一种随钻电成像探头间隙补偿装置和补偿方法与流程

1.本发明属于钻井测量领域，具体涉及一种随钻电成像探头间隙补偿装置和补偿方法。


背景技术：

2.随钻测井在油田发中的应用越来越多，随钻测井技术是在钻井的同时完成测井作业，并将测量结果和钻井信息实时送到地面进行处理和应用。随钻测井可以为后期地层评价与准确评估提供可靠的岩石物理信息，从而提供了地层评价的准确性，并同时提供及时的测井数据，提升了评价的时效性。
3.随钻测井的技术有随钻电、声、核测井系列，也有随钻井径、随钻地层压力、随钻核磁共振测井以及随钻地震等。其中，随钻电阻率测量是在钻井过程中得到，相比电缆测井更容易受到地层厚度、泥浆侵入、仪器偏斜等多种因素的影响。随钻电成像测量因为其测量探头与井壁有一定间隙，该间隙随着钻具旋转不断变化，影响井壁电阻率的成像效果。然而，现有的随钻电成像仪器无法实时测量成像探头周围的泥浆电阻率，也无法实时测量成像探头与井壁之间的间隙，即不能进行间隙补偿。所以，随钻电成像仪器测测得的井壁电阻率图像由于探头与井壁之间的泥浆影响，并不能真实地反映井壁电阻率信息。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种随钻电成像探头间隙补偿装置和补偿方法，可以消除随钻电阻率测量时的泥浆电阻率与探头间隙的影响，并对井壁电阻率进行校正。
5.本发明一方面提供了一种随钻电成像探头间隙补偿装置，包括钻铤本体、安装于钻铤本体外壁的供电装置和连接供电装置的测量电路，钻铤本体的外壁还安装有多个测量探头，测量探头通过信号传输线连接测量电路，其特征在于：测量探头包括电成像测量探头、泥浆电阻率测量探头、超声间隙测量探头和方位电阻率测量探头，超声间隙测量探头和泥浆电阻率测量探头沿着钻铤本体的轴向分别与方位电阻率测量探头、电成像测量探头靠近安装。
6.可选地，方位电阻率测量探头与电成像测量探头、泥浆电阻率测量探头与超声间隙测量探头分别沿着钻铤本体的径向或轴向靠近设置。
7.可选地，供电装置为无线电能传输装置，包括激励线圈、固定底座和线圈保护套，用于对多个测量探头同时供电，钻铤本体对应供电装置设置有安装槽。
8.可选地，钻铤本体包括位于激励线圈上部的线圈上部钻铤和位于激励线圈下部的线圈下部钻铤，无线电能传输装置还包括绝缘环，绝缘环设置于线圈保护套和线圈下部钻铤之间。
9.可选地，绝缘环还延伸至安装槽内，并位于激励线圈的下方。
10.可选地，钻铤本体对应供电装置、测量电路和多个探头设置有径向过线孔，钻铤本
体内设置有轴向过线孔，信号传输线分别穿过径向过线孔与轴向过线孔，实现信号传输线在钻铤本体内部的电路联接布置。
11.可选地，泥浆电阻率测量探头与超声间隙测量探头分别设置于钻铤本体的外壁开槽内，钻铤本体在开槽处设置有直径减小的环槽。
12.可选地，泥浆电阻率测量探头与超声间隙测量探头通过螺钉固定于钻体本体的外壁开槽内，开槽内设置有多个密封圈。
13.可选地，钻铤本体的外壁上靠近电成像测量探头和方位电阻率测量探头分别设置有耐磨带。
14.本发明另一方面提供了利用随钻电成像探头间隙补偿装置实施的补偿方法，包括：
15.电成像测量探头测量其与井壁之间的第一井壁电阻率，方位电阻率测量探头测量其与井壁之间的第二井壁电阻率；
16.泥浆电阻率测量探头实时测量其与井壁之间间隙中泥浆的泥浆电阻率；超声间隙测量探头实时测量其与井壁之间的井壁间隙距离；
17.根据实时测量的泥浆电阻率、井壁间隙距离对第一井壁电阻率进行校正，以消除电成像测量探头和井壁之间泥浆与间隙的影响；根据实时测量的泥浆电阻率、井壁间隙距离对第二井壁电阻率进行校正，以消除方位电阻率测量探头和井壁之间泥浆与间隙的影响。
18.由上述技术方案可知，本发明提供的随钻电成像探头间隙补偿装置和补偿方法，具有以下优点：
19.本发明在成像探头周围设计有泥浆电阻率测量探头，可实时测量成像探头周围的泥浆电阻率，在成像探头周围设计有超声间隙测量探头，可实时测量成像探头与井壁之间的间隙距离。利用实时测得的成像探头周围的泥浆电阻率以及成像探头与井壁之间的间隙，对井壁电阻率成像进行校正，消除了泥浆与间隙的影响，提升了井壁电阻率图像准确性。
附图说明
20.图1为根据本发明实施例的随钻电成像探头间隙补偿装置结构示意图；
21.图2为图1中a部的放大图；
22.图3为图1中b部的放大图；
23.图4为根据本发明实施例的随钻电成像探头间隙补偿装置实施的补偿方法流程示意图。
24.附图标记：1、线圈上部钻铤；2、线圈保护套；3、激励线圈；4、绝缘环；5、线圈下部钻铤；6、耐磨带；7、方位电阻率测量探头；8、插针；9、井壁间隙；10、泥浆电阻率测量探头；11、插针；12、保护盖；13、超声间隙测量探头；14、插针；15、电成像测量探头；16、信号输出线束；17、承压盖板；18、测量电路；19、地层；20、安装槽。
具体实施方式
25.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种随钻
电成像探头间隙补偿装置和补偿方法作进一步详细的描述。
26.如图1所示为本实施例中的随钻电成像探头间隙补偿装置，包括钻铤本体、安装于钻铤本体外壁的供电装置和连接供电装置的测量电路18，钻铤本体的外壁还安装有多个测量探头，测量探头通过信号传输线连接测量电路18，其特征在于：测量探头包括电成像测量探头15、泥浆电阻率测量探头10、超声间隙测量探头13和方位电阻率测量探头7，超声间隙测量探头13和泥浆电阻率测量探头10沿着钻铤本体的轴向分别与方位电阻率测量探头7、电成像测量探头15靠近安装。
27.由于电成像测量探头15、方位电阻率探头7与地层19之间存在间隙(术语称之为环空)，该间隙会随着钻铤旋转、下钻的过程不断变化，并且间隙中充满钻井的泥浆。充满钻井泥浆的环空间隙会对电阻率的测量结果造成一定的影响，影响的程度与电成像测量探头15、方位电阻率探头7到井壁间隙的大小以及泥浆电阻率相关。泥浆电阻率测量探头10用于实时测量其与井壁之间间隙中泥浆的泥浆电阻率，超声间隙测量探头13用于实时测量其与井壁之间的井壁间隙距离。
28.在随钻测井过程中，供电装置18通过无线电能传输方式向电成像测量探头15、泥浆电阻率测量探头10、超声间隙测量探头13和方位电阻率测量探头7同时供电，上述的多个测量探头将得到的测量数据分别通过信号传输线传输至测量电路18，测量电路18将上述得到的测量数据存储并在出井后传输、或实时传输至数据监测中心进行分析处理，并基于分析处理的结果校正电成像测量探头15、方位电阻率测量探头7的测量数据。并且，可以为后期地层评价提供更准确、更可靠的信息，从而提高了地层评价的准确性和时效性，同时，在大斜度井，尤其大位移水平井中，可以为随钻测井提供准确的地质导向服务。
29.在一些实施例中，如图1所示，方位电阻率测量探头7与电成像测量探头15、泥浆电阻率测量探头10与超声间隙测量探头13分别沿着所述钻铤本体的径向或轴向靠近设置。方位电阻率测量探头7与电成像测量探头15沿着所述钻铤本体的径向或轴向靠近设置，在钻铤本体随钻测井旋转、下钻过程中与井壁保持相等的间隔距离，以减小在校正测量数据时探头与井壁间隙的影响。
30.在一些实施例中，如图1、图2所示，供电装置为无线电能传输装置，包括激励线圈3、固定底座和线圈保护套2，用于对多个测量探头同时供电，钻铤本体对应供电装置设置有安装槽20。
31.无线电能传输装置与测量探头相当于初级回路和次级回路，初级回路和次级回路之间通过无直接电气接触的耦合进行能量传输。激励线圈3采用螺绕环结构，向激励线圈3初级回路供交流电，则在线圈上部钻铤1与线圈下部钻铤5之间产生与激励线圈3相同频率的交流电压。在交流电压的作用下，对多个测量探头同时供电。
32.在一些实施例中，如图1所示，钻铤本体包括位于激励线圈3上部的线圈上部钻铤1和位于激励线圈3下部的线圈下部钻铤5，无线电能传输装置还包括绝缘环4，绝缘环4设置于线圈保护套2和线圈下部钻铤5之间。绝缘环4用于将线圈下部钻铤5与线圈保护套2电性绝缘，避免线圈上部钻铤1与线圈下部钻铤5之间短路，影响电成像探头15和方位电阻率测量探头7的测量效果。绝缘环4可采用由尼龙和玻璃纤维组成的复合材料，以满足耐高温、可靠的绝缘性能要求。绝缘环4也可为其他的绝缘材料，如聚四氟乙烯、脲醛树脂、醇酸树脂及缩醛树脂等。
33.在一些实施例中，如图1所示，绝缘环4还延伸至安装槽内，并位于激励线圈3的下方，当密封槽内的绝缘密封胶失效时，保证线圈上部钻铤1与线圈下部钻铤5之间绝缘。
34.在一些实施例中，如图1所示，钻铤本体对应供电装置、测量电路18和多个探头设置有径向过线孔，钻铤本体内设置有轴向过线孔，信号传输线分别穿过径向过线孔与轴向过线孔，实现信号传输线在钻铤本体内部的电路联接布置。供电装置和多个探头通过钻铤上的径向过线孔和轴向过线孔与测量电路18实现电连接。
35.在一些实施例中，如图1、图3所示，泥浆电阻率测量探头10与超声间隙测量探头13分别设置于钻铤本体的外壁开槽内，钻铤本体在开槽处设置有直径减小的环槽。在开槽处设置有直径减小的环槽可以增大泥浆电阻率探头10与井壁间隙，从而减小地层对泥浆电阻率测量的影响。
36.在一些实施例中，如图1、图3所示，10泥浆电阻率测量探头与超声间隙测量探头13通过螺钉固定于钻体本体的外壁开槽内，便于安装和更换泥浆电阻率测量探头10与超声间隙测量探头13，开槽内设置有多个密封圈，可避免泥浆进入对测量探头造成损坏。
37.在一些实施例中，如图1所示，钻铤本体的外壁上靠近电成像测量探头15和方位电阻率测量探头7分别设置有耐磨带6。耐磨带6具备耐泥浆腐蚀与较高硬度，采用硬乙丙橡胶材料，一方面可降低随钻过程中探头的磨损，另一方面也可减小随钻过程中的泥浆阻力。
38.在一些实施例中，公开了利用上述随钻电成像探头间隙补偿装置实施的补偿方法。由于充满钻井泥浆的环空间隙会对电阻率测量结果造成一定的影响，影响的程度与测量探头到井壁之间的间隙大小以及泥浆电阻率相关，因此，需要实时测量探头周围的泥浆电阻率以及测量探头与井壁之间的间隙，以对井壁电阻率成像进行校正，消除泥浆与间隙的影响，从而获得真实的井壁电阻率图像。具体地，如图4所示，包括以下步骤：
39.步骤s101，电成像测量探头15测量其与井壁之间的第一井壁电阻率，方位电阻率测量探头7测量其与井壁之间的第二井壁电阻率。
40.无线电能传输装置供电时在线圈上部钻铤1与线圈下部钻铤5之间产生相同的频率交流电压，方位电阻率测量探头7与下部钻铤5的电位相同，在电压作用下，电流从方位电阻率测量探头7流出，经过环空泥浆进入地层19，再向上回流到线圈上部钻铤1，通过检测流出方位电阻率测量探头7的电流，可以得到方位电阻率测量探头7与井壁之间的第二井壁电阻率。
41.电成像测量探头15的测量方法或原理与方位电阻率测量探头7基本相同，不再累述。
42.步骤s102，泥浆电阻率测量探头10实时测量其与井壁之间间隙中泥浆的泥浆电阻率；超声间隙测量探头13实时测量其与井壁之间的井壁间隙距离。
43.泥浆电阻率测量探头10实时测量其与井壁之间间隙中泥浆的泥浆电阻率。超声间隙测量探头13尽量靠近方位电阻率测量探头7安装，实时测量其与井壁之间的井壁间隙距离。
44.泥浆电阻率测量探头10向环空发出电流，经环空泥浆返回到钻铤本体，并通过测量流经泥浆电阻率测量探头10的电流值，计算环空泥浆电阻率，即泥浆电阻率测量探头10与井壁之间间隙中泥浆的泥浆电阻率。为消除环空泥浆的影响，泥浆电阻率测量探头10尽量靠近方位电阻率测量探头7安装。
45.超声间隙测量探头13向地层19发出超声波，超声波遇到井壁后返回到超声间隙测量探头13，通过测量回波时间计算超声间隙测量探头13到井壁的距离，从而计算超声间隙测量探头13与井壁之间的井壁间隙距离。为消除环空间隙的影响，超声探头尽量靠近方位电阻率测量探头安装。具体地，可通过钻井时间与深度数据、时间与工具面角数据，将超声间隙测量探头13位置与方位电阻率测量探头7位置相对应。
46.步骤s103，根据实时测量的泥浆电阻率、井壁间隙距离对第一井壁电阻率进行校正，以消除电成像测量探头15和井壁之间泥浆与间隙的影响；根据实时测量的泥浆电阻率、井壁间隙距离对第二井壁电阻率进行校正，以消除方位电阻率测量探头7和井壁之间泥浆与间隙的影响。
47.根据电成像测量探头15、方位电阻率测量探头7、泥浆电阻率测量探头10和超声间隙测量探头13的测量值，结合仪器正演仿真数据库，通过查表方式补偿泥浆电阻率和探头与井壁间隙对地层电阻率测量的影响。或者，借助如异常数据检测与修复等数据处理方法，根据得到泥浆电阻率、井壁间隙距离测量数据对已测得的井壁电阻率进行校正，补偿测量探头与井壁之间的间隙和泥浆对测量数据的影响，以提高方位电阻率测量精度与电阻率成像质量。
48.以异常数据检测与修复的数据处理方法为例，具体地，对测得的第一井壁电阻率和第二井壁电阻率进行筛选、采样和规范化处理，根据实时测量的泥浆电阻率、井壁间隙距离，对电成像测量探头15测得的第一井壁电阻率进行校正，对异常的数据进行检测、修复以及均衡化处理，以消除泥浆与间隙的影响，使得第一井壁电阻率成像图像中的特征具备连续性和均衡性，并获得真实的井壁电阻率图像。基于上述类似方法，根据实时测量的泥浆电阻率、井壁间隙距离对第二井壁电阻率进行校正，消除不同方位上测量数据的背景差异，以消除方位电阻率测量探头7和井壁之间泥浆与间隙的影响。
49.综上所述，本实施例中的随钻电成像探头间隙补偿装置和补偿方法，通过在成像探头周围设计有泥浆电阻率测量探头，可实时测量成像探头周围的泥浆电阻率，在成像探头周围设计有超声间隙测量探头，可实时测量成像探头与井壁之间的间隙距离。并利用实时测得的成像探头周围的泥浆电阻率以及成像探头与井壁之间的间隙，对井壁电阻率成像进行校正，消除了随钻电成像仪器测井作业时探头周围的泥浆与间隙的影响，以获得真实的井壁电阻率图像。
50.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。