[发明专利]一种煤层气钻探的随钻仪器

权利要求书

1.一种煤层气钻探的随钻仪器，其特征在于，包括地面上的提升系统、钻塔、动力系统、传动系统和控制系统，以及地面以下的钻杆、随钻仪器设备、柔性连接器和钻头；

所述提升系统、动力系统、传动系统和控制系统安装在钻塔上；

所述动力系统与钻杆一端连接，钻杆另一端通过柔性连接器连接钻头，所述钻杆底部设置有随钻仪器设备。

所述提升系统用于起下钻、换钻头、均匀送钻；

所述动力系统用于驱动起升、旋转和循环；

所述传动系统用于联结动力机与工作机组，并将动力传递到各工作机组；

所述控制系统用于发动机的启动、停车、变速和并车等，绞车、转盘、泥浆泵等工作机组的启动、停车、调速和换向。

2.根据权利要求1所述的一种煤层气钻探的随钻仪器，其特征在于，所述随钻仪器设备放置于钻头的前方位置，所述随钻仪器设备包括信息传输机构、随钻声波、中子伽马密度、测温度和压力机构、孔隙度测定、元素录井和随钻地震测量；

所述随钻仪器设备最顶端为信息传输设备，信息传输设备包括传感器、执行机构、处理器和信息存储、中控模块；

所述传感器用于传输井下各类信号；所述执行机构用于执行操作指令；所述处理器用于处理各种信号和操作指令；所述信息存储用于存储井下收集的各类信息数据；所述中控模块用于对各类信号进行集中控制。

3.根据权利要求2所述的一种煤层气钻探的随钻仪器，其特征在于，所述信息传输设备下部连接随钻声波测量设备，所述随钻声波测量设备包括接收器和发射器；

所述接收器用于接收井下随钻信号；所述发射器用于发射井下随钻信号。

4.根据权利要求2所述的一种煤层气钻探的随钻仪器，其特征在于，所述信息传输设备下部连接中子伽马密度测量设备，中子伽马密度测量设备包括中子源和探测器；

所述中子源用于发射高能中子；所述探测器用于进行放射的中子进行计数。

5.根据权利要求4所述的一种煤层气钻探的随钻仪器，其特征在于，所述中子伽马密度测量设备下部连接中子孔隙度测量设备，中子孔隙度测量设备包括中子发生器、中子输出检测头、屏蔽器和测量器；

所述中子发生器用于向地层发射中子；所述中子输出检测头用于检测输出的中子数量；所述屏蔽器用于屏蔽反射回来的中子；所述检测器用于检测地层中中子的数量；

中子孔隙度测量设备下部连接测温度和压力设备，测温度和压力设备包括测温度元件、电子模块、测压力元件；

所述测温度元件用于测量井下温度；所述电子模块用于接受由交流电整合成的直流电；所述测压力元件用于测量井下压力。

6.根据权利要求2所述的一种煤层气钻探的随钻仪器，其特征在于，温度和压力设备下部连接元素录井设备，元素录井设备包括高压电源、放大器和多道脉冲分析器；

所述高压电源用于提供高压电源来源；所述放大器用于对检查的信号进行放大处理；所述多道脉冲分析器用于有效分析岩石元素的差异性，从而有效识别地层。

7.根据权利要求2所述的一种煤层气钻探的随钻仪器，其特征在于，所述随钻仪器设备最下端为随钻地震设备，随钻地震设备包括弹性档圈、导流体、叶轮、自激振荡腔室、喷嘴和上下接母头，上下接母头分别位于随钻地震设备两端，用于连接各部件与随钻设备；弹性挡圈位于随钻设备上端，下接导流体和叶轮，叶轮放置于叶轮座上；下部设有自激震荡腔室和自激震荡喷嘴，用于产生和释放震动力。

8.基于权利要求1-7任一项所述的一种煤层气钻探的随钻仪器的使用方法，其特征在于，包括以下主要步骤和内容；

在使用过程中，随着钻探深度的不断进尺，同步传输井下各种信息数据到地表，在地面的仪器设备进行井下包括岩性、孔隙度、渗透率、温度、压力、元素和地层压力等各信息数据的处理和分析，从而进行实施钻井作业决策和处理；

信息传输系统为钻井过程中循环液井下发电机依靠钻井液的循环动力发电，整流模块把发电机产生的电流整流成直流电，再供给其它模块；其它部分把数据发送给井下微机构处理，以电脉冲信号驱动脉冲发生器的阀来产生钻柱内钻井液压力脉冲，将钻井液脉冲数据上传到地表；地面信息接收处理系统通过立压传感器采集钻井液脉冲信号，给过检波、滤波处理盒进行识别和处理，滤掉澡声和干扰，发送给解码电脑。解码软件以组合码的通信协议对上传的钻井液脉冲数据进行解码，并把解码后的数据按照特定串口的协议发送给数据还原盒，对数据进行还原；还原后的信号再通过压力计解码盒发送给能实时显示压力、温度的电脑，实现信息实时显示；

随钻声波测量采用远发射器和近发射器，二者在钻铤轴向有一定的间距，测井时，远发射器首先激发，发射幅度为A1，近发射器延时一段时间之后激发，发射极性与远发射器相反，发射幅度为A2。在双源发射的同时，对接收器阵列上的信号进行采集并记录，通过选择合适的参数A1、A2及间隔时间，使得在接收器的位置上远发射器和近发射器所激发的二外铤波同时到达，但极性相反、幅度相当，这样，接收波形中的钻铤波相互叠加后相消，即钻铤波得到压制，而对于接收波形中远发射器和近发射器产生的地层信号，只要地层波和钻铤波速度存在差异，其到达接收器时间就不一致，相互叠加后仍能保留，相对于钻铤波，地层波就得到了增强，可以实时测量地层的纵波、横波速度，预测地层孔隙压力；

中了伽马密度测量：脉冲中子源发射高能中子，在目标地层中激发次生伽马射线，携带地层信息的次生伽马射线被探测器探测到，从而求出地层密度，伽马探测器的计数主要来源于快中子衰减和次生伽马射线衰减，因为中子源到次生伽马射线激发点的距离以及伽马激发点到探测器的距离都比较远，快中子和伽马衰减(二者都是指数函数)的影响与伽马生产截面(线性函数)相比，对测量结果作用更大，通过对产生非弹性伽马射线的快中子进行补偿，就可以测量地层密度；

中子孔隙度:通过安装在无磁钻铤上的可控中子源向地层中发射中子，其发射的中子粒子进入地层，和地层中的氢原子发生碰撞产生热中子，通过与可控中子发射源相距不同的两个热中子测量探头测量经过地层减速后散射回来的热子，两个探测器测量到的热中子计数率的比值来反应地层孔隙度，并通过相应电路记录在井下存储器中，随着钻井钻进过程进行，随钻中子孔隙度测量装置也经过各个不同孔隙度的地层，这样可测量并记录下钻井过程中经过的所有地层的孔隙度情况，孔隙度是储层评价的重要参数之一，为油和气的开发方案的选择提供必要的依据；

测温度、压力:将仪器按钻具组合接在钻柱中,下入井内,井下发电机依靠钻井液的循环动力发电,整流模块把发电机产生的交流电整流成稳态直流电，再供给电子模块；压力温度测量模块实时测量井下钻柱内外的压力、温度，并把数据发送给井下编码模块,井下编码模块对数据进行处理后发送给中控模块。根据随钻钻井液循环当量密度变化，实现井下压力和地层压力差值的精确控制，为钻井液密度的设计和欠平衡钻井井下负压控制提供依据；

随钻地震:钻头随钻地震采用钻头破岩时产生的振动作为井下震源，通过安装在井架和钻杆顶部的传感器采集由钻杆传送上来的钻头振动信号，针对钻头随钻地震技术震源能量弱，信噪比低的问题，将水力脉冲钻井技术和冲击振动钻井技术结合，增强震源的冲击力和强度，在提高了破岩效率的同时，增加震源的能量，水力脉冲钻井技术在井底产生脉冲冲击和瞬时负压，局部瞬时欠平衡，改变岩石受力状态使岩石易破，提高破岩效率和机械钻速，同时作为随钻地震的震源，产生的地震波被检测器过滤筛选后，经过处理形成地震勘探图，用来查明地质构造；

元素录井:不同岩性的岩石所含的矿物成分及各矿物含量不同，即不同的矿物所含的物质不同，可通过相应的元素反映出来，元素录井是在钻井过程中，以井内返出的岩屑为试样，利用X射线荧光仪对样品进行分析，通过X射线荧光光谱分析获得元素信息，通过反推，有效利用岩石中元素的差异性，通过分析钻探过程中元素的变化，可以有效地指导钻探。