[发明专利]一种井下随钻测量泥浆中油气的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种在井下钻头附近测量泥浆中油气的系统。

背景技术

地球物理勘探是伴随石油工业而产生和发展起来的一门科学技术，主要应用于地层评价和完井评价两个领域，最终实现在地层中寻找石油和天然气。因此，地球物理勘探是在油气勘探和开发过程中测量、记录、分析井下岩石或流体的物理特性，并对储集层进行油气评价的一种技术，又称为地球物理测井，简称测井。测井作为石油工业的一个重要分支和基础，正日益发挥出越来越大的作用。

石油和天然气存在于地层的空隙内，它们的存在给岩石的物性带来若干变化。研究岩石的物性，如岩石的电学特性、声学特性、核物理特性等，就构成了各种各样测井方法的物理基础。于是形成了几个主要的测井方法，如电法测井、声波测井、核测井等，这些方法的硬件实现就形成了各种各样的测井仪器。用测井仪器测井，采集反应地层物性的信息；用计算机来处理和分析这些信息；最后由测井分析专业人员给出评价报告，指出储集层的含油气前景。为了提高评价的可信度，测井时要组合多种测井仪器下井测量，测井分析需要用多条测井曲线进行“综合”解释。实现地层物性参数测量的传统方法是利用电缆将测井仪器放入井眼内实现，简称为电缆测井，一直沿用至今。

随着油气勘探的深入，尤其是大斜度井、水平井数量的增加，越来越多的测井服务由电缆测井转向了随钻测井。随钻测井与电缆测井相比，它不但可以方便于在大斜度井、水平井进行测量，而且更重要的是能够在泥浆侵入很少的条件下测量，避免了泥浆侵入对确定原状地层参数的影响，获得真实反应地层物性的参数，因而得到广泛的应用。中国石油天然气集团公司旗下的中油测井有限公司随钻仪器研究中心等多家研究单位一直跟踪国际先进技术，致力于自主创新，对随钻技术的掌握已日臻成熟，实现了随钻过程中地层电阻率、孔隙度和岩性的测量，同时随钻测井装备的制造水平也跃入世界先进行列。随着计算机、信息以及网络等技术的飞速发展，对井下测量信号的采集、传输和处理都愈加迅捷和准确；而测井解释队伍素质的不断提升和手段的增强，更为评价地层的测井资料的解释提供了雄厚基础。

然而，随着地层和地质条件的变化，特别是在致密性地层勘探开发中，为了发现和识别油气层，对地层评价时需要更多的、真实反应地层物性的参数，这对测井方法和测量装备提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种在井下钻头附近测量泥浆中油气的系统。在石油钻井时，需要在井口持续向井内注入泥浆，并循环到井口，在循环过程中井底刚钻开地层形成的岩屑就会混入泥浆中，使其特性发生变化，而钻开的致密层、油层、气层和水层等不同层岩屑使得泥浆特性发生不同的变化，将这种变化了的泥浆特性参数实时测量并上传地面，同井上入口泥浆的特性参数对比分析，并结合其它不同种类仪器测量的数据，进行综合解释，就能快速直观判断地层含油、气、水的特性，从而直接发现和识别油气层。

本发明所述的井下随钻测量泥浆中油气的系统是由地面主机控制系统、嵌入式数据采集系统、传感器、泥浆脉冲发生器、驱动器、电池筒、定向测量短节、数据连接短节和随钻仪器、泥浆特性参数测量短节组成。

该系统各种测量短节在钻井过程中进行井下地层和泥浆特性参数的测量及实现无线传输，利用钻柱中的泥浆脉冲将测量信息数据传输到地面，地面系统进行实时处理。

地面主机控制系统主要包括系统的初始化、随钻测井作业的过程控制、用户GUI、远程通讯、随钻测井作业的辅助应用工具。嵌入式数据采集系统主要完成原始信号的采集与预处理，并通过网络将数据传送给主机进行工程数据的计算与处理。

系统还可以通过网络和远程处理中心连接，并将当前随钻测井的结果传送到远程处理中心。利用远程处理中心的决策和评价系统，可以将决策信息通过网络反馈到随钻测井现场，从而指导现场的作业过程。

在钻井过程中实现循环泥浆特性参数的准确测量的电极系需要安装在钻铤内侧，电极系的设计和安装是本发明的关键。

泥浆特性参数测量短节包括电阻率测量、井温测量及其它参数测量，均安装在钻铤侧壁的凹槽中。

泥浆电阻率测量部分由电极系和相关电路组成。

电极系由四个电极环组成：其中外侧两个为发射电极A和发射电极B，中间两个为接收电极M和接收电极N。电极系设置在钻鋌侧壁的环形凹槽中，距钻鋌外缘14mm，其探测深度约为7mm，这样就避免了地层对测量的影响，使测得的泥浆电阻率更为真实。

电阻率测量电路由发射电路和测量电路两部分构成，发射电路向发射电极提供恒定电流的12.5Hz的非标准方波信号，测量电路检测由接收电极M和接收电极N取出的泥浆电阻率信号。