一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置及方法。装置可测量“钻头电阻率”，采用钻头作为测量电极的一部分，随钻时可显示最早的地层电阻率变化；三个方位敏感的电扣和一个方位平均的360°电极环共可测量4个电阻率值，极大地提高了垂直分辨率及多探测深度特性，能在薄层中评估早期浅侵入；解决现有技术中存在的问题和局限，消除了由于地层非均匀性导致电流线在界面处的挤压和反挤压而引起的测量视电阻率曲线畸变，实现裂缝、薄层等储层的随钻成像测井；此外，电扣电极的方位响应特性也为全井电阻率成像的先进处理和解释方法奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置及方法
本专利技术涉及一种成像装置及方法，属于井下探测
，具体涉及一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置及方法。
技术介绍
电阻率测井是测井方法中使用最早也是最常用的方法，到目前为止，在划分钻井地质剖面和判断岩性的工作中仍起着难以替代的作用。随钻方位电阻率井壁成像技术是在传统电缆测量技术的基础上发展起来的，是一种可以在钻井过程中实时测量井眼周围不同方位地层电阻率成像测量方法。随着水平井、大位移井及三维多目标井钻井技术的不断提高和大量应用，旋转导向闭环钻井技术是今后井眼轨迹控制技术钻井工具的发展方向，将方位电阻率成像技术应用于旋转导向工具，可满足裂缝、薄层等复杂储层的地质导向与地层评价需要。在中国授权的专利技术专利(授权公告号：101012748B)中公开的微电阻率扫描成像测井仪，采用传导电阻率测量方式(也称电流测量方式)，利用6个极板上150个电扣电极向井壁地层发射电流，然后对发出的电流信号进行采集，可显示电阻率的井壁成像，其探测单元包括电子线路、推靠器和极板等。然而，该装置及测量方法仅能用于电缆裸眼井测井作业中，不适用于随钻仪器及旋转导向工具，无法随钻实时获取井壁信息。在中国授权的专利技术专利(授权公告号：102767365B)中公开的高分辨率方位电阻率双侧向测井仪及电阻率测量方法同样是用于电缆测井不具备随钻测量能力。在中国授权的专利技术专利(授权公告号：104100261B)中公开的获取随钻方位电阻率测井仪器距地层边界距离的系统，该系统包括联合线圈天线、初始值调整模块、响应值计算模块及匹配判断模块等，能够获取测井仪器相距地层边界的距离，并能及时获取测井仪器所在地层电阻率的初始值。然而，该系统采用传播电阻率测量方式(也称电磁波测量方式)，仅能分辨地层边界而不能对井壁裂缝等实现成像(仅传导电阻率测量方式能够实现井壁成像)，无法提供井眼周围的地层信息。在中国授权的专利技术专利(授权公告号：100410489C)中公开的一种近钻头电阻率随钻测量方法及装置，该装置采用传导电阻率测量方式，通过对钻头电阻率及方位电阻率进行测量获得钻头周围(包括钻头前方)地层电阻率信息及多探测深度的方位电阻率信息等。由于该装置与导向马达融合,主要用于滑动导向钻井方式，不能与旋转导向工具组合使用，且方位电阻率分辨率特性偏低，尚不具备电阻率井壁成像能力。在中国公布的专利技术专利(申请公布号：104929622A)中公开的多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器，在中国公布的专利技术专利(申请公布号：104727812A)中公开的随钻方位电磁波电阻率测量装置及其测量方法，由于受测量原理及方式限制，即采用了传播电阻率测量而传导电阻率测量方式，无法实现电阻率井壁成像，且不适用于高阻地层。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的以上技术问题，提出了一种采用传导电阻率测量方式的用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置及方法，具有良好的垂直分辨率及多探测深度特性，能在薄层中评估早期浅侵入，解决现有技术中存在的问题和局限，实现裂缝、薄层等储层的随钻成像测井。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置，包括一无磁钻铤，所述无磁钻铤包括：用于将交变电流转化为其两侧的感应电压差的激励线圈T1、激励线圈T2；用于和激励线圈配合以组成不同工作模式的发射线圈T3；以及沿钻铤圆周依次设置的若干个方位电极；其中，所述发射线圈T3的两侧分别设置用于感应钻铤内轴向电流的监测线圈M0,监测线圈M2。优化的，上述的一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置，各方位电极裸露周向长度占圆周周长的1/6，用于在井周方向上不同扇区的测量。优化的，上述的一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置，各线圈为环状结构，轴向安装于上主体测量单元所在的钻铤上；所述线圈外端部位设置带有绝缘环的天线罩；所述天线罩附近的钻铤外壁上设置直径变大的耐磨带。一种利用上述的成像装置进行成像的方法，通过调整激励线圈T1、激励线圈T2、激励线圈T3的电流幅值及相位差以得到不同的电阻率曲线。优化的，上述的成像的方法，所述视电阻率通过式(1)得到：其中，为电极ed在模式m下的K值，ed为电极，包括上电扣电极B1、中电扣电极B2、下电扣电极B3、方位电极Az1、方位电极Az2、方位电极Az3、方位电极Az4、监测线圈M0、监测线圈M2、电扣电极和线圈T2下方的模拟监测变压器M0B和M2B。优化的，上述的成像的方法，基于式(2)至(11)计算各工作模式下的电流值，其中，环电极r，VT为电压值，m＝1：m＝2：m＝3：m＝4：m＝5：m＝6：m＝7：m＝8：m＝9：表示在m模式下测得的电极电流。优化的，上述的成像的方法，基于公式求得采样一个分瓣的最大时间间距，其中，表示钻井转速/分钟，n为周向分瓣数，为周向分辨角。因此，本专利技术具有如下优点：装置可测量“钻头电阻率”，采用钻头作为测量电极的一部分，随钻时可显示最早的地层电阻率变化；三个方位敏感的电扣和一个方位平均的360°电极环共可测量4个电阻率值，极大地提高了垂直分辨率及多探测深度特性，能在薄层中评估早期浅侵入；解决现有技术中存在的问题和局限，消除了由于地层非均匀性导致电流线在界面处的挤压和反挤压而引起的测量视电阻率曲线畸变，实现裂缝、薄层等储层的随钻成像测井；此外，电扣电极的方位响应特性也为全井电阻率成像的先进处理和解释方法奠定了基础。附图说明图1-1为随钻方位电阻率井壁成像装置总体结构；图1-2为图1-1的局部视图1；图1-3为图1-1的局部视图2；图2-1为上主体单元II结构外观图；图2-2为测量电路部分周向展开位置图；图3-1为电扣电极结构；图3-2为图3-1的俯视图；图4-1为电扣电极集成安装及保护盖板结构；图4-2为图4-1的底面视图；图5-1为下主体测量单元VI结构外观图；图5-2为图5-1的测量电路部分周向展开位置图；图6-1是方位电极及其保护环结构在图5-1中的K-K向视图；图6-2是方位电极及其保护环结构在图5-1中的L-L向视图；图6-3是方位电极及其保护环结构在图5-1中的M-M向视图；图6-4是方位电极及其安装基体俯视图；图6-5是方位电极及其保护环安装后的俯视图。图7-1为中间连通单元III结构；图7-2为图7-1的右视图；图8-1为上保护接头I；图8-2为下保护接头V。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：本专利技术提供的一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置主要由无磁钻铤、泥浆通道、激励线圈系、电扣电极系、方位电极系、监测线圈、测量电路、控制及存储电子电路单元构成，可在井下通过预先设定的程序根据不同的工作模式按照反演计算方法将探测数据转化为视电阻率，并通过装置在旋转作业中对井周的扫描测量，指示裂缝和地层结构倾角，实现井壁成像测量。一、装置总体结构本实施例中，装置总体结构如图1所示，为描述方便，将装置结构自上而下分为五个部分：上保护接头I、上主体测量单元II、中间连通单元III、下主体测量单元IV和下保护接头V。1、上主体测量单元II图2-1和图2-2为上主体测量单元II结构外观图及其测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置，包括一无磁钻铤，其特征于，所述无磁钻铤包括：用于将交变电流转化为其两侧的感应电压差的激励线圈T1、激励线圈T2；用于和激励线圈配合以组成不同工作模式的发射线圈T3；以及沿钻铤圆周依次设置的若干个方位电极；其中，所述发射线圈T3的两侧分别设置用于感应钻铤内轴向电流的监测线圈M0,监测线圈M2。

【技术特征摘要】
1.一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置，包括一无磁钻铤，其特征于，所述无磁钻铤包括：用于将交变电流转化为其两侧的感应电压差的激励线圈T1、激励线圈T2；用于和激励线圈配合以组成不同工作模式的发射线圈T3；以及沿钻铤圆周依次设置的若干个方位电极；其中，所述发射线圈T3的两侧分别设置用于感应钻铤内轴向电流的监测线圈M0,监测线圈M2。2.根据权利要求1所述的一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置，其特征于，各方位电极裸露周向长度占圆周周长的1/6，用于在井周方向上不同扇区的测量。3.根据权利要求1所述的一种用于旋转导向的随钻方位电阻率井壁成像装置，其特征于，各线圈为环状结构，轴向安装于上主体测量单元所在的钻铤上；所述线圈外端部位设置带有绝缘环的天线罩；所述天线罩附近的钻铤外壁上设置直径变大的耐磨带。4.一种利用权利要求1所述的成像装置进行成像的方法，其特征在于，通过调整激励线圈T1、激励线圈T2、激励线圈T3的电流幅值及相位差以得到不同的电阻率曲线。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述视电阻率通过式(1)得到：其中，为电极ed在模式m下的K值，ed为电极，包括上电扣电极B1、中电扣电极B2、下电扣电极B3、方位电极Az1、方位电极Az2、方位电极Az3、方...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾维平，毛为民，盛利民，窦修荣，贾衡天，邓乐，王家进，陈文艺，吕海川，范锦辉，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11