專利名稱：井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油氣資源勘探的井下流體分析儀，尤其涉及一種采用人工放 射源，在井下直接對(duì)樣品進(jìn)行分析并實(shí)現(xiàn)分析數(shù)據(jù)預(yù)處理的井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析 儀，屬于石油勘探技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石油是多種工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料，其供應(yīng)量關(guān)系到國(guó)計(jì)民生。根據(jù)研究，2008年 我國(guó)對(duì)國(guó)外石油資源的依賴程度為47.9%，即石油供應(yīng)的將近一半需要依賴國(guó)外進(jìn)口。面 對(duì)這種情況，迫切需要在石油勘探上取得重大突破，探明更多的儲(chǔ)量，以減小石油供應(yīng)的缺石油埋藏在地下幾十米到幾千米深度不等的有孔隙、裂縫或溶洞的巖石中。為了 尋找和開(kāi)采石油，需要從地面向地下的油氣層之間鉆鑿出一個(gè)通道，這個(gè)過(guò)程被稱為鉆井。 鉆井作業(yè)時(shí)，依靠鉆機(jī)的動(dòng)力帶動(dòng)鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)，鉆頭逐次向下破碎遇到的巖層，并形成 一個(gè)井筒。鉆頭到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，要在井筒內(nèi)下入儀器進(jìn)行測(cè)井作業(yè)，以便確定井下地層巖 性和各個(gè)油、氣、水層的位置。石油測(cè)井是利用聲、電、核、磁等學(xué)科原理，大量應(yīng)用現(xiàn)代新材料、新工藝、微電子 和計(jì)算機(jī)技術(shù)，在高溫、高壓的井筒環(huán)境對(duì)地層進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)，是精確了解地層構(gòu)造和地 層組分，尋找油氣資源并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要手段。隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，其對(duì)象 也越來(lái)越復(fù)雜。測(cè)井作為石油勘探開(kāi)發(fā)的重要技術(shù)手段，其地位和作用也日益彰顯。目前使用較為普遍的測(cè)井技術(shù)包括隨鉆測(cè)井、核磁共振測(cè)井、過(guò)套管測(cè)井、電纜測(cè) 井等。此外，有的公司還研制出了多極子聲波、多分量感應(yīng)、油基泥漿電阻率成像等新型井 下儀器。但是，這些技術(shù)仍然存在一定的不足，例如在現(xiàn)有的電纜測(cè)井儀器中，常見(jiàn)的樣品 分析做法有兩種1.將要分析的地層樣品從高溫高壓的幾千米井下取出到地面，送回到基 地的分析化驗(yàn)中心，在常溫常壓狀態(tài)下，使用常規(guī)方法進(jìn)行各種物理、化學(xué)方面的分析化 驗(yàn)。2.將分析樣品在井下直接進(jìn)行光譜或核磁共振的方法進(jìn)行分析。這兩種方法的不足之 處在于第1種方法完全破壞了樣品的高溫高壓狀態(tài)，由于要將樣品從井下取出，送到工作 基地，時(shí)效差，風(fēng)險(xiǎn)也大，每次只能分析2 3個(gè)樣品，作業(yè)周期長(zhǎng)，非常不經(jīng)濟(jì)。第2種方 法雖然保持了樣品的原始狀態(tài)，但由于使用光譜或核磁共振的方法使儀器可獲得的信息有 限，并和常規(guī)測(cè)井方法的關(guān)聯(lián)度較差。因此，廣大石油勘探企業(yè)亟需一種具有中子發(fā)生器等人工放射源、能夠高速、有效 地分析井下樣品的新型儲(chǔ)層流體分析儀問(wèn)世。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足和國(guó)內(nèi)石油勘探企業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求，本發(fā)明所要解決的 技術(shù)問(wèn)題在于提供一種新型的井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀。該儀器采用人工放射源， 可以直接在井下對(duì)樣品進(jìn)行分析并實(shí)現(xiàn)分析數(shù)據(jù)預(yù)處理。
為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案一種井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀，其特征在于所述井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀包括通信及控制部分、取樣及樣品處理部 分、核探測(cè)器、樣品數(shù)據(jù)分析中心和樣品腔、人工放射源和放射性源控制器；所述通信及控制部分一方面通過(guò)測(cè)井電纜與地面相連接，另一方面分別連接取樣 及樣品處理部分、核探測(cè)器、樣品數(shù)據(jù)分析中心和放射性源控制器，所述放射性源控制器連 接人工放射源；所述取樣及樣品處理部分中具有取樣器，所述取樣器采集樣品，將所述樣品放入所述樣品腔中進(jìn)行分析，分析完畢之后將樣品推出所述樣品腔。其中，所述人工放射源為中子發(fā)生器。所述中子發(fā)生器封閉在樣品腔后方的一個(gè)腔體內(nèi)，一端通過(guò)減震橡膠、另外一端 通過(guò)減震彈簧與腔體內(nèi)部接觸以實(shí)現(xiàn)固定。所述閉合腔體的前端為樣品腔，后端是可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞。所述取樣及樣品處理部分、樣品數(shù)據(jù)分析中心和放射性源控制器分別使用獨(dú)立的 微處理器進(jìn)行控制。所述井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀還包括用于判斷樣品是否是地層原液的樣 品識(shí)別器，所述樣品識(shí)別器與所述通信及控制部分進(jìn)行連接。所述樣品識(shí)別器包括放大器、恒流源和四個(gè)電極，其中兩個(gè)電極連接所述放大器， 另外兩個(gè)電極連接所述恒流源。本發(fā)明所提供的井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀將對(duì)樣品的分析完全放在井下 完成，一次下井可以分析多個(gè)樣品，分析過(guò)程中完全保持樣品原樣，從而使分析結(jié)果最接近 真實(shí)情況；采用高速嵌入式工業(yè)控制和數(shù)據(jù)分析計(jì)算，配合元素譜圖對(duì)樣品進(jìn)行詳細(xì)的分 析，并將數(shù)據(jù)送地面顯示，操作過(guò)程十分便利。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1為安裝有本井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀的測(cè)井儀器的儀器串圖；圖2為本井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀的各部分連接關(guān)系示意圖；圖4為本井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀的具體電路原理圖；圖5為用于判斷樣品是否是地層原液的樣品識(shí)別器的原理示意圖；圖6為在井下完成取樣和棄樣操作的取樣器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1為安裝有本井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀的測(cè)井儀器的儀器串圖。在該測(cè) 井儀器中，首端順序連接的1、2、3、4和5部分即為本井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀(簡(jiǎn) 稱為流體分析儀)，尾端通過(guò)測(cè)井電纜與位于地面的通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行信息交換， 在該流體分析儀的后端是執(zhí)行張力測(cè)量、溫度測(cè)量、泥漿電阻率測(cè)量、自然伽馬(自然電 位)測(cè)量、數(shù)據(jù)通信等功能的多個(gè)儀器。這些儀器都是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟悉的常規(guī)儀器，在此就不詳細(xì)贅述了。在這些儀器與測(cè)井電纜之間，是一個(gè)起著快速機(jī)電連接作用的馬 籠頭。該馬籠頭也是本領(lǐng)域一般技術(shù)人員都很熟悉的常規(guī)設(shè)計(jì)，例如專利號(hào)為03252767. 5 的中國(guó)實(shí)用新型專利就介紹了一種電極、電纜測(cè)井馬籠頭。圖2所示為本流體分析儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖。其中的通信及控制部分即為圖1中 的第1部分，其作用在于完成井下主通信系統(tǒng)或地面通信系統(tǒng)的信息交換，同時(shí)完成對(duì)井 下各功能部件的控制和信息采集；取樣及樣品處理部分對(duì)應(yīng)著圖1中的第2部分，其作用在 于完成對(duì)地層和地層液體的樣品采集，并將用過(guò)的樣品進(jìn)行合適的處理；核探測(cè)器、樣品數(shù) 據(jù)分析中心和樣品腔對(duì)應(yīng)著圖1中的第3部分，其中核探測(cè)器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各種元素的非彈 性和彈性及俘獲譜的采集，樣品數(shù)據(jù)分析中心用于實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的采集、分析和計(jì)算，樣 品腔用來(lái)存放取樣器取回到儀器中的泥漿樣品或地層及地層液樣品。在樣品腔的周圍可以 放置2 3種放射性屏蔽材料。人工放射源對(duì)應(yīng)著圖1中的第4部分；而放射性源控制器 對(duì)應(yīng)著圖1中的第5部分。這兩部分的作用在于完成放射性粒子的產(chǎn)生，并在放射性源控 制器的協(xié)助下，得到合適的放射性射線去轟擊樣品。上述各部分之間的連接關(guān)系如圖3所示，其中通信及控制部分一方面通過(guò)圖1所 示的測(cè)井電纜與地面相連接，另一方面分別連接取樣及樣品處理部分、核探測(cè)器及樣品數(shù) 據(jù)分析中心和放射性源控制器。放射性源控制器連接人工放射源。該人工放射源向樣品腔 中的樣品發(fā)射高能射線，該高能射線由核探測(cè)器接收之后，由樣品數(shù)據(jù)分析中心對(duì)其進(jìn)行 分析和處理，并將有關(guān)的結(jié)果通過(guò)前述的通信及控制部分上傳給地面。取樣及樣品處理部 分中具有取樣器。該取樣器采集測(cè)井儀器側(cè)壁的儲(chǔ)層流體樣品，將其放入樣品腔中進(jìn)行分 析，分析完畢之后將樣品推出樣品腔，以便讓空出的樣品腔能夠容納新的樣品。
圖4所示為本流體分析儀的具體電路原理圖。針對(duì)井下工作的特殊需 要(常用的 測(cè)井電纜總共只有七根線，數(shù)據(jù)傳輸存在傳輸速率低、帶寬窄等瓶頸問(wèn)題，因此應(yīng)盡量減少 內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸)，分別采用了專用于液壓控制的微處理器(圖示為CPU，下同)、專用于數(shù) 據(jù)分析和探測(cè)處理的微處理器和專用于控制放射性源控制器的微處理器。這些微處理器都 與上述的通信及控制部分進(jìn)行連接。其中，用于液壓控制的微處理器控制有關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路 和液壓執(zhí)行電路執(zhí)行推靠、回縮、取樣、棄樣等操作。用于數(shù)據(jù)分析和探測(cè)處理的微處理器 向光電倍增管發(fā)出高壓控制信號(hào)，并接收光電倍增管返回的脈沖信號(hào)。用于控制放射性源 控制器的微處理器向放射性源的控制電路發(fā)出高壓控制信號(hào)和電離控制信號(hào)。中子通量檢 測(cè)器的通量檢測(cè)結(jié)果將返回給該微處理器。在本發(fā)明中，所使用的人工放射源優(yōu)選為中子發(fā)生器，但也可以是镅鈹源、伽馬源 等發(fā)出射線的放射源。以采用中子發(fā)生器為例，中子發(fā)生器產(chǎn)生所需能量的中子束，轟擊樣 品。該中子發(fā)生器由相應(yīng)的控制電路完成對(duì)中子產(chǎn)額和穩(wěn)定性的控制。在測(cè)井時(shí)，中子發(fā)生 器隨井下儀器放入鉆孔中由中子發(fā)生器放出的快中子經(jīng)過(guò)一系列碰撞而減弱到熱能狀態(tài)， 再經(jīng)過(guò)一定距離的擴(kuò)散，最后被吸收。由于氫對(duì)中子具有特別大的減速能力，所以巖石的減 速性質(zhì)主要由巖層中含氫量的多少?zèng)Q定。中子測(cè)井可以用來(lái)尋找具有特殊中子性質(zhì)的礦產(chǎn) (如硼)和研究巖層的孔隙度，以及根據(jù)氯的含量區(qū)別油水層。本流體分析儀的工作過(guò)程是這樣的當(dāng)流體分析儀進(jìn)入井下的目的層位后，在地面的控制下對(duì)目的層進(jìn)行取樣首先 由地面工程師操控儀器，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)。先對(duì)井筒泥漿進(jìn)行引采樣，并進(jìn)行樣品的分析，計(jì)算數(shù)據(jù)并存貯，然后棄樣品對(duì)井壁推靠封隔，采集地層樣品。在采集的同時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行分析判斷。若為地層原樣，則啟動(dòng)分析程序，分析樣品，如此循環(huán)。分析的數(shù)據(jù)由流體分析儀的 通信部分送地面，地面給下井儀的數(shù)據(jù)和指令也通過(guò)通信部分送達(dá)井下儀。在工作過(guò)程中，流入流體分析儀的液體樣品，是不是地層原液由裝在流體分析儀 內(nèi)部的樣品識(shí)別器來(lái)識(shí)別，其原理如圖5所示。由恒流源給1號(hào)和4號(hào)電極供電，在樣品流 管內(nèi)形成電流通路，當(dāng)電流流過(guò)3號(hào)、4號(hào)電極時(shí)，形成電位差，該電位差送入放大器中進(jìn)行 放大，當(dāng)電流一定時(shí)，通過(guò)測(cè)量流過(guò)3號(hào)、4號(hào)電極的電壓可求得3號(hào)、4號(hào)之間的電阻。
<formula>formula see original document page 6</formula>所測(cè)的樣品電阻率，可由下式來(lái)計(jì)算r = k · RK是一個(gè)和樣品管直徑和3號(hào)、4號(hào)電極距離有關(guān)的系數(shù)，通過(guò)理論計(jì)算或刻度可 以確定，由此計(jì)算出樣品管中的樣品電阻率，用以判別是否是泥漿，泥漿濾液或是地層原 液。本流體分析儀還有一個(gè)重要特點(diǎn)在于取樣器能夠在井下完成取樣和棄樣的操作。 如圖6所示，中子發(fā)生器封閉在樣品腔后方的一個(gè)閉合腔體內(nèi)。在閉合腔體的內(nèi)部，中子發(fā) 生器一端通過(guò)減震橡膠、另外一端通過(guò)減震彈簧與腔體內(nèi)部相接觸，從而實(shí)現(xiàn)固定。該閉合 腔體的前端為樣品腔，后端是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞。這樣，通過(guò)液壓控制的活塞的 往復(fù)運(yùn)動(dòng)，中子發(fā)生器隨閉合腔體整體進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞后退時(shí)，樣品腔的空間擴(kuò)大， 可以容納新的樣品；當(dāng)活塞前進(jìn)時(shí)，樣品腔的空間縮小，從而將原有的樣品向外擠出。在完成取樣和棄樣的操作時(shí)，首先判斷進(jìn)入流體分析儀樣品管路中的液體是否為 地層原液。如果是則由液壓控制系統(tǒng)控制關(guān)閉樣品腔排除口閥門，打開(kāi)樣品腔進(jìn)入口閥門， 在A 口輸入高壓液壓油流，B 口接油箱，活塞向下運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)樣品腔，當(dāng)樣品腔達(dá)到全部打開(kāi) 后，開(kāi)啟中子發(fā)生器進(jìn)行樣品轟擊，分析樣品元素。分析結(jié)束后，關(guān)閉樣品腔進(jìn)口，打開(kāi)樣品 腔排除口，在B 口送高壓油流，A 口接油箱，活塞向上運(yùn)動(dòng)，將原有樣品擠出，為下次樣品的 采取做好準(zhǔn)備。與現(xiàn)有的類似產(chǎn)品相比較，本發(fā)明所提供的流體分析儀可以將樣品在井下保持原 狀進(jìn)行分析，一次下井可以分析多個(gè)樣品，分析過(guò)程中完全保持樣品原樣，從而使分析結(jié)果 最接近真實(shí)情況。所獲得的分析數(shù)據(jù)在井下進(jìn)行了預(yù)處理，在地面進(jìn)一步處理后可以直接 顯示結(jié)果供地質(zhì)學(xué)家參考。以上對(duì)本發(fā)明所提供的井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。對(duì)本 領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的前提下對(duì)它所做的任何顯而易見(jiàn)的 改動(dòng)，都將構(gòu)成對(duì)本發(fā)明專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求
一種井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀，其特征在于所述井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀包括通信及控制部分、取樣及樣品處理部分、核探測(cè)器、樣品數(shù)據(jù)分析中心和樣品腔、人工放射源和放射性源控制器；所述通信及控制部分一方面通過(guò)測(cè)井電纜與地面相連接，另一方面分別連接取樣及樣品處理部分、核探測(cè)器、樣品數(shù)據(jù)分析中心和放射性源控制器，所述放射性源控制器連接人工放射源；所述取樣及樣品處理部分中具有取樣器，所述取樣器采集樣品，將所述樣品放入所述樣品腔中進(jìn)行分析，分析完畢之后將樣品推出所述樣品腔。
2.如權(quán)利要求1所述的井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀，其特征在于所述人工放射源為中子發(fā)生器。
3.如權(quán)利要求2所述的井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀，其特征在于所述中子發(fā)生器封閉在樣品腔后方的一個(gè)腔體內(nèi)，一端通過(guò)減震橡膠、另外一端通過(guò) 減震彈簧與腔體內(nèi)部接觸以實(shí)現(xiàn)固定。
4.如權(quán)利要求2所述的井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀，其特征在于所述閉合腔體的前端為樣品腔，后端是可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞。
5.如權(quán)利要求1所述的井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀，其特征在于所述取樣及樣品處理部分、樣品數(shù)據(jù)分析中心和放射性源控制器分別使用獨(dú)立的微處 理器進(jìn)行控制。
6.如權(quán)利要求1所述的井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀，其特征在于所述井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀還包括用于判斷樣品是否是地層原液的樣品識(shí) 別器，所述樣品識(shí)別器與所述通信及控制部分進(jìn)行連接。
7.如權(quán)利要求6所述的井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀，其特征在于所述樣品識(shí)別器包括放大器、恒流源和四個(gè)電極，其中兩個(gè)電極連接所述放大器，另外 兩個(gè)電極連接所述恒流源。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種井下人工放射性儲(chǔ)層流體分析儀，安裝在測(cè)井儀器中，包括通信及控制部分、取樣及樣品處理部分、核探測(cè)器、樣品數(shù)據(jù)分析中心和樣品腔、人工放射源和放射性源控制器。其中通信及控制部分一方面通過(guò)測(cè)井電纜與地面相連接，另一方面分別連接取樣及樣品處理部分、核探測(cè)器、樣品數(shù)據(jù)分析中心和放射性源控制器，放射性源控制器連接人工放射源；取樣及樣品處理部分中具有取樣器，取樣器采集樣品，將樣品放入樣品腔中進(jìn)行分析，分析完畢之后將樣品推出樣品腔。本發(fā)明將對(duì)樣品的分析完全放在井下完成，一次下井可以分析多個(gè)樣品，分析過(guò)程中完全保持樣品原樣，從而使分析結(jié)果最接近真實(shí)情況。
文檔編號(hào)G01N23/09GK101832129SQ20091007942
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者張進(jìn)魁, 李英波, 陳君六 申請(qǐng)人:北京環(huán)鼎科技有限責(zé)任公司