[發明專利]減小用于井底地層測試傳感器的井眼間隙的系統和方法

有效

• 申請號: 200780001965.0
• 申請日: 2007-05-21
• 公開（公告）號: CN101365858A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發明（設計）人: R·馬丁內斯;A·皮索尼;J·W·斯米茨;R·塔赫里安;S·比托爾斯通
• 申請（專利權）人: 普拉德研究及開發股份有限公司
• 主分類號: E21B7/06
• 分類號: E21B7/06;E21B7/28;E21B47/01;G01B5/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡洪貴

技術領域

本發明涉及在鉆井的同時執行對地層的測量，尤其涉及減小用于井底傳感器的井眼間隙的系統和方法。?

背景技術

在鉆探井眼的過程中執行隨鉆測量(MWD)或隨鉆測井(LWD)是常見的。用于執行這種測量的傳感器如果它們與感興趣的地層緊密接觸則可使這種測量好得多。傳感器與地層之間的空隙或間隙降低測量精度，且需針對這些間隙誤差對最終的測試數據進行修正。因此，希望將傳感器放置得使它們與地層基本接觸。為了實現這種接觸或近接觸，傳感器放置在鉆鋌上，且在一些情況下，放置在鉆鋌的外側。傳統上，用于LWD和NWD中的深探視傳感器安裝在鉆鋌上。在這種方法中，傳感器從井眼壁移位(通常為幾英寸)。在許多情況下，工具的探測深度大(在英尺的水平上)，從而井眼與地層之間的間隙的影響可被忽略或被校正。?

然而，較淺的探視裝置可能受井眼信號(由間隙引起的誤差信號)的影響很大，使得在極端情況下，地層信號由井眼信號淹沒且使得無用。測量技術例如淺電阻率、密度、中子屬于該范疇。為了避免井眼信號問題，趨向于將一些傳感器放置在鉆井組件的與地層非常接近的部分上。?

美國專利6173793公開了一種用于解決空隙問題的非轉動套筒(non-rotating?sleeve)。該專利6173793提出了使用頂部裝設傳感器的非轉動套筒的思想。傳感器可安裝在固定或可伸展的墊的表面上，這有助于使傳感器與井眼壁接觸，以消除或至少降低井眼信號。存在多種設計，以適應各種地層評價傳感器，例如密度、核磁共振(NMR)、電阻率、聲學的或電磁的傳感器。?

美國專利6564883講述了傳感器與地層接近的放置。該專利6564883利用用作實現定向鉆井的一種方法的非轉動套筒。關于專利6173793，傳感?器放置在墊上，所述墊安裝在伸展的肋上，所述伸展的肋又加裝到非轉動套筒上。伸展的墊使用液壓馬達或電機致動。一旦被致動，墊與井眼的表面接觸，使得傳感器可大致執行與井眼無關的測量。?

美國專利6660321涉及一種用于在利用油基泥漿鉆探的井中成像的電阻率裝置。專利6660321涉及一種從非轉動套筒延伸的墊或臂。專利6660321還描述了使用穩定器作為傳感器的設置部位的可能性。?

公布的專利申請US2005/0001624描述了一種保持傳感器的結構，所述結構從鉆柱突出，使得傳感器較接近井眼壁。穩定器被建議作為一個定位傳感器的部位。描述的裝置用于井眼壁的電阻率成像。?

公布的專利申請US2005/0006090公開了使可伸展的穩定器，并使傳感器位于可伸展的穩定器的端面上。穩定器從鉆柱伸展以與井眼壁接觸。可伸展的穩定器有助于使傳感器較接近井眼壁，降低了井眼信號。申請US2005/0006090用于井眼壁的電成像。?

所有上述裝置依賴于非轉動套筒，且受至少三方面限制。首先，非轉動套筒降低了測量數目。在套筒完全靜止的情況下，傳感器的測量僅限于井眼壁的圓周上的一個點，從而產生有限的方位角覆蓋。即使套筒慢慢轉動，但在較高的穿過速率下，傳感器可能對沿著井眼壁的螺旋路徑進行采樣，最終的測量將不能全覆蓋。?

其次，非轉動套筒未用在所有定向鉆井方法中，且不可能出現在使用轉動套筒的采用可選的定向鉆井技術的鉆柱中。在這種鉆柱中的轉向使用接觸地層的鉸接墊，且這種接觸改變鉆頭的方向。不同于非轉動套筒方法，鉸接墊與整個鉆柱以相同的轉動速度轉動。至少一種現有工具使用三個這樣的墊，該墊可以以鉆柱轉動速率的三倍啟動/停用。?

第三方面的限制是，當工具轉動時，現有技術結構極易破壞。井眼的固有的凸凹不平和鉆鋌的運動將使得墊在井眼的壁上拖拉，使得在墊上施加了無法忍受的載荷。?

專利申請2005/0056421展現出使用一個或多個活塞來攜帶一個或多個傳感器，其中，每個活塞可伸展，以使傳感器和活塞端面接觸地層。在這種方法中，活塞與井眼壓力保持壓力平衡，使得傳感器或活塞端面以最小的施加力和與壁的摩擦接觸井眼壁。該結構在沒有產生過大的傳感器或活?塞磨損的情況下實現了小的空隙目標。?

美國專利5242020給出了一種鉆柱，該鉆柱具有可展開低靠著地層的切向可伸展臂。傳感器安裝在臂內。該結構用于將要在鉆井過程中間歇而非連續使用的情形。盡管描述使用了“再鉆井”，但該術語意味著在實際鉆出井眼后再第二次通過。臂和傳感器在隨后的通過過程中不會像在實際鉆井或鉸出井眼時的情況那樣擴大孔。因此，臂和傳感器不會遭受在真正鉆井時或鉸孔情況下所遇到的極大載荷。?

發明內容