CN1873186B - 用于导电并有电阻的钻探液体的钻孔成像系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于探入地层的井筒的钻孔成像工具，包括与环铰连的衬垫、由衬垫承载的传感器阵列和连接在衬垫与环之间以把衬垫延伸向井筒壁的推动装置。该成像工具与油基和水基钻孔液体均兼容。
Description
相关申请
本申请要求2005年4月29日申请的申请号为60/676,372的美国临时专利申请的优先权。
技术领域
本发明总体上涉及钻孔成像并且更具体涉及一种用于与既导电又有电阻的钻探液体相容的成像方法和工具。
背景技术
迄今为止，用于钻孔成像的工具已经被详细地设计以用于水基泥或油基泥。这些先前技术的成像工具特别受限于用于导电并有电阻的钻孔液体不同的间隙要求。
因此需要一种可用于导电或有电阻的钻孔液体的钻孔成像系统。进一步需要用于在钻探同时钻孔成像的可用于导电并有电阻的钻孔液体的工具。
发明内容
提供一钻孔成像工具以在井筒钻地成形中使用。成像工具的一个实施例包括与环铰接的衬垫、由所述衬垫支撑的传感器阵列以及连接在所述衬垫和所述环之间以向井筒壁延伸所述衬垫的推动装置。
一种在进行钻探时对钻孔成像的方法。该方法的一个实施例包括如下步骤：把成像工具定位在钻孔中，具备衬底的成像工具与一个环在轴点铰接，并与所述衬底支撑的传感器阵列连接；在操作中维持所述衬底一个0.5厘米左右的间隙并在钻探钻孔时成像。
前文已经介绍了本发明的特征和技术优势以使接下来对本发明的详细描述更好理解。构成本发明权利要求主题的其它特征和优势将在下文进行描述。
附图说明
本发明前述的及其它特征和方面参照对本发明具体实施例的下列详细描绘结合附图理解时将更易理解，其中：
图1为钻孔成像工具一个实施例的示意图；
图2A-2B分别为传感器衬垫装置一个实施例的后视图和侧视图；
图3为从传感器衬垫位于收缩位置中的成像工具实施例的下方的截面端视图；
图4为对图3实施例下方的视图，表示的是处于延伸位置的传感器衬底；
图5为成像工具下方的端视图，表示的是衬底推动装置的另一个实施例；
图6为从钻孔中心的成像工具一个实施例下方的端视图；
图7为从钻孔偏心的成像工具下方的端视图；
图8为从钻孔偏心的成像工具下方的端视图；
图9A为具备EMD传感器阵列的传感器衬垫实施例的正视图；
图9B为从图9A中传感器衬垫边沿的横截面图；
图9C为图9A中传感器衬垫经天线的横截面图；
图10A为具备内传感器电子设备的传感器衬垫实施例的正视图；
图10B为从图10A中传感器衬垫边沿的横截面图；
图10C为图10A中传感器衬垫经发射器的横截面图；
图10D为图10A中传感器衬垫经接收器的横截面图；
图11为具备多EMD传感器阵列的传感器衬垫另一个实施例的正视图；并且
图12为具备一个EMD传感器阵列和一个BMD传感器阵列的传感器衬垫另一个实施例的正视图。
具体实施方式
现在参考附图，其中所描绘的元件不一定按比例，并且其中相同或相似的元件在几个附图中由相同的参照数字表示。
图1为本发明的钻孔成像工具一个实施例的示意图，通常由数字10表示，并且适合于利用可导电或有电阻的钻孔液体在井中的操作。成像工具10包括环12，其具备形成孔14的内径和承载电磁传感器18的铰链衬垫16。每一个衬垫16通过臂20在轴点22和环12铰连。图示成像工具10为钻孔时记录（LWD）工具并进一步包括位于每一个衬垫下的液压活塞和旋转阀，该旋转阀把钻探液体导向所述活塞对衬垫起推进作用并对底孔装置施加一转向力。
成像工具10使传感器18维持在距围绕钻孔的构造大约0.2英寸（大约0.5厘米）并且更具体的大约0.1英寸（0.254厘米）或更少的范围内。因此，成像工具10可在具备有电阻的或导电的钻探液体的井中运行。成像工具10可进一步包括一个对中器或稳定器24以便于把工具10必要地维持在钻孔的中心。
尽管环12为描述起见而说成是延长的管状单元，要注意到环12可以是连接到底孔装置或管状接头的结构。要进一步注意到，稳定器24不一定如图示的连接到环12，但可以作为成像工具10的一部分与环12操作配合。
图2A和2B为图1实施例的衬垫16装置的示意图。线缆26从传感器电子设备（未图示）开始经中空铰链28连接到传感器，其表示为发射器“T”和接受器“R”。当铰链28旋转以延伸或压缩衬垫16时，电缆26可能扭曲。因此，电缆26必须足够长，以便电缆26上的扭矩分散而张力仍保持在弹性状况中。可能理想的是传感器电子设备布置在衬垫16中（图10C）。
现在参考图3和4，描绘的是成像工具10一个实施例的连接操作。成像工具10包括用于延伸或压缩衬垫16的推动装置30。推动装置30和衬垫16的铰接由钻机泥泵（未示出）与钻孔14和井筒或环12的外径44之间的压力差进行液压操作。推动装置30，在描绘的实施例中，包括第一液压塞32、第二塞34和偏置装置36。推动装置30布置在管道38中从而第一液压塞32与钻孔14压力相连，第二塞34与衬垫16操作相连。第一液压塞32和第二液压塞34由偏置装置36互连，表示为弹簧。
当钻机泥泵关闭时，井筒中或环12外径44的压力与钻孔14中的压力基本相当。随着钻机泥泵的关闭，衬垫16倾向环12的窗40中的压缩位置（图3）。衬垫16可由如弹簧（未表示）的压缩机制或通过与钻孔壁的临时接触推进窗40中。
当钻机泥泵开启时，钻孔14和环12外径44之间的压力差施加在第一液压塞32上推动衬垫16由环12向外朝向钻孔壁。衬垫16的延伸受到接触窗40中环12外径44的锥形端或接触钻孔壁的限制。偏置装置36承载并维持延伸的衬垫16并与钻孔壁接触和补偿压力差的波动。偏置装置36进一步减少衬垫16相对于和第一液压塞32的刚性连接施加到钻孔壁的总力，从而减小衬垫16的磨损。
相似的，分离的液压系统可放置在成像工具10上从而推动装置30可不直接使用泥（即所述泥不是与塞32相关的液压液体）而进行操作。分离的液压系统可启动，例如，由来自表面的命令或来自处理器下向井眼的命令。
图5为表示另一个推动装置30实施例的成像工具10的端视图。该实施例中，推动装置30机械操作并包括偏置装置36和第二塞34。推动装置30布置在由环12形成的腔45中并与衬垫16运行相关。可替代的是，扭转弹簧可设置在紧接铰链以提供推进偏置装置。
参照图6到8，显示了成像工具10在钻孔46中的各种位置。在图6到8的实施例中，钻孔46为以直径8.5英寸（21.6厘米）的孔、环12具备7英寸（17.8厘米）的直径而且衬垫16具备3英寸（7.6厘米）的厚度。在图6中，成像工具10基本处于钻孔46的中心，而且衬垫16延长并与所述壁运行相关。在运行联系中，传感器18（图1）维持在距壁48大约0.2英寸（0.5厘米）或更少。优选的，所述间隙维持在大约0.1英寸（0.24厘米）或更少。
在图7中，衬垫16相对于图6的描述距井筒46的壁48近0.6英寸（1.5厘米）。在该实施例中，环12、邻近衬垫16和壁48之间的间隙为大约0.15英寸（0.4厘米）。在图8中，衬垫16相对于图6中的描述距壁48远0.6英寸（1.5厘米）。在该实施例中，环12、邻近衬垫16和壁48之间的间隙为大约1.35英寸（3.4厘米）。
在图6到8的实施例中，衬垫16的面与地层保持非常近的接触，而且传感器18（图1）与所述地层运行相关。然而，要注意到，由于井筒46中的空间限制以及同样的成像工具10的空间限制，衬垫16可从环12延伸的半径距离受到限制。通过把轴点22定位成半径与衬垫16成大约90度，衬垫16的半径延伸可以最大化。
按照本发明，可采用各种传感器18阵列。电磁传播传感器的实施例包括端射磁场偶极（EMD）、侧面磁场偶极（BMD）传感器、交叉-偶极传感器、多重传感器阵列和混合阵列。端射阵列包括对发射器T和接收器R的安排，其中偶极沿成像工具10的轴定位。侧面阵列包括对发射器T和接收器R的安排，其中偶极定位为垂直于成像工具18的轴。进一步的细节可在美国专利No.4,689,572和4,704,581中找到。
参照图9A、9B和9C，描述了承载EMD阵列的衬垫16的实施例。在描绘的实施例中的衬垫16大约20厘米长、8厘米宽和3厘米深。衬垫16的面50弯曲成与钻孔直径匹配并且可建造成硬质焊敷层或磨损板。开口52形成在天线“T”和“R”的磨损板中。天线可稍微凹陷而低于磨损板的外表面。在该实施例中,接收器和发射器电子设备布置在衬垫16的外围，并通过共轴线缆26和天线连接。
图10A到10C描述了另一个包括发射器电子设备54和接收器电子设备56的传感器18阵列的传感器衬垫16的实施例。电子设备54和56可包括发射器放大器和开关、接收器前置放大器和开关，而不具备限制振荡器。把电子电路54和56组合在衬垫16中可去除对长共轴线缆的需要。
图11描述了具备双EMD传感器18阵列的传感器衬垫16的实施例。一个额外的发射器T3和两个额外的接收器R3、R4连接到衬垫16。接收器R1和R2之间的相变和衰减借助发射器T1和T2采用常规的钻孔补偿处理技术进行测量。相似的，接收器R3和R4之间的相变和衰减借助发射器T2和T3测量。该实施例的优点在于用R1和R2的测量在成像工具移动一个与两个测量点间隙（例如10.5厘米）相等的距离时应当与用R3和R4进行的测量相同。这两套测量然后可用于推断穿过的速率并因此用于获取相对深度更好的测量。
图12描述的是本发明传感器衬垫16的另一个实施例。该实施例中，衬垫16包括端射磁场偶极阵列18a和一个侧面磁场偶极阵列18b。两个阵列具备相同的轴向测量点，但方位的替代。由于成像工具旋转，相同方位的EMD和BMD测量可联合起来用于地层特征的共同倒转。EMD和BMD数据的共同倒转可用于减少间隙效果并改善图像质量。
由前述的本发明的具体实施例的详细描述，明显的，已揭示新颖的用于导电并有电阻的井筒液体操作的钻孔成像系统。尽管本发明的具体实施例在这里已经详细描述，其只是为了描述本发明的各种特征和方面，而不是用于限定本发明的范围。可预料到可进行各种置换、变更和/或更改，包括但不限于那些这里已经暗示的应用变化，来揭示实施例而不偏离由随后附加的权利要求所定义的本发明的范围。
Claims (25)
1.一种用于探入地层的井筒的钻孔时钻孔成像工具，该工具包括：
钻环；
与所述钻环铰连的衬垫；
由所述衬垫承载的一个或多个传感器；以及
连接在所述衬垫和所述钻环之间的推动装置，所述推动装置包括经钻环而形成的管路及布置在与经所述钻环的内孔压力相关的所述管路中的第一活塞；推动装置及衬垫的铰接由钻机泥泵及内孔与井筒或钻环的外径之间的压力差进行液压操作。
2.如权利要求1所述的工具，其中一个或多个传感器包括至少一个端射磁偶极天线阵列、一个侧面磁偶极天线阵列、或两者的组合。
3.如权利要求1所述的工具，其中所述推动装置包括一种弹簧。
4.如权利要求1所述的工具，其中所述衬垫维持在距井筒壁距离少于0.5厘米。
5.如权利要求1所述的工具，其中所述衬垫与所述钻环在一个轴点铰连，所述轴点定位成从所述衬垫围绕钻环大约90度的位置。
6.如权利要求1所述的工具，其中推动装置为一液压机构。
7.如权利要求1所述的工具，其中推动装置由一个命令启动。
8.如权利要求1所述的工具，其中推动装置包括：
与所述衬垫运行相连的第二活塞；和
相互连接所述第一活塞和所述第二活塞的偏置装置。
9.如权利要求1所述的工具，进一步包括与所述钻环运行相关的稳定器。
10.如权利要求1所述的工具，进一步包括经过所述衬垫铰连的线路。
11.如权利要求1所述的工具，进一步包括布置在所述衬垫中的电子装置。
12.如权利要求1所述的工具，其中通过中空铰链将所述衬垫可移动地连接到所述钻环；所述一个或多个传感器电连接到经过所述中空的铰链的电线。
13.如权利要求11所述的工具，其中所述电子装置包括发射器放大器和发射器开关、接收器前置放大器和接收器开关。
14.一种用于在钻孔时钻孔成像并且既与导电的又与有电阻的钻液兼容的工具，包括：
一个钻环；
一个与所述钻环铰连的衬垫；
至少一个由所述衬垫承载的天线；和
连接在所述衬垫和所述钻环之间的推动装置，所述推动装置包括经钻环而形成的管路及布置在与经所述钻环的内孔压力相关的所述管路中的第一活塞；推动装置及衬垫的铰接由钻机泥泵及内孔与井筒或钻环的外径之间的压力差进行液压操作。
15.如权利要求14所述的工具，进一步包括设置在所述衬垫中的电子装置。
16.如权利要求14所述的工具，其中至少一个天线包括至少一个端射磁偶极天线的阵列、一个侧面磁偶极天线的阵列、或者两者的联合。
17.如权利要求14所述的工具，其中所述衬垫在一个轴点与所述钻环铰连，所述轴点定位成从所述衬垫围绕所述钻环大约90度。
18.如权利要求14所述的工具，其中推动装置为一液压机构。
19.如权利要求14所述的工具，其中推动装置由一个命令启动。
20.如权利要求14所述的工具，其中推动装置包括：
与所述衬垫运行相连的第二活塞；和
相互连接所述第一活塞和所述第二活塞的偏置装置。
21.如权利要求14所述的工具，进一步包括经过所述衬垫铰连的线路。
22.如权利要求14所述的工具，其中推动装置包括一弹簧。
23.一种在钻孔时对钻孔成像的方法，该方法包括：
把成像工具布置在所述钻孔中，所述成像工具包括一个在轴点与钻环铰连的衬垫、连接在所述衬垫和所述钻环之间的推动装置和由所述衬垫承载的一个或多个传感器，其中所述推动装置包括经钻环而形成的管路及布置在与经所述钻环的内孔压力相关的所述管路中的第一活塞；推动装置及衬垫的铰接由钻机泥泵及内孔与井筒或钻环的外径之间的压力差进行液压操作；
操作中把所述衬垫相对于所述钻孔的壁维持在一个0.5厘米或更少的间隙；
在维持时进行测量；以及
采用所述测量来形成一个钻孔图形。
24.如权利要求23所述的方法，其中一个或多个传感器包括至少一个端射磁偶极天线阵列、一个侧面磁偶极天线阵列、或两者的联合。
25.如权利要求23所述的方法，进一步包括指令所述推动装置启动。
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