一种高温无缆声传测井仪的制作方法

本发明涉及矿产资源勘探技术领域，特别涉及一种高温无缆声传测井仪。

背景技术：

随着中国能源行业的发展，越来越多的矿产勘探设备已得到广泛使用。

矿产勘探设备主要包括煤矿开采、石油开采、海底油气开采设备等。以油田石油气开采为例，在油田的石油开采过程中，稠油中由于沥青胶质含量高，具有特殊的高粘度和高凝固点特性，因而流动困难，开采难度很大。油田稠油区块采油最普遍的方法是利用热采技术作为稠油开发的主要手段，该方法已经广泛应用于国内外稠油油藏的开发。

目前，稠油热采的主要方法之一，就是把高温蒸汽压注到井下油气层段，利用高温热效应降低原油粘度以提高流动性从而增加产能。为了监控注汽工艺和评价注汽效果，要对稠油注汽井油气层段的压力、温度变化进行实时连续监测。

然而，稠油注汽井油气层段的压力、温度实时监测一直是一项技术难题。主要原因是稠油注汽井油气层段温度较高(200℃-350℃)，常规电子仪器在高温环境下无法直接使用，无法完成长时间连续监测任务；同时，稠油井油气层段的深度较大，常规手段无法轻易地将电子仪器的检测数据传递到地面接收装置。

因此，如何实现对稠油注汽井油气层段的温度和压力长期实时连续监测，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高温无缆声传测井仪，采用了测井仪整体耐高温设计方案，使得测井仪在下井过程中可有效地穿过高温高压稠油注汽井油气层段，进入温度环境适应的深度范围，从而能够实现对稠油注汽井油气层段的温度和压力长期连续监测，同时可以利用无缆声传技术实时传送采集数据至地面设施。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高温无缆声传测井仪，包括插设于油井内的主体、通过耐热线缆连接在所述主体上并用于在油井内的目标油气层位置检测温度的铠装温度传感器、通过耐热引压管连接在所述主体上并用于在油井内的目标油气层位置检测压力的感压探头、设置于所述主体内并通过所述耐热引压管与所述感压探头信号连接的压力传感器、设置于所述主体内并用于采集所述铠装温度传感器和压力传感器的检测数据的信号采集单元、设置于所述主体内并用于将所述信号采集单元的采集数据转换为脉冲编码信号的主控电路单元、与所述主体相连、用于根据所述主控电路单元所转换的脉冲编码信号对地面发出声传脉冲信号的声传换能器。

优选地，所述铠装温度传感器具体为Pt1000铂电阻传感器，且焊接在所述耐热线缆上。

优选地，所述耐热线缆具体包括具有弹性的金属管外壳、内置于所述金属管外壳的若干根多芯导线，以及灌装在所述金属管外壳内的石英砂层。

优选地，所述主体上与所述声传换能器相连的端部处设置有用于防止油气进入内部的密封短接，且所述密封短接上开设有两道分别用于连接所述耐热线缆和耐热引压管的连接孔。

优选地，各所述连接孔上均设置有金属密封件。

优选地，所述主体内还设置有用于使所述声传换能器与所述主控电路单元实现信号连接的同轴滑环电连接器。

优选地，所述主体的外壳内壁上环绕设置有隔热层。

优选地，所述信号采集单元内设置有用于提高信号采集精度的程控放大器和24位模数转换器，且所述主体内还设置有用于将所述信号采集单元所采集的数据进行采样并储存的数据储存单元。

优选地，所述感压探头具体包括压力腔和设置于所述压力腔内并将其分隔为外部空间和内部空间的感压膜片，所述压力腔的外部空间用于容纳油气，所述压力腔的内部空间用于容纳导压介质；所述耐热引压管与所述压力腔的内部空间连通，且所述耐热引压管盛满所述导压介质。

优选地，所述声传换能器具体包括壳体、设置于所述壳体底端的隔热瓶体、设置于所述壳体顶端的滑动腔、与所述滑动腔的末端连通并用于使声波沿所述主体的上端传递的发声腔、设置于所述滑动腔内的金属滑块、环绕设置在所述滑动腔的内壁上并用于在通电时通过电磁感应驱动所述金属滑块撞击所述滑动腔端壁以产生声波的线圈绕组，以及与所述主控电路单元信号连接、设置于所述隔热瓶体内、用于根据其控制信号的时序脉冲对所述线圈绕组进行通电的通断电控制器。

本发明所提供的高温无缆声传测井仪，主要包括主体、铠装温度传感器、感压探头、信号采集单元、主控电路单元和声传换能器。其中，主体主要用于插设到油井内，并达到预设深度。铠装温度传感器通过耐热线缆连接到主体上，并且铠装温度传感器主要用于在油井内的目标油气层(注汽层段)位置处检测其温度。感压探头通过耐热引压管连接到主体上，并且感压探头主要用于在在油井内的目标油气层位置处检测其压力。在主体内设置有压力传感器，该压力传感器用于检测感压探头的压力检测值。信号采集单元设置在主体内，主要用于采集铠装温度传感器和压力传感器的检测值，而主控电路单元主要用于将信号采集单元的采集值根据内置算法转换为脉冲编码信号。声传换能器与主体相连，主要用于根据主控电路单元所转换的脉冲编码信号对地面发出声传脉冲信号，即将电信号转换为声波信号。声传接收器设置在地面，主要用于将声传换能器所发出的声传脉冲信号经过预处理后还原为原始数据信号，即油井内目标油气层的温度和压力值。如此，本发明所提供的高温无缆声传测井仪，通过铠装温度传感器和感压探头在目标油气层处检测温度和压力，通过耐高温的耐热线缆和耐热引压管使得铠装温度传感器和感压探头可以与主体实现远距离连接，从而使得主体内的电子元器件均可避开油井内高温高压环境的目标油气层段，转而运行在环境适应的深度范围，同时，通过声传换能器将铠装温度传感器和感压探头的检测值转换为声波信号沿着主体传递到地面。本发明采用了测井仪整体短时耐高温设计方案，使得测井仪在下井过程中可有效地穿过高温高压稠油注汽井油气层段，从而实现了对稠油井油气层段的温度和压力长期连续监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；

图2为图1中所示的主体在油井内的环境示意图；

图3为图1中所示的感压探头与压力传感器的连接结构示意图；

图4为图1中所示的声传换能器的具体结构示意图。

其中，图1—图4中：

主体—1，铠装温度传感器—2，耐热线缆—201，感压探头—3，耐热引压管—301，压力腔—302，感压膜片—303，导压介质—304，压力传感器—305，信号采集单元—4，主控电路单元—5，声传换能器—6，隔热瓶体—601，滑动腔—602，发声腔—603，金属滑块—604，线圈绕组—605，通断电控制器—606，密封短接—8，连接孔—9，金属密封件—10，同轴滑环电连接器—11，隔热层—12。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，高温无缆声传测井仪主要包括主体1、铠装温度传感器2、感压探头3、信号采集单元4、主控电路单元5和声传换能器6。

其中，主体1主要用于插设到油井内，并达到预设深度。主体1一般呈圆柱状，其长度一般均超过油井预设油气层的深度，在主体1内设置有各类零部件。

铠装温度传感器2通过耐热线缆201连接到主体1上，并且铠装温度传感器2主要用于在油井内的目标油气层(注汽层段)位置处检测其温度。铠装温度传感器2与常规温度传感器的区别在于“铠装”，意即在常规温度传感器的外部设置有一层防护组织。具体的，该铠装温度传感器2可采用铠装高温高分辨率Pt1000铂电阻传感器，可直接放置在高温注汽油层段，测温量程可达350℃以上。同时，该铠装温度传感器2还可采用焊接工艺将其与耐热线缆201进行焊接。而该耐热线缆201具体可为耐高温的多芯导线柔性钢缆，主要包括金属管外壳、若干根多芯导线和石英砂层。其中，各根多芯导线均设置在金属管外壳内部，并在金属管外壳内部通过石英砂层灌装以实现高温电气绝缘，使其具有耐350℃高温特性，并且金属管外壳具有弹性，可任意曲折，更加适应不同地理环境的工作空间。如此，即可使铠装温度传感器2与主体1之间通过耐热线缆201实现远距离连接。

感压探头3通过耐热引压管301连接到主体1上，并且感压探头3主要用于在在油井内的目标油气层位置处检测其压力。与铠装温度传感器2一样，该感压探头3同样可通过耐热引压管301与主体1之间形成远距离连接。但是，感压探头3并非直接用于测量目标油气层的压力，而是感应其压力，并将其感应到的压力传递给压力传感器305，该压力传感器305设置在主体1内部。

信号采集单元4和主控电路单元5均设置在主体1内，其中，前者主要用于采集铠装温度传感器2和压力传感器305的检测值，即油井内目标油气层的温度值和压力值，而主控电路单元5主要用于将信号采集单元4的采集值根据内置算法转换为脉冲编码信号，显然，该脉冲编码信号为电信号。

如图2所示，图2为图1中所示的主体在油井内的环境示意图。

声传换能器6与主体1相连，主要用于根据主控电路单元5所转换的脉冲编码信号对地面发出声传脉冲信号，即将电信号转换为声波信号。

如此，本实施例所提供的高温无缆声传测井仪，通过铠装温度传感器2和感压探头3在目标油气层处检测温度和压力，通过耐高温的耐热线缆201和耐热引压管301使得铠装温度传感器2和感压探头3可以与主体1实现远距离连接，从而使得主体1内的电子元器件均可避开油井内高温高压环境的目标油气层段，转而运行在环境适应的深度范围，实现了对油井注汽层段的温度和压力长期连续监测；同时，通过声传换能器6将铠装温度传感器2和感压探头3的检测值转换为声波信号沿着主体1传递到地面，再通过地面设施进行数据还原的检测方式，能够有效地免疫高温高压环境的目标油气层段的电磁干扰，从而提高对油井注汽层段的温度和压力检测精度。

考虑到高温无缆声传测井仪在正常运行时，主体1的大部分均工作在油井内，为提高主体1的密封性能，避免油气井内的油气进入到主体1内部对零部件造成损耗和破坏，本实施例在主体1上与声传换能器6相连的端部位置处设置了密封短接8，该密封短接8具体可呈筒状密封块结构，主要用于密封主体1的一端端部，可同时实现气密封和液密封。而考虑到铠装温度传感器2和感压探头3均需要与主体1内部的信号采集单元4连接，为此，本实施例在密封短接8上开设了两道连接孔9，分别用于连接耐热线缆201和耐热引压管301，如此，可分别通过耐热线缆201和耐热引压管301，实现信号采集单元4与铠装温度传感器2和感压探头3的信号连接。

进一步的，当在密封短接8上开设了连接孔9后，可能会在连接孔9的孔缝间隙处出现油气渗入的情况，针对此，本实施例还在连接孔9上增设了金属密封件10，比如金属密封锁帽等。

另外，考虑到主控电路单元5和声传换能器6一个在主体1内部一个在主体1外部，为方便两者间的电信号连接，针对此，本实施例在主体1内部设置了同轴滑环电连接器11。具体的，该同轴滑环电连接器11可采用耐350℃高温的云母组件与金属组件加工制作而成，采用同轴多环设计，具有良好的耐高温、良好的绝缘及导电连接特性。

不仅如此，本实施例还在主体1的外壳内壁上设置了隔热层12。具体的，该隔热层12可为金属隔热瓶等，主要用于将外界油井内的高温高压介质与主体1内部隔离开，其采用金属杜瓦瓶技术，可保证主体1在经过高温高压的目标油气层段时，主体1内的各个零部件均处于正常工作的环境温度。

此外，为进一步提高对油井内目标油气层的温度、压力的检测精度，本实施例在信号采集单元4内增设了程控放大器和24位模数转换器，两者组合使用，对铠装温度传感器2和压力传感器305的检测值进行数据采集时，可在大幅提高信号采集的精度。同时，本实施例中还增设了数据储存单元，在设定的采样时间，主控电路单元5可控制信号采集单元4对相应的温度与压力物理量进行信号采集，并将其转换为温度与压力采样数据后存储在数据存储单元内。

如图3所示，图3为图1中所示的感压探头与压力传感器的连接结构示意图。

在关于感压探头3的一种优选实施方式中，该感压探头3具体包括压力腔302和感压膜片303，当然还有用于与压力传感器305相连的耐热引压管301。其中，压力腔302可用于容纳油气，在压力腔302内铺设有一层薄膜，即感压膜片303，该感压膜片303主要用于感受油气的压力变化，随着油气压力的变化而上下浮动。同时，该感压膜片303将压力腔302分隔为两个空间，即外部空间和内部空间。其中，压力腔302的外部空间用于容纳油气，而内部空间内则充满了导压介质304，一般可为硅油等。同时，在耐热引压管301内同样充满了导压介质304，而耐热引压管301的一端与压力腔302的内部空间连通，其另一端与压力传感器305连通。如此，当感压探头3正常作业时，油气盛满压力腔302的外部空间，感压膜片303受到油气压力的驱动而上下浮动，进而挤压或放松压力腔302的内部空间和耐热引压管301内的导压介质304，利用毛细管引压原理，通过导压介质304感受到的压力变化即可将油井内目标油气层的压力传递给压力传感器305。

如图4所示，图4为图1中所示的声传换能器的具体结构示意图。

在关于声传换能器6的一种优选实施方式中，该声传换能器6具体包括壳体、隔热瓶体601、滑动腔602、发声腔603、金属滑块604、线圈绕组605和通断电控制器606。其中，壳体为声传换能器6的主体结构，其零部件均设置于壳体内。隔热瓶体601设置在壳体的底端位置，而滑动腔602和发生腔603均设置于壳体的顶端位置。隔热瓶体601可同时采用焊接密封与金属密封圈密封，主要用于对通断电控制器606隔绝外界油井的高温高压环境。在滑动腔602内设置有金属滑块604，并且该金属滑块604可在该滑动腔602内滑动，当金属滑块604从初始端滑动到末端(由于主体1在工作时，一般轴向竖直布置，因此滑动腔602的初始端一般为底端，而末端为顶端)时，撞击到滑动腔602上的预设位置，并产生机械振动，即声波。发声腔603与滑动腔602相连，当金属滑块604撞击到滑动腔602末端的预设位置时，产生的机械振动通过发声腔603传递到外界，而该发声腔603的开设方向为主体1的轴向，如此，机械振动即可顺着主体1的上半部分一直传递到地面。

重要的是，金属滑块604的滑动驱动力来自线圈绕组605，该线圈绕组605环绕设置在滑动腔602的外壁上，可由包裹着耐350℃以上温度的玻璃纤维绝缘材料的导线制成，当线圈绕组605内通电时，在电磁感应作用下产生感应磁场，而金属滑块604在磁场的磁力吸引作用下向滑动腔602的末端移动，进而撞击到预设位置产生振动。而当线圈绕组605内的电流消失时，金属滑块604会在重力的作用下掉落回滑动腔602的初始位置。同时，线圈绕组605的通断电由通断电控制器606控制，而该通断电控制器606与主控电路单元5信号连接，当主控电路单元5将信号采集单元4的采集数据转换为脉冲编码信号后，将该信号发送给通断电控制器606，而通断电控制器606按照该脉冲编码信号的控制时序反复对线圈绕组605进行充电、断电，最终通过金属滑动对滑动腔602末端预设位置的撞击，形成与铠装温度传感器2和压力传感器305的采集信号相对应的机械振动。

另外，主体1内还可设置为各个电子元器件供电的电池组供电模块，以支持其进行长期运行。具体的，该电池组供电模块可由定制的多个大功率电池组合而成，可为各个电子元器件提供高压大功率直流电源，并且，电池组供电模块的头部和尾部亦可安装同轴滑环电连接器11，如此可以方便地在主体1内进行快速连接或拆卸。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。