作标记的系统和方法

专利名称：作标记的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在钻井操作中对使用的容器作标记的技术。更具体地说，本发明涉及一种对钻井现场试样的容器进行鉴别和/或数据收集的技术。
背景技术：
为了确定碳氢化合物的位置和生产碳氢化合物进行钻井。把井下管道和在其端部带有钻头的工具的钻杆，通常在技术中称为钻具，向前推入地层，以形成穿透(或者目标是穿透)感兴趣的地下构造的井筒。随着钻具向前推进，通过钻具向下泵送钻井泥浆，并且把泥浆泵出钻头，以冷却钻头，并把碎屑带走，以及控制井下的压力。流出钻头的钻井泥浆通过在钻具与井筒壁之间形成的环形空间往回流动，一直到地面，并且在一个地面的地坑中对泥浆进行过滤，为的是通过钻具再循环。钻井泥浆也被用来形成一个泥饼，以给井筒加衬。
在钻井操作过程中，比如在实际的钻井暂时停止的期间，常常希望对井筒所穿透的地层进行多种评估。在某些情况下，钻具可以设有一种或多种钻井工具，用来对周围的地层进行测试和/或进行采样。在其它的情况下，可以将钻具由井筒移出(被称为一次“出井(trip)”)，并且可以将一种或多种线缆工具放入井筒中，以对地层进行评估。这样的钻井工具和线缆(或下井)工具，以及例如在盘卷的管道上输送的其它井下工具在这里也被称为“井下工具”。在对地层进行评估的过程中、包括进行采样和/或进行测试的过程中，可以采用这样的井下工具例如用来确定有价值的碳氢化合物的位置和安排碳氢化合物的生产。
地层评估常常要求把来自地层的流体样品抽入到井下工具中，为的是进行测试和/或进行采样。由井下工具伸出各种装置比如探头和/或装填器(packers)，将井筒壁的一个区域隔离起来，从而与围绕井筒的地层建立流体连通状态。随后，可以使用探头和/或装填器把流体抽入到井下工具中。在美国专利No.4860581和4936139种描述了线缆地层评估工具的示例。也使用采岩芯的工具钻取并移出地层的岩芯样品。可以将这样的岩芯样品放在套筒中。在美国专利申请No.2004/0140126中描述了采岩芯的工具和相关的套筒的示例。也可以在某些具有这样能力的钻井工具中进行地层评估，如在例如美国专利No.5803186中描述过的那样。
在钻井过程中获得的样品常常被收集在容器中。例如，抽入到井下工具中的地层流体样品被收集在样品腔室中，并且被带到地面。类似地，有时把岩芯样品包含在套筒中，当回收和运输这些样品时，保护样品的完整性。也可以在钻井现场收集其它样品比如泥浆，断裂岩层流体，等等。常常把所收集的样品送到实验室进行检验。当前，或者单个地由井下工具移出样品，并把这些样品放在手工贴标签的储存斗中，或者直接把样品运送到测试实验室，并且通过测试实验室把这些样品移出。
在许多行业中，已经发展了多种技术用于鉴别产品。在杂货店的条码标签是鉴别系统的一个示例，可以使用这些条码对容器和其中的物品作标记，并且鉴别它们。在井下工具中已经采用了作标记的系统，例如，用于由井下地层提取的岩芯样品。在美国专利No.5310013中描述了这样的系统的一个示例。
尽管在对于多种产品作标记方面有了这样的进展，仍然需要一种系统，当在钻井现场使用容器和在其中包含的试样比如样品和/或把它们运送到其它地方时，该系统能够鉴别这些容器和在其中所装的试样比如样品。希望这样的系统提供与一个容器有关的标记(或标记装置)，该容器用来收集与钻井现场有关的各种试样。还希望该系统能够提供下面特点中的一个或多个特点标记适宜于接受与容器和/或它的内容物有关的数据；阅读装置可以在现场以外，井下和/或地面的位置阅读该标记；扫描仪能够把数据记录到该标记上；以及，一个处理器适宜于处理与该标记有关的数据。

发明内容
在至少一个方面，本发明涉及一种用于钻井现场样品的作标记的系统。该系统包括至少一个用来收集钻井现场样品的容器，至少一个施加到该容器上的标记(或标记装置)，以及适宜于阅读该标记的扫描仪。该标记有与它相关的鉴别装置。
在另一方面，本发明涉及一种处理用于钻井现场样品的井下数据的方法。该方法包括产生至少一个用于至少一个容器的标记，把关于该容器的背景数据上载到该标记上，把钻井现场样品收集在该至少一个容器中，并且，把数据下载到地面计算机中。
可以由所提供的描述了解本发明的其它方面。


这样，可以详细地理解本发明的上面提到的特点和优点，通过参考在附图中说明的它的实施例可以对上面简短地概述的本发明作更具体的描述。然而，要注意到，附图仅只说明本发明的典型实施例，因此不应该认为它们限制本发明的范围，因为本发明可以包括其它同样有效的实施例。
图1是一个钻机的示意图，该钻机有向前推进进入地层的井下工具，以形成一个井筒；图2A是用来收集井下工具中的流体样品的一个容器；图2B是用来收集在钻井现场的试样的一个容器；图2C是用来装放由井下工具提取的岩芯样品的一个容器；图3是一组容器的示意图，这组容器有加在其上的标记；图4是一个扫描仪的示意图，该扫描仪的位置邻近图2A的样品腔室以及图5是对井下工具的一个容器作标记的方法的流程图。
具体实施例方式
在上面说明的附图中示出了本发明的当前优选实施例，并且在下面将详细地描述这些实施例。在描述优选实施例时，使用相似或相同的附图标记表示相同或类似的部件。附图不一定是按照尺寸的，可能以夸大的尺寸示出了某些结构和附图中的某些部分，或者，为了清楚和简明，这些附图和这些部分是示意性的。
现在参见图1，该图示出了一个钻井系统100。该钻井系统包括一个钻机102，它有延伸进入井孔106中的井下工具104。该井下工具是一种线缆工具，它设有用来进行井下操作比如取岩芯，进行测试和进行采样的多种部件或模件。例如，示出的一个探头108和双装填器110用来在井下工具与井筒和泥饼之间建立流体连通。在美国专利No.4860581和4936139中描述了采用探头和/或装填器进行钻井操作比如进行采样和进行测试的技术。为了进行井下操作可以使用其它的井下工具，比如进行钻井的工具，盘卷管道的工具和完井工具。
图1的井下工具也设有一个侧壁取岩芯的工具112，把它向前推入井筒的侧壁114中以提取地层的岩芯样品。在美国专利申请No.2004/0140126中描述了采岩芯的技术的示例。
典型地把井下工具所收集的样品储存在腔室116中。例如，把流体样品抽吸到样品腔室中或者样品瓶子中，当将工具收回到地面上时，将这些腔室或瓶子移出。类似地，采用一种取岩芯的工具钻出岩芯样品，该取岩芯的工具其中有一个套筒118。把岩芯样品和围绕它的套筒转移到一个储存斗120中，并且当将工具收回到地面上时，将它们移出。
井下工具有时也收集其它井筒流体的样品，比如井筒泥浆或断裂岩层的流体(fracturing fluids)。例如，可以直接由井筒，由井下工具，或者由泥浆地坑122收集泥浆。可以将这些样品收集在多个容器中。
图2A-2C示出了用来收集试样比如样品的带有标记206(a，b，c)的各种容器200(a，b，c)。图2A示出了可放置在井下工具比如图1的工具中的容器200a，用来收集流体样品。图2A的样品腔室典型地有一个内部的活塞202，用来增加腔室中的腔204的压力。典型地把该样品腔室插进井下工具中，并且放入钻井中。把样品收集在该腔室中，并且带回到地面。随后将这些腔室移出，并且在钻井现场或者在离开现场的实验室进行检查。
图2A的样品腔室最好设有一个标记206a，该标记包括关于容器和/或其中所包含的样品的信息。例如，可以使该容器适宜于鉴别样品腔室。如在图2A中所示，把标记嵌入样品腔室中。可选地，如下面将描述的那样，标记可以是可阅读的。另外，标记可以为适宜于添加附加信息的那种类型的标记。
图2B为另一种容器200b，可以使用它收集试样，比如样品，部件，或者任何其它钻井内的物品。图2B最好设有加到容器上的标记206b。如在图2B中所示，该标记为一系列相对容器设置的凹槽。可以把这些凹槽刻蚀在容器上，或者把凹槽加到容器上。替代地，可以把容器做成由容器形成凹槽。最好这些凹槽的位置确定成使得它们是可阅读的。
图2C示出了用来装放岩芯样品208的容器200c。图2C的容器最好是一个管状的套筒，它包围着岩芯样品，并且保护岩芯样品不受到损坏。典型地，在取岩芯的过程中把岩芯样品取到岩芯套筒中，并且将岩芯样品与岩芯套筒一起运送到一个储存斗(即图1中的120)中。图2C的容器最好设有标记206c，该标记是施加到容器上的一个标签。可以将该标记施加在任何位置。加标记的方式最好使得它是可以阅读的。在某些情况下，可将标记设置成保护它不受到钻井操作的损坏。
图3示出了一个容器200c的组300，这些容器200c带有施加到其上的标记200d。图3的容器是岩芯套筒，比如在图2C中所示的那类套筒。这一组容器包括多个岩芯套筒，把这些套筒连接起来为的是在井下工具中使用。在插进井下工具中之前或者在操作的过程中可以把这些岩芯套筒分开。
容器200c可以是预先包装起来的容器组，也许在一个盒式储存器(cartridge)中运输，该盒式储存器可以卡扣在工具中，而不用处理个别的容器。可以与盒式储存器一起运输样品，而不需要另外的处理。可以把一个或多个标记施加到在预先包装起来的组中的一个或多个容器上。在图3中所示的标记200d是切割在容器上的刻痕。典型地可以把这种标记刻蚀，雕刻，或者冲压到容器上，例如施加到侧壁或者底部上。最好将标记的位置确定成使得可以容易地把它们施加上和/或可以容易地阅读。多个标记提供一个系统，用来为一系列容器比如所示出的岩芯套筒进行编目。也可以把其它的容器比如图2A-2B的容器连接起来，收集在多个组中，或者把它们在多个组中进行分组。
在图2A-2C和3中所示的容器中的每个容器设有某种形式的标记。可以使用这些标记用于鉴别，编目，数据获取，通讯和/或其它目的。在某些情况下，可以把多个样品放在一单个容器中。输入数据使得鉴别多个内容物是可能的。替代地，可以把一种类型或多种类型的一个或多个标记施加到一个容器上或者施加到一组容器上。
可以使用多种标记。如在图2A中所示，标记200a是嵌在样品腔室中的一个RFID标签或者芯片。如在图2B中所示，标记是在容器上的一系列实体的凹槽或突起，这些凹槽或突起可以用做机械开关的二进制的显示器。如在图2C中所示，标记是施加到容器上的一个ID标签，比如条码或磁条。如在图3中所示，标记是直接刻蚀到容器上的刻痕。可以把这些和其它的鉴别标记中的一个或多个标记使用在多种容器上。这些标记例如可以是设置在容器上的一系列数字或者其它的识别装置。标记可以位于容器上的任何位置，比如在容器的内部或者在容器的外部。
现在参见图4，最好设置一个扫描仪400，以阅读给定的标记和/或写到给定的标记上，比如在图2A-2C和3中所示的那些标记。该扫描仪可以是可邻近容器和标记设置的独立的装置。如图所示，该扫描仪是邻近容器200c设置的一台独立的激光扫描仪，以阅读条码206c。该扫描仪可以设置在现场，或者现场以外，井上和/或井下。该扫描仪也最好适宜于由标记扫描出数据，而不需要由井下工具移出容器和/或标记。
在操作关系上可选地把扫描仪连接到井下工具上，最好在邻近容器的一个位置连接到井下工具上。可以将扫描仪设置在工具中，直接与井下工具中的样品接触。在这个实施方案中，工具可以在取样品之前，在取样品的过程中，或者在取样品之后输入标记信息。可以自动地实现这一操作，以直接输入有关具体的样品和/或钻井操作的数据。这样，标记可以包含多种有关容器，样品，井筒，地层以至更多的数据。
与各种容器联系起来可以使用多种标记。标记可以用于鉴别的目的，例如可以人工或自动阅读的一系列数字。标记也可以适宜于接受数据和/或储存数据。可以将关于容器比如位置的信息记录到标记中，并且上载到处理器。随后可以采用软件传输，处理和分析这些信息。例如，可以设想在一次运行中提取了多个岩芯样品，可以将多个分开的序列数字输入到控制计算机中，这可以自动地保存哪个岩芯被放在哪个容器中的记录。这个记录使得在取岩芯的操作过程中所取得的所有数据可以直接与岩芯样品相关联。此外，直接在标记中储存其它信息比如当井下工具测量时样品的特点、或者甚至由表面获取单元发送给井下工具的评语或说明或其它数据也是可能的。
图2A示出了嵌入外壳内的标记。在这个实施方案中，可以把一个小的射频识别(RFID)标签，磁条或芯片嵌入该外壳中的任何位置。RFID标签采用嵌入样品瓶中的电路或标签以储存信息。该标签也可以记录新的信息。在题为Radio Frequency Identification(RFID)White Paper，by Accenture(2001年11月16日)的文件中可以找到RFID技术的示例，该文件可以在下列网址找到http//www.accenture.com/xd/xd.asp？it＝enweb&xd＝services％5Ctechnology％5Cvision％5Csil_val.xml.
当采用RFID标签作为标记时，可以采用一个扫描仪比如在图4中示出的扫描仪阅读该RFID标签。用于RFID标签的扫描仪是一种可以与该标签无线通讯的装置(扫描仪和标签都可以设有天线)。这样的扫描仪适宜于在井下工具中使用。RF信号在钻井操作中可能是特别有用的，在这种情况下，穿过少量的泥浆进行扫描可能是必须的。可以与例如在个人计算机中运行的软件应用联系起来使用RFID标签，启动阅读器与标签之间的通讯，以阅读数据或者写入新的信息。
与RFID标签类似，可以使用一条磁条，或者一系列磁条以鉴别一个容器。该磁条可以是传统的磁条，比如在信用卡上使用的磁条。替代地，对于信息储存能力较小的更坚固的井下设计，当容器通过一个hall效应传感器或其它磁传感器时可以阅读在该容器上的一系列简单的被磁化的环或线。这些类型的传感器适用于像在井筒中那样的高温环境，它们可以密封在油中，并且可以把它们放置在容器的磁条附近。
所示出的图2B的标记是条码。这种标记可以包括条码形式的信息，比如原件连续识别码(a text serial ID)。可以人工地阅读该条码，或者使用光学扫描仪自动地对该条码进行扫描。当把数字序列插入工具时，可以使用井上扫描仪比如图4的扫描仪输入该数字序列。
如在图2C中所示，可以使用实体的凹槽或突起作为标记。可以使用在外壳上的小的实体结构比如突起或凹槽，并且可以用扫描仪比如轮廓曲线测定仪或其它的机械开关阅读它们。
可以使用处理器处理与给定的容器和/或标记有关的数据。当容器正在获得井下样品时，可以使用控制扫描仪与标记之间的通讯的软件把信息比如流体性质测量和采样的信息储存在标记中。也可以使用软件使把在标记上包含的信息输入到对那个特定样品产生的档案文件中变得容易。可以使用以网络为基础的数据库实时地访问信息。图5示出了用来做标记，进行鉴别，以及对与收集在容器中的井筒样品有关的数据进行处理的一个编目系统。用这种方法，对于一个给定的容器500产生一个标记。它可以是在这里描述的标记中的任何一种标记。有关容器的信息与标记502相关联。例如，可以把带有数字序列，瓶子类型和制备日期的标记在流体实验室中插入一个清洁的瓶子中。可以使用的其它数据可以包括例如工具的识别，维修日程，已经完成的工作，井筒信息，工具测量，等等。可以将信息包含在标记中，或者包含在由一个标记鉴别器编目的相关的处理设备中。
随后可以将容器放置成进入使用状态504。这可能要求把该容器运送到井筒中，为的是使用它。可以在插进工具中之前对标记进行扫描，为的是获得信息。可以在使用之前把附加的信息施加到标记上。
最好使用该容器取样品506。然而，也可以使用该容器储存试样，比如部件或其它的钻井设备。可以将瓶子插进采样工具中，并且可以采用这些瓶子在井下获得样品，或者使用它们在地面收集试样。
可以把关于样品的数据施加到标记上508。可以使用阅读装置对与容器有关的信息进行通讯，并且使这些信息与由标记已经知道的信息联系起来。例如，可以与扫描获得的信息比如数字序列，瓶子类型，以及在工具中的位置一起收集由样品腔室获得的数据。另外，如上面描述过的那样，在进行处理的过程中可以把在实验室和/或钻井现场的数据施加到标记上。
在采样过程中，当启动容器时，也可以启动数据获取系统把信息发送到扫描仪上。随后可以使用扫描仪把数据写到启用的容器的标记上。要储存的数据可以包括例如采样的数据，井筒的名称，买方，打开瓶子的时间，深度，打开瓶子的压力，关闭瓶子的压力，温度，等等。也可以把在钻井过程中收集的其它测量数据储存在标记中。在实验室中可以再现这些数据，进行比较，为的是对样品进行评估。可以收集的数据的示例包括例如荧光强度，颜色，密度，粘性，光谱，pH值，硫化氢含量，GOR，以及流体成分。
可以处理和/或分析关于容器和/或它的试样的信息510。可以使用数据获取系统处理信息。可以使用这样的系统进行各种样品的比较以及其它的数据分析。可以把标记中的信息加载到因特网的数据库中。可以由标记读出信息，并且可以把结果储存在标记中和/或储存到在线的数据库档案中。如果把样品运送到实验室中，可以对标记进行扫描，以鉴别容器和/或样品。对于所进行的每一种分析，可以把结果(以及其它信息)储存在对于该样品产生的数据库档案中。
如需要可以收集和传输信息512。可以自动地把信息传输到地面，或者可以收回工具，并且在地面下载或传输信息。
在地面上，如果把一个样品由一个容器转移到一个不同的容器，扫描仪可以对标记进行扫描，并且把这个信息拷贝到新瓶子的标记中。可以清洗容器并使其达到用于新试样的条件。可以重新使用在标记中的信息，或者把这些信息清除，以便存储新的信息。
尽管在图5中示出了某些步骤，本领域技术人员将会认识到，这些步骤不必须按照所述的顺序，某些步骤可以进行不止一次，或者完全不进行这些步骤，并且，也可以与所描述的方法联系起来进行其它的步骤。例如，可以按照需要一次或多次地把来自标记的信息上载到标记上和/或由标记下载信息。
本领域技术人员将会知道上面描述过的插件和相关系统的某些装置和部件的细节以及这些装置和部件的替代物，并且可以在多种其它的专利和公开出版物比如在本文件中讨论过的那些专利和出版物中找到这些细节和替代物。进而，取决于在每个特定设计或使用情况中的各种因素，井下流体采样系统的具体装置和部件可以改变。因此，流体采样系统和本发明都不限于上面描述过的装置和部件，它们可以包括任何适用的部件和装置。例如，可以调整各种流动管线，泵的设置，以及阀门，以提供多种构形。类似地，取决于在每个特定设计或使用情况中的各种因素，井下工具和探头组件的布置和部件可以改变。上面提供的对示例性的部件和工具，其中探头组件和本发明的其它方面可以与此工具一起使用，的环境的描述仅只是为了说明的目的，对本发明没有限制。
本发明的范围应该仅只由下面的权利要求书的内容确定。在权利要求书中“包括”这个词意味着“至少包括”，使得在权利要求中的所提到的部件是开放的一组部件。除了被专门排除的情况以外，希望“一个”和其它单数名词也包括它们的多数。
权利要求
1.一种用于钻井现场样品的作标记的系统，它包括至少一个用来收集钻井现场样品的容器；至少一个施加到所述至少一个容器上的标记，所述至少一个标记有与它相关的鉴别装置；以及适宜于阅读所述至少一个标记的扫描仪。
2.按照权利要求1所述的作标记的系统，其特征在于，所述至少一个标记是刻痕、RFID标签、磁条、条码、一组凹槽以及它们的组合中一种。
3.按照权利要求1所述的作标记的系统，其特征在于，所述扫描仪设置在井下工具中。
4.按照权利要求1所述的作标记的系统，其特征在于，其还包括用来处理与所述至少一个标记相关的数据的处理器。
5.按照权利要求1所述的作标记的系统，其特征在于，所述样品是岩芯样品、井筒流体样品、地层流体样品、断裂岩层流体样品以及它们的组合中的一种。
6.按照权利要求1所述的作标记的系统，其特征在于，所述扫描仪还适宜于把信息书写到所述至少一个标记上。
7.按照权利要求1所述的作标记的系统，其特征在于，所述至少一个标记嵌入所述至少一个容器中。
8.按照权利要求1所述的作标记的系统，其特征在于，所述至少一个标记刻蚀进所述至少一个容器中。
9.按照权利要求1所述的作标记的系统，其特征在于，所述至少一个标记有适宜于储存数据的电路。
10.按照权利要求1所述的作标记的系统，其特征在于，所述鉴别装置是数字序列。
11.一种处理用于钻井现场样品的井下数据的方法，它包括产生至少一个用于至少一个容器标记；把关于所述至少一个容器的背景数据上载到所述至少一个标记上；把钻井现场样品收集在所述至少一个容器中；并且把所述数据下载到地面计算机中。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，其还包括把关于所述钻井现场样品的钻井数据上载到所述至少一个标记上。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，上载钻井数据的步骤包括把钻井现场的数据书写到所述至少一个标记上。
14.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，其还包括把关于钻井现场样品的实验室数据上载到所述至少一个标记上。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，上载实验室数据的步骤包括把所述实验室数据书写到所述至少一个标记上。
16.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，其还包括处理数据。
17.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，其还包括分析数据。
18.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，产生至少一个标记的步骤包括把至少一个标记加到至少一个容器上。
19.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，产生至少一个标记的步骤包括把至少一个标记刻蚀到至少一个容器上。
20.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，产生至少一个标记的步骤包括在至少一个容器上产生凹槽。
21.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，收集的步骤包括把流体样品收集在该至少一个容器中。
22.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，收集的步骤包括把岩芯样品收集在该至少一个容器中。
23.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，收集的步骤包括把钻井现场样品收集在该至少一个容器中。
24.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，加载背景数据的步骤包括把背景数据书写到该至少一个标记上。
25.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，下载的步骤包括由该至少一个标记读出数据。
26.按照权利要求11所述的方法还包括把钻井现场试样由该至少一个容器转移到有第二标记的第二容器中，并且把数据由该至少一个容器转移到此第二标记中。
27.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，自动地实现加载的步骤。
28.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，自动地实现下载的步骤。
全文摘要
一种用于钻井现场样品的作标记的系统和方法。该系统包括用来收集钻井现场样品的容器，施加到该容器上的标记，以及适宜于阅读该标记的扫描仪。可以把数据上载到该标记上和/或由该标记下载数据。
文档编号E21B49/00GK1789656SQ20051013176
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月16日
发明者S·巴加奇, L·赖德, S·S·贝坦库尔特, O·C·穆林斯, C·S·德尔坎波, A·C·基什诺 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司