专利名称：绳索取芯井孔的测量方法以及实施该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及绳索取芯井孔的测量方法及实施该方法的装置。
出版物“用‘SYMPHOR’测量水平井，第八届欧洲岩层测量研讨会，伦敦，1983”中公开了一种测井方法和相应的测量装置。用这种测量装置尤其能够测量水平井或斜井。在这种装置中，是将测量探头安装在钻杆的端部，在钻杆和测量车之间设置了一条经地表的测量电缆，这条测量电缆可卷绕在电缆盘上。测量探头由一个用机械和电的方式与电缆未端连接的重型钻杆构成，重型钻杆上连接有联接杆，在联接杆之后设有测量工具。此外，探头包括用来与钻杆和测量工具保护套相连接的联接套，测量工具上有一个测量孔。这种测量方法和相应的测量装置的缺点是要将测量探头固定在钻杆上。这样，在每次测量前都必须拆开钻杆，以便从钻杆的下端拆下钻头，再装上测量探头。
此外，由“高效测量和钻出带井管的60°+的井”，世界石油，1987年7月，第32，33，35页，公开了一种测量方法和一种测量装置，这里用一种特殊的可卷起来的软管代替了钻杆，这根软管与一个特殊的软管绞盘配合使用，在其端部可连接一个测量探头，例如一个γ-探头，一个用套管连接的定位探头，以及一个用来检查在套管与岩石之间的环状间隙内灌浆质量的声学探头。用这种测量方法以及实施该方法的装置能够很快地检查这类井孔，这类井孔的钻塔已经拆除。但另一方面，其缺点是测量时需使用特殊的绞盘和特殊的软管钻杆。
本发明的任务在于提供一种适合于绳索取芯井孔的测量方法和适合该方法的装置。这种测量方法和装置能够避免现有技术中的缺点，能用可更换的测量探头工作，而不必拆下钻杆。此外，本发明的任务还在于提供了一种实施本发明方法的装置。
本发明的任务是以这样一种测量方法完成的，即将自动作用的测量探头送入钻杆内，并在钻头内用岩芯管接头将其挡住;将与岩芯管接头固定并与Laptop PC机的测井电缆相连的传递探头送入钻杆内，这样就在测量探头和传递探头之间建立了无线联系;测量探头由Laptop PC机起动并与其同步;从测量探头获取测量数据，并以固定的时间间隔作中间储存;传递探头从钻杆内取出，测量结束后的测量探头由岩芯管提取器取出，并在Laptop PC机上读出测量数据。
本发明的绳索取芯井孔的测量方法最适于对倾斜大的井行地球物理测量。新的测量方法是以自动工作的测量探头为基础，将传感器在钻头前面的测量探头送入钻杆，依此方法，在测量前避免了拆卸钻杆，这便大大减少测量费用和测量时间。由于在测量过程中不用电缆连接，因而也不需要费用昂贵的进入钻杆的侧向入口。由于将测量探头设在钻杆中，因此不会产生丢失测量探头的现象。
在更换测量探头时不必完全拆开钻杆，因为每一个测量探头均类似于一个实心的岩芯管，使用岩芯管提取器便可迅速地将其取出。同样也可用洗井液送入一个新的测量探头。实际上，采用本发明方法进行测量时已不再有困难，因为在钻孔结束后马上就能够进行测量，而不必将钻杆取出。测量探头的外径与绳索取芯管相同，因而可象绳索取芯管一样容易地经内管头部进入岩芯管接头。
在测量探头的内管头部和在传递探头内安置的线圈系统能够从地表与微机控制的测量探头建立无线(感应)的联系。
测量探头可按固定的时间间隔，如1/10秒，获取测量数据，这些数据被存入一个至少1兆字节(1MByte)的大的半导体存储器中。在测量前将传递探头从井孔中取出，这样测量电缆就不会被损坏，测量过程随着钻杆的拆除而结束。
在测量结束后，测量探头用岩芯管提取器取出、打开，并用Laptop PC机读取数据。
在每一次测量的同时，经设置于地表钻杆上的方向指示器测取井深的变化，并以固定的时间间隔用Laptop PC机将其输入数据库内，以此和探头的测量数据一起建立一个井深数据库。该井深数据库可随时打印出来。
可以用γ-探头或栅陷振荡探头(Dipmetersonde)作为适宜的测量探头，以获取井孔中的测量数据。
由于用不同的测量探头获得不同的测量值，因而可以很容易地随井深获取相应的测量值并予以综合评估。
如果有必要，随时可以中断用测量探头进行的测量。通过送入传递探头而实现对测量探头的控制，所获取的测量数据直接或经测量探头内的中间存储后无线地传递给传递探头，并由传递探头继续传给Laptop PC机。
按照另一种变化了的测量方法可以用陀螺探头作为测量探头，将其用测井电缆直接与Laptop PC机相连，并由Laptop PC机起动且与之同步。这一方法也可用于γ-探头或栅陷振荡探头，或者为进一步补充测量数据而使用本方法。
实施该测量方法的适宜装置由一个测量探头组成，它利用感应线圈和软磁芯与传递探头建立无线连接。这里，传递探头由测井电缆连在Laptop PC机上，测量探头设有内管头部并被挡在钻头中。在测量探头内包含有一个测量元件，一个能量供应系统，一个数据处理器和一个数据存储器;传递探头由带线圈突出部的测量电缆头构成。
按照另一种结构，Laptop PC机能够经测量导线与脉冲计数器和井深曲线仪的脉冲发生器相连，井深曲线仪连接在钻杆上。
当以γ-探头作为该装置的测量探头时，其传感器可以用碘化钠晶体，遥测发送器可以用电子倍增管。
然而，当以声学栅陷振荡器作为该装置的测量探头时，其传感器由超声振子，模拟电器和振荡电位器组成。
在另一种变化的装置中，也可以用陀螺探头作为测量探头，它经井孔测量电缆直接与Laptop PC机相连，并由一个陀螺、一个附加传感器、一个供电系统、一个数据处理器、一个数据存储器和一套数据发送器构成。
下面借助附图进一步描述本发明，其中
图1是绳索取芯井孔的测量方法简图以及实施该方法的装置;
图2是无线连接的测量和传递探头元件的简图;
图3是纵向测量装置简图;
图4是γ-探头简图;
图5是栅陷振荡探头简图;
图6是既用作测量探头又用作传递探头的适宜的陀螺探头。
在图1中为了清楚地表示本发明的测量方法和实施该方法的装置，从原理上图示了本发明的位于井孔12的倾斜段43内的测量探头1以及与其协同工作的传递探头2。传递探头2安装在钻杆3内，钻杆3位于井孔12，43内。测量探头1已由洗井液送至钻头5范围内的测量位置。传递探头2尚位于井孔12的直线段。传递探头同样用洗井液送入钻杆3内，直至达到紧靠测量探头1之后的工作位置。传递探头2固定在一条测井电缆4上，在将测井电缆送入井筒时，可经过测量电缆盘13使其停住，在拉出井孔时可经测量电缆绞盘13施加拉力。测量电缆绞盘13在简图中处于钻塔14旁，实际上是将其固定于钻塔14的工作平台上。测井电缆4连接在测量车42上，在测量车上设有一台Laptop PC机，该机包括记录器41、数据处理器44、数据存储器45、打印机15和供能用的蓄电池28。在工作位置上，利用软磁芯21和两个感应线圈9测量探头1)、10(传递探头2)在测量探头1和传递探头2之间实现无线联系，见图2。带能源的测量探头1具有一个测量传感器47，该传感器经钻头5内的测量孔可自由抵达井底和井壁12、43，以便获取诸如有关岩石特性、井壁和井孔直径38之类的测量数据。
图2表示处于数据传递状态的测量探头1和传递探头2，传递探头2与测量和传递器相连。此外，从图中可以看出测量探头1和传递探头2的一般结构。测量探头1由测量探头外壳30组成，在壳体30内安装着测量元件16，使用蓄电池17的供电系统，数据处理器18、数据存储器19以及一套数据传递器20。测量探头壳体30前面连接有测量传感器47，测量传感器47在测量时从钻头5的测量孔突出。在测量探头1的背面设有一个内管头11，内管头11利用挡住测量探头1的岩芯管接头6与钻杆3或钻头5相连。在测量探头壳体30背向钻头5一侧的中部固定有软磁芯21。所固定的软磁芯21a为感应线圈9所缠绕，其接头48、49通向数据传递器20。软磁芯21的自由端21b从内管头11向外突出。在传递状态该自由端21b为线圈突出部23所包围，在线圈突出部23内安装有传递探头2的感应线圈10。线圈突出部23安置在电缆头22上，在电缆头22上固定着测井电缆4的端头。感应线圈10的两个接头50，51经电缆头22与测井电缆4相连。为启动系统并使其与Laptop PC机7同步，利用所示的从传递探头2至测量探头1的从传递探头2至测量探头1的设置即可实现从Laptop PC机7至测量探头1的无线数据传递。接着测量探头1就能获取测量数据并在数据存储器19内作中间储存。可利用测量电缆盘13将传递探头2从井孔12、43中拉出。测量数据的获取是在把钻杆3从井孔12、43中拉出来时实现的。设置了来自RS232-接口的微分脉冲作为数据传递格式。通常在RS232接口处被输送和被接收的数据在两条分开的导线上互换。其中必要的是按时间分开的数据经导线传递。
随着测量数据的获取即可获知井孔的深度。在图3中简略表示的井深测量装置就用于这一目的。在测量杆3的最上端于钻杆的侧面设置一个井深曲线仪8，它的旋转从脉冲计数器24和测量导线27传递给脉冲计数器25，脉冲计数器25经传递导线29连接在Laptop PC机上。由于Laptop PC机和测量探头1同步工作，所收集的数据能够一起传送，即在各井孔深度所获得的测量数据总是与井孔的深度相符。
也可将γ探头1a作为测量探头1，其简略结构如图4所示。在测量探头壳体30内安装了碘化钠晶体31和一个电子倍增管32，并为其配备了变压器33，利用这些元件就可以获得测量数据。所获得的测量数据经数据处理器18输给数据储存器19，从数据储存器19数据经一套数据传递器20读出。蓄电池17用作供电系统。虽然在先将放射性发射极放入并以γ探头为密度探头的时候，也可以通过钻杆3进行放射性测量，但是不受钻杆3影响的测量是一个更好的解决方案。放射性测量的感应元件(Sensorik)是可以看到的，且所出现的测量数据极小。采用带1兆字节(1MByte)存储器的γ探头1a能够不间断地连续测量24小时以上。
此外，可以把栅陷振荡探头16作为测量探头1，如图5所示。在探头壳体30内包含有一个振荡电位器34和一个作为数据测量装置的模拟电器35，它接收超声信号的反射波，超声信号由超声振荡器37发出，超声振荡器37接在探头壳体30之前。此外，在探头壳体30内设有作为电流发生器的蓄电池17以及一个数据处理器18，一个数据存储器19和一套数据传递器20。栅陷振荡探头1b用来获取分层界线和裂缝的位置。几个固定的超声振荡器37按照回声测深原理无接触地测量振幅和声波的传播时间。超声脉冲波在裂缝和分层界线处散射并以减弱了的强度从井孔壁反射回来。有效的计算和表达方法也可用在振幅值上，如同用于电子栅陷振荡器一样。所有超声波传播时间的总和代表了井孔直径38，其数据被作为除振幅之外的另一数值储存起来。定位值由电子振荡电位器34获得并确定，在该位置，超声振荡器37位于栅陷振荡探头1b的滚轴内，由此保证简单的上下定位。
为了最终对分层界线和裂缝作分类，尚需测量井孔12，43的方向和位置，这种测量由陀螺探头1c完成，下面将对其予以说明。
利用在起动期间选择另一种探头程序，也可以象孔径探头那样起动栅陷振荡探头1b。但这样起动与栅陷振荡起动的区别是仅存储孔径值。精确的孔径值是同重要的γ探头1a的密度测量连在一起的。
因此，栅陷振荡探头1b可以完成对井孔12容积的测量。为此，在拆除钻杆3时必须把栅陷振荡探头1b固定住，用井深曲线仪8和Laptop PC机7测量深度。用栅陷振荡探头可以实现高疏松的测量方法，其最小的井深疏松为1mm。最后还可如图6所示的那样的陀螺探头1c作为测量探头1，它被用于或与测量探头1a和1或1b中的一个一起用来获取有用的测量数据。在陀螺探头1c的探头壳体30内设置陀螺39以及作为测量装置的附加传感器40。利用陀螺探头1c能够测出井孔12、43的方向和井孔最深部的位置，其精度可达每1000米井深误差1米。用测井电缆4a在钻杆3内使其移动，以连续测量出曲线和井孔12、43的位置。在倾斜较大时可用活塞将陀螺探头向前送。在测量时把数据传递给测量车42，并储存在那儿的存储元件41内。附加传感器40同时允许测量钻杆3的螺纹连接位置。同测量探头1a、1b一样，在陀螺探头1c的壳体30内安装有用于供电的蓄电池17以及数据处理器18，数据储存器19和一套数据传送器20。
权利要求
1.绳索取芯井孔的测量方法，其特征在于，把自动工作的测量探头(1)送入钻杆(3)内，并由岩芯管接头(6)将其挡在钻头(5)中，此外，把传递探头(2)连同固定在传递探头(2)上并与LaptopPC机(7)连接的测井电缆(4)送入钻杆内，在测量探头(1)和传递探头(2)之间建立无线联系，测量探头(1)由LaptopPC机(7)起动并与LaptopPC机(7)同步，从测量探头(1)获得测量值并按固定的时间关系作中间储存，把传递探头(2)从钻杆(3)中拉出，测量结束后的测量探头(1)用岩芯管提取器拉出，测量值经LaptopPC机(7)读出。
2.按照权利要求1所述的测量方法，其特征在于，测量是在钻杆取出时进行，每一次测量的延深经方向指示器(8)获得，并与时间有关地由Laptop PC机(7)储存。
3.按照权利要求1所述的测量方法，其特征在于，用γ探头(1a)或栅陷振荡探头(1b)作为测量探头(1)。
4.按照权利要求3所述的测量方法，其特征在于，不同测量探头(1a、1b)的测量值各自与延深同步地获得，并一起评估。
5.按照权利要求1所述的测量方法，其特征在于，由测量探头(1)获得的测量数据直接或在测量探头(1)中作中间储存后无线地传递给传递探头(2)，并由传递探头(2)继续传送给Laptop PC机(7)。
6.按照权利要求1所述的改变后的测量方法，其特征在于，陀螺探头(1c)用作测量探头(1)，它经测井电缆(4a)直接连在Laptop PC机(7)中，且由Laptop PC机起动并与之同步。
7.实施按照权利要求1所述的测量方法的装置，其特征在于，测量探头(1)经感应线圈(9，10)以及软磁芯(21)与传递探头(2)建立无线联系，传递探头(2)用测井电缆(4)连接在Laptop PC机(7)上，测量探头(1)设有内管头(11)并可在钻头(5)内止住，测量探头(1)包含有一个测量元件(16)，一个供能系统(17)，一个数据处理器(18)和一个数据储存器(19)，传递探头(2)由带有线圈突起部(23)的测量电缆头(22)构成。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，Laptop PC机(7)经测量导线(27)与脉冲计数器(25)和延深曲线仪(8)的脉冲发生器(24)相连，延深曲线仪紧靠在钻杆(3)上。
9.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，测量探头(1)是γ-探头(1a)，其传感元件包括一个碘化钠晶体(31)和作为遥测发送器的电子倍增管(32)。
10.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，测量探头(1)是一个声学栅陷振荡器(36)，其传感元件由几个超声振荡器(37)，一个模拟电器(35)和一个振荡电位器(34)组成。
11.按照权利要求7所述的改变后的装置，其特征在于，陀螺探头(1c)作为测量探头(1)，它经测井电缆(4a)直接与Laptop PC机(7)相连，并由陀螺(3a)，附加传感器(40)、供电系统(17)、数据处理器(18)、数据储存器(19)和一套数据传递器(20)构成。
全文摘要
绳索取芯井孔测量方法是把自动工作的测量探头(1)送入钻杆(3)内并由岩芯管接头(6)挡在钻头(5)内，此外，将传递探头(2)连同与其固定连接并与Laptop PC机(7)连接的测井电缆(4)一起送入钻杆(3)内，在测量探头(1)和传递探头(2)之间建立无线联系，测量探头(1)由Laptop PC机(7)起动并与其同步，从测量探头(1)获得测量传递探头(2)，测量结束后的测量探头用岩芯提取器拉出，测量值从Laptop PC机(7)读出，以及实施该测量方法的装置。
文档编号E21B47/02GK1083894SQ9211088
公开日1994年3月16日 申请日期1992年9月5日 优先权日1992年9月5日
发明者U·迪凯尔, H·帕尔姆, C·欣茨 申请人:鲁阿科勒股份公司