利用具有可移动段的井下仪器在井筒中作业的装置和方法

专利名称：利用具有可移动段的井下仪器在井筒中作业的装置和方法
技术领域：
本发明总体上涉及井下仪器，尤其是利用具有可移动段的井下仪器在井 筒中进行作业的装置和方法。
背景技术：
井下仪器，例如钢缆、连续管和钻柱布置工具，常用于在井筒中从地下 地层中进行流体取样，所述井筒穿过所述地下地层。这些井下仪器可选择地 或附加地用于测量与井筒和/或地层相关的不同深度处的 一个或多个参数或 性质，例如温度、压力、岩石性质等。
井下仪器在井筒内所处的深度可能是关键的。例如，当对地层进行取样
精确地对准可能是重要的。各种已知的技术，例如作标记(当通过钢缆布置 井下仪器时使用该技术)和伽马射线关联技术(该技术可与钻柱、钢缆和连续 管布置工具一起使用)，可用于控制井下仪器在井筒内所处的深度。然而， 在使用多个井下仪器完成井筒内和/或与地层相关的一系列作业的情况下，在 第一作业(例如，将流体注入到所述地层中)之后，使第二井下仪器对准在井 筒内的给定位置(例如，特定深度和/或方位)以进行第二作业(例如，取样作业) 可能是困难的，其中，第一作业是由第一井下仪器在所述位置处完成的。

发明内容
在一个所描述的示例中， 一种用在井筒中的井下仪器包括进行第一作 业的第一工具和进行第二作业的第二工具。该井下仪器还包括第一段，包 括可伸出的锚定器，该可伸出的锚定器用于伸出以与井筒的壁接合，从而将 井下仪器的第一段固定在井筒中的一位置处；和第二段，当第一段被所述可 伸出的锚定器固定在所述位置时，该第二段可沿着井下仪器的纵向轴线相对 于第一段移动，从而使第一工具或第二工具中的至少一个移动。
在另 一所描述的示例中， 一种用在井筒中的井下仪器包括第 一可伸出的 锚定器，该第一可伸出的锚定器用于与井筒的壁接触以将所述仪器固定在井
筒中的一位置处。该井下仪器还包括井下仪器的第一工具，用于在井筒中 的所述位置处进行第一作业；和井下仪器的第二工具，与第一工具间隔开， 并用于进行第二作业。此外，该井下仪器包括可伸出的部件，当锚定器与井 筒壁接触时，该可伸出的部件使第二工具移动到所述位置，从而在第一作业 之后进行第二作业。
在又一所描述的示例中， 一种在井筒中进行作业的方法包括将井下仪 器下入到井筒中的一位置；将井下仪器的第一段锚定到井筒的壁上；以及在 所述位置处进行第一作业。该方法还包括使井下仪器的第二段沿着井下仪 器的纵向轴线远离第 一段移动；以及通过第二段在所述位置处进行第二作 业。
在又一所描述的示例中， 一种在井筒中进行作业的方法包括将井下仪 器下入到井筒中；将井下仪器的第一段锚定到井简的壁上；使井下仪器的第 二段沿着井下仪器的纵向轴线远离第一段移动；以及通过第二段在井筒中进 行作业。


图1A示出了一示例性的钻机和井筒。
图1B-5示出了一示例性的井下仪器，该井下仪器具有用于在井筒中的 给定位置或深度进行多种作业的可移动段。
图6-8示出了另一方式，在该方式中，可以使用图1-5的示例性井下仪 器，通过可移动段的多个锚定/解除锚定和伸出/缩回循环，实现在井筒内更 大的移动。
图9和10示出了另一示例性的井下仪器，该井下仪器可通过钢缆进行 布置，并且可用于强行穿过井筒中的岩架或其它限制物进行钻孔或扩孔。
图11-13示出了又一示例性方式，在该方式中，可以使用一示例性的井 下仪器移出和取出或打捞出井筒中的被卡工具。
图14示出了又一示例性的井下仪器，该井下仪器具有纵向可移动且可 旋转的段。
图15和16示出了示例性的伸出/缩回机构，该机构可与这里所述的示例 性井下仪器一起使用。
图17示出了一示例性的方式，在该方式中，这里所述的示例性井下仪 器可提供该井下仪器的一个段相对于该井下仪器的另一段的精确线性位移。
图18和19示出了示例性的锚定系统，该系统可与这里所述的示例性#
下仪器一起使用。
具体实施例方式
一个或多个精确控制的深度或位置处进行一种或多种作业。可以利用井下仪 器的多个不同的工具部件大致在井筒内的一个位置或深度处进行多种或一 系列的作业，和/或可以在井筒内的多个精确控制的位置间隔、深度和/或方 位处进行一种类型的作业。与已知的井下仪器相比，这里所描述的示例性井 下仪器包括一个或多个段，每个段可包括一个或多个用于进行一种或多种井 筒作业的工具或设备。每一示例性井下仪器的一个或多个段可以沿着井下仪 器的纵向轴线移动(例如，伸出、缩回等)相对精确的距离。以这种方式，井 下仪器的单个工具或设备与利用常规技术(例如，标记钢缆、利用伽马射线 关联技术等)可以实现的相比可以更精确地定位在井筒内的深度或位置处。 因此，这里所描述的示例性井下仪器能够更准确地进行测试作业、取样作业、 完井作业等，从而提供比利用常规技术可以实现的结果更为精确、可重复和 可靠的结果。
在这里所描述的一些示例性井下仪器中，井下仪器包括第一段，该第一 段具有与井筒壁接触的可伸出的锚定器或其它元件，用于将井下仪器的第一 段固定在井筒中的给定位置(例如，深度和/或方位)。当第一段被可伸出的锚 定器固定在所述位置时，井下仪器的第二段可沿着井下仪器的纵向轴线相对 于第一段移动。井下仪器的第二段可包括第二可伸出的锚定器，用于将第二 段固定到井筒壁。当第二可伸出的锚定器将第二段固定到井筒壁时，当第一 段的可伸出的锚定器缩回时，第一段可相对于第二段移动(例如，伸出、缩 回等)。
虽然这里所描述的示例性井下仪器被描述为具有两个段和一个或两个 可伸出的锚定器，但是可使用任意其它数量的附加段和/或可伸出的锚定器。 另外，每个段都可相对于其它段移动(例如，伸出、缩回等)，并且可包括用
于进行井筒作业的一个或多个工具或设备，所述井筒作业例如为取样作业、 测试作业、取芯作业等。因此， 一般来说，所述一个或多个工具或设备可包 括地层评价工具和/或油藏评价工具。所述可移动段可沿着井下仪器的纵向轴 线移动精确的距离，以使连接到所述段的一个或多个工具(例如，测试工具、 取样工具、取芯工具等)精确定位在井筒内的不同深度或位置。
这里所述的具有可移动段的示例性井下仪器可通过钢缆、钻柱、连续管 和/或任何其它方式在井筒中输送，以在井筒内的精确控制的 一个深度或精确 控制的多个深度或多个层段处进行各种作业或一连串作业。更具体地，在一 些示例中，具有可移动段的井下仪器可被下入到井筒中，井下仪器的第一段 可被锚定或固定到井筒壁上。第一作业在井筒中的一位置(例如，深度和/或 方位)处进行。例如，第一作业可包括地层测试作业，例如测量岩石性质。 当第二段处于缩回状态时(即，当第二段没有延伸离开第一段时)，第一作业 可由井下仪器的第二可移动段中的第一工具或设备进行。之后，井下仪器的 第二段可沿着井下仪器的纵向轴线延伸离开(例如，通过液压设备)第 一段。 第二段可延伸一精确控制的距离，以使第二段中的另一地层测试工具或设备 (例如，流体测试设备)对准在与执行第 一作业的位置基本相同的井筒壁位置。 以这种方式，第一和第二作业在基本相同的井筒位置(例如，基本相同的井 筒壁位置)进行。因此，第一和第二作业的结果可精确地彼此关联并与井筒 内的位置相关。
更一般的是，这里所描述的具有可移动段的示例性井下仪器可用于在井 筒内的给定位置进行一系列或一连串的作业(例如，两个或更多的作业)。每 个作业可以是取样作业(例如，地层流体取样作业)、测试作业(例如，温度和 /或压力测量)、取芯作业、或任何其它可在井筒内进行的作业。同样，这里 所描述的示例性井下仪器可用于进行与井筒完井相关的一连串作业。例如， 第一作业可包括在套管中钻孔，随后的作业可包括注入水泥、封堵所钻的孔、 激活完井系统等。
这里所描述的示例性井下仪器还可用于在井筒内的多个精确控制的深 度间隔或位置进行一种类型的作业。例如，可以通过以递增的方式移动这里 所述的示例性井下仪器的段，并获得沿井筒壁的每个深度或位置间隔处的测 量值(例如，温度、压力、岩石性质参数值等)，来进行测试作业(例如测井作 业)、梯度测量作业、成像作业等。
在一些示例中，井下仪器的可移动的段可包括可围绕井下仪器的纵向轴 线旋转的部分。在这些示例中，可旋转的部分可以包括能够在井筒内钻开障 碍物、对限制物进行扩孔等的钻具。特别是，在通过钢缆将示例性井下仪器 下入的情况下，井下仪器的第一段可被锚定到井筒壁上，并且在钻具旋转时 第二段可强行延伸到井筒中的障碍物中，从而能够进行基于钢缆的钻孔作 业。在另一示例中，第二段的可旋转部分可包括一个或更多的传感器(例如， 温度、压力和/或图像传感器)，所述传感器可用于获得周向测量值和/或用于 在给定深度或位置处围绕井筒的圓周或周边进行一种或多种作业。
在其它示例中，井下仪器可利用其可伸出的锚定器和一个或多个可移动 段来使井下仪器移动或行走穿过井筒。以这种方式移动井下仪器在井筒的基 本水平或偏斜的段特别有利，其中，所述水平或偏斜段将会阻止或防止例如 通过钢缆而布置的井下仪器在井筒中移动。特别地，与井下仪器的第一段相 关的第一可伸出的锚定器可以伸出，以相对于井筒壁固定井下仪器的第一 段。之后，第二段可沿着井下仪器的纵向轴线离开(例如，从第一段伸出)第 一段(例如，更加深入到井筒中)。然后，可以使连接到第二段的可伸出的锚 定器伸出，以相对于井筒壁固定第二段。然后，使第一可伸出的锚定器缩回， 并使第一段向第二段移动(例如，缩回)。之后，使第一可伸出的锚定器再次 伸出，以相对于沿着井筒壁的新的、更深的位置固定第一段，然后可使第二 可伸出的锚定器缩回，以能够重复前述过程直到井下仪器已经在井筒内移动 一期望距离。
图1A示出了一示例性的钻机10和钻柱12，这里所描述的示例性装置 和方法例如可用于抽吸地层流体样品和/或进行与地下地层F相关的其它作 业。在所示的示例中，陆基平台和钻塔组件IO定位在穿过地下地层F的井 筒106的上方。在所示的示例中，井筒106以公知的方式通过旋转钻井形成。 然而，受益于本公开的本领域普通技术人员将理解，这里所描述的装置和方 法还可用在定向钻井作业中和旋转钻井作业中，并且不限于陆基钻机。另外， 尽管所示的井筒106为棵眼井，但是这里所描述的装置和方法还可用于下套 管井。
如图1A所示，钻柱12悬挂于井筒106内，并包括位于其下端的钻头 15。钻柱12通过转盘16旋转，转盘16在钻柱12的上端与方钻杆17接合。 钻柱12从钩18上悬吊下来，其通过方钻杆17和旋转水龙头19附接到游车
(未示出)上，这允许钻柱12相对于钩18旋转。
钻井液或泥浆26净皮储存在形成于井场的泥浆池27中。泵29用于将钻 井液26通过水龙头19中的端口(未示出)输送到钻柱12的内部，从而引导钻 井液26在箭头9所示的方向上向下流过钻柱12。钻井液26通过钻头15中 的端口(未示出)离开钻柱2，然后，钻井液26穿过钻柱12外侧与井筒106 的壁之间的环空28在箭头32所示的方向上向上循环。以这种方式，钻井液 26润滑了钻头15,并在其返回到泥浆池27以进行再循环时将地层岩屑向上 携至地面。
钻柱12在钻头15附近(例如，在距钻头15几个钻铤长度的范围内)还包 括底部钻具组合5。底部钻具组合5包括用于测量、处理和存储信息的钻铤。 底部钻具组合5还包括与地面系统交换信息的地面/地方通信子组件40。
图1B-5示出了由具有第一段102和第二段104的示例性井下仪器100 所进行的一连串示例性作业。如图l所示，示例性的底部钻具组合或井下仪 器100通过钢缆108下入到井筒106中。钢缆108可包括多根电线、电缆等， 以在井下仪器100与井筒106附近的地面上的电子和处理单元IIO之间传送 电信号(例如，通信信号、控制信号、功率信号等)。钢缆108还可包括一根 或更多根缆索，用于在井筒106中提升、下入和悬挂井下仪器IOO时向钢缆 108提供支撑井下仪器100重量的强度。
示例性的井下仪器100还包括与第一段102 —体的第一可伸出的锚定器 或部件112、以及与第二段104 —体的第二可伸出的锚定器或部件ll4。每 个可伸出的锚定器112和114可以选择性地延伸离开井下仪器IOO或自井下 仪器IOO向外伸出，以与井筒106的壁116接触或接合，从而相对于井筒106 的壁116锚定或固定井下仪器100的段102和104各自的位置。换句话说， 可以使第一可伸出的锚定器112伸出以接触壁116，从而相对于井筒106的 壁116固定第一段102的位置。类似地，可以使第二可伸出的锚定器114伸 出以接触井筒106的壁，从而相对于井筒106的壁116固定第二段104。可 伸出的锚定器或部件112和114可利用液压操作活塞、弹簧、马达、齿轮或 任何其它方式实现。在利用液压操作活塞实现可伸出的锚定器或部件112和 114的情况下(如图19所示的示例)，可以借助类似于斯伦贝谢公司提供的 MDT锚定系统的方式实现可伸出的锚定器或部件112和114。此外，尽管图 1B-5示出了两个可伸出的锚定器或部件112和114,但是，可以围绕井下仪
器IOO径向分布有多于两个的这种可伸出的锚定器或部件。
示例性井下仪器100的第二段104还包括第一设备或工具118和第二设
备或工具120,第二设备或工具120沿着井下仪器100的纵向轴线与第一工
具118隔开一距离122。每个工具118和120可构造成用于进行一种或更多
种井筒作业，例如，测试作业、取样作业、取芯作业等。美国专利No.6，729，416
中描述了一种示例性的取芯工具，这里将该专利的全部内容引用作为参考。
具体地，该专利的图1和2示出了与井下仪器和获取岩芯样品的地层相关的
示例性取芯工具。美国专利No.7，195，063中公开了 一种示例性的取样工具，
这里引用该专利的全部内容作为参考。具体地，该专利的图l和2示出了一 种与井下仪器和获取流体样品的地层相关的示例性取样工具。
在一些示例中，工具118和120执行不同但互补的作业，以沿着井筒106 的壁116在特定位置处执行一连串作业。例如，第一工具118可构造成用于 进行测试作业，例如测量温度或压力，第二工具120可构造成用于进行取样 作业，例如从地层中获取地层流体。
在另一示例中，工具118和120可进行一连串或一系列完井作业。例如， 第一工具118可利用取芯设备来去除井筒106内的受损区域或地带，第二工 具120可用于从通过去除第一工具118所损坏的区域而留下的未受损区域中 获得样品、压力测量值等。在另一示例中，第一工具118可用于在井筒106 的套管(未示出)中钻孔，第二工具120可用于注入水泥、封堵所述孔、激活 完井系统等，从而能够使用工具118和120在井筒106内大致相同的位置处 完成一连串或一系列完井作业。在又一示例中，第一工具118可进行诸如测 量岩石性质的测试作业，第二工具120可进行诸如测量流体性质的测试作业。
尽管示例性的井下仪器IOO被描述为第一和第二工具118和连接到 第二段104，使得当第二段104相对于第一段102移动时两个工具118和 一起移动，但是，可替代地，工具118和120中的一个或两个可连接到第一 段102。在一个工具118连接到第一段102而另一个工具连接到第二段l(H 的情况下，第二段104相对于第一段102的移动使工具118和120彼此背离 或彼此相向移动，而不是如图1B中示例性仪器IOO—起移动的情况。此外， 虽然示出了图1B的示例性仪器IOO具有两个工具，然而可替代地，可以使 用以任意方式设置在任意数量的可移动段上的任意数量的工具。
电子和处理单元110可包括一个或多个处理器、存储器、通信电路系统、
电源电路系统等，以控制井下仪器100的作业。尤其是，如同下面更加详细
描述的，电子和处理单元iio可向井下仪器ioo发送控制信号，以使第一可
伸出的锚定器112伸出以接触井筒106的壁116，并且当第一段被可伸出的 锚定器U2相对于井筒106的壁116固定时，使第二段104沿着井下仪器100 的纵向轴线延伸离开第一段102和朝第一段102缩回。类似地，电子和处理 单元IIO可使第二锚定器114伸出，以与壁116接触，从而相对于壁116固 定第二段104。当第二段104相对于壁116固定在适当位置且第一锚定器112 缩回时，电子和处理单元IIO可使第一段102沿着井下仪器100的纵向轴线 延伸离开第二段104或朝第二段104缩回。
在一些示例中，电子和处理单元100能以开环的方式进行操作，在这种 方式下，需要操作员正确地为井下仪器IOO的操作排序。尤其是，在这种开 环控制中，可能需要操作员的干预，以使可伸出的锚定器112和/或114伸出 和/或缩回、操作工具118和120、和/或使第二段104相对于第一段102移动。 可选择地，电子和处理单元110能以闭环方式工作，在该方式中，不需要或 基本不需要操作员的干预来控制井下仪器100的操作以及为井下仪器100的 操作排序。在这种闭环控制中，示例性的井下仪器IOO能够以全自动的方式 工作，在该方式中，锚定器112和/或114自动伸出和/或缩回，工具118和 120自动地且在合适的时间操作，第二段104以自动的方式相对于第 一段102 移动。
作业中，通过钢缆108将井下仪器IOO下入到井筒106中的期望深度。 井筒106内的期望深度或位置可以对应于第一工具或设备118与图l所示的 位置"L"对准或邻近该位置"L"的深度。利用作标记技术和/或任意关联 技术(例如，伽马射线、自然电位等)，可将井下仪器100下入到该期望深度
或位置o
如图2所示， 一旦井下仪器100已经进入或下入到期望深度，就可使第 一可伸出的锚定器112伸出以与井筒106的壁116接触，从而相对于井筒106 的壁116固定或锚定井下仪器100。这样，如图2所示，第一工具或设备118 被固定在该工具或设备118与位置"L"基本对准的位置或深度，该位置"L" 例如可与所要测试、取样等的地层相关。
然后，如图3所示，脚或锚定器300可以从工具118伸出，并且，取样 探针、传感器、取芯设备、流体注入器等302可以如图所示伸出，以在位置L附近与壁116接触。可以利用液压活塞等公知方式使锚定器300和探针、 传感器、取芯设备、流体注入器等伸出和缩回。无论用于实施第一工具118 的一个或多个工具或设备的具体构造或类型如何，探针、传感器、取芯设备、 流体注入器等302都在邻近位置L的壁116处执行一个或多个操作。例如， 在第一工具118包括压力传感元件或单元302的情况下，可以获得压力读数， 并且通过钢缆108将所述压力读数传送到电子和处理单元110。
如图4所示，在第一工具118在位置L处已经完成其一个或多个操作之 后，锚定器300和传感器、取样设备、取芯设备、流体注入器等302缩回， 并且井下仪器100的第二段104沿着井下仪器100的纵向轴线延伸离开第一 段102。如图4所示，第二段104已经伸出一距离，该距离基本等于工具或 设备118和120之间的距离122(图1)，使得第二工具或设备120处于一深度 处，以使第二工具120与位置L(即，第一工具118之前所处的位置)基本对 准。可以利用例如液压活塞、波紋管、螺杆和马达组件、和/或任何其它合适 的一个或多个机构，使第二段104伸出和缩回。这些机构的示例将在下面结 合图15和16更详细地描述。
稳定器400(例如，弓形弹簧、可伸出的臂或锚定器等)可用于确保传感 器、探针、取芯设备等402保持与邻近位置L的壁116接触。因此，以这种 方式，第二工具120可在基本相同的位置执行其一个或多个操作，其中所述 位置是第一工具118执行其一个或多个操作的位置，从而无需通过基于例如 钢缆标记和/或关联技术(例如，伽马射线关联)而改变钢缆108在井筒106中 的布置深度来调整井下仪器100的位置。
如图5所示，当第二工具120在位置L已经完成其一个或多个操作时， 第二工具120的取样探针、测试设备、取芯设备等402和稳定器400缩回， 并使第一可伸出的锚定器112缩回，从而使井下仪器IOO处于解除锚定的状 态或自由移动的状态。之后井下仪器IOO可移动到井筒106内的一新位置和 /或与通过工具118和120的操作而采集的任何样品(例如，流体样品、岩芯 等)一起从井筒106中移出或取回到地面。
图6-8描述了另一方式，其中，示例性的井下仪器100可用在井筒106 内，以通过第一和第二l殳102和104的多个锚定/解除锚定和伸出/缩回循环 来获得井筒106内更大的移动或位移。首先，如图6所示，通过钢缆108将 示例性井下仪器IOO布置在井筒106中的任何期望深度。然后，如图7所示， 使第一可伸出的锚定器112伸出以与壁116接触，从而将第一段102锚定到 井筒106的壁1M上。当第一段102已被锚定后，使第二段104沿着井下仪 器100的纵向轴线延伸离开第一段102—期望距离。然后，如图7所示，使 第二可伸出的锚定器1M伸出以与壁116接触从而相对于壁116锚定或固定 第二段104，使第一锚定器112缩回，并使第一段102向着第二段104缩回。 前述序列或过程可重复任意次数，以获得适于一特定作业或一系列作业的向 下和向井筒106中、或者向上和离开井筒106的任何期望的行进量或位移量。
筒中输送井下仪器IOO，否则，可能不能输送通过钢缆布置的井下仪器或任 何其它常规的井下仪器。此外，当井下仪器IOO在井筒106内移动时，工具 或设备118和120中的一个或两个可用于沿着井筒106的壁116采集样品、 压力测量值、岩芯等。可选择地或附加地，工具或设备118和120中的一个 或两个可用于在不同深度处反复采集数据或信息，以使电子和处理单元110 能够产生测井信息(例如，参数-深度信息)。
图9和10描述了另 一示例性的井下仪器900，该井下仪器900可通过钢 缆进行布置，并且可用于穿过井筒中的岩架或其它限制物强行钻孔或扩孔。 具体地，该示例性的井下仪器900包括第一段902和第二段904。第二段卯4 包括使钻头910旋转的可旋转部分。在图9中，该示例性的井下仪器卯O通 过钢缆908布置在井筒卯6中。可伸出的锚定器912伸出以与井筒906的壁 916接触，从而将示例性井下仪器900固定或锚定在井筒卯6中的限制物918 的上方。如图IO所示，第二,殳904可远离第一羊殳902并朝向限制物918伸 出，以使钻头910能够与限制物918强行接合，并使限制物918能够被钻头 910扩孔或扩眼。可以反复执行上述过程任意次数，以使进入井筒卯6中的 距离或位移逐渐增大。此外，该示例性井下仪器卯O还可用于在高偏斜井筒 和/或井筒的大致水平的部分中输送工具。另外，该示例性井下仪器900可以 与任意数量的工具或设备结合，以在井筒906内进行任意期望的类型和数量 的作业。
图11-13描述了另一示例性方式，在该方式中，示例性井下仪器1100 可用于从例如井筒1106中的限制物1118中移出并取出或打捞出被卡工具 1120。被卡工具1120包括钩形联接器1121,该钩形联接器1121构造成与打 捞工具或互补联接器1122接合或连接，这将在下面进行更详细的描述。钩
形联接器1121和打捞工具或互补联接器1122仅仅是示例，并且作为替代地， 可使用任何其它类型的机械联接器。
首先，如图11所示，工具1120可能被卡在井筒1106的限制物1118中。 然后，通过钢缆1108将示例性井下仪器1100下入到井筒1106中。当示例 性井下仪器1100已经到达期望位置或深度时，可伸出的锚定器1112(可以与 上面结合其它示例性井下仪器所描述的可伸出锚定器类似)伸出以与井筒 1106的壁1116接触，从而将井下仪器1100的第一段1102固定或锚定到井 筒1106的壁1116上。然后，井下仪器1100的第二段1104沿着井下仪器1100 的纵向轴线远离第一段1102移动或延伸，并与被卡工具1120接触。井下仪 器1100的第二段1104包括打捞工具(例如，打捞筒型工具或任何其它类型的 打捞工具)1122，当打捞工具1122与被卡工具1120强行接合时，打捞工具 1122锁住被卡工具1120的联接器1121。之后，如图13所示，第二段1104 朝第一段1102缩回，以从限制物1118中移出和去除被卡工具1120。在图 11-13的示例中，可以对被卡工具1120和/或井下仪器IIOO进行装备(例如， 装备有与图1B所示的工具118和120类似的工具)，以在打捞被卡工具1120 的同时进行附加作业(例如，测井、采样、取芯等)。
图14描述了另一示例性井下仪器1400,该井下仪器1400具有第一段 1402和第二段1404,第二段1404可沿着示例性井下仪器MOO的纵向轴线 相对于第一段1402移动。另外，第二段1404可相对于第一段1402并围绕 井下仪器1400的纵向轴线旋转。如图14所示，示例性井下仪器1400可下 入到井筒1406中的期望深度，并且通过使锚定器1412伸出以与井筒 的壁1416接触，将该井下仪器1400固定或锚定到井筒1406的壁1416上。 然后，第二段1404可以沿着井下仪器1400的纵向轴线远离第一段1402伸 出一期望距离。之后，通过使第二段1404围绕井下仪器1400的纵向轴线旋 转，可以使具有传感器或探针1420的工具1418旋转。传感器或探针1420 可以是图像传感器、温度传感器、压力传感器、取样探针、或者任何其它传 感器、探针、或传感器和/或探针的组合。以这种方式，示例性井下仪器1400 可用于在任何感兴趣的深度处釆集井筒1406的壁1416的圆周上的信息。例 如，在传感器或探针1420是图像传感器的情况下，示例性井下工具1400可 用于在任何一个或多个深度处进行井筒1406的全成像测井(full imaging log)(例如，磁共振成像、电阻率成像等)，以探测例如与井筒1406相关的异
常(例如，套管缺陷、各向异性、裂缝等)。在传感器或探针1420是压力传感 器的情况下，传感器1420的旋转使得能够进行垂向界面测试并评定水平渗 透率变化。通过例如连接到第二段1404的磁强计(未示出)或任何其它类似的 设备，可以确定和跟踪传感器或探针1420的旋转或角度位置，或者方位。
图15描述了一示例性的伸出/缩回机构1500，该机构1500可与这里所 述的示例性井下仪器一起使用，以能够使井下仪器的一个段沿着井下仪器的 纵向轴线延伸离开井下仪器的另一段和朝该另一段缩回。如图15所示，井 下仪器(未示出)的第一段1504的主体部或框架部1502连接到杆或推力部件 1506,所述杆或推力部件1506可通过螺杆或螺紋轴1508连接到第二段(未 示出)。与杆或推力部件1506相关联的马达1510可旋转地连接到螺杆或螺 紋轴1508，所述螺杆或螺纹轴1508也借助螺紋与主体部或框架部1502接合。 因此，当马达1510运转并使螺杆1508旋转时，连接到井下仪器的第二段的 杆或推力部件1506远离第一段1504伸出或朝该第一段1504缩回。
图16描述了另一示例性机构1600,该机构1600可与这里所述的示例性 井下仪器一起使用，从而能够使井下仪器的一个段沿着井下仪器的纵向轴线 远离井下仪器的另一段伸出和朝向该另一段缩回。如图16所示，该示例性 机构1600包括与井下仪器的第一段1604相关的主体部或框架部1602。示例 性机构1600还包括杆或推力部件1606,所述杆或推力部件1606可连接到井 下仪器的第二段(未示出)。主体部或框架部1602和杆或推力部件1606包括 相应的且相对的齿条1608和1610,它们相互连接到正齿轮1612。此外，杆 或推力部件1606通过滑块机构1614与主体部或框架部1602滑动地接合。 因此，当齿轮1612旋转时(例如通过未示出的马达旋转时)，杆或推力部件 1606可延伸离开第一段1604或朝第一段1604缩回。虽然齿轮16U被描述 为接合在两个齿条(即，齿条1608和1610)之间，但是可替代地，可以使用 单一的齿条和齿轮组合实现类似或相同的效果。
图17描述了井下仪器1700可提供精确的线性位移的示例性方式，其中， 井下仪器1700具有第一段1702和第二段1704，第二段l704可相对于第一 段1702伸出和缩回。具体地，第二段1704可包括线性电位计1706，该电位 计1706可用于准确地确定和控制第二段1704相对于第一段1702的位移。 阻值可被传送到地面(例如，传送到诸如图1所示单元110的电子和处理单 元)，从而能够控制第二段1704的位移(例如通过反馈控制回路等)。在一些
示例中，第二段1704的位移可根据需要而变化，以进行期望的井筒作业或 一系列作业。例如，在测井作业中，电位计1706可用于^f吏第二段1704以受 控的增量移动，或者使其连续地以一定的速率或速度移动。
图18示出了一示例性的机械锚定机构1800，该锚定机构1800可用于实 现这里所描述的可伸出锚定器。具体地，锚定机构1800包括可向外伸出以 与井筒壁1806接合的臂1802和1804。可以利用弹簧、蜗杆机构、液压机构 或任何其它方式使臂1802和1804伸出和/或缩回。此外，尽管示出了两个臂 (即，臂1802和1804),但是可替代地，可以使用任意数量的臂。
图19示出了另一示例性的锚定机构1900,该锚定机构1900可用于实现 这里所描述的可伸出锚定器。更具体地，该示例性锚定机构1900包括可向 外伸出以与井筒1912的壁1910接合的多个液压操作活塞1902、 1904、 1906 和1908。油或其它流体1914可以在压力下泵送以向外驱动活塞l卯2、 1904、 l卯6和1908，从而以期望的设定压力与壁1910接合。
具有一个或多个可移动段的前述示例性井下仪器还可包括一个或多个 力传感器，用于测量或探测使一个段相对于另一个段移动的力。测量例如伸 出力和/或缩回力有助于避免对仪器和/或用于布置这里所描述的示例性井下 仪器的输送系统(例如，钢缆、连续管等)的损坏。此外，这里所描述的示例 性井下仪器可采用一个或多个磁强计，以确定构成该示例性井下仪器的一个 或多个工具或设备的方位。另外，这里所描述的这些示例性井下仪器的示例 性锚定机构还可采用力和/或位移传感器，以测量岩石强度，^v而更好地控制 锚定才几构应施加的i殳定压力。
虽然已经在这里描述了一些示例性的方法和装置，但是本专利的覆盖范 围并不限于此。相反，本专利覆盖了无论在字面上还是在等同物的原理上完 全落在所附权利要求书范围之内的所有装置和制造产品。
权利要求
1.一种用在井筒中的井下仪器，包括进行第一作业的第一工具；进行第二作业的第二工具；第一段，包括可伸出的锚定器，该可伸出的锚定器用于伸出以与井筒的壁接合，从而将井下仪器的第一段固定在井筒中的一位置处；和第二段，当第一段被所述可伸出的锚定器固定在所述位置时，该第二段可沿着井下仪器的纵向轴线相对于第一段移动，从而使第一工具或第二工具中的至少一个移动。
2. 如权利要求1所述的井下仪器，其中，每个第一和第二工具是地层 评价工具或油藏评^介工具之一。
3. 如权利要求1所述的井下仪器，其中，第二段的至少一部分可围绕 井下仪器的纵向轴线旋转。
4. 如权利要求3所述的井下仪器，其中，第二段的可旋转部分包括图 像传感器、温度传感器或压力传感器中的至少一个。
5. 如权利要求3所述的井下仪器，其中，第二段包括钻具。
6. 如权利要求1所述的井下仪器，其中，第二段包括第一工具和第二 工具。
7. 如权利要求1所述的井下仪器，其中，第一作业包括测试、取样或 取芯中的一种。
8. 如权利要求7所述的井下仪器，其中，第二作业包括测试、取样或 :取芯中的一种。
9. 如权利要求1所述的井下仪器，其中，第一和第二工具在井下仪器 上间隔开一第一距离，并且其中，第二段至少可移动一第二距离，所述第二 距离基本上等于所迷第 一距离
10. 如权利要求1所述的井下仪器，其中，所述可伸出的锚定器可通过 弹簧、马达、齿轮或液压操作活塞中的至少一个伸出。
11. 如权利要求1所述的井下仪器，其中，第二段通过弹簧、马达、齿 轮、波紋管或液压操作活塞中的至少一个相对于第一段移动。
12. 如权利要求1所述的井下仪器，还包括用于将第二段固定到井筒的 壁上的第二可伸出的锚定器。
13. 如权利要求12所述的井下仪器，其中，当第二段固定到井筒的壁 上时，第一段朝第二段缩回。
14. 如权利要求1所述的井下仪器，其中，所述井下仪器将经由钢缆、 钻柱或连续管在井筒中输送。
15. —种用在井筒中的井下仪器，包括第一可伸出的锚定器，用于与井筒的壁接触以将所述仪器固定在井筒中 的一位置处；井下仪器的第一工具，用于在井筒中的所述位置处进行第一作业； 井下仪器的第二工具，与第一工具间隔开，并用于进行第二作业；以及 可伸出的部件，当锚定器与井筒的壁接触时，该可伸出的部件使第二工 具移动到所述位置，从而在第一作业之后进行第二作业。
16. 如权利要求15所述的井下仪器，还包括沿着井下仪器的长度与第一 可伸出的锚定器间隔开的第二可伸出的锚定器。
17. 如权利要求15所述的井下仪器，其中，所述可伸出的部件是可缩 回的。
18. 如权利要求15所述的井下仪器，其中，所述可伸出的部件包括液 压设备、弹簧、齿轮、波紋管或马达中的至少一种。
19. 如权利要求15所述的井下仪器，其中，第一工具用于进行取样作 业、测试作业或取芯作业中之一。
20. 如权利要求19所述的井下仪器，其中，第二工具用于进行取样作 业、测试作业或取芯作业中之一。
21. 如权利要求15所述的井下仪器，其中，第一或第二工具中的至少 一个是可旋转的。
22. 如权利要求21所述的井下仪器，其中，所述第一或第二工具中的 至少一个包括图像传感器、温度传感器、压力传感器或钻具中的至少一个。
23. 如权利要求15所述的井下仪器，其中，所述井下仪器将经由钢缆、 钻柱或连续管输送。
24. —种在井筒中进行作业的方法，包括 将井下仪器下入到井筒中的一位置；将井下仪器的第一4殳锚定到井筒的壁上； 在所述位置处进行第一作业；使井下仪器的第二段沿着井下仪器的纵向轴线远离第 一段移动；以及 通过所述第二段在所述位置处进行第二作业。
25.如权利要求24所述的方法，其中，将井下仪器下入到所述位置包 括通过钢缆、钻柱或连续管下入所述井下仪器。
26，如权利要求24所述的方法，其中，将井下仪器的第一段锚定到井 筒的壁上包括使锚定器伸出以与井筒的壁接触。
27. 如权利要求24所述的方法，其中，进行第一作业包括进行测试、 耳又样或耳又芯中的至少 一个。
28. 如权利要求24所述的方法，其中，使井下仪器的第二段远离第一 段移动包括借助机械或液压中至少 一种方式使井下仪器的第二段远离第一 段移动。
29. 如权利要求24所述的方法，其中，使井下仪器的第二段远离第一 段移动包括基于第一工具与第二工具之间的第二距离使第二段移动第一距离。
30. 如权利要求24所述的方法，其中，进行第二作业包括进行测试、 取样或取芯中的至少 一个。
31. 如权利要求24所述的方法，其中，对于所述位置，使第一作业的 结果与第二作业的结果相互关联。
32. 如权利要求24所述的方法，其中，第一和第二作业为连续完井作 业或连续地层评价作业。
33. —种在井筒中进行作业的方法，包括 将井下仪器下入到井筒中； 将井下仪器的第一段锚定到井筒的壁上；使井下仪器的第二段沿着井下仪器的纵向轴线远离第一段移动；以及 通过第二段在井筒中进行作业。
34. 如权利要求33所述的方法，其中，所述进行作业包括进行取样、 测试或取芯中的至少 一种。
35. 如权利要求33所述的方法，其中，所述进行作业包括进行测井作 业、梯度测量作业或成像作业。
36. 如权利要求33所述的方法，其中，所述进行作业包括移出所述井下仪器。
37. 如权利要求33所述的方法，其中，所述进行作业包括使井下仪器 在井筒的偏斜或大致水平的部分内移动。
38. 如权利要求33所述的方法，其中，所述进行作业包括通过第二段 进行绳索取芯钻进。
全文摘要
本发明公开一种利用具有可移动段的井下仪器在井筒中作业的装置和方法。在一个所描述的示例中，用在井筒中的井下仪器包括第一可伸出的锚定器，用于与井筒的壁接触以将所述仪器固定在井筒中的一位置处。该井下仪器还包括井下仪器的第一工具，用于在井筒中的所述位置处进行第一作业；和井下仪器的第二工具，与第一工具间隔开并用于进行第二作业。此外，该井下仪器包括可伸出的部件，当锚定器与井筒壁接触时，该可伸出的部件使第二工具移动到所述位置，从而在第一作业之后进行第二作业。
文档编号E21B47/04GK101353962SQ20081013372
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月25日 优先权日2007年7月25日
发明者特里伯·雷克拉, 萨米·伊斯坎德, 里卡多·瓦斯克斯 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司