(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111273391.0 (22)申请日 2021.10.2 9 (71)申请人 中国石油天然气集团有限公司 地址 100007 北京市东城区东 直门北大街9 号 申请人 中国石油集团川庆钻探 工程有限公 司 (72)发明人 万夫磊　陆灯云　白璟　许期聪　 张继川　李雷　高林　王新建　 郑超华　黄崇君　杨晓峰　连太炜　 (74)专利代理 机构 成都天嘉专利事务所(普通 合伙) 5121 1 代理人 冉鹏程 (51)Int.Cl. E21B 7/04(2006.01)E21B 47/00(2012.01) E21B 47/14(2012.01) E21B 47/26(2012.01) G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 一种基于推靠式旋转导向系统随钻前探的 方法与装置 (57)摘要 本发明公开一种随钻 前探的方法与装置， 涉 及石油工程钻井领域， 尤其特指基于推靠式旋转 导向系统随钻 前探的方法与装置， 建立超声波在 不同地质特征的传播模型和电阻率特征关系， 将 上述关系写入井下数据处理模块和地面数据处 理模块数据库； 通过传感器， 探测前方地层特征， 并将采集的地质特征数据与已有数据模型进行 比对， 按既定编码方式将采集到的相应地质特征 转化为地质特征代码； 将地质特征代码对比数据 库， 解码为可读取的地质特征数据并显示， 可利 用推靠式旋转导向系统安装的传感器探测待钻 进地层的岩性特征、 含油气水特征， 为待钻地层 风险识别提供依据， 保证钻井安全。 权利要求书1页 说明书7页 附图1页 CN 114016911 A 2022.02.08 CN 114016911 A 1.一种基于推靠式旋转 导向系统随钻前探的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 建立传感器 （7） 在不同地质探测到的地质特征数据， 并写入井下数据处理模块 （4） 的数据库和地 面数据处 理模块 （1） 的数据库； S2、 将安装有传感器 （7） 的推靠式旋转导向系统 （5） 下入井底， 在需要进行待钻地层探 测时， 打开推靠式旋转 导向系统 （5） 翼肋 （6） ， 下发前探指令； S3、 打开传感器 （7） ， 探测前方地质特征， 并将地质特征数据传至井下数据处理模块 （4） ， 井下数据处理模块 （4） 将采集到的地质特征数据与数据库进行比对， 按既定编码方式 将上述采集到的地质特 征转化为地质特征代码； S4、 将地质特征代码传送至地面数据处理模块 （1） ， 地面数据处理模块 （1） 将地质特征 代码与数据库进行比对， 解码为可读取的地质特 征数据并显示。 2.根据权利要求1所述的一种基于推靠 式旋转导向系统随钻前探的方法， 其特征在于： 所述传感器 （7） 在不同地质探测 到的地质特征数据包括传感器 （7） 在不同岩性地层、 溶洞、 裂缝、 油气水、 断层和褶皱地质探测到的地质特 征数据。 3.根据权利要求1所述的一种基于推靠 式旋转导向系统随钻前探的方法， 其特征在于： 所述地质特征数据包括传播模型和电阻率特 征关系。 4.根据权利要求1所述的一种基于推靠 式旋转导向系统 （5） 随钻前探的方法， 其特征在 于： 所述步骤S4后还包括， 步骤S5、 结束探测时， 地面数据处理模块 （1） 下发指令， 通讯模块 （2） 控制供电模块 （3） 关闭超声 波传感器 （7） 和井下 数据处理模块 （4） 电源， 探测结束。 5.一种基于推靠式旋转导向系统随钻前探的装置， 其特征在于， 包括： 传感器 （7） 、 井下 数据处理模块 （4） 、 地 面数据处 理模块 （1） 和通讯模块 （2） ； 传感器 （7） ， 安装在推靠式旋转 导向系统 （5） 上， 用于发射和接收信号； 井下数据处理模块 （4） ， 与通讯模块 （2） 连接， 用于将超声波采集的地质特征数据与已 有数据模型进行比对， 按既定编码方式将采集到的相应地质特 征转化为地质特征代码； 地面数据处理模块 （1） ， 与通讯模块 （2） 连接， 将井下传送的地质特征代码解码为可读 取的地质特 征数据； 通讯模块 （2） ， 用于建立推靠式旋转导向系统 （5） 、 超声波传感器 （7） 和井下数据处理模 块 （4） 之间的通讯。 6.根据权利要求5所述的一种基于推靠 式旋转导向系统随钻前探的装置， 其特征在于： 还包括供电模块 （3） ， 与通讯模块 （2） 连接， 用于为传感器 （7） 、 井下数据处理模块 （4） 和通讯 模块 （2） 提供电源。 7.根据权利要求6所述的一种基于推靠 式旋转导向系统随钻前探的装置， 其特征在于： 供电模块 （3） 、 井下数据处理模块 （4） 和通讯模块 （2） 集 成在一个 短节上， 与推靠式旋转导向 系统 （5） 相连接 。 8.根据权利要求5所述的一种基于推靠 式旋转导向系统随钻前探的装置， 其特征在于： 所述地面数据处 理模块 （1） 还用于下发前探指令与结束探测指令 。 9.根据权利要求5所述的一种基于推靠 式旋转导向系统随钻前探的装置， 其特征在于： 所述传感器 （7） 安装在推靠式旋转 导向系统 （5） 翼肋 （6） 最底端。 10.根据权利要求5所述的一种基于推靠式旋转导向系统随钻前探的装置， 其特征在 于： 所述传感器 （7） 为超声 波传感器或雷达传感器。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114016911 A 2一种基于推靠式旋转导向系统随钻前探的方 法与装置 技术领域 [0001]本发明涉及石油工程钻井领域， 具体涉及一种用于随钻前探的方法与装置 。 背景技术 [0002]石油钻井过程中， 经常伴随着地层变化， 钻遇溶洞、 裂缝、 异常高压、 断层、 褶皱等 情况时有发生， 会导致发生井漏、 溢流、 地层垮塌卡钻、 钻头异常磨损等问题， 若不及时处 理， 还会造成井喷等灾难性事故。 目前， 主要依靠地震、 物探等方法， 并参考邻井的实钻资料 获取待钻进地层地质特征和含油气水情况， 这些方法具有局限性， 实钻地质特征和含油气 水情况与预测不符的问题经常发生。 [0003]目前旋转导向系统尚无随钻前探 的功能， 在使用旋转导向钻进过程中， 由于缺乏 待钻进地层地质特征和含油气水情况资料， 导致发生溢流、 井漏和旋转导向系统卡钻的事 故经常发生。 [0004]因此， 有必要对旋转导向系统进行功能扩展， 增加旋转导向系统对待钻进地层地 质特征和含油气水特征 的测量功能， 为待钻地层风险识别提供依据， 以降低旋转导向系统 的钻进风险， 提高钻井效率， 从而保证钻井安全。 [0005]现有技术中提出了公开号为CN104793264A， 授权公告日为2017年12月8日的中国 发明专利文献， 来 解决上述所存在的技 术问题， 该专利文献 所公开的技 术方案如下： 该发明公开了一种应用于钻机的地质状况实时反映与超前探测系统及方法， 包 括： 钻机； 高精度岩层钻孔探查仪， 具有在钻进过程中收集岩石物理力学性质参数的传感 器； 钻机钻进参数实时分析系统； 钻孔雷达， 包括用以探测钻头所在位置周围一定范围内 围 岩岩石参数和水层等不良地质体的电磁波信号的发射 天线和接收天线。 利用地质状况实时 反映与超前探测系统， 不仅可以利用钻进参数实时分析系统精确测定所钻孔径范围内岩层 的类别和物理力学性质， 并且可以利用钻孔雷达预测钻头所在位置周围一定范围内的围岩 状况并以岩层展布图形式呈现出来， 还可以利用高精度岩层钻孔探查仪将围岩包括裂隙角 度、 数量、 岩层分界等围岩信息记录下来。 [0006]上述系统对岩层性质和不良地质体实现精确测定与大范围预测结合， 精确数据记 录与岩层性质三维展布相结合， 从而实现对地下围岩实现快速准确的勘察和预报， 上述发 明中将数据库与成像系统结合起来， 可以实现图像与数据库同时反 映岩层信息、 判断岩层 类别， 同时将岩层信息以岩层展布图形式呈现出来， 直观、 快捷、 准确， 但是上述 发明主要用 于煤矿、 深水地质灾害等超 前探测， 作业工况环 境要求远远小于石油与天然气钻探， 石油与 天然气钻井面临井深更深， 钻井工具尺寸更小、 作业环境更复杂等问题， 导致在设计随钻前 探或者超前探测时， 约束更大、 体积更小、 电源供应更困难、 耐温能力、 密封设计能力更高、 设计难度更大， 目前国内未发现成功设计实施的用于石油天然气钻井的随钻前探工具， 且 上述对比文件的数据处理和传输方法， 只是把相关数据读取、 全部上传至地面， 其处理数据 的方式也是粗放的， 在当前现有的传输技术条件下， 其传输速率、 传输准确度或丢包率是无 法保证的。说　明　书 1/7 页 3 CN 114016911 A 3