一种主动旋转式伽马随钻成像测量装置及测量方法
阅读说明：本技术 一种主动旋转式伽马随钻成像测量装置及测量方法 (Active rotary gamma while-drilling imaging measurement device and measurement method ) 是由 李洪强 于 2020-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种主动旋转式自然伽马成像测量装置,用于井筒随钻成像测量。本发明还提供一种主动旋转式伽马成像测量方法,包括控制与处理电路短节、连接于所述控制与处理电路短节的电机和方位伽马传感器及转速方位传感器,所述控制与处理电路短节用于控制所述马达的转速及转向,所述控制与处理电路短节接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器测量单元的转速信息,根据所述转速信息控制所述马达的转速及转向,可以实现对井壁匀速转动扫描测量的全方位数据采集,通过无线通信经泥浆信号发生器上传到地面,经数据处理形成井壁伽马成像图谱。(The invention provides an active rotary natural gamma imaging measuring device which is used for imaging measurement while drilling of a shaft. The invention also provides an active rotary gamma imaging measurement method, which comprises a control and processing circuit short section, a motor connected with the control and processing circuit short section, an azimuth gamma sensor and a rotating speed and azimuth sensor, wherein the control and processing circuit short section is used for controlling the rotating speed and the steering of the motor, the control and processing circuit short section receives the rotating speed information of the azimuth gamma sensor and the rotating speed and azimuth sensor measurement unit, the rotating speed and the steering of the motor are controlled according to the rotating speed information, the all-dimensional data acquisition of the constant-speed rotation scanning measurement of the well wall can be realized, the all-dimensional data acquisition is uploaded to the ground through a mud signal generator through wireless communication, and the well wall gamma imaging map is formed through data processing.)
技术领域
本发明涉及钻探测量成像技术领域，尤其是涉及一种主动旋转式伽马随钻成像测量装置及测量方法。
背景技术
现有的技术是在钻柱的中间居中安装一个方位伽马传感器及转速方位传感器，或者在钻铤的外壁上安装一个伽马传感器。这个类型传感器有一个钨罩用于屏蔽一定方位的伽马射线，允许特定角度的射线进入，已实现对钻柱周边井壁的实施成像测量。
具体工作时，在旋转钻进时，钻柱带着方位伽马传感器及转速方位传感器旋转，从而对井壁扫描360度的并进行采集该井壁360度周向数据集，进一步对数据集成像处理。但是在钻探过程中，存在滑动钻进阶段，此时，钻柱不做旋转运动，方位伽马传感器及转速方位传感器只朝向一个固定的角度，从而只采集该固定角度的井壁测量数据，导致该测量数据只能反映该固定角度的地质属性，无法扫描成像，存在对井壁测量的扫描盲区。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种主动旋转式伽马随钻成像测量装置及测量方法，可以实现对井壁测量的全方位数据采集，形成井壁伽马成像图谱。
为了达到上述目的，本发明的第一方面实施例提出了一种主动旋转式伽马随钻成像测量装置，用于钻柱外部的井筒随钻成像测量，所述钻柱包括管壁、由耐压管围合成的中空耐压腔及所述管壁与所述耐压管之间形成的泥浆通道；其特征在于，
在所述中空耐压管腔内沿远离所述钻柱钻进方向依次布置有泥浆蜗轮、发电机、电力整形与储能短节、控制与处理电路短节、马达、方位伽马传感器及转速方位传感器及转速方位传感器；
所述泥浆蜗轮连接于所述发电机，所述泥浆蜗轮伸入所述泥浆通道，可在所述泥浆通道内泥浆可带动所述泥浆蜗轮旋转；
所述发电机包括内置有发电线圈的定子和转子，所述转子连接于所述泥浆蜗轮，所述转子相对于所述定子转动，用于将所述泥浆蜗轮的旋转力转化为电力；
所述电力整形与储能短节连接于所述发电机，所述电力整形与储能短节包括电流整形电路和存储模块，用于对所述发电机输出的电流进行滤波整形并存储；
所述控制与处理电路短节连接与所述电力整形与储能短节，所述控制与信号处理电路短节控制连接于所述马达，用于控制所述马达的转速及转向；
所述马达通过旋转轴连接于所述方位伽马传感器及转速方位传感器及转速方位传感器，所述方位伽马传感器及转速方位传感器及转速方位传感器用于采集井壁信息；
所述旋转轴上设有信号滑环，所述方位伽马传感器及转速方位传感器通过信号线连接于所述控制与信号处理电路短节，所述信号线穿设于所述信号滑环内，所述控制与信号处理电路短节还用于接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器及转速方位传感器的信号；
所述方位伽马传感器及转速方位传感器及转速方位传感器通信连接于数据处理与存储模块，所述数据处理与存储模块内置第一无线收发器，所述第一无线收发器通信连接有第二无线收发器；
所述钻柱顶端固定有第二无线收发器，用于接收所述第一无线收发器的数据。
本发明第一方面的一些实施例中，所述耐压管外周壁沿所述钻柱钻进方向依次布置有多个扶正器，所述扶正器用于固定所述抗压管。
本发明第一方面的一些实施例中，所述定子内置线圈内置与耐压管中，
本发明第一方面的一些实施例中，所述转子内有永磁铁，所述转子相对于所述定子转动形成电力。
本发明第一方面的一些实施例中，所述泥浆蜗轮两端使用轴承固定到耐高压外筒外面，与耐压筒内部无直接接触部件连接，便于更换。
本发明第一方面的一些实施例中，方位伽马传感器及转速方位传感器及转速方位传感器测量得到的多扇区数据经过第一无线收发器传递到第二无线收发器，级联泥浆信号发生器传递多扇区自然伽马数据到地面接受装置。
本发明第一方面的一些实施例中，在停止钻进，泥浆不流动时，蓄能电路可以保障旋转的方位伽马控制与测量电路进入节电模式，停止方位伽马传感器及转速方位传感器的转动，保存停止转动前的状态。
为了达到上述目的，本发明的第二方面实施例提出的一种包括控制与处理电路短节、连接于所述控制与处理电路短节的电机和方位伽马传感器及转速方位传感器，所述控制与处理电路短节用于控制所述马达的转速及转向；
所述方法包括：
所述控制与处理电路短节接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器的转速信息，根据所述转速信息控制所述马达的转速及转向。
本发明第二方面的一些实施例中，不论在滑动钻进、不同速度的旋转钻进的工况情况下，控制电路都可以控制方位伽马传感器及转速方位传感器按照设置的转速相对井筒恒速扫描井壁。
本发明第二方面的一些实施例中，所述控制与处理电路短节接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器的转速信息，根据所述转速信息控制所述马达的转速及转向，具体为：
所述控制与信号处理电路短节接收到所述方位伽马传感器及转速方位传感器在旋转钻进转速大于预设阈值时，所述控制与信号处理电路短节控制所述马达相对所述钻柱旋转的方向反向旋转，起到减速作用。
本发明第二方面的一些实施例中，所述控制与处理电路短节接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器的转速信息，根据所述转速信息控制所述马达的转速及转向，具体为：
所述控制与信号处理短节接收到所述方位伽马传感器及转速方位传感器的转速相对井壁静止时，所述控制与信号处理电路短节控制所述马达相对钻柱旋转的方向正向旋转，使得钻柱静止不动，方位伽马传感器及转速方位传感器相对井壁主动旋转扫描。
本发明第二方面的一些实施例中，所述控制与处理电路短节接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器的转速信息，根据所述转速信息控制所述马达的转速及转向，具体为：
所述控制与信号处理电路短节接收到所述方位伽马传感器及转速方位传感器在旋转钻进转速小于预设阈值时，所述控制与信号处理电路短节控制所述马达相对所述钻柱旋转的方向正向旋转，主动增加扫描转速。
本发明提供的一种主动旋转式伽马随钻成像测量装置及测量方法，本装置由自然伽马数据无线非接触通信单元、中置耐高压管内的可控转速自然伽马成像单元、泥浆涡流与电力整形与储能短节、控制与处理电路短节、马达、方位伽马传感器及转速方位传感器组成。本装置使用上悬挂或下坐键方式安装在专用钻铤或钻柱中，当钻进过程中泥浆经钻柱与耐压管之间的泥浆通道驱动涡轮提供能量供方位伽马传感器及转速方位传感器在耐压管中相对井壁做均匀可控转速转动，可以不管钻柱旋转还是静止的时候，都能保证方位伽马传感器及转速方位传感器以恒定的转速扫描井壁，形成井壁伽马成像图谱。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的主动旋转式伽马随钻成像测量装置的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的主动旋转式伽马成像测量方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1描述根据本发明第一方面实施例的一种主动旋转式伽马随钻成像测量装置。
如图1所示，本发明实施例的一种主动旋转式伽马随钻成像测量装置，用于钻柱外部的井筒随钻成像，所述钻柱包括管壁、由耐压管围合成的中空耐压腔及所述管壁与所述耐压管之间形成的泥浆通道。
具体地，在所述中空耐压管腔内沿远离所述钻柱钻进方向依次布置有泥浆蜗轮、发电机、电力整形与储能短节、控制与处理电路短节、马达、方位伽马传感器及转速方位传感器。
其中，所述泥浆蜗轮连接于所述发电机，所述泥浆蜗轮伸入所述泥浆通道，可在所述泥浆通道内泥浆可带动所述泥浆蜗轮旋转；在钻进过程中利用泥浆通道内流动的泥浆带动泥浆蜗轮旋转，泥浆蜗轮带动发电机发电给整个系统供电。
所述发电机包括内置有发电线圈的定子和内置有永磁体的转子，所述转子连接于所述泥浆蜗轮，用于将所述泥浆蜗轮的旋转力转化为电力；该发电原理基于电磁感应原理实现，转子相对于定子旋转，从而实现磁感应线的切割，从而将泥浆蜗轮的旋转力转化为电力。
所述电力整形与储能短节连接于所述发电机，所述电力整形与储能短节包括电流整形电路和存储模块，用于对所述发电机输出的电流进行滤波整形并存储；由于，钻柱工作环境较恶劣，产生的电流干扰以及电压波动噪声较大，故发电机输出的电流需进行滤波处理，以提供较稳定的工作电压，其中电力还存储与储能模块中，用于当钻柱内泥浆停止流动时作储备电力使用。
所述控制与处理电路短节连接与所述电力整形与储能短节，所述控制与信号处理电路短节控制连接于所述马达，用于控制所述马达的转速及转向。
所述马达通过旋转轴连接于所述方位伽马传感器及转速方位传感器，所述方位伽马传感器及转速方位传感器用于采集井壁信息。
所述旋转轴上设有信号滑环，所述方位伽马传感器及转速方位传感器通过信号线连接于所述控制与信号处理电路短节，所述信号线穿设于所述信号滑环内，所述控制与信号处理电路短节还用于接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器及转速方位传感器的信号；
所述方位伽马传感器及转速方位传感器及转速方位传感器通信连接于数据处理与存储模块，所述数据处理与存储模块内置第一无线收发器，所述第一无线收发器通信连接有第二无线收发器；
所述钻柱顶端固定有第二无线收发器，用于接收所述第一无线收发器的数据。
本发明一些实施例中，所述耐压管外周壁沿所述钻柱钻进方向依次布置有多个扶正器，所述扶正器用于固定所述抗压管。
本发明一些实施例中，所述定子内置线圈内置与耐压管中，
本发明一些实施例中，所述转子内有永磁铁，所述转子相对于所述定子转动形成电力。
本发明一些实施例中，所述泥浆蜗轮两端使用轴承固定到耐高压外筒外面，与耐压筒内部无直接接触部件连接，便于更换。
本发明一些实施例中，方位伽马传感器及转速方位传感器及转速方位传感器测量得到的多扇区数据经过第一无线收发器传递到第二无线收发器，级联泥浆信号发生器传递多扇区自然伽马数据到地面接受装置。
本发明一些实施例中，在停止钻进，泥浆不流动时，蓄能电路可以保障旋转的方位伽马控制与测量电路进入节电模式，停止方位伽马传感器及转速方位传感器的转动，保存停止转动前的状态。
下面参照附图描述本发明第二方面实施例的主动旋转式伽马成像测量方法。
图2是根据本发明一个实施例的主动旋转式伽马成像测量方法的流程图，如图2所示，本发明主动旋转式伽马成像测量方法的方法的流程图至少包括步骤S1、步骤S2。
步骤S1，所述控制与处理电路短节接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器的转速信息。
具体地，如所示，该方法的结构及硬件部分包括控制与处理电路短节、连接于所述控制与处理电路短节的电机和方位伽马传感器及转速方位传感器，所述控制与处理电路短节用于控制所述马达的转速及转向，所述方位伽马传感器及转速方位传感器通过信号线连接于所述控制与信号处理电路短节，所述控制与信号处理电路短节还用于接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器的信号。
步骤S2，根据所述转速信息控制所述马达的转速及转向。
具体地，所述控制与处理信号电路短节内置多个处理程序，控制与处理信号电路短节可根据不同的方位伽马传感器及转速方位传感器转速信号控制马达的转速及转向。不论在滑动钻进、不同速度的旋转钻进的工况情况下，控制电路都可以控制方位伽马传感器及转速方位传感器按照设置的转速相对井筒恒速扫描井壁。
其中，对于方位伽马传感器及转速方位传感器转速较大时，所述控制与处理电路短节接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器的转速信息，根据所述转速信息控制所述马达的转速及转向，具体为：
所述控制与信号处理电路短节接收到所述方位伽马传感器及转速方位传感器在旋转钻进转速大于预设阈值时，所述控制与信号处理电路短节控制所述马达相对所述钻柱旋转的方向反向旋转，起到减速作用。
其中，对于方位伽马传感器及转速方位传感器转速相对井壁静止时，所述控制与处理电路短节接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器的转速信息，根据所述转速信息控制所述马达的转速及转向，具体为：
所述控制与信号处理短节接收到所述方位伽马传感器及转速方位传感器的转速相对井壁静止时，所述控制与信号处理电路短节控制所述马达相对钻柱旋转的方向正向旋转，使得钻柱静止不动，方位伽马传感器及转速方位传感器相对井壁主动旋转扫描。
其中，对于方位伽马传感器及转速方位传感器转速较小时，不足以相对钻柱旋转而扫描360°井壁时，所述控制与处理电路短节接收所述方位伽马传感器及转速方位传感器的转速信息，根据所述转速信息控制所述马达的转速及转向，具体为：
所述控制与信号处理电路短节接收到所述方位伽马传感器及转速方位传感器在旋转钻进转速小于预设阈值时，所述控制与信号处理电路短节控制所述马达相对所述钻柱旋转的方向正向旋转，主动增加扫描转速。
本发明提供的一种主动旋转式伽马随钻成像测量装置及测量方法，可以不管钻柱旋转还是静止的时候，都能保证方位伽马传感器及转速方位传感器以恒定的转速扫描井壁，形成井壁伽马成像图谱。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。