CN103210181A

CN103210181A - 地层感测与评估钻探

Info

Publication number: CN103210181A
Application number: CN2011800550735A
Authority: CN
Inventors: S·库马尔; H·约翰
Original assignee: Baker Hughes Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-07-17
Also published as: RU2013119824A; US8726987B2; CA2813638C; CA2813638A1; SG189291A1; WO2012047693A3; US20120080229A1; WO2012047693A2; BR112013008331B1; SA111320813B1; MX2013003826A; BR112013008331A2; EP2625383A2; EP2625383A4

Abstract

本公开内容涉及用于地下地层或储藏的测试与采样的方法与装置。所述装置可以包括至少一个配置成穿透地层的可延伸元件。所述至少一个可延伸元件可以包括至少一个带配置成接收地层流体的嘴部的钻头。所述至少一个可延伸元件可以包括至少一个位于所述至少一个可延伸元件上的传感器。所述至少一个可延伸元件还可以包括用于激励地层的激励源。所述至少一个可延伸元件可以配置成从井底钻具组件（BHA）分离和/或附连到BHA。一种方法可以包括为了估计地层的感兴趣参数而对地层执行测试的步骤。另一种方法可以包括为了估计地层流体的感兴趣参数而执行测试的步骤。

Description

地层感测与评估钻探

技术领域

本公开内容总体上涉及地球地层或储藏的测试与采样。更具体地说，本公开内容涉及在钻探操作过程中原地评估地球地层的感兴趣参数，尤其涉及利用配置成评估感兴趣参数的可延伸元件执行评估。

背景技术

为了获得例如油和气的碳氢化合物，通过旋转附连在钻柱末端的钻头来钻取钻孔。目前很大比例的钻探活动涉及定向钻探，即，钻取偏斜的和水平的钻孔，来增加碳氢化合物产量和/或从地球地层取出附加的碳氢化合物。现代的定向钻探系统通常采用具有井底钻具组件（BHA）的钻柱和位于其末端的钻头，其中钻头被钻探电动机（泥浆电动机）和/或通过旋转钻柱来旋转。设置成紧靠钻头的多个井下设备测量与钻柱关联的某些井下操作参数。这种设备一般包括用于测量井下温度与压力的传感器、方位角与倾斜测量设备及电阻率测量设备，以便确定碳氢化合物和水的存在。称为随钻测井（LWD）工具的附加井下仪器常常附连到钻柱，以便在钻探操作过程中确定地层地质概况和地层流体情况。

钻孔通常是沿着预定的路径钻取的并且典型钻孔的钻探前进通过各种地层。钻探操作人员一般控制地面控制的钻探参数，例如钻压、通过钻杆的钻探流体流、钻柱旋转速度及钻探流体的密度和粘度，以便优化钻探操作。井下操作条件持续变化并且操作人员必须对这种变化作出反应并且调整地面控制的参数，来优化钻探操作。对于在未开发过的区域钻取钻孔，操作人员一般具有提供地下地层的宏观图片与预先计划好的钻孔路径的地震勘测图。对于在相同的地层中钻取多个钻孔，操作人员还必须具有关于在所述相同地层中先前钻取过的钻孔的信息。

碳氢化合物区可以在钻探过程中或者之后测试。一种类型的测试涉及从地层产生流体并且利用探头或双封隔器（dual packer）收集样本、降低测试体积中的压力并且允许压力增加到一个静态水平。该序列序可以在单个钻孔中的几个不同深度或点重复几次。测试可以包括把地层或者来自地层的样本暴露于激励，例如声能或电磁能。从这些测试，可以得到用于估计关于地层的感兴趣参数的信息。

通过钻孔带到上面的样本可能被钻孔中的其它物质（包括钻探流体）污染。这种污染的风险限制了样本的地面分析的价值。此外，地层的一些参数可能仅仅是在发生钻探的地方的深度和条件下估计的。由于钻探流体的进入（钻探流体可能会与本来的地层流体混合或者取代本来的地层流体），因此地层较深区域（在泥浆侵入区之外）的属性可能与紧靠钻孔的那些区域不同。这种污染可能导致对地层较深区域属性的错误测量。需要用于在钻探处理中评估地层感兴趣参数的方法与装置。本公开内容讨论满足这种需求的方法与装置。

发明内容

在多个方面，本公开内容总体上涉及地下地层或储藏的测试与采样。更具体而言，本公开内容涉及在钻探过程中原地评估地球地层的感兴趣参数，并且，尤其涉及利用配置成评估感兴趣参数的可延伸元件来执行评估。

根据本公开内容的一种实施例包括一种用于评估地球地层的感兴趣参数的装置，包括：具有纵轴的井底钻具组件（BHA）；及位于BHA上的至少一个可延伸元件，所述至少一个可延伸元件包括具有配置成接收地层流体的嘴部的钻头，钻头配置成在与所述纵轴倾斜的方向穿透地球地层。

根据本公开内容的另一种实施例包括一种用于评估地球地层感兴趣参数的方法，包括：把具有纵轴的井底钻具组件（BHA）输送到钻孔中；利用BHA上的至少一个可延伸元件上的至少一个钻头穿透地球地层，以在与所述纵轴倾斜的方向形成通道，其中地球地层被穿透，超出污染区；及评估感兴趣的参数。

为了以下其具体描述可以得到更好的理解，并且为了让人认识到它们所代表的对本领域的贡献，已经相当广义地对本公开内容的较为重要的特征的例子进行了概述。

附图说明

为了对本公开内容的具体理解，应当联系附图参考以下实施例的具体描述，在附图中相同的元件给予相同的标号，其中：

图1示出了根据本公开内容的一种实施例的示例性钻探系统的示意图；

图2示出了根据本公开内容的一种实施例的具有一个可延伸元件的示例性评估模块的示意图；

图3示出了根据本公开内容的一种实施例的具有两个可延伸元件的示例性评估模块的示意图；

图4示出了根据本公开内容的一种实施例、具有部署在不同方位角方向中的三个可延伸元件的示例性评估模块的示意图；

图5示出了根据本公开内容的一种实施例的用于原地估计地层流体的感兴趣参数的方法的流程图；

图6示出了根据本公开内容的一种实施例的用于估计地层的感兴趣参数的方法的流程图；

图7示出了根据本公开内容的一种实施例、利用两个可延伸元件估计地层感兴趣参数的方法的流程图；以及

图8示出了根据本公开内容的一种实施例、利用至少一个可分离的可延伸元件估计地层的感兴趣参数的方法的流程图。

具体实施方式

本公开内容总体上涉及地下地层或储藏的测试与采样。一方面，本公开内容涉及在钻探操作过程中原地评估地球地层的感兴趣参数，并且在另一方面，涉及利用配置成评估感兴趣参数的可延伸元件评估地球地层或地层流体的感兴趣参数。所述感兴趣的参数可以包括但不限于以下的一个或多个：（i）地层流体或井筒钻探流体的pH，（ii）H₂S浓度，（iii）密度，（iv）粘度，（v）温度，（vi）流变属性，（vii）热传导性，（viii）电阻率，（ix）化学成分，（x）反应性，（xi）射频属性，（xii）表面张力，（xiii）红外线吸收，（xiv）紫外线吸收，（xv）折射率，（xvi）磁属性，（xvii）核自旋，（xviii）渗透性，（xix）孔隙度，（xx）核共振属性，及（xxi）声学属性。地层中的流体可能由于与钻探流体或者在钻孔内侧或外侧位于钻孔壁附近的其它物质接触而被污染。可延伸元件可以包括用于穿透地层的钻头，使得嘴部或探头可以接触未被污染的地层流体或地层区域。钻头还可以包括一个或多个用于估计地层的感兴趣参数的传感器。所述一个或多个传感器可以配置成估计，但不限于，以下的一个或多个：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）静电势，（iv）磁通，（v）声波传播，（vi）核辐射，（vii）核共振属性，（viii）电阻抗，及（xix）机械力。钻头还可以包括配置成从地层生成响应的激励源。该源可以配置成生成，但不限于，（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）电压，（iv）磁场，（v）声波，（vi）核辐射，及（vii）机械力。钻头和可延伸元件可以配置成在地层中创建通道。该通道可以相对于井底钻具组件的纵轴倾斜。在一些实施例中，可延伸元件可以包括一个或多个封隔器或密封，以便隔离具有无掺杂地层流体的地层部分与被钻孔中钻探流体污染的地层部分。在一些实施例中，通道中的流体可以用另一种流体代替。所述另一种流体可以用于执行以下的一个或多个：（i）清洁通道，（ii）改进测量源和/或接收器设备的耦合，及（iii）化学地或者物理地修改通道或地层。当地层流体从地层移动到井底钻具组件中时，钻头的嘴部可以连接到延伸通过可延伸元件的管道并且配置成接收并保持地层流体的纯度。在井底钻具组件或者钻探组件中，地层流体可以被存储和/或通过附加的传感器或测试装备来分析。在一些实施例中，地层流体可以利用泵或者压力差传输通过所述管道。

本公开内容很容易有不同形式的实施例。在附图中示出并且在此将具体描述本公开内容的具体实施例，但是应当理解，本公开内容应当被认为是所公开内容的原理的示例，而不是要把所公开内容限定在在此所说明和描述的那些。事实上，显而易见地，本公开内容的教导可以对多种钻井工具并且在钻井构造与生产的所有阶段中使用。相应地，以下讨论的实施例仅仅是例示本公开内容的应用。

图1示出了根据本公开内容的一种实施例的示例性钻探系统100的示意图，钻探系统100包括具有附连到其底端的钻探组件的钻柱，其中钻探组件包括转向（steering）单元。图1示出了包括钻探组件或井底钻具组件（BHA）190的钻柱120，其中BHA190通过载体122在钻孔126中输送。钻探系统100包括在平台或底板112上竖立的传统井架111，其中平台或底板112支撑以期望的旋转速度被原动机（例如电动机（未示出））旋转的旋转台114。具有在其底端附连的钻探组件190的载体122，例如有节钻杆，从地面延伸到钻孔126的底部151。附连到钻探组件190的钻头150在其进行旋转以钻取钻孔126的时候分解地层。钻柱120经Kelly接头121、转环128和管线129通过滑轮耦合到绞车130。绞车130操作成控制钻压（“WOB”）。代替被原动机和旋转台114旋转，钻柱120可以被顶部驱动器（未示出）旋转。可选地，挠性管可以用作载体122。油管喷射器114a可以用于输送具有附连到其底端的钻探组件的挠性管。绞车130和油管喷射器114a的操作在本领域是众所周知的，因而在此不具体描述。

来自其源132（例如泥浆池）的合适的钻探流体131（也称为“泥浆”）在压力下通过泥浆泵134循环通过钻柱120。钻探流体131从泥浆泵134经波动消除器136和流体管线138进入钻柱120。来自载体122的钻探流体131a在钻孔底部151通过钻头150中的开口排放。返回的钻探流体131b向上循环通过钻柱120和钻孔126之间的环形空间127并且经返回管线135和从返回的钻探流体131b除去钻屑186的钻屑筛管185返回到泥浆池132。管线138中的传感器S₁提供了关于流体流速的信息。地面扭矩传感器S₂和与钻柱120关联的传感器S₃分别提供关于钻柱120的扭矩和旋转速度的信息。油管喷射速度是从传感器S₅确定的，而传感器S₆提供钻柱120的悬重。

在一些应用中，钻头150是只通过旋转钻杆122来旋转的。但是，在许多其它应用中，位于钻探组件190中的井下电动机155（泥浆电动机）也旋转钻头150。给定BHA190的穿透速率大大依赖于WOB或者钻头150上的推力及其旋转速度。

泥浆电动机155经位于轴承组件157中的驱动轴耦合到钻头150。当钻探流体131在压力下通过泥浆电动机155时，泥浆电动机155旋转钻头150。一方面，轴承组件157支撑钻头的径向和轴向力、泥浆电动机155的向下推力及来自所施加的钻压的反应性向上负荷。

地面控制单元或控制器140经设置在流体管线130中的传感器143从井下传感器和设备接收信号并且从系统100中所使用的传感器S₁-S₆和其它传感器接收信号，并且根据提供给地面控制单元140的编程指令处理这些信号。地面控制单元140在显示器/监视器142上显示由操作人员用来控制钻探操作的期望的钻探参数和其它信息。地面控制单元140可以是基于计算机的单元，其可以包括处理器147（例如微处理器），例如固态存储器、带或硬盘的存储设备144及存储设备144中的一个或多个计算机程序146，所述计算机程序可以让处理器147访问以便执行所述程序中所包含的指令。地面控制单元140还可以与远程控制单元148通信。地面控制单元140可以处理关于钻探操作的数据、来自地面上的传感器和设备的数据、从井下接收到的数据，并且可以控制井下和地面设备的一种或多种操作。数据可以以模拟或数字形式发送。

BHA还可以包含地层评估传感器或设备（也称为随钻测量（“MWD”）或随钻测井（“LWD”）传感器），用于确定电阻率、密度、孔隙度、渗透性、声学属性、核磁共振属性、地层压力、井下流体的属性或特性，及围绕钻探组件190的地球地层195的其它期望属性。这种传感器通常在本领域中是已知的，并且为了方便在这里总体上用标号165来指示。钻探组件190还可以包括多种其它传感器与设备159，用于确定BHA的一个或多个属性（例如振动、弯矩、加速度、振荡、涡动、滞滑等）和钻探操作参数（例如钻压、流体流速、压力、温度、穿透速率、方位角、刀面、钻头旋转等）。为了方便，所有这样的传感器都用标号159指示。设备159可以包括评估模块200。

钻探组件190包括用于沿期望的钻探路径使钻头150转向的转向装置或工具158。一方面，转向装置可以包括具有多个施力构件161a-161n的转向单元160，其中转向单元至少部分地集成到钻探电动机中。在另一种实施例中，转向装置可以包括转向单元158，该转向单元158具有弯接头和确定弯接头在井筒中的朝向的第一转向设备158a及保持弯接头沿选定的钻探方向的第二转向设备158b。

MWD系统可以包括用于提供关于BHA、钻柱、钻头和例如钻探电动机、转向单元、推进器等井下装备的期望动态钻探参数的信息的传感器、电路系统和处理软件与算法。示例性传感器包括，但不限于，钻头传感器、RPM传感器、钻压传感器、用于测量泥浆电动机参数（例如，泥浆电动机定子温度、跨泥浆电动机的不同压力和通过泥浆电动机的流体流速）的传感器，及用于测量加速度、振动、涡动、径向移位、滞滑、扭矩、震动、振动、应变、应力、弯矩、钻头跳动、轴向推力、摩擦力、向后旋转、BHA屈曲和径向推力的传感器。沿钻柱分布的传感器可以测量物理量，例如钻柱加速度与应变、钻柱孔中的内部压力、环中的外压力、振动、温度、钻柱内部的电和磁场强度、钻柱的孔等。用于进行动态井下测量的合适系统包括由BAKER HUGHES公司制造的COPILOT，该系统为一种井下测量系统。合适的系统还在于1998年由G.Heisig和J.D.Macpherson在SPE49206上发表的“Downhole Diagnosis of Drilling Dynamics DataProvides New Level Drilling Process Control to Driller”中进行了讨论。

MWD系统100可以包括位于合适位置（例如BHA190上的178）的一个或多个井下处理器。处理器可以是使用在合适的机器可读介质上实现的计算机程序的微处理器，所述计算机程序使处理器执行控制与处理。机器可读介质可以包括ROM、EPROM、EAROM、EEPROM、闪存存储器、RAM、硬盘驱动器和/或光盘。例如电力和数据总线、电源等的其它装备对本领域技术人员将是显而易见的。在一种实施例中，MWD系统使用泥浆脉冲遥感在发生钻探操作的同时把来自井下位置的数据传送到地面。地面处理器147可以处理地面测量的数据以及从井下处理器发送的数据，以便评估地层的岩性。尽管钻柱120示为传感器165的输送系统，但是应当理解，本公开内容的实施例可以结合经刚性（例如，有节管或挠性管）以及非刚性（例如，钢丝绳、钢丝、易缆）输送系统输送的工具一起使用。井下钻探组件（未示出）可以包括用于在钻柱或钢丝绳上实现本公开内容实施例的井底钻具组件和/或传感器与装备。

图2示出了根据本公开内容的一种实施例的位于BHA190上的示例性评估模块200。评估模块200可以包括配置成穿透地层195的可延伸元件210。可延伸元件210可以包括钻头220。钻头220可以包括可以结合到管道240的嘴部230，其中管道240穿行通过可延伸元件210的长度。嘴部230可以是固定的或者可缩回的。在一些实施例中，嘴部230可以是可选的。嘴部230和钻头220可以配置成穿透钻孔126的壁205、累积在壁205上的泥浆215及地层195。当钻探通过地层195时，钻头220可以创建通道250。使用钻头穿透地层仅仅是说明性和示例性的，因为其它的地层分解设备也可以使用，例如，但不限于，超声换能器、激光、高压流体钻及气体喷射钻。在一些实施例中，通道250和可延伸元件210可以设置成基本上与BHA190的纵轴290正交。正交性不应当解释为限制，并且钻头可以相对于BHA的纵轴倾斜。钻头220还可以包括一个或多个传感器224，其中所述一个或多个传感器可以配置成响应以下的一个或多个产生信号：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）静电势，（iv）磁通量，（v）声波传播，（vi）核辐射，（vii）核共振属性，（viii）电阻抗，及（ix）机械力。在一些实施例中，所述一个或多个传感器224可以沿着可延伸元件210设置到钻头220上或者设置到钻孔126中的BHA190上。钻头220还可以包括一个或多个激励源227，其中所述一个或多个激励源可以配置成生成以下的一个或多个：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）电压，（iv）磁场，（v）声波，（vi）核辐射，及（vii）机械力。在一些实施例中，所述一个或多个激励源227可以沿着可延伸元件210设置到钻头220上或者设置到钻孔126中的BHA190上。一个或多个封隔器260可以沿可延伸元件210部署，把侧通道250分成地层侧部分254和钻孔侧部分257。密封或封隔器260可以配置成防止流体在部分254和部分257之间的流动，从而减少地层流体污染的机会。在一些实施例中，封隔器260可以设置到地层195的泥浆侵入或污染区270的外面，以便进一步减少污染的机会。在这里，“污染区”可以指地层中进入的钻探流体与本来的地层流体混合或者取代其的部分。在一些实施例中，封隔器260可以是可缩回的、可膨胀的和/或可延伸的。管道240可以操作性耦合到评估模块200或井底钻具组件190中的室280。室280可以包括用于评估、分析和/或保存地层流体样本的测试装备、传感器和/或存储装备。一些实施例可以包括用于可以流经管道240和嘴部230以便从通道250清除碎屑的流体的槽（未示出）。该流体可以类似于钻探流体或于钻探流体不同。

在一些实施例中，评估模块200可以包括用于到地面的双向通信并且向井下部件提供电力的通信单元（未示出）和电源（未示出）。在一些实施例中，评估模块200可以包括配置成控制评估单元200的井下控制器（未示出）。处理后的井下数据结果可以发送到地面，以便向钻探操作人员提供井下条件或者验证测试结果。控制器可以把处理后的数据传递到位于井下的双向数据通信系统。该井下通信系统可以把数据信号发送到地面通信系统（未示出）。本领域中有多种方法和装置适于发送数据。对于本公开内容，任何合适的系统都可以。

图3示出了根据本公开内容的另一种实施例的位于BHA190上的示例性评估模块300。评估模块300可以包括位于BHA190上并且从纵轴290倾斜的至少两个可延伸元件210、310。这些位置可以在沿纵轴290的相同或不同位置和/或在相同或不同的方位角。可延伸元件210、310中的每一个都可以具有用于分解地层195以便形成通道250、350的钻头220、320。在一些实施例中，可延伸元件中的一个或多个可以具有用于接收地层流体的嘴部和管道。一个或多个激励源227可以沿可延伸元件210部署并且配置成把至少一种激励施加到地层195中。一个或多个传感器324可以沿可延伸元件310部署并且配置成从地层195接收信号或能量，其中信号或能量可以响应由一个或多个激励源227施加到地层195的激励。在一些实施例中，可延伸元件210、310中的一个或多个可以从BHA190分离和/或重新附连到其。在一些实施例中，可延伸元件210、310中的一个或多个可以具有定位器器件（未示出），使得已经分离的可延伸元件210、310可以被定位，以重新附连到BHA190。定位器器件可以是任何常见的定位器，包括但不限于以下的一个或多个：（i）射频标签，（ii）声学定位器，（iii）放射性标签，（iv）机械锁，（v）系绳（tether），及（vi）定位信标。在一些实施例中，可延伸元件210、310中的一个或多个可以包括存储器存储设备（未示出），用于在可延伸元件210、310可以从BHA190分离时记录来自一个或多个传感器的信息。

图4示出了根据本公开内容的另一种实施例的位于BHA190上的示例性评估模块400。评估模块400可以包括两个或多个可延伸元件210、310、410，每个都具有位于钻孔126中的钻头220、320、420。可延伸元件210、310、410可以延伸到地层195中，以分解部分地层并形成通道250、350、450。在一些实施例中，一个或多个激励源327可以沿可延伸元件310设置并且一个或多个传感器424可以沿可延伸元件410设置。在一些实施例中，可延伸元件210、310、410可以在从BHA190呈辐射状的不同方位角方向中设置。在一些实施例中，可以使用多于三个的可延伸元件。在一些实施例中，两个或多个可延伸元件可以设置在相同的方位角方向但是处于沿纵轴290的不同深度（图3）。

图5示出了根据本公开内容的一种实施例（图2）的示例性方法500的一些步骤的流程图，该方法用于测试和采样来自地层或储藏195的流体。在步骤510中，评估模块200可以设置到钻孔126中。在步骤520中，带钻头220的可延伸元件210可以延伸到钻孔126的壁205。在一些实施例中，可延伸元件210可以在与BHA190的纵轴290倾斜的方向延伸。在步骤530中，钻头220可以分解部分地层195，以形成通道250。在地层195分解的过程中，钻头还会分解壁205的一部分和壁205上累积的碎屑或泥浆215。在步骤540中，一个或多个封隔器260可以膨胀或扩张，以将通道250分成地层侧部分254和钻孔侧部分257。所述一个或多个封隔器260还可以防止通道250中部分254与257之间的流体流动。在步骤550中，地层流体可以通过钻头220上的嘴部230被接收到管道240中，管道240在可延伸元件210中。在步骤560中，地层流体可以传输通过管道240，到达室280。在步骤560中，室280中的地层流体样本可以被测试或存储，用于随后测试，来估计地层流体的至少一个感兴趣参数。所述地层流体的至少一个感兴趣参数可以包括但不限于以下的一个：（i）pH，（ii）H₂S浓度，（iii）密度，（iv）粘度，（v）温度，（vi）流变属性，（vii）热传导性，（viii）电阻率，（ix）化学成分，（x）反应性，（xi）射频属性，（xii）表面张力，（xiii）红外线吸收，（xiv）紫外线吸收，（xv）折射率，（xvi）磁属性，（xvii）核自旋，（xviii）核共振属性，及（xix）声学属性。在一些实施例中，可以将其它流体注入到通道中，代替被除去的流体或者冲洗通道。

图6示出了根据本公开内容的一种实施例（图2）的示例性方法600的流程图，该方法用于测试和采样地层或储藏195。在步骤610中，评估模块200可以设置到钻孔126中。在步骤620中，带钻头220的可延伸元件210可以延伸到钻孔126的壁205。在一些实施例中，可延伸元件210可以在与BHA190的纵轴290倾斜的方向延伸。在步骤630中，钻头220可以分解部分地层195，形成通道250。在地层195分解的过程当中，钻头还可以分解部分壁205和壁205上累积的碎屑或泥浆215。在步骤640中，激励可以施加到地层195。激励可以由一个或多个激励源227施加并且可以包括但不限于以下的一个或多个：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）电压，（iv）磁场，（v）声波，（vi）核辐射，及（vii）机械力。在步骤650中，可以由一个或多个传感器224响应地层对一个或多个激励的响应而生成至少一个信号。所述一个或多个传感器224可以配置成响应但不限于以下的一个或多个：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）静电势，（iv）磁通量，（v）声波传播，（vi）核辐射，（vii）核共振属性，（viii）电阻抗，及（ix）机械力。在步骤660中，来自所述至少一个信号的信息可以被至少一个处理器用于估计地层195的至少一个感兴趣参数。所述地层195的至少一个感兴趣参数可以包括但不限于以下的一个：（i）密度，（ii）粘度，（iii）温度，（iv）热传导性，（v）电阻率，（vi）化学成分，（vii）反应性，（viii）射频属性，（ix）红外线吸收，（x）紫外线吸收，（xi）磁属性，（xii）渗透性，（xiii）孔隙度，（xiv）核共振属性，及（xv）声学属性。

图7示出了根据本公开内容的一种实施例（图3）的示例性方法700的流程图，该方法用于测试和采样地层或储藏195。在步骤710中，评估模块300可以设置到钻孔126中。在步骤720中，带钻头220的可延伸元件210可以在与纵轴290倾斜的方向延伸到地层195中，分解地层195的一部分，形成通道250。在步骤730中，带钻头320的可延伸元件310可以在与纵轴290倾斜的方向延伸到地层195中，分解地层195的另一部分，形成通道350。在一些实施例中，通道250可以沿纵轴290只在上面或下面与通道350相似。在一些实施例中，通道250可以处于与通道350不同的方位角。在步骤740中，激励可以由一个或多个激励源227施加到地层195。激励可以由一个或多个激励源227施加并且可以包括但不限于以下的一个或多个：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）电压，（iv）磁场，（v）声波，（vi）核辐射，及（vii）机械力。在步骤750中，可以由一个或多个传感器324响应地层对所述一个或多个激励的响应而生成至少一个信号。所述一个或多个传感器324可以配置成响应但不限于以下的一个或多个：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）静电势，（iv）磁通量，（v）声波传播，（vi）核辐射，（vii）核共振属性，（viii）电阻抗，及（ix）机械力。在步骤760中，来自所述至少一个信号的信息可以被至少一个处理器用于估计地层195的至少一个感兴趣参数。所述地层195的至少一个感兴趣参数可以包括但不限于以下的一个：（i）密度，（ii）粘度，（iii）温度，（iv）热传导性，（v）电阻率，（vi）化学成分，（vii）反应性，（viii）射频属性，（ix）红外线吸收，（x）紫外线吸收，（xi）磁属性，（xii）渗透性，（xiii）孔隙度，（xiv）核共振属性，及（xv）声学属性。

图8示出了根据本公开内容的一种实施例（图3）的示例性方法800的流程图，该方法用于测试和采样地层或储藏195。在步骤810中，评估模块300可以设置到钻孔126中。在步骤820中，带钻头220的可延伸元件210可以在与纵轴290倾斜的方向延伸到地层195中，形成通道250。在步骤830中，可延伸元件210可以从BHA190分离。在步骤840中，评估模块300可以重新设置到钻孔126中。在步骤850中，带钻头320的可延伸元件310可以在与纵轴290倾斜的方向延伸到地层195中，形成通道350。在一些实施例中，这两个可延伸元件210、310都可以从BHA190分离。在一些实施例中，通道250可能沿纵轴290只在上面或下面与通道350相似。在一些实施例中，通道250可以处于与通道350不同的方位角。在步骤860中，激励可以由一个或多个激励源227施加到地层195。激励可以由一个或多个激励源227施加并且可以包括但不限于以下的一个或多个：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）电压，（iv）磁场，（v）声波，（vi）核辐射，及（vii）机械力。在步骤870中，可以由一个或多个传感器324响应地层对一个或多个激励的响应而生成至少一个信号。所述一个或多个传感器324可以配置成响应但不限于以下的一个或多个：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）静电势，（iv）磁通量，（v）声波传播，（vi）核辐射，（vii）核共振属性，（viii）电阻抗，及（ix）机械力。在一些实施例中，所述至少一个信号可以记录到耦合到或者在可延伸元件310内部的存储器存储设备（未示出）上。在步骤880中，来自所述至少一个信号的信息可以被至少一个处理器用于估计地层195的至少一个感兴趣参数。所述地层195的至少一个感兴趣参数可以包括但不限于以下的一个：（i）密度，（ii）粘度，（iii）温度，（iv）热传导性，（v）电阻率，（vi）化学成分，（vii）反应性，（viii）射频属性，（ix）红外线吸收，（x）紫外线吸收，（xi）磁属性，（xii）渗透性，（xiii）孔隙度，（xiv）核共振属性，及（xv）声学属性。在步骤885中，可延伸元件310可以从通道350缩回。在一些实施例中，当可延伸元件210、310缩回时，可延伸元件210、310可以用来使通道250、350坍塌或填满。在步骤890中，评估模块300可以重新设置，使得可延伸元件210重新附连到BHA190。在一些实施例中，可延伸元件210可以利用定位器器件（未示出）定位，以便重新附连。定位器器件可以是任何常见的定位器包括但不限于以下的一种或多种：（i）射频标签，（ii）声学定位器，（iii）放射性标签，（iv）机械锁，（v）系绳，及（vi）定位信标。在一些实施例中，可延伸元件中的一个或多个可以配置成分离但不再重新附连。在步骤895中，可延伸元件210可以重新附连到BHA190。在一些实施例中，方法500、600、700和800中的一些步骤可以组合和/或同时执行。

尽管上述公开内容是针对本公开内容的一种模式实施例，但是各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。预期所有变化都被上述公开内容涵盖。

Claims

1.一种用于评估地球地层的感兴趣参数的装置，其包括：

具有纵轴的井底钻具组件（BHA）；以及

位于所述BHA上的至少一个可延伸元件，所述至少一个可延伸元件包括带有嘴部的钻头，所述嘴部配置成接收地层流体，所述钻头配置成在与所述纵轴倾斜的方向穿透地球地层。

2.如权利要求1所述的装置，所述至少一个可延伸元件还包括：

至少一个封隔器，配置成隔离所述嘴部与钻孔流体。

3.如权利要求1所述的装置，所述至少一个可延伸元件还包括：

位于所述至少一个可延伸元件上的感测元件。

4.如权利要求3所述的装置，所述至少一个可延伸元件还包括：

激励源，配置成将激励发送到地球地层中。

5.如权利要求4所述的装置，其中所发送的激励包括以下的至少一个：（i）机械功，（ii）声能，（iii）电力，（iv）磁力，（v）核辐射，及（vi）电磁辐射。

6.如权利要求1所述的装置，还包括：

输送设备，配置成把所述BHA输送到地球地层中的钻孔内。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个可延伸元件配置成感测以下的至少一个：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）静电势，（iv）磁通量，（v）声波传播，（vi）核辐射，（vii）核共振属性，（viii）电阻抗，及（ix）机械力。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个可延伸元件配置成从所述BHA分离。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述至少一个可延伸元件配置成重新附连到所述BHA。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述至少一个可延伸元件包括定位器器件。

11.如权利要求1所述的装置，还包括：

位于所述至少一个可延伸元件上的定位器器件。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述定位器器件可以包括以下的至少一种：（i）射频标签，（ii）声学定位器，（iii）放射性标签，（iv）机械锁，（v）系绳，及（vi）定位信标。

13.如权利要求1所述的装置，还包括：

位于所述BHA上的至少一个附加可延伸元件，所述至少一个附加可延伸元件包括附加的钻头，所述附加的钻头配置成在与所述纵轴倾斜的方向穿透地球地层。

14.一种评估地球地层的感兴趣参数的方法，包括：

将具有纵轴的井底钻具组件（BHA）输送到钻孔中；

利用所述BHA上的至少一个可延伸元件上的至少一个钻头来穿透地球地层，从而在与所述纵轴倾斜的方向形成通道，其中地球地层被穿透，超出污染区；以及

评估感兴趣的参数。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：

利用在所述至少一个可延伸元件上的嘴部接收地层流体。

16.如权利要求15所述的方法，还包括：

利用位于所述至少一个可延伸元件上的至少一个封隔器将所述通道分成至少两部分。

17.如权利要求14所述的方法，还包括：

将激励发送到所述污染区之外的地层中。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述激励包括以下的至少一个：（i）机械功，（ii）声能，（iii）电力，（iv）磁力，（v）核辐射，及（vi）电磁辐射。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述至少一个可延伸元件包括第一可延伸元件和第二可延伸元件，并且其中所述激励利用所述第一可延伸元件发送并利用所述第二可延伸元件感测。

20.如权利要求14所述的方法，其中评估感兴趣的参数包括感测以下的至少一个：（i）电磁辐射，（ii）电流，（iii）静电势，（iv）磁通量，（v）声波传播，（vi）核辐射，（vii）核共振属性，（viii）电阻抗，及（ix）机械力。

21.如权利要求14所述的方法，还包括：

将所述至少一个可延伸元件从所述BHA分离。

22.如权利要求21所述的方法，还包括：

将所述至少一个可延伸元件重新附连到所述BHA。

23.如权利要求21所述的方法，还包括：

在钻孔中定位所述至少一个可延伸元件。

24.如权利要求14所述的方法，还包括：

使所述通道坍塌。