CN105275465B - 核磁共振录井系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核磁共振录井系统，包括：泥浆管、控制器、可控泵、谱仪、无线收发模块、检测管以及检测装置；所述泥浆管用于抽取井下钻井液，所述泥浆管的一端伸入井下，另一端与钻井液池相连；所述检测管的一端与所述泥浆管连通，另一端与所述可控泵的出口连通，所述可控泵的进口与所述泥浆管连通；所述检测管上套设有所述检测装置，所述检测装置与所述谱仪相连接；所述谱仪和所述可控泵通过所述无线收发模块与所述控制器通信。本发明提供的核磁共振录井系统，实现了钻井液的实时检测以及钻井液检测的远程控制，克服了有线通信布线复杂以及出现故障难以查找故障点等缺陷，增强了核磁共振录井系统的适应性及稳定性。

Description

核磁共振录井系统

技术领域

本发明涉及核磁共振技术领域，尤其涉及一种核磁共振录井系统。

背景技术

钻井液是石油钻井的血液，除了具有清洁井底、携带岩屑、润滑钻头、平衡地层压力、传递水力功率等一系列保障钻井安全进行的功能外，更是发现地下油气、描述地层岩性和评价储层性质的重要信息载体。因此，检测和描述钻井液性能在石油钻控过程中具有非常重要的地位。

为了检测钻井液的性能，钻井过程中可以在井口采集钻井液样品，并在实验室中应用核磁共振技术对其检测，能够测量出钻井液的含油量，反映出对应的地层信息。

现有技术的不足之处在于，需要将采集到的钻井液带入实验室中进行检测，步骤繁琐，实时性差，效率较低，且不能及时发现钻井过程中出现的问题，例如，当有大量油气混入钻井液时可能会出现井涌或井喷，对设备和工作人员造成伤害。

发明内容

本发明提供一种核磁共振录井系统，用以解决现有技术中对钻井液的检测效率较低、实时性较差的技术问题。

本发明提供一种核磁共振录井系统，包括：泥浆管、控制器、可控泵、谱仪、无线收发模块、检测管以及检测装置；

所述泥浆管用于抽取井下钻井液，所述泥浆管的一端伸入井下，另一端与钻井液池相连；

所述检测管的一端与所述泥浆管连通，另一端与所述可控泵的出口连通，所述可控泵的进口与所述泥浆管连通；

所述检测管上套设有所述检测装置，所述检测装置与所述谱仪相连接；

所述谱仪和所述可控泵通过所述无线收发模块与所述控制器通信；

其中，所述控制器用于向所述可控泵发送开启命令，向所述谱仪发送控制命令，并接受所述谱仪发送的检测结果；

所述可控泵用于在接收到所述控制器发送的开启命令后将所述泥浆管中的钻井液抽取到所述检测管中；

所述谱仪用于在接收到所述控制器发送的控制命令后向所述检测装置发送激励信号，并接受所述检测装置根据所述激励信号返回的检测信号，根据所述检测信号生成检测结果发送给所述控制器。

进一步地，所述检测装置包括天线和环形磁体，所述环形磁体套设在所述检测管上，所述天线设置在所述磁体与所述检测管之间。

进一步地，所述核磁共振录井系统，还包括：与所述天线并联的泄放电路；

所述泄放电路包括串联的MOS管和电阻，所述MOS管的输入端与所述谱仪电连接。

进一步地，所述磁体的充磁方向为轴向，所述天线为螺线管天线。

进一步地，所述核磁共振录井系统，还包括：设置在所述检测管中的流量传感器；

所述流量传感器与所述谱仪电连接，用于将检测到的流量信息发送给所述谱仪。

进一步地，所述核磁共振录井系统，还包括：设置在所述检测管中的温度传感器；

所述温度传感器与所述谱仪电连接，用于将检测到的温度信息发送给所述谱仪。

进一步地，所述谱仪包括控制处理电路和功率放大电路；

所述控制处理电路与所述控制器之间通过无线收发模块实现通信；

所述功率放大电路的输入端与所述控制处理电路电连接，输出端通过第一开关与所述天线电连接。

进一步地，所述谱仪还包括前置放大电路；

所述前置放大电路的输出端与所述控制处理电路电连接，输入端通过第二开关与所述天线电连接。

本发明提供的核磁共振录井系统，包括与泥浆管连通的检测管，可控泵的进口与泥浆管连通，出口与检测管连通，能够将泥浆管中的钻井液抽取到检测管中，检测管上套设有检测装置，检测装置能够检测钻井液中产生的核磁共振信号，并发送给谱仪，谱仪将分析得到的检测结果发送给控制器，实现了钻井液的实时检测，步骤简单，效率较高，且能够及时发现钻井过程中出现的问题，避免出现钻井事故。此外，控制器通过无线收发模块与谱仪、可控泵进行通信，实现了远程控制，克服了有线通信布线复杂以及出现故障难以查找故障点等缺陷，增强了核磁共振录井系统的适应性及稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的核磁共振录井系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的核磁共振录井系统中分流管的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的核磁共振录井系统中检测装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的核磁共振录井系统的工作流程图；

图5为本发明实施例提供的核磁共振录井系统中泄放电路与天线的连接示意图；

图6为本发明实施例提供的核磁共振录井系统中谱仪的结构示意图。

附图标记：

1-泥浆管 11-钻井液 2-控制器 3-可控泵

4-谱仪 41-控制处理电路 42-功率放大电路 43-第一开关

44-前置放大电路 45-第二开关 5-无线收发模块 6-检测管

7-检测装置 71-环形磁体 8-分流管 81-第一端口

82-第二端口 83-第三端口 9-连接管 10-泄放电路

101-MOS管 102-电阻 103-天线

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种核磁共振录井系统。图1为本发明实施例提供的核磁共振录井系统的结构示意图。如图1所示，本实施例中的核磁共振录井系统，可以包括：泥浆管1、控制器2、可控泵3、谱仪4、无线收发模块5、检测管6以及检测装置7；

泥浆管1用于抽取井下钻井液11，泥浆管1的一端伸入井下，另一端与钻井液池相连；

检测管6的一端与泥浆管1连通，另一端与可控泵3的出口连通，可控泵3的进口与泥浆管1连通；

检测管6上套设有检测装置7，检测装置7与谱仪4相连接；

谱仪4和可控泵3通过无线收发模块5与控制器2通信；

其中，控制器2用于向可控泵3发送开启命令，向谱仪4发送控制命令，并接受谱仪4发送的检测结果；

可控泵3用于在接收到控制器2发送的开启命令后将泥浆管1中的钻井液11抽取到检测管6中；

谱仪4用于在接收到控制器2发送的控制命令后向检测装置7发送激励信号，并接受检测装置7根据激励信号返回的检测信号，根据检测信号生成检测结果发送给控制器2。

具体地，本实施例中的泥浆管1与检测管6之间可以通过多种方式实现连通，例如，泥浆管1与检测管6之间通过分流管8相连接。图2为本发明实施例提供的核磁共振录井系统中分流管8的结构示意图。如图1和图2所示，泥浆管1可以分为多段管道，分流管8具有三个端口，第一端口81可以与泥浆管1的一段管道连接，第二端口82与泥浆管1的另一段管道连接，第三端口83与检测管6连接，这样就实现了检测管6与泥浆管1的连通。或者，泥浆管1与检测管6可以为一体成型结构，直接实现连通。

可控泵3的进口也与泥浆管1连通，具体地，可控泵3的进口可以通过一段连接管9与泥浆管1相连，泥浆管1与连接管9之间可以通过分流管8相连，或者泥浆管1和连接管9可以为一体成型结构，直接实现连通。可控泵3的出口与检测管6相连，这样，当可控泵3开启时，可以将泥浆管1中的钻井液11抽取到检测管6中，从检测管6流出的钻井液11能够进入泥浆管1中，从而流入钻井液池中。

检测装置7套设在检测管6上，用于对检测管6中的钻井液11进行核磁共振检测。检测装置7可以包括天线和磁体，天线和磁体的结构可以有多种，只要能满足核磁共振条件即可。本实施例中以磁体为环形磁体、天线为螺线管天线来详细描述检测装置7的工作原理，其它类型的磁体和天线的原理与此类似，本实施例中不再赘述。

图3为本发明实施例提供的核磁共振录井系统中检测装置7的结构示意图。如图3所示，本实施例中的磁体可以为环形磁体71，天线可以为螺线管天线(图中未示出)，环形磁体71套设在检测管6上，天线设置在磁体与检测管6之间。环形磁体71的充磁方向可以为周向充磁，图3中的N、S表示磁体的N极和S极，环形磁体71产生的静磁场方向能够极化钻井液11中的自旋氢质子，螺线管天线通电时，可以产生用于扳转自旋氢质子的射频磁场，螺线管天线停止通电后，射频磁场消失，自旋氢质子开始沿着静磁场发生进动，从而产生核磁共振感应信号，通过检测核磁共振感应信号，可以对地层情况进行分析。

检测装置7与谱仪4电连接，可以将检测到的核磁共振感应信号发送给谱仪4，谱仪4能够对检测装置7发送的检测信号进行分析，并将分析得到的检测结果通过无线收发模块5发送给控制器2。控制器2可以设置在远离井口的位置，方便工作人员操作。控制器2除了与谱仪4进行通信以外，还可以通过无线收发模块5与可控泵3进行通信，控制可控泵3开启或关闭。

控制器2中可以设置有相应的软件，以实现与可控泵3和谱仪4的通信，并且能够对接收到的检测结果进行处理，此外，还可以设置与控制器2相连接的用户交互界面，用户交互界面方便用户发出控制指令，并查看检测结果。

图4为本发明实施例提供的核磁共振录井系统的工作流程图。如图4所示，本实施例中核磁共振录井系统的工作流程，可以具体包括：

步骤101、控制器2通过无线收发模块5向可控泵3发送开启命令，以使可控泵3打开，泥浆管1中的钻井液11流入检测管6中。

经过一段时间后，控制器2可以控制可控泵3关闭，或者由可控泵3在一定时间后自动关闭。可控泵3关闭后，检测管6中的钻井液11静止，不再流动。

步骤102、控制器2通过无线收发模块5向谱仪4发送控制命令。

步骤103、谱仪4根据所述控制命令向检测装置7发送激励信号。

具体地，谱仪4可以与检测装置7中的天线电连接，当谱仪4向天线发送激励信号后，天线能够产生射频磁场，扳转钻井液11中的自旋氢质子。

步骤104、检测装置7向谱仪4返回检测信号。

当谱仪4停止发送激励信号后，射频磁场消失，自旋氢质子产生核磁共振感应信号，天线接收到核磁共振感应信号后可以发送给谱仪4。

步骤105、谱仪4根据所述检测信号生成检测结果，并将检测结果发送给控制器2。

具体地，谱仪4可以根据接收到的检测信号分析钻井液11的含油量，得到相关的地层信息，并发送给控制器2；也可以将接收到的检测信号经过数模转换后作为检测结果发送给控制器2，由控制器2对检测结果进行分析，得到相关地层信息。

本实施例提供的核磁共振录井系统，包括与泥浆管1连通的检测管6，可控泵3的进口与泥浆管1连通，出口与检测管6连通，能够将泥浆管1中的钻井液11抽取到检测管6中，检测管6上套设有检测装置7，检测装置7能够检测钻井液11中产生的核磁共振信号，并发送给谱仪4，谱仪4将分析得到的检测结果发送给控制器2，实现了钻井液11的实时检测，步骤简单，效率较高，且能够及时发现钻井过程中出现的问题，避免出现钻井事故。此外，控制器2通过无线收发模块5与谱仪4、可控泵3进行通信，实现了远程控制，克服了有线通信布线复杂以及出现故障难以查找故障点等缺陷，增强了核磁共振录井系统的适应性及稳定性。

在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，核磁共振录井系统还可以包括：与天线并联的泄放电路10。

图5为本发明实施例提供的核磁共振录井系统中泄放电路10与天线103的连接示意图。如图5所示，泄放电路10包括串联的MOS管101和电阻102，MOS管101的输入端V_in与谱仪4电连接，通过改变V_in的大小可以改变MOS管101的开关状态。在谱仪4向天线103发送激励信号时，MOS管101处于关断状态，天线103能够产生射频磁场；当谱仪4停止向天线103发送激励信号后，可以打开MOS管101，通过电阻102泄放天线中存储的能量，防止因天线自由衰减时间过长而淹没核磁共振信号。

在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，核磁共振录井系统还可以包括：设置在检测管6中的流量传感器；流量传感器与谱仪4电连接，用于将检测到的流量信息发送给谱仪4。

本实施例提供的核磁共振录井系统，当对钻井液11完成一次检测之后，可以间隔一段时间再次对泥浆管1中当前流动的钻井液11进行检测，这时，需要重新打开可控泵3，将泥浆管1中的新的钻井液11抽取到检测管6中，同时将检测管6中的旧的钻井液11送至泥浆管1进而排入钻井液池中。

在检测管6中设置有流量传感器，能够检测流经检测管6的钻井液11流量，当钻井液11的流量达到预设阈值时，说明检测管6中的钻井液11已经全部置换为新的钻井液11，这时可以关闭可控泵3，对检测管6中的钻井液11进行检测，能够避免钻井液11未置换完就关闭可控泵3导致对当前钻井液的检测不准确，或者钻井液11已置换完还开启着可控泵3导致节约资源、降低效率。

在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，核磁共振录井系统还可以包括：设置在检测管6中的温度传感器；温度传感器与谱仪4电连接，用于将检测到的温度信息发送给谱仪4。

将温度传信息发送给谱仪4，能够使谱仪4在分析检测装置7返回的检测信号时，同时建立检测信号与钻井液11温度的对应关系，更深层次地反映当前钻井液11的信息。

在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，谱仪4包括控制处理电路41、功率放大电路42和前置放大电路44。

图6为本发明实施例提供的核磁共振录井系统中谱仪4的结构示意图。如图6所示，功率放大电路42的输入端与控制处理电路41电连接，输出端通过第一开关43与天线电连接；前置放大电路44的输出端与控制处理电路41电连接，输入端通过第二开关45与天线电连接。

控制处理电路41与控制器2之间通过无线收发模块5实现通信。控制处理电路41具体可以由可编程芯片FPGA和DSP构成，其中FPGA作为控制电路，能够将从控制器2接收到的控制命令发送给功率放大电路42和前置放大电路44，DSP作为处理电路，能够对从前置放大电路44接收到的放大后的检测信号做进一步的处理。

功率放大电路42可以由三级放大电路构成，放大电路主要由MOS管构成，每级放大电路之间通过变压器耦合，能对控制处理电路41给出的脉冲序列进行放大，并将产生的激励信号发送给检测装置7中的天线，还具有与天线阻抗相匹配的输出阻抗。

前置放大电路44可以由二级放大电路构成，能够接收天线发送的检测信号，并对微伏级的检测信号放大约60dB，使之成为能够被控制处理电路41识别的电信号，前置放大电路44可以放置在屏蔽盒中以阻隔外界干扰。

第一开关43和第二开关45的开通或关断由控制处理电路41来控制，当第一开关43开通、第二开关45关断时，控制处理电路41可以通过功率放大电路42向检测装置7发送激励信号，当第一开关43关断、第二开关45开通时，控制处理电路41可以通过前置放大电路44接收检测装置7发送检测信号。第一开关43和第二开关45可以起到隔离作用，防止天线与前置放大电路44导通时受到来自功率放大电路42的噪声的影响。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种核磁共振录井系统，其特征在于，包括：泥浆管、控制器、可控泵、谱仪、无线收发模块、检测管以及检测装置；

所述泥浆管用于抽取井下钻井液，所述泥浆管的一端伸入井下，另一端与钻井液池相连；

所述检测管的一端与所述泥浆管连通，另一端与所述可控泵的出口连通，所述可控泵的进口与所述泥浆管连通；

所述检测管上套设有所述检测装置，所述检测装置与所述谱仪相连接；

所述谱仪和所述可控泵通过所述无线收发模块与所述控制器通信；

其中，所述控制器用于向所述可控泵发送开启命令，向所述谱仪发送控制命令，并接受所述谱仪发送的检测结果；

所述可控泵用于在接收到所述控制器发送的开启命令后将所述泥浆管中的钻井液抽取到所述检测管中；

所述谱仪用于在接收到所述控制器发送的控制命令后向所述检测装置发送激励信号，并接受所述检测装置根据所述激励信号返回的检测信号，根据所述检测信号生成检测结果发送给所述控制器；

所述检测装置包括天线和环形磁体，所述环形磁体套设在所述检测管上，所述天线设置在所述磁体与所述检测管之间；

还包括：与所述天线并联的泄放电路；

所述泄放电路包括串联的MOS管和电阻，所述MOS管的输入端与所述谱仪电连接；

所述检测管中还设有流量传感器；

所述流量传感器与所述谱仪电连接，用于将检测到的流量信息发送给所述谱仪；

当所述钻井液的流量达到预设阈值时，关闭所述可控泵，对所述检测管中的所述钻井液进行检测。

2.根据权利要求1所述的核磁共振录井系统，其特征在于，所述磁体的充磁方向为轴向，所述天线为螺线管天线。

3.根据权利要求1所述的核磁共振录井系统，其特征在于，还包括：设置在所述检测管中的温度传感器；

所述温度传感器与所述谱仪电连接，用于将检测到的温度信息发送给所述谱仪。

4.根据权利要求1所述的核磁共振录井系统，其特征在于，所述谱仪包括控制处理电路和功率放大电路；

所述控制处理电路与所述控制器之间通过无线收发模块实现通信；

所述功率放大电路的输入端与所述控制处理电路电连接，输出端通过第一开关与所述天线电连接。

5.根据权利要求4所述的核磁共振录井系统，其特征在于，所述谱仪还包括前置放大电路；

所述前置放大电路的输出端与所述控制处理电路电连接，输入端通过第二开关与所述天线电连接。