專利名稱：一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鉆井液測(cè)漏技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用瞬變電磁法測(cè)量 鉆井液漏失位置和漏失處地層特性的裝置。
背景技術(shù)：
鉆井過程中，由于地層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，常常會(huì)遇到裂縫和有孔隙的地 層，造成鉆井液漏失，不僅影響鉆井工程的進(jìn)度，造成經(jīng)濟(jì)上不必要的損 失，而且鉆井液是一種有害物質(zhì)，含有多種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等化學(xué)處理劑，其 中鉀離子、重晶石是有毒物質(zhì)，漏失后會(huì)對(duì)地下水資源和地層造成污染， 這種污染是長(zhǎng)期的，很難治理，嚴(yán)重危及到子孫后代的生存環(huán)境。因此需 要在井漏發(fā)生后盡快找出漏失位置,及時(shí)采取有效的堵漏措施，以保護(hù)地層 及地下水資源不受污染，實(shí)現(xiàn)資源開采與環(huán)境保護(hù)的和諧發(fā)展。
鉆井液測(cè)漏是多年來國(guó)內(nèi)外的技術(shù)難題，現(xiàn)有技術(shù)中主要測(cè)量鉆井液 的流量、壓力和溫度來判斷鉆井液的漏失情況，其利用的技術(shù)主要包括各 種流量計(jì)的使用，具體情況如下 一、由東機(jī)工株式會(huì)社申請(qǐng)的專利號(hào)為
89104405.1"渦旋流量計(jì)"專利，提出了一種測(cè)量流體速率的方法，它是利用 渦旋發(fā)生器在流體中產(chǎn)生卡門渦旋，導(dǎo)致流體中傳播的超聲波相位發(fā)生改 變并通過檢測(cè)卡門渦旋的發(fā)生來測(cè)量流體流速的裝置。這種測(cè)量裝置需要 安裝一個(gè)渦旋發(fā)生器，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。而且由于受到測(cè)量環(huán)境本身的制約， 所使用的流量計(jì)中含有轉(zhuǎn)子等可動(dòng)部件，而可動(dòng)部件極易受到鉆井液中沙
4粒的影響而造成測(cè)量不可靠或失敗。而俄羅斯采用可活動(dòng)的機(jī)械式流量裝 置，存在裝置笨重，機(jī)械件易磨損等缺點(diǎn)。二、國(guó)內(nèi)專利"井漏漏失速度和
漏失層位測(cè)量?jī)x"(專利號(hào)為98235961.6)提出了一種測(cè)量井漏位置的方 法，其中提到測(cè)量鉆井液的壓力、溫度和流量，通過壓力和流量數(shù)據(jù)綜合 求算漏失的速度和規(guī)律，根據(jù)溫度和流量數(shù)據(jù)的變化綜合判斷漏失位置。 該儀器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且由于壓力傳感器的敏感面易被鉆井液中沙粒等 雜質(zhì)堵塞，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；另外由于地層溫度隨其離地面的深度 而線性變化，受溫度傳播的不實(shí)時(shí)性和漏失量較小時(shí)溫度變化不明顯等因 素的影響。三、國(guó)內(nèi)專利"一種鉆井液測(cè)漏裝置"(ZL200420085843.8)和"一 種測(cè)量鉆井液漏失的電路"(ZL200420085844.2)提出了一種利用超聲波傳 感器測(cè)鉆# ^ ^ ^結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)。雖然超聲波 傳感器測(cè)流速的精度較高，且不受鉆井液介質(zhì)的影響，但它只能給出漏失 地層位置，并不能判斷漏失點(diǎn)處的地層情況，并且提出的電路結(jié)構(gòu)是由DSP 來計(jì)算超聲波傳播的時(shí)間差，精度比較低。四、由長(zhǎng)江大學(xué)劉小利、夏宏 南等發(fā)表的論文《電纜式井下測(cè)漏儀研制初探》中提到了應(yīng)用電磁流量計(jì) 測(cè)量鉆井液流速的方法來判斷漏失位置(見《斷層油氣田》2006年7月第 13巻第4期)。電磁流量計(jì)本身產(chǎn)生的電磁干擾將對(duì)電子線路的正常工作 產(chǎn)生影響，導(dǎo)致系統(tǒng)跑飛甚至死機(jī)現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)電纜式測(cè)量?jī)x器很容 易遇到被卡的危險(xiǎn)。以上技術(shù)方案采用測(cè)量鉆井液流速的方法來達(dá)到判斷 鉆井液漏失的位置，但達(dá)不到測(cè)試漏失點(diǎn)的地層狀況的目的。
通過探測(cè)地層結(jié)構(gòu)和地層裂縫來判斷鉆井液漏失情況的文獻(xiàn)和裝置未 見報(bào)道。但探測(cè)地層裂縫的相關(guān)技術(shù)主要是聲波幅度測(cè)井方法，它是同時(shí)記錄縱波和橫波的幅度。在巖層中沒有裂縫時(shí)，聲波幅度很大；經(jīng)過裂縫
帶時(shí)，幅度衰減10 20倍。縱波在垂直的和高角度的裂縫中衰減較大，而
橫波對(duì)水平的和低角度的裂縫比較敏感，并且在裂縫帶橫波推遲到達(dá)。而 在鉆井過程中，由于鉆并液中固體顆粒的存在，將使聲波產(chǎn)生較大折射和 反射，不利于聲波的傳播。

發(fā)明內(nèi)容
克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種瞬變電磁法 鉆井液測(cè)漏裝置，利用該裝置可以達(dá)到測(cè)量鉆并液漏失位置和漏失處地層 特性的目的。該裝置采用超聲波傳感器測(cè)鉆井液流速，來判斷漏失的位置， 同時(shí)利用瞬變電磁法探測(cè)漏失點(diǎn)的地層特性，以更好的指導(dǎo)堵漏措施，該 裝置中采用的兩種測(cè)量方法相互補(bǔ)充，相互印證，具有結(jié)果直觀、測(cè)量精 度高、操作方便，可有效的指導(dǎo)堵漏，并極大的節(jié)約了鉆井成本，減少了 對(duì)地層的污染。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置，由地面結(jié)構(gòu)和井下結(jié)構(gòu)兩部分組成，
地面結(jié)構(gòu)包括鋪設(shè)于地面的矩形回線1，矩形回線1的兩端分別與發(fā)射機(jī)2 的脈沖電源輸出端相連；井下結(jié)構(gòu)下放到井孔3中，包括鉆桿4，鉆桿4 上配置有瞬變電磁接收結(jié)構(gòu)5和超聲波傳感器測(cè)量鉆井液流速結(jié)構(gòu)6。
所述的瞬變電磁接收結(jié)構(gòu)5包括接收線圈9及外部的保護(hù)件10，接收 線圈9的接線端分別與瞬變電磁接收電路板7的接線端相連接，電池組8 與瞬變電磁接收電路板7連接供電。
所述的測(cè)量鉆井液流速結(jié)構(gòu)6上安裝有超聲波傳感器12、 13、超聲波傳感器12、 13的輸出信號(hào)端子連接到鉆井液流速測(cè)量電路板ll上，電池 組14與鉆井液流速測(cè)量電路板11連接供電。
所述的瞬變電磁接收電路板7，包括與接收線圈9相連接的前端信號(hào) 調(diào)理電路15、前端信號(hào)調(diào)理電路15的輸出端與浮點(diǎn)放大電路16的輸入端 連接、浮點(diǎn)放大電路16的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路17的輸入端， 模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路17的輸出端連接DSP電路19的輸入端，DSP電路 19的存儲(chǔ)輸出端與存儲(chǔ)電路21相連接，CPLD電路18與模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D) 電路17、 DSP電路19和浮點(diǎn)放大電路16連接，DSP電路19與通信接口 電路20的串口通信接口相連接，電源電路22輸出的低電源電壓連接到DSP 電路19和CPLD電路18的電源管腳上。
所述的超聲波傳感器12、 13中心線共軸并且與井軸平行。
所述的矩形回線1為瞬變電磁的發(fā)射線圈，且與大地絕緣，矩形回線 1的邊長(zhǎng)根據(jù)鉆井深度來確定。
所述的接收線圈9至少有一個(gè)，且接收線圈9包含三個(gè)互相垂直的線 圈9a、 9b、 9c。
本發(fā)明利用瞬變電磁法探測(cè)鉆井液漏失位置和漏失點(diǎn)地層狀況，采用 地-井結(jié)構(gòu)，布線簡(jiǎn)單，井下結(jié)構(gòu)短小，便于現(xiàn)場(chǎng)操作，測(cè)量精度高，可有 效的指導(dǎo)堵漏，并極大的節(jié)約了鉆井成本，減少了對(duì)地層的污染，本發(fā)明 還可以用于井中礦藏、油氣資源的勘探以及水文地質(zhì)、巖石構(gòu)造的勘查。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本發(fā)明接收線圈9、瞬變電磁接收電路板7的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理做進(jìn)一步詳細(xì)敘述。 參照?qǐng)D1， 一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置，由地面結(jié)構(gòu)和井下結(jié)構(gòu) 兩部分組成，地面結(jié)構(gòu)包括鋪設(shè)于地面的矩形回線1，矩形回線1的兩端 分別與發(fā)射機(jī)2的脈沖電源輸出端相連；井下結(jié)構(gòu)下放到井孔3中，包括
鉆桿4,鉆桿4上配置有瞬變電磁接收結(jié)構(gòu)5和超聲波傳感器測(cè)量鉆井液 流速結(jié)構(gòu)6。 .
所述的瞬變電磁接收結(jié)構(gòu)5包括接收線圈9及外部的保護(hù)件10，接收 線圈9的接線端分別與瞬變電磁接收電路板7的接線端相連接，電池組8 與瞬變電磁接收電路板7連接供電。
所述的測(cè)量鉆井液流速結(jié)構(gòu)6上安裝有超聲波傳感器12、 13、超聲波 傳感器12、 13的輸出信號(hào)端子連接到鉆井液流速測(cè)量電路板11上，電池 組14與鉆井液流速測(cè)量電路板11連接供電。
所述的超聲波傳感器12、 13中心線共軸并且與井軸平行。
所述的矩形回線.l為瞬變電磁的發(fā)射線圈，其邊長(zhǎng)根據(jù)鉆井深度來確 定，且與大地絕緣。
參照?qǐng)D2，接收線圈9包含三個(gè)互相垂直的線圈9a、 9b、 9c，瞬變電 磁接收電路板7包括與接收線圈9相連接的前端信號(hào)調(diào)理電路15、前端信 號(hào)調(diào)理電路15的輸出端與浮點(diǎn)放大電路16的輸入端連接、浮點(diǎn)放大電路 16的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路17的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電 路17的輸出端連接DSP電路19的輸入端，DSP電路19的存儲(chǔ)輸出端與 存儲(chǔ)電路21相連接，CPLD電路18與浮點(diǎn)放大電路16、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路17和DSP電路19連接，DSP電路19與通信接口電路20的串口通信 接口相連接，電源電路22輸出的低電源電壓連接到DSP電路19和CPLD 電路18的電源管腳上。
本發(fā)明的工作原理是矩形回線l內(nèi)通入脈沖電流信號(hào)，該脈沖電流信 號(hào)由發(fā)射機(jī)2提供，井下結(jié)構(gòu)下入到井孔3中，超聲波傳感器12、 13通過測(cè) 量超聲波在鉆井液中傳播的時(shí)間差，進(jìn)而測(cè)量測(cè)量出井孔內(nèi)鉆井液的流速， 并將測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)在鉆井液流速測(cè)量電路板ll的存儲(chǔ)器中，裝置提到地面 后通過電路板ll的通信接口，把數(shù)據(jù)輸出到計(jì)算機(jī)，利用地面數(shù)據(jù)處理軟 件分析，繪制出鉆井液流速與深度的關(guān)系曲線，從而確定出鉆井液漏失的 位置；漏失處地層特性探測(cè)采用瞬變電磁的原理，發(fā)射機(jī)2發(fā)出電流脈沖信 號(hào)，并且頻率可調(diào)，井下的接收線圈9接收到的是瞬變電磁經(jīng)過地層的二次 場(chǎng)信號(hào)，該信號(hào)送到前端信號(hào)調(diào)理電路15，完成前置放大和濾波處理后， 送到浮點(diǎn)放大電路16，放大的信號(hào)輸入到16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路17 中，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到與模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D) 電路17連接的DSP電路19中，在DSP中進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DSP 電路19的存儲(chǔ)器電路21中，模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路17的工作時(shí)序是由CPLD 電路18提供，電源電路22供電由電池組8提供。裝置提到地面后，通過瞬變 電磁接收電路板7上的通信接口電路20，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，利用瞬變 電磁地面數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)分析，從而得出鉆井液漏失處的地層特性。
權(quán)利要求
1、一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置，由地面結(jié)構(gòu)和井下結(jié)構(gòu)兩部分組成，其特征在于，地面結(jié)構(gòu)包括鋪設(shè)于地面的矩形回線(1)，矩形回線(1)的兩端分別與發(fā)射機(jī)(2)的脈沖電源輸出端相連；井下結(jié)構(gòu)下放到井孔(3)中，包括鉆桿(4)，鉆桿(4)上配置有瞬變電磁接收結(jié)構(gòu)(5)和超聲波傳感器測(cè)量鉆井液流速結(jié)構(gòu)(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置，達(dá)到測(cè)量 鉆井液漏失位置和漏失處地層特性的目的，其特征在于，所述的瞬變電磁 接收結(jié)構(gòu)(5)包括接收線圈(9)及外部的保護(hù)件(10)，接收線圈(9) 的接線端分別與瞬變電磁接收電路板(7)的接線端相連接，電池組(8) 與瞬變電磁接收電路板(7)連接供電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置，其特征在 于，所述的測(cè)量鉆井液流速結(jié)構(gòu)(6)上安裝有超聲波傳感器(12)、 (13)、 超聲波傳感器(12)、 (13)的輸出信號(hào)端子連接到鉆井液流速測(cè)量電路板(11)上，電池組(14)與鉆井液流速測(cè)量電路板(11)連接供電。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置，其特征在 于，所述的瞬變電磁接收電路板(7)，包括與接收線圈(9)相連接的前端 信號(hào)調(diào)理電路(15.)、前端信號(hào)調(diào)理電路(15)的輸出端與浮點(diǎn)放大電路(16) 的輸入端連接、浮點(diǎn)放大電路(16)的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路(17)的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路(17)的輸出端連接的DSP電路 (19)的輸入端，DSP電路(19)的存儲(chǔ)輸出端與存儲(chǔ)電路(21)相連接， CPLD電路(18)與模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路(17)、 DSP電路(19)和浮點(diǎn)放大電路(16)連接，DSP電路(19)與通信接口電路(20)的串口通信 接口相連接，電源電路(22)輸出的低電源電壓連接到DSP電路(19)和 CPLD電路(18)的電源管腳上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置，其特征在 于，所述的超聲波傳感器(12)、 (13)中心線共軸并且與井軸平行。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置，其特征在 于，所述的矩形回線(1)為瞬變電磁的發(fā)射線圈，且與大地絕緣。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置，其特征在 于，所述的接收線圈(9)至少有一個(gè)，且接收線圈(9)包含三個(gè)互相垂 直的線圈(9ax (9bK(9cl
全文摘要
一種瞬變電磁法鉆井液測(cè)漏裝置，由地面結(jié)構(gòu)和井下結(jié)構(gòu)兩部分組成，地面結(jié)構(gòu)包括鋪設(shè)于地面的矩形回線1，矩形回線1的兩端分別與發(fā)射機(jī)2的脈沖電源輸出端相連；井下結(jié)構(gòu)下放到井孔3中，包括鉆桿4，鉆桿4上配置有瞬變電磁接收結(jié)構(gòu)5和超聲波傳感器測(cè)量鉆井液流速結(jié)構(gòu)6，采用超聲波傳感器測(cè)鉆井液流速，來判斷漏失的位置，同時(shí)利用瞬變電磁法探測(cè)漏失處的地層特性，以更好的指導(dǎo)堵漏措施，采用的兩種測(cè)量方法相互補(bǔ)充，相互印證，具有結(jié)果直觀、測(cè)量精度高、操作方便，可有效的指導(dǎo)堵漏，并極大的節(jié)約了鉆井成本，減少了對(duì)地層污染的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B47/10GK101446194SQ20081023653
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者任志平, 黨瑞榮, 高國(guó)旺 申請(qǐng)人:西安石油大學(xué)