本發(fā)明主要屬于隨鉆測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種近鉆頭伽馬成像模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)利用水平井來(lái)提高油氣藏已被各油田廣泛應(yīng)用，而近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)判斷地層屬性、前探待鉆地層、實(shí)施準(zhǔn)確導(dǎo)向等特點(diǎn)。近鉆頭伽馬參數(shù)的實(shí)時(shí)獲得有助于現(xiàn)場(chǎng)鉆井工程師實(shí)施掌握鉆井中鉆頭行進(jìn)軌跡及地質(zhì)參數(shù)，從而提高石油鉆采率。近鉆頭伽馬成像技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)伽馬曲線測(cè)井能夠360°顯示鉆井過(guò)程中周?chē)貙訋r性的變化，它解決了傳統(tǒng)伽馬射線工具所不能實(shí)現(xiàn)的在超薄油藏中的地質(zhì)導(dǎo)向問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了在超薄油藏中實(shí)時(shí)精確判斷地層屬性、準(zhǔn)確導(dǎo)向等功能。如何有效模擬、標(biāo)定近鉆頭伽馬參數(shù)及其成像是近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器的關(guān)鍵。因此，需設(shè)計(jì)一套近鉆頭伽馬成像模擬實(shí)驗(yàn)裝置用于模擬近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向儀器旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的伽馬成像，為近鉆頭伽馬成像功能的驗(yàn)證及數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)化提供了一套較為可靠的模擬試驗(yàn)方法。

傳統(tǒng)的隨鉆伽馬測(cè)量多采用探管式伽馬測(cè)量，即測(cè)量某一區(qū)域的伽馬參數(shù)，即不需要進(jìn)行伽馬參數(shù)的360°方位成像。伽馬測(cè)量?jī)x器僅需要進(jìn)行入井前的參數(shù)標(biāo)定，通常采用帶放射性的布進(jìn)行標(biāo)定或利用伽馬圖標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合的方法標(biāo)定。缺乏特定的裝置對(duì)探管式伽馬測(cè)量隨鉆測(cè)量時(shí)不同轉(zhuǎn)速、及各項(xiàng)伽馬不均一的環(huán)境進(jìn)行模擬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種近鉆頭伽馬成像模擬實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置通過(guò)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及讀取模擬水平井鉆井過(guò)程中的轉(zhuǎn)速變化，通過(guò)伽馬數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取裝置將近鉆頭旋轉(zhuǎn)過(guò)程中采集的伽馬參數(shù)送入伽馬成像處理系統(tǒng)。通過(guò)該裝置的應(yīng)用能夠?yàn)榻@頭伽馬成像工程的實(shí)現(xiàn)及伽馬參數(shù)數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)化提供可靠的模擬試驗(yàn)方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種近鉆頭伽馬成像模擬實(shí)驗(yàn)裝置，所述裝置包括近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器、轉(zhuǎn)速顯示器、伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)、變轉(zhuǎn)速輸出系統(tǒng)及油氣層模擬系統(tǒng)；所述裝置安裝在減振安裝支座上；

所述油氣層模擬系統(tǒng)設(shè)置在所述近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器一側(cè)來(lái)模擬鉆井底層中某一方向存在油氣層，油氣層的伽馬數(shù)值較高；

所述近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器與所述變轉(zhuǎn)速輸出系統(tǒng)機(jī)械連接，所述變轉(zhuǎn)速輸出系統(tǒng)模擬鉆井工具的轉(zhuǎn)速使近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器變轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器的主軸上連接有轉(zhuǎn)速顯示器，轉(zhuǎn)速顯示器與近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器同步轉(zhuǎn)動(dòng)完成轉(zhuǎn)速測(cè)量及顯示；

所述近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器與所述伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)電連接，近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器采集到的數(shù)據(jù)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)時(shí)傳輸至所述伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器分別通過(guò)公端連接主軸和母端連接主軸與伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)、變轉(zhuǎn)速輸出系統(tǒng)相連；所述近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器的兩端分別通過(guò)螺紋和公端連接主軸的第一端、母端連接主軸的第一端連接；公端連接主軸、母端連接主軸分別通過(guò)固定在減振安裝支座上的軸承固定。

進(jìn)一步地，變轉(zhuǎn)速輸出系統(tǒng)通過(guò)轉(zhuǎn)速輸出軸與萬(wàn)向聯(lián)軸器一端連接，萬(wàn)向聯(lián)軸器另一端與母端連接主軸第二端連接；轉(zhuǎn)速顯示器安裝于萬(wàn)向聯(lián)軸器與軸承之間，轉(zhuǎn)速顯示器的轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)圈與母端連接主軸鎖緊，轉(zhuǎn)速顯示器的外殼通過(guò)簧片固定于減振安裝支座。

進(jìn)一步地，公端連接主軸第二端通過(guò)多芯滑環(huán)連接器與伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電連接；公端連接主軸的表面設(shè)置有孔一，內(nèi)部設(shè)置有貫穿孔二，孔一和貫穿孔二連通；

多芯滑環(huán)連接器內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸與公端連接主軸同軸安裝；

近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器中的數(shù)據(jù)線從鉆頭伽馬成像儀器外表面經(jīng)公端孔一引入到公端連接主軸內(nèi)部貫穿孔二，然后與滑環(huán)連接器內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸上的多路數(shù)據(jù)線焊接；滑環(huán)連接器另一端的多路數(shù)據(jù)線與伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)連接。

進(jìn)一步地，近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器包括四個(gè)均勻分布的艙室，艙室中分別放置有伽馬探測(cè)器、電源及處理電路。

進(jìn)一步地，所述設(shè)置處理電路的艙室設(shè)置有貫穿斜孔一，近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器中的伽馬探測(cè)器數(shù)據(jù)線由艙室內(nèi)部通過(guò)貫穿斜孔一引出到鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器外表面。

進(jìn)一步地，所述變轉(zhuǎn)速輸出系統(tǒng)包括0-24v可調(diào)壓電源和直流調(diào)速電機(jī)；通過(guò)0-24v可調(diào)壓電源的變壓實(shí)現(xiàn)直流調(diào)速電機(jī)的變轉(zhuǎn)速輸出；直流調(diào)速電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為0-360r/min。

進(jìn)一步地，油氣層模擬系統(tǒng)為放射性巖層或放射性布，油氣層模擬系統(tǒng)放置在減振安裝支座上，油氣層模擬系統(tǒng)與近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器的距離為20～30mm。

進(jìn)一步地，采用伽馬圖標(biāo)的數(shù)據(jù)擬合方法進(jìn)行伽馬數(shù)值標(biāo)定。

一種近鉆頭伽馬成像實(shí)驗(yàn)標(biāo)定方法，利用上述近鉆頭伽馬成像模擬實(shí)驗(yàn)裝置，利用該裝置測(cè)量近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器某一方向存在油氣層時(shí)，近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器變轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)情況下，近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器實(shí)時(shí)測(cè)量的伽馬值，伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)采集近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器實(shí)時(shí)測(cè)量的伽馬值并進(jìn)行成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器、伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)的標(biāo)定。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：近鉆頭伽馬成像模擬實(shí)驗(yàn)裝置在伽馬數(shù)值標(biāo)定上同樣采用伽馬圖標(biāo)的數(shù)據(jù)擬合方法進(jìn)行標(biāo)定。在此基礎(chǔ)上，近鉆頭伽馬成像模擬實(shí)驗(yàn)裝置提供了一種模擬近鉆頭測(cè)井儀器水平鉆井過(guò)程中伽馬成像的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置通過(guò)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及讀取模擬水平井鉆井過(guò)程中的轉(zhuǎn)速變化，通過(guò)伽馬數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取裝置將近鉆頭旋轉(zhuǎn)過(guò)程中采集的伽馬參數(shù)送入伽馬成像處理系統(tǒng)。通過(guò)該裝置的應(yīng)用能夠?yàn)榻@頭伽馬成像工程的實(shí)現(xiàn)及伽馬參數(shù)數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)化提供可靠的模擬試驗(yàn)方法。

附圖說(shuō)明

圖1、近鉆頭伽馬成像模擬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；

圖2a、近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器的橫向剖視圖；

圖2b、近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器的縱向剖視圖；

圖中：1.減振安裝支座、2.0-24v可調(diào)壓電源、3.直流調(diào)速電機(jī)、4.萬(wàn)向聯(lián)軸器、5.數(shù)顯光柵編碼器、6.軸承、7.母端連接主軸、8.近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器、9.放射性巖層、10.公端連接主軸、11.多芯滑環(huán)連接器、12.伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)、13.主控電路倉(cāng)、14.電池倉(cāng)、15.電池倉(cāng)、16.伽馬測(cè)量倉(cāng)、17.電源控制倉(cāng)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。

實(shí)施例1

一種近鉆頭伽馬成像模擬實(shí)驗(yàn)裝置，裝置包括減振安裝支座1、0-24v可調(diào)壓電源2、直流調(diào)速電機(jī)3、萬(wàn)向聯(lián)軸器4、數(shù)顯光柵編碼器5、軸承6、母端連接主軸7、近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8、放射性巖層9、公端連接主軸10、多芯滑環(huán)連接器11、伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)12。

數(shù)顯光柵編碼器5作為轉(zhuǎn)速顯示器，轉(zhuǎn)速顯示用于離心加速度計(jì)算，離心加速度用于伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)中的算法中；

0-24v可調(diào)壓電源2、直流調(diào)速電機(jī)3作為變轉(zhuǎn)速輸出系統(tǒng)，變轉(zhuǎn)速用于模擬鉆井過(guò)程中鉆具的轉(zhuǎn)速波動(dòng)對(duì)伽馬測(cè)量的影響；

放射性巖層作為油氣層模擬系統(tǒng),放射性巖層與近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8的距離為25.4mm，模擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器與井壁的距離。

如圖1所示，其他部件安裝在減振安裝支座1上，減振安裝支座1由木質(zhì)托架及鋁合金安裝面組合而成，在近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8高速旋轉(zhuǎn)時(shí)起到減振作用。

0-24v可調(diào)壓電源2、直流調(diào)速電機(jī)3安裝于減振安裝支座1；直流調(diào)速電機(jī)3的電源線與0-24v可調(diào)壓電源2連接，通過(guò)0-24v可調(diào)壓電源2的變壓實(shí)現(xiàn)直流調(diào)速電機(jī)3的變轉(zhuǎn)速輸出。該直流調(diào)速電機(jī)3輸出轉(zhuǎn)速為0-360r/min，該轉(zhuǎn)速可用于模擬鉆井工具的轉(zhuǎn)速。直流調(diào)速電機(jī)3通過(guò)轉(zhuǎn)速輸出軸與萬(wàn)向聯(lián)軸器4一端連接，萬(wàn)向聯(lián)軸器4另一端與母端連接主軸7連接。母端連接主軸7另一端通過(guò)固定于減振安裝支座1的軸承6固定；數(shù)顯光柵編碼器5安裝于萬(wàn)向聯(lián)軸器4與軸承6之間，其轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)圈與母端連接主軸7鎖緊，外殼通過(guò)簧片固定于減振安裝支座1，這樣在母端連接主軸7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，數(shù)顯光柵編碼器5轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)圈與外殼形成相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)速測(cè)量及顯示。母端連接主軸7另一端通過(guò)螺紋與近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8連接，伽馬探測(cè)器、電源及處理電路置于近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8四個(gè)均勻分布的艙室之中。放射性巖層9安裝于減振安裝支座1，用于模擬底層中某一方向伽馬數(shù)值較高，即油氣層。近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8另一端通過(guò)螺紋與公端連接主軸10連接。公端連接主軸10另一端通過(guò)固定于減振安裝支座1的軸承6固定。多芯滑環(huán)連接器11安裝于減振安裝支座1，其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸與公端連接主軸10同軸安裝。

電連接方面，近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8中的伽馬探測(cè)器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理電路處理后，其數(shù)據(jù)線由艙室內(nèi)部通過(guò)貫穿斜孔引出到鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8外表面，并經(jīng)公端連接主軸10上的孔引入到公端連接主軸10內(nèi)部貫穿孔，然后與滑環(huán)連接器內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸上的多路數(shù)據(jù)線通過(guò)錫焊焊接。滑環(huán)連接器另一端(固定端)的多路數(shù)據(jù)線與伽馬數(shù)據(jù)采集及成像系統(tǒng)12連接。

這樣近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8采集到的數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的傳輸。

該近鉆頭伽馬成像模擬實(shí)驗(yàn)裝置工作時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)0-24v可調(diào)壓電源2的輸出電壓調(diào)節(jié)直流調(diào)速電機(jī)3輸出轉(zhuǎn)速，直流調(diào)速電機(jī)3的輸出軸帶動(dòng)萬(wàn)向聯(lián)軸器4、數(shù)顯光柵編碼器5內(nèi)圈、軸承6內(nèi)圈、母端連接主軸7、近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8、公端連接主軸10、多芯滑環(huán)連接器11內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)數(shù)顯光柵編碼器5的轉(zhuǎn)速顯示器讀取轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，并通過(guò)滑環(huán)連接器11實(shí)現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的伽馬數(shù)據(jù)成像顯示。

由于該裝置僅在底部一側(cè)設(shè)有放射性巖層，即該區(qū)域內(nèi)的伽馬值高于其他區(qū)域，當(dāng)近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器8轉(zhuǎn)動(dòng)到該側(cè)時(shí)，其采集到的伽馬數(shù)值高于其他區(qū)域。在模擬井周360°成像時(shí)，該側(cè)的伽馬數(shù)值成一個(gè)峰值。從而模擬近鉆頭伽馬成像儀器8在水平井薄層油氣中鉆進(jìn)成像情況。

近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器

如圖2所示，該近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器主要由主控電路倉(cāng)13、測(cè)量?jī)x器本體、2個(gè)電池倉(cāng)14、15、1個(gè)伽馬測(cè)量倉(cāng)16和1個(gè)電源控制倉(cāng)17組成。其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，5個(gè)倉(cāng)室均布于測(cè)量?jī)x器本體的4個(gè)象限。

伽馬測(cè)量倉(cāng)，2個(gè)電池倉(cāng)、主控電路倉(cāng)及電源控制倉(cāng)兩端分別通過(guò)小孔貫穿，用于各倉(cāng)室電源、傳感器及電路數(shù)據(jù)線安裝。

成像系統(tǒng)介紹

近鉆頭成像系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)獲取模塊、繪圖模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊，數(shù)據(jù)獲取模塊獲取測(cè)量?jī)x器在旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)下將采集到的近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器姿態(tài)和伽馬參數(shù)等數(shù)據(jù)；繪圖模塊將數(shù)據(jù)繪制成圖表；數(shù)據(jù)顯示模塊可讀入數(shù)據(jù)文件，并繪制曲線。

近鉆頭成像系統(tǒng)可是在電腦上運(yùn)行的專(zhuān)有軟件，軟件通過(guò)多芯滑環(huán)連接器11與近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器通信，主要進(jìn)行近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器姿態(tài)及伽馬參數(shù)的解算及數(shù)據(jù)成像(目前支持8扇區(qū)成像)。包括數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)顯示兩大功能。數(shù)據(jù)獲取工作是儀器在旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)下將采集到的近鉆頭伽馬測(cè)量?jī)x器姿態(tài)和伽馬參數(shù)上傳到電腦，電腦軟件實(shí)時(shí)獲取實(shí)時(shí)繪制圖表；數(shù)據(jù)顯示功能可讀入數(shù)據(jù)文件，并繪制曲線。