[发明专利]一种近钻头随钻方位电阻率与方位伽马测量装置

权利要求书

1.一种近钻头随钻方位电阻率与方位伽马测量装置，其特征是，包括钻铤短节、传感器模块、数据采集模块、数据处理模块和电源模块。所述钻铤短节四周设置四个功能槽面，分别用于安装传感器模块、数据采集模块、数据处理模块和电源模块；所述传感器模块安装槽与所述采集模块安装槽之间设有电缆通道；所述近钻头短节设有MEMS加速度和磁阻传感器，用于钻铤井斜、工具面、转速检测；所述近钻头测量短节前端连接钻头，后端连接动力钻具。

2.根据权利要求1所述的近钻头随钻方位电阻率与方位伽马测量装置，其特征是，所述的传感器模块包括方位电阻率和方位伽马装置，所述方位电阻率用来测量地层电阻率，所述方位伽马管用于测量地层岩性。所述方位电阻率测量装置由电阻率的发射天线(1)和用于无线通信的发射天线(1)，两个低功耗点源聚焦天线接收天线(3)和伽马计数管(3)构成。所述传感器模块功能槽上开设四个安装槽，分别用于安装电源发射天线(1)和用于无线通信的发射天线(1)、G-M伽马计数管(2)、点源聚焦近接收天线(3)和点源聚焦远接收天线(3)。其中，点源聚焦接收天线(3)与点源聚焦发射天线(1)分别位于G-M伽马管(2)两侧，点源聚焦发射天线(1)位于钻铤短节最上端，点源聚焦远接收天线(3)位于钻铤短节最下端，远接收天线(3)与发射天线间距为40cm，点源聚焦近接收天线(3)与点源聚焦远发射天线(1)间距5cm。

3.根据权利要求2所述的近钻头随钻方位电阻率与方位伽马测量装置，其特征是：所述有缆通道通过控制电路的微处理器控制发射天线的发射频率和功率选择。所述数据采集模块包含电阻率发射和接收电路和伽马计数管高压电路。电阻率发射电路与点源聚焦发射天线(1)组成电阻率发射模块；电阻率接收电路与点源聚焦接收天线(3)组成电阻率接收模块；伽马计数管高压电路与G-M计数管组成伽马探测模块。电磁波发射电路使用晶体振荡器，输出2MHz正弦波信号；电阻率接收电路使用双通道高频放大器接收发射电路的信号；伽马计数管高压电路采用900V方波脉冲电压激励。

4.根据权利要求2所述的近钻头随钻方位电阻率与方位伽马测量装置，其特征是：所述的自然伽马模块(2)主要由三组盖格弥勒计数管组成多通道伽马射线探测器，三组计数管在G-M安装槽中按30度排列，安装在点源聚焦发射天线(1)与点源聚焦近接收天线(3)之间仪器槽内；自然伽马高压电路采用高压稳压电源模块激励，为适配井下伽马高压坪区的变化，G-M伽马高压电路的方波脉冲输出电压为900V，通过G-M伽马采集电路完成采集存储，多通道伽马射线探测器的计数率结合在一起，以使统计精度最优化。

5.根据权利要求1所述的近钻头随钻方位电阻率与方位伽马测量装置，其特征是：所述的数据处理模块包含主MCU、井斜、工具面测量，三维振动测量，转速测量和无线短传电路。所述的主MCU控制器控制发射和接收和计算远近天线信号的相位差和幅度比，再根据相位差和幅度比与电阻率的对应关系计算出岩层的电阻率；所述井斜用于测量钻井井斜度；所述工具面测量用于测量工具面的方位，从而确定电阻率与伽马的测量方位；三维振动测量用于记录、测量钻进过程中的振动；转速测量用于测量钻铤的转速；无线短传电路用于井下与地面的数据传送。

6.根据权利要求1所述的近钻头随钻方位电阻率与方位伽马测量装置，其特征是：电阻率接收模块通过点源聚焦接收天线(3)接收交变电磁场信号，经过滤波调制、信号调理和信号采集，通过数据处理模块完成数据采集处理:数据处理模块控制自然伽马采集电路实现开关控制和计数采集，自然伽马采集电路通过对自然伽马高压电路输入18V电压，控制自然伽马高压电路输出900V方波脉冲电压激励，实现地层中的放射性伽马射线进行有效测量。

7.根据权利要求1所述的近钻头随钻方位电阻率与方位伽马测量装置，其特征是：所述的电源模块主要包括电池架和两组5.5AH高温电池组，电池架采用无磁材料加工制作，内部安装耐冲蚀保护层，增加抗冲蚀能力，外部挖槽安装高温电池组，电池采用串联增加电压，固定在电池骨架上，电源模块通过线缆插槽与有缆通道中的电缆连接。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的近钻头随钻方位电阻率与方位伽马测量装置，其特征包括以下过程：

采用点源聚焦近接收天线与点源聚焦远接收天线组合，由MCU控制器控制发射和接收并计算远近天线信号的相位差和幅度比，再根据相位差和幅度比与电阻率的对应关系计算出岩层的电阻率，可有效提高信号接收采集识别效率；G-M伽马高压电路输入电压为18v，采用高压稳压电源模块激励，为适配井下伽马高压坪区的变化，自然伽马高压电路的方波脉冲输出电压为900V；通过自然伽马采集电路完成采集存储，多通道伽马射线探测器的计数率结合在一起，以使统计精度最优化。钻铤可以在井下旋转，同时带动测量面对钻铤四周进行全方位检测，通过钻铤上的工具面方位检测便可以检测测试面所测方位，最终实现电阻率与自然伽马的方位检测；

通过有缆通道实现模块功能组合以及数据上传；通过电缆完成传感器模块、数据采集模块、数据处理控制电路模块和电源模块的连接；电阻率接收模块通过电阻率接收线圈接收交变电磁场信号，经过滤波调制、信号调理和信号采集，通过中控模块完成数据采集处理；中控模块控制自然伽马采集电路，实现开关控制和计数采集，自然伽马采集电路通过对自然伽马高压电路输入18V电压，控制自然伽马高压电路输出900V方波脉冲电压激励，实现地层中的放射性伽马射线进行有效测量。