随钻自然伽马测量仪器的系统设计

随钻自然伽玛的测量原理及性能参数1．测量原理：井下探管通过伽玛探测器将地层的自然伽玛射线转换成电脉冲信号，经过处理后，得到伽玛射线的计数率，通过MWD 的泥浆脉冲传输系统传输到地面，经处理后得到实时伽玛曲线。

同时，伽玛计数率被送入伽玛探管的存储器中存储，待探管从井底取出，将存储的数据处理后，得到回放的伽玛曲线。

2、性能参数：工作温度:-25～150℃电池寿命:连续测井500h测量范围:0 ～ 500API精确度: ±2 API垂直分辨率: 6"(152.4mm)内存数据获取率:每16秒一个数据TRIM 随钻电阻率的测量原理及性能参数地 层井 眼发射线圈接收线圈 感生电流大地环发射线圈电路接收线圈电路 1、测量原理：2 .性能参数•工作频率19.2kHz•工作温度范围-25 ～150°C•测量范围0.1 ohm.m ～2000 ohm.m •垂直分辨率12 ～24 " (0.305～0.610 m) •探测深度112 " (2.845m) @ 10 ohm.m84 "(2.130m) @ 1 ohm.m•泥浆类型水基,油基和饱和盐型•承受压力15,000psi (103.4 MPa) •最大工作排量750 GPM (47L/s)•电池寿命150 hours (连续测井) •数据点（内存记录）174,080 个电阻率值•记录参数视电阻率(Ra)温度(Ti)•记录速度8秒~200秒•设置延迟时间10天MWD+自然伽玛+电阻率MWD+伽玛电阻率电阻率探测短节上井前的准备1）去井队上测量好无磁钻铤长度，利用软件计算好加长杆长度，注意计算时不要忘记加一个COUPLING的长度。

2）根据清单准备仪器。

伽玛和电阻率上井清单地面系统1.伽玛接口箱DTU一台2.伽玛电缆一套3.深度传感器+配合接头二个4.悬重传感器+配合快速接头二个5.伽玛专用热敏打印机+打印纸一台6.电阻率接口箱一台7.电阻率电缆一根8.电阻率测试和内存数据回放盒一个9.电阻率串口装卸专用工具+专用尖嘴钳+卡簧+电阻率磁性开关各一个10.电阻率专用编程器一个11.电阻率专用计算机+软件井下仪器1.伽玛双D电池筒+双D电池+电池堵头+电池插销各二根2.伽玛探管+抗压筒3.电阻率专用SEA（目前为0251、0387、0496、0507一根）4.电阻率电池堵头+电池（视现场要求）5.电阻率短节+上下保护接头+电池短节（视现场要求配扣型）6.电阻率配合公母插头及根据现场无磁性钻铤长度所需的加长杆（注意必须精确获得无磁钻铤的长度和所要用的脉冲器的悬挂短节的长度，以此为依据计算电阻率加长杆的长度）7.电阻率所需的上下配合接头和拆装电阻率的连接接头以及提升接头（视现场要求配接头扣型）8.所需的各种密封圈串测试仪器，确保仪器正常工作仪器串接测试将仪器各个部分串接起来，用PC机监控仪器是否正常工作。

随钻自然伽玛仪GRA 作业指导书Gamma 仪器上井清单1、Gamma接口箱DTU（含电缆线1根,九芯串口电缆1根）。

2、热敏打印机1台（含电源线和打印线各1根, 热敏打印纸1卷）。

3、Gamma探管2套。

4、Gamma电池2根(一筒新电池寿命200小时左右，使用前确定电池已使用时间)。

5、Gamma电池外筒1个(含Coupling 1个)。

6、Gamma电缆线1根。

7、主电缆线与DTU转接合1个。

8、Gamma现场传感器2套：1).井深传感器2个（含前后转换接头），2).大钩悬重传感器2个（包括井深+大钩负荷的接线盒）。

9、Gamma探管与PC机通讯转接合1个(含九芯串口电缆)。

10、胶木管1个。

(注：MWD系统有工具箱和足量的GT圈，O-ring ，探管螺丝等) （如果采用投入式测量Gamma,除上所列外，还需Gamma电池外筒1个；COUPLING 1个；外筒尾锥1个）目录1 准备工作1.1安装井深传感器1.2大钩悬垂传感器的安装1.3井深仪（DTU）的安装2 井下伽玛仪现场安装2.1 室内组装启动伽玛仪2.2 再确定一次仪器是否正常工作2.3 钻台联接3 井深仪（DTU）操作规程3.1确定传感器类型3.2 用方钻杆(或钻杆、立柱)长度标定DTU 3.3 大钩负荷门限值SP的设置3.4 设置当前下钻深度4 随钻自然伽玛仪测试作业4.1 测前准备4.2 测试操作4.3 地面读出数据。

5 编辑及打印伽玛曲线图5.1 数据准备5.2 产生九个文件中的前三个文件5.3 产生九个文件中的后五个(DBF)文件5.4 伽玛图形编辑5.4 确定打印轨迹并打印出曲线5.6 选中一个文件5.7 关键设置5.8 打印预览随钻自然伽玛测试作业指导书1.准备工作1.1安装井深传感器A．把井深传感器中空轴的公扣端缠绕特夫龙带（四氟带）,将位于绞车滚筒的一侧的气刹轴接头卸下装上井深传感器（传感器本体公母扣为英制，与气刹轴接头安装时应有公制配合接头），用扳手上紧，用力不要过大，取下气刹，接头缠上特夫龙带拧到井深传感器的母扣端，用扳手上紧，用力不要过大（不漏气即可）。

随钻方位伽马探管的设计侯安飞（中国电子科技集团公司第二十二研究所）摘　要　传统随钻伽马仪器测量井眼周围的伽马值，测量曲线反映与井眼垂直的地层信息，在定向井及水平井钻井过程中，由于本身没有方位信息，不能及时有效确定层位及井眼轨迹变化。

针对此问题，研制开发了随钻方位伽马探管，该探管测量数据通过ＭＷＤ实时传输到地面，结合井深数据生成方位伽马曲线，曲线不仅反映地层信息，而且能够分辨上下界面岩性特征，有效发现储集层的上部盖层，捕捉进入油气储集层的最佳时机。

随钻方位伽马探管在多个区块随钻地质导向的现场应用表明，其适合在石油钻井工程中用于进行地质导向。

关键词　随钻方位伽马探管　水平井　地质导向　姿态测量中图分类号：ＴＥ１３２．１ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２ ９８０３．２０２１．０１．０１７犇犲狊犻犵狀狅犳犪狀犪狕犻犿狌狋犺犪犾犵犪犿犿犪狆狉狅犫犲狑犺犻犾犲犱狉犻犾犾犻狀犵ＨＯＵＡｎｆｅｉ２２狀犱犚犲狊犲犪狉犮犺犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犆犺犻狀犪犈犾犲犮狋狉狅狀犻犮狊犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犌狉狅狌狆犆狅狉狆狅狉犪狋犻狅狀，犡犻狀狓犻犪狀犵，犎犲狀犪狀４５３００２，犆犺犻狀犪犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｌｏｇｇｉｎｇｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｇａｍｍａｖａｌｕｅａｒｏｕｎｄｔｈｅｂｏｒｅｈｏｌｅｂｙｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｇａｍｍａ ｗｈｉｌｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇｔｏｏｌｓｒｅｆｌｅｃｔｓｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅｂｏｒｅｈｏｌｅ．Ｉｎｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｏｆｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｗｅｌｌａｎｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌ，ｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎａｎｄｗｅｌｌｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｃｈａｎｇｅｓｃａｎｎｏｔｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｉｎｔｉｍｅｓｉｎｃｅｔｈｅｌａｃｋｏｆａｚｉｍｕｔｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ａｎａｚｉｍｕｔｈａｌｇａｍｍａｐｒｏｂｅｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｓｔｏｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ．ＴｈｅｐｒｏｂｅｔｒａｎｓｍｉｔｓｔｈｅｌｏｇｇｉｎｇｄａｔａｔｏｔｈｅｇｒｏｕｎｄｉｎｒｅａｌｔｉｍｅｔｈｒｏｕｇｈＭＷＤｔｏｇｅｎｅｒａｔｅａｚｉｍｕｔｈａｌｇａｍｍａｃｕｒｖｅｓｔｈａｔｎｏｔｏｎｌｙｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｔｈｅｌｉｔｈｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒａｎｄｌｏｗｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｄｉｓｃｏｖｅｒｔｈｅｕｐｐｅｒｃａｐｒｏｃｋｏｆｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ａｎｄｃａｐｔｕｒｅｔｈｅｂｅｓｔｔｉｍｅｔｏｅｎｔｅｒｔｈｅｏｉｌａｎｄｇａｓｒｅｓｅｒｖｏｉｒｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄａｔａｏｆｗｅｌｌｄｅｐｔｈ．Ｔｈｅｆｉｅｌｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｚｉｍｕｔｈａｌｇａｍｍａｐｒｏｂｅｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅｇｅｏｓｔｅｅｒｉｎｇｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｍｕｌｔｉｐｌｅｂｌｏｃｋｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｔｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｇｅｏｓｔｅｅｒｉｎｇｉｎｐｅｔｒｏｌｅｕｍｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ａｚｉｍｕｔｈａｌｇａｍｍａｐｒｏｂｅｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌ，ｇｅｏｓｔｅｅｒｉｎｇ，ａｔｔｉｔｕｄｅｌｏｇｇｉｎｇ引用：侯安飞．随钻方位伽马探管的设计［Ｊ］．录井工程，２０２１，３２（１）：９３ ９７．ＨＯＵＡｎｆｅｉ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｎａｚｉｍｕｔｈａｌｇａｍｍａｐｒｏｂｅｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．ＭｕｄＬｏｇｇｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，３２（１）：９３ ９７．　侯安飞　１９８３年生，２０１１年毕业于中国电波传播研究所，硕士研究生，现在中国电子科技集团公司第二十二研究所从事随钻测量技术研究工作。

随钻⾃然伽马、电阻率的地质导向系统及应⽤.doc随钻⾃然伽马、电阻率的地质导向系统及应⽤程树林桂维兴摘要：地质导向钻井技术的应⽤体现了随钻测井资料的重要⼯程价值。

本⽂总结了随钻⾃然伽马、电阻率在地质导向钻井中应⽤的3种测量⽅式特征，即近钻头测量、基于随钻估计和预测⽅法的随钻测量、随钻⽅位⾃然伽马和电阻率测量；描述了随钻⾃然伽马、电阻率的实时解释⽅法，根据不同区域的地质特点、岩性测井特征和储集层的物性特征，将随钻测井数据与事先设定的储层地质特征进⾏实时对⽐和评价，完成地层对⽐、流体性质判别和储层参数解释；说明了随钻⾃然伽马、电阻率的刻度⽅法，通过仪器的标准化刻度及量值传递，为定量解释地层提供准确的测井资料；结合实践介绍了利⽤随钻⾃然伽马、电阻率实时测井曲线，根据不同岩性和不同层位⾃然伽马、电阻率的差异特性，结合邻井资料和⽆孔隙度测井资料条件下的孔隙度解释模型，在⼯程应⽤中实现基于随钻⾃然伽马、电阻率的地质导向系统。

0 引⾔地质导向是集定向测量、导向⼯具、地层地质参数测量、随钻实时解释等⼀体化的测量控制技术。

在钻井过程中，在测量井眼轨迹⼏何参数的同时，实时测量地质参数，绘出⾃然伽马、电阻率、岩性密度、中⼦孔隙度、压⼒曲线，并以此实时解释评价钻遇未污染地层的特性、**液界⾯，从⽽准确判定储层特性，指导现场⼯程师调整轨迹，控制钻具有效穿⾏于**藏最佳位置，实现地质导向。

不同岩性的地层其⾃然伽马变化范围不同，⽽致密层、渗透层和****⽔层的电阻率也不相同。

随钻时，可充分利⽤不同岩性、不同层位的⾃然伽马、电阻率的差异特性，结合地质录井资料识别岩性，及时提供地层⾃然伽马、电阻率数据以指导现场⼯程师判断是否钻遇⽬的层。

同时由于随钻密度、中⼦孔隙度测量带有放射源，使⽤风险⾼，推⼴受到⼀定局限，在随钻测井实践中，⽤随钻⾃然伽马识别地层岩性，⽤⾃然伽马、电阻率以及结合邻井测井资料进⾏地层对⽐，建⽴⽆孔隙度测井资料条件下的孔隙度解释模型，实现随钻实时解释，从⽽实现以随钻⾃然伽马、电阻率为地层测量基础的地质导向系统。

link appraisement中石化胜利石油工程有限公司随钻测控技术中心李闪（1972－）男，汉族，江苏省盐城市人，工学硕士，高级工程师，从事随钻测控仪器研发设计研究。

基金项目：国家重大科技专项（2016ZX05021提速提效关键工具与装备”李 闪 随钻自然伽马能谱测井仪设计和刻度方法图1 随钻自然伽马能谱测井原理框图放大器，调整信号幅度后，一路信号进入采集系统进行脉冲幅度分析，形成伽马能谱，按照不同道址进行存储，以便后期进为了进一步稳定整个能谱，在仪器中还使用实时测量地层的K 峰（1460 keV）和Th 峰（2615 keV）稳谱，在K 峰和Th峰的两侧都设置高、低能窗，K峰的能窗范围设置为（1365－1460） keV 和（1460－1590）keV，Th 峰的能窗范围设置为（2515－2610）keV 和（2610－2740）keV。

与Am 源稳谱的原理一样，测量K 峰和Th 峰的高低能窗计数率，如果高低能窗计数率相等，说明能谱稳定，否则调整比较器的门槛电压，使测量的全能谱位于正确位置。

随钻自然伽马能谱测井仪机械设计随钻自然伽马能谱测井仪机械结构框图如图5所示。

（2）响应关系的建立与验证aij，利用已知U、Th 和K 含量的标准刻度井层、高Th 层和高K 层组成），将仪器放置于三个层中进行刻度，得到5个能窗的15个不同的计数率。

则通过最小二乘法就可得到仪器响应系数，即方程组（2）另外，再利用在已知U、Th、K 含量的混合验证井中测图2 随钻自然伽马能谱测井仪电路框图图3 仪器稳谱电路框图图5 随钻自然伽马能谱测井仪机械结构示意图图6 箱体式钻铤结构示意图（a）K井（b） U井（c） Th井（d）混合井图7 随钻自然伽马能谱仪在刻度井中测量能谱得的一组能窗计数率，根据响应系数矩阵、选用恰当的解谱方法就可以得到K、U、Th含量的计算值。

将仪器解谱得到三种核素含量与实际值进行比较可以验证响应关系的正确性。

矿用电磁波随钻方位伽马测井系统的研究与实现汪凯斌【摘要】煤矿井下定向钻进是在螺杆马达和随钻测斜仪的配合下,按照预先设计轨迹进行钻进,不能根据实际的地层情况进行实时调整钻孔轨迹.矿用随钻方位伽马测井仪可实时测量地层放射性,实时依据地层放射性的变化判断钻孔轨迹是否在目的层中,为实时调整钻孔轨迹提供依据.从矿用电磁波随钻方位伽马测井系统(安标名称为YSDGC)的基本原理、关键技术设计、研制、试验设计等几个方面论述了该系统的研究与实现.该系统在煤矿井下的实际应用显示,系统在地层分界面处具有很好的方位伽马方位特性,为煤矿井下定向钻进根据地质情况调整钻进轨迹提供了依据.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2018(046)003【总页数】7页(P145-151)【关键词】矿用电磁波随钻测井;电磁波无线传输;随钻方位伽马;小信号检测【作者】汪凯斌【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TE91煤矿井下定向钻进广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采及地质勘探，煤矿井下定向钻进主要是根据前期探勘的地质情况，设计钻孔轨迹，定向钻机在随钻测斜仪的指导下，调整钻进方向，顺着设计轨迹钻进，在实际钻进中由于地质情况复杂，在钻进过程中需要不停开分支孔以探顶、探底，不能根据实际的地质情况实时调整钻孔轨迹[1-4]，目前的定向钻井随钻测量采用的中心通缆方式实现的实时测量，对钻杆要求高[5-6]。

煤矿井下钻孔直径小，仪器必须防爆，因此煤矿井下的测井仪器发展比较缓慢，文献[7-9]介绍了一次性完成钻孔轨迹、自然伽马、电阻率测量的井下仰角钻孔测井系统的研发；马庆勋等[10]研制了集全方位孔斜测量、自然伽马测井、高分辨率视频于一体的推杆式煤矿井下测井系统。

随钻方位伽马测井仪由于其测量数据具有方位特性，可实时监测钻头距离层界面的距离，在石油领域已经具有成熟的应用，但是其直径大、功耗高、不满足煤矿井下防爆要求，不能直接应用于煤矿井下随钻测井[10-13]，电磁波无线数据传输在煤矿井下也受诸多因素影响，发展缓慢，煤矿井下是一个布有锚网、锚杆等设施、采煤机、传输带等多种设备共同运行的复杂受限环境，这些因素给矿用电磁波随钻方位伽马测井系统在小型化、低功耗、抗噪等方面提出了更高的要求。