34）。

优选的，上述的电磁波电阻率短节（1）主要由500khz发射线圈（5）、1mhz发射线圈（6）、2mhz发射线圈（7）、近接收线圈（8）、远接收线圈（9）、短节本体（10）、有缆通道（12）组成，500khz发射线圈（5）距离电磁波接收线圈（11）最远，2mhz发射线圈（7）距离电磁波接收线圈（11）最近，相邻发射线圈的间距为40cm，接收线圈间距为20cm，2mhz发射线圈（7）与近接收线圈（8）间距为40cm，电磁波接收线圈（11）位于电磁波电阻率短节（1）的右侧，短节本体（10）的上侧设有有缆通道（12），且短节本体（10）的中部设有测试孔（25）。

优选的，上述的有缆通道（12）通过控制导线实现电磁波接收电路（13）的微处理器控制电磁波发射电路（14）的发射频率和功率选择，电磁波发射电路（14）与电磁波发射线圈（15）组成电磁波发射模块（16），电磁波接收电路（13）与电磁波接收线圈（11）组成电磁波接收模块（17）；电磁波发射线圈（15）采用正弦稳流电源模块激励，电流可调范围为100ma-2a，稳流条件下通过调整电压实现输入功率调整，电压可调范围为10v-50v。

优选的，上述的自然伽马模块（2）主要由两组盖革—弥勒管（18）组成双通道伽马射线探测器，每组8根23mm长的盖革—米勒计数管组成，16根计数管在仪器周围按360度排列，安装在2mhz发射线圈（7）与近接收线圈（8）之间仪器舱内，从而保证仪器测量点均位于靠近右端的钻头侧；自然伽马高压电路（19）输入电压为18v，采用高压稳压电源模块激励，为适配井下伽马高压坪区的变化，自然伽马高压电路（19）的方波脉冲输出电压为2200v，通过自然伽马采集电路（20）完成采集存储，双通道伽马射线探测器的计数率结合在一起，以使统计精度最优化。

优选的，上述的电路模块（3）主要由中控模块（21）、电磁波发射电路（14）、电磁波接收电路（13）、自然伽马高压电路（19）和自然伽马采集电路（20）组成，安装在2mhz发射线圈（7）与1mhz发射线圈（6）之间仪器舱内，内部台体（22）采用无磁材料加工，台体上加工电子电路舱体（23），安装相应的电路模块（3），电路模块（3）通过线缆插槽（24）与电缆连接，电缆安装在有缆通道（12）内，通过电缆完成电磁波发射模块（16）、电磁波接收模块（17）、自然伽马模块（2）、电源模块（4）和电路模块（3）的连接，测试孔（25）可实现电路模块（3）的地面测试与程序读写，中控模块（21）通过电磁波发射电路（14）对正弦稳流电源（26）控制完成对电磁波发射线圈（15）的电流激励施加。

优选的，电磁波接收模块（17）通过电磁波接收线圈（11）接收交变电磁场信号，经过滤波调制（27）、信号调理（28）和信号采集（29），通过中控模块（21）完成数据采集处理；中控模块（21）控制自然伽马采集电路（20）实现开关控制和计数采集，自然伽马采集电路（20）通过对自然伽马高压电路（19）输入18v电压，控制自然伽马高压电路（19）输出2200v方波脉冲电压激励，实现地层中的放射性伽马射线进行有效测量。

优选的，上述的电源模块（4）主要包括电池架（30）和锂电池（31），电池架（30）采用无磁材料加工制作，内部安装耐冲蚀保护层，增加抗冲蚀能力，外部挖槽安装高温锂电池（31），电池采用先串联增加电压，再采用并联增加容量，呈环状分布在电池骨架上，主要提供18v、10.8v、5v、3.3v，电源模块（4）通过线缆插槽（32）与有缆通道（12）中的电缆连接。

本发明提到的井下电阻率伽马集成测量系统的使用方法，包括以下过程：

采用500khz、1mhz、2mhz三种发射频率组合，可有效提高发射信号采集识别效率，将电源模块、电路模块和自然伽马模块集成在电磁波电阻率短节上，电阻率发射采用可调正弦稳流电源激励，电流范围100ma-2a和电压范围10v-50v，增强了电阻率测量的井下适用性，自然伽马高压电路输入电压为18v，采用高压稳压电源模块激励，为适配井下伽马高压坪区的变化，自然伽马高压电路的方波脉冲输出电压为2200v，通过自然伽马采集电路完成采集存储，双通道伽马射线探测器的计数率结合在一起，以使统计精度最优化；通过有缆通道实现模块功能组合以及数据上传；

内部台体采用无磁材料加工，台体上加工电子电路舱体，安装相应的电路模块，电路模块通过线缆插槽与电缆连接，电缆安装在有缆通道内，通过电缆完成电磁波发射模块、电磁波接收模块、自然伽马模块、电源模块和电路模块的连接，测试孔可实现电路模块的地面测试与程序读写。中控模块通过发射电路对正弦稳流电源控制完成对电磁波发射线圈的电流激励施加，电磁波接收模块通过电磁波接收线圈接收交变电磁场信号，经过滤波调制、信号调理和信号采集，通过中控模块完成数据采集处理；中控模块控制自然伽马采集电路，实现开关控制和计数采集，自然伽马采集电路通过对自然伽马高压电路输入18v电压，控制自然伽马高压电路输出2200v方波脉冲电压激励，实现地层中的放射性伽马射线进行有效测量。

本发明的有益效果是：本发明可有效解决电磁波电阻率和伽马测量功能的一体化集成问题，可实现减小测量仪器的长度，缩短测量点与钻头间的距离，降低加工制造和使用成本；另外，本发明采用三种发射频率组合，可有效提高发射信号采集识别效率，将电源模块、电路模块和自然伽马模块集成在短节上，电阻率发射采用可调正弦稳流电源激励，电流范围100ma-2a和电压范围10v-50v，增强了电阻率测量的井下适用性，伽马供电采用2200v高压稳压电源激励，提高了伽马测量的可靠性，通过有缆通道实现模块功能组合以及数据上传。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明的电磁波电阻率短节的结构示意图；

图3是本发明的电路模块结构示意图；

图4是本发明的电路模块系统框图；

图5是本发明的自然伽马模块的系统框图；

图6是本发明的自然伽马模块安装示意图；

图7是本发明的电源模块结构示意图；

图8是本发明的井下组合示意图；

上图中：电磁波电阻率短节1、自然伽马模块2、电路模块3、电源模块4、500khz发射线圈5、1mhz发射线圈6、2mhz发射线圈7、近接收线圈8、远接收线圈9、短节本体10、电磁波接收线圈11、有缆通道12，电磁波接收电路13、电磁波发射电路14、电磁波发射线圈15、电磁波发射模块16、电磁波接收模块17、盖革—弥勒管18，自然伽马高压电路19、自然伽马采集电路20、中控模块21、内部台体22、电子电路舱体23，线缆插槽24、测试孔25、正弦稳流电源26、过滤波调制27、信号调理28、信号采集29、电池架30、锂电池31、线缆插槽32。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1和图2所示，一种井下电阻率伽马集成测量系统包括电磁波电阻率短节1、自然伽马模块2、电路模块3、电源模块4，将自然伽马模块2、电路模块3、电源模块4集成在电磁波电阻率短节1上，电阻率发射采用可调正弦稳流电源激励，电流范围100ma-2a和电压范围10v-50v，自然伽马模块2的供电采用2200v高压稳压电源激励；所述的电磁波电阻率短节1的前端连接定向短节35，后端连接动力钻具34。

如图1、图2、图3所示，电磁波电阻率短节1主要由500khz发射线圈5、1mhz发射线圈6、2mhz发射线圈7、近接收线圈8、远接收线圈9和短节本体10组成，采用500khz、1mhz和2mhz三种发射频率线圈组合发射，可有效提高发射信号采集识别效率，500khz发射线圈5距离电磁波接收线圈11最远，2mhz发射线圈7距离电磁波接收线圈11最近，相邻发射线圈的间距为40cm，接收线圈间距为20cm，2mhz线圈7与近接收线圈8间距为40cm，电磁波接收线圈11位于靠近钻头侧，有缆通道12通过控制导线实现电磁波接收电路13的微处理器控制电磁波发射电路14的发射频率和功率选择，电磁波发射电路14与电磁波发射线圈15组成电磁波发射模块16，电磁波接收电路13与电磁波接收线圈11组成电磁波接收模块17。电磁波发射线圈15采用正弦稳流电源模块激励，电流可调范围为100ma-2a，稳流条件下通过调整电压实现输入功率调整，电压可调范围为10v-50v。

如图1、图2、图3和图5所示，自然伽马模块2主要由两组盖革—弥勒管18组成双通道伽马射线探测器，每组8根23mm长的盖革—米勒计数管组成，16根计数管在仪器周围按360度排列，安装在2mhz发射线圈7与近接收线圈8之间仪器舱内，从而保证仪器测量点均位于靠近钻头侧。自然伽马高压电路19输入电压为18v，采用高压稳压电源模块激励，为适配井下伽马高压坪区的变化，自然伽马高压电路19的方波脉冲输出电压为2200v，通过自然伽马采集电路20完成采集存储，双通道伽马射线探测器的计数率结合在一起，以使统计精度最优化。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，电路模块3主要由中控模块21、电磁波发射电路14、电磁波接收电路13、自然伽马高压电路19和自然伽马采集电路20组成，安装在2mhz发射线圈7与1mhz发射线圈6之间仪器舱内，内部台体22采用无磁材料加工，台体上加工电子电路舱体23，安装相应的电路模块3，电路模块3通过线缆插槽24与电缆连接，电缆安装在有缆通道12内，通过电缆完成电磁波发射模块16、电磁波接收模块17、自然伽马模块2、电源模块4和电路模块3的连接，测试孔25可实现电路模块3的地面测试与程序读写。中控模块21通过电磁波发射电路14对正弦稳流电源26控制完成对电磁波发射线圈15的电流激励施加，电磁波接收模块17通过电磁波接收线圈11接收交变电磁场信号，经过滤波调制27、信号调理28和信号采集29，通过中控模块21完成数据采集处理。中控模块21控制自然伽马采集电路20实现开关控制和计数采集，自然伽马采集电路20通过对自然伽马高压电路19输入18v电压，控制自然伽马高压电路19输出2200v方波脉冲电压激励，实现地层中的放射性伽马射线进行有效测量。

如图1、图2和图7所示，电源模块4主要包括电池架30和锂电池31，电池架30采用无磁材料加工制作，内部安装耐冲蚀保护层，增加抗冲蚀能力，外部挖槽安装高温锂电池31，电池采用先串联增加电压，再采用并联增加容量，呈环状分布在电池骨架上，主要提供18v、10.8v、5v、3.3v，电源模块4通过线缆插槽32与有缆通道12中的电缆连接。

如图8所示，系统井下应用组合可采用以下形式，伽马电阻率集成系统33，下接动力钻具34，上接定向短节35。

本发明提到的一种井下电阻率伽马集成测量系统的使用方法，包括以下过程：

采用500khz、1mhz、2mhz三种发射频率组合，可有效提高发射信号采集识别效率，将电源模块、电路模块和自然伽马模块集成在电磁波电阻率短节上，电阻率发射采用可调正弦稳流电源激励，电流范围100ma-2a和电压范围10v-50v，增强了电阻率测量的井下适用性，自然伽马高压电路输入电压为18v，采用高压稳压电源模块激励，为适配井下伽马高压坪区的变化，自然伽马高压电路的方波脉冲输出电压为2200v，通过自然伽马采集电路完成采集存储，双通道伽马射线探测器的计数率结合在一起，以使统计精度最优化；通过有缆通道实现模块功能组合以及数据上传；

内部台体采用无磁材料加工，台体上加工电子电路舱体，安装相应的电路模块，电路模块通过线缆插槽与电缆连接，电缆安装在有缆通道内，通过电缆完成电磁波发射模块、电磁波接收模块、自然伽马模块、电源模块和电路模块的连接，测试孔可实现电路模块的地面测试与程序读写。中控模块通过发射电路对正弦稳流电源控制完成对电磁波发射线圈的电流激励施加，电磁波接收模块通过电磁波接收线圈接收交变电磁场信号，经过滤波调制、信号调理和信号采集，通过中控模块完成数据采集处理；中控模块控制自然伽马采集电路，实现开关控制和计数采集，自然伽马采集电路通过对自然伽马高压电路输入18v电压，控制自然伽马高压电路输出2200v方波脉冲电压激励，实现地层中的放射性伽马射线进行有效测量。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。