CN107076870B - 旋转可导向系统的旋转部分中的近钻头伽马射线传感器 - Google Patents

旋转可导向系统的旋转部分中的近钻头伽马射线传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN107076870B
CN107076870B CN201480082478.1A CN201480082478A CN107076870B CN 107076870 B CN107076870 B CN 107076870B CN 201480082478 A CN201480082478 A CN 201480082478A CN 107076870 B CN107076870 B CN 107076870B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gamma ray
measured value
drive shaft
ray sensor
shell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480082478.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107076870A (zh
Inventor
L·J·多兹
J·P·查扎克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Halliburton Energy Services Inc
Original Assignee
Halliburton Energy Services Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Halliburton Energy Services Inc filed Critical Halliburton Energy Services Inc
Publication of CN107076870A publication Critical patent/CN107076870A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107076870B publication Critical patent/CN107076870B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02—Determining slope or direction
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/01—Devices for supporting measuring instruments on drill bits, pipes, rods or wirelines; Protecting measuring instruments in boreholes against heat, shock, pressure or the like
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G01V5/08—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
    • G01V5/10—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources
    • G01V5/101—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources and detecting the secondary Y-rays produced in the surrounding layers of the bore hole
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G01V5/08—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
    • G01V5/12—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using gamma or X-ray sources

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

一种示例性设备包括外壳体和至少部分地位于所述外壳体内并且独立于所述外壳体旋转的驱动轴。钻头可耦接到所述驱动轴。至少一个伽马射线传感器可在所述外壳体内旋转地耦接到所述驱动轴。在某些实施方案中，所述设备还包括旋转地耦接到所述驱动轴的壳体，其中所述壳体包括至少一个加压腔；并且所述至少一个伽马射线传感器位于所述至少一个加压腔内。

Description

旋转可导向系统的旋转部分中的近钻头伽马射线传感器
背景技术
本公开总体涉及钻井操作，并且更具体地，涉及旋转可导向系统的旋转部分中的近钻头伽马射线传感器。
碳氢化合物，诸如油和气体，常见地从可位于陆上或者海上的地下地层获得。涉及将碳氢化合物从地下地层移除的地下操作和过程的发展是复杂的。通常，地下操作涉及许多不同步骤，例如像在所期望的井场处钻探井眼，处理所述井眼以便优化碳氢化合物的生产，以及执行必要步骤以便生产并处理来自地下地层的碳氢化合物。
钻探井眼可包括将钻头引入地层中并且利用钻柱使钻头旋转。在某些操作中，旋转可导向系统(RSS)可以并且用于通过相对于井眼改变钻头的轴线而在地层中精确地定位钻头—在垂直和水平方向两者上。摆动钻头系统通常是指这样的RSS：其中相对于RSS的轴线改变钻头的轴线。推动钻头系统通常是指这样的RSS：其中液压或其他流体控制的活塞从RSS延伸并接触钻孔的壁。
钻探井眼还可包括收集可指导钻探操作的地下地层的测量值。示例性测量值包括但不限于：电阻率、伽马射线、声波、核磁共振和地震测量值。对于转向应用，在钻头处或附近收集测量值可促进更快且更准确的钻探决策。然而，根据可耦接到钻头或直接位于钻头上方的RSS的构型，在钻头处或附近产生测量值可能是有问题的。
附图简述
可通过部分地参考以下描述和附图来理解本公开的一些具体示例性实施方案。
图1是示出根据本公开的各方面的示例性钻探系统的图。
图2是根据本公开的各方面的示例性RSS的一部分的图。
图3是根据本公开的各方面的处于壳体内的示例性伽马射线传感器的图。
图4是根据本公开的各方面的包括内套筒和外套筒的示例性壳体的图。
图5是根据本公开的各方面的包括内套筒和外套筒的另一个示例性壳体的图。
图6是根据本公开的各方面的包括内套筒和外套筒的另一个示例性壳体的图。
虽然本公开的实施方案已经得以描绘和描述并且通过参考本公开的示例性实施方案来加以限定，但是所述参考并不暗示对本公开的限制，并且不能推断出这样的限制。如本领域中的技术人员以及受益于本公开的人员将想到，所公开的主题能够在形式和功能上存在许多修改、变更和等效形式。所公开的实施方案仅以举例的方式提供，并且并非是对本公开范围的穷尽性说明。
具体实施方式
本公开总体涉及钻井操作，并且更具体地，涉及旋转可导向系统的旋转部分中的近钻头伽马射线传感器。
为了清楚起见，在本说明书中并未描述实际实现方式的所有特征。当然应理解的是，在任何这种实际实施方案的开发中，做出许多实现方式特定的决策以获得特定的实现目标，这些目标因不同的实现方式而不同。此外，应理解的是，这种开发努力可能是复杂的且耗时的，但是仍将是受益于本公开的本领域普通技术人员的常规任务。
为了促进更好理解本公开，给出某些实施方案的以下实例。以下实例决不应被理解为限制或限定本发明的范围。本公开的各实施方案可适用于任何类型的地下地层中的水平、垂直、偏斜或其他非线性井眼。各实施方案可适用于注入井以及生产井，包括碳氢化合物井。各实施方案可以使用被制造成适合于沿着地层的部分进行测试、取回和采样的工具来实现。各实施方案可以利用例如可通过管状柱中的流动通道传送的工具或使用线缆、钢丝绳、连续油管、井下机器人等来实现。
以下在石油钻探和生产操作的上下文中讨论某些系统和方法，在所述石油钻探和生产操作中获取与井下参数和条件相关的信息。存在几种用于井下信息收集的方法，包括随钻测井(“LWD”)和随钻测量(“MWD”)。在LWD中，数据通常在钻探过程期间收集，从而避免移除钻探组件以插入线缆测井工具的任何需要。因此LWD允许钻机做出精确实时的修改或校正以优化性能同时最小化停机时间。MWD是用于当钻探继续时，测量井下关于钻探组件的运动和位置条件的术语。LWD更注重于地层参数测量。虽然在MWD和LWD之间可能存在区别，但是术语MWD和LWD经常互换地使用。为了本公开的目的，使用术语LWD时应理解这个术语包含地层参数的收集和与钻探组件运动和位置相关的信息的收集。
为了本公开的目的，信息处理系统可包括可操作来计算、分类、处理、发送、接收、检索、发起、切换、存储、显示、证明、检测、记录、再现、处理或利用任何形式的信息、智能或数据用于商业、科学、控制或其他目的的任何工具或工具的集合。例如，信息处理系统可以是个人计算机、网络存储装置或任何其他合适的装置，并且可以在尺寸、形状、性能、功能和价格上改变。信息处理系统可包括随机存取存储器(RAM)、诸如中央处理单元(CPU)或硬件或软件控制逻辑的一个或多个处理资源、ROM和/或其他类型的非易失性存储器。信息处理系统的附加部件可包括一个或多个磁盘驱动器、用于与外部装置通信的一个或多个网络端口以及各种输入和输出(I/O)装置(诸如键盘、鼠标和视频显示器)。信息处理系统还可包括可操作来在各种硬件部件之间传输通信的一个或多个总线。它还可包括能够将一个或多个信号传输到控制器、致动器或类似装置的一个或多个接口单元。
为了本公开的目的，计算机可读介质可包括可保留数据和/或指令达一段时间的任何工具或工具的集合。计算机可读介质可包括例如但不限于：存储介质，诸如直接存取存储装置(例如，硬盘驱动器或软盘驱动器)、顺序存取存储装置(例如，磁带磁盘驱动器)、光盘、CD-ROM、DVD、RAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和/或闪存；以及通信介质，诸如导线、光纤、微波、无线电波和其他电磁和/或光载体；和/或前述各项的任何组合。
如本文所使用的，术语“耦接”可包括直接或间接连接。例如，当机械耦接涉及两个装置之间的紧密或直接物理接触时，两个机械耦接的装置可以直接机械耦接，或当两个装置各自耦接到中间部件或结构时，两个机械耦接的装置可以间接机械耦接。如本文所使用的，术语“通信地耦接”通常是指两个元件可以通过其电子地(或流体地)连通的电子(或在一些情况下，流体)连接。电子耦接通常能够实现元件之间的电功率和/或数据流动。这种电子连接可包括例如使用Wifi、蓝牙或其他无线协议、LAN、同轴布线、光纤布线、硬连线物理连接、电路板迹线或任何其他电子信号介质或其组合的有线和/或无线连接。与直接和间接物理连接一样，第一装置可诸如通过直接电子连接直接通信地耦接到第二装置，或者通过中间装置和/或连接间接通信地耦接到第二装置。
图1是根据本公开的各方面的包括示例性RSS 124的地下钻探系统100的图。钻探系统100包括定位在地面104处的钻探平台102。在所示的实施方案中，地面104包括包含一个或多个岩石层或岩层106a-d的地层106的顶部，并且钻探平台102可与地面104接触。在其他实施方案中，诸如在海上钻探操作中，地面104可通过一定体积的水与钻探平台102分离。
钻探系统100包括由钻探平台102支撑并且具有用于升高和降低钻柱114的行进块138的井架108。方钻杆136可以在钻柱114通过旋转台142降低到钻孔110中时支撑所述钻柱114。泵130通过进料管道134将钻井液循环到方钻杆136，向井下穿过钻柱114的内部，穿过钻头118中的孔，通过由钻柱114形成的环空140和钻孔110的壁回到地面。一旦在地面处，钻井液就可以通过管道144离开环空140并进入保留坑132。钻井液将钻屑从钻孔110输送到坑132中，并且帮助维持钻孔110的完整性。
钻探系统100可包括在钻头118附近耦接到钻柱114的井底组件(BHA)116。BHA 116可包括LWD/MWD工具122和遥测元件120。LWD/MWD工具122可包括接收器和/或发射器(例如，能够接收和/或发送一个或多个电磁信号的天线)。当钻孔110通过钻探穿过地层106而延伸时，LWD/MWD工具122可收集与各种地层性质以及工具取向和位置以及各种其他钻探条件相关的测量值。
遥测接头120可以将测量值从BHA 116传递到地面接收器146和/或从地面接收器146接收命令。测量值可包括来自LWD/MWD工具122和/或来自RSS 124的测量值，如以下将描述的。遥测接头120可通过一个或多个有线或无线通信信道(例如，有线管道或电磁传播)传输测量值或数据。可替代地，遥测接头120可以将数据作为钻井液流动内的一系列压力脉冲或调制(例如，泥浆脉冲或泥浆警报遥测)来传输，或者作为通过介质(诸如钻柱114)传播到地面的一系列声脉冲来传输。在遥测接头120处接收的命令可以被发送到命令所针对的BHA116的元件。
在某些实施方案中，钻探系统100可包括定位在地面104处的信息处理系统148。信息处理系统148可以可通信地耦接到地面接收器146，并且可以通过地面接收器146从BHA116接收测量值和/或向BHA 116发送命令。当信息处理系统148在地面102处被取回时，所述信息处理系统148还可以从BHA 116的元件接收测量值。在某些实施方案中，信息处理系统148可以处理测量值以确定地层106的某些特性，并且可以向BHA 116的一个或多个元件发送至少部分地基于所确定的地层特性的命令。
钻头118可以通过井下马达(未示出)和/或钻柱114的旋转来驱动，以便在地层106中钻出钻孔110。在某些实施方案中，井下马达(未示出)可以并入位于钻头118正上方的BHA116，并且可以使用由钻井液穿过钻柱114的流动而提供的动力来使钻头118旋转。在钻头118由钻柱114的旋转而驱动的实施方案中，旋转台142可赋予钻柱114扭矩和旋转，所述扭矩和旋转然后通过钻柱114和BHA 116中的元件被传输到钻头118。
在某些实施方案中，BHA 116还可包括转向组件，诸如RSS 124。RSS 124可以耦接到钻头118，并且可以通过控制RSS 124的纵向轴线126相对于钻孔110的轴线的角度以及钻头118的纵向轴线128的相对于RSS 124的角度中的至少一个来控制钻探系统100的钻探方向。改变这些角度中的一个或两者可以使钻头118的工具面180偏移，以使得其与钻孔110的底部不平行，从而致使钻探组件在相对于紧接钻孔的前一部分具有方向偏移的情况下进一步钻出钻孔。在某些实施方案中，RSS 124可以响应于由信息处理系统148发送的命令来改变钻探系统100的钻探方向。
在所示的实施方案中，RSS 124包括摆动钻头系统，其中RSS 124的内部驱动轴(未示出)旋转以驱动钻头并且偏转到钻头118的纵向轴线128相对于RSS 124的角度。根据本公开的各方面，至少一个伽马射线传感器(未示出)可旋转地耦接到驱动轴，以在钻头118处或附近产生地层106的伽马射线测量值。如以下将详细描述的，所述至少一个伽马射线传感器可在与内部驱动轴一起旋转时以及在静止时都产生测量值，从而提供宽范围的测量值，根据这些测量值可以做出转向决策。可以在信息处理系统148处通过经由遥测接头120实现的传输以及地面接收器146或者当在地面处取回RSS 124时接收这些测量值，并且对这些测量值进行处理以指导转向决策。
图2是根据本公开的各方面的示例性RSS 200的一部分的图。在所示的实施方案中，RSS 200包括外壳体202以及至少部分地位于外壳体202内并且独立于所述外壳体202旋转的驱动轴204。驱动轴204可在一端耦接到钻头206，并且在另一端耦接到扭矩源(未示出)。示例性扭矩源包括井下马达以及通过顶部驱动器从地面旋转的钻柱。在钻探操作期间，扭矩源可以使驱动轴204旋转，这继而使钻头206旋转并且致使钻头206钻入地层中，而外壳体202可保持大体上不旋转。在所示的实施方案中，钻头206的纵向轴线可以使用耦接到外壳体202以在操作期间使驱动轴204在壳体202内径向偏转的偏转组件208(诸如偏心环)来改变。
根据本公开的各方面，RSS 200可包括在外壳体202内旋转地耦接到驱动轴204的至少一个伽马射线传感器210。至少一个伽马射线传感器210可包括通常用于井下测量的任何伽马射线传感器类型，如本领域的普通技术人员根据本公开将理解的。示例性传感器包括一个或多个Geiger-Müller管以及具有一个或多个光学传感器(诸如光电倍增管、光电池、PIN二极管、光电二极管或基于量子点石墨烯的光子传感器)的光电传感器矩阵闪烁晶体。
在所示的实施方案中，至少一个伽马射线传感器210包括位于壳体214中的至少一个加压腔212内的多个伽马射线传感器。至少一个加压腔212可以维持在大气压力下以确保传感器210的适当功能。在某些实施方案中，多个伽马射线传感器210可以围绕壳体214以相等的角间隔隔开，或者捆束在一起以提供具有改进的方向灵敏度的测量值。另外，多个伽马射线传感器210可以位于围绕壳体214以相等的角间隔隔开的多个加压腔内，如以下将详细描述的。
在所示的实施方案中，传感器210与外壳体202纵向平行并且包括相同的长度。如本领域的普通技术人员根据本公开将理解的，伽马射线传感器的灵敏度可以与其尺寸正相关。因此，可基于所需的测量灵敏度和RSS 200的物理约束来缩放传感器210和壳体214/容纳传感器210的压力腔212的长度。在其他实施方案中，传感器210的长度可以是不均匀的和/或传感器210可以在壳体214内不同地定向。
壳体214可旋转地耦接到驱动轴204，以使得壳体212和伽马射线传感器210以与驱动轴204相同的速度和方向旋转。在所示的实施方案中，壳体214通过形成在驱动轴204的外表面和壳体214的内表面上的一系列纵向花键216旋转地耦接到驱动轴204。使用壳体214和花键216将伽马射线传感器210旋转地耦接到驱动轴204不旨在是限制性的，因为可以使用其他机构。
在所示的实施方案中，传感器210和壳体212位于偏转组件208的钻头侧，以允许传感器210更靠近钻头206定位。这可以提高所得到的测量值和速度的准确度，利用所述测量值和速度可以做出所得到的转向决策。在其他实施方案中，传感器210可位于沿着驱动轴204的其他位置，包括在偏转组件208的与钻头206相对的一侧上。
壳体210还可包括与传感器210相关联的电子器件。所述电子器件可包括控制单元218、电源220和位置传感器222中的至少一个。电源220可包括例如电池组或电容器组。在其他实施方案中，电源220可位于壳体214的外部，并且可以通过一个或多个电耦合器(未示出)将电力提供给壳体，所述电耦合器诸如壳体214与外壳体202之间的电感耦合器。位置传感器222可包括例如加速度计、磁力计或可用于识别井眼内壳体214的旋转位置的任何其他传感器，如本领域的普通技术人员根据本公开将理解的。在某些实施方案中，位置传感器222可以绘制外壳体202的旋转位置作为参考，所述外壳体202在使用期间可保持基本上不旋转。
控制单元218可以耦接到电源220、位置传感器222和伽马射线传感器210。控制单元218可以从电源220汲取电力并且从位置传感器222和伽马射线传感器210两者接收测量值，并且可以使用从位置传感器222接收的测量值来处理从伽马射线传感器210接收的测量值，如以下将描述的。控制单元218可包括处理器，其实例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)或被配置来解释和/或执行程序指令和/或过程数据的任何其他数字或模拟电路。控制单元218还可包括可通信地耦接到处理器的存储器元件。处理器可以被配置来解释和/或执行存储在存储器中的程序指令和/或数据。示例性存储器元件包括非暂态计算机可读介质，其可包括被配置来保持和/或容纳一个或多个存储器模块的任何系统、装置或设备；例如，存储器可包括只读存储器、随机存取存储器、固态存储器或基于盘的存储器。每个存储器模块可包括被配置来保留程序指令和/或数据达一段时间的任何系统、设备或装置(例如，计算机可读非暂态介质)。
图3是根据本公开的各方面的处于壳体302内的示例性伽马射线传感器300的图。在所示的实施方案中，壳体302包括旋转地耦接到RSS的驱动轴306的内套筒304以及旋转地耦接到内套筒304的外套筒308。内套筒304可通过形成在内套筒304的内表面和驱动轴306的外表面上的多个花键310旋转地耦接到驱动轴306。外套筒308可通过托架(未示出)或本领域的普通技术人员根据本公开将理解的任何其他附接机构而旋转地耦接到内套筒304。内套筒304和外套筒308可至少部分地限定伽马射线传感器300位于其中的至少一个压力腔312。在其他实施方案中，所述至少一个压力腔312可包括部分地由内壳体304和/或外壳体308的特征限定的多个压力腔，其中多个伽马射线传感器300成角度地隔开。
图4是根据本公开的各方面的包括内套筒402和外套筒404的示例性壳体400的图。在所示的实施方案中，内套筒402和外套筒404都具有圆形横截面，并且协作来至少部分地限定单个环形压力腔406，其中多个伽马射线传感器408成角度地隔开。角间距可包括均匀的角间隔，如图所示。在其他实施方案中，角间距可以是不均匀的，例如，传感器408以第一角间隔聚集在一起，并且传感器组406以第二角间隔围绕壳体400隔开。
图5是根据本公开的各方面的包括内套筒502和外套筒504的另一个示例性壳体500的图。在所示的实施方案中，内套筒502包括正方形横截面，并且外套筒504包括圆形横截面。内套筒502和外套筒504仍协作来形成单个压力腔506，但是由于内套筒502的正方形横截面，所述腔包括不均匀的形状。由于压力腔506的不均匀形状，伽马射线传感器508可以被分成围绕壳体500隔开的组。所述组的间距以及所述组内传感器508的间距可以为由传感器508产生的测量值提供改进的方向分辨率。
图6是根据本公开的各方面的包括内套筒602和外套筒604的另一个示例性壳体600的图。在所示的实施方案中，内套筒602包括从内套筒602的中心径向向外延伸的多个肋610。肋610可以围绕内套筒602以相等的角间隔或以任何其他角间距定位。在某些实施方案中，肋610可接触外套筒604并抵靠所述外套筒604密封，以在壳体600内形成多个压力腔。在其他实施方案中，如图所示，肋610可以不抵靠外套筒604密封，而是在单个压力腔608内形成多个凹穴。
如同参照图5所描述的壳体，由肋610的存在导致的传感器608的不均匀间距可以为由传感器608产生的测量值提供改进的方向分辨率。在某些实施方案中，内套筒604可包括伽马射线屏蔽或吸收材料612，用于聚焦传感器608的角灵敏度和方向性。在所示的实施方案中，伽马射线屏蔽或吸收材料612以薄层沉积在内套筒602的外表面上，以使得每组传感器608的角灵敏度远离伽马射线屏蔽或吸收材料612向外聚焦。示例性伽马射线屏蔽或吸收材料包括：具有高电子/质量密度的材料，诸如铅，所述材料可以在不显著减小壳体内传感器的间隙的情况下以薄层沉积；以及Z级屏蔽材料，即由高密度到低密度的梯度材料组成的层合物。类似的伽马射线屏蔽材料可以与本文所述的任何实施方案一起使用，包括将伽马射线屏蔽材料应用于本文所述的任何内套筒和/或外套筒构型。另外，伽马射线屏蔽材料可以短角度片段应用于内套筒和/或外套筒上，以增加所得到的测量值的角灵敏度。
尽管上述壳体的实施方案包括内套筒上的不同的横截面和特征以便有利于通过伽马射线传感器进行的角度聚焦测量，但是还可能的是，此类横截面和特征也可位于外套筒上。例如，图6中的肋610可以形成在外套筒604的内表面上，而不是形成在内套筒602的外表面上。另外，可以在内套筒与外套筒之间插入单独的元件，诸如单独形成的肋。
当使用时，类似于上述RSS的RSS可位于地下地层内，其中可以由伽马射线传感器取得测量值。例如，当伽马射线传感器与驱动轴一起旋转时，或者当驱动轴暂时停止并且伽马射线传感器静止时，可以取得测量值。这些测量值可以在与伽马射线传感器相关联的控制单元处与位置信息一起被接收，并且由控制单元处理和/或收集，并且通过耦接到RSS的遥测系统被传输到地面信息处理系统。地面信息处理系统可至少部分地基于所接收的测量值来确定一个或多个地层特性。示例地层特性包括直接围绕耦接到RSS的钻头的地层中的岩石类型，其可以用于确定地层边界的位置以及如何使钻头如何转向。在其他实施方案中，测量值可以被传输到RSS内的单独的控制单元，所述控制单元可至少部分地基于所接收的测量值来确定一个或多个地层特性，并且至少部分地基于所确定的地层特性做出自动转向决策。
在某些实施方案中，由伽马射线传感器产生的测量值可包括大量伽马射线测量值。当伽马射线传感器与驱动轴一起旋转或不旋转时，可以产生大量伽马射线测量值。每个伽马射线传感器可以在相对于驱动轴的所有角取向上感测由地层发射的伽马射线。可以聚集来自多个伽马射线传感器中的每一个的所得到的测量值，以识别针对地层的特定深度的总伽马射线测量值或平均伽马射线测量值。总伽马射线测量值或平均伽马射线测量值可用于识别RSS处辐射水平的趋势，其可以指示钻头附近的地层组成的变化，使得钻探需要停止或钻探井方向需要改变。另外，其可以指示需要进行如下所述的方向测量，以确定增加的辐射水平是否归因于在那个深度范围处的所有地层，或者归因于相对于RSS位于特定角取向上的辐射源，例如当钻头在地层边界附近时可能是这种情况。
在某些实施方案中，当伽马射线传感器与驱动轴一起旋转时以及在伽马射线传感器暂时停止时，可以利用伽马射线传感器取得方向测量值。当暂时停止时，可以将来自伽马射线传感器的测量值与位置传感器数据相关，以识别围绕驱动轴的角取向，所述角取向与伽马射线测量值相对应。角取向可以被分到“分区”中，每个分区对应于相对于驱动轴的一定范围的角取向。分区的大小/角取向的范围可以是任意的，或者可以部分地取决于耦接到驱动轴的伽马射线传感器的方向性。例如，每个分区可以包括围绕RSS的90°象限，这对应于图6的构型，其中伽马射线传感器被分到围绕壳体的四个等距隔开的凹穴中。其他分区尺寸也是可能的，包括非均匀分区。当伽马射线传感器旋转时，可以使用类似的分区技术。然而，在这些情况下，发射伽马射线与接收伽马射线之间的延迟时间以及伽马射线传感器的旋转速度可能使发射伽马射线的角取向与伽马射线传感器在检测到伽马射线时的角取向之间的对应性偏斜。因此，可以在将伽马射线测量值与特定分区相关联之前对伽马射线测量值的角定向进行校正。
根据本公开的各方面，一种示例性设备包括外壳体和至少部分地位于所述外壳体内并且独立于所述外壳体旋转的驱动轴。钻头可耦接到驱动轴。至少一个伽马射线传感器可在外壳体内旋转地耦接到驱动轴。在某些实施方案中，所述设备还包括旋转地耦接到驱动轴的壳体，其中所述壳体包括至少一个加压腔；并且所述至少一个伽马射线传感器位于所述至少一个加压腔内。
在某些实施方案中，壳体包括旋转地耦接到驱动轴的内套筒和旋转地耦接到所述内套筒的外套筒；并且所述内套筒和所述外套筒至少部分地限定至少一个压力腔。在某些实施方案中，内套筒包括圆形横截面和正方形横截面中的至少一个。在某些实施方案中，内套筒和外套筒至少部分地限定围绕壳体成角度地隔开的多个压力腔。
在前述两段中描述的任一实施方案中，所述内套筒和所述外套筒中的至少一个可包括伽马屏蔽材料。在前述两段中描述的任一实施方案中，所述壳体可通过花键旋转地耦接到驱动轴。在前述两段中描述的任一实施方案中，所述至少一个伽马射线传感器可包括在壳体内成角度地隔开并且与外壳体的纵向轴线平行地定向的多个伽马射线传感器。在前述两段中描述的任一实施方案中，与所述至少一个传感器相关联的控制单元、电源和位置传感器中的至少一个可耦接到壳体。在前述两段中描述的任一实施方案中，所述至少一个伽马射线传感器可包括耦接到光学传感器的Geiger-Müller管和闪烁晶体中的至少一个。
根据本公开的各方面，一种示例性方法包括将旋转可导向系统(RSS)定位在地下地层内，其中所述旋转可导向系统包括至少部分地位于外壳体内并且独立于所述外壳体旋转的驱动轴。可以接收由在外壳体内旋转地耦接到驱动轴的至少一个伽马射线传感器取得的测量值，并且可以至少部分地基于所接收的测量值来确定地层的特性。在某些实施方案中，接收由在外壳内旋转地耦接到驱动轴的至少一个伽马射线传感器取得的测量值包括接收由位于外壳中的至少一个加压腔内、旋转地耦接到驱动轴的多个伽马射线传感器取得的测量值。在某些实施方案中，壳体包括旋转地耦接到驱动轴的内套筒和旋转地耦接到所述内套筒的外套筒；并且所述内套筒和所述外套筒至少部分地限定至少一个压力腔。
在前述段落中描述的任一实施方案中，接收由旋转地耦接到驱动轴的至少一个伽马射线传感器取得的测量值可包括接收在驱动轴旋转时由至少一个伽马射线传感器取得的测量值。在某些实施方案中，所述测量值包括由至少一个伽马射线传感器在相对于驱动轴的所有角取向上取得的测量值。在某些实施方案中，至少部分地基于所接收的测量值来确定地层的特性包括确定与取得所述测量值的一定深度的地层相关联的总测量值或平均测量值。在某些实施方案中，至少部分地基于所接收的测量值来确定地层的特性包括将所述测量值分到多个分区中，每个分区包括围绕所述RSS的一定范围的角取向。在某些实施方案中，将所述测量值分到多个分区中，每个分区包括围绕所述RSS的一定范围的角取向，包括至少部分地基于所述至少一个伽马射线传感器的旋转速度来校正每个测量值。
在前述两个段落中描述的任一实施方案中，接收由旋转地耦接到驱动轴的至少一个伽马射线传感器取得的测量值可包括接收在驱动轴不旋转时由至少一个伽马射线传感器取得的测量值。在某些实施方案中，至少部分地基于所接收的测量来确定地层的特性包括以下中的至少一者：将测量值分到多个分区中的一个中，每个分区包括围绕所述RSS的一定范围的角定向；以及确定与取得所述测量值的一定深度的地层相关联的总测量值或平均测量值。
因此，本公开非常适合达到所提到的目的和优点以及本文固有的那些目的和优点。上文公开的具体实施方案只是说明性的，因为本公开可按照受益于本文教义的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式进行修改和实践。此外，除了以下权利要求书中所述之外，并不旨在限制本文示出的构造或设计的细节。因此，明显的是，上文公开的具体说明性实施方案可加以改变或修改，并且所有这些变化都视为处于本公开的范围和精神内。另外，除非专利权人另外明确并清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有其平常、普通的含义。如权利要求书中使用的不定冠词“一个”在本文中定义为意为其引入的一个或多于一个元件。此外，如在具体实施方式或权利要求书中使用的术语“耦接”或“耦接了”或任何常见变化并不旨在限于直接耦接。相反，两个元件可以间接耦接并且仍然被认为在详述和权利要求书的范围内的耦接。

Claims (20)

1.一种钻探设备，其包括：
外壳体；
驱动轴，所述驱动轴至少部分地位于所述外壳体内并且独立于所述外壳体旋转；
钻头，所述钻头耦接到所述驱动轴；以及
至少一个伽马射线传感器，所述至少一个伽马射线传感器在所述外壳体内旋转地耦接到所述驱动轴，其中，所述至少一个伽马射线传感器在相对于所述驱动轴的一个或多个角取向上感测由地层发射的伽马射线。
2.如权利要求1所述的设备，其还包括旋转地耦接到所述驱动轴的壳体，其中
所述壳体包括至少一个加压腔；并且
所述至少一个伽马射线传感器位于所述至少一个加压腔内。
3.如权利要求2所述的设备，其中
所述壳体包括旋转地耦接到所述驱动轴的内套筒以及旋转地耦接到所述内套筒的外套筒；并且
所述内套筒和所述外套筒至少部分地限定所述至少一个压力腔。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述内套筒包括圆形横截面和正方形横截面中的至少一个。
5.如权利要求3所述的设备，其中所述内套筒和所述外套筒至少部分地限定围绕所述壳体成角度地隔开的多个压力腔。
6.如权利要求3-5中任一项所述的设备，其中所述内套筒和所述外套筒中的至少一个包括伽马屏蔽材料。
7.如权利要求2-5中任一项所述的设备，其中所述壳体通过花键旋转地耦接到所述驱动轴。
8.如权利要求2-5中任一项所述的设备，其中所述至少一个伽马射线传感器包括在所述壳体内成角度地隔开并且与所述外壳体的纵向轴线平行地定向的多个伽马射线传感器。
9.如权利要求2-5中任一项所述的设备，其中与所述至少一个传感器相关联的控制单元、电源和位置传感器中的至少一个耦接到所述壳体。
10.如权利要求2-5中任一项所述的设备，其中所述至少一个伽马射线传感器包括耦接到光学传感器的Geiger-Müller管和闪烁晶体中的至少一个。
11.一种钻探方法，其包括：
将旋转可导向系统定位在地下地层内，其中所述旋转可导向系统包括至少部分地位于外壳体内并且独立于所述外壳体旋转的驱动轴；
由在所述外壳体内旋转地耦接到所述驱动轴的至少一个伽马射线传感器进行测量，其中，所述至少一个伽马射线传感器在相对于所述驱动轴的一个或多个角取向上感测由地层发射的伽马射线；
接收由所述至少一个伽马射线传感器取得的测量值；
至少部分地基于所接收的测量值来确定所述地层的特性。
12.如权利要求11所述的方法，其中接收由在所述外壳体内旋转地耦接到所述驱动轴的至少一个伽马射线传感器取得的所述测量值包括接收由位于壳体中的至少一个加压腔内、旋转地耦接到所述驱动轴的多个伽马射线传感器取得的测量值。
13.如权利要求12所述的方法，其中
所述壳体包括旋转地耦接到所述驱动轴的内套筒以及旋转地耦接到所述内套筒的外套筒；并且
所述内套筒和所述外套筒至少部分地限定所述至少一个压力腔。
14.如权利要求11-13中任一项所述的方法，其中接收由旋转地耦接到所述驱动轴的至少一个伽马射线传感器取得的所述测量值包括接收在所述驱动轴旋转时由至少一个伽马射线传感器取得的所述测量值。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述测量值包括由所述至少一个伽马射线传感器在相对于所述驱动轴的所有角取向上取得的测量值。
16.如权利要求15所述的方法，其中至少部分地基于所接收的测量值来确定所述地层的所述特性包括确定与取得所述测量值的一定深度的地层相关联的总测量值或平均测量值。
17.如权利要求15所述的方法，其中至少部分地基于所接收的测量值来确定所述地层的所述特性包括将所述测量值分到多个分区中，每个分区包括围绕所述旋转可导向系统的一定范围的角取向。
18.如权利要求17所述的方法，其中将所述测量值分到多个分区中，每个分区包括围绕所述旋转可导向系统的一定范围的角取向，包括至少部分地基于所述至少一个伽马射线传感器的旋转速度来校正每个测量值。
19.如权利要求11-13中任一项所述的方法，其中接收由旋转地耦接到所述驱动轴的至少一个伽马射线传感器取得的所述测量值包括接收在所述驱动轴不旋转时由至少一个伽马射线传感器取得的所述测量值。
20.如权利要求19所述的方法，其中至少部分地基于所接收的测量值来确定所述地层的所述特性包括以下中的至少一者
将所述测量值分到多个分区中的一个中，每个分区包括围绕所述旋转可导向系统的一定范围的角取向；以及
确定与取得所述测量值的一定深度的地层相关联的总测量值或平均测量值。
CN201480082478.1A 2014-12-24 2014-12-24 旋转可导向系统的旋转部分中的近钻头伽马射线传感器 Active CN107076870B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2014/072325 WO2016105406A1 (en) 2014-12-24 2014-12-24 Near-bit gamma ray sensors in a rotating section of a rotary steerable system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107076870A CN107076870A (zh) 2017-08-18
CN107076870B true CN107076870B (zh) 2019-07-09

Family

ID=56151205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480082478.1A Active CN107076870B (zh) 2014-12-24 2014-12-24 旋转可导向系统的旋转部分中的近钻头伽马射线传感器

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9933544B2 (zh)
EP (1) EP3194718A1 (zh)
CN (1) CN107076870B (zh)
AR (1) AR102515A1 (zh)
BR (1) BR112017007274A2 (zh)
CA (1) CA2965630C (zh)
RU (1) RU2666951C1 (zh)
WO (1) WO2016105406A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016133519A1 (en) * 2015-02-19 2016-08-25 Halliburton Energy Services, Inc. Gamma detection sensors in a rotary steerable tool
US10261209B2 (en) * 2016-02-29 2019-04-16 China Petroleum & Chemical Corporation Near-bit ultradeep measurement system for geosteering and formation evaluation
GB201620514D0 (en) 2016-12-02 2017-01-18 Statoil Petroleum As Sensor for a downhole tool
CN111722293B (zh) * 2020-05-29 2021-11-12 中国石油天然气集团有限公司 一种基于伽马管状态参数的伽马融合计算方法
US20240310551A1 (en) * 2021-05-21 2024-09-19 Cordax Evaluation Technologies Inc. Apparatus and method for compensation of formation evaluation tools

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1676874A (zh) * 2005-04-14 2005-10-05 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院 井斜及方位伽马随钻测量仪
CN103797383A (zh) * 2011-05-24 2014-05-14 普拉德研究及开发股份有限公司 使用可变形状标准的核频谱分析中环境校正

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4698501A (en) 1985-05-16 1987-10-06 Nl Industries, Inc. System for simultaneous gamma-gamma formation density logging while drilling
US5017778A (en) 1989-09-06 1991-05-21 Schlumberger Technology Corporation Methods and apparatus for evaluating formation characteristics while drilling a borehole through earth formations
NO306522B1 (no) * 1992-01-21 1999-11-15 Anadrill Int Sa Fremgangsmaate for akustisk overföring av maalesignaler ved maaling under boring
EP0718641B1 (en) 1994-12-12 2003-08-13 Baker Hughes Incorporated Drilling system with downhole apparatus for transforming multiple downhole sensor measurements into parameters of interest and for causing the drilling direction to change in response thereto
GB2312905A (en) 1996-05-09 1997-11-12 Camco Drilling Group Ltd Automatically steered drill assembly
US6247542B1 (en) 1998-03-06 2001-06-19 Baker Hughes Incorporated Non-rotating sensor assembly for measurement-while-drilling applications
US6269892B1 (en) * 1998-12-21 2001-08-07 Dresser Industries, Inc. Steerable drilling system and method
US6109372A (en) 1999-03-15 2000-08-29 Schlumberger Technology Corporation Rotary steerable well drilling system utilizing hydraulic servo-loop
US6300624B1 (en) 1999-03-25 2001-10-09 Halliburton Energy Services, Inc. Radiation detector
RU2239042C2 (ru) * 1999-12-10 2004-10-27 Шлюмбергер Холдингз Лимитед Способ бурения скважины и одновременного направления буровой коронки активно управляемой вращательной направляемой буровой системой и активно управляемая вращательная направляемая система
US6666285B2 (en) * 2002-02-15 2003-12-23 Precision Drilling Technology Services Group Inc. Logging-while-drilling apparatus and methods for measuring density
US7426967B2 (en) 2005-11-14 2008-09-23 Pathfinder Energy Services, Inc. Rotary steerable tool including drill string rotation measurement apparatus
GB0610814D0 (en) * 2006-06-01 2006-07-12 Geolink Uk Ltd Rotary steerable drilling tool
US7814988B2 (en) 2007-01-10 2010-10-19 Baker Hughes Incorporated System and method for determining the rotational alignment of drillstring elements
US8497685B2 (en) 2007-05-22 2013-07-30 Schlumberger Technology Corporation Angular position sensor for a downhole tool
US8733438B2 (en) * 2007-09-18 2014-05-27 Schlumberger Technology Corporation System and method for obtaining load measurements in a wellbore
US7950473B2 (en) 2008-11-24 2011-05-31 Smith International, Inc. Non-azimuthal and azimuthal formation evaluation measurement in a slowly rotating housing
US8195400B2 (en) * 2009-05-08 2012-06-05 Smith International, Inc. Directional resistivity imaging using harmonic representations
US8421004B2 (en) 2009-06-12 2013-04-16 Baker Hughes Incorporated Nuclear detectors built directly into shielding or modulating material
BR112012008123A2 (pt) 2009-07-30 2017-07-04 Baker Hughes Inc detectores de raios-gama possuindo sensibilidade azimutal
GB2488718B (en) 2009-11-24 2015-12-16 Baker Hughes Inc Drilling assembly with a steering unit integrated in drilling motor
US8579044B2 (en) 2010-03-30 2013-11-12 Gyrodata, Incorporated Bending of a shaft of a steerable borehole drilling tool

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1676874A (zh) * 2005-04-14 2005-10-05 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院 井斜及方位伽马随钻测量仪
CN103797383A (zh) * 2011-05-24 2014-05-14 普拉德研究及开发股份有限公司 使用可变形状标准的核频谱分析中环境校正

Also Published As

Publication number Publication date
AR102515A1 (es) 2017-03-08
EP3194718A1 (en) 2017-07-26
US20170329042A1 (en) 2017-11-16
WO2016105406A1 (en) 2016-06-30
RU2666951C1 (ru) 2018-09-13
CA2965630A1 (en) 2016-06-30
CA2965630C (en) 2019-04-23
BR112017007274A2 (pt) 2018-01-23
US9933544B2 (en) 2018-04-03
CN107076870A (zh) 2017-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2954303C (en) Well ranging apparatus, systems, and methods
CN107076870B (zh) 旋转可导向系统的旋转部分中的近钻头伽马射线传感器
US10294772B2 (en) Circumferential array borehole evaluation tool
US9977146B2 (en) Gamma detection sensors in a rotary steerable tool
US8797035B2 (en) Apparatus and methods for monitoring a core during coring operations
US20230063340A1 (en) System and method of drilling a wellbore using wellbore and surface gravity sensing
WO2020013812A1 (en) Relative azimuth correction for resistivity inversion
US10436020B2 (en) In-situ borehole fluid speed and attenuation measurement in an ultrasonic scanning tool
US11353617B1 (en) Deep learning methods for wellbore leak detection
CN101460868A (zh) 用于在钻头前方以及在钻头处按照方位角确定地层电阻率的方法和设备
US11339650B2 (en) Compact logging while drilling look around and look ahead tool
US11970932B2 (en) Multi-well image reference magnetic ranging and interception
AU2015397202B2 (en) Pressure balanced liquid scintillator for downhole gamma detection
AU2011380959B2 (en) Apparatus and methods for monitoring a core during coring operations
NO20200188A1 (en) Determination on Casing and Formation Properties Using Electromagnetic Measurements

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant