CN103688011B

CN103688011B - 具有集成光学分析器的取芯钻头和钻头

Info

Publication number: CN103688011B
Application number: CN201180071348.4A
Authority: CN
Inventors: G·E·韦弗; C·D·梅尼泽斯
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2031-06-02
Also published as: EP2715032A4; CN103688011A; WO2012166138A1; CA2837656A1; EP2715032A1; AU2011369404A1

Abstract

所公开的用于获取岩芯样本的方法包括，将光线引导至正在收集的岩芯样本上，接收来自岩芯样本的反射光，并分析所接收的反射光从而确定岩芯样本的一个或多个特性和／或形成岩芯样本的图像。特性包括岩石类型、烃类型、水浓度、孔隙度、和渗透性。光可以是红外的(IR)、可见的、和／或紫外(UV)的。所接收的反射光可穿过一个或多个多元光学元件(MOE)。在岩芯样本两个不同位置上进行的测量可用于确定取芯速度。所描述的取芯钻头包括用来容纳岩芯样本的筒、随着岩芯样本进入到筒中照亮岩芯样本的光源、接收来自岩芯样本的反射光的检测器系统、以及将光传输至岩芯样本并从岩芯样本传输光的光学传输系统。

Description

具有集成光学分析器的取芯钻头和钻头

背景技术

地层取芯在石油天然气工业中是众所周知的。简而言之，位于钻柱端部的取芯钻头从钻孔的底部切割柱状岩芯。切割时，岩芯进入到内岩芯筒中。然后内岩芯筒被升高，从而将岩芯传输到地面用于实验分析。一一般可以此方式准确地确定诸如地层渗透性、孔隙度、流体饱和度之类的特性。这样的信息被认为对涉及石油、天然气、和矿藏研究的很多公司来说是必要的。这样的数据对于施工现场评估和采石工作来说也是有用的。

在可能范围内，优选地以连续方式获取岩芯，从而尽可能以原始状态保存岩芯样本。内岩芯筒(以及因此的岩芯样本)的标准长度为30英尺(9米)、60英尺(18米、和90英尺(27米)。如果取芯过程中发生任何偏差，在发现问题前可能会有很多小时。另外，无法及时检测并修正这样的问题，可需要多天的额外努力来替换丢失的岩芯样本材料。

所关注的另一个问题为，当岩芯样本被回收到地表时，很多地层是弱固结的(poorlyconsolidated)或者受到剥蚀。砂土和气体水合物只是这种地层的两个示例。当岩芯样本通过钻孔回收时，样本经受了压力和温度的变化，这会使得水合物升华和气体膨胀。这样的现象会在岩芯样本到达地表之前破坏岩芯样本的纹理，使得孔隙度、渗透性、和饱和度的测量不可行。

附图说明

以下的详细说明应该结合伴随附图进行考虑，其中：

图1示出说明性钻井系统；

图2示出说明性取芯钻头的横截面；

图3示出说明性取芯钻头的喉部；

图4A示出说明性光学分析器的操作原理；

图4B示出可选光学分析器的操作原理；

图5示出说明性的基于MOE的检测器的操作原理；

图6示出具有双窗口光学分析器的操作原理；

图7示出说明性钻头；

图8示出说明性钻头冲击制动器；及

图9为说明性取芯方法的流程图。

要注意到的是，附图和详细的说明都只是本发明特定的说明性实施方式。然而，应该理解的是，所示和所描述的实施方式并非用于限制本发明，相反，本发明要覆盖所有落入附随权利要求范围内的改进、等同和替换。

具体实施方式

因此，在此公开的是具有集成光学分析器的取芯钻头和钻头。至少一些公开的钻头实施方式包括随着钻头旋转而形成穿过地层的钻孔的固定切削齿，以及至少一个冲击制动器，该制动器架在由切削齿形成的槽中。集成光学分析器通过冲击制动器中的窗口照亮地层，并分析由地层所反射的光。光经由采用一条或多条光纤的传输系统在窗口和光学分析器之间行进。光学分析器可采用多个滤光器，包括设计为测量所选流体和／或岩石类型的光谱特性的一个或多个多元光学元件。可包括位置和方向传感器以使光学测量呈现为图象日志。至少一些取芯钻头的实施方式从地层上切割出岩芯，并在获取岩芯样本时执行光学分析并对岩芯样本表面成像。轴向间隔的窗口可准确地测量取芯速度，并与钻头的运动速度比较，从而证实取芯过程进行地令人满意。

所公开的各工具和方法的这些和其他方面在适宜的使用环境方面可以得到最佳的理解。因此，在图1中示出说明性钻井系统100。钻井平台102安装有井架104，井架104支承用于升降钻柱108的吊车106。吊车106悬起用来旋转钻柱108并通过井口112钻柱108下降的顶驱110。钻柱108的各节通过螺纹连接器107连接。钻头114连接到钻柱108的下端。随着钻头114旋转，钻头114形成穿过各个地层122的钻孔120。泵116使钻井液通过供液管118循环到顶驱110，通过钻柱108的内部、通过钻头114的孔到井底，经由钻柱108周围的环面回到地表，并进入保存坑124中。钻井液将切屑从钻孔带到坑124，并用于维持钻孔120的完整。

钻头114只是井底组件中的一个部件，该组件包括一个或多个钻环(厚壁钢管)来提供重量和刚度来辅助钻孔过程。这些钻环中的一些包括测井设备，以收集各种钻井参数的测量值，钻井参数诸如位置、方向、钻压、井径等等。可以工具面方位角(也称为旋转定向或者方位定向)、倾斜角(斜度)、和罗盘方向的形式来指定工具方向，这些形式中的每一个都可以从通过磁通计、倾角仪、和／或加速度计测量的值中推导得出，但是诸如惯性传感器和陀螺仪之类的其他类型传感器也可以附加地或可选地用于确定位置以及方向。在一个特定实施方式中，工具包括3轴磁门磁力仪和3轴加速计。如本领域公知，这两个传感器系统的组合能进行工具面方位角、倾斜角、和罗盘方向的测量。在一些实施方式中，工具面方位角和孔倾斜角是由加速计传感器输出计算的。磁力计传感器输出被用来计算罗盘方向。

钻头114可以是设计为获得岩芯样本的“取芯钻头”。(在此所讨论的一些可选实施方式中，钻头114可以是固定切削钻头，如聚晶金刚石(PDC)钻头)。图2为说明性取芯钻头实施例下部的侧面剖视图，该取芯钻头具有与授权给Fanuel等人的美国专利No.6394196所描述的类似的结构，该篇专利通过引用全文结合至此。在图2的实施方式中，钻头114包括附连至外管200端部的切削组件202。工作期间，外管200旋转，使切削组件202绕着钻头114的纵轴204旋转，并驱动切割组件202沿轴204向前。钻头114还包括安装在外管200中用于容纳由切削组件202切取的岩芯样本的内管206。钻头114还包括设置在内管206前端用来抓取和／或抓紧岩芯样本的扣环208。在正常的取芯钻孔期间，外管200和内管206之间的流动空间将钻井液通过钻头中的流体通道传送到钻孔的底部。可选的钻头实施方式包括喷嘴和／或液体喷射切割器，在钻井液从钻头排出时引导钻井液。随着钻头114切割岩芯样本周围的环形空间，岩芯样本在钻头沿轴204向前移动时进入内管206。

图2的钻头114包括光学分析系统210，该系统包括窗口212、分析器216、以及连接在窗口202和分析器216之间的光传输系统214。如图2所示，窗口212位于取芯钻头202内表面之上以使窗口212靠近由钻头114获取的岩芯样本。如下更详细的说明，光传输系统214将来自分析器216的光传递到岩芯样本，并将反射光从岩芯样本传递到分析器216。分析器216分析所接收的反射光，从而确定岩芯样本的至少一个特性和／或形成岩芯样本的图象。

图3示出钻头114在获取岩芯样本300时的喉部。在图3中，岩芯佯本300在其从钻孔底板上切除时进入钻头114的内管206中。窗口212与由钻头114获取的岩芯样本间距‘D’。该间距D希望可以是，平均来说，不大于约1／32英尺(0.8毫米)，以使来自窗口的光可易于穿过钻井液并由岩芯样本300所反射。

图3的实施方式中，光传输系统214包括成对的光纤302A和302B。光纤302A经由窗口212将光304从分析器216(见图2)传递到岩芯样本300，而光纤302B经由窗口212将由岩芯样本300反射的光传递到分析器216。

图4A为绘出光学分析系统210的一个实施方式的图。在图4A的实施方式中，分析器216包括光源400、检测器系统402、处理器404、以及遥测系统406。光传输系统214包括图3所示并如上所述的成对光纤302A和302B。光源400产生了光形式的电磁辐射。该光可以是，比如，具有约780纳米到约1000微米波长的红外光(IR)，具有约380纳米到约780纳米波长的可见光，和／或具有约10纳米到约380纳米波长的紫外光(UV)。仅举几例，适宜的光源包括电加热丝、弧光灯、固态LED。其他适宜的光源也是公知的，且可以买到。

来自光源400的光被引入光纤302A作为光束304。光纤302A将光束304从分析器216传递到窗口212。如上所述，窗口212位于取芯钻头202内表面上(见图2和3)，并接近由钻头114获取的岩芯样本300。窗口212对离开光纤302A的光304基本是透明的，且优选地由对摩擦和磨削具有高抵抗度的抗刮擦材料制成。窗口212可由比如蓝宝石或钻石形成或包括蓝宝石或钻石。

离开光纤302A光束304的一些或所有穿过窗口212，并到达岩芯样本300。到达岩芯样本300的一部分光304由岩芯样本300反射，穿过窗口212，并作为光306进入光纤302B。光纤302B将反射自岩芯样本300的光306传递到分析器216。

如图4A所示，检测器系统402接收反射自岩芯样本300的光306。取决于所接收的光306的特性，检测器系统402产生输出信号。输出信号可以是，比如，诸如电压或电流之类的电信号。在一些实施方式中，检测器系统402包括一个或多个多元光学元件(MOE)来定义由检测器系统测量到的光特性(多个)。将在下文参考图5进行说明包括多个MOE的检测器系统402的实施方式。

处理器404还接收由检测器系统402生成的输出信号、将其数字化、将其与工具面方位角和／或钻头深度相关联、并将其与这个位置的其他测量值结合，从而改进测量质量。为了附加的测量准确度，处理器404还控制光源400调整其温度和／或强度。处理器可进一步使用测量值来原地确定岩芯特性，该特性列如包括岩石类型、烃类型、水浓度、孔隙度、和／或渗透性。处理器可进一步使用测量值来构建岩芯样本表面的图像。随着钻头114切割岩芯样本300，窗口212在岩芯样本周围沿螺旋路径前进，形成两维区域，处理器可以在该区域上获取测量值从而对岩芯成像。

至少一些检测器系统实施方式采用了一个或多个MOE来确定反射光的光谱与一种或多种已知的材料的光谱特征是否匹配。比如，一个MOE可以被设计为检测甲烷的光谱特征，而另一个MOE检测轻质烃的光谱特征。又一些MOE可用于检测，如长链烃、水、CO₂、硫化物、页岩、硅酸盐、或者碳酸盐。检测器可确定穿过MOE并反射自MOE的光的强度，从而获得有光束304的照射了多少给定材料的测量。可在如授权给Myrick等人的、名称为“光分析系统的多元光学元件，，的美国专利No.7911605、以及Jones等人申请的、名称为“现场光学计算流体分析系统和方法”的美国专利申请No.2010／0265509中找到有关MOE检测器和其使用的附加细节，这些文献通过参考全文并入此处。除了MOE之外，检测器可采用滤光器、色散光栅、和／或棱镜来测量反射光的光谱。这样的光谱测量值可用来校正或者执行那些材料的分析，对此没有特别地包括任何MOE。

如前所提及，通常获取岩芯样本来测量地层孔隙度、渗透性、以及饱和度。孔隙度是测量岩石每单位体积中有多少充满流体或气体的体积。比如，20％的孔隙度是指20％的体积充满流体或者气体。渗透性是测量流体流动的阻力，即，流体或者气体可多容易穿过地层。作为一般性原则(非不可违反的原则)，地层孔隙越多，渗透性越高。饱和度是测量相对于烃类液体或者气体，地层流体的多大百分比是水。为测量这些数值，MOE可被设计为检测含水和含烃的特性，但也可检测某些类型岩石的光谱特征，已知这些岩石比起其他类型而言孔隙度和渗透性更高。因此，处理器分析检测器的输出信号，从而确定各种流体类型的浓度，以及分析与已知类型岩石之一的光谱相配的标记(sign)。然后可使用神经网络或其他处理技术来达到孔隙度、渗透性和／或饱和度的定量评估。即便定量评估有些模糊，应该可利用回收岩芯的实验室分析来修正光学分析器测量值。然后可采用这样的修正作为基础而估算在回收过程中已经剥蚀(degrade)的那些部分岩芯样本的孔隙度、渗透性、和／或饱和度测量值。

如前所提及，处理器404也可或者可选地使用检测器系统402生成的输出信号来形成岩芯样本300的表面图像。同样，在钻头114获取岩芯样本300时，窗口212在围绕岩芯样本300的外表面的螺旋路径上转动。反射自岩芯样本200的光306的强度和由检测器系统402获得的其他光谱测量值预计随着岩芯样本300的表面纹理而变化。处理器404被配置为追踪钻头114的运动(绕着轴204的旋转运动以及平行于轴204的线性运动)，能使处理器404将由检测器系统402生成的强度测量值与岩芯样本300外表面上的对应位置相关联。将强度测量值显示为，在屏幕上对应于其在岩芯样本300外表面上的位置的各位置处具有不同级灰度或者不同颜色的像素，将预期地在屏幕上形成岩芯样本300的外表面图像。

在图4A的实施方式中，遥测系统406通过发送和接收数字信号而传输信息。遥测系统406传递处理器404的指令或者命令的数据信号从而执行，并发送传递来自处理器404的、表示由处理器404确定的岩芯样本300的一个或多个特性的数据信号。该数据信号可以是，比如，经由无线电波传导的无线电信号、经由一个或多个导体传递的电信号、经由一条或多条光纤传递的光学信号、经由工具主体传递的声学信号、或者经由液流传递的压力脉冲信号。

图4B为示出光学分析系统210的可选实施方式的图，其中光传输系统214包括单根光纤302。在这个可选实施方式中，分析器216进一步包括分光器420。由光源400生成的一些光穿过分光器402，从分光器420上涌出，并作为光304进入到光纤302。离开光纤302的一些或所有光304穿过窗口212并到达岩芯样本300。到达岩芯样本300的光30的一部分由岩芯样本300反射，穿过窗口212，并作为反射光306进入光纤302。光纤302将反射自岩芯样本300的光306传递到分析器216，此处分光器将反射光422的至少一些引导到检测器系统402。分光器本质上引起光束的一些强度损失，但在其中光传输系统214的物理尺寸是关键因素时这个实施例可能是优选的。

图5为说明性检测器系统402的图。在图5的实施方式中，检测器系统402包括轮500，其包括部署为绕轮500的圆周的多个滤光器和／或多元光学元件(MOE)502。在检测器系统402操作期间，轮500绕轴504旋转，使得每一滤光器或MOE接连进入到达检测器系统的反射光306或反射光422的路径中。光传感器506测量穿过(或可选地，反射自)轮中每一滤光器或MOE的光强度。光传感器506可例如，耦合至生成包括在输出信号中的值的模拟-数字转换器。处理器404(见图4A)被配置为确定光306(422)已经穿过了哪个MOE502，并相应地处理输出信号。

构想光传感器的各种形式，包括量子效应光电探测器(诸如光电二极管、光敏电阻器、光电晶体管、光电池和光电倍增管)以及热效应光电探测器(诸如，热电检测器、戈莱盒、电热偶、热电堆、和热敏电阻)。大多数量子效应光电探测器是基于如，硅、InGaAs、PbS、和PbSe的半导体。一种所构想的工具实施方式采用了由堆叠在InGaAs光电二极管上的硅光电二极管组成的组合检测器。在仅在可见和／或近红外光条件下操作的工具中，量子效应光电探测器和热效应光电探测器都是适宜的。在更宽光谱范围内工作的工具中，热效应光电探测器是优选的。

检测器系统402还可包括第二个光检测器(未示出)，其在MOE502穿过光306(422)的路径时响应于反射自每一个MOE502的光。第二个光检测器可耦合至生成了包括在输出信号中的值的模拟-数字转换器。

图6为示出光学分析系统210的说明性实施方式的图，该系统具有两个轴向间隔开的窗口212A和212B。即，窗口212A和212B沿钻头114的轴线204相互隔开。在图6的实施方式中，光学分析系统210还包括第二对光纤302C和302D，且分析器216包括两个检测器系统402A和402B。

由光源400生成的一部分光作为光304进入光纤302A，而光源400生成的另一部分光作为光600进入光纤302C。光纤302A将光304传递到窗口212A，而光纤302C将光600传递到窗口212B。到达岩芯样本300、由岩芯样本300反射、并穿过窗口212A的光304的一部分，作为光306进入光纤302B。光纤302B将反射自岩芯样本300的光306传递到检测器系统402A。类似地，到达岩芯样本300、由岩芯样本300反射、并穿过窗口212B的光600的一部分，作为光602进入光纤302D。光纤302D将反射自岩芯样本300的光306传递到检测器402B。

处理器404接收由检测器系统402A和402B生成的输出信号，并且从岩芯样本的每一个图像进行确定。比如，反射自岩芯样本300并到达各检测器系统402A和402B的光306和光602的强度，预期地随岩芯样本300表面的纹理而变化。在图6的实施方式中，纹理的特定区域会先移动经过窗口212A，然而穿过窗口212B。窗口之间的轴向偏移是已知的，且，通过确定对齐两个图像各部分所需的时间偏移，处理器可高度精确地确定岩芯样本进入内岩芯筒的速度。

这个“取芯速度”可与惯性传感器或其他装置测量的钻头运动速度相比较。可易于检测到速度的不匹配，并用这个不匹配来快速警告操作者取芯过程的潜在问题。然后，操作者可找出问题，并在任何实质性取芯损失发生之前修正任何问题。比如，操作者可改变旋转速度和钻压以恢复平滑的取芯切屑，或者可能回收取芯组件从而修正任何机械问题。

前述问题的焦点已经聚焦在具有集成光学分析器的取芯钻头上。然而，光谱分析器不需要聚焦于岩芯样本上，但可选地可聚焦在钻孔的底板上，从而在其暴露后尽可能快地表征地层。这样的构造也可用在非取芯、固定的切削钻头上。

相应地，图7为固定切削钻头700的立体图，其用于接合并移除钻孔底部的井下地层的相邻部分。(为清楚起见略去了一些细节，比如井场用钻头盒、内腔和测流嘴。)说明性的钻头700包括具有多个刀刃704的钢制主体702。多个切割齿706部署在每一刀刃704的切割边缘上，从而随着钻头700的旋转而形成穿过地层的钻孔。切割插入物(inserts)可以时位于刀刃704中的聚晶金刚石复合片(PEC)刀具。随着钻头旋转，切割齿706在钻孔底板中形成槽。定位在至少一些齿后的是冲击制动器708，即，架在槽中以减少钻头震动的稳定突起。涉及冲击制动器708设计和使用的更详细内容可在授权给O'Hanlon等人的美国专利No.5090492中看到，其通过引用接合至此。

有利地，冲击制动器和地层之间的平均间隔可以小于1／32英寸(0.8毫米)。在所示钻头700中，这些冲击制动器708中之一安装有金刚石或者蓝宝石窗口212。在一些实施方式中，窗口稍稍插入并略向着冲击制动器的尾部边缘定位，从而提供了一些防磨损保护。光传输系统214通过位于窗口212和光学分析器之间的刀刃来传输光。光分析系统210如上所述地操作从而确定钻孔底部处地层的至少一个特性和／或形成地层柱状部分的图像。

一些钻头实施方式可使窗口定位在排屑槽和／或测流嘴中，从而测量钻井液与地层相互作用之前或之后的特性。因为通过将系统定位在为测流嘴预先预留的空间中，可利用光分析系统210修改现有的固定切割钻头。

图8为图7中冲击制动器708的一个代表性实施方式的侧向正视图。在图8的实施方式中，冲击制动器708基本上是柱状的，且具有螺纹端800和圆端802。螺纹端800安装在图7的相应刀刃704上的螺纹孔中。随着图7的钻头700转动，切割齿706从位于钻孔底部的地层804上移除材料。冲击制动器708跟随着前方的切割齿706。冲击制动器708的圆端800适于沿着由相应切割齿706在地层804的露出表面806中形成的钻井斜坡前进，并紧靠地架在通过由切割齿706在露出表面806切出的槽上。冲击制动器708的圆端802在外表面上具有耐磨涂层808。涂层808可以是或者包括极其硬的材料，如碳化钨、天然金刚石、和／或人工聚晶金刚石，如聚晶金刚石复合片(PDC)或热稳定金刚石(TSD)。

所示的冲击制动器708包括从螺纹端800延伸到圆端802穿过冲击制动器708的导管810。光分析系统210的窗口212位于圆端802导管810的一端。图7的钻头700具有穿过对应刀刃704并与冲击制动器708的导管810对齐的导管812。导管812在冲击制动器708的螺纹端800接触冲击制动器708的导管810。光传输系统214的光纤(多个)302位于冲击制动器708的导管810中，并延伸穿过冲击制动器708，如图8所示。

在图7的钻头700工作期间，图4B中光源400生成的一些光穿过钻头700中的导管810，并作为光304进入光纤302。离开光纤302的光304的一些或全部穿过窗口212到达地层804的露出表面806。到达露出表面806光304的一部分从露出表面806反射、穿过窗口212、作为反射光306进入光纤302。光纤302将反射自地层804的光306传递到分析器216(见图4B)。光分析系统210如上所述操作，从而确定位于钻孔底部的地层804的至少一个特性。在其他实施方式中，光分析系统210的窗口212可位于冲击制动器708中以使窗口212略高于地层804的露出表面806，且光分析系统210可分析位于窗口212和露出表面806之间的钻井液。

图9为用来获得岩芯样本的说明性方法900的流程图。在方法900的第一个方框902中，随着岩芯样本的收集，将光引导至岩芯样本上。在方框904期间，反射自岩芯样本的至少一部分光被接收。方框906期间，分析接收到的反射光从而确定岩芯样本的至少一个特征。岩芯样本可以是，比如，地下地层样本。方法900还可包括引导取芯钻头进入到地面(earth)、并致动取芯钻头收集岩芯样本。可在取芯钻头中两个轴向间隔位置上执行方框904和906，从而获得两个不同的测量值，且可比较这两个不同测量值，从而确定岩芯样本进入取芯钻头的速度。

一旦上述说明被完全理解，多个变形和修正对于本领域技术人员来说是显而易见的。比如，光传输系统被描述为具有一条或多条光纤，该光纤可以由导波器或者开放通道以及镜子和／或透镜的设置取代来定义光路径。作为另一个示例，光分析系统可适于其他类型的钻头，比如滚锥钻头。(为了检验地层，窗口可位于一条滚锥腿的规范面中。可通过将窗口定位在测流嘴和／或排削槽中而检验钻井液。可以进行未受污染和已污染液体的比较。)所意在，权利要求被理解为包含了所有的这些变形和修正。

Claims

1.一种钻头，包括：

固定切割齿，随着所述钻头旋转以形成穿过地层的钻孔；

至少一个冲击制动器，其架在由所述切割齿形成的槽中；以及

光学分析器，通过所述冲击制动器中的窗口照亮地层，并分析反射自所述地层的光。

2.如权利要求1的钻头，其特征在于，还包括至少一条光纤，在所述窗口和所述光学分析器之间传输光。

3.如权利要求1的钻头，其特征在于，所述光学分析器包括光源、光传感器、以及经由所述窗口从所述光源到所述光传感器的光路径。

4.如权利要求3的钻头，其特征在于，所述光学分析器包括与光学路径相交的至少一个多元光学元件MOE。

5.如权利要求3的钻头，其特征在于，所述光学分析器包括滤光轮，所述滤光轮在所述光学路径中连续地放置不同的滤光器。

6.如权利要求5的钻头，其特征在于，所述滤光器中至少一个是MOE。

7.如权利要求1的钻头，其特征在于，还包括位置和方向传感器，其中所述分析器使用来自所述位置和方向传感器的信息将反射光测量值与图像日志中的位置相关联。

8.如权利要求1的钻头，其特征在于，还包括容纳岩芯样本的喉部。

9.一种取芯钻头，包括：

切割齿，随着所述钻头旋转来切割岩芯样本；

喉部，在所述岩芯样本从地层切下时容纳所述岩芯样本；以及

光学分析器，通过所述喉部中的窗口照亮所述岩芯样本，并分析反射自所述岩芯样本的光。

10.如权利要求9的取芯钻头，其特征在于，还包括至少一条光纤，从而在所述窗口和所述光学分析器之间传输光。

11.如权利要求9的取芯钻头，其特征在于，所述光学分析器包括光源、光传感器、以及经由所述窗口从所述光源到所述光传感器的光路径。

12.如权利要求11的取芯钻头，其特征在于，所述光学分析器包括与所述光学路径相交的至少一个多元光学元件MOE。

13.如权利要求11的取芯钻头，其特征在于，所述光学分析器包括滤光轮，所述滤光轮在光学路径中连续地放置不同的滤光器。

14.如权利要求13的取芯钻头，其特征在于，所述滤光器的至少一个为MOE。

15.如权利要求9的取芯钻头，其特征在于，还包括位置和方向传感器，其中所述分析器使用来自所述位置和方向传感器的信息将反射光测量值与所述岩芯样本表面的图像日志中的位置相关联。

16.如权利要求15的取芯钻头，特征在于，还包括第二窗口，所述分析器通过所述第二窗口测量第二图像日志的反射光。

17.如权利要求16的取芯钻头，特征在于，所述分析器比较图像日志来确定取芯速度。

18.如权利要求17的取芯钻头，特征在于，所述分析器把取芯速度与由所述位置传感器确定的速度相比较。

19.一种用于获取岩芯样本的方法，包括：

随着在井底处收集岩芯样本，将光引导至所述岩芯样本上；

接收反射自所述岩芯样本的至少一部分光；以及

分析接收到的反射光来确定所述岩芯样本的至少一个特性。

20.如权利要求19的方法，其特征在于，所述分析操作包括用多元光学元件来过滤所述反射光。

21.如权利要求19的方法，其特征在于，所述岩芯样本的至少一个特性包括由岩石类型、烃类型、水浓度、孔隙度和渗透性组成的特性组中的至少一个。

22.如权利要求19的方法，其特征在于，还包括：将所述反射光的测量值与所述岩芯样本表面上的位置相关联，从而获得图像。

23.一种钻头，包括：

齿，随着钻头旋转来形成穿过地层的钻孔；

至少一个喷嘴，其使流体从内部流动通道流至所述齿周围的区域；

至少一个排屑槽，其能使所述流体将碎屑从所述齿上带走；以及

光学分析器，通过所述喷嘴或所述排屑槽中的窗口照亮所述流体，并分析反射自所述流体的光。

24.如权利要求23的钻头，其特征在于，所述光学分析器的至少一些部分定位在事先设计为喷嘴的位置中。

25.如权利要求23的钻头，其特征在于，所述光学分析器比较流体离开所述钻头之前以及流体与地层相互作用之后的光。

26.如权利要求23的钻头，其特征在于，所述光学分析器包括至少一个多元光学元件MOE。