專利名稱：一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于鉆井液測漏技術領域，特別涉及一種利用瞬變電磁法測量 鉆井液漏失位置和漏失處地層特性的裝置。
背景技術：
鉆井過程中，由于地層結構的復雜性，常常會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度，造成經濟上不必要的損 失，而且鉆井液是一種有害物質，含有多種強酸、強堿等化學處理劑，其 中鉀離子、重晶石是有毒物質，漏失后會對地下水資源和地層造成污染， 這種污染是長期的，很難治理，嚴重危及到子孫后代的生存環境。因此需 要在井漏發生后盡快找出漏失位置,及時采取有效的堵漏措施，以保護地層 及地下水資源不受污染，實現資源開采與環境保護的和諧發展。
鉆井液測漏是多年來國內外的技術難題，現有技術中主要測量鉆井液 的流量、壓力和溫度來判斷鉆井液的漏失情況，其利用的技術主要包括各 種流量計的使用，具體情況如下 一、由東機工株式會社申請的專利號為
89104405.1"渦旋流量計"專利，提出了一種測量流體速率的方法，它是利用 渦旋發生器在流體中產生卡門渦旋，導致流體中傳播的超聲波相位發生改 變并通過檢測卡門渦旋的發生來測量流體流速的裝置。這種測量裝置需要 安裝一個渦旋發生器，結構比較復雜。而且由于受到測量環境本身的制約， 所使用的流量計中含有轉子等可動部件，而可動部件極易受到鉆井液中沙
4粒的影響而造成測量不可靠或失敗。而俄羅斯采用可活動的機械式流量裝 置，存在裝置笨重，機械件易磨損等缺點。二、國內專利"井漏漏失速度和
漏失層位測量儀"(專利號為98235961.6)提出了一種測量井漏位置的方 法，其中提到測量鉆井液的壓力、溫度和流量，通過壓力和流量數據綜合 求算漏失的速度和規律，根據溫度和流量數據的變化綜合判斷漏失位置。 該儀器結構比較復雜，并且由于壓力傳感器的敏感面易被鉆井液中沙粒等 雜質堵塞，從而影響系統的穩定性；另外由于地層溫度隨其離地面的深度 而線性變化，受溫度傳播的不實時性和漏失量較小時溫度變化不明顯等因 素的影響。三、國內專利"一種鉆井液測漏裝置"(ZL200420085843.8)和"一 種測量鉆井液漏失的電路"(ZL200420085844.2)提出了一種利用超聲波傳 感器測鉆# ^ ^ ^結構和電路結構。雖然超聲波 傳感器測流速的精度較高，且不受鉆井液介質的影響，但它只能給出漏失 地層位置，并不能判斷漏失點處的地層情況，并且提出的電路結構是由DSP 來計算超聲波傳播的時間差，精度比較低。四、由長江大學劉小利、夏宏 南等發表的論文《電纜式井下測漏儀研制初探》中提到了應用電磁流量計 測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)。電磁流量計本身產生的電磁干擾將對電子線路的正常工作 產生影響，導致系統跑飛甚至死機現象的發生，同時電纜式測量儀器很容 易遇到被卡的危險。以上技術方案采用測量鉆井液流速的方法來達到判斷 鉆井液漏失的位置，但達不到測試漏失點的地層狀況的目的。
通過探測地層結構和地層裂縫來判斷鉆井液漏失情況的文獻和裝置未 見報道。但探測地層裂縫的相關技術主要是聲波幅度測井方法，它是同時記錄縱波和橫波的幅度。在巖層中沒有裂縫時，聲波幅度很大；經過裂縫
帶時，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。而 在鉆井過程中，由于鉆并液中固體顆粒的存在，將使聲波產生較大折射和 反射，不利于聲波的傳播。
發明內容
克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供了一種瞬變電磁法 鉆井液測漏裝置，利用該裝置可以達到測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鉆井液流速，來判斷漏失的位置， 同時利用瞬變電磁法探測漏失點的地層特性，以更好的指導堵漏措施，該 裝置中采用的兩種測量方法相互補充，相互印證，具有結果直觀、測量精 度高、操作方便，可有效的指導堵漏，并極大的節約了鉆井成本，減少了 對地層的污染。
為了達到上述目的，本發明的技術方案是
一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置，由地面結構和井下結構兩部分組成，
地面結構包括鋪設于地面的矩形回線1，矩形回線1的兩端分別與發射機2 的脈沖電源輸出端相連；井下結構下放到井孔3中，包括鉆桿4，鉆桿4 上配置有瞬變電磁接收結構5和超聲波傳感器測量鉆井液流速結構6。
所述的瞬變電磁接收結構5包括接收線圈9及外部的保護件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。
所述的測量鉆井液流速結構6上安裝有超聲波傳感器12、 13、超聲波傳感器12、 13的輸出信號端子連接到鉆井液流速測量電路板ll上，電池 組14與鉆井液流速測量電路板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 調理電路15、前端信號調理電路15的輸出端與浮點放大電路16的輸入端 連接、浮點放大電路16的輸出端連接模數轉換(A/D)電路17的輸入端， 模數轉換(A/D)電路17的輸出端連接DSP電路19的輸入端，DSP電路 19的存儲輸出端與存儲電路21相連接，CPLD電路18與模數轉換(A/D) 電路17、 DSP電路19和浮點放大電路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為瞬變電磁的發射線圈，且與大地絕緣，矩形回線 1的邊長根據鉆井深度來確定。
所述的接收線圈9至少有一個，且接收線圈9包含三個互相垂直的線 圈9a、 9b、 9c。
本發明利用瞬變電磁法探測鉆井液漏失位置和漏失點地層狀況，采用 地-井結構，布線簡單，井下結構短小，便于現場操作，測量精度高，可有 效的指導堵漏，并極大的節約了鉆井成本，減少了對地層的污染，本發明 還可以用于井中礦藏、油氣資源的勘探以及水文地質、巖石構造的勘查。
圖l是本發明的結構原理圖。
圖2是本發明接收線圈9、瞬變電磁接收電路板7的結構圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理做進一步詳細敘述。 參照圖1， 一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置，由地面結構和井下結構 兩部分組成，地面結構包括鋪設于地面的矩形回線1，矩形回線1的兩端 分別與發射機2的脈沖電源輸出端相連；井下結構下放到井孔3中，包括
鉆桿4,鉆桿4上配置有瞬變電磁接收結構5和超聲波傳感器測量鉆井液 流速結構6。 .
所述的瞬變電磁接收結構5包括接收線圈9及外部的保護件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。
所述的測量鉆井液流速結構6上安裝有超聲波傳感器12、 13、超聲波 傳感器12、 13的輸出信號端子連接到鉆井液流速測量電路板11上，電池 組14與鉆井液流速測量電路板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為瞬變電磁的發射線圈，其邊長根據鉆井深度來確 定，且與大地絕緣。
參照圖2，接收線圈9包含三個互相垂直的線圈9a、 9b、 9c，瞬變電 磁接收電路板7包括與接收線圈9相連接的前端信號調理電路15、前端信 號調理電路15的輸出端與浮點放大電路16的輸入端連接、浮點放大電路 16的輸出端連接模數轉換(A/D)電路17的輸入端，模數轉換(A/D)電 路17的輸出端連接DSP電路19的輸入端，DSP電路19的存儲輸出端與 存儲電路21相連接，CPLD電路18與浮點放大電路16、模數轉換(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。
本發明的工作原理是矩形回線l內通入脈沖電流信號，該脈沖電流信 號由發射機2提供，井下結構下入到井孔3中，超聲波傳感器12、 13通過測 量超聲波在鉆井液中傳播的時間差，進而測量測量出井孔內鉆井液的流速， 并將測量結果存儲在鉆井液流速測量電路板ll的存儲器中，裝置提到地面 后通過電路板ll的通信接口，把數據輸出到計算機，利用地面數據處理軟 件分析，繪制出鉆井液流速與深度的關系曲線，從而確定出鉆井液漏失的 位置；漏失處地層特性探測采用瞬變電磁的原理，發射機2發出電流脈沖信 號，并且頻率可調，井下的接收線圈9接收到的是瞬變電磁經過地層的二次 場信號，該信號送到前端信號調理電路15，完成前置放大和濾波處理后， 送到浮點放大電路16，放大的信號輸入到16位的模數轉換(A/D)電路17 中，實現模擬信號轉換成數字信號，數字信號輸入到與模數轉換(A/D) 電路17連接的DSP電路19中，在DSP中進行處理，處理后的數據存儲到DSP 電路19的存儲器電路21中，模數轉換(A/D)電路17的工作時序是由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，把數據傳輸到計算機中，利用瞬變 電磁地面數據處理軟件對數據分析，從而得出鉆井液漏失處的地層特性。
權利要求
1、一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置，由地面結構和井下結構兩部分組成，其特征在于，地面結構包括鋪設于地面的矩形回線(1)，矩形回線(1)的兩端分別與發射機(2)的脈沖電源輸出端相連；井下結構下放到井孔(3)中，包括鉆桿(4)，鉆桿(4)上配置有瞬變電磁接收結構(5)和超聲波傳感器測量鉆井液流速結構(6)。
2、 根據權利要求1所述的一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置，達到測量 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 接收結構(5)包括接收線圈(9)及外部的保護件(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、 根據權利要求1所述的一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置，其特征在 于，所述的測量鉆井液流速結構(6)上安裝有超聲波傳感器(12)、 (13)、 超聲波傳感器(12)、 (13)的輸出信號端子連接到鉆井液流速測量電路板(11)上，電池組(14)與鉆井液流速測量電路板(11)連接供電。
4、 根據權利要求2所述的一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置，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 信號調理電路(15.)、前端信號調理電路(15)的輸出端與浮點放大電路(16) 的輸入端連接、浮點放大電路(16)的輸出端連接模數轉換(A/D)電路(17)的輸入端，模數轉換(A/D)電路(17)的輸出端連接的DSP電路 (19)的輸入端，DSP電路(19)的存儲輸出端與存儲電路(21)相連接， CPLD電路(18)與模數轉換(A/D)電路(17)、 DSP電路(19)和浮點放大電路(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、 根據權利要求3所述的一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置，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、 根據權利要求1所述的一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置，其特征在 于，所述的矩形回線(1)為瞬變電磁的發射線圈，且與大地絕緣。
7、 根據權利要求2所述的一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置，其特征在 于，所述的接收線圈(9)至少有一個，且接收線圈(9)包含三個互相垂 直的線圈(9ax (9bK(9cl
全文摘要
一種瞬變電磁法鉆井液測漏裝置，由地面結構和井下結構兩部分組成，地面結構包括鋪設于地面的矩形回線1，矩形回線1的兩端分別與發射機2的脈沖電源輸出端相連；井下結構下放到井孔3中，包括鉆桿4，鉆桿4上配置有瞬變電磁接收結構5和超聲波傳感器測量鉆井液流速結構6，采用超聲波傳感器測鉆井液流速，來判斷漏失的位置，同時利用瞬變電磁法探測漏失處的地層特性，以更好的指導堵漏措施，采用的兩種測量方法相互補充，相互印證，具有結果直觀、測量精度高、操作方便，可有效的指導堵漏，并極大的節約了鉆井成本，減少了對地層污染的特點。
文檔編號E21B47/10GK101446194SQ20081023653
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者任志平, 黨瑞榮, 高國旺 申請人:西安石油大學