井下油基泥浆含水率随钻测量工具及方法与流程

本发明涉及随钻测量工具及测量方法，是一种井下油基泥浆含水率随钻测量工具及方法。

背景技术：

1、在钻井工程中，油基泥浆具有井壁稳定性好、润滑性好、耐高温、耐盐钙侵和对油气层损坏小等多种优点。目前油基泥浆已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段。随着石油勘探的不断深入，地质条件越来越发杂，油基泥浆的应用也越来越广泛。虽然在配置油基泥浆的过程中，会加入一定比例的水，但是在用油基泥浆进行钻井时，若遇到地层水混入到泥浆中，过多的水会改变油基泥浆的压力、密度和乳化效果等性能，进而给钻井增加风险。

2、目前常用来监测油基泥浆含水率的是破乳电压检测法。当使用油基泥浆钻井时，如遇地层出水，势必改变泥浆的乳化效果，从而导致破乳电压发生变化。因此通过监测油基泥浆的破乳电压，可以对油基泥浆的乳化稳定性进行评价。值得注意的是，此种方法只能在地面实验室中进行，每当需要检测时，先从地底取样再在特定的实验环境下进行测量。且破乳电压检测法操作繁复，对油基泥浆性能的监测不能达到及时性的要求，并且不能直接反映油基泥浆的含水率。在油田数字化大背景下，迫切需要一套能实时监测油基泥浆含水率的工具，为钻井提供可靠的数据依据。

3、针对上述问题，现有部分相关的探索方案，如申请号为cn202110524038.9的中国专利申请，其提出一种通过对油基泥浆先进行拍照，然后将照片发送至计算机进行图像识别的方法来测量含水率。但其提出的方法有两点缺陷：其一，仍需要先从地底取样才能进行识别，及时性不高；其二，油基泥浆样品训练集的含水率分别为0、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％和50％，含水率范围跨度大，难以实现高精度测量。值得注意的是，上述方案还处在实验室试验阶段，并无实际应用价值。鉴于此，本发明设计了一套基于油基泥浆含水量电气特性检测的工具及方法来实时监测地层出水状态，以弥补现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、本发明提供了一种井下油基泥浆含水率随钻测量工具及方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有油基泥浆含水率测量方法需井底取样，地面检测，导致不能及时获得测量结果的问题；本工具通过实时测量油基泥浆的高频阻抗来监测油基泥浆含水率的变化情况，并通过mwd短节将油基泥浆含水率参数实时传输到地面。

2、本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种井下油基泥浆含水率随钻测量工具，包括筒体，在筒体侧面自上而下设置有主控电路板舱室和电极舱室，在主控电路板舱室内固定安装有主控电路板，在主控电路板舱室处密封固定安装有用于保护主控电路板的电路板舱室盖板，在电极舱室处密封固定安装有电极舱室盖板，在电极舱室盖板侧壁固定安装有外侧暴露于筒体外的电极组，主控电路板与电极组电连接，主控电路板用于对电极组施加激励信号。

3、下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

4、上述主控电路板包括芯片和数控振荡器，芯片采用dsp芯片，dsp芯片与数控振荡器（数控震荡电路）电连接，数控振荡器与电极组电连接。

5、上述主控电路板舱室内还固定安装有通讯模块，通讯模块与dsp芯片电连接。

6、上述电机组包括电极一和电极二，电极一和电极二均与数控振荡器电连接。

7、上述电极舱室盖板侧壁设置有两个安装孔，在安装孔内分别固定安装电极一和电极二，电极一和电极二的外壁均暴露于筒体外。

8、上述主控电路板舱室和电极舱室之间的筒体处设置有过线通道，在过线通道内设置有插针公头和插针母头，插针公头和插针母头的衔接处通过插针胶套连接，插针公头通过螺纹固定在过线通道内；插针公头与主控电路板电连接；插针母头与电极组电连接。

9、上述电极舱室盖板通过紧固件固定安装在电极舱室处，电路板舱室盖板通过紧固件固定安装在主控电路板舱室处；在筒体的上端和下端分别设置密封槽，在筒体上端密封槽与主控电路板舱室之间的筒体设置有走线通道。

10、本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种井下油基泥浆含水率随钻测量工具的测量方法，按下述方法进行：井下油基泥浆含水率随钻测量工具的筒体上端与mwd短节相连，所述筒体下端与钻头相连，将本井下油基泥浆含水率随钻测量工具下入井下后，dsp芯片通过数控振荡器产生交流激励源，通过功率放大、低通滤波之后加载到与被测油基泥浆紧邻的电极一和电极二上（即给电极一和电极二施加零相位正弦交流信号），电极一和电极二将测量信号回传，对电极一和电极二传回的信号进行前级调理、信号滤波及幅度检测和过零相位检测之后，通过dsp芯片计算出两路电压信号的相位差，即输出的电压信号与通过待测油基泥浆后的电流信号之间的相位差，也就是泥浆复阻抗对应的相位值，通过泥浆复阻抗对应的相位值计算油基泥浆含水率，油基泥浆含水率值通过mwd短节传输到地面。

11、本发明基于矢量伏安法将高阻抗的油基泥浆等效为电容与电阻的并联，使得测量结果更贴合油基泥浆的实际值；本发明可以对井下油基泥浆含水率状况进行实时监测，准确反映油基泥浆含水率的变化情况，实现对油基泥浆含水率的快速检测，与传统从地底取样检测方法相比，缩短了检测时间，提升了检测效率，突破了井下高温恶劣环境下pf级电容和级电阻的测量，解决了井下150℃高温、138mpa高压环境中油基泥浆含水量的实时监测难题。

技术特征：

1.一种井下油基泥浆含水率随钻测量工具，其特征在于包括筒体，在筒体侧面自上而下设置有主控电路板舱室和电极舱室，在主控电路板舱室内固定安装有主控电路板，在主控电路板舱室处密封固定安装有用于保护主控电路板的电路板舱室盖板，在电极舱室处密封固定安装有电极舱室盖板，在电极舱室盖板侧壁固定安装有外侧暴露于筒体外的电极组，主控电路板与电极组电连接，主控电路板用于对电极组施加激励信号。

2.根据权利要求1所述的井下油基泥浆含水率随钻测量工具，其特征在于主控电路板包括芯片和数控振荡器，芯片采用dsp芯片，dsp芯片与数控振荡器电连接，数控振荡器与电极组电连接。

3.根据权利要求1或2所述的井下油基泥浆含水率随钻测量工具，其特征在于主控电路板舱室内还固定安装有通讯模块，通讯模块与dsp芯片电连接；或/和，电机组包括电极一和电极二，电极一和电极二均与数控振荡器电连接。

4.根据权利要求3所述的井下油基泥浆含水率随钻测量工具，其特征在于电极舱室盖板侧壁设置有两个安装孔，在安装孔内分别固定安装电极一和电极二，电极一和电极二的外壁均暴露于筒体外。

5.根据权利要求1或2或4所述的井下油基泥浆含水率随钻测量工具，其特征在于主控电路板舱室和电极舱室之间的筒体处设置有过线通道，在过线通道内设置有插针公头和插针母头，插针公头和插针母头的衔接处通过插针胶套连接，插针公头通过螺纹固定在过线通道内；插针公头与主控电路板电连接；插针母头与电极组电连接。

6.根据权利要求3所述的井下油基泥浆含水率随钻测量工具，其特征在于主控电路板舱室和电极舱室之间的筒体处设置有过线通道，在过线通道内设置有插针公头和插针母头，插针公头和插针母头的衔接处通过插针胶套连接，插针公头通过螺纹固定在过线通道内；插针公头与主控电路板电连接；插针母头与电极组电连接。

7.根据权利要求1或2或4或6所述的井下油基泥浆含水率随钻测量工具，其特征在于电极舱室盖板通过紧固件固定安装在电极舱室处，电路板舱室盖板通过紧固件固定安装在主控电路板舱室处；或/和，在筒体的上端和下端分别设置密封槽，在筒体上端密封槽与主控电路板舱室之间的筒体设置有走线通道。

8.根据权利要求3所述的井下油基泥浆含水率随钻测量工具，其特征在于电极舱室盖板通过紧固件固定安装在电极舱室处，电路板舱室盖板通过紧固件固定安装在主控电路板舱室处；或/和，在筒体的上端和下端分别设置密封槽，在筒体上端密封槽与主控电路板舱室之间的筒体设置有走线通道。

9.根据权利要求5所述的井下油基泥浆含水率随钻测量工具，其特征在于电极舱室盖板通过紧固件固定安装在电极舱室处，电路板舱室盖板通过紧固件固定安装在主控电路板舱室处；或/和，在筒体的上端和下端分别设置密封槽，在筒体上端密封槽与主控电路板舱室之间的筒体设置有走线通道。

10.一种根据权利要求1至9任意一项所述的井下油基泥浆含水率随钻测量工具的测量方法，其特征在于按下述方法进行：井下油基泥浆含水率随钻测量工具的筒体上端与mwd短节相连，所述筒体下端与钻头相连，将本井下油基泥浆含水率随钻测量工具下入井下后，dsp芯片通过数控振荡器产生交流激励源，通过功率放大、低通滤波之后加载到与被测油基泥浆紧邻的电极一和电极二上，电极一和电极二将测量信号回传，对电极一和电极二传回的信号进行前级调理、信号滤波及幅度检测和过零相位检测之后，通过dsp芯片计算出两路电压信号的相位差，即输出的电压信号与通过待测油基泥浆后的电流信号之间的相位差，也就是泥浆复阻抗对应的相位值，通过泥浆复阻抗对应的相位值计算油基泥浆含水率，油基泥浆含水率值通过mwd短节传输到地面。

技术总结
本发明涉及随钻测量工具及测量方法技术领域，是一种井下油基泥浆含水率随钻测量工具及方法，前者包括筒体，在筒体侧面自上而下设置有主控电路板舱室和电极舱室，在主控电路板舱室内固定安装有主控电路板，在主控电路板舱室处密封固定安装有用于保护主控电路板的电路板舱室盖板，在电极舱室处密封固定安装有电极舱室盖板，在电极舱室盖板侧壁固定安装有外侧暴露于筒体外的电极组，主控电路板与电极组电连接，主控电路板用于对电极组施加激励信号。本发明可以对井下油基泥浆含水率状况进行实时监测，准确反映油基泥浆含水率的变化情况，实现对油基泥浆含水率的快速检测。

技术研发人员：伊明,郭永亮,成攀飞,乔东宇,李富强,赵继斌,张东
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4