專利名稱：方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油、天然氣鉆井作業(yè)的隨鉆測(cè)量裝置，特別涉及地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)中的方位中子孔隙度參數(shù)的隨鉆測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
方位中子孔隙度是地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)中用來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)地層評(píng)價(jià)、提供鉆井導(dǎo)向信息的重要地質(zhì)參數(shù)。方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量技術(shù)是在傳統(tǒng)電纜補(bǔ)償中子孔隙度測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是一種可以在鉆井過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量鉆孔周圍不同方位地層孔隙度的測(cè)量方法。在水平井和大斜度井的鉆井過(guò)程中，由于鉆孔周圍鉆遇地層在井身方向上往往是非軸對(duì)稱的，因此測(cè)量
井周方向360。范圍內(nèi)的方位孔隙度參數(shù)則尤為重要和必需。方位孔隙度測(cè)量數(shù)據(jù)不僅能夠通過(guò)分析各方位區(qū)的測(cè)量結(jié)果，獲得最佳的地層孔隙度數(shù)據(jù)；同時(shí)，通過(guò)方位數(shù)據(jù)取平均還可在大范圍內(nèi)平均不規(guī)則裂縫和碎屑孔隙度；此外，方位孔隙度測(cè)量數(shù)據(jù)還可用于實(shí)施井周地層孔隙度成像。
在美國(guó)專利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)(No. 4814609和No. 4879463)中公開(kāi)了包括中子孔隙度隨鉆測(cè)量在內(nèi)的早期的測(cè)量方法和裝置，方位中子孔隙度的測(cè)量是通過(guò)分布在相對(duì)中子源近距和遠(yuǎn)距的兩組中子探測(cè)器來(lái)完成的。中子孔隙度測(cè)量釆用的是同位素中子源(Am-Be中子源)，并釆取了防止中子源丟失的措施， 一旦裝置遇卡鉆時(shí)能夠及時(shí)打撈出中子源。但這種方法的缺點(diǎn)是在鉆具旋轉(zhuǎn)時(shí)，得不到方位中子孔隙度測(cè)量數(shù)據(jù)。
在美國(guó)專利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)(No. 5473158和No. 5513528)公開(kāi)的中子孔隙度隨鉆測(cè)量方法中，介紹了在旋轉(zhuǎn)鉆井時(shí)包括方位中子孔隙度參數(shù)在內(nèi)的隨鉆測(cè)量方法，通過(guò)方位數(shù)據(jù)的精確測(cè)量，將實(shí)時(shí)獲取的中子孔隙度數(shù)據(jù)作為方位角的函數(shù)。但從輻射和安全的角度來(lái)看，這兩種方法的共同問(wèn)題是，應(yīng)用在隨鉆測(cè)井中的同位素中子源更容易在鉆具卡在地層中時(shí)不幸丟失在井中，從而帶來(lái)操作安全和環(huán)保方面的巨大風(fēng)險(xiǎn)。
在中國(guó)授權(quán)的發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枮?5196200. O)中，W'A'路密斯等人公布了基于加速器中子源的中子孔隙度隨鉆測(cè)量方法，采用一個(gè)高能中子加速器，通過(guò)一個(gè)近中子探測(cè)器、 一個(gè)或多個(gè)中距的超熱中子探測(cè)器測(cè)量的中子通量輸出進(jìn)行計(jì)算，獲得與中子孔隙度有關(guān)的地層含氫指數(shù)和中子減速長(zhǎng)度等參數(shù)的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量可記錄為鉆孔深度和方位角兩者中至少一個(gè)的函數(shù)。這一裝置是一功能齊全的綜合性隨鉆測(cè)井系統(tǒng)，包括了所有的隨鉆測(cè)井方法，孔隙度測(cè)量只是其中的一項(xiàng)。然而由于這種裝置的設(shè)計(jì)是針對(duì)旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)的，在滑行鉆井的時(shí)便不能獲得井周全方位的孔隙度測(cè)量數(shù)據(jù)。并且這種裝置也不能進(jìn)行單一地質(zhì)參數(shù)的測(cè)量，比如單獨(dú)一項(xiàng)孔隙度測(cè)量就需動(dòng)用整個(gè)龐大的系統(tǒng)。另外，當(dāng)鉆具不旋轉(zhuǎn)時(shí)，所有參數(shù)的測(cè)量變?yōu)楣潭ǚ轿粶y(cè)量方式，無(wú)法獲得井周360°范圍內(nèi)的方位孔隙度數(shù)據(jù)，只能獲得一個(gè)固定方位的中子孔隙度測(cè)量數(shù)據(jù)，如果在此方位上，中子探測(cè)器倘若位于與井壁間隙較大的一側(cè)，則很難獲得準(zhǔn)確的地層孔隙度數(shù)據(jù)。
中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)(CN1851232A)中公開(kāi)的隨鉆中子孔隙度測(cè)井儀
不具備方位中子孔隙度測(cè)量能力。
在上述各種現(xiàn)有技術(shù)中，用于旋轉(zhuǎn)鉆井模式時(shí)井周方位測(cè)量的傳感器均須在鉆鋌上安裝獨(dú)立的方位測(cè)量傳感器或調(diào)用其他模塊的與方位有關(guān)的測(cè)量結(jié)果，如傾角測(cè)量等。而在全部鉆井井段內(nèi)，要獲得精確的方位測(cè)量數(shù)據(jù)需在測(cè)量探測(cè)器附近安裝相應(yīng)的磁力計(jì)和加速度計(jì)，而磁力計(jì)的安裝要求鉆鋌為無(wú)磁鉆鋌，并且磁力計(jì)的安裝要求也非常嚴(yán)格，需避開(kāi)一切其他電子器件的干擾。盡管如此，由于地磁相對(duì)比較弱，方位測(cè)量還是要受到各種電磁環(huán)境背景磁場(chǎng)的干擾，這是現(xiàn)有技術(shù)的共同缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有常規(guī)鉆井系統(tǒng)中，由于鉆具通常處于旋轉(zhuǎn)和滑行兩種鉆進(jìn)狀態(tài)，而現(xiàn)有的基于加速器中子源的中子孔隙度技術(shù)是針對(duì)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。本發(fā)明的目的在于提出一種基于加速器中子源的能適應(yīng)不同鉆井模式的模塊化方位中子孔隙度測(cè)量方法和裝置。提出的方法既適用于旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，也適用于滑行地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，而且適于用旋轉(zhuǎn)和滑行交替工作的地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的，基于加速器中子源的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量方法和裝置。此外，發(fā)明方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置目的還在于提供單獨(dú)的孔隙度地質(zhì)參數(shù)隨鉆測(cè)量，或者同其他測(cè)量裝置模塊一起完成多種地質(zhì)參數(shù)的隨鉆組合測(cè)量。解決目前方位角測(cè)量方法存在的問(wèn)題和周限。
本發(fā)明的目的是提供一種方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置，以達(dá)到兼顧隨鉆測(cè)量裝置的旋轉(zhuǎn)和滑行兩種情況，在任何鉆井模式下都可進(jìn)行的方位中子孔隙度測(cè)量的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置，安裝于地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)鉆具的上方，該裝置包括
一加速器中子源，固定在鉆鋌泥漿通道的中心軸線位置上；一快中子監(jiān)測(cè)探測(cè)器，安裝在屏蔽體靠近加速器中子源耙端的一側(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加速器中子源的輸出；
多個(gè)近中子探測(cè)器，間隔分布于鉆鋌壁靠近地層的圓周上；多個(gè)遠(yuǎn)中子探測(cè)器，間隔分布于鉆鋌壁靠近地層的圓周上；近中子探測(cè)器與加速器中子源的距離小于遠(yuǎn)中子探測(cè)器與加速器中子源的距離，每個(gè)近中子近探測(cè)器分別與一個(gè)遠(yuǎn)中子探測(cè)器位于上下同一縱向軸線上；
其中一對(duì)上下同一軸線上的近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器設(shè)定為參考探測(cè)器組；至少一方位測(cè)量電路板，與參考探測(cè)器組位于相同軸線上；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，用于各種參數(shù)的存儲(chǔ)；總控處理電路，根據(jù)方位測(cè)量電路測(cè)量的兩次方位數(shù)據(jù)差值是否大于預(yù)設(shè)判定值來(lái)判斷鉆具是處于旋轉(zhuǎn)模式或滑鉆模式，當(dāng)處于旋轉(zhuǎn)模式時(shí)，通過(guò)方位傳感器的測(cè)量、參考探測(cè)器組的測(cè)量得到不同方位的中子孔隙度。當(dāng)處于滑鉆模式時(shí)，通過(guò)分布于不同方位上的各個(gè)近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器的測(cè)量得到不同方位的中子孔隙度。通過(guò)不同方位的中子孔隙度求平均，還可得到井周地層的平均孔隙度。
還包括近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)調(diào)理電路，分別將近、遠(yuǎn)中子探
測(cè)器輸出的微弱信號(hào)調(diào)理為可供計(jì)數(shù)電路測(cè)量的脈沖信號(hào)；近、遠(yuǎn)中子方位計(jì)數(shù)率測(cè)量電路，通過(guò)所述脈沖信號(hào)在旋轉(zhuǎn)鉆井模式下對(duì)井周方位扇區(qū)內(nèi)熱
加速器中子源由中子管、中子管高壓電路和中子發(fā)射控制電路組成。加速器中子源通過(guò)多個(gè)支架固定在鉆鋌的泥漿通道內(nèi)，供電電壓和控制信號(hào)通過(guò)一個(gè)支架內(nèi)的導(dǎo)線孔輸出到所述加速器中子源。
加速器中子源的下方設(shè)置快中子屏蔽體，用于屏蔽進(jìn)入泥漿道的快中子。
方位測(cè)量電路采用單片磁阻式傳感器和單片加速度計(jì)。單片磁阻式傳感器為三軸磁阻式集成方位傳感器。
還包括數(shù)據(jù)和命令通信接口，接收來(lái)自上位機(jī)的控制命令，發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)到上位機(jī)；不間斷系統(tǒng)時(shí)鐘，用于測(cè)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄；系統(tǒng)供電電路，用于將復(fù)用電源線上的電源電壓變換為本模塊所需的低壓電源。
當(dāng)為旋轉(zhuǎn)模式時(shí)，近、遠(yuǎn)參考探測(cè)器的計(jì)數(shù)值分別存入各個(gè)計(jì)數(shù)區(qū)，在每區(qū)計(jì)數(shù)結(jié)束后，將計(jì)數(shù)值累加到相應(yīng)的方位計(jì)數(shù)累積區(qū)；當(dāng)一次深度獲取周期結(jié)束后，方位計(jì)數(shù)累積區(qū)的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)存到待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，并將方位數(shù)據(jù)區(qū)清零將待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)的計(jì)數(shù)值通過(guò)中子監(jiān)測(cè)輸出校正，進(jìn)行歸一化處理，并將各個(gè)方位區(qū)的孔隙度和井周平均孔隙度計(jì)算結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)或保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。當(dāng)為滑鉆模式時(shí)，直接將各計(jì)數(shù)值存入待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，然后進(jìn)行歸一化、計(jì)數(shù)率和孔隙度計(jì)算。
由此本發(fā)明的有益效果是方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置是地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的配套工具，因此測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)必須具有一定的針對(duì)性。在我國(guó)現(xiàn)有的常規(guī)鉆井系統(tǒng)中，鉆具通常處于旋轉(zhuǎn)和滑行兩種鉆進(jìn)狀態(tài)。而國(guó)外現(xiàn)有的基于加速器中子源的中子孔隙度隨鉆測(cè)量是針對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，因此，這種方法并不適用于當(dāng)鉆具處于滑行狀態(tài)下的情況。
本發(fā)明兼顧了隨鉆測(cè)量裝置的旋轉(zhuǎn)和滑行兩種情況，在任何鉆井模式下都可進(jìn)行的方位中子孔隙度測(cè)量。針對(duì)我國(guó)的國(guó)情，對(duì)于地質(zhì)情況相對(duì)比較簡(jiǎn)單，或處于經(jīng)濟(jì)的考慮，往往只需進(jìn)行少數(shù)地質(zhì)參數(shù)的測(cè)量，本發(fā)明設(shè)計(jì)成模塊化結(jié)構(gòu)，便于單獨(dú)測(cè)量或組合測(cè)量。
目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置，但是中子孔隙度卻是地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)地層評(píng)價(jià)非常重要和必需的地質(zhì)參數(shù)。因此，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，打破國(guó)外壟斷，研制適合我國(guó)國(guó)情的隨鉆測(cè)量裝置，武裝國(guó)內(nèi)鉆井工程隊(duì)伍，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是巨大的。


圖1是本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置在導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)中的位置
圖2是本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3是圖2中28-28處的截面圖，顯示加速器中子源在鉆鋌中的位置；
圖4是圖2中32-32處的截面圖，顯示近中子探測(cè)器在鉆鋌圓周的分
布；
圖5是本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量的電路原理框圖6是本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量的方位測(cè)量流程圖；以及
圖7是本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清晰易懂，下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
請(qǐng)參考圖1,圖1是本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置在導(dǎo)向鉆井
系統(tǒng)中的位置圖。本發(fā)明方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置5安裝于地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)1中，位于鉆頭2的上部，在鉆具3和鉆桿4之間。方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置5測(cè)量鉆孔8周圍的地層6，泥漿通道7貫穿于整個(gè)鉆井系統(tǒng)。
請(qǐng)參考圖2到圖4，圖2是本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中28-28處的截面圖，顯示加速器中子源在鉆鋌中的位置。圖4是圖2中32-32處的截面圖，顯示近中子探測(cè)器在鉆鋌圓周的分布。方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置5包括
(1) 承載裝置主體的普通鉆鋌20，泥漿液通道21位于鉆鋌中心。此外，鉆鋌20為非無(wú)磁鉆鋌。
(2) 釆用加速器中子源輻照鉆孔周圍地層，中子輸出通量可以通過(guò)一定電壓、頻率、寬度的電脈沖信號(hào)控制。加速器中子源22位于裝置的中心軸線位置，通過(guò)多個(gè)支架23固定在鉆鋌的泥漿通道內(nèi)；加速器中子源22由中子管和中子管高壓電路和控制電路組成；供電電壓和控制信號(hào)通過(guò)一個(gè)支架23內(nèi)的導(dǎo)線孔24輸出到加速器中子源22;中子管的靶端29位于加速器的下部。
(3) 加速器中子源22的下方為快中子屏蔽體30，用于屏蔽進(jìn)入泥漿道的快中子。
(4) 加速器中子源22的輸出通過(guò)快中子監(jiān)測(cè)探測(cè)器31進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，中子通量測(cè)量結(jié)果用于方位中子孔隙度校正?？熘凶颖O(jiān)測(cè)探測(cè)器31安裝在屏蔽體靠近加速器中子源22的靶端29 —側(cè)，中子監(jiān)測(cè)探測(cè)器31的輸出通過(guò)一個(gè)支架23中的導(dǎo)線孔24傳送給中子測(cè)量電路27a,然后通過(guò)總控電路27b對(duì)中子計(jì)數(shù)率測(cè)量進(jìn)行規(guī)一化處理。
(5) 在距中子源縱向較近位置的鉆鋌外壁圓周，間隔分布多個(gè)小尺寸中子探測(cè)器，稱近中子探測(cè)器組25。主要用于記錄來(lái)自井眼和周圍地層不同方位的熱中子通量計(jì)數(shù)，記錄的超熱中子主要反映井眼介質(zhì)對(duì)中子的減速情況。近中子探測(cè)器組陣列25間隔分布于鉆鋌壁靠近地層的圓周上，距中子源縱向的距離為25cm-40cm。中子探測(cè)器的數(shù)量根據(jù)所需的方位分辨率確定，數(shù)量范圍為4-20。
(6) 在距中子源縱向較遠(yuǎn)位置的鉆鋌外壁圓周，間隔分布多個(gè)大尺寸中子探測(cè)器，稱遠(yuǎn)中子探測(cè)器組26。主要用于記錄來(lái)自井眼和周圍地層不同方位的熱中子通量計(jì)數(shù)，記錄的超熱中子主要反映地層對(duì)中子的減速情況。遠(yuǎn)中子探測(cè)器組26間隔分布于鉆鋌壁靠近地層的圓周上，中子探測(cè)器的數(shù)量根據(jù)所需的方位分辨率確定。
(7) 近中子近探測(cè)器組25與遠(yuǎn)中子探測(cè)器組26中每個(gè)獨(dú)立的探測(cè)器分布在上下同一縱向軸線上。近中子近探測(cè)器組25與遠(yuǎn)中子探測(cè)器組26中，其中上下同一軸線上的一對(duì)探測(cè)器設(shè)定為參考探測(cè)器組，例如中子參考探測(cè)器25a和遠(yuǎn)中子參考探測(cè)器26a。并且，近中子參考探測(cè)器25a和遠(yuǎn)中子參考探測(cè)器26a與方位測(cè)量電路板27c安裝于同一軸線上。
(8) 方位測(cè)量電路27c中的方位角的測(cè)量采用單片磁阻式傳感器和單片加速度計(jì)，二者通過(guò)芯片焊接安裝于電路板上。
(9) 裝置的所有電子線路，如中子測(cè)量電路27a、控制電路27b和方位測(cè)量電路27c、電源和信號(hào)等傳輸線均安裝在鉆鋌壁中。
本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置，在滑行鉆井模式下，通過(guò)近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器組中各個(gè)不同方位上探測(cè)器的計(jì)數(shù)測(cè)量結(jié)果來(lái)計(jì)算各個(gè)方位的中子孔隙度。在旋轉(zhuǎn)鉆井模式下，通過(guò)參考探測(cè)器的中子計(jì)數(shù)測(cè)量，方位傳感器的測(cè)量，來(lái)推算不同方位的中子孔隙度。在旋轉(zhuǎn)模式下測(cè)量時(shí)，360度圓周被劃分成有限個(gè)方位扇區(qū)(比如8個(gè))。在一次孔隙度測(cè)量
(或一次深度獲取)間隔內(nèi)鉆具通常旋轉(zhuǎn)幾十圈，每旋轉(zhuǎn)一周，每個(gè)方位得到一個(gè)中子計(jì)數(shù)測(cè)量值。 一次深度獲取結(jié)束后，每個(gè)方位扇區(qū)的中子計(jì)數(shù)，是將每次旋轉(zhuǎn)得到的方位扇區(qū)計(jì)數(shù)進(jìn)行累加得到的。然后通過(guò)計(jì)算得到各個(gè)方位的計(jì)數(shù)率，進(jìn)而通過(guò)近、遠(yuǎn)計(jì)數(shù)率比值與孔隙度的函數(shù)關(guān)系將其換算為中子孔隙度。
請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5是本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量的電路原理框圖。方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量主要是通過(guò)裝置中的電子線路和各種測(cè)量傳感器在嵌入式處理器系統(tǒng)的管理下完成的。方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量電子線路的作用是將中子探測(cè)器組測(cè)量得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為中子孔隙度參數(shù)，然后將其存儲(chǔ)在儀器內(nèi)或輸出到傳輸單元。本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量的電路結(jié)構(gòu)包括-
1) 加速器中子源102，由中子發(fā)射單元、中子管高壓電路和中子發(fā)射控制電路組成；
2) 快中子監(jiān)測(cè)探測(cè)器104和快中子信號(hào)處理電路108，用于監(jiān)測(cè)加速器中子源發(fā)射的快中子通量；
3) 近中子探測(cè)器105和遠(yuǎn)中子探測(cè)器106，用于探測(cè)加速器中子源發(fā)射的快中子經(jīng)井眼和地層減速后的熱中子或超熱中子；
4) 近、遠(yuǎn)探測(cè)器計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)調(diào)理電路107，將探測(cè)器輸出的微弱信號(hào)調(diào)理為可供計(jì)數(shù)電路測(cè)量的脈沖信號(hào)；
5) 方位測(cè)量電路114，用于測(cè)量鉆井過(guò)程中探測(cè)器在井周相對(duì)于地磁北或工具高邊的方位角；
6) 近中子方位計(jì)數(shù)率測(cè)量電路109和遠(yuǎn)中子方位計(jì)數(shù)測(cè)量電路110，用于在旋轉(zhuǎn)鉆井模式下對(duì)井周方位扇區(qū)內(nèi)熱中子通量的測(cè)量；
7) 總控處理電路模塊103，由執(zhí)行不同任務(wù)的多個(gè)微控制器組成，其中一個(gè)為主控制器，其他為從控制器，微控制器之間通過(guò)內(nèi)總線通信；
8) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器陣列112，用于各種測(cè)量參數(shù)的存儲(chǔ)，采用非易失存儲(chǔ)器件；
9) 數(shù)據(jù)和命令通信接口 113，接收來(lái)自上位系統(tǒng)主機(jī)的控制命令，發(fā)送本單元模塊測(cè)量數(shù)據(jù)到上位機(jī)；
10) 不間斷系統(tǒng)時(shí)鐘111，用于系統(tǒng)測(cè)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄，此部分電路由電池供電；
11) 系統(tǒng)供電電路100，用于將復(fù)用電源線上的電源電壓變換為本模塊所需的低壓電源。
請(qǐng)參照?qǐng)D6,圖6是本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量的方位測(cè)量流程圖。下面結(jié)合圖6說(shuō)明本發(fā)明方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量中判斷工作模式是旋轉(zhuǎn)模式還是滑行模式的方法。
方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量除了獲得深度方向上的地層孔隙度參數(shù)外，還需進(jìn)行井周方向上，不同方位扇區(qū)的測(cè)量。本發(fā)明中涉及的方位測(cè)量指的是，儀器斷面上，探測(cè)器位置在井周的方位。方位計(jì)數(shù)則指的是探測(cè)器在方位扇區(qū)中的計(jì)數(shù)操作。這里的方位測(cè)量是為獲得探測(cè)器的相對(duì)方位，如果以地磁北為參考，儀器每旋轉(zhuǎn)一固定角度(如45°)，測(cè)量電路便產(chǎn)生一方位脈沖信號(hào)，該信號(hào)用于方位區(qū)計(jì)數(shù)的讀取和累加。
本發(fā)明采用三軸磁阻式集成方位傳感器，安裝于印制電路板上，具有體積小、功耗低、易于安裝，且溫度特性好、實(shí)時(shí)性和抗干擾能力強(qiáng)、誤差不隨時(shí)間積累等特點(diǎn)。磁阻傳感器是利用磁原理測(cè)量地磁場(chǎng)沿載體坐標(biāo)系分量。三軸磁阻傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，再由A/D轉(zhuǎn)換將檢測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由相應(yīng)的處理器對(duì)其進(jìn)行方位計(jì)算和判斷，方位角測(cè)量結(jié)果通過(guò)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)磁場(chǎng)校正。
由于方位傳感器和探測(cè)器的相對(duì)位置是固定的，比如相對(duì)地磁北，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)到0。、 90°、 180°、 270。的位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的方位傳感器輸出的值是不同的，可以在軟件里判斷各軸的數(shù)據(jù)，不必計(jì)算角度值，當(dāng)?shù)竭_(dá)每個(gè)方位角位 置時(shí)則通過(guò)軟件產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，該信號(hào)可作為中斷信號(hào)控制兩個(gè)參考探測(cè) 器計(jì)數(shù)器的啟停。
參見(jiàn)附圖6，探測(cè)器方位的測(cè)量周期由系統(tǒng)時(shí)鐘分頻得到，在每個(gè)方位
測(cè)量周期內(nèi)，啟動(dòng)方位傳感器A/D轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換的結(jié)果，將本次測(cè)量的方 位數(shù)據(jù)與前次或前幾次測(cè)量的方位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷鉆頭是否旋轉(zhuǎn)。如果 鉆頭處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，兩次方位測(cè)量的差異將會(huì)大于某個(gè)特定的值，否則處于 滑鉆狀態(tài)。如果儀器旋轉(zhuǎn)進(jìn)入下一方位區(qū)，則發(fā)一方位獲取脈沖，用于控制 前一方位計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)的讀取和新方位區(qū)計(jì)數(shù)采集的啟動(dòng)。
沿井周的中子探測(cè)器方位計(jì)數(shù)率獲取是方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量的基 礎(chǔ)。當(dāng)鉆具處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，方位計(jì)數(shù)率是根據(jù)方位測(cè)量的結(jié)果來(lái)控制參考 近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器計(jì)數(shù)通道的計(jì)數(shù)和存儲(chǔ)。當(dāng)鉆具處于滑行狀態(tài)時(shí)，方位計(jì) 數(shù)率則直接采用分布在儀器周圍各個(gè)方位區(qū)的中子探測(cè)器測(cè)量結(jié)果，各探測(cè) 器的方位可由參考探測(cè)器的方位推算得出。
請(qǐng)參照?qǐng)D7，圖7是本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量的流程
圖。下面說(shuō)明本發(fā)明的方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量步驟
首先，完成監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)器的處理，然后根據(jù)方位數(shù)據(jù)判斷方位中子孔隙 度隨鉆測(cè)量裝置是處于旋鉆還是滑鉆狀態(tài)。如果裝置處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，除參 考中子探測(cè)器外，其它探測(cè)器均不工作，處理器控制其處于關(guān)斷狀態(tài)。兩個(gè) 近、遠(yuǎn)參考探測(cè)器測(cè)量的定時(shí)和啟/停是在處理器的控制下工作的，除中子 監(jiān)測(cè)探測(cè)器計(jì)數(shù)外，兩個(gè)參考探測(cè)器的計(jì)數(shù)分別存入各自的各個(gè)方位計(jì)數(shù) 區(qū)，每區(qū)計(jì)數(shù)結(jié)束后，將計(jì)數(shù)值累加到相應(yīng)的計(jì)數(shù)區(qū)，稱方位計(jì)數(shù)累積區(qū)。 當(dāng)一次深度獲取周期結(jié)束后，方位計(jì)數(shù)累積區(qū)的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)存到另一數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn) 行處理和計(jì)算，結(jié)果仍放入該區(qū)等待發(fā)送，這個(gè)區(qū)稱為待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)。方位 計(jì)數(shù)累積區(qū)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，并將方位數(shù)據(jù)區(qū)清零，為下一次方 位中斷計(jì)數(shù)采集做準(zhǔn)備。將待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)的計(jì)數(shù)通過(guò)中子監(jiān)測(cè)輸出校正，進(jìn)行歸一化處理，并將各個(gè)方位區(qū)的孔隙度和井周平均孔隙度計(jì)算結(jié)果發(fā)送到 上位機(jī)或保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。
當(dāng)裝置處于滑鉆狀態(tài)時(shí)，所有近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器都在處理器的控制下工 作，方位測(cè)量被禁止。深度中斷直接處理各個(gè)方位探測(cè)器的計(jì)數(shù)操作，讀取 各計(jì)數(shù)器的值，并將其存入待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，然后進(jìn)行計(jì)數(shù)率歸一化和孔隙度 計(jì)算。在一次獲取完成之前，置獲取完成標(biāo)志供主流程查詢。
以上所述的具體描述，對(duì)發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一 步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不 用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置，其安裝于鉆鋌之中，其特征在于，該裝置包括一加速器中子源，固定在鉆鋌泥漿通道的中心軸線位置上；一快中子監(jiān)測(cè)探測(cè)器，安裝在屏蔽體靠近加速器中子源靶端的一側(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加速器中子源的輸出；多個(gè)近中子探測(cè)器，間隔分布于鉆鋌壁靠近地層的圓周上；多個(gè)遠(yuǎn)中子探測(cè)器，間隔分布于鉆鋌壁靠近地層的圓周上；近中子探測(cè)器與加速器中子源的距離小于源中子探測(cè)器與加速器中子源的距離，每個(gè)近中子近探測(cè)器分別與一個(gè)遠(yuǎn)中子探測(cè)器位于上下同一縱向軸線上；其中一對(duì)上下同一軸線上的近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器設(shè)定為參考探測(cè)器組；至少一方位測(cè)量電路板，與參考探測(cè)器組位于相同軸線上；非易失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，用于各種參數(shù)的存儲(chǔ)；總控處理電路，根據(jù)方位測(cè)量電路測(cè)量的兩次方位數(shù)據(jù)差值是否大于預(yù)設(shè)判定值來(lái)判斷裝置是處于旋轉(zhuǎn)模式或滑鉆模式，當(dāng)處于旋轉(zhuǎn)模式時(shí)，通過(guò)方位傳感器的測(cè)量、參考探測(cè)器的測(cè)量，然后計(jì)算處理得到不同方位的中子孔隙度當(dāng)處于滑鉆模式時(shí)，通過(guò)各個(gè)方位上近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器組的測(cè)量，然后計(jì)算處理得到不同方位的中子孔隙度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，還包括近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器信號(hào)調(diào)理電路，分別將近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器輸出的微弱 信號(hào)調(diào)理為可供計(jì)數(shù)電路測(cè)量的脈沖信號(hào)；近、遠(yuǎn)中子方位計(jì)數(shù)率測(cè)量電路，通過(guò)所述脈沖信號(hào)在旋轉(zhuǎn)鉆井模式下 對(duì)井周方位扇區(qū)內(nèi)熱中子通量的測(cè)量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述加速器中子源由中 子管、中子管高壓電路和中子發(fā)射控制電路組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述加速器中子源通過(guò) 多個(gè)支架固定在鉆鋌的泥漿通道內(nèi)，供電電壓和控制信號(hào)通過(guò)一個(gè)支架內(nèi)的 導(dǎo)線孔輸出到所述加速器中子源。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述加速器中子源的下 方設(shè)置快中子屏蔽體，用于屏蔽進(jìn)入泥漿道的快中子。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述方位測(cè)量電路采用 單片磁阻式傳感器和單片加速度計(jì)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述單片磁阻式傳感器 為三軸磁阻式集成方位傳感器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括數(shù)據(jù)和命令通信接口，接收來(lái)自上位機(jī)的控制命令，發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)到上 位機(jī)；不間斷系統(tǒng)時(shí)鐘，用于測(cè)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄；系統(tǒng)供電電路，用于將復(fù)用電源線上的電源電壓變換為本模塊所需的低 壓電源。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于當(dāng)裝置處于旋轉(zhuǎn)模式 時(shí)，參考探測(cè)器的計(jì)數(shù)值分別存入各個(gè)計(jì)數(shù)區(qū)，在每區(qū)計(jì)數(shù)結(jié)束后，將計(jì)數(shù) 值累加到相應(yīng)的方位計(jì)數(shù)累積區(qū)；當(dāng)一次深度獲取周期結(jié)束后，方位計(jì)數(shù)累 積區(qū)的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)存到待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，并將方位數(shù)據(jù)區(qū)清零；將待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū) 的計(jì)數(shù)值通過(guò)中子監(jiān)測(cè)輸出校正，進(jìn)行計(jì)數(shù)率歸一化處理，并將各個(gè)方位區(qū) 的孔隙度和井周平均孔隙度計(jì)算結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)或保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于當(dāng)裝置處于滑鉆模式時(shí)，直接將各計(jì)數(shù)值存入待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，然后進(jìn)行計(jì)數(shù)率歸一化和孔隙度計(jì) 算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方位中子孔隙度隨鉆測(cè)量裝置，包括加速器中子源，安裝于鉆鋌泥漿通道的中心軸線位置上；快中子監(jiān)測(cè)探測(cè)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加速器中子源的輸出；多個(gè)近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器，間隔分布于鉆鋌壁靠近地層的圓周上，近中子探測(cè)器和遠(yuǎn)中子探測(cè)器位于同一縱向軸線；其中一組同軸近、遠(yuǎn)中子探測(cè)器設(shè)定為參考探測(cè)器，安裝方位測(cè)量傳感器的電路板與參考探測(cè)器組同軸；非易失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，用于各種測(cè)量參數(shù)的存儲(chǔ)；總控處理電路，根據(jù)方位測(cè)量電路兩次方位測(cè)量數(shù)據(jù)的差異是否超過(guò)預(yù)設(shè)判定值，來(lái)判斷裝置是處于旋鉆或滑鉆模式，分別控制測(cè)量當(dāng)處于旋鉆模式和滑鉆模式時(shí)的方位中子孔隙度。本發(fā)明兼顧隨鉆測(cè)量裝置的旋轉(zhuǎn)和滑行兩種工作狀態(tài)，在任何鉆井模式下都可進(jìn)行方位中子孔隙度測(cè)量。
文檔編號(hào)E21B47/12GK101598017SQ20081011442
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者宋延淳, 海 張, 竇修榮, 樂(lè) 鄧 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院