CN1319158A - 由通孔钻杆传递的测井设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于对形成在一地层中的井筒钻井和测井的设备。设备包括一个测井工具杆和一个钻杆,钻杆具有一个用于钻井液体循环的纵向通道,钻杆包括一个在通道和钻杆外部之间提供液体连通的开口,通道和开口设置成可以使测井工具杆通过通道并从通道通过开口到达钻杆外的一个位置。设备还包括一个适于有选择地闭合开口的可去除的闭合件,其中测井工具杆设有用于有选择地将测井工具杆连接在闭合件上的连接装置。
Description
本发明涉及一种对形成在一地层中的井筒钻井和测井的设备。本发明还涉及一种用于本设备中的钻杆和用于本设备中的测井工具杆，以及一种使用此设备对形成在一地层中的井筒钻井和测井的方法。
美国专利5589825公开了一种设备，其中一个测井工具杆通过钻杆的纵向流体通道下降，直到测井工具位于多个设置在钻杆壁中的窗口的对面。测井信号从测井工具通过窗口传递到地层中。用此公知的设备只能得到有限的测井信息，因为窗口尺寸有限。此外，此设备需要相对于窗口精确定位测井工具。
美国专利3112442公开了一种设备，其中一个测井工具经过一个钻杆的液体通道，直到工具的多个电极经过流体喷口位于钻头之下。电极的尺寸很有限并且发射和接受测井信号的能力很有限。此系统的另一个缺点在于电极从喷口的通过受喷口的形状和方向阻碍。
本发明的一个目的是提供一种对形成在一地层中的井筒钻井和测井的设备，它克服了公知设备的缺点，并且很坚固和能提供充足的测井信息而不会妨碍钻井操作。
本发明的另一个目的是提供一种用于本发明设备中的钻杆。
本发明的还一个目的是提供一种用于本发明设备中的测井工具杆。
本发明的再一个目的是提供一种使用本发明的设备对形成在一地层中的井筒钻井和测井的方法。
根据本发明，提供了一种用于对形成在一地层中的井筒钻井和测井的设备，所述设备包括一个测井工具杆和一个钻杆，钻杆具有一个用于钻井液体循环的纵向通道，钻杆包括一个在通道和钻杆外部之间提供液体连通的开口，通道和开口设置成可以使测井工具杆通过通道并从通道通过开口到达钻杆外的一个位置，设备还包括一个适于有选择地闭合开口的可去除的闭合件，其中测井工具杆设有用于有选择地将测井工具杆连接在闭合件上的连接装置。
通过使测井工具杆经过通道下降并使用连接装置将测井工具杆连到闭合件上，闭合件可以由测井工具杆的进一步下降从钻杆上去除而同时闭合件保持连接到测井工具杆上。当测井工具杆伸入钻杆外的空间中时可以进行测井操作。在完成测井操作后可以重新使用闭合件进行另一个井筒段的钻制。此外闭合件在从钻杆上去除后不会在井筒中形成一个障碍。
最好钻杆包括一个设置在钻杆下端上的钻头，而且开口设置在钻头中。以此方式闭合件可以形成钻头一体的、但是可去除的一部分，而不会对钻头的钻井特性有负面影响。
适当地所述连接装置形成辅连接装置，而闭合件设有用于有选择地将闭合件连接到钻杆上的主连接装置。
最好主连接装置包括一个将闭合件闩锁到钻杆上的主闩锁装置。
在一个优选实施例中，所述连接装置包括一个将测井工具杆闩锁到闭合件上的辅闩锁装置。
最好主和辅闩锁装置设置成当测井工具杆闩锁到闭合件上时可以将闭合件从钻杆上解锁。
为了防止在钻井过程中闭合件相对于开口件转动，闭合件和开口在垂直于钻杆纵轴的一个平面中具有互相配合的非圆形的接触面。
本发明的方法包括：
-通过操作钻杆钻取一段所述井筒，其中闭合件闭合开口；
-经过所述通道将测井工具杆降至闭合件；
-将测井工具杆连接到闭合件上；
-将闭合件连至其上的测井工具杆进一步通过开口降至钻杆外的一个位置；
-驱动测井工具杆以提供地层的测井数据。
经过通道下降测井工具杆可以例如由通过在一缆索上下降而泵下测井工具杆进行。
测井工具杆最好以一种带有自动预置启动的自给方式操作(即由工具杆的动力和存储控制)。
下面参照附图并以示例性方式描述本发明，其中：
图1示出本发明第一实施例设备的一个纵段；
图2示出图1的一个细节；
图3示出图1的闭合件和测井工具杆的一个纵段；
图4示出本发明第二实施例设备的一个纵段。
在附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
参见图1，其中示出一个钻杆1，用于在一地层中钻制一个井孔，钻杆1具有一个挡环3，设有切削件6的钻头5与挡环相连。钻杆1具有一个用于钻井流体循环的纵向通道7，通道7连入钻头5的一流体腔9中。在钻头5中设有喷口11，用于从腔9向井筒中喷入钻井流体。钻头5具有一个底壁14，设有一个表现为开口16的中心孔，开口16由一个表现为插入段18的闭合件盖住。开口16和插入段18具有截头圆锥形的接触面17，以便可以在向外的方向中从开口16中去除插入段18。插入段18和钻头5设有一个闩锁机构，用于将插入段18闩锁到钻头5上并将一个测井工具杆闩锁到插入段18上。插入段18在其面向流体腔9的一侧设有一个凹口21，用于承装测井工具杆。
在图2中示出图1的细节A。闩锁机构20包括多个锁紧装置22，它们沿接触面17以均匀的角区间分隔开。每个锁紧装置22包括一个形成在插入段18中的径向孔24以及一个形成在钻头5中对应的径向孔26，当开口16由插入段18盖上时孔24,26对齐。第一锁紧件28从孔24伸入腔9中一小段距离。第一锁紧件28由第一螺旋弹簧30的一端偏置到此位置中，而弹簧的另一端偏置到设在孔24中的一个环形台肩32上。第一锁紧件28连在杆34的一端上，杆34伸过环形台肩32并在其另一端上靠在一第二锁紧件36上。第二锁紧件36从孔24伸入孔26中，并由一第二螺旋弹簧38偏置到此位置中，其中弹簧38设置在孔26中与杆34相对的第二锁紧件36的一侧上。
一测井工具杆40经过通道7伸入腔9中，测井工具杆设有一组测井工具(未示出)、一个动力单元(未示出)以及一个电子存储单元(未示出)。测井工具杆40的外径选择成可以使其通过开口16。测井工具杆40具有一个形如工具顶部42的下端部，工具顶部42装入插入段18的凹口21中，工具顶部42和凹口21具有一个截头圆锥形的接触面，使工具顶部42可以容易地进入凹口21中。工具顶部42设有一个圆周槽44，当工具顶部42装入凹口21中时圆周槽44与径向孔24对齐。槽44的深度选择成当槽44和孔26对齐时，第一锁紧件28由弹簧30偏置到槽44的端壁46上，而第二锁紧件36完全伸入孔26中。
在图1-3中所示的设备正常工作时，钻杆1驱动以钻取一个新的井孔区间(未示出)。在钻取过程中，插入段18盖住开口16并由锁紧装置22保持到此位置，从而每个锁紧件36从孔24伸入对应的孔26中。在钻取停止后，钻杆1提升一个选定的距离，以使测井工具杆40可以位于钻头5之下。然后测井工具杆通过通道7下降，并从此经过腔9进入凹口21中。当工具顶部42承装在凹口21中时，每个第一锁紧件28闩锁入槽44中。如上所述，第一锁紧件28闩锁入槽44中使第二锁紧件36可以完全位于孔26中。从而插入段18从钻头5上打开。当插入段18闩锁到工具顶部42上时，测井工具杆40随后通过开口16降至井筒中钻头5之下的空间中。在此位置测井工具40由悬置装置悬置，例如由一个设置在工具杆40上的环形台肩(未示出)，悬置装置位于一个设置在钻头的腔9中对应的环形台肩(未示出)上。或者测井工具杆可以悬挂在来自地面的钢丝绳上，或其他任何适当的装置。
当测井工具40位于悬置位置中时，钻杆通过井筒提升以移动测井工具杆通过新钻制的区间，并且同时工具杆40的每个测井工具工作以提升一组围绕新钻区间的地层的测井数据。测井数据贮存在电子存储单元中。
上述测井步骤可以在钻杆1的一个行进过程中进行，然后将钻杆收回到地面上，例如向钻杆装配一个新钻头。或者，在测井完成后，测井工具杆40提升回到钻杆1中，直到插入段18盖住开口16。在插入段18进入开口16时，每个第二锁紧件36由第二弹簧16的作用闩锁入插入段18的对应的孔24中，从而将插入段18锁到开口16中。由于开口16由插入段18盖住，可以钻取另一个井筒区间并可以重复上述步骤。
在图4中示出本发明设备的第二实施例。在第二实施例中，钻头60设置在一个钻杆的下端上，钻杆(未示出)具有一个纵向通道(未示出)，用于循环钻井流体，通道与钻头的一个流体腔62相通。钻头设有多个喷口64，用于从腔62向要钻取的井筒中喷射钻井流体。钻头60具有一个底壁66，上面设有一个表现为开口68的中心开口，当从一个垂直于钻杆纵轴的平面中看去时，开口具有一个椭圆形状。开口68与钻杆的纵向通道对齐并由一个表现为插入段70的闭合件盖住。插入段70的外表面与钻头60的底面完全符合，这样当插入段70插入开口68中时钻头60的钻井特性与常规钻头的相同。开口68和插入段70具有各自为截头圆截形的接触面72,72＇，以便可以在向外的方向中从开口68取出插入段70。钻头60还设有一个在开口68和腔62之间提供流体连通的圆柱形通道73，通道73与钻杆的纵向通道对齐。
插入端70通过一个主闩锁装置连在钻头60上，主闩锁装置包括一个与插入端一体形成并伸入腔62中的柱体72。柱体72在接近其上端设有一个环形凹口74。一个圆柱形保持架76由螺纹连接78连接到插入端70上，螺纹连接78同心围绕柱体72延伸，在保持架76和柱体72之间形成一个环形间隙80。一个圆柱套筒82伸入环形间隙80中，套筒可以沿柱体72滑动并由一个弹簧84偏置在腔62的方向中。保持架76固定四个伸入四个设置在通道73的壁中的锁紧凹口88中的金属锁紧球。套筒82设有四个释放凹口90，当套筒82向弹簧84偏置一充分的距离时锁紧球配合到释放凹口90中。为了清楚的目的，只示出两个锁紧球86、两个锁紧凹口88和两个释放凹口90。
一个测井工具杆92通过钻杆的纵向通道伸入腔62中，测井工具杆设有一组测井工具(未示出)、一个动力单元(未示出)以及一个电子存储单元(未示出)。测井工具杆92的外径使得杆92可以通过开口通道73和开口68。测井工具杆92可以由一个辅闩锁装置连在插入段70上，辅闩锁装置包括测井工具杆92的一下部94，所述下部94具有一个下端94a和一个内腔95，内腔95的直径等于柱体72的外径，这样柱体72配合到内腔95中。下部94内部设有四个锁紧挡块96(图中只示出两个)，挡块96枢轴连接到下端94上并由弹簧98在径向向内的方向中偏置。内腔95还设有一个降落表面100，表面100设置成与锁紧挡块96有一个纵向距离，此距离选定成当降落表面100与柱体72的远端接触时锁紧挡块96容装在柱体的环形凹口74中。此外，降落表面100和测井工具杆92的下端之间的纵向距离选择成当降落表面100与柱体72的远端接触时，下端94a将套筒82偏置到释放凹口90与各自的锁紧球86相对的位置。
在正常的操作过程中，钻杆驱动以钻取一个新的井筒区间(未示出)，在钻取过程中，套筒82由弹簧偏置到图4中所示的位置，这样锁紧球86由套筒82压入钻头体的各个锁紧凹口88中，从而将插入段70闩锁到钻头60上。
在完成井筒区间的钻取后，钻杆从井筒的底部提升一个选定的距离，而测井工具杆92通过钻杆降入腔62中。测井工具杆92进一步下降，从而柱体72进入腔95中并与降落表面100接触，从而测井工具杆92的下端抵抗弹簧84的力挤压套筒82，直到释放凹口90位于各个锁紧球86对面。在此位置套筒82不再将锁紧球86压入锁紧凹口88中，这样插入段70从钻头体上解锁。同时锁紧挡块96配合在柱体72的环形凹口74中并将测井工具杆92闩锁在插入段70上。当插入段闩锁在测井工具杆92上时测井工具杆92经过通道73和开口68进一步下降直到杆92的测井工具位于钻头60之下，在此位置测井工具杆92悬置而测井工具工作。
在完成测井后，测井工具杆92提升起来直到插入段70与开口68接触。然后测井工具杆进一步提升，从而将锁紧挡块96从环形凹口74上解锁并使套筒82可以由弹簧84的作用沿柱体72在腔62的方向中滑动。从而套筒82将锁紧球86压入各自的锁紧凹口88中，这样插入段70闩锁到钻头60上并盖住开口68。
然后可以以上述方式钻制另一个井筒区间并进行测井，或者必须可以将钻杆收回到地面。
测井工具杆可以由泵下操作、缆索或缆索和泵下操作的组合下降通过钻杆。测井工具杆的提升可以由缆索、反向泵给(即从钻杆和井筒壁/套管之间的环形间隙将流体泵入钻杆中)或其组合进行。
贮存在电子存储单元中的测井数据可以通过将测井工具经过钻杆回收到地面、通过将其中包含有测井工具杆的钻杆回收到地面、或通过使用合适的信号传送装置将数据从存储单元传送到地面而回收到地面上。
Claims (16)
1．一种用于对形成在一地层中的井筒钻井和测井的设备，所述设备包括一个测井工具杆和一个钻杆，钻杆具有一个用于钻井液体循环的纵向通道，钻杆包括一个在通道和钻杆外部之间提供液体连通的开口，通道和开口设置成可以使测井工具杆通过通道并从通道通过开口到达钻杆外的一个位置，设备还包括一个适于有选择地闭合开口的可去除的闭合件，其中测井工具杆设有用于有选择地将测井工具杆连接在闭合件上的连接装置。
2．如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述连接装置形成辅连接装置，而闭合件设有用于有选择地将闭合件连接到钻杆上的主连接装置。
3．如权利要求2所述的设备，其特征在于，主连接装置包括一个将闭合件闩锁到钻杆上的主闩锁装置。
4．如权利要求1-3中任一项所述的设备，其特征在于，所述连接装置包括一个将测井工具杆闩锁到闭合件上的辅闩锁装置。
5．如从属于权利要求3的权利要求4所述的设备，其特征在于，主和辅闩锁装置设置成当测井工具杆闩锁到闭合件上时可以将闭合件从钻杆上解锁。
6．如权利要求1-5中任一项所述的设备，其特征在于，钻杆包括一个设置在钻杆下端上的钻头，而且开口设置在钻头中。
7．如权利要求6所述的设备，其特征在于，开口由一个钻头底壁中的中心孔形成，所述中心孔提供通道和钻头之下井筒中的一个空间之间的流体连通。
8．如权利要求1-7中任一项所述的设备，其特征在于，闭合件可以在钻杆外侧方向中从开口上去除。
9．如权利要求1-8中任一项所述的设备，其特征在于，闭合件和开口在垂直于钻杆纵轴的一个平面中具有互相配合的非圆形的接触面。
10．一种用于如权利要求1-9中任一项所述设备的测井工具杆。
11．一种用于如权利要求1-9中任一项所述设备的钻杆。
12．一种使用如权利要求1-9中任一项所述的设备对形成在一地层中的井筒钻井和测井的方法，所述方法包括：
-通过操作钻杆钻取一段所述井筒，其中闭合件闭合开口；
-经过所述通道将测井工具杆降至闭合件；
-将测井工具杆连接到闭合件上；
-将闭合件连至其上的测井工具杆进一步通过开口降至钻杆外的一个位置；
-驱动测井工具杆以提供地层的测井数据。
13．基本参见附图如上所述的设备。
14．基本参见附图如上所述的测井工具杆。
15．基本参见附图如上所述的钻杆。
16．基本参见附图如上所述的方法。
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