CN101967963B - 地层取心设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地层取心方法，所述方法包括以下步骤：将井下工具下入到延伸到地下地层内的井眼中，其中，井下工具包括取心工具和测量工具；使用测量工具执行与地层有关的测量；根据所述测量确定地层内的相对于取心工具的轴线所关心的部分；相对于所关心的部分定向取心工具的取心钻头；以及将定向的取心钻头伸入到地层内。本发明还涉及一种地层取心设备。

Description

地层取心设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请主张2009年6月15日提出申请的并且题目为“SealedCore”的美国临时专利申请No.61/187,126的优先权，该申请通过引用在此全文并入。

本申请还主张2010年4月2日提出申请的并且题目为“FormationCoringApparatusandMethods”的美国临时专利申请No.61/320,579的权益，该申请通过引用在此全文并入。

背景技术

通常将井钻进到地面或洋底以采出油气的天然沉积物、以及闭圈在地球的地壳中的地质构造中的其它期望的材料。通常使用连接到钻柱下端的钻头进行钻井。通常将钻井液或泥浆通过钻柱向下泵送到钻头。钻井液润滑并冷却钻头，并且另外可以将钻井岩屑从井眼带回到地面。

在不同的油气勘探操作中，有益的是具有关于被井眼穿过的地下地层的信息。例如，一些地层评价方案包括对地层压力和渗透率进行测量和分析。这些测量可以对预测地下地层的开采能力和开采使用期限是必不可少的。

虽然地层测试仪可以主要用于采集流体样品，但是其它井下工具可以用于采集岩心样品。例如，取心工具可以用于获得地层岩石的岩心样品。典型的取心工具包括中空取心钻头，所述中空取心钻头被推进到地层内以限定岩心样品，然后从地层移除所述岩心样品。然后可以在井眼内的工具内或在被输送到地面之后分析岩心样品，以评价组成包围井眼的地层的物质的储层存储能力(孔隙度)和渗透率、地层的孔隙内所含有的流体和矿床的化学和矿物组成、和/或地层中所含有的束缚水含量。

然而，传统的取心工具受限于获得垂直于取心工具的纵向轴线(或等同于井眼轴线)的井壁岩心样品，因为取心钻头不能相对于取心工具轴线以除了90度之外的角度独立倾斜并且伸出到地层内。因此，对于显示各向异性的层状地层(其中固有的底层特性取决于测量方向)来说，以90度角度提取的岩心样品随后必须沿各向异性的线被切割。最终的样品通常不适于测量期望的地层特性。

附图说明当参照附图获悉时可从以下详细说明最好地理解本公开。要强调的是根据行业的常规作法，不同特征没有按照比例绘出。事实上，为了论述的清楚起见，可以任意增加或减小不同特征的尺寸。

图1是根据本公开的一个或多个方面的设备的示意性视图；

图2是根据本公开的一个或多个方面的设备的示意性视图；

图3A-3D是根据本公开的一个或多个方面的设备的示意性视图；

图4A和4B是根据本公开的一个或多个方面的设备的示意性视图；

图5是根据本公开的一个或多个方面的方法的流程图；和

图6是示出了本公开的一个或多个方面的示意性视图。

具体实施方式

将要理解的是以下公开提供用于执行不同实施例的不同特征的多个不同的实施例、或示例。以下对部件和装置的具体示例进行说明以简化本公开。然而，这些仅仅是示例性的，并且不旨在进行限制。此外，本公开可以在不同的示例中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单和清楚起见，并且本身没有指示所述的不同实施例和/或结构之间的关系。此外，在以下说明中，在第二部件以上或所述第二部件上的第一部件的形成可以包括其中第一和第二部件被形成为直接接触的实施例，并且还可以包括其中另外的部件以置于第一和第二部件之间的方式形成使得第一和第二部件可以不直接接触的实施例。

参照图1，示出了根据本公开的一个或多个方面的工具串100的示意性视图。工具串100在钢丝电缆(或缆索)102的端部处悬挂在井眼内。电缆102缠线在地球地面处的绞车(未示出)上。电缆102可以将电力提供给包括在工具串100内的不同的部件，和/或提供工具串100中的不同部件与地面电子设备和处理系统(未示出)之间的数据通信链路。工具串100包括根据本公开的一个或多个方面的井壁取心工具114。工具串100还可以包括固定和动力接头104、遥测仪106、测斜仪108、近井眼成像仪110、和岩性分析仪112。

在美国专利出版物No.2009/0025941中可以得到固定和动力接头104的示例性说明，该专利出版物通过引用在此全文并入。例如，固定和动力接头104可以包括两部分。第一部分104A可以包括被构造成相对于井壁101固定第一部分104A的固定器105(如图所示)、和动力机构(未示出)，所述动力机构通过臂状物使第二部分104B可控制地平移和/或旋转。遥测仪106、测斜仪108、近井眼成像仪110、岩性仪112、和/或取心工具114可以连接到固定和动力接头104的第二部分104B。固定和动力接头104还可以包括被构造成连续监测第二部分104B相对于第一部分104A的位置的一个或多个传感器(例如，线性电位计)。固定和动力接头104A和104B可以用于使取心钻头116与地层的地质特征位置对齐，可以例如通过近井眼成像仪110检测所述地质特征。

遥测仪106可以包括电子设备，所述电子设备被构造成提供电缆102与工具串100中的多个部件之间的动力转换，以及被构造成提供地面电子设备和处理系统与工具串100之间的数据通信。测斜仪108可以包括磁力仪、加速仪、和/或其它公知或后来发展的传感器。由这些传感器提供的数据可以用于确定工具串100例如相对于磁北方向的方位和/或工具串100相对于地球的重力场的倾角。

近井眼成像仪110可以是或者包括诸如在美国专利No.4,468,623、No.6,191,588和/或No.6,894,499中所述的电阻率成像仪，所述专利每一个都通过引用在此全文并入。近井眼成像仪100另外或者可选地包括诸如在美国专利No.6,678,616中所述的超声波成像仪，所述专利通过引用在此全文并入。近井眼成像仪100此外或者可选地可以包括诸如在美国专利No.5,663,559中所述的光学/NIR(近红外线)成像仪，所述专利通过引用在此全文并入。近井眼成像仪100此外或者可选地可以包括诸如在美国专利No.4,704,581中所述的介电成像仪，所述专利通过引用在此全文并入。近井眼成像仪100此外或者可选地可以包括诸如在PCT出版物No.03/040743中所述的NMR(核磁共振)成像仪，所述出版物通过引用在此全文并入。近井眼成像仪110可以与固定和动力接头104一起使用。例如，固定和动力接头104A和104B可以被致动以将成像仪110的感测区域与井壁101的被选择部分对齐。可以通过成像仪110沿井壁101的多个位置进行测量。此外，还可以测量固定和动力接头104的第一部分104A和第二部分104B相对于被测量的多个位置中的每一个的相对位置。然后，可以从测量值生成地层图像。一旦生成图像，则可以识别地质特征(例如，层、裂缝、内含物)。

岩性仪112可以包括被构造成确定地层内的一种或多种元素的浓度的核谱传感器。岩性仪112可以例如如美国专利No.4,317,993和/或No.5,021,653中所述的来实施，所述专利通过引用在此全文并入。岩性仪112可以用于提供关于在利用近井眼成像仪110生成的图像上检测到的地质特征的矿物含量的另外的信息。例如，固定和动力工具104可以被致动以将岩性仪112的传感器与具体地质特征对齐。可以通过岩性仪112得到测量值，然后可以确定具体地质特征的一种或多种元素的浓度。

井壁取心工具114包括岩芯储存部分120和钻井部分118。钻井部分118包括被构造成在缩回位置配合到取心工具114内的取心钻头116。取心钻头116被构造成在伸出位置(被显示)伸出超过取心工具主体外表面并且进入到井壁101(井壁)内。此外，取心钻头被构造成在不垂直于井壁取心工具114的纵向轴线的一个或多个角度下获得岩心样品。

参照图2，示出了根据本公开的一个或多个方面的连接在钻柱202的端部处的底部钻具组合(“BHA”)200。BHA200包括具有取心钻头216的井壁取心组件214。与图1中所示的电缆井壁取心工具114一样，图2中所示的“随钻”井壁取心组件214被构造成在不垂直于取心组件214和/或BHA200的纵向轴线的一个或多个角度下获得岩心样品。

钻柱202包括穿过钻柱以从地面朝向钻头201循环钻井液或泥浆的中心孔。在钻柱202内的钻井液柱中可以产生压力脉冲以在地面系统(未示出)与BHA200中的不同工具或部件之间传送信号(编码数据和/或指令)。可选地，或者另外地，钻柱202可以包括有线钻杆。

除了井壁取心组件214之外，BHA200可以包括钻头201、近井眼成像仪210、定向钻井接头206、岩性分析仪212、和/或随钻测量仪/随钻测井仪(“MWD/LWD”)204。MWD/LWD仪204可以包括泥浆涡轮发电机(未示出)，所述泥浆涡轮发电机由钻井液的流动和/或电池系统(未示出)供给动力，用于为BHA200中的部件生成电力。MWD/LWD仪204还可以包括用于与地面设备进行通信的能力。MWD/LWD仪204还包括用于测量或检测钻压、扭矩、振动、震动、粘滑、方向(例如，磁力仪)、倾角(例如，加速仪)、和/或γ射线的一个或多个装置或传感器。

近井眼成像仪210可以包括一个或多个电流测量电极。可以通过近井眼成像仪210的线圈在BHA200中产生电流。然后电流可以离开BHA200(例如，在钻头201处)，并且可以通过近井眼成像仪210的一个或多个电极返回到BHA200。当BHA200设置在地层内用于钻井时，当BHA200在地层内旋转时，和/或当从地层起出BHA200时，可以测量电极处的电流。因此，可以例如相对于井眼深度和/或BHA200在地层内的方位由通过井眼成像仪210所采集的数据生成地层的电阻率图像。

近井眼成像仪210可以类似于美国专利No.5,235,285和美国专利出版物No.2009/0066336中所述的近井眼成像仪，所述专利通过引用在此全文并入。美国专利No.7,073,378中说明了适于钻井操作的示例性岩性分析仪，所述专利通过引用在此全文并入。BHA200可以另外或者可选地包括每一个都在以上被公开的诸如超声波成像仪、光学/NIR成像仪、介电成像仪、和/或NMR成像仪的其它成像仪。

参照图3A-3D，示出了根据本公开的一个或多个方面的井下工具321的多个侧视图。与图1和图2中所示的上述设备一样，井下工具321包括具有马达325和可操作地联接到马达325的取心钻头327的取心组件323。马达325连接到取心组件323的端部。马达325可以被设置成水平邻近于取心钻头327(如图所示)或垂直邻近于取心钻头327(在所述取心钻头的上方或下方)。取心钻头327被构造成相对于取心组件323轴向滑动和旋转。马达325被构造成驱动取心钻头327，使得取心钻头327旋转并且穿入到地层内以获得岩心样品。

井下工具321包括沿井下工具321的纵向轴线300延伸的工具壳体341。取心组件323和储存区361设置在工具壳体341内。工具壳体341还包括取心孔口343，所述取心孔口限定在所述工具壳体内。

如上所述，取心钻头327设置在井下工具321内，使得取心钻头327可相对于井下工具321在多个位置之间移动。井下工具321包括被构造成将取心组件323可旋转地安装在井下工具321内的旋转活塞347和旋转连杆臂345。旋转连杆臂345枢转地联接到取心组件323。旋转活塞347安装在工具壳体341内，并且枢转地联接到旋转连杆臂345。活塞347可以被致动以伸出和/或缩回，其中活塞347的移动可以传递到旋转连杆臂345以相对应地使取心组件323移动(例如，旋转)。如这里所使用的，术语“枢转地联接”或“枢转地连接”可以表示两个工具部件之间的允许部件中的一个相对于另一个旋转或枢转移动但不可以允许所述一个部件相对于所述另一个部件滑动或平动的连接。

旋转活塞347的伸出相对应地能够使旋转连杆臂345使取心组件323和取心钻头327沿逆时针方向旋转，例如从图3B到图3A的移动中所示。类似地，旋转活塞347的缩回相对应地能够使旋转连杆臂345使取心组件323和取心钻头327沿顺时针方向旋转，例如如图3A到图3B的移动中所示。这种布置能够使取心钻头327以可相对于井下工具321在多个位置之间移动。

例如，取心组件323能够在取心位置与排出位置之间移动。在取心位置，取心钻头327被设置成邻接于地层，使得取心钻头327可以从取心组件323伸出并且穿入到地层的壁内。图3B-3D显示设置在取心位置中的取心钻头327的示例。在取心位置，取心钻头327可以被设置成大致垂直于井下工具321的纵向轴线300，和/或取心钻头327可以相对于井下工具321的纵向轴线300以一角度设置(使得取心钻头327被设置成基本上不垂直于井下工具321的纵向轴线300)。在取心位置，取心钻头327可以从地层提取岩心样品。在排出位置，取心钻头327被设置成大致平行于井下工具321的纵向轴线300。图3A显示设置在排出位置的取心钻头327的示例。

当取心钻头327位于取心位置时，取心钻头327能够从井下工具321伸出和缩回，如在图3B-3D示出取心钻头327的移动。例如，伸出连杆臂351和伸出活塞353设置在井下工具321内，用于从井下工具321伸出和缩回取心钻头327。活塞353被构造成伸出和/或缩回，并且这种移动被传递给伸出连杆臂351以相对应地从取心壳体325移动(例如，伸出和/或缩回)取心钻头327。因此，在取心位置，取心钻头327的开口端与工具壳体341的取心孔口343对准，而在排出位置，取心钻头327的开口端与储存区361对准。如这里所使用的，术语“对准”可以用于指示由诸如取心钻头的开口端与储存区和/或取心孔口的两个部件限定的空隙或间隔可以基本上互相对齐。

井下工具321还包括与储存区361结合用于操纵和/或储存多个岩心样品的系统，岩心样品可以储存在所述储存区内直到将取心工具带到地面。

井下工具321和所述井下工具的部件可以被构造成相互独立操作。例如，取心壳体325的旋转可以与取心钻头327的伸出和缩回无关。即，包括旋转连杆臂345和旋转活塞347的旋转系统可以与包括伸出连杆臂351和伸出活塞353的伸出系统独立操作。因此，取心钻头327可以从取心壳体325伸出和/或缩回，而与取心壳体325的旋转位置无关。因此，取心钻头327可以伸出和/或缩回，以相对于井下工具321在多个位置和/或多个角度(例如，跨过对角平面的角度)从地层收集岩心样品。这种不相关性能够使取心钻头327相对于井下工具321以不同的角度收集岩心样品。

本领域的普通技术人员将要认识到除了相对于取心工具以上所示和所述的上述实施例之外，在不背离本公开的保护范围的情况下，其它装置和机构可以用于能够使取心组件和/或取心钻头在取心工具的多个位置之间移动。美国专利No.4,714,119、No.5,667,025和No.6,371,221中公开了可以在取心工具中使用的机构的另外的示例，所述专利通过引用在此全文并入。

参照图4A和图4B，示出了根据本公开的一个或多个方面的井下工具421的示意性视图。井下工具421可以与图3A-3D中所示的工具321类似或相同。例如，与以上实施例一样，井下工具421包括取心组件423，所述取心组件423具有取心马达425和可操作地联接到马达425的取心钻头427。马达425被构造成驱动取心钻头427，使得取心钻头穿入地层内以获得岩心样品。

井下工具421包括控制组件433，所述控制组件被构造成例如当取心钻头427正在旋转的同时被压靠在地层上并进入地层内时控制取心钻头427进入地层的驱动和/或伸出。控制组件433可以包括马达431、液压泵434、控制器435、和活塞453。马达431可以用于将动力供应给液压泵434，在所述液压泵中，可以通过控制器435控制和/或调节来自泵434的液压流体的流动。流体可以流动通过液压管线410、单向阀411和诸如四端口二位阀的多位阀412，以与活塞453连通。压力计452B可以指示施加到活塞453的压力值。来自泵434的液压流体的压力可以用于驱动活塞453以将钻压(WOB)施加在取心钻头427上。活塞453可以伸出或缩回以将取心钻头427插入到地层内和从地层取回岩心样品。

可以通过马达437和泵439为取心钻头427提供扭矩。马达437可以是AC电动机、无刷DC电动机、和/或任意其它动力源。马达437可以用于驱动泵439，所述泵可以将液压流体的流动供应给取心马达425。因此，因此可以是液压取心马达的取心马达425可以将扭矩施加到取心钻头427，以当例如利用取心钻头427钻井或取心时使取心钻头427旋转。

井下工具421包括取心角度控制系统470A，所述取心角度控制系统被构造成在钻岩心样品之前控制和设定取心组件423的取心角度。活塞447被构造成将取心钻头427旋转到确定的取心角度。例如通过先前所述的控制系统433可以将用于给活塞447提供动力的液压流体供应给所述活塞。液压流体可以通过单向阀460和多位阀462流动到活塞447以给活塞447提供动力。还可以通过压力计452A监测活塞447中的流体压力。例如当利用取心钻头427钻岩心样品时，控制阀454和位置传感器450A可以一起使用以将取心钻头427保持在期望的取心角度。为了进行此，可以监测活塞447的位置，并且将所述位置转换成取心角度(即，活塞447的线性移动可以转换成取心钻头427的旋转运动和/或与所述旋转运动有关)。一旦活塞447的位置与期望的取心角度相对应，则可以闭合控制阀454以防止活塞447移动并将取心钻头427保持在期望的取心角度。活塞453还可以具有联接到活塞453的位置传感器450B。位置传感器450B可以类似地用于监测活塞453的位置。井下工具421还可以包括被构造成便于流体在井下工具421内移动的一个或多个流体储存器409。

图4B显示包括取心角度控制系统470B的井下工具421的可选结构，所述取心角度控制系统被构造成在钻岩心样品之前控制取心钻头427的取心角度。活塞447如上所述被构造成使取心组件423旋转。控制系统470B包括被构造成在期望的取心角度限制取心工具组件423旋转的操纵活塞481。操纵活塞481可以是或者包括球形螺杆(导螺杆482)，并且可以联接到马达484。可以通过传感器(例如，包括有马达484的求解仪)监测操纵活塞481的伸出。操纵活塞481可以可控制地伸入到被选择的位置以防止取心钻头427旋转过期望的取心角度。操纵系统的线性伸出可以被转换成取心组件423的角位移和/或与所述角位移相关。一旦操纵活塞481伸出并被设定，取心钻头427则可以旋转直到取心钻头427邻接操纵活塞481。因此，取心钻头427与操纵活塞的邻接可以防止取心钻头427进一步旋转。此时，取心钻头427可以以期望的取心角度被对齐，然后可以伸入到地层内以获得岩心样品。

参照图5，示出了根据本公开的一个或多个方面的从地层的井壁获得岩心样品的方法的至少一部分的流程图。可以使用先前所述的输送方法中的任一种和/或使用根据上述一个或多个方面的井下工具将井壁取心工具下入到井眼内。

在步骤502中，将井壁取心工具与近井眼成像仪一起下入到井眼内。提供用于可控制地将井壁取心工具定位在井眼内的具体位置处的装置，并且所述装置可以包括固定和动力接头(例如，如图1中所示)或具有MWD/LWD仪的钻柱(例如，如图2中所示)。

在随后的步骤504中，可以获得井眼附近的地层和/或地层壁的具体位置的图像。例如，当井壁岩心样品较浅时，可以测量井眼附近的地层图像(即，可以获取距离井壁达到几英寸深的地层的测量值)。如果寻找扩展范围的井壁岩心样品(即，从井壁延伸较深进入地层的井壁岩心样品)(例如，PCT出版物No.2007/039025，所述出版物通过引用在此全文并入)，则可以可选地或另外地使用深成像仪。

在随后的步骤506中，可以对获得的地层图像进行分析以检测地层的地质特征。地质特征可以包括裂缝、层理面、缝合岩面、交错层、晶簇、断层、和/或可以包括或存在于地层内的其它所关心的地质特征。在美国专利No.7,236,887中说明了用于分析这种图像的一种方法，所述专利通过引用在此全文并入。还可以使用斯伦贝谢技术公司的Porospect(例如，在1996年3月的SPE35158中B.M.Newberry，L.M.Grace和D.D.Stief的“AnalysisofCarbonateDualPorositySystemfromElectricalImages”所述，该文献通过引用在此全文并入)执行地层图像的分析。岩性仪可以用于测量由获得的图像所分析的地质特征(例如，地层)的矿物成分。矿物成分可以用于确定对地层的具体部分(例如，砂岩层、缝合岩面、页岩)进行取样。

在已经分析地层图像并且已知地层的特性之后，在步骤508中可以根据地层的已知特性(在先前步骤506中获得并进行分析)确定取心钻头方位。例如，先前获得并进行分析的图像和数据可以指示沿地层井壁的圆周的具体位置或定位，所述圆周中存在所关心的部分或平面(地层的将被取样的部分或平面)。由沿地层井壁的圆周确定的所关心的位置可以确定取心工具和/或取心钻头的期望方位(例如，可以使取心钻头与所关心的位置对齐的期望的方位)。例如，可以确定取心工具和/或取心钻头的方位，使得可以将取心工具和/或取心工具内的取心钻头设置在期望的深度处和/或进行期望的旋转，以与地层井壁内所关心的确定位置对齐。

例如，图6是示出了本公开的一个或多个方面的井眼600的示意性视图。设置在井眼600内的诸如上述取心工具可以包括延伸通过井眼600的纵向轴线602，并且还可以包括取心钻头的取心方向604。取心方向604可以相对于轴线602以期望的取心角度606设置，并且取心工具可以具有期望的取心轴方位608，其中可以例如相对于井眼600内的磁场610(例如，相对于地球的磁北方向)关于轴线602测量取心轴方位608。因此，基于取心工具的这些多个自由度(例如，取心工具的期望的角度606和方位608)，取心工具可以具有能够与所关心的确定的位置(或平面)(例如，地层内的层理面)612对齐的取心方向。

返回到图5，在确定取心工具和/或取心钻头的方位之后，方法500包括步骤510，在步骤510中，例如通过绕取心工具的纵向轴线旋转而将取心工具设置在所关心的和/或定向(如果需要)的位置的深度处，使得取心钻头沿地层井壁的圆周与所关心的位置对齐。如果期望，井下传感器可以用于提供用于确认取心工具的正确对齐的实时测量值。

类似地，在步骤512中，由先前得到的所获得并进行分析(例如，在步骤504和506中)的数据，还可以根据地层特性确定取心工具的取心钻头的取心角度。此步骤适于确定取心钻头和/或取心组件相对于井下工具的中心轴线的适当角度(即，使取心钻头向上或向下倾斜)。例如，如前所述，有利的是可以最小化重新切割(即，由第一样品切出第二样品)岩心样品的需要。在存在诸如层或裂缝的地质特征的情况下，这可以通过从所关心的位置获取岩心样品来实现，例如，沿层理或断裂面(即，沿地层的一些特征或特性的方向)获取岩心样品。类似地，可以垂直于层理或断裂面获取岩心样品。如此，可以确定取心钻头的取心角度以相对于井下工具的中心轴线将取心钻头定位在适当的角度(所述角度为可以获取岩心样品的角度)(如上相对于图6所述)。明显地，所述角度不是必须垂直于取心工具轴线，而是可以相对于井下工具的中心轴线沿180度弧以任意角度获取。例如，具体地如图3D中所示，取心钻头327可以以角度α设置，而不是垂直于井下工具321的纵向轴线设置。因此，可以以角度α而不是垂直于井下工具321的轴线的方式从地层取回岩心样品。

在步骤514中，一旦确定适当的取心钻头角度，如果还没有以期望的角度被设置，则取心钻头本身可以相对于井下工具的中心轴线被调节或倾斜，以与地层的特性对齐。根据本公开的一个或多个方面的倾斜机构可以被操作用于取心钻头的这种倾斜。一旦将取心工具适当地定位在井眼内(步骤508和510)，并且相对于井下工具的中心轴线将取心钻头调节在适当的角度下(步骤512和514)，在步骤516中，取心钻头可以伸出并插入到地层井壁内以收集岩心样品。

一旦收集岩心样品，可以在步骤518中测量岩心样品的特性。可以通过在现场执行岩心样品的X射线扫描与例如声阻抗、杨氏模量和/或扭转模量的其它测量一起来得到岩心样品的正确收集的确认。此外，一旦将岩心样品带到地面，可以测量渗透率各向异性和抗压强度(或其它特性)。此外，测量步骤518可以用于质量控制，即，用于检查收集的岩心样品是否真正地相对于井下工具的中心轴线以期望或适当的角度(例如，平行于层理或断裂面)被收集。

任选的步骤520可以包括确定在当前位置处的取心操作是否完成。例如，所述确定可以基于在一个或多个前述步骤中执行的测量(一个或多个)。基于所述确定，用于收集岩心样品的另一种尝试可以在当前位置或临近位置处进行。用于另外的收集的取心角度可以基于在一个或多个前述步骤中执行的测量(一个或多个)，和/或基于在新位置处获取的井眼的一部分的新的井眼图像。另外，可以执行其它成像操作，和/或可以通过缩回取心钻头并且移动到另一个位置而释放工具。

本公开的一个或多个方面可以提供一个或多个以下优点。除了包括在可以在井下设置在地层内的其它工具和/或装置中之外，在本公开的保护范围内的工具和/或方法可以包括在图1-5中所示的一个或多个实施例中。此外，在本公开的保护范围内的工具和/或方法可以能够在将岩心样品保持器设置在取心工具的储存区内之前检测岩心样品在岩心样品保持器中的存在。这可以能够使取心工具重新钻进以试图取回岩心样品固定器的岩心样品，从而防止将空的岩心样品保持器设置在取心工具的储存区内。此外，在本公开的保护范围内的工具和/或方法可以能够确定取心工具内的岩心样品的长度。此外，在本公开的保护范围内的工具和/或方法可以能够在除了相对于井下工具的纵向轴线垂直(90度)之外的角度下获得岩心样品。

鉴于以上所述和附图，本领域的技术人员将容易认识到本公开介绍了一种方法，所述方法包括以下步骤：将井下工具下入到延伸到地下地层内的井眼中，其中，井下工具包括取心工具和测量工具；使用测量工具执行与地层有关的测量；根据所述测量确定地层内的相对于取心工具的轴线所关心的部分；相对于所关心的部分定向取心工具的取心钻头；以及将定向的取心钻头伸入到地层内。相对于所关心的部分定向取心工具的取心钻头的步骤可以包括：使取心工具绕取心工具的轴线旋转，使得取心钻头与所关心的部分基本上径向对齐。相对于所关心的部分定向取心工具的取心钻头的步骤可以包括：调节取心钻头相对于取心工具的轴线的倾角，使得取心钻头与所关心的部分基本上对齐。所述方法还可以包括以下步骤：使用定向的取心钻头从地层收集岩心样品。所述方法还可以包括以下步骤：使用井下工具测量收集的岩心样品的特性。测量工具可以包括近井眼成像仪，其中，使用测量工具执行与地层有关的测量的步骤包括：使用近井眼成像仪获得地层的至少一部分的图像，并且其中，基于获得的图像确定所关心的部分。测量工具可以包括岩性仪，其中，使用测量工具执行与地层有关的测量的步骤包括：使用岩性仪获得地层的至少一部分的图像，并且其中，基于获得的图像确定所关心的部分。所述方法还可以包括以下步骤：确定取心工具在地层内的方位；以及确定取心钻头相对于取心工具的轴线的倾角。相对于所关心的部分定向取心工具的取心钻头的步骤可以包括：使取心工具绕取心工具的轴线旋转，使得取心钻头与所关心的部分基本上径向对齐；以及调节取心钻头相对于取心工具的轴线的倾角，使得取心钻头与所关心的部分基本上对齐。将定向的取心钻头伸入到地层内的步骤可以包括：在与所关心的部分基本上对齐的倾角下使取心钻头伸入到地层内。将井下工具下入到延伸到地层内的井眼中的步骤可以包括：通过电缆(或缆索)或钻杆下入井下工具。

本公开还介绍了一种设备，所述设备包括：井下工具，所述井下工具被构造成用于在延伸到地下地层内的井眼内进行输送，其中，井下工具包括取心工具，所述取心工具包括：具有取心钻头的井壁取心组件；伸出系统，所述伸出系统被构造成从井壁取心组件伸出和缩回取心钻头；和旋转系统，所述旋转系统被构造成使井壁取心组件相对于取心工具旋转；其中，伸出系统和旋转系统可独立操作。取心钻头可以被构造成相对于井壁取心组件的轴线以非直角伸出，以收集岩心样品。伸出系统可以包括伸出活塞和伸出连杆臂，所述伸出活塞和所述伸出连杆臂一起被构造成从井壁取心组件伸出和缩回取心钻头。旋转系统可以包括旋转活塞和旋转连杆臂，所述旋转活塞和所述旋转连杆臂一起被构造成使井壁取心组件相对于井壁取心组件的轴线旋转。所述设备还包括位置传感器和控制器，所述位置传感器和所述控制器联接到伸出系统和旋转系统中的至少一个。所述设备可以还包括取心角度控制系统，所述取心角度控制系统被构造成相对于井壁取心组件的轴线将取心钻头保持在期望的取心角度。取心角度控制系统可以包括操纵活塞，所述操纵活塞被构造成邻接壳体，取心钻头设置在所述壳体内。取心角度控制可以系统包括联接到旋转系统的活塞的阀，其中，阀被构造成防止活塞移动。

以上概括了几个实施例的特征，使得本领域的技术人员可以更好的理解本公开的方面。本领域的技术人员应该认识到本领域的技术人员可以容易地使用本公开作为用于设计或修改用于实施相同目的和/或实现这里介绍的实施例的相同优点的过程和结构的基础。本领域的技术人员还应该认识到这种等价结构没有背离本公开的精神和保护范围，相反，在本领域的技术人员在不背离本公开的精神和保护范围的情况下可以做不同改变、替换和修改。

根据37C.F.R.§1.72(b)提供本公开结尾处的摘要以允许读者快速弄清本技术公开的本质。提交所述摘要，但所述摘要不用于解释或限制权利要求的保护范围或意思。

Claims (6)

1.一种地层取心设备，包括：

井下工具，所述井下工具被构造成用于在延伸到地下地层内的井眼内进行输送，其中，所述井下工具包括取心工具，所述取心工具包括：

具有取心钻头的井壁取心组件；

伸出系统，所述伸出系统被构造成使所述取心钻头相对于所述井下工具的轴线以多个角度从所述井壁取心组件伸出和缩回；和

旋转系统，所述旋转系统被构造成使所述井壁取心组件旋转到所述多个角度中的每一个，其中所述旋转系统包括：

旋转活塞，所述旋转活塞能够移动以使所述取心钻头旋转到所述多个角度中的每一个；

其中，所述伸出系统和所述旋转系统能够独立操作。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述取心钻头被构造成相对于所述井壁取心组件的轴线以非直角伸出，以收集岩心样品。

3.根据权利要求1所述的设备，所述伸出系统包括伸出活塞和伸出连杆臂，所述伸出活塞和所述伸出连杆臂一起被构造成从所述井壁取心组件伸出和缩回所述取心钻头。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述旋转系统还包括旋转连杆臂，所述旋转活塞和所述旋转连杆臂一起被构造成使所述井壁取心组件相对于井壁取心组件的轴线旋转。

5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括控制器和位置传感器，所述控制器和位置传感器联接到所述伸出系统和所述旋转系统中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的设备，还包括取心角度控制系统，所述取心角度控制系统被构造成相对于所述井壁取心组件的轴线将所述取心钻头保持在期望的取心角度。