專利名稱：利用具有可移動(dòng)段的井下儀器在井筒中作業(yè)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及井下儀器，尤其是利用具有可移動(dòng)段的井下儀器在井 筒中進(jìn)行作業(yè)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
井下儀器，例如鋼纜、連續(xù)管和鉆柱布置工具，常用于在井筒中從地下 地層中進(jìn)行流體取樣，所述井筒穿過所述地下地層。這些井下儀器可選擇地 或附加地用于測量與井筒和/或地層相關(guān)的不同深度處的 一個(gè)或多個(gè)參數(shù)或 性質(zhì)，例如溫度、壓力、巖石性質(zhì)等。
井下儀器在井筒內(nèi)所處的深度可能是關(guān)鍵的。例如，當(dāng)對(duì)地層進(jìn)行取樣
精確地對(duì)準(zhǔn)可能是重要的。各種已知的技術(shù)，例如作標(biāo)記(當(dāng)通過鋼纜布置 井下儀器時(shí)使用該技術(shù))和伽馬射線關(guān)聯(lián)技術(shù)(該技術(shù)可與鉆柱、鋼纜和連續(xù) 管布置工具一起使用)，可用于控制井下儀器在井筒內(nèi)所處的深度。然而， 在使用多個(gè)井下儀器完成井筒內(nèi)和/或與地層相關(guān)的一系列作業(yè)的情況下，在 第一作業(yè)(例如，將流體注入到所述地層中)之后，使第二井下儀器對(duì)準(zhǔn)在井 筒內(nèi)的給定位置(例如，特定深度和/或方位)以進(jìn)行第二作業(yè)(例如，取樣作業(yè)) 可能是困難的，其中，第一作業(yè)是由第一井下儀器在所述位置處完成的。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)所描述的示例中， 一種用在井筒中的井下儀器包括進(jìn)行第一作 業(yè)的第一工具和進(jìn)行第二作業(yè)的第二工具。該井下儀器還包括第一段，包 括可伸出的錨定器，該可伸出的錨定器用于伸出以與井筒的壁接合，從而將 井下儀器的第一段固定在井筒中的一位置處；和第二段，當(dāng)?shù)谝欢伪凰隹?伸出的錨定器固定在所述位置時(shí)，該第二段可沿著井下儀器的縱向軸線相對(duì) 于第一段移動(dòng)，從而使第一工具或第二工具中的至少一個(gè)移動(dòng)。
在另 一所描述的示例中， 一種用在井筒中的井下儀器包括第 一可伸出的 錨定器，該第一可伸出的錨定器用于與井筒的壁接觸以將所述儀器固定在井
筒中的一位置處。該井下儀器還包括井下儀器的第一工具，用于在井筒中 的所述位置處進(jìn)行第一作業(yè)；和井下儀器的第二工具，與第一工具間隔開， 并用于進(jìn)行第二作業(yè)。此外，該井下儀器包括可伸出的部件，當(dāng)錨定器與井 筒壁接觸時(shí)，該可伸出的部件使第二工具移動(dòng)到所述位置，從而在第一作業(yè) 之后進(jìn)行第二作業(yè)。
在又一所描述的示例中， 一種在井筒中進(jìn)行作業(yè)的方法包括將井下儀 器下入到井筒中的一位置；將井下儀器的第一段錨定到井筒的壁上；以及在 所述位置處進(jìn)行第一作業(yè)。該方法還包括使井下儀器的第二段沿著井下儀 器的縱向軸線遠(yuǎn)離第 一段移動(dòng)；以及通過第二段在所述位置處進(jìn)行第二作 業(yè)。
在又一所描述的示例中， 一種在井筒中進(jìn)行作業(yè)的方法包括將井下儀 器下入到井筒中；將井下儀器的第一段錨定到井簡的壁上；使井下儀器的第 二段沿著井下儀器的縱向軸線遠(yuǎn)離第一段移動(dòng)；以及通過第二段在井筒中進(jìn) 行作業(yè)。


圖1A示出了一示例性的鉆機(jī)和井筒。
圖1B-5示出了一示例性的井下儀器，該井下儀器具有用于在井筒中的 給定位置或深度進(jìn)行多種作業(yè)的可移動(dòng)段。
圖6-8示出了另一方式，在該方式中，可以使用圖1-5的示例性井下儀 器，通過可移動(dòng)段的多個(gè)錨定/解除錨定和伸出/縮回循環(huán)，實(shí)現(xiàn)在井筒內(nèi)更 大的移動(dòng)。
圖9和10示出了另一示例性的井下儀器，該井下儀器可通過鋼纜進(jìn)行 布置，并且可用于強(qiáng)行穿過井筒中的巖架或其它限制物進(jìn)行鉆孔或擴(kuò)孔。
圖11-13示出了又一示例性方式，在該方式中，可以使用一示例性的井 下儀器移出和取出或打撈出井筒中的被卡工具。
圖14示出了又一示例性的井下儀器，該井下儀器具有縱向可移動(dòng)且可 旋轉(zhuǎn)的段。
圖15和16示出了示例性的伸出/縮回機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可與這里所述的示例 性井下儀器一起使用。
圖17示出了一示例性的方式，在該方式中，這里所述的示例性井下儀 器可提供該井下儀器的一個(gè)段相對(duì)于該井下儀器的另一段的精確線性位移。
圖18和19示出了示例性的錨定系統(tǒng)，該系統(tǒng)可與這里所述的示例性#
下儀器一起使用。
具體實(shí)施例方式
一個(gè)或多個(gè)精確控制的深度或位置處進(jìn)行一種或多種作業(yè)?？梢岳镁聝x 器的多個(gè)不同的工具部件大致在井筒內(nèi)的一個(gè)位置或深度處進(jìn)行多種或一 系列的作業(yè)，和/或可以在井筒內(nèi)的多個(gè)精確控制的位置間隔、深度和/或方 位處進(jìn)行一種類型的作業(yè)。與已知的井下儀器相比，這里所描述的示例性井 下儀器包括一個(gè)或多個(gè)段，每個(gè)段可包括一個(gè)或多個(gè)用于進(jìn)行一種或多種井 筒作業(yè)的工具或設(shè)備。每一示例性井下儀器的一個(gè)或多個(gè)段可以沿著井下儀 器的縱向軸線移動(dòng)(例如，伸出、縮回等)相對(duì)精確的距離。以這種方式，井 下儀器的單個(gè)工具或設(shè)備與利用常規(guī)技術(shù)(例如，標(biāo)記鋼纜、利用伽馬射線 關(guān)聯(lián)技術(shù)等)可以實(shí)現(xiàn)的相比可以更精確地定位在井筒內(nèi)的深度或位置處。 因此，這里所描述的示例性井下儀器能夠更準(zhǔn)確地進(jìn)行測試作業(yè)、取樣作業(yè)、 完井作業(yè)等，從而提供比利用常規(guī)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的結(jié)果更為精確、可重復(fù)和 可靠的結(jié)果。
在這里所描述的一些示例性井下儀器中，井下儀器包括第一段，該第一 段具有與井筒壁接觸的可伸出的錨定器或其它元件，用于將井下儀器的第一 段固定在井筒中的給定位置(例如，深度和/或方位)。當(dāng)?shù)谝欢伪豢缮斐龅腻^ 定器固定在所述位置時(shí)，井下儀器的第二段可沿著井下儀器的縱向軸線相對(duì) 于第一段移動(dòng)。井下儀器的第二段可包括第二可伸出的錨定器，用于將第二 段固定到井筒壁。當(dāng)?shù)诙缮斐龅腻^定器將第二段固定到井筒壁時(shí)，當(dāng)?shù)谝?段的可伸出的錨定器縮回時(shí)，第一段可相對(duì)于第二段移動(dòng)(例如，伸出、縮 回等)。
雖然這里所描述的示例性井下儀器被描述為具有兩個(gè)段和一個(gè)或兩個(gè) 可伸出的錨定器，但是可使用任意其它數(shù)量的附加段和/或可伸出的錨定器。 另外，每個(gè)段都可相對(duì)于其它段移動(dòng)(例如，伸出、縮回等)，并且可包括用
于進(jìn)行井筒作業(yè)的一個(gè)或多個(gè)工具或設(shè)備，所述井筒作業(yè)例如為取樣作業(yè)、 測試作業(yè)、取芯作業(yè)等。因此， 一般來說，所述一個(gè)或多個(gè)工具或設(shè)備可包 括地層評(píng)價(jià)工具和/或油藏評(píng)價(jià)工具。所述可移動(dòng)段可沿著井下儀器的縱向軸 線移動(dòng)精確的距離，以使連接到所述段的一個(gè)或多個(gè)工具(例如，測試工具、 取樣工具、取芯工具等)精確定位在井筒內(nèi)的不同深度或位置。
這里所述的具有可移動(dòng)段的示例性井下儀器可通過鋼纜、鉆柱、連續(xù)管 和/或任何其它方式在井筒中輸送，以在井筒內(nèi)的精確控制的 一個(gè)深度或精確 控制的多個(gè)深度或多個(gè)層段處進(jìn)行各種作業(yè)或一連串作業(yè)。更具體地，在一 些示例中，具有可移動(dòng)段的井下儀器可被下入到井筒中，井下儀器的第一段 可被錨定或固定到井筒壁上。第一作業(yè)在井筒中的一位置(例如，深度和/或 方位)處進(jìn)行。例如，第一作業(yè)可包括地層測試作業(yè)，例如測量巖石性質(zhì)。 當(dāng)?shù)诙翁幱诳s回狀態(tài)時(shí)(即，當(dāng)?shù)诙螞]有延伸離開第一段時(shí))，第一作業(yè) 可由井下儀器的第二可移動(dòng)段中的第一工具或設(shè)備進(jìn)行。之后，井下儀器的 第二段可沿著井下儀器的縱向軸線延伸離開(例如，通過液壓設(shè)備)第 一段。 第二段可延伸一精確控制的距離，以使第二段中的另一地層測試工具或設(shè)備 (例如，流體測試設(shè)備)對(duì)準(zhǔn)在與執(zhí)行第 一作業(yè)的位置基本相同的井筒壁位置。 以這種方式，第一和第二作業(yè)在基本相同的井筒位置(例如，基本相同的井 筒壁位置)進(jìn)行。因此，第一和第二作業(yè)的結(jié)果可精確地彼此關(guān)聯(lián)并與井筒 內(nèi)的位置相關(guān)。
更一般的是，這里所描述的具有可移動(dòng)段的示例性井下儀器可用于在井 筒內(nèi)的給定位置進(jìn)行一系列或一連串的作業(yè)(例如，兩個(gè)或更多的作業(yè))。每 個(gè)作業(yè)可以是取樣作業(yè)(例如，地層流體取樣作業(yè))、測試作業(yè)(例如，溫度和 /或壓力測量)、取芯作業(yè)、或任何其它可在井筒內(nèi)進(jìn)行的作業(yè)。同樣，這里 所描述的示例性井下儀器可用于進(jìn)行與井筒完井相關(guān)的一連串作業(yè)。例如， 第一作業(yè)可包括在套管中鉆孔，隨后的作業(yè)可包括注入水泥、封堵所鉆的孔、 激活完井系統(tǒng)等。
這里所描述的示例性井下儀器還可用于在井筒內(nèi)的多個(gè)精確控制的深 度間隔或位置進(jìn)行一種類型的作業(yè)。例如，可以通過以遞增的方式移動(dòng)這里 所述的示例性井下儀器的段，并獲得沿井筒壁的每個(gè)深度或位置間隔處的測 量值(例如，溫度、壓力、巖石性質(zhì)參數(shù)值等)，來進(jìn)行測試作業(yè)(例如測井作 業(yè))、梯度測量作業(yè)、成像作業(yè)等。
在一些示例中，井下儀器的可移動(dòng)的段可包括可圍繞井下儀器的縱向軸 線旋轉(zhuǎn)的部分。在這些示例中，可旋轉(zhuǎn)的部分可以包括能夠在井筒內(nèi)鉆開障 礙物、對(duì)限制物進(jìn)行擴(kuò)孔等的鉆具。特別是，在通過鋼纜將示例性井下儀器 下入的情況下，井下儀器的第一段可被錨定到井筒壁上，并且在鉆具旋轉(zhuǎn)時(shí) 第二段可強(qiáng)行延伸到井筒中的障礙物中，從而能夠進(jìn)行基于鋼纜的鉆孔作 業(yè)。在另一示例中，第二段的可旋轉(zhuǎn)部分可包括一個(gè)或更多的傳感器(例如， 溫度、壓力和/或圖像傳感器)，所述傳感器可用于獲得周向測量值和/或用于 在給定深度或位置處圍繞井筒的圓周或周邊進(jìn)行一種或多種作業(yè)。
在其它示例中，井下儀器可利用其可伸出的錨定器和一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng) 段來使井下儀器移動(dòng)或行走穿過井筒。以這種方式移動(dòng)井下儀器在井筒的基 本水平或偏斜的段特別有利，其中，所述水平或偏斜段將會(huì)阻止或防止例如 通過鋼纜而布置的井下儀器在井筒中移動(dòng)。特別地，與井下儀器的第一段相 關(guān)的第一可伸出的錨定器可以伸出，以相對(duì)于井筒壁固定井下儀器的第一 段。之后，第二段可沿著井下儀器的縱向軸線離開(例如，從第一段伸出)第 一段(例如，更加深入到井筒中)。然后，可以使連接到第二段的可伸出的錨 定器伸出，以相對(duì)于井筒壁固定第二段。然后，使第一可伸出的錨定器縮回， 并使第一段向第二段移動(dòng)(例如，縮回)。之后，使第一可伸出的錨定器再次 伸出，以相對(duì)于沿著井筒壁的新的、更深的位置固定第一段，然后可使第二 可伸出的錨定器縮回，以能夠重復(fù)前述過程直到井下儀器已經(jīng)在井筒內(nèi)移動(dòng) 一期望距離。
圖1A示出了一示例性的鉆機(jī)10和鉆柱12，這里所描述的示例性裝置 和方法例如可用于抽吸地層流體樣品和/或進(jìn)行與地下地層F相關(guān)的其它作 業(yè)。在所示的示例中，陸基平臺(tái)和鉆塔組件IO定位在穿過地下地層F的井 筒106的上方。在所示的示例中，井筒106以公知的方式通過旋轉(zhuǎn)鉆井形成。 然而，受益于本公開的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，這里所描述的裝置和方 法還可用在定向鉆井作業(yè)中和旋轉(zhuǎn)鉆井作業(yè)中，并且不限于陸基鉆機(jī)。另外， 盡管所示的井筒106為棵眼井，但是這里所描述的裝置和方法還可用于下套 管井。
如圖1A所示，鉆柱12懸掛于井筒106內(nèi)，并包括位于其下端的鉆頭 15。鉆柱12通過轉(zhuǎn)盤16旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤16在鉆柱12的上端與方鉆桿17接合。 鉆柱12從鉤18上懸吊下來，其通過方鉆桿17和旋轉(zhuǎn)水龍頭19附接到游車
(未示出)上，這允許鉆柱12相對(duì)于鉤18旋轉(zhuǎn)。
鉆井液或泥漿26凈皮儲(chǔ)存在形成于井場的泥漿池27中。泵29用于將鉆 井液26通過水龍頭19中的端口(未示出)輸送到鉆柱12的內(nèi)部，從而引導(dǎo)鉆 井液26在箭頭9所示的方向上向下流過鉆柱12。鉆井液26通過鉆頭15中 的端口(未示出)離開鉆柱2，然后，鉆井液26穿過鉆柱12外側(cè)與井筒106 的壁之間的環(huán)空28在箭頭32所示的方向上向上循環(huán)。以這種方式，鉆井液 26潤滑了鉆頭15,并在其返回到泥漿池27以進(jìn)行再循環(huán)時(shí)將地層巖屑向上 攜至地面。
鉆柱12在鉆頭15附近(例如，在距鉆頭15幾個(gè)鉆鋌長度的范圍內(nèi))還包 括底部鉆具組合5。底部鉆具組合5包括用于測量、處理和存儲(chǔ)信息的鉆鋌。 底部鉆具組合5還包括與地面系統(tǒng)交換信息的地面/地方通信子組件40。
圖1B-5示出了由具有第一段102和第二段104的示例性井下儀器100 所進(jìn)行的一連串示例性作業(yè)。如圖l所示，示例性的底部鉆具組合或井下儀 器100通過鋼纜108下入到井筒106中。鋼纜108可包括多根電線、電纜等， 以在井下儀器100與井筒106附近的地面上的電子和處理單元IIO之間傳送 電信號(hào)(例如，通信信號(hào)、控制信號(hào)、功率信號(hào)等)。鋼纜108還可包括一根 或更多根纜索，用于在井筒106中提升、下入和懸掛井下儀器IOO時(shí)向鋼纜 108提供支撐井下儀器100重量的強(qiáng)度。
示例性的井下儀器100還包括與第一段102 —體的第一可伸出的錨定器 或部件112、以及與第二段104 —體的第二可伸出的錨定器或部件ll4。每 個(gè)可伸出的錨定器112和114可以選擇性地延伸離開井下儀器IOO或自井下 儀器IOO向外伸出，以與井筒106的壁116接觸或接合，從而相對(duì)于井筒106 的壁116錨定或固定井下儀器100的段102和104各自的位置。換句話說， 可以使第一可伸出的錨定器112伸出以接觸壁116，從而相對(duì)于井筒106的 壁116固定第一段102的位置。類似地，可以使第二可伸出的錨定器114伸 出以接觸井筒106的壁，從而相對(duì)于井筒106的壁116固定第二段104?？?伸出的錨定器或部件112和114可利用液壓操作活塞、彈簧、馬達(dá)、齒輪或 任何其它方式實(shí)現(xiàn)。在利用液壓操作活塞實(shí)現(xiàn)可伸出的錨定器或部件112和 114的情況下(如圖19所示的示例)，可以借助類似于斯倫貝謝公司提供的 MDT錨定系統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)可伸出的錨定器或部件112和114。此外，盡管圖 1B-5示出了兩個(gè)可伸出的錨定器或部件112和114,但是，可以圍繞井下儀
器IOO徑向分布有多于兩個(gè)的這種可伸出的錨定器或部件。
示例性井下儀器100的第二段104還包括第一設(shè)備或工具118和第二設(shè)
備或工具120,第二設(shè)備或工具120沿著井下儀器100的縱向軸線與第一工
具118隔開一距離122。每個(gè)工具118和120可構(gòu)造成用于進(jìn)行一種或更多
種井筒作業(yè)，例如，測試作業(yè)、取樣作業(yè)、取芯作業(yè)等。美國專利No.6，729，416
中描述了一種示例性的取芯工具，這里將該專利的全部內(nèi)容引用作為參考。
具體地，該專利的圖1和2示出了與井下儀器和獲取巖芯樣品的地層相關(guān)的
示例性取芯工具。美國專利No.7，195，063中公開了 一種示例性的取樣工具，
這里引用該專利的全部內(nèi)容作為參考。具體地，該專利的圖l和2示出了一 種與井下儀器和獲取流體樣品的地層相關(guān)的示例性取樣工具。
在一些示例中，工具118和120執(zhí)行不同但互補(bǔ)的作業(yè)，以沿著井筒106 的壁116在特定位置處執(zhí)行一連串作業(yè)。例如，第一工具118可構(gòu)造成用于 進(jìn)行測試作業(yè)，例如測量溫度或壓力，第二工具120可構(gòu)造成用于進(jìn)行取樣 作業(yè)，例如從地層中獲取地層流體。
在另一示例中，工具118和120可進(jìn)行一連串或一系列完井作業(yè)。例如， 第一工具118可利用取芯設(shè)備來去除井筒106內(nèi)的受損區(qū)域或地帶，第二工 具120可用于從通過去除第一工具118所損壞的區(qū)域而留下的未受損區(qū)域中 獲得樣品、壓力測量值等。在另一示例中，第一工具118可用于在井筒106 的套管(未示出)中鉆孔，第二工具120可用于注入水泥、封堵所述孔、激活 完井系統(tǒng)等，從而能夠使用工具118和120在井筒106內(nèi)大致相同的位置處 完成一連串或一系列完井作業(yè)。在又一示例中，第一工具118可進(jìn)行諸如測 量巖石性質(zhì)的測試作業(yè)，第二工具120可進(jìn)行諸如測量流體性質(zhì)的測試作業(yè)。
盡管示例性的井下儀器IOO被描述為第一和第二工具118和連接到 第二段104，使得當(dāng)?shù)诙?04相對(duì)于第一段102移動(dòng)時(shí)兩個(gè)工具118和 一起移動(dòng)，但是，可替代地，工具118和120中的一個(gè)或兩個(gè)可連接到第一 段102。在一個(gè)工具118連接到第一段102而另一個(gè)工具連接到第二段l(H 的情況下，第二段104相對(duì)于第一段102的移動(dòng)使工具118和120彼此背離 或彼此相向移動(dòng)，而不是如圖1B中示例性儀器IOO—起移動(dòng)的情況。此外， 雖然示出了圖1B的示例性儀器IOO具有兩個(gè)工具，然而可替代地，可以使 用以任意方式設(shè)置在任意數(shù)量的可移動(dòng)段上的任意數(shù)量的工具。
電子和處理單元110可包括一個(gè)或多個(gè)處理器、存儲(chǔ)器、通信電路系統(tǒng)、
電源電路系統(tǒng)等，以控制井下儀器100的作業(yè)。尤其是，如同下面更加詳細(xì)
描述的，電子和處理單元iio可向井下儀器ioo發(fā)送控制信號(hào)，以使第一可
伸出的錨定器112伸出以接觸井筒106的壁116，并且當(dāng)?shù)谝欢伪豢缮斐龅?錨定器U2相對(duì)于井筒106的壁116固定時(shí)，使第二段104沿著井下儀器100 的縱向軸線延伸離開第一段102和朝第一段102縮回。類似地，電子和處理 單元IIO可使第二錨定器114伸出，以與壁116接觸，從而相對(duì)于壁116固 定第二段104。當(dāng)?shù)诙?04相對(duì)于壁116固定在適當(dāng)位置且第一錨定器112 縮回時(shí)，電子和處理單元IIO可使第一段102沿著井下儀器100的縱向軸線 延伸離開第二段104或朝第二段104縮回。
在一些示例中，電子和處理單元100能以開環(huán)的方式進(jìn)行操作，在這種 方式下，需要操作員正確地為井下儀器IOO的操作排序。尤其是，在這種開 環(huán)控制中，可能需要操作員的干預(yù)，以使可伸出的錨定器112和/或114伸出 和/或縮回、操作工具118和120、和/或使第二段104相對(duì)于第一段102移動(dòng)。 可選擇地，電子和處理單元110能以閉環(huán)方式工作，在該方式中，不需要或 基本不需要操作員的干預(yù)來控制井下儀器100的操作以及為井下儀器100的 操作排序。在這種閉環(huán)控制中，示例性的井下儀器IOO能夠以全自動(dòng)的方式 工作，在該方式中，錨定器112和/或114自動(dòng)伸出和/或縮回，工具118和 120自動(dòng)地且在合適的時(shí)間操作，第二段104以自動(dòng)的方式相對(duì)于第 一段102 移動(dòng)。
作業(yè)中，通過鋼纜108將井下儀器IOO下入到井筒106中的期望深度。 井筒106內(nèi)的期望深度或位置可以對(duì)應(yīng)于第一工具或設(shè)備118與圖l所示的 位置"L"對(duì)準(zhǔn)或鄰近該位置"L"的深度。利用作標(biāo)記技術(shù)和/或任意關(guān)聯(lián) 技術(shù)(例如，伽馬射線、自然電位等)，可將井下儀器100下入到該期望深度
或位置o
如圖2所示， 一旦井下儀器100已經(jīng)進(jìn)入或下入到期望深度，就可使第 一可伸出的錨定器112伸出以與井筒106的壁116接觸，從而相對(duì)于井筒106 的壁116固定或錨定井下儀器100。這樣，如圖2所示，第一工具或設(shè)備118 被固定在該工具或設(shè)備118與位置"L"基本對(duì)準(zhǔn)的位置或深度，該位置"L" 例如可與所要測試、取樣等的地層相關(guān)。
然后，如圖3所示，腳或錨定器300可以從工具118伸出，并且，取樣 探針、傳感器、取芯設(shè)備、流體注入器等302可以如圖所示伸出，以在位置L附近與壁116接觸?？梢岳靡簤夯钊裙绞绞瑰^定器300和探針、 傳感器、取芯設(shè)備、流體注入器等伸出和縮回。無論用于實(shí)施第一工具118 的一個(gè)或多個(gè)工具或設(shè)備的具體構(gòu)造或類型如何，探針、傳感器、取芯設(shè)備、 流體注入器等302都在鄰近位置L的壁116處執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)操作。例如， 在第一工具118包括壓力傳感元件或單元302的情況下，可以獲得壓力讀數(shù)， 并且通過鋼纜108將所述壓力讀數(shù)傳送到電子和處理單元110。
如圖4所示，在第一工具118在位置L處已經(jīng)完成其一個(gè)或多個(gè)操作之 后，錨定器300和傳感器、取樣設(shè)備、取芯設(shè)備、流體注入器等302縮回， 并且井下儀器100的第二段104沿著井下儀器100的縱向軸線延伸離開第一 段102。如圖4所示，第二段104已經(jīng)伸出一距離，該距離基本等于工具或 設(shè)備118和120之間的距離122(圖1)，使得第二工具或設(shè)備120處于一深度 處，以使第二工具120與位置L(即，第一工具118之前所處的位置)基本對(duì) 準(zhǔn)。可以利用例如液壓活塞、波紋管、螺桿和馬達(dá)組件、和/或任何其它合適 的一個(gè)或多個(gè)機(jī)構(gòu)，使第二段104伸出和縮回。這些機(jī)構(gòu)的示例將在下面結(jié) 合圖15和16更詳細(xì)地描述。
穩(wěn)定器400(例如，弓形彈簧、可伸出的臂或錨定器等)可用于確保傳感 器、探針、取芯設(shè)備等402保持與鄰近位置L的壁116接觸。因此，以這種 方式，第二工具120可在基本相同的位置執(zhí)行其一個(gè)或多個(gè)操作，其中所述 位置是第一工具118執(zhí)行其一個(gè)或多個(gè)操作的位置，從而無需通過基于例如 鋼纜標(biāo)記和/或關(guān)聯(lián)技術(shù)(例如，伽馬射線關(guān)聯(lián))而改變鋼纜108在井筒106中 的布置深度來調(diào)整井下儀器100的位置。
如圖5所示，當(dāng)?shù)诙ぞ?20在位置L已經(jīng)完成其一個(gè)或多個(gè)操作時(shí)， 第二工具120的取樣探針、測試設(shè)備、取芯設(shè)備等402和穩(wěn)定器400縮回， 并使第一可伸出的錨定器112縮回，從而使井下儀器IOO處于解除錨定的狀 態(tài)或自由移動(dòng)的狀態(tài)。之后井下儀器IOO可移動(dòng)到井筒106內(nèi)的一新位置和 /或與通過工具118和120的操作而采集的任何樣品(例如，流體樣品、巖芯 等)一起從井筒106中移出或取回到地面。
圖6-8描述了另一方式，其中，示例性的井下儀器100可用在井筒106 內(nèi)，以通過第一和第二l殳102和104的多個(gè)錨定/解除錨定和伸出/縮回循環(huán) 來獲得井筒106內(nèi)更大的移動(dòng)或位移。首先，如圖6所示，通過鋼纜108將 示例性井下儀器IOO布置在井筒106中的任何期望深度。然后，如圖7所示， 使第一可伸出的錨定器112伸出以與壁116接觸，從而將第一段102錨定到 井筒106的壁1M上。當(dāng)?shù)谝欢?02已被錨定后，使第二段104沿著井下儀 器100的縱向軸線延伸離開第一段102—期望距離。然后，如圖7所示，使 第二可伸出的錨定器1M伸出以與壁116接觸從而相對(duì)于壁116錨定或固定 第二段104，使第一錨定器112縮回，并使第一段102向著第二段104縮回。 前述序列或過程可重復(fù)任意次數(shù)，以獲得適于一特定作業(yè)或一系列作業(yè)的向 下和向井筒106中、或者向上和離開井筒106的任何期望的行進(jìn)量或位移量。
筒中輸送井下儀器IOO，否則，可能不能輸送通過鋼纜布置的井下儀器或任 何其它常規(guī)的井下儀器。此外，當(dāng)井下儀器IOO在井筒106內(nèi)移動(dòng)時(shí)，工具 或設(shè)備118和120中的一個(gè)或兩個(gè)可用于沿著井筒106的壁116采集樣品、 壓力測量值、巖芯等?？蛇x擇地或附加地，工具或設(shè)備118和120中的一個(gè) 或兩個(gè)可用于在不同深度處反復(fù)采集數(shù)據(jù)或信息，以使電子和處理單元110 能夠產(chǎn)生測井信息(例如，參數(shù)-深度信息)。
圖9和10描述了另 一示例性的井下儀器900，該井下儀器900可通過鋼 纜進(jìn)行布置，并且可用于穿過井筒中的巖架或其它限制物強(qiáng)行鉆孔或擴(kuò)孔。 具體地，該示例性的井下儀器900包括第一段902和第二段904。第二段卯4 包括使鉆頭910旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)部分。在圖9中，該示例性的井下儀器卯O通 過鋼纜908布置在井筒卯6中?？缮斐龅腻^定器912伸出以與井筒906的壁 916接觸，從而將示例性井下儀器900固定或錨定在井筒卯6中的限制物918 的上方。如圖IO所示，第二,殳904可遠(yuǎn)離第一羊殳902并朝向限制物918伸 出，以使鉆頭910能夠與限制物918強(qiáng)行接合，并使限制物918能夠被鉆頭 910擴(kuò)孔或擴(kuò)眼。可以反復(fù)執(zhí)行上述過程任意次數(shù)，以使進(jìn)入井筒卯6中的 距離或位移逐漸增大。此外，該示例性井下儀器卯O還可用于在高偏斜井筒 和/或井筒的大致水平的部分中輸送工具。另外，該示例性井下儀器900可以 與任意數(shù)量的工具或設(shè)備結(jié)合，以在井筒906內(nèi)進(jìn)行任意期望的類型和數(shù)量 的作業(yè)。
圖11-13描述了另一示例性方式，在該方式中，示例性井下儀器1100 可用于從例如井筒1106中的限制物1118中移出并取出或打撈出被卡工具 1120。被卡工具1120包括鉤形聯(lián)接器1121,該鉤形聯(lián)接器1121構(gòu)造成與打 撈工具或互補(bǔ)聯(lián)接器1122接合或連接，這將在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。鉤
形聯(lián)接器1121和打撈工具或互補(bǔ)聯(lián)接器1122僅僅是示例，并且作為替代地， 可使用任何其它類型的機(jī)械聯(lián)接器。
首先，如圖11所示，工具1120可能被卡在井筒1106的限制物1118中。 然后，通過鋼纜1108將示例性井下儀器1100下入到井筒1106中。當(dāng)示例 性井下儀器1100已經(jīng)到達(dá)期望位置或深度時(shí)，可伸出的錨定器1112(可以與 上面結(jié)合其它示例性井下儀器所描述的可伸出錨定器類似)伸出以與井筒 1106的壁1116接觸，從而將井下儀器1100的第一段1102固定或錨定到井 筒1106的壁1116上。然后，井下儀器1100的第二段1104沿著井下儀器1100 的縱向軸線遠(yuǎn)離第一段1102移動(dòng)或延伸，并與被卡工具1120接觸。井下儀 器1100的第二段1104包括打撈工具(例如，打撈筒型工具或任何其它類型的 打撈工具)1122，當(dāng)打撈工具1122與被卡工具1120強(qiáng)行接合時(shí)，打撈工具 1122鎖住被卡工具1120的聯(lián)接器1121。之后，如圖13所示，第二段1104 朝第一段1102縮回，以從限制物1118中移出和去除被卡工具1120。在圖 11-13的示例中，可以對(duì)被卡工具1120和/或井下儀器IIOO進(jìn)行裝備(例如， 裝備有與圖1B所示的工具118和120類似的工具)，以在打撈被卡工具1120 的同時(shí)進(jìn)行附加作業(yè)(例如，測井、采樣、取芯等)。
圖14描述了另一示例性井下儀器1400,該井下儀器1400具有第一段 1402和第二段1404,第二段1404可沿著示例性井下儀器MOO的縱向軸線 相對(duì)于第一段1402移動(dòng)。另外，第二段1404可相對(duì)于第一段1402并圍繞 井下儀器1400的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。如圖14所示，示例性井下儀器1400可下 入到井筒1406中的期望深度，并且通過使錨定器1412伸出以與井筒 的壁1416接觸，將該井下儀器1400固定或錨定到井筒1406的壁1416上。 然后，第二段1404可以沿著井下儀器1400的縱向軸線遠(yuǎn)離第一段1402伸 出一期望距離。之后，通過使第二段1404圍繞井下儀器1400的縱向軸線旋 轉(zhuǎn)，可以使具有傳感器或探針1420的工具1418旋轉(zhuǎn)。傳感器或探針1420 可以是圖像傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、取樣探針、或者任何其它傳 感器、探針、或傳感器和/或探針的組合。以這種方式，示例性井下儀器1400 可用于在任何感興趣的深度處釆集井筒1406的壁1416的圓周上的信息。例 如，在傳感器或探針1420是圖像傳感器的情況下，示例性井下工具1400可 用于在任何一個(gè)或多個(gè)深度處進(jìn)行井筒1406的全成像測井(full imaging log)(例如，磁共振成像、電阻率成像等)，以探測例如與井筒1406相關(guān)的異
常(例如，套管缺陷、各向異性、裂縫等)。在傳感器或探針1420是壓力傳感 器的情況下，傳感器1420的旋轉(zhuǎn)使得能夠進(jìn)行垂向界面測試并評(píng)定水平滲 透率變化。通過例如連接到第二段1404的磁強(qiáng)計(jì)(未示出)或任何其它類似的 設(shè)備，可以確定和跟蹤傳感器或探針1420的旋轉(zhuǎn)或角度位置，或者方位。
圖15描述了一示例性的伸出/縮回機(jī)構(gòu)1500，該機(jī)構(gòu)1500可與這里所 述的示例性井下儀器一起使用，以能夠使井下儀器的一個(gè)段沿著井下儀器的 縱向軸線延伸離開井下儀器的另一段和朝該另一段縮回。如圖15所示，井 下儀器(未示出)的第一段1504的主體部或框架部1502連接到桿或推力部件 1506,所述桿或推力部件1506可通過螺桿或螺紋軸1508連接到第二段(未 示出)。與桿或推力部件1506相關(guān)聯(lián)的馬達(dá)1510可旋轉(zhuǎn)地連接到螺桿或螺 紋軸1508，所述螺桿或螺紋軸1508也借助螺紋與主體部或框架部1502接合。 因此，當(dāng)馬達(dá)1510運(yùn)轉(zhuǎn)并使螺桿1508旋轉(zhuǎn)時(shí)，連接到井下儀器的第二段的 桿或推力部件1506遠(yuǎn)離第一段1504伸出或朝該第一段1504縮回。
圖16描述了另一示例性機(jī)構(gòu)1600,該機(jī)構(gòu)1600可與這里所述的示例性 井下儀器一起使用，從而能夠使井下儀器的一個(gè)段沿著井下儀器的縱向軸線 遠(yuǎn)離井下儀器的另一段伸出和朝向該另一段縮回。如圖16所示，該示例性 機(jī)構(gòu)1600包括與井下儀器的第一段1604相關(guān)的主體部或框架部1602。示例 性機(jī)構(gòu)1600還包括桿或推力部件1606,所述桿或推力部件1606可連接到井 下儀器的第二段(未示出)。主體部或框架部1602和桿或推力部件1606包括 相應(yīng)的且相對(duì)的齒條1608和1610,它們相互連接到正齒輪1612。此外，桿 或推力部件1606通過滑塊機(jī)構(gòu)1614與主體部或框架部1602滑動(dòng)地接合。 因此，當(dāng)齒輪1612旋轉(zhuǎn)時(shí)(例如通過未示出的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí))，桿或推力部件 1606可延伸離開第一段1604或朝第一段1604縮回。雖然齒輪16U被描述 為接合在兩個(gè)齒條(即，齒條1608和1610)之間，但是可替代地，可以使用 單一的齒條和齒輪組合實(shí)現(xiàn)類似或相同的效果。
圖17描述了井下儀器1700可提供精確的線性位移的示例性方式，其中， 井下儀器1700具有第一段1702和第二段1704，第二段l704可相對(duì)于第一 段1702伸出和縮回。具體地，第二段1704可包括線性電位計(jì)1706，該電位 計(jì)1706可用于準(zhǔn)確地確定和控制第二段1704相對(duì)于第一段1702的位移。 阻值可被傳送到地面(例如，傳送到諸如圖1所示單元110的電子和處理單 元)，從而能夠控制第二段1704的位移(例如通過反饋控制回路等)。在一些
示例中，第二段1704的位移可根據(jù)需要而變化，以進(jìn)行期望的井筒作業(yè)或 一系列作業(yè)。例如，在測井作業(yè)中，電位計(jì)1706可用于^f吏第二段1704以受 控的增量移動(dòng)，或者使其連續(xù)地以一定的速率或速度移動(dòng)。
圖18示出了一示例性的機(jī)械錨定機(jī)構(gòu)1800，該錨定機(jī)構(gòu)1800可用于實(shí) 現(xiàn)這里所描述的可伸出錨定器。具體地，錨定機(jī)構(gòu)1800包括可向外伸出以 與井筒壁1806接合的臂1802和1804。可以利用彈簧、蝸桿機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu) 或任何其它方式使臂1802和1804伸出和/或縮回。此外，盡管示出了兩個(gè)臂 (即，臂1802和1804),但是可替代地，可以使用任意數(shù)量的臂。
圖19示出了另一示例性的錨定機(jī)構(gòu)1900,該錨定機(jī)構(gòu)1900可用于實(shí)現(xiàn) 這里所描述的可伸出錨定器。更具體地，該示例性錨定機(jī)構(gòu)1900包括可向 外伸出以與井筒1912的壁1910接合的多個(gè)液壓操作活塞1902、 1904、 1906 和1908。油或其它流體1914可以在壓力下泵送以向外驅(qū)動(dòng)活塞l卯2、 1904、 l卯6和1908，從而以期望的設(shè)定壓力與壁1910接合。
具有一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)段的前述示例性井下儀器還可包括一個(gè)或多個(gè) 力傳感器，用于測量或探測使一個(gè)段相對(duì)于另一個(gè)段移動(dòng)的力。測量例如伸 出力和/或縮回力有助于避免對(duì)儀器和/或用于布置這里所描述的示例性井下 儀器的輸送系統(tǒng)(例如，鋼纜、連續(xù)管等)的損壞。此外，這里所描述的示例 性井下儀器可采用一個(gè)或多個(gè)磁強(qiáng)計(jì)，以確定構(gòu)成該示例性井下儀器的一個(gè) 或多個(gè)工具或設(shè)備的方位。另外，這里所描述的這些示例性井下儀器的示例 性錨定機(jī)構(gòu)還可采用力和/或位移傳感器，以測量巖石強(qiáng)度，^v而更好地控制 錨定才幾構(gòu)應(yīng)施加的i殳定壓力。
雖然已經(jīng)在這里描述了一些示例性的方法和裝置，但是本專利的覆蓋范 圍并不限于此。相反，本專利覆蓋了無論在字面上還是在等同物的原理上完 全落在所附權(quán)利要求書范圍之內(nèi)的所有裝置和制造產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種用在井筒中的井下儀器，包括進(jìn)行第一作業(yè)的第一工具；進(jìn)行第二作業(yè)的第二工具；第一段，包括可伸出的錨定器，該可伸出的錨定器用于伸出以與井筒的壁接合，從而將井下儀器的第一段固定在井筒中的一位置處；和第二段，當(dāng)?shù)谝欢伪凰隹缮斐龅腻^定器固定在所述位置時(shí)，該第二段可沿著井下儀器的縱向軸線相對(duì)于第一段移動(dòng)，從而使第一工具或第二工具中的至少一個(gè)移動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的井下儀器，其中，每個(gè)第一和第二工具是地層 評(píng)價(jià)工具或油藏評(píng)^介工具之一。
3. 如權(quán)利要求1所述的井下儀器，其中，第二段的至少一部分可圍繞 井下儀器的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
4. 如權(quán)利要求3所述的井下儀器，其中，第二段的可旋轉(zhuǎn)部分包括圖 像傳感器、溫度傳感器或壓力傳感器中的至少一個(gè)。
5. 如權(quán)利要求3所述的井下儀器，其中，第二段包括鉆具。
6. 如權(quán)利要求1所述的井下儀器，其中，第二段包括第一工具和第二 工具。
7. 如權(quán)利要求1所述的井下儀器，其中，第一作業(yè)包括測試、取樣或 取芯中的一種。
8. 如權(quán)利要求7所述的井下儀器，其中，第二作業(yè)包括測試、取樣或 :取芯中的一種。
9. 如權(quán)利要求1所述的井下儀器，其中，第一和第二工具在井下儀器 上間隔開一第一距離，并且其中，第二段至少可移動(dòng)一第二距離，所述第二 距離基本上等于所迷第 一距離
10. 如權(quán)利要求1所述的井下儀器，其中，所述可伸出的錨定器可通過 彈簧、馬達(dá)、齒輪或液壓操作活塞中的至少一個(gè)伸出。
11. 如權(quán)利要求1所述的井下儀器，其中，第二段通過彈簧、馬達(dá)、齒 輪、波紋管或液壓操作活塞中的至少一個(gè)相對(duì)于第一段移動(dòng)。
12. 如權(quán)利要求1所述的井下儀器，還包括用于將第二段固定到井筒的 壁上的第二可伸出的錨定器。
13. 如權(quán)利要求12所述的井下儀器，其中，當(dāng)?shù)诙喂潭ǖ骄驳谋?上時(shí)，第一段朝第二段縮回。
14. 如權(quán)利要求1所述的井下儀器，其中，所述井下儀器將經(jīng)由鋼纜、 鉆柱或連續(xù)管在井筒中輸送。
15. —種用在井筒中的井下儀器，包括第一可伸出的錨定器，用于與井筒的壁接觸以將所述儀器固定在井筒中 的一位置處；井下儀器的第一工具，用于在井筒中的所述位置處進(jìn)行第一作業(yè)； 井下儀器的第二工具，與第一工具間隔開，并用于進(jìn)行第二作業(yè)；以及 可伸出的部件，當(dāng)錨定器與井筒的壁接觸時(shí)，該可伸出的部件使第二工 具移動(dòng)到所述位置，從而在第一作業(yè)之后進(jìn)行第二作業(yè)。
16. 如權(quán)利要求15所述的井下儀器，還包括沿著井下儀器的長度與第一 可伸出的錨定器間隔開的第二可伸出的錨定器。
17. 如權(quán)利要求15所述的井下儀器，其中，所述可伸出的部件是可縮 回的。
18. 如權(quán)利要求15所述的井下儀器，其中，所述可伸出的部件包括液 壓設(shè)備、彈簧、齒輪、波紋管或馬達(dá)中的至少一種。
19. 如權(quán)利要求15所述的井下儀器，其中，第一工具用于進(jìn)行取樣作 業(yè)、測試作業(yè)或取芯作業(yè)中之一。
20. 如權(quán)利要求19所述的井下儀器，其中，第二工具用于進(jìn)行取樣作 業(yè)、測試作業(yè)或取芯作業(yè)中之一。
21. 如權(quán)利要求15所述的井下儀器，其中，第一或第二工具中的至少 一個(gè)是可旋轉(zhuǎn)的。
22. 如權(quán)利要求21所述的井下儀器，其中，所述第一或第二工具中的 至少一個(gè)包括圖像傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器或鉆具中的至少一個(gè)。
23. 如權(quán)利要求15所述的井下儀器，其中，所述井下儀器將經(jīng)由鋼纜、 鉆柱或連續(xù)管輸送。
24. —種在井筒中進(jìn)行作業(yè)的方法，包括 將井下儀器下入到井筒中的一位置；將井下儀器的第一4殳錨定到井筒的壁上； 在所述位置處進(jìn)行第一作業(yè)；使井下儀器的第二段沿著井下儀器的縱向軸線遠(yuǎn)離第 一段移動(dòng)；以及 通過所述第二段在所述位置處進(jìn)行第二作業(yè)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，將井下儀器下入到所述位置包 括通過鋼纜、鉆柱或連續(xù)管下入所述井下儀器。
26，如權(quán)利要求24所述的方法，其中，將井下儀器的第一段錨定到井 筒的壁上包括使錨定器伸出以與井筒的壁接觸。
27. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，進(jìn)行第一作業(yè)包括進(jìn)行測試、 耳又樣或耳又芯中的至少 一個(gè)。
28. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，使井下儀器的第二段遠(yuǎn)離第一 段移動(dòng)包括借助機(jī)械或液壓中至少 一種方式使井下儀器的第二段遠(yuǎn)離第一 段移動(dòng)。
29. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，使井下儀器的第二段遠(yuǎn)離第一 段移動(dòng)包括基于第一工具與第二工具之間的第二距離使第二段移動(dòng)第一距離。
30. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，進(jìn)行第二作業(yè)包括進(jìn)行測試、 取樣或取芯中的至少 一個(gè)。
31. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，對(duì)于所述位置，使第一作業(yè)的 結(jié)果與第二作業(yè)的結(jié)果相互關(guān)聯(lián)。
32. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，第一和第二作業(yè)為連續(xù)完井作 業(yè)或連續(xù)地層評(píng)價(jià)作業(yè)。
33. —種在井筒中進(jìn)行作業(yè)的方法，包括 將井下儀器下入到井筒中； 將井下儀器的第一段錨定到井筒的壁上；使井下儀器的第二段沿著井下儀器的縱向軸線遠(yuǎn)離第一段移動(dòng)；以及 通過第二段在井筒中進(jìn)行作業(yè)。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述進(jìn)行作業(yè)包括進(jìn)行取樣、 測試或取芯中的至少 一種。
35. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述進(jìn)行作業(yè)包括進(jìn)行測井作 業(yè)、梯度測量作業(yè)或成像作業(yè)。
36. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述進(jìn)行作業(yè)包括移出所述井下儀器。
37. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述進(jìn)行作業(yè)包括使井下儀器 在井筒的偏斜或大致水平的部分內(nèi)移動(dòng)。
38. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述進(jìn)行作業(yè)包括通過第二段 進(jìn)行繩索取芯鉆進(jìn)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用具有可移動(dòng)段的井下儀器在井筒中作業(yè)的裝置和方法。在一個(gè)所描述的示例中，用在井筒中的井下儀器包括第一可伸出的錨定器，用于與井筒的壁接觸以將所述儀器固定在井筒中的一位置處。該井下儀器還包括井下儀器的第一工具，用于在井筒中的所述位置處進(jìn)行第一作業(yè)；和井下儀器的第二工具，與第一工具間隔開并用于進(jìn)行第二作業(yè)。此外，該井下儀器包括可伸出的部件，當(dāng)錨定器與井筒壁接觸時(shí)，該可伸出的部件使第二工具移動(dòng)到所述位置，從而在第一作業(yè)之后進(jìn)行第二作業(yè)。
文檔編號(hào)E21B47/04GK101353962SQ20081013372
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月25日
發(fā)明者特里伯·雷克拉, 薩米·伊斯坎德, 里卡多·瓦斯克斯 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司