一种用于旋转导向系统的地层电阻率测量设备及方法与流程

本发明涉及石油天然气钻井，具体地说，是涉及一种用于旋转导向系统的地层电阻率测量设备及方法。

背景技术：

1、随着石油天然气勘探开发技术的进步，水平井、大斜度井等复杂工艺井已经越来越广泛的开发。在复杂工艺井的施工过程中，旋转导向系统已经越来越广泛地应用在地质导向钻井作业中。为了使旋转导向系统工作效率更高，一般在定向钻井时需要了解地层信息，为旋转导向系统装上“眼睛”，即在旋转导向系统中加入随钻地层电阻率装置、伽马测量装置。如今，这些随钻地层信息测量装置向着高测量精度、高分辨率、高可靠性的方向发展。

2、在实现本发明过程中，发明人发现：现有旋转导向系统所搭配的电阻率测量装置，虽然其可靠性比较高，但是其加工工艺复杂，尤其是电阻率测量天线的封装及其保护结构，在制造过程中需要开槽、焊接、打磨、穿线、封胶等多道工序，质量控制成本高，工时长。这就导致生产一支地层电阻率测量装置的材料成本、时间成本都很高。由此，在保证装置可靠性的前提下，降低装置的材料成本、缩短装置的生产周期是提高市场竞争力的重要保障。

3、另外，在实现本发明过程中，发明人还发现：在旋转导向系统钻井时，电阻率测量装置应该具备不同的工作模式以适应不同的需要。例如当旋转导向系统对功率消耗有限制时，电阻率测量装置应该工作在低功耗模式，即按照旋转导向系统的要求进行测量；而当地质工程师需要大量的地层数据时，则需要自动测量地层电阻率并存储数据。然而，现有旋转导向系统所挂接的地层电阻率测量装置多数只能工作在一种模式，并不能切换。

4、综上所述，现有技术需要提供一种用于旋转导向系统的新型地层电阻率测量方案，以解决上述一个或多个技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于旋转导向系统的地层电阻率测量设备，包括：钻铤本体，所述钻铤本体的两端分别设置有导电件，其中，所述钻铤本体通过所述导电件与所述旋转导向系统连接；与所述导电件连接的控制装置，其构成为对当前设备工作模式进行识别，并对与设备工作模式相匹配的地层电阻率测量任务进行执行控制，从而获得电阻率测量数据，其中，所述设备工作模式为低功耗工作模式或连续测量工作模式；设置在所述钻铤本体的外壁上的电阻率测量装置，其构成为在所述控制装置的控制下执行地层电阻率测量任务，并计算所述电阻率测量数据。

2、优选地，所述控制装置，其还构成为获取从所述旋转导向系统提供的电源能量及指令，其中，在重新获得电源能量后，读取入井前写入或通过地面装置设置的当前设备工作模式，其中，在泥浆循环或系统重新上电时，由所述旋转导向系统向所述控制装置提供电源能量。

3、优选地，所述地层电阻率测量设备还包括：分别与所述钻铤本体两端的导电件连通的总线孔，所述总线孔设置于所述钻铤本体的侧壁内部，其中，所述总线孔包括第一总线孔和第二总线孔，所述第一总线孔构成为向第一导电件与所述控制装置的连接提供线路连接通道，所述第二总线孔构成为向第二导电件与所述控制装置的连接提供线路连接通道。

4、优选地，所述控制装置包括：电源模块，其构成为通过所述导电件获取所述电源能量，并将所述电源能量转换成不同等级的电压，以为控制装置内各模块提供相应电源；主控模块，其构成为通过所述导电件获取由所述旋转导向系统发送的系统指令，并对该系统指令的内容进行读取，以及在获得所述电阻率测量数据后，将当前测量所得到的数据通过所述导电件发送给所述旋转导向系统；发射控制模块，其通过接线孔与所述主控模块连接，构成为当所述主控模块读取到测量指令时，在所述测量指令的控制下控制所述电阻率测量装置执行地层电阻率测量任务；接收控制模块，其通过接线孔与所述主控模块连接，构成为实时接收由所述电阻率测量装置所反馈的电磁波接收信号，并计算所述电阻率测量数据，从而将实时测得的数据发送至所述主控模块。

5、优选地，所述电阻率测量装置包括若干个用于发射电磁波信号的第一类线圈单元和若干个用于接收电磁波信号的第二类线圈单元，其中，所述第一类线圈单元，其设置于所述钻铤本体的侧壁的内部，并通过发射孔与所述控制装置内的主控模块连接，其中，所述发射孔为所述主控模块与每个第一类线圈单元的连接提供相应的线路连接通道；所述第二类线圈单元，其设置于所述钻铤本体的侧壁的内部，并通过接收孔与所述控制装置内的主控模块连接，其中，所述接收孔为所述主控模块与每个第二类线圈单元的连接提供相应的线路连接通道。

6、优选地，所述线圈单元包括：用于容纳当前线圈单元的部件槽，所述部件槽构造为周向环绕于所述钻铤本体的外壁上的环形凹槽；封胶槽，其设置于所述部件槽的中间位置处，构造为沿周向方向环绕于所述部件槽的槽底部侧壁上的环形凹槽；用于容纳线圈件的线圈槽，所述线圈槽构造为在所述封胶槽的宽度方向的中间位置处，并构造为沿周向方向环绕于所述封胶槽的槽底部侧壁上的环形凹槽；若干个磁芯槽，其构造为按照预设角度沿周向方向均匀分布，其中，每个磁芯槽构造为覆盖在由所述部件槽、所述封胶槽和所述线圈槽所形成的钻铤侧壁凹槽结构上；若干个磁芯，每个磁芯放置于所述磁芯槽内；所述线圈件，其构造为利用铜线缠绕于所述线圈槽内；橡胶环，其构造为通过在所述封胶槽内封胶而形成。

7、优选地，所述部件槽的径向截面构造为凸型结构，其中，所述线圈单元还包括：分别设置于所述部件槽内凹槽两端的第一非金属环和第二非金属环，每个非金属环以凸型结构为径向截面环绕于所述部件槽的凹槽端部，并同时覆盖所述钻铤本体和所述磁芯槽的端部；位于所述第一非金属环和所述第二非金属环之间的金属环，所述金属环构造为同时覆盖所述橡胶环和每个非金属环的端部位置，并且所述金属环的径向截面结构与所述每个非金属环的径向截面结构相匹配。

8、优选地，所述金属环还包括：若干个镶嵌块，所述若干个镶嵌块在所述金属环的径向截面的中间位置处沿周向方向均匀分布。

9、优选地，所述线圈单元还包括插针孔，所述插针孔设置于每个线圈单元内的线圈槽处，所述插针孔与所述接收孔或发射孔相连通，所述插针孔内设置有密封插针，所述密封插针与所述线圈的两端连接。

10、优选地，在当前设备工作模式为低功耗工作模式下，其中，所述控制装置，其还构造为控制测量设备处于待机状态，并在接收到由所述旋转导向系统发送的系统指令后，先对该系统指令是否与所述测量设备相关进行诊断，再识别所述系统指令的具体内容，其中，在识别所述系统指令内容过程中，包括：依次识别是否为测量指令、是否为读取指令、是否为模式转换指令和是否为旋转导向时间写入指令。

11、优选地，所述控制装置，其还构造为在当前系统指令为读取指令时，先读取本地存储器内最新一条电阻率测量数据，并将该测量数据发送至旋转导向系统，再将当前测量设备所记录的设备时间和发送数据标识写入所述本地存储器内。

12、优选地，所述控制装置，其还构造为在当前系统指令为模式转换指令时，先将连续测量工作模式写入本地存储器内，再将当前测量设备所记录的设备时间和模式转换标识写入所述本地存储器内。

13、优选地，所述控制装置，其还构造为在当前系统指令不为旋转导向时间写入指令时，读取当前测量设备所记录的设备时间，并将当前设备时间和接收未知指令标识写入本地存储器内。

14、优选地，在当前设备工作模式为连续测量工作模式下，其中，所述控制装置，其还构造为按照预设的测量时间间隔，控制所述电阻率测量装置执行地层电阻率测量任务，其中，在接收到由所述旋转导向系统发送的系统指令时，保留当前测量设备的状态，进入中断程序，从而在中断程序结束后以所保留的设备状态为起点，继续实施连续测量任务，其中，在所述中断程序中，包括：依次识别是否为测量指令、是否为读取指令、是否为模式转换指令和是否为旋转导向时间写入指令。

15、优选地，所述中断程序中，包括：所述控制装置，其还构造为在当前系统指令为测量指令时，先读取当前测量设备所记录的设备时间，再将当前设备时间和测量指令标识写入所述本地存储器内，从而结束所述中断程序。

16、优选地，所述控制装置，其还构造为在当前系统指令为模式转换指令时，先将低功耗模式写入本地存储器内，再将当前测量设备所记录的设备时间和模式转换标识写入所述本地存储器内，从而结束所述中断程序。

17、优选地，所述控制装置，其还构造为在当前系统指令不为旋转导向时间写入指令时，读取当前测量设备所记录的设备时间，并将当前设备时间和接收未知指令标识写入本地存储器内，从而结束所述中断程序。

18、优选地，所述线圈单元，其还通过调谐模块与所述控制装置连接，其中，所述调谐模块安装于所述钻铤本体的侧壁内部，所述调谐模块的外侧设置有调谐盖板，所述调谐盖板的外侧边缘与所述钻铤本体的侧壁边缘齐平。

19、另一方面，本发明还提供了一种用于旋转导向系统的地层电阻率测量方法，所述地层电阻率测量方法利用如上述所述的地层电阻率测量设备来实现，所述地层电阻率测量方法包括：由所述控制装置对当前设备工作模式进行识别，并对与设备工作模式相匹配的地层电阻率测量任务进行执行控制；所述电阻率测量装置在所述控制装置的控制下执行地层电阻率测量任务，并计算电阻率测量数据；所述控制装置获取所述电阻率测量数据，并通过设置在钻铤本体两端的导电件将所述电阻率测量数据发送至所述旋转导向系统。

20、与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

21、本发明公开了一种用于旋转导向系统的地层电阻率测量设备及方法。该设备及方法包括线圈件、磁芯、测量钻铤、金属保护环、非金属保护环、控制装置、电路盖板、导电环等。本发明所设置的线圈封装方式简单，生产工序较少，降低了材料成本并缩短了生产周期。同时该测量设备及方法具备低功耗和连续测量两种工作模式，并且可以控制两种钻井模式的切换，能满足更多的需要。该装置结构简单，安全可靠，可以在钻水平井、大斜度井等复杂工艺井时测量地层电阻率，为地质导向提供数据。

22、本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。