专利名称：具有可更换模块的子装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及用于评价由钻井横穿过的地层的装置和方法，尤其涉及一种具有模块测试元件的测试装置以及在地层评价操作中使用模块化测试装置的方法。
背景技术：
在石油天然气领域要使用地层测试工具，来沿着钻井眼监测地层压力，从钻井获得地层流体试样以及预测井周储量情况。这种地层测试工具通常保护一个细长主体，该主体具有一个被密封地挤靠在钻井眼中理想地域上的弹性封隔器，以便在工具的流体接纳腔内收集地层流体试样。
目前井下多次地层测试仪器已经具有了可伸缩的取样探头，用于在理想地层接合井筒壁，以便从中取出流体试样并测试压力。在这种井下仪器中，通常要提供一个内部活塞，用于通过液压或电力往复运动以便在接合井筒壁后增加仪器内流体接纳腔的内部容积。这种动作减小了仪器地层分界面处的压力，从而会导致流体从地层流入仪器的流体接纳腔内。
在钻孔过程中，钻井液“泥浆”用来促进钻井操作并使井眼中的压力大于井周地层的流体压力。这一点在钻探到压力异常高的地层时相当重要如果井眼内的流体压力下降到地层压力之下，就会有井喷的危险。由于钻井液所导致压差的结果，钻井液会穿过或侵入地层中，并根据地层的类型和所使用的钻井液改变径向深度(即通常指侵入带)。这种地层测试工具从所需的地层或理想地域收回地层液体，测试所收回的液体，以便确保所收回的液体基本不含有泥浆滤液，并将这些流体收集在该工具相关的一个或多个腔室中。所收集的流体被带到地表并被分析，以便确定所述流体的性能以及该流体来自的区域或地层的情况。
所有这些测试器的一个共同特征是有一个流体取样探头。这可以由一种被机械压迫在井眼附近的地层上的、耐用的橡胶衬垫所构成，该衬垫被压得足够紧，以便能形成一个液压密封。该衬垫具有一个通常由一个内部金属管(通常称为“探头”)所支撑的开口。该探头用来与地层接触，并连接至一个试样腔室，该腔室随后连接至一个泵，该泵可操作地减小所携带探头处的压力。当该探头处的压力下降到地层流体的压力时，地层流体会通过探头被带入井眼，在取样前冲走侵入的流体。在一些现有技术的仪器中，流体辨认传感器确定何时探头的流体基本由地层流体构成，随后由阀、管、试样腔室和泵构成的系统使得重新获得一种或多种在从井眼取回取样装置时可被收回并进行分析的流体成为可能。
发明内容
本发明提供了一种针对钻孔和其它井下作业的传统工具所存在缺陷的模块化钻井工具和方法。
本发明的一方面涉及一种在钻入地层的井眼中使用的装置。该装置包括一个设置在所述井眼中的工作管柱。该工作管柱包括至少一个模块主体部分，该模块主体部分具有至少一个容器。在上述至少一个容器中设有一个模块化工具，用于执行钻井操作。
该模块化工具可以是用于钻探井眼的钻具，也可以是用于测试井周地层的工具，或者该模块化工具是上述工具的组合。例如，本发明在一方面提供了一种模块化转向肋条。该模块化肋条同样可以包括用于取样和测试地层流体的模块元件。
本发明的一方面涉及一种钻井方法。该方法包括将一个或多个模块化工具联接至工作管柱上的容器内，并将该管柱送入井眼中。该工作管柱随后用来进行钻井操作。
另一方面，本发明提供了一种包括被送入井眼内的工作管柱的系统。一个子模块联接至上述工作管柱，该子模块包括至少一个容器。一个模块化工具在上述至少一个容器内可分离地联接至上述子模块。一个控制器设置在地表，用于控制上述钻具。
附图描述为详细介绍本发明，以下参照附图以实施例的形式对本发明加以描述，其中相同的元件将用相同的标号表示，附图包括
图1是根据本发明一个实施例、包括一个子模块的钻井系统的正视图；图2示出适于用在图1中钻井系统中的本发明的一个模块化MWD；图3示出根据本发明的一个可伸缩探测模块的横截面图；图4是一个适于接纳固定的模块化元件的钻杆的横截面图；图5示出本发明的一个实施例，其中子模块包括一个可伸缩的模块化肋条；以及图6是根据本发明另一实施例的模块化绳缆工具(wirelinetool)。
具体实施例方式
图1示出根据本发明的测量兼钻井(MWD)设备中的一种钻井系统100的正视图。一个传统的井架102支撑着一个钻柱104，该钻柱可以是一个盘管或钻杆。所述钻柱104在其远端携带着一个底孔组件(BHA)106和一个钻头108，用于穿过地表岩层钻探井眼110。
钻井操作包括从泥浆池122泵压钻井液或“泥浆”，以及使用循环系统124，以便使泥浆通过钻柱104的一个内孔循环。泥浆在钻头108处离开钻柱104并通过钻柱104与井眼110内壁之间的环形空间返回地面。这些钻井液被设计成能提供一个大于地层压力的静水压力，从而可防止井喷所述。所述高压钻井液同样驱动一个钻井发动机并为钻柱的各个元件提供润滑。
根据本发明的子模块114和116根据需要沿着钻柱104定位。如图所示，子模块116可以包括在上述底孔组件(BHA)106内，成为其一部分。每个子模块包括一个或多个模块元件118。这些模块元件118最好适于在钻井操作过程中提供地层测试(FTWD)和/或提供钻井参数有关的作用。所希望的是，钻井操作包括适于获得例如与地层、地层流体、钻井液、钻井操作及其所需组合等有关的所关心的参数。为获得所关心参数而进行测量的特征可以包括压力、流速、抵抗性(电阻率)、电介质、温度、光学特征、钻具方位、钻具倾斜度、钻头旋转、钻压等。这些特征是由井下的一个处理器(未示出)来处理，以便获得所需的参数。参数的指示信号会通过设置在底孔组件(BHA)106内或钻柱114的其它适宜位置处的模块化发送机112，沿井孔向上被遥测到地面。这些信号将在井下被储存在一个合适的数据存储装置中并且也可以被处理以及在井下使用进行地质导向。
图2示出适于用在图1中钻井系统中的本发明的一个子模块MWD。该子模块MWD或简称为子模块200包括一个子模块主体201以及一个或多个形成在所述子模块主体201中的容器202a-c。该术语“容器”在此被限定为形成在结构中用于接纳一个装置的任何凹槽、开口或沟槽。每个容器202a-c适于接纳一个模块化工具元件。术语模块化工具元件在此被限定为一种适于相对上述容器连接和分离的装置。图2示出一个位于探测模块容器202a中并连接至子模块200的探测模块204。一个位于泵模块容器202b中的泵模块206连接至子模块200，一个位于测试模块容器202c中的测试模块208连接至子模块200。所示的每个模块都为MWD测试和/或钻井控制提供一种所需的功能。
利用传统的材料和技术制造子模块200，以便使子模块200适于例如上述如图1所示钻柱104的钻柱。所示的子模块200包括螺纹连接部分224和226，用于将子模块200接合至钻柱114。子模块主体201最好为钢制或其它示意的金属，以便用于井下环境。
探测模块204包括一个可伸缩的探头210和一个接合至上述伸缩探头210一端的密封垫212。所述探测模块具有一个连接件228，可使探测模块204快速连接进相应的探测模块容器202a中或快速从其中脱离。子模块主体201包括一个与连接件228相适应的连接件230。所述连接件228和230可以是允许探测模块204快速插入子模块主体201内的探测模块204或从其中快速脱离的任何合适的连接件。这些连接件可以是螺纹连接件、插入式连接件或其它合适的连接件。
上述探测模块可操作地连接到泵模块206上。在模块204和206安装在其相应的容器202a和202b时，完成探测模块204和泵模块206的联接。在此根据这些元件的操作原理决定连接机构。在一个实施例中，可伸缩的探测模块204在液压下被操作并通过在子模块主体201中具有预定路线的流体管路(未示出)连接至泵模块206。在另一个实施例中，可伸缩的探测模块204被电力操作并通过在子模块主体201中具有预定路线的导电体(未示出)连接至泵模块206。理解了以上实施例的本领域技术人员同样能理解到其它的替代实施例，例如探测模块204可利用电力/液压的组合装置来操作。这样，所述连接件228和230将同时包括电和液压连接。这种装置无需再进一步阐述。
利用任何适宜的连接装置或粘合剂将密封垫212结合至可伸缩探头210的一个远端。所述密封垫212最好是一种强聚合材料，以便在可伸缩探头210伸出时，密封一部分井眼壁，同时能抵抗由井下磨蚀性环境所带来的磨损。所述密封垫212可以用任何公知的密封垫材料制成。
在图2所示的实施例中，泵模块206如上所述连接至探测模块204。该泵模块206可操作地使可伸缩探头210伸出和缩回，并从相邻的一个地层(未示出)中抽出或吸出地层流体。所示的泵模块包括一个连接至一个泵216的发动机214。该发动机214和泵216可以是任何传统的、适合于本发明中与子模块200的模块化分界面的发动机和泵。连接件232和234用于可拆卸地将泵模块206安装进泵模块容器202b。所述连接件232和234可以是任何能为泵模块206提供可分离的机械、液压和/或电连接的传统连接件。所选择的特定泵模块将决定所需的连接件。例如，泵模块可以是由电动机驱动的球形螺杆泵(ball-screw pump)。连接件232、234就无需在功能上或机械性能上彼此相同。例如一个连接件232可以是用于将电力供应至泵模块206的电插头式连接件(如图示出)；而连接件234(如图示出)可以是快速脱开式流体连接件，用于将泵216连接至导入探测模块204的流体管路(未示出)。
继续图2的实施例，在测试模块容器202c中的测试模块208利用合适的连接件236、238，可脱离地连接至子模块主体201。该连接件236、238可以是任何能为测试模块208提供可分离的机械、液压和/或电连接的适合连接件。与上述泵模块及其相关连接件一样，所选择的特定测试模块将决定所需的连接件。同样地，连接件236、238就无需在功能上或机械性能上彼此相同。例如一个连接件236可以是用于将电力供应至测试模块208的电插头式连接件(如图示出)；而连接件238(如图示出)可以是快速脱开式流体连接件，用于将测试模块208连接至导入探测模块204的流体管路(未示出)。
如图所示，测试模块208包括一个发动机220和一个流体取样装置222。该流体取样装置222最好是一个由发动机220操作的往复式活塞。可替换地，该流体取样装置222可以是一个由发动机驱动的泵，其中所述发动机可以是由电力或泥浆驱动的发动机。可替换的是，所述流体取样装置可以是一个由定量阀操作的液压活塞。一旦起动取样装置后，就会产生压差，该压差用来驱使流体进入该装置。测试模块208与探测模块204可操作地相关联，以便确定穿过探头被接收的地层流体的一个或多个所关心的参数。这些所关心的参数可以是流体压力、温度、抵抗性(电阻率)、电容、流动性、可压缩性和流体成分中的任意组合。该测试模块包括一个或多个用于检测这些所关心参数的指示信号的合适传感器218。例如，测试模块可以包括任意数量的公知压力传感器、电阻率传感器、热传感器、声波传感器、伽马(γ)传感器、核磁共振(NMR)传感器、以及或者任何可用于钻井或地层评价操作的传感器装置。可替代的是，所述传感器可以设置在探测模块内部，并使传感器输出通过以预定路线设置在子模块主体内的导电体(未示出)传送到测试模块。
在操作中，通过使用流体取样装置222，进入探测模块204的地层流体将被独立地引导进设置在测试模块中的腔室240中。如上所述的一个传感器218连接至上述腔室，以便感测引入上述腔室中的地层流体的特征。一个井下处理器(未示出)适于接收传感器218的输出，并确定与所检测特征相关的所需参数。
图3示出用于本发明探测模块中、一个非常有用的探测模块。图3是一个可伸缩探测模块300的横截面图，该可伸缩探测模块300基本如上所述，但不包括上述探测模块204的衬垫元件。在图3中，探测模块300包括一个可伸缩探头体302，该探头体在其一端设有一个密封垫支架304。一个与图2中密封垫212相同的密封垫利用任何公知的连接方法，将在操作中连接到密封垫支架304。该密封垫支架304保持着密封垫212，其组合用来在可伸缩探头体302伸缩时提供与井眼壁的密封结合。一个设置在探头体302内的试样腔室308包括一个柔性膜310，以便将试样腔室308与液压油腔室312分隔开。该液压油腔室312和试样腔室308通过所述柔性膜310保持压力流通。在操作，地层流体将通过一个开口306被接收在试样腔室中。
液压油腔室312充满油或其它合适的液压流体。一个活塞314与如上所述图2中的泵模块206相联。活塞314的轴向运动将改变液压油腔室312的容积。其中远离柔性膜310的轴向运动将减小液压油腔室312内的压力，柔性膜弯曲从而会增加了试样腔室308的容积，这样就增加了试样腔室308的容积。而增加试样腔室308的容积会减小进入取样腔室308的流体压力，从而迫使地层流体进入试样腔室308，以便进行检测。
在完成取样和/或检测时，在相对的轴向方向内操作活塞314，以便清除试样腔室308的地层流体。这个操作同样通过增加试样腔室308的压力，会有助于探头302的回缩。
所示的探测模块300在探测模块容器202a中连接至子模块200。同时还示出一个合适的探头耦合件316，用于允许可分离地连接至子模块200并提供一个良好的密封。在探测模块300连接至子模块200时，标准的O形密封件318提供了压力密封。一个合适的接头320与活塞314形成整体，以便允许在探测模块300插入探测模块容器202a时实现自动连接。
图4是图2中子模块的横截面图，其中示出钻井液如何通过本发明一个实施例所示的子模块200进行循环的。如图4所示，子模块主体201包括泵模块容器202b和测试模块容器202c。为清楚起见去除了图2所示的泵模块206和检测模块208。泵模块容器202b如图所示具有一个如图2所示的插入式连接件232，用于将泵模块206连接至子模块主体201。测试模块容器202c如图所示具有一个如图2所示的插入式连接件236，用于将检测模块208连接至子模块主体201。每个模块可以装配有额外的联接件，例如所需的紧固件，以便确保相关的模块元件在操作过程中固定在子模块主体。
在钻井过程中，地层流体必须要穿过钻井系统以及子模块200循环。为使流体流过子模块200，子模块主体201具有多个流体通道400a-d，以便允许钻井液在钻井过程中流过整个长度的子模块200。各个流体通道的形状和数量可以根据需要进行选择，以便提供通过子模块200的足够流体。通道的形状和/或数量可以根据特定子模块所需的元件容器数量而改变。
本发明的另一个实施例提供了一个能接收地层流体的模块化肋条(rib)。图5示出本发明的一个实施例，其中子模块500包括一个可伸缩的模块化肋条502。所示的子模块包括一个子模块主体504，该子模块主体具有一个中央通道506，用于允许钻井液在钻井过程中穿过该子模块主体504。所述子模块主体504内成型有一个凹槽508，适于接收上述模块化肋条502。
上述模块化肋条502包括一个细长主体510，该细长主体510在一端利用一联接件512连接至子模块主体，该联接件512最好允许模块化肋条502在该联接件处枢转。所述联接件512最好是一个销型联接件，以便允许在需要时取出模块化肋条502进行维修或更换。在钻井过程中或者另外当子模块500在井眼内运动或被传递时，模块化肋条502可缩回凹槽508中。本发明的模块化肋条提供了如下两种功能的任意一种即地质导向和地层测试。其模块化肋条的延伸和缩回是根据例如处理器和位置传感器等公知方法进行控制的。使主体510延伸会对井眼壁施加一个作用力，所施加的作用力用于沿着所需的钻井路径使子模块转向。
第二个功能即地层测试无需与上述的地质导向相结合。为了完成地层测试功能，模块化肋条502包括一个设置在主体510第二端处的衬垫元件514。所述衬垫514在上述肋条处于如虚线522所示的延伸位置时提供了与井眼壁的密封接合。该衬垫514包括一个接收流体的入口516。设置在模块化肋条502中的一个泵518用于将流体压迫进上述入口516中，同样也可以用来驱使流体流出上述入口516。在一个最佳实施例中，模块化肋条主体510包括一个例如电池的供应电源(未单独示出)，用于操作上述泵。在一个最佳实施例中，模块化肋条510包括一个或多个传感器520和一个处理器(未单独示出)，用于检测进入上述入口的流体。上述处理器用于接收传感器的输出并处理该输出信息，以便确定地层和/或地层流体的所关心参数。测出的特征和所关心的参数基本上等同于如上所述相对上述图2中的检测模块的特征和参数。
在另一个实施例中，联接件512适于包括液压和/或电连接件。在联接件512的电连接件允许布线，以便将电力和数据传送到模块化肋条502以及从模块化肋条502传送出电力和数据。所述电力和数据可包括用于控制肋条内模块或模块化肋条本身的信号，以便控制钻柱。在联接件512的液压连接件允许泵518和/或模块化肋条502内其它元件的液力流通和控制。
图6是根据本发明另一实施例的模块化绳缆工具(wirelinetool)。所示的绳缆工具600根据常规实践利用一索缆604悬挂在井眼602中。该绳缆工具包括一个主体606，该主体具有若干容器608a-d，用于接纳检测模块元件。在所示的实施例中，一个可延伸的探测模块610在相应的容器608b中联接到上述主体606。所述探测模块610基本与图2所示以及上述的探测模块204相同，因此其细节不再详述。在一个相对探测模块610大致径向定位的相应容器608c中，一个推靠器(backup shoe)模块612联接到上述主体上。所述推靠器模块612包括一个或多个可延伸夹具614，该夹具与井眼壁相接合，以便提供一个反作用力，从而在探测模块610延伸时使绳缆工具600对中在井眼中。
一个控制器模块618在一个相应的控制器模块容器608a中联接至主体606。所述控制器模块包括一个用于控制容纳在主体606中的井下元件的处理器(未单独示出)。一个取样/测试模块616在一个相应的取样/测试模块容器608d中联接至主体606。取样/测试模块616可操作地与控制器模块618以及探测模块610相联，以便根据常规时间进行绳缆测试和取样。取样/测试模块616流体联接至探测模块610，这样通过探头接收的流体会被传送到试样测试模块(取样/测试模块)进行测试和/或储存。取样/测试模块616基本与图2所示以及上述的取样/测试模块相同，因此其细节不再详述。
一旦流体被接收到探测模块并被传送到取样/测试模块，诸如图2所示以及上述的各种传感器将用来感测流体的特征。所述传感器为处理器提供了输出信号，而处理器会处理接收到的输出信号，以便确定地层和/或地层流体的一个或多个所关心的参数。当然这些希望关心的参数可以是上述参数的组合。
以上如图1-6所示各种实施例所述的本发明在于一个子模块，该子模块构成可按纳预定的模块元件。该子模块转配有操作这些元件所需的连接件、线路和管路。例如，FTWD子模块可以包括一个探测模块、一个测试/取样模块和一个控制器模块。所述子模块主体包括一个具有预定路线的线路和管路，从而允许探测模块和测试/取样模块之间的流体流通，以及控制器模块和测试/取样模块之间的数据流通。上述控制器在使用一个由控制器控制的可延伸探头时可以联接至探测模块。
每个模块元件和相关的容器最好装配有相应的插头联接装置，以便使模块元件快速连接至子模块上以及使其从子模块上快速脱离。在此，术语插头联接件是指适于无需工具即可在子模块和模块元件内实现流体和/或电力联接的联接件。但该术语并不排除使用紧固件使模块元件机械固定在子模块中的可能性。
以上描述是为描述和解释而对本发明特定实施例作出的。但根据这些描述，本领域技术人员可以作出许多不偏离本发明保护范围的变型和改变。因此希望以下的权利要求书能解释为包含这些变型和改变。
权利要求
1.一种在钻入地层的井眼中使用的装置，包括一个设置在所述井眼中的工作管柱，该工作管柱包括至少一个模块主体部分，该模块主体部分具有至少一个容器；以及一个设置在上述至少一个容器中的模块化工具，用于执行钻井操作。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工作管柱是从由i)钻杆、ii)盘管、iii)绳缆组成的组中选出的。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上述模块化工具包括一个可分离地联接在上述至少一个容器中的地层测试装置。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，上述至少一个容器为多个，而地层测试装置还包括一个可分离地联接在一第一容器中的探测模块，该探测模块具有一个适于从临近上述地层测试装置的一个地层中抽取流体试样的可伸缩探头元件。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，上述地层测试装置还包括一个泵模块，该泵模块可分离地联接在一第二容器中，并且可操作地联接至上述探测模块，以便可选择地伸出和缩回上述可伸缩探头以及可选择地迫使地层流体进入上述可伸缩探头的一个入口。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，上述地层测试装置还包括一个测试模块，该测试模块可分离地联接在一第二容器中，并且可操作地联接至上述探测模块，以便测试由所述探测模块取样所得的地层流体。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，上述地层测试装置还包括一个可伸缩探头，该探头具有a)一个用于接纳地层流体的入口；b)一个设置在上述探头中、用于分隔上述入口和容纳在上述探测模块腔室内的液压流体的柔性隔离物，其中一个设置在上述工作管柱中的泵可操作用来改变上述腔室中的液压流体数量，上述液压流体数量的改变使所述柔性隔离物弯曲，由此弯曲的隔离物迫使地层流体进入上述入口。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上述模块化工具的主体包括一个或多个允许流体流过该装置的轴向流体通道。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上述模块化工具包括一个在钻井操作中地质定向的钻井控制装置。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，上述钻井控制装置包括一个可伸缩肋条，该肋条可分离地联接至位于上述至少一个容器中的工具的主体。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，上述可伸缩肋条包括一个具有至少一个用于接纳第二模块化工具的第二容器的肋条主体。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，上述第二模块化工具包括一个可分离地联接在上述至少一个第二容器中的地层测试装置。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，上述地层测试装置还包括一个联接在一第一肋条容器中的探测模块，该探测模块具有一个衬垫元件，该衬垫元件内具有一入口，用于在所述转向肋条伸出时接纳地层流体。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，上述地层测试装置还包括一个测试模块，该测试模块可分离地联接在一第二肋条容器，并且可操作地联接至上述探测模块，以便测试由所述探测模块取样所得的地层流体。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，上述探测模块还包括一个设置在上述探头中、用于分隔上述入口和容纳在上述探测模块腔室内的液压流体的柔性隔离物，其中一个泵模块可操作地改变上述腔室中的液压流体数量，上述液压流体数量的改变使所述柔性隔离物弯曲，由此弯曲的隔离物迫使地层流体进入上述入口。
16.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，上述地层测试装置还包括至少一个用于感测地层特征的传感器，所述地层特征是从包括i)压力、ii)流速、iii)电阻率、iv)电介质、v)温度和vi)光学特征所组成的组中选出的。
17.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，上述地层测试装置还包括一个用于感测地层特征的传感器，所述地层特征是从包括i)工具方位、ii)工具倾斜度、iii)钻头旋转、iv)钻压所组成的组中选出的。
18.一种在井眼中进行钻井操作的方法，包括a)将一个或多个模块化工具联接至一个工作管柱，该工作管柱包括至少一个用于可分离地接纳所述一个或多个模块化工具的容器；b)将所述工作管柱送入井眼；c)利用所述一个或多个模块化工具执行钻井操作。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述工作管柱是从包括i)钻杆、ii)盘管、iii)绳缆所组成的组中选出的。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，上述一个或多个模块化工具包括一个在一第一容器中可分离地联接至工作管柱的探测模块，该探测模块具有一个可伸缩探头元件，所述钻井操作包括利用所述探测模块从一个临近的地层中抽取流体试样。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，上述对流体取样还包括利用一个可分离地联接在工作管柱一第二容器中的泵模块，选择性地使可伸缩探头元件延伸以及迫使流体进入上述可伸缩探头的一个入口内。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，上述一个或多个模块化工具还包括一个测试模块，该测试模块在一第二容器中可分离地联接至工作管柱，并且可操作地联接至上述探测模块，所述钻井操作还包括利用所述测试模块测试取样所得的流体。
23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，上述一个或多个模块化工具还包括一个可伸缩肋条，所述钻井操作还包括利用所述可伸缩肋条控制钻井方向。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，上述可伸缩肋条包括至少一个第二容器，用于接纳上述第二模块化工具，该方法还包括使用一个可分离地连接至上述至少一个第二容器的地层测试装置，以便在钻井过程中测试井眼横穿过的地层。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，上述地层测试装置包括联接着的探测模块，该探测模块具有一个衬垫元件，该衬垫元件内具有一入口，用于在所述转向肋条伸出时接纳地层流体，所述方法还包括在钻井过程中使用处于延伸位置的上述肋条，以便从一个邻近的地层中抽取流体试样。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，上述地层测试装置还包括一个测试模块，该测试模块可分离地联接在一第二肋条容器，并且可操作地联接至上述探测模块，该方法还包括使用所述测试模块测试取样所得的地层流体。
27.一种用于进行钻井操作的系统，包括a)一个在井眼内传送的工作管柱；b)一个联接至上述工作管柱的子模块，该子模块包括至少一个容器；c)一个在上述至少一个容器内可分离地联接至上述子模块的模块化工具；和d)一个用于控制上述工具的控制器。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述工作管柱是从由i)钻杆、ii)盘管、iii)绳缆所组成的组中选出的。
29.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，上述模块化工具包括一个可分离地联接在一第一容器中的探测模块，该探测模块具有一个可伸缩探头元件，用于从一个临近所述探测模块的地层中抽取流体。
30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，还包括一个可分离地联接在第二容器中并且可操作地联接至上述探测模块的泵模块，用于选择性地伸缩所述可伸缩探头元件以及选择性地迫使地层流体进入上述可伸缩探头的一个入口内。
31.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，还包括一个测试模块，该测试模块可分离地联接在第二容器中并且可操作地联接至上述探测模块，以便通过所述测试模块测试取样所得的流体。
32.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，上述可伸缩探头包括a)一个用于接纳地层流体的入口；和b)一个设置在上述探头中、用于分隔上述入口和容纳在上述探测模块腔室内的液压流体的柔性隔离物，其中泵模块可操作用来改变上述腔室中的液压流体数量，上述液压流体数量的改变使所述柔性隔离物弯曲，由此弯曲的隔离物迫使地层流体进入上述入口。
33.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，上述子模块还包括一个或多个允许流体流过该子模块的轴向流体通道。
34.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，上述模块化工具包括一个可伸缩肋条，该肋条在上述至少一个容器中上述子模块，用于控制钻井方向。
35.根据权利要求34所述的系统，其特征在于，上述可伸缩肋条包括一个可分离地联接在一第一肋条容器中的探测模块，该探测模块具有一个衬垫元件，该衬垫元件内具有一入口，用于在所述肋条伸出时接纳地层流体。
36.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，上述可伸缩肋条还包括一个测试模块，该测试模块可分离地联接在一第二肋条容器，并且可操作地联接至上述探测模块，以便测试由所述探测模块取样所得的地层流体。
37.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，上述探测模块还包括一个设置在上述探头中、用于分隔上述入口和容纳在上述探测模块腔室内的液压流体的柔性隔离物，其中一个泵模块可操作地改变上述腔室中的液压流体数量，上述液压流体数量的改变使所述柔性隔离物弯曲，由此弯曲的隔离物迫使地层流体进入上述入口。
全文摘要
本发明涉及一种使用在钻入地层的井眼中的装置和方法。该装置包括一个设置在所述井眼中的工作管柱。该工作管柱包括至少一个模块主体部分，该模块主体部分具有至少一个容器。在上述至少一个容器中设有一个模块化工具，用于执行钻井操作。该模块化工具可以是用于钻探井眼的钻具，也可以是用于测试井周地层的工具，或者该模块化工具是上述工具的组合。例如，本发明在一方面提供了一种模块化转向肋条。该模块化肋条同样可以包括用于取样和测试地层流体的模块化元件。
文档编号E21B49/10GK1445432SQ0310722
公开日2003年10月1日 申请日期2003年3月18日 优先权日2002年3月18日
发明者沃尔克·克吕格尔, 沃尔夫冈·赫贝格, 贡纳·博特曼, 马蒂亚斯·迈斯特, 斯文·克吕格尔 申请人:贝克休斯公司