CN1398319A - 组合式测井和钻井系统 - Google Patents

Abstract

一种用来钻探和测量井身的系统，该井身形成在地层内。该系统包括一钻杆，该钻杆具有一沿其纵向延伸的外部凹进部分；一条流体通道，用于使钻井液自该钻杆的上端流至其下端；以及一口，该口在该流体通道与该凹进部分之间提供流体连通。该系统还包括一测井工具组，该测井工具组可穿过该流体通道并经由所述口自所述流体通道进入所述凹进部分内；以及一可移动的封闭件，该封闭件适合于选择性地封闭所述口。

Description

组合式测井和钻井系统

本发明涉及一种用于钻探和测量形成在地层内的井身的系统。本发明还涉及一种钻杆、一种测井工具组以及一种测井套环，它们用以与本发明的系统结合使用。

美国专利5589825公开了一种系统，借助该系统，穿过钻杆的纵向流体通道可以降下一测井工具组，直至将该测井工具置于与设置在钻杆壁上的许多侧口相对的位置处。测量信号自该测井工具穿过该侧孔进入地层内。由于侧孔的尺寸有限，所以用这种已知的系统仅能获得有限的测量信息。此外，这种系统需要相对于侧孔精确地定位测井工具。

美国专利3112442公开了一种系统，借助该系统，测井工具可穿过钻杆的流体通道，直至该工具的许多电极穿过钻头的流体喷口到达该钻头的下面。这些电极的尺寸有限，并且用于发射和接收测量信号的容量有限。这种系统的另一缺点在于，喷口的形状和方向会妨碍电极穿过该喷口。此外，如果钻杆的下端部分包括随钻测井设备(MWD)或者液压井下马达，则要将该测井工具组降至该钻头处实际上是不可能的。

本发明的一个目的是提供一种用于钻探和测量井身的系统，该井身形成在地层内，该系统克服了已知系统的缺点，并且坚固耐用，能够提供足够的测量信息而不会妨碍钻井操作。

本发明的另一目的是提供一种与本发明的系统结合使用的钻杆。

本发明的再一目的是提供一种与本发明的系统结合使用的测井工具组。

本发明的又一目的是提供一种与本发明的系统结合使用的测井套环。

根据本发明，其提供了一种用于钻探和测量井身的系统，该井身形成在地层内，该系统包括一钻杆，该钻杆具有一沿其纵向延伸的外部凹进部分；一条流体通道，用于钻井液自钻杆的上端流至其下端；以及一口，该口在该流体通道与该凹进部分之间提供流体连通。该系统还包括一测井工具组，该测井工具组可穿过该流体通道并经由所述口自该流体通道进入该凹进部分内；以及一可移动的封闭件，该封闭件适合于选择性地封闭该口。

通过穿过流体通道降下测井工具组并移除封闭件，可将该测井工具组经由所述口移入所述外部凹进部分内，在那儿该测井工具组暴露在钻杆的外部。随后使该测井工具组进行测井测量，之后将该测井工具组收回至钻杆的流体通道内。本发明的系统的一个重要的优点在于该凹进部分可位于井下装置中的某些钻杆设备的上方，例如MWD设备或者用于驱动钻头的井下马达，这样，降下测井工具组就不会被这种设备的存在所妨碍。

适当地，所述测井工具组具有连接装置，用于选择性地将该测井工具组连接到所述封闭件上。

优选地，所述连接装置形成一个第二连接装置，同时所述封闭件具有第一连接装置，用于选择性地将该封闭件连接到钻杆上。

在一种引人注目的实施例中，所述钻杆具有导向装置，用于沿所述凹进部分的纵向引导所述封闭件。

适当地，该导向装置包括一对沿钻杆的纵向延伸的基本平行的边缘，每个边缘在所述钻杆的外表面与所述凹进部分之间形成一种过渡。

现在将参照附图以例子的形式对本发明作进一步的说明，其中：

图1示意性地表示了一种钻杆，其应用于根据本发明的系统的一个实施例中；

图1A示意性地表示图1实施例中的一种测井套环；

图2示意性地表示图1A的横截面2-2；

图3示意性地表示图1A的横截面3-3；

图4示意性地表示图1A的细节，其中测井工具组被降至测井套环内；

图5示意性地表示图1的测井套环，其中测井工具组又进一步地被降下；

图6示意性地表示图5的横截面6-6；以及

图7示意性地表示图5的横截面7-7；

在图中，相同的参考数字涉及相同的部件。

参照图1，其表示了自地表3处的钻机2起延伸入井身4内的一种钻杆1，该井身4形成在地层5内，该钻杆1具有一设置在其下端的钻头6和一条用于使钻井液从钻机2流至钻头6的纵向流体通道(未示出)。该钻杆1的下端部分包括许多传统的钻杆套管(未示出)，以及一插入在该钻杆1的上部分10和下部分12之间的测井套环8，其中，该钻杆1的下部分12包括一用来驱动钻头6的井下马达(未示出)。

在图1A，2和3中更详细地显示了测井套环8，其包括一上接头14，用于使该测井套环8与上钻杆部分10相连，以及一下接头16，用于使该测井套环8与下钻杆部分12相连。钻杆1的纵向流体通道以管道18的形状穿过测井套环8延伸，该管道18穿过测井套环8的整个长度。该测井套环8具有一个沿其纵向延伸的凹进部分20，以及一个口22。该口22经由形成在该测井套环8内的孔23直接与凹进部分20和管道18流体连通。该凹进部分20限定了一对基本平行的边缘24a，24b，该边缘24a，24b沿该钻杆1的纵向延伸，每个边缘24a，24b都形成了一在该钻杆1的外表面与该凹进部分20之间的过渡。一可移动的封闭件24位于该口22内。

进一步参照图4，其表示了包括口22和封闭件24的测井套环8的细节。该封闭件24包括一个截头圆锥形的插入件26，以便可沿其向外的方向从口22内移出该插入件26，该口22和该插入件26具有相应互补的接触面28，28’。一导向件29面对凹进部分20与该插入件26的一侧相连，随后将参照图7更详细地说明该导向件29。该封闭件24还包括第一锁扣装置30，该第一锁扣装置30具有在孔23内延伸的柱杆32。该柱杆32的上端附近有一环形槽34。一圆柱形罩36经由螺纹连接38与插入件26相连，并绕柱杆32同轴地延伸，在罩36与柱杆32之间有一环形空隙40。一圆柱形套筒42在该环形空隙40内延伸，该套筒沿柱杆32是可滑动的，且在弹簧44的作用下偏离插入件26。罩36包括四个金属锁合球46，该四个金属锁合球46伸入设置在孔23壁上的四个锁合凹进48内。套筒42具有四个释放凹进50，当套筒42克服弹簧44的弹力被偏压足够距离后，锁合球46就装配在该四个释放凹进50内。为了清楚起见，图中仅表示了两个锁合球46，两个锁合凹进48以及两个释放凹进50。

一测井工具组52自表面起经由纵向管道18延伸入孔23内，该测井工具组52包括一组测井工具(随后将要谈到)、一动力单元(未示出)以及一电子存储单元(未示出)。该测井工具组52由许多可相互链接的部分53装配而成，该部分53可穿过管道18并经由孔23自该管道18进入凹进部分20内。该测井工具组52包括设置在其下端的第二锁扣装置54，该第二锁扣装置54具有内部空间55，该内部空间55的横截面为圆形且其直径对应于柱杆32的最大直径，这样，该柱杆32可装配在该内部空间55内。该第二锁扣装置54的内部设置有四个可绕枢转点57枢转的制动爪56(仅表示了两个)。弹簧58绕该制动爪56缠绕，以彼此相对地偏压该制动爪56的面对柱杆32的端部分。该第二锁扣装置54还具有一承座件59，该承座件59伸入内部空间55内并具有一种这样设置的承座面60，从而当柱杆32伸入该内部空间内并接触该承座面60时，制动爪56容纳在该柱杆32的环形槽34内。此外，该第二锁扣装置54具有一下端面62，该下端面62设置在距离承座面60一段纵向距离的位置处，这样，当该承座面60接触柱杆32时，该下端面62偏压套筒42至释放凹进50对着相应的锁合球46的位置处。

图5，6和7表示了测井套环8，其中测井工具组52自管道18起经由孔23伸入凹进部分20内。该测井工具组52包括以上提到的插入件26，还包括一密度测井工具64、一密封件68以及一液压泵管接头70，卡钳66将密度测井工具64压靠在井身壁上。该液压泵管接头70位于管道18内，适合于泵送该测井工具组52，使该测井工具组52经过钻杆1进入测井套环8内。密封件68位于孔23内并因而适合于密封孔23。

更具体地参照图7，其表示了具有导向件29的插入件26。如图所示，导向件29跨接边缘24a，24b之间的间隙，且具有形状基本上与边缘24a，24b的形状互补的相对端面，从而可沿该边缘24a，24b在纵向上引导该导向件29，同时防止该导向件29相对于测井套环8的大的径向移动。

在正常操作过程中，操作钻杆以钻一段新的井身(未示出)。在钻井过程中，弹簧44将套筒42偏压至图4所示的位置，这样套筒42迫使锁合球46进入设置在孔23壁上各自的锁合凹进48内，从而将插入件26锁扣在测井套环8上。

在钻了一段井身后，通过穿过管道18向下方泵送泵管接头70，来穿过钻杆1的管道18降下测井工具组52，直至第二锁扣装置54移入孔23内。接着，进一步地降下该测井工具组52，从而使柱杆32进入空间55内并接触承座件59的承座面60。同时地，该第二锁扣装置54的下端面62克服弹簧44的弹力推动套筒42，直至释放凹进50对着各自的锁合球46。在这个位置，套筒42不再压迫锁合球46进入锁合凹进48内，这样，插入件26就从测井套环8上解开了。同时地，制动爪56接合在柱杆32的环形槽34内，并因而将插入件26锁扣在测井工具组52上。接着，穿过凹进部分20进一步地降下该锁扣有插入件的测井工具组52，由此，导向件29沿边缘24a，24b在纵向上被引导并防止了其相对于测井套环8的径向移动。当密封件68位于孔23内并因而密封了该孔23时，停止降下该测井工具组52。接着，操作密度测井工具64进行测量，由此，将测量数据储存在电子存储单元内。

在完成测量后，提起测井工具组52直至插入件26进入口22中。接着进一步提升该测井工具组52，从而从环形槽34上解开制动爪56，并允许套筒42在弹簧44的作用下沿柱杆32远离插入件26滑动。从而该套筒42迫使锁合球46进入各自的锁合凹进48内，这样插入件26就被锁扣在测井套环8上并堵住了口22。

接着，再以上述方式钻一段井身并进行测量，或者如果必要的话将钻杆1收回至地面。

除了可用泵送技术来降下测井工具组外，还可利用测井电缆或者测井电缆与泵送技术的结合来降下测井工具组。提升测井工具组可通过测井电缆、通过逆向泵送(即，将流体自钻杆与井身壁/外壳之间的环形空隙泵送至该钻杆内)，或者通过两者的结合来完成。

将测井工具组收回至地面后，以及将其内容纳有测井工具组的钻杆收回至地面后，或者在测井工具组仍位于井下时通过使用适当的信号传输装置自电子存储单元传输测量数据，就可以取出储存在电子存储单元里的测量数据。

Claims (15)

1.一种用来钻探和测量井身的系统，所述井身形成在地层内，所述系统包括一钻杆，该钻杆具有：一个沿其纵向延伸的外部凹进部分；一条流体通道，用于使钻井液自所述钻杆的上端流至其下端；以及一口，该口在所述流体通道与所述凹进部分之间提供流体连通；所述系统还包括：一测井工具组，该测井工具组可穿过所述流体通道并经由所述口自所述流体通道进入所述凹进部分内；以及一可移动的封闭件，所述封闭件适合于选择性地封闭所述口。

2.根据权利要求1所述的一种系统，其特征在于：所述测井工具组具有连接装置，用于选择性地将该测井工具组连接到所述封闭件上。

3.根据权利要求2所述的一种系统，其特征在于：所述连接装置形成第二连接装置，并且所述封闭件具有第一连接装置，用于选择性地将该封闭件连接到所述钻杆上。

4.根据权利要求3所述的一种系统，其特征在于：所述第一连接装置包括第一锁扣装置，用于将所述封闭件锁扣到所述钻杆上。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的一种系统，其特征在于：所述连接装置包括第二锁扣装置，用于将所述测井工具组锁扣到所述封闭件上。

6.根据从属于权利要求4时的权利要求5所述的一种系统，其特征在于：设置所述第一和第二锁扣装置，以使得所述测井工具组一被锁扣在所述封闭件上，就可以从所述钻杆上解开所述封闭件。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的一种系统，其特征在于：所述钻杆具有导向装置，用来沿所述凹进部分在其纵向上引导所述封闭件。

8.根据权利要求7所述的一种系统，其特征在于：所述导向装置包括一对沿所述钻杆的纵向延伸的基本平行的边缘，每个边缘在所述钻杆的外表面与所述凹进部分之间形成一过渡。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种系统，其特征在于：所述测井工具组包括至少一个测井工具，以及一插塞件，该插塞件设置用来当每个所述测井工具从所述通道经由所述口进入所述凹进部分内时封闭所述口。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种系统，其特征在于：所述钻杆包括一测井套环，所述凹进部分形成在该测井套环内。

11.根据权利要求10所述的一种系统，其特征在于：所述测井套环具有一管道，用于使钻井液自所述通道经由该管道流至所述钻杆的下端。

12.一种用于权利要求1-11中任一项所述系统使用的测井工具组。

13.一种用于权利要求1-11中任一项所述系统使用的钻杆。

14.一种用于权利要求10或11所述系统使用的测井套环。

15.一种参照附图基本如上文所述的系统。

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