一种电磁驱动的地层近井裂缝探测装置的制作方法

本实用新型涉及油气井压裂技术领域，具体地，涉及一种电磁驱动的地层近井裂缝探测装置。

背景技术：

在压裂过程中，裂缝基本上是沿着最大主应力的方向延伸，压裂液会沿着最大主应力方向的射孔孔眼进入地层，并一直向前延伸。但由于地层的非均质性，在近井筒处，裂缝在通过射孔孔眼进入地层时，却并不一定会按照理想状态延伸，而是有很大的可能会在起裂点附近产生一定角度的扭曲，然后在后期逐渐的回归到沿着最大主应力的方向延伸。这种扭曲会在很大程度上影响压裂的实施，在压裂过程中不仅会增加裂缝内的摩阻，在遇到砂浓度较高的情况下，甚至会增加砂堵的风险。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本实用新型的目的之一在于提供一种电磁驱动的地层近井裂缝探测装置，以获取压裂施工后距井筒外壁0～2m的裂缝形态。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种电磁驱动的地层近井裂缝探测装置。所述地层近井裂缝探测装置可包括可连接轴体、超声波探头、电源、电磁驱动单元和控制单元，其中，可连接轴体可具有两端分别设置可连接件的轴身、可密封的控制腔体、第一类安装孔和第二类安装孔，其中，轴身可具有沿中轴线设置的贯穿中孔；控制腔体可设置在轴身内并能够容纳电源、控制单元和电磁驱动单元；第一类安装孔可被设置为能够针对套管的射孔孔眼，第二类安装孔可被设置为在第一类安装孔附近；超声波探头可分别设置在第一类安装孔和第二类安装孔内，并能够从自身所在的第一类安装孔或第二类安装孔朝外探测，超声波探头背离朝外探测一端的另一端，可被设置为位于控制腔体内；电磁驱动单元可被设置为得电后能够通过推动超声波探头位于控制腔体内的一端，以使超声波探头紧贴套管内壁进行探测，以形成相应的裂缝形态数据；控制单元可分别与电源、电磁驱动单元和超声波探头电连接，并被配置为能够接收和存储裂缝形态数据。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述电磁驱动单元可包括相互连接的电磁驱动器和连接活塞，以及弹性构件，其中，

电磁驱动器可与控制单元电连接，电磁驱动器可包括衔铁，并被配置为得电后驱动衔铁推动连接活塞；

连接活塞可包括承力板以及连接在承力板朝向超声波探头的板面上的压缩筒，承力板背离压缩筒的板面可与衔铁连接，连接活塞可被设置为能够在衔铁的推动下沿轴身的轴向运动；

弹性构件可被设置为在连接活塞被衔铁推动时，能够被压缩筒压缩；

压缩筒可被设置为朝向超声波探头的一侧，具有在弹簧被压缩的方向上外径逐渐缩小的斜面；

连接活塞还可被设置为在被衔铁推动时，能够通过压缩筒的斜面推动超声波探头位于控制腔体内的一端，以使超声波探头紧贴套管内壁进行探测。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述地层近井裂缝探测装置还可包括被嵌入设置在所述轴身的内壁中并能够检测来自所述贯穿中孔的压力的压力传感器，所述压力传感器可与所述控制单元电连接并能够开关所述控制单元。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述可连接轴体的最大外径尺寸与套管的内径之比可为1：1.01～1.08。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第一类安装孔的数量可为2个以上，所述第二类安装孔的数量可为4个以上。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第一类安装孔与所述第二类安装孔可位于所述轴身的同一横截面上。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述轴身上端的可连接件可为外螺纹，所述轴身下端的可连接件可为内螺纹。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述控制腔体可由设置在所述轴身内的凹入部以及套装设置在所述凹入部上的保护壳围成。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述凹入部与所述保护壳可通过螺纹连接。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述凹入部与所述保护壳可为一体式结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果可包括：能够直接获取井下压裂裂缝的扭曲情况，从而为压裂设计优化提供直接的数据支撑。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本实用新型一个示例性实施例中的电磁驱动的地层近井裂缝探测装置的一个结构示意图；

图2示出了本实用新型一个示例性实施例中的电磁驱动的地层近井裂缝探测装置的超声波探头伸出的一个示意图；

图3示出了一个裂缝没有出现扭曲的延伸状态的一个示意图；

图4示出了一个裂缝出现扭曲的延伸状态的一个示意图；

图5示出了一个裂缝出现扭曲的延伸状态的另一个示意图；

图6示出了本实用新型一个示例性实施例中的超声波探头的一个分布示意图。

主要附图标记说明：

1、可连接轴体，11、轴身，111、控制腔体，12、保护壳，2、压力传感器，3、电源，4、控制单元，5、电磁驱动单元，51、电磁驱动器，511、衔铁，52、连接活塞，53、弹性构件，6、超声波探头，601、第三类超声波探头，602、第二类超声波探头，603、第一类超声波探头，61、连接导线，7、套管，71、射孔孔眼，8、裂缝，9、金属覆膜支撑剂。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本实用新型的电磁驱动的地层近井裂缝探测装置。

在压裂过程中，理想状况下的裂缝延伸可如图3所示，但由于地层的非均质性，实际上裂缝的延伸可如图4、图5所示。

本实用新型提供了一种电磁驱动的地层近井裂缝探测装置。

在所述地层近井裂缝探测装置投入到套管内进行探测前，在压裂施工接近完成的阶段，可以向套管内泵注一段含有金属覆膜支撑剂的压裂液，并确保金属覆膜支撑剂最终充满射孔孔眼及射孔孔眼所延伸的裂缝，如图4、图5所示，射孔孔眼71及射孔孔眼所延伸的裂缝8内都充满了能够供超声波传播的金属覆膜支撑剂9。

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述地层近井裂缝探测装置可以包括可连接轴体、超声波探头、电源、电磁驱动单元和控制单元。

具体地，可连接轴体可以具有轴身，轴身的形状可以与套管相适配，轴身的上下两端可以分别设置有可连接件，使得所述地层进行裂缝探测装置能够与有关、连续油管或其他井下仪器设备连接；轴身还可以具有沿轴身的中轴线开设的贯穿中孔以及可密封的控制腔体，可密封的控制腔体被设置为能够同时容纳电源、电磁驱动单元和控制单元；轴身的外壁上还可以开设有第一类安装孔和第二类安装孔，第一类安装孔被设置为能够针对套管的射孔孔眼，第二类安装孔被设置为在第一类安装孔的附近。

在本实施例中，所述第一类安装孔与所述第二类安装孔可以位于所述轴身的同一横截面上。

在本实施例中，所述第一类安装孔的数量可以为2个以上，例如，等于射孔孔眼的数量；所述第二类安装孔的数量可以为4个以上，例如，第二类安装孔的数量可以为第一类安装孔数量的2倍甚至更多，以便于在每个第一类安装孔的两侧均设置一个第二类安装孔。

在本实施例中，如图1所示，轴身11上端的可连接件可以为外螺纹、轴身11下端的可连接件可以为内螺纹，以便于与油管、连续油管或其他井下仪器设备螺纹连接；如图1所示，轴身11的侧壁上可以开设有凹入部，并且，控制腔体111由凹入部与套设在凹入部外侧的保护壳12围成，凹入部可以与保护壳12通过螺纹连接，此外，凹入部与保护壳也可以为一体化成型的结构。

在本实施例中，所述可连接轴体的最大外径尺寸与套管的内径之比可以为1：1.01～1.08，例如1：1.03。

具体地，超声波探头分别设置在第一类安装孔和第二类安装孔内，并且被设置为能够从自身所在的第一类安装孔或第二类安装孔朝外探测，电磁驱动单元被设置为得电后能够推动超声波探头贴紧套管内壁进行探测，以形成相应的裂缝形态数据，例如：通过第一类安装孔以及设置在第一类安装孔内的超声波探头(可以称为第一类超声波探头)，能够探测并收集该射孔孔眼所延伸的裂缝的最远端的反射面信息，从而获得裂缝扭曲位置的信息；通过第二类安装孔以及设置在第二类安装孔内的超声波探头(可以称为第二类超声波探头)，能够探测并收集该射孔孔眼所延伸的裂缝的扭曲位置附近的反射面信息，例如，可以获取裂缝的扭曲方向的信息。如图6所示，第一类探头603贴合在套管截面的大致6点钟方向的射孔孔眼71处，由于射孔孔眼71及其所延伸的裂缝8内充满了金属覆膜支撑剂9，第一类探头603能够探测到射孔孔眼71最远端的反射面，也就是射孔孔眼71所延伸的裂缝8产生扭曲的位置；第二类探头602虽然没有贴合在射孔孔眼处，但在射孔孔眼71处的附近(图中所示大概套管截面的7点钟方向)，除了能够探测到套管外壁与地层接触面处的反射面，还能够探测到更远处扭曲裂缝的反射面。

在本实施例中，电磁驱动单元可以包括相互连接的电磁驱动器和连接活塞，以及弹性构件。

其中，电磁驱动器可以包括衔铁，电磁驱动器与控制单元电连接，电磁驱动器被配置为得电后驱动衔铁推动连接活塞压缩弹性构件。连接活塞可以包括相互连接的承力板和压缩版，承力板的一个板面与衔铁连接，另一个板面与压缩筒连接，压缩筒的一端与承力板的所述另一个板面连接，另一端朝向弹性构件，并且，压缩筒朝向超声波探头的一侧具有向弹性构件外径逐渐缩小的斜面，当衔铁推动连接活塞向弹性构件压缩时，所述斜面被设置为能够将超声波探头推向套管内壁。如图2所示，电磁驱动器51、连接活塞52和弹性构件53自上而下依次设置，连接活塞52的上部为承力板部分，可以为圆环状的板，连接活塞52的下部为压缩筒部分，压缩筒下部的外侧具有越向下外径越小的斜面，当衔铁511推动连接活塞52向下运动时，由于斜面的存在，能够通过推动超声波探头6位于控制腔体111内的一端，从而能够将超声波探头向外推、推到紧贴套管内壁。

其中，电磁驱动器失电后，弹性构件能够向连接活塞提供与连接活塞在压缩弹性构件时移动的方向相反的弹力，复位所述连接活塞，此时，连接活塞的复位为探头的缩回留出了空间，在所述地层近井裂缝探测装置的外部压力对超声波探头的压力使得超声波探头缩回。如图2所示，当电磁驱动器51失电后，弹性构件53能够向连接活塞52提供向上的弹力，复位所述连接活塞52。

在本实施例中，所述弹性构件可以为弹簧。

具体地，控制单元可以分别与电源、电磁驱动单元和超声波探头电连接，并可以被配置为能够接收所有超声波探头所获取的裂缝形态数据。通过所有第一类探头以及第二类探头所获取的裂缝形态数据，即可通过分析、建模，从而判断裂缝的形态。

在本实施例中，轴身的外壁上还可以开设有第三类安装孔，第三安装孔被设置为能够针对套管内壁非射孔孔眼附近的内壁，可以存在超声波探头(可以称为第三类超声波探头)位于第三类安装孔内，并被设置为能够从自身所在的第三类安装孔朝外探测，第三类超声波探头的反射面为套管外壁与地层的接触面。如图6所示，第三类探头601可以贴合在套管内壁非射孔孔眼处(图中所示大致该套管截面的2点钟方向)，这些探头的反射面就是套管外比与地层的接触面。

在本实施例中，如图1所示，所有的超声波探头6都可以与控制单元5通过连接导线61电连接，即超声波探头6所在的安装孔都与控制腔体111相互连通，以便于能够通过连接导线61。

在本实施例中，超声波探头的个数被设置为能够满足在每个第一类安装孔或第二类安装孔中都设置一个，例如，可以为8～24个。

具体地，所述地层近井裂缝探测装置还可以包括被嵌入设置在所述轴身的内壁中，并能够检测来自所述贯穿中孔的压力的压力传感器，所述压力传感器与所述控制单元电连接并能够开关所述控制单元。如图1所示，压力传感器2嵌入到轴身的内壁中，一侧暴露在贯穿中孔中，另一侧可以暴露在控制腔体111中，以便于与控制单元通过导线实现电连接。

在本实施例中，在能够实现远程控制的地层深度，可以选择的是通过远程控制从地面向压力传感器发送控制信号，远程控制所述控制单元；另外，也可以选择的是通过控制井内压力的方式，从而控制贯穿中孔处的压力，压力传感器由于通过检测贯穿中孔处的压力的增大或减小，控制控制单元的开启或关闭，例如：当压力传感器检测到贯穿中孔内的压力升高，控制控制单元开启；当压力传感器检测到贯穿中孔内的压力降低，控制控制单元关闭。

另外，控制所述控制单元开闭，也可以是控制超声波探头的开启工作或者是停止工作。

综上所述，本实用新型的电磁驱动的地层近井裂缝探测装置的优点可包括：可以直接在井下压裂缝口处测量近井裂缝的扭曲情况，从而为射孔枪设计、近井摩阻计算、多簇裂缝进液量评估及后续的压裂设计优化提供直接的数据支撑。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本实用新型，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本实用新型的示例性实施例进行各种修改和改变。