一种近钻头伽马成像模拟实验装置的制作方法

本发明主要属于随钻测量领域，具体涉及一种近钻头伽马成像模拟实验装置。

背景技术：

近年来利用水平井来提高油气藏已被各油田广泛应用，而近钻头地质导向钻井系统具有实时判断地层属性、前探待钻地层、实施准确导向等特点。近钻头伽马参数的实时获得有助于现场钻井工程师实施掌握钻井中钻头行进轨迹及地质参数，从而提高石油钻采率。近钻头伽马成像技术相对于传统伽马曲线测井能够360°显示钻井过程中周围地层岩性的变化，它解决了传统伽马射线工具所不能实现的在超薄油藏中的地质导向问题，实现了在超薄油藏中实时精确判断地层属性、准确导向等功能。如何有效模拟、标定近钻头伽马参数及其成像是近钻头伽马测量仪器的关键。因此，需设计一套近钻头伽马成像模拟实验装置用于模拟近钻头地质导向仪器旋转状态下的伽马成像，为近钻头伽马成像功能的验证及数据处理方法的优化提供了一套较为可靠的模拟试验方法。

传统的随钻伽马测量多采用探管式伽马测量，即测量某一区域的伽马参数，即不需要进行伽马参数的360°方位成像。伽马测量仪器仅需要进行入井前的参数标定，通常采用带放射性的布进行标定或利用伽马图标进行数据拟合的方法标定。缺乏特定的装置对探管式伽马测量随钻测量时不同转速、及各项伽马不均一的环境进行模拟。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种近钻头伽马成像模拟实验装置，该装置通过实时转速调节及读取模拟水平井钻井过程中的转速变化，通过伽马数据实时读取装置将近钻头旋转过程中采集的伽马参数送入伽马成像处理系统。通过该装置的应用能够为近钻头伽马成像工程的实现及伽马参数数据处理方法的优化提供可靠的模拟试验方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种近钻头伽马成像模拟实验装置，所述装置包括近钻头伽马测量仪器、转速显示器、伽马数据采集及成像系统、变转速输出系统及油气层模拟系统；所述装置安装在减振安装支座上；

所述油气层模拟系统设置在所述近钻头伽马测量仪器一侧来模拟钻井底层中某一方向存在油气层，油气层的伽马数值较高；

所述近钻头伽马测量仪器与所述变转速输出系统机械连接，所述变转速输出系统模拟钻井工具的转速使近钻头伽马测量仪器变转速转动，近钻头伽马测量仪器的主轴上连接有转速显示器，转速显示器与近钻头伽马测量仪器同步转动完成转速测量及显示；

所述近钻头伽马测量仪器与所述伽马数据采集及成像系统电连接，近钻头伽马测量仪器采集到的数据在旋转状态下实时传输至所述伽马数据采集及成像系统。

进一步地，近钻头伽马测量仪器分别通过公端连接主轴和母端连接主轴与伽马数据采集及成像系统、变转速输出系统相连；所述近钻头伽马测量仪器的两端分别通过螺纹和公端连接主轴的第一端、母端连接主轴的第一端连接；公端连接主轴、母端连接主轴分别通过固定在减振安装支座上的轴承固定。

进一步地，变转速输出系统通过转速输出轴与万向联轴器一端连接，万向联轴器另一端与母端连接主轴第二端连接；转速显示器安装于万向联轴器与轴承之间，转速显示器的转动内圈与母端连接主轴锁紧，转速显示器的外壳通过簧片固定于减振安装支座。

进一步地，公端连接主轴第二端通过多芯滑环连接器与伽马数据采集及成像系统实现电连接；公端连接主轴的表面设置有孔一，内部设置有贯穿孔二，孔一和贯穿孔二连通；

多芯滑环连接器内部旋转轴与公端连接主轴同轴安装；

近钻头伽马测量仪器中的数据线从钻头伽马成像仪器外表面经公端孔一引入到公端连接主轴内部贯穿孔二，然后与滑环连接器内部旋转轴上的多路数据线焊接；滑环连接器另一端的多路数据线与伽马数据采集及成像系统连接。

进一步地，近钻头伽马测量仪器包括四个均匀分布的舱室，舱室中分别放置有伽马探测器、电源及处理电路。

进一步地，所述设置处理电路的舱室设置有贯穿斜孔一，近钻头伽马测量仪器中的伽马探测器数据线由舱室内部通过贯穿斜孔一引出到钻头伽马测量仪器外表面。

进一步地，所述变转速输出系统包括0-24v可调压电源和直流调速电机；通过0-24v可调压电源的变压实现直流调速电机的变转速输出；直流调速电机的输出转速为0-360r/min。

进一步地，油气层模拟系统为放射性岩层或放射性布，油气层模拟系统放置在减振安装支座上，油气层模拟系统与近钻头伽马测量仪器的距离为20～30mm。

进一步地，采用伽马图标的数据拟合方法进行伽马数值标定。

一种近钻头伽马成像实验标定方法，利用上述近钻头伽马成像模拟实验装置，利用该装置测量近钻头伽马测量仪器某一方向存在油气层时，近钻头伽马测量仪器变转速旋转情况下，近钻头伽马测量仪器实时测量的伽马值，伽马数据采集及成像系统采集近钻头伽马测量仪器实时测量的伽马值并进行成像，实现对近钻头伽马测量仪器、伽马数据采集及成像系统的标定。

本发明的有益技术效果：近钻头伽马成像模拟实验装置在伽马数值标定上同样采用伽马图标的数据拟合方法进行标定。在此基础上，近钻头伽马成像模拟实验装置提供了一种模拟近钻头测井仪器水平钻井过程中伽马成像的实验装置，该装置通过实时转速调节及读取模拟水平井钻井过程中的转速变化，通过伽马数据实时读取装置将近钻头旋转过程中采集的伽马参数送入伽马成像处理系统。通过该装置的应用能够为近钻头伽马成像工程的实现及伽马参数数据处理方法的优化提供可靠的模拟试验方法。

附图说明

图1、近钻头伽马成像模拟实验装置示意图；

图2a、近钻头伽马测量仪器的横向剖视图；

图2b、近钻头伽马测量仪器的纵向剖视图；

图中：1.减振安装支座、2.0-24v可调压电源、3.直流调速电机、4.万向联轴器、5.数显光栅编码器、6.轴承、7.母端连接主轴、8.近钻头伽马测量仪器、9.放射性岩层、10.公端连接主轴、11.多芯滑环连接器、12.伽马数据采集及成像系统、13.主控电路仓、14.电池仓、15.电池仓、16.伽马测量仓、17.电源控制仓。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

一种近钻头伽马成像模拟实验装置，装置包括减振安装支座1、0-24v可调压电源2、直流调速电机3、万向联轴器4、数显光栅编码器5、轴承6、母端连接主轴7、近钻头伽马测量仪器8、放射性岩层9、公端连接主轴10、多芯滑环连接器11、伽马数据采集及成像系统12。

数显光栅编码器5作为转速显示器，转速显示用于离心加速度计算，离心加速度用于伽马数据采集及成像系统中的算法中；

0-24v可调压电源2、直流调速电机3作为变转速输出系统，变转速用于模拟钻井过程中钻具的转速波动对伽马测量的影响；

放射性岩层作为油气层模拟系统,放射性岩层与近钻头伽马测量仪器8的距离为25.4mm，模拟现实应用中近钻头伽马测量仪器与井壁的距离。

如图1所示，其他部件安装在减振安装支座1上，减振安装支座1由木质托架及铝合金安装面组合而成，在近钻头伽马测量仪器8高速旋转时起到减振作用。

0-24v可调压电源2、直流调速电机3安装于减振安装支座1；直流调速电机3的电源线与0-24v可调压电源2连接，通过0-24v可调压电源2的变压实现直流调速电机3的变转速输出。该直流调速电机3输出转速为0-360r/min，该转速可用于模拟钻井工具的转速。直流调速电机3通过转速输出轴与万向联轴器4一端连接，万向联轴器4另一端与母端连接主轴7连接。母端连接主轴7另一端通过固定于减振安装支座1的轴承6固定；数显光栅编码器5安装于万向联轴器4与轴承6之间，其转动内圈与母端连接主轴7锁紧，外壳通过簧片固定于减振安装支座1，这样在母端连接主轴7转动时，数显光栅编码器5转动内圈与外壳形成相对转动，完成转速测量及显示。母端连接主轴7另一端通过螺纹与近钻头伽马测量仪器8连接，伽马探测器、电源及处理电路置于近钻头伽马测量仪器8四个均匀分布的舱室之中。放射性岩层9安装于减振安装支座1，用于模拟底层中某一方向伽马数值较高，即油气层。近钻头伽马测量仪器8另一端通过螺纹与公端连接主轴10连接。公端连接主轴10另一端通过固定于减振安装支座1的轴承6固定。多芯滑环连接器11安装于减振安装支座1，其内部旋转轴与公端连接主轴10同轴安装。

电连接方面，近钻头伽马测量仪器8中的伽马探测器采集到的数据经处理电路处理后，其数据线由舱室内部通过贯穿斜孔引出到钻头伽马测量仪器8外表面，并经公端连接主轴10上的孔引入到公端连接主轴10内部贯穿孔，然后与滑环连接器内部旋转轴上的多路数据线通过锡焊焊接。滑环连接器另一端(固定端)的多路数据线与伽马数据采集及成像系统12连接。

这样近钻头伽马测量仪器8采集到的数据可实现旋转旋转状态下的传输。

该近钻头伽马成像模拟实验装置工作时，通过调节0-24v可调压电源2的输出电压调节直流调速电机3输出转速，直流调速电机3的输出轴带动万向联轴器4、数显光栅编码器5内圈、轴承6内圈、母端连接主轴7、近钻头伽马测量仪器8、公端连接主轴10、多芯滑环连接器11内部旋转轴转动。通过数显光栅编码器5的转速显示器读取转速数据，并通过滑环连接器11实现在旋转状态下的伽马数据成像显示。

由于该装置仅在底部一侧设有放射性岩层，即该区域内的伽马值高于其他区域，当近钻头伽马测量仪器8转动到该侧时，其采集到的伽马数值高于其他区域。在模拟井周360°成像时，该侧的伽马数值成一个峰值。从而模拟近钻头伽马成像仪器8在水平井薄层油气中钻进成像情况。

近钻头伽马测量仪器

如图2所示，该近钻头伽马测量仪器主要由主控电路仓13、测量仪器本体、2个电池仓14、15、1个伽马测量仓16和1个电源控制仓17组成。其具体结构如图2所示，5个仓室均布于测量仪器本体的4个象限。

伽马测量仓，2个电池仓、主控电路仓及电源控制仓两端分别通过小孔贯穿，用于各仓室电源、传感器及电路数据线安装。

成像系统介绍

近钻头成像系统包括数据获取模块、绘图模块和数据显示模块，数据获取模块获取测量仪器在旋转工作状态下将采集到的近钻头伽马测量仪器姿态和伽马参数等数据；绘图模块将数据绘制成图表；数据显示模块可读入数据文件，并绘制曲线。

近钻头成像系统可是在电脑上运行的专有软件，软件通过多芯滑环连接器11与近钻头伽马测量仪器通信，主要进行近钻头伽马测量仪器姿态及伽马参数的解算及数据成像(目前支持8扇区成像)。包括数据获取和数据显示两大功能。数据获取工作是仪器在旋转工作状态下将采集到的近钻头伽马测量仪器姿态和伽马参数上传到电脑，电脑软件实时获取实时绘制图表；数据显示功能可读入数据文件，并绘制曲线。