随钻流体分析仪的制作方法

本发明涉及石油勘探开发的钻井工程技术的随钻测井领域，特别涉及一种能分析地层流体的特征参数的随钻流体分析仪。

背景技术：

储层流体的物理性质可以用来确定油藏的储量，同时可以帮助预测油藏的产能和经济性。对储层流体性质的认识程度是油气藏开发的重要因素。

井下核磁共振流体分析技术利用原子核的磁性与外加磁场的相互作用及其响应信号特征来获得流体成分及其含量、流体黏度、气油比等地球物理参数，还能帮助确定井眼附近地层的钻井液滤液侵入范围和污染程度，为油气的勘探和开发提供关键信息。

因此，有必要提供一种能分析地层流体的特征参数的随钻流体分析仪。

技术实现要素：

本发明的随钻流体分析仪结构简单，组装简单，便于嵌入钻杆的外壁；采用该随钻流体分析仪可在钻井过程中定量评价地层流体的组分和粘度等关键信息，从而为油气的勘探和开发提供关键信息，同时本发明随钻流体分析仪能够随钻在井内上下移动，能够测量不同深度的地层中流体的特征参数，提高测量和准确性，本发明的随钻流体分析仪还具有快速测量地层流体特征参数的优点，即实现及时测量的目的。

为实现上述目的，本发明提供一种随钻流体分析仪，其中，所述随钻流体分析仪包括：与钻杆相接的短节，所述短节内设有能容纳分析单元的容纳腔；

所述分析单元包括抽吸地层中流体的抽吸模块和能检测所述流体特征参数的分析探头，所述分析探头与所述抽吸模块相连通，所述抽吸模块与井壁相抵接；

所述抽吸模块与控制系统相电接；

在所述钻杆内设有能向钻头输送钻液的引流管，所述引流管设在所述分析探头的一侧。

如上所述的随钻流体分析仪，其中，所述抽吸模块包括抽吸探头，所述抽吸探头内设有能移动地金属探针，所述抽吸探头与井壁之间设有环形皮囊，所述抽吸探头远离所述环形皮囊的一侧设有与所述抽吸探头相连通的加压单元，所述加压单元和所述金属探针分别与所述控制系统相电接。

如上所述的随钻流体分析仪，其中，所述抽吸探头内设有过滤网，能移动地所述金属探针穿过所述过滤网。

如上所述的随钻流体分析仪，其中，所述抽吸模块和所述加压单元之间设有地层压测试计。

如上所述的随钻流体分析仪，其中，所述分析探头的出液口端连通有多个采样瓶。

如上所述的随钻流体分析仪，其中，所述采样瓶的进液端设有采样应力计，所述采样应力计与所述控制系统相电连。

如上所述的随钻流体分析仪，其中，所述分析探头的出液口端连通有出样笼头。

如上所述的随钻流体分析仪，其中，所述分析探头包括中空的磁体，样品管的进液端口与所述抽吸模块连通，所述样品管穿过所述磁体，与磁体相接的天线缠绕在所述样品管的外壁，所述天线的一端与所述控制系统相电接，所述天线的另一端与所述分析单元的数据分析接收单元相电接。

如上所述的随钻流体分析仪，其中，所述分析探头包括中空的磁体，所述磁体由多段极化磁体拼接而成，样品管的进液端口与所述抽吸模块连通，所述样品管穿过所述磁体，螺旋形的天线缠绕在所述样品管的外壁，所述天线由第一螺旋天线和第二螺旋天线构成，所述第二螺旋天线螺旋设置在所述第一螺旋天线的的螺缝内，所述第一螺旋天线的一端与所述控制系统相电接，所述第一螺旋天线的另一端与所述磁体电接，所述第二螺旋天线与所述分析单元的数据分析接收单元相电接。

如上所述的随钻流体分析仪，其中，所述磁体为环形磁体，所述磁体卡设在磁钢骨架内。

本发明的随钻流体分析仪结构简单，组装过程简单，为使用带来极大的方便，采用该随钻流体分析仪可在钻井过程中定量评价地层流体的组分和粘度等关键信息，从而为油气的勘探和开发提供关键信息，同时本发明随钻流体分析仪能够随钻在井内上下移动，能够测量不同深度的地层中流体的特征参数，提高测量和准确性，本发明的随钻流体分析仪还具有快速测量地层流体特征参数的优点，即实现及时测量的目的。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明的随钻流体分析仪的结构示意图；

图2为本发明的随钻流体分析仪的分析单元的结构示意图；

图3为本发明的分析探头的第一实施例的结构示意图；

图4为本发明的分析探头的第二实施例的结构示意图；

图5为本发明的分析探头的磁体与磁钢骨架连接示意图；

图6为本发明的天线的结构示意图；

图7为本发明的随钻流体分析仪的总体模式流程图；

图8为本发明的随钻流体分析仪的流体分析流程图；

图9为本发明的分析探头的磁体的中心区域磁场分布示意图。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围，下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1至图9分别为本发明的随钻流体分析仪的结构示意图、分析单元的结构示意图、分析探头的第一实施例的结构示意图、分析探头的第二实施例的结构示意图、分析探头的磁体与磁钢骨架连接示意图、天线的结构示意图、随钻流体分析仪的总体模式流程图、随钻流体分析仪的流体分析流程图、分析探头的磁体的中心区域磁场分布示意图。

如图1和图2所示，本发明的随钻流体分析仪包括：与钻杆1相接的短节2，短节2内设有能容纳分析单元3的容纳腔21，分析单元3包括能抽吸地层4中流体的抽吸模块31及能检测该流体特征参数的分析探头32，分析探头32与抽吸模块31相连通，即抽吸模块31抽吸的流体供分析探头32分析，从而实时的分析该流体的特征参数，抽吸模块31与井壁5相抵接，且抽吸模块31与控制系统6相电接，实现通过地面的控制系统6来控制抽吸模块31对地层4中的流体进行抽吸，即实现自动化的控制，在钻杆1内设有能向钻头11输送钻液的引流管7，引流管7位于分析探头32的一侧。

具体的，如图2所示，本发明中的抽吸模块31包括抽吸探头311，抽吸探头311内设有能相对抽吸探头311移动的金属探针(图中未示出金属探针)，抽吸探头311与井壁5之间设有环形皮囊，环形皮囊具有抽真空密封性能的贴近在井壁5上，有利于形成密封，抽吸探头311远离环形皮囊的一侧设有与抽吸探头311相连通的加压单元33，加压单元33和该金属探针分别与控制系统6相电接，具体的，在本发明中，加压单元33采用高压泵，当然也可采用其他的加压装置，在此不做具体限制，加压单元33通过第一管道34与抽吸探头311相连通，进一步的，抽吸探头311和加压单元33之间设有地层压测试计35，该地层压测试计35记录地层压力变化情况，通过反馈至控制系统6，即地层压测试计35与控制系统6相电接，从而实现控制该金属探针刺入地层中，此时，控制系统6启动加压单元33，加压单元33运作，通过金属探针抽吸地层4中的流体进入第一管道34内，地层压测试计35和加压单元33之间有一与第一管道35相连通的第二管道36，第二管道36将地层中的流体输送到分析单元3中，实现对流体的特征参数进行分析的目的。

进一步地，抽吸探头311内设有过滤网312，金属探针穿过过滤网312并能在过滤网312内移动，实现对地层4中的流体进行过滤的作用，防止分析探头32堵塞的发生且有利于进一步增加分析探头32对该流体特征参数(包括流体的成分、含量、流体粘度、汽油比等参数)分析的准确度，且过滤网312对抽吸的流体进行过滤，防止第一导管35和第二导管36堵塞现象的发生。

具体的，分析探头32的出液口端连通有多个采样瓶37，进一步的，采样瓶37的进液端设有采样应力计38，采样应力计38与控制系统6相电接，即实现采样应力计38用于记录采样过程中采样瓶37的填充压力，以便于控制系统6控制采样瓶37阀门的闭合，防止流体从采样瓶37溢出现象的发生，在此说明的是，采样瓶37为多个，图2中仅示意性的画出一个采样瓶37。

进一步的，分析探头32的出液口端还连通有出样笼头80，具体的，第三管道39的中间位置与第二管道36的出液端相连通，第三管道39的一端口与采样瓶37相连通，另一端与出样笼头80相连通，即实现地层4中的流体进入分析探头32进行核磁共振测量后，一部分流体进入到采样瓶38进行存储，采集后的流体样品用于地面实验室的流体分析实验，另一部分流体经过出样笼头80返回井中。

具体的，在本发明中，分析探头32采用两种不同的实施方式。

如图3所示，在分析探头32为第一个实施方式时，分析探头32包括中空的磁体321和天线322，磁体321与天线322相电接，具体的，第二导管36的进液端口与抽吸模块31连通，且第二导管36穿过磁体321，在本发明中，磁体321采用一段式磁体结构，天线322为螺旋管天线，天线322缠绕在第二导管的外壁，且天线322的一端与控制系统6相电接，另一端与分析单元3的数据分析接收单元相电接。进一步的，如图5所示，磁体321采用齿形形状，卡在磁钢骨架323内，方便本发明的随钻流体分析仪的安装，且防止磁体321之间产生磁极移位，进一步地，在本发明中磁体321的齿状结构为上下左右成对对称出现、且齿状结构的齿部320大小一致，即磁体321的齿部320为上下左右对称出现，且各个齿部320的大一致，从而保证磁体321稳定地卡设在磁钢骨架323内，图5仅示意性的示出磁体321采用齿状结构，磁体321磁化方向为单极磁化，在磁体321中部形成均匀场，在本发明中通过调整磁体321的内径来调节磁场强度，其内径越小场强越高，磁体321的中心的磁场如图9所示，从磁体321上端到下端的长度l范围内中心的磁场(magneticfield,mf)的示意图。

天线322缠绕在磁体321内部测量区段324的第二导流管36的外侧，第二导流管36的外壁进行开槽，天线322嵌入槽中，并进行充油密封，在密封层外套一层金属屏蔽壳，从而有助于保护天线，延长本发明的随钻流体分析仪的寿命，本发明的流体的特征参数的分析采用核磁流体分析技术，其中对于流体的核磁流体分析技术为现用技术，在此不再进行详细的赘述。

如图4所示，在分析探头32为第二个实施方式时，分析探头32包括中空的磁体521和天线522，第二导管36的进液端口与抽吸模块31连通，且第二导管36穿过磁体521，在本实施例中，磁体521包括第一磁体a、第二磁体b和第三磁体c拼接而成，其中第三磁体c对应测量区段，第一磁体a、第二磁体b和第三磁体c皆为环形磁体，充磁方向为整体单向充磁，在磁体521内部产生一个较为均匀的磁体方向单一的磁场，磁体521的中心的磁场如图9所示，从磁体521上端到下端的长度l范围内中心的磁场(magneticfield,mf)的示意图，如图6所示，天线522由第一螺旋天线5221和第二螺旋天线5222构成，第二螺旋天线5222螺旋设置在第一螺旋天线5221的的螺缝内，天线522为螺旋管天线，第一螺旋天线5221的一端与控制系统6相电接，第一螺旋天线5221的另一端与磁体521电接，第二螺旋天线5222与分析单元3的数据分析接收单元相电接。在此实施例中，天线522为螺线管天线，该螺线管天线为漆包铜线(直径0.3～2mm为佳)或脱氧铜条带(厚度0.1～2mm为佳)制成，天线522缠绕在第二导管36的外部，天线522为双螺线管分立式结构，天线522缠绕在磁体521内部测量区段的第二导管36管壁外侧，即在磁体c的内部对应的第二导管36管壁外侧，第二导管36外壁进行开槽，天线522嵌入开槽内，并进行充油密封，在密封层外套一层金属屏蔽壳；在流体流动状态下，第一螺旋天线5221用于脉冲信号的发射，将脉冲信号发射到磁体521上,脉冲信号发射到磁体521上会产生一个磁场，磁体521本身会产生一个固有的磁场，两个磁场会产生共振磁场，从而实现对流体特征参数的分析，第二螺旋天线5222用于磁共振信号的接收，并将该信号传输到分析单元3的数据分析接收单元，从而得到流体的特征参数，其中，对于流体的核磁流体分析技术为现用技术，在此不再进行详细的赘述。如图5所示，在整个磁体521的外部要加以高导磁钢523进行磁力线束缚，使得整个磁场都位于高导磁钢523内部，实现磁场没有外泄，整个流体分析探头32足够小(直径3～5cm为佳)，并嵌入容纳腔21内进行固定，进一步地，磁体521同样采用齿形形状，卡在磁钢骨架523内，方便本发明的随钻流体分析仪的安装，且防止磁体521之间产生磁极移位，在本发明的一具体实施方式中，磁体521的齿状结构为上下左右成对对称出现、且齿状结构的齿部320大小一致，即磁体521的齿部320为上下左右对称出现，且各个齿部320的大一致，从而保证磁体521稳定地卡设在磁钢骨架523内，图5仅示意性的示出磁体521采用齿状结构，磁体521磁化方向为单极磁化，在磁体521中部形成均匀场，在本发明中通过调整磁体521的内径来调节磁场强度，其内径越小场强越高。

优选地，流体分析探头32的磁体321/521的结构可以为双条形磁体，halbach嵌套型磁体等结构；在磁体321/521的中部形成较为均匀的磁场，用于弛豫时间(t1、t2)的测量，在靠近磁体321/521内侧的部分形成梯度磁场，用于扩散系数(d)的测量；天线521分立式结构可以采用第一螺旋天线5221为螺线管，第二螺旋天线5222为马鞍形天线，去除第一螺旋天线5221和第二螺旋天线5222之间的耦合；在静止测量模式下，可只用螺线管天线进行测量。

具体的，在本发明，随钻流体分析仪具有多种工作模式，包括：随钻等待模式、流体分析模式。如图7所示，为随钻流体分析仪整体的工作流程示意图。首先，地面控制系统6发出信号，随钻流体分析仪进入随钻待机模式，在钻井过程中随钻流体分析仪不进行采集和分析工作。钻井操作停止，反馈到地面控制系统6，分析单元3进入待工作状态；准备工作完毕后，井下仪器将状态反馈到地面控制系统6，金属探针刺入地层中，随后启动加压单元33，开始流体分析模式。当流体分析数据经采集系统采集完毕之后，反馈到地面控制系统6，使流体分析工作模式停止，进而继续随钻待机工作模式。

如图8所示，流体分析模式又分为静止流体测量模式和流动测量模式。在静止状态下可以进行一维t1、t2和二维t1-t2测量；在流体流动分析模式下，在需求稍短时间的条件下可以进行流体流动一维t1、t2测量，在时间富裕的条件下也可以进行静止流体一维t1、t2和二维t1-t2测量。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。