專利名稱：用于導電并有電阻的鉆探液體的鉆孔成像系統的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及鉆孔成像并且更具體涉及一種用于與既導電又有電阻的鉆探液體相容的成像方法和工具。
背景技術：
迄今為止，用于鉆孔成像的工具已經被詳細地設計以用于水基泥或油基泥。這些先前技術的成像工具特別受限于用于導電并有電阻的鉆孔液體不同的間隙要求。
因此需要一種可用于導電或有電阻的鉆孔液體的鉆孔成像系統。進一步需要用于在鉆探同時鉆孔成像的可用于導電并有電阻的鉆孔液體的工具。
發明內容
提供一鉆孔成像工具以在井筒鉆地成形中使用。成像工具的一個實施例包括與環鉸接的襯墊、由所述襯墊支撐的傳感器陣列以及連接在所述襯墊和所述環之間以向井筒壁延伸所述襯墊的推動裝置。
一種在進行鉆探時對鉆孔成像的方法。該方法的一個實施例包括如下步驟把成像工具定位在鉆孔中，具備襯底的成像工具與一個環在軸點鉸接，并與所述襯底支撐的傳感器陣列連接；在操作中維持所述襯底一個0.5厘米左右的間隙并在鉆探鉆孔時成像。
前文已經介紹了本發明的特征和技術優勢以使接下來對本發明的詳細描述更好理解。構成本發明權利要求主題的其它特征和優勢將在下文進行描述。
本發明前述的及其它特征和方面參照對本發明具體實施例的下列詳細描繪結合附圖理解時將更易理解，其中圖1為鉆孔成像工具一個實施例的示意圖；圖2A-2B分別為傳感器襯墊裝置一個實施例的后視圖和側視圖；圖3為從傳感器襯墊位于收縮位置中的成像工具實施例的下方的截面端視圖；圖4為對圖3實施例下方的視圖，表示的是處于延伸位置的傳感器襯底；圖5為成像工具下方的端視圖，表示的是襯底推動裝置的另一個實施例；圖6為從鉆孔中心的成像工具一個實施例下方的端視圖；圖7為從鉆孔偏心的成像工具下方的端視圖；圖8為從鉆孔偏心的成像工具下方的端視圖；圖9A為具備EMD傳感器陣列的傳感器襯墊實施例的正視圖；圖9B為從圖9A中傳感器襯墊邊沿的橫截面圖；圖9C為圖9A中傳感器襯墊經天線的橫截面圖；圖10A為具備內傳感器電子設備的傳感器襯墊實施例的正視圖；圖10B為從圖10A中傳感器襯墊邊沿的橫截面圖；圖10C為圖10A中傳感器襯墊經發射器的橫截面圖；圖10D為圖10A中傳感器襯墊經接收器的橫截面圖；圖11為具備多EMD傳感器陣列的傳感器襯墊另一個實施例的正視圖；并且圖12為具備一個EMD傳感器陣列和一個BMD傳感器陣列的傳感器襯墊另一個實施例的正視圖。
具體實施例方式
現在參考附圖，其中所描繪的元件不一定按比例，并且其中相同或相似的元件在幾個附圖中由相同的參照數字表示。
圖1為本發明的鉆孔成像工具一個實施例的示意圖，通常由數字10表示，并且適合于利用可導電或有電阻的鉆孔液體在井中的操作。成像工具10包括環12，其具備形成孔14的內徑和承載電磁傳感器18的鉸鏈襯墊16。每一個襯墊16通過臂20在軸點22和環12鉸連。圖示成像工具10為鉆孔時記錄(LWD)工具并進一步包括位于每一個襯墊下的水力塞和把鉆探液體導向所述活塞的旋轉閥，其對襯墊起推進作用并對底孔裝置施加一轉向力。
成像工具10使傳感器18維持在距圍繞鉆孔的構造大約0.2英寸(大約0.5厘米)并且更具體的大約0.1英寸(0.254厘米)或更少的范圍內。因此，成像工具10可在具備有電阻的或導電的鉆探液體的井中運行。成像工具10可進一步包括一個對中器或穩定器24以便于把工具10必要地維持在鉆孔的中心。
盡管環12為描述起見而說成是延長的管狀單元，要注意到環12可以是連接到底孔裝置或管狀接頭的結構。要進一步注意到，穩定器24不一定如圖示的連接到環12，但可以作為成像工具10的一部分與環12操作配合。
圖2A和2B為圖1實施例的襯墊16裝置的示意圖。線纜26從傳感器電子設備(未圖示)開始經中空鉸鏈28連接到傳感器，其表示為發射器“T”和接受器“R”。當鉸鏈28旋轉以延伸或壓縮襯墊16時，電纜26可能扭曲。因此，電纜26必須足夠長，以便電纜26上的扭矩分散而張力仍保持在彈性狀況中。可能理想的是傳感器電子設備布置在襯墊16中(圖10C)。
現在參考圖3和4，描繪的是成像工具10一個實施例的連接操作。成像工具10包括用于延伸或壓縮襯墊16的推動裝置30。推動裝置30和襯墊16的鉸接由鉆機泥泵(未示出)與鉆孔14和井筒或環12的外徑44之間的壓力差進行水力操作。推動裝置30，在描繪的實施例中，包括第一水力塞32、第二塞34和偏置裝置36。推動裝置30布置在管道38中從而第一水力塞32與鉆孔14壓力相連，第二塞34與襯墊16操作相連。第一水力塞32和第二水力塞34由偏置裝置36互連，表示為彈簧。
當鉆機泥泵關閉時，井筒中或環12外徑44的壓力與鉆孔14中的壓力基本相當。隨著鉆機泥泵的關閉，襯墊16傾向環12的窗40中的壓縮位置(圖3)。襯墊16可由如彈簧(未表示)的壓縮機制或通過與鉆孔壁的臨時接觸準進窗40中。
當鉆機泥泵開啟時，鉆孔14和環12外徑44之間的壓力差施加在第一水力塞32上推動襯墊16由環12向外朝向鉆孔壁。襯墊16的延伸受到接觸窗40中環12外徑44的錐形端或接觸鉆孔壁的限制。偏置裝置36承載并維持延伸的襯墊16并與鉆孔壁接觸和補償壓力差的波動。偏置裝置36進一步減少襯墊16相對于和第一水力塞32的剛性連接施加到鉆孔壁的總力，從而減小襯墊16的磨損。
相似的，分離的水力系統可放置在成像工具10上從而推動裝置30可不直接使用泥(即所述泥不是與塞32相關的水力液體)而進行操作。分離的水力系統可啟動，例如，由來自表面的命令或來自處理器下向井眼的命令。
圖5為表示另一個推動裝置30實施例的成像工具10的端視圖。該實施例中，推動裝置30機械操作并包括偏置裝置36和第二塞34。推動裝置30布置在由環12形成的腔45中并與襯墊16運行相關。可替代的是，扭轉彈簧可設置在緊接鉸鏈以提供推進偏置裝置。
參照圖6到8，顯示了成像工具10在鉆孔46中的各種位置。在圖6到8的實施例中，鉆孔46為以直徑8.5英寸(21.6厘米)的孔、環12具備7英寸(17.8厘米)的直徑而且襯墊16具備3英寸(7.6厘米)的厚度。在圖6中，成像工具10基本處于鉆孔46的中心，而且襯墊16延長并與所述壁運行相關。在運行聯系中，傳感器18(圖1)維持在距壁48大約0.2英寸(0.5厘米)或更少。優選的，所述間隙維持在大約0.1英寸(0.24厘米)或更少。
在圖7中，襯墊16相對于圖6的描述距井筒46的壁48近0.6英寸(1.5厘米)。在該實施例中，環12、鄰近襯墊16和壁48之間的間隙為大約0.15英寸(0.4厘米)。在圖8中，襯墊16相對于圖6中的描述距壁48遠0.6英寸(1.5厘米)。在該實施例中，環12、鄰近襯墊16和壁48之間的間隙為大約1.35英寸(3.4厘米)。
在圖6到8的實施例中，襯墊16的面與地層保持非常近的接觸，而且傳感器18(圖1)與所述地層運行相關。然而，要注意到，由于井筒46中的空間限制以及同樣的成像工具10的空間限制，襯墊16可從環12延伸的半徑距離受到限制。通過把軸點22定位成半徑與襯墊16成大約90度，襯墊16的半徑延伸可以最大化。
按照本發明，可采用各種傳感器18陣列。電磁傳播傳感器的實施例包括端射磁場偶極(EMD)、側面磁場偶極(BMD)傳感器、交叉-偶極傳感器、多重傳感器陣列和混合陣列。端射陣列包括對發射器T和接收器R的安排，其中偶極沿成像工具10的軸定位。側面陣列包括對發射器T和接收器R的安排，其中偶極定位為垂直于成像工具18的軸。進一步的細節可在美國專利No.4,689,572和4,704,581中找到。
參照圖9A、9B和9C，描述了承載EMD陣列的襯墊16的實施例。在描繪的實施例中的襯墊16大約20厘米長、8厘米寬和3厘米深。襯墊16的面50彎曲成與鉆孔直徑匹配并且可建造成硬質焊敷層或磨損板。開口52形成在天線“T”和“R”的磨損板中。天線可稍微凹陷而低于磨損板的外表面。在該實施例中，接收器和發射器電子設備布置在襯墊16的外圍，并通過共軸線纜26和天線連接。
圖10A到10C描述了另一個包括發射器電子設備54和接收器電子設備56的傳感器18陣列的傳感器襯墊16的實施例。電子設備54和56可包括發射器放大器和開關、接收器前置放大器和開關，而不具備限制振蕩器。把電子電路54和56組合在襯墊16中可去除對長共軸線纜的需要。
圖11描述了具備雙EMD傳感器18陣列的傳感器襯墊16的實施例。一個額外的發射器T3和兩個額外的接收器R3、R4連接到襯墊16。接收器R1和R2之間的相變和衰減借助發射器T1和T2采用常規的鉆孔補償處理技術進行測量。相似的，接收器R3和R4之間的相變和衰減借助發射器T2和T3測量。該實施例的優點在于用R1和R2的測量在成像工具移動一個與兩個測量點間隙(例如10.5厘米)相等的距離時應當與用R3和R4進行的測量相同。這兩套測量然后可用于推斷穿過的速率并因此用于獲取相對深度更好的測量。
圖12描述的是本發明傳感器襯墊16的另一個實施例。該實施例中，襯墊16包括端射磁場偶極陣列18a和一個側面磁場偶極陣列18b。兩個陣列具備相同的軸向測量點，但方位的替代。由于成像工具旋轉，相同方位的EMD和BMD測量可聯合起來用于地層特征的共同倒轉。EMD和BMD數據的共同倒轉可用于減少間隙效果并改善圖像質量。
由前述的本發明的具體實施例的詳細描述，明顯的，已揭示新穎的用于導電并有電阻的井筒液體操作的鉆孔成像系統。盡管本發明的具體實施例在這里已經詳細描述，其只是為了描述本發明的各種特征和方面，而不是用于限定本發明的范圍。可預料到可進行各種置換、變更和/或更改，包括但不限于那些這里已經暗示的應用變化，來揭示實施例而不偏離由隨后附加的權利要求所定義的本發明的范圍。
權利要求
1.一種用于井筒探入地層的鉆孔成像工具，該工具包括環；與所述環鉸連的襯墊；由所述襯墊承載的一個或多個傳感器；以及連接在所述襯墊和所述環之間的推動裝置。
2.如權利要求1所述的工具，其中一個或多個傳感器包括至少一個端射磁偶極天線陣列、一個側面磁偶極天線陣列、或兩者的組合。
3.如權利要求1所述的工具，其中所述環為一個接頭。
4.如權利要求1所述的工具，其中所述推動裝置包括一個彈簧。
5.如權利要求1所述的工具，其中所述襯墊維持在距井筒壁距離少于0.5厘米。
6.如權利要求1所述的工具，其中所述襯墊與所述環在一個軸點鉸連，所述軸點定位成圍繞來自所述襯墊的圓環大約90度。
7.如權利要求1所述的工具，其中推動裝置為一水力機制。
8.如權利要求1所述的工具，其中推動裝置由一個命令啟動。
9.如權利要求1所述的工具，其中推動裝置包括經環而形成的管路；布置在與經所述環的鉆孔壓力相關的管路中的第一活塞；與所述襯墊運行相連的第二活塞；和相互連接所述第一活塞和所述第二活塞的偏置裝置。
10.如權利要求1所述的工具，進一步包括與所述環運行相關的穩定器。
11.如權利要求1所述的工具，進一步包括經過所述襯墊鉸連的線路。
12.如權利要求1所述的工具，進一步包括布置在所述襯墊中的電子裝置。
13.一種用于在鉆井時鉆孔成像并且既與導電的又與有電阻的鉆孔液體兼容的工具，包括一個環；一個與所述環鉸連的襯墊；至少一個由所述襯墊承載的天線；和連接在所述襯墊和所述環之間的推動裝置。
14.如權利要求13所述的工具，進一步包括設置在所述襯墊中的電子裝置。
15.如權利要求13所述的工具，其中至少一個天線包括至少一個端射磁偶極天線的陣列、一個側面磁偶極天線的陣列、或者兩者的聯合。
16.如權利要求13所述的工具，其中所述襯墊在一個軸點與所述圓環鉸連，所述軸點布置成距所述襯墊圍繞所述環大約90度。
17.如權利要求13所述的工具，其中推動裝置為一水力機制。
18.如權利要求13所述的工具，其中推動裝置由一個命令啟動。
19.如權利要求13所述的工具，其中推動裝置包括經環而形成的管路；布置在與經所述環的鉆孔壓力相關的管路中的第一活塞；與所述襯墊運行相連的第二活塞；和相互連接所述第一活塞和所述第二活塞的偏置裝置。
20.如權利要求13所述的工具，進一步包括經過所述襯墊鉸連的線路。
21.如權利要求13所述的工具，其中推動裝置包括一彈簧。
22.一種在鉆孔時對鉆孔成像的方法，該方法包括把成像工具布置在鉆孔中，所述成像工具包括一個在軸點與環鉸連的襯墊和一個或多個由所述襯墊承載的一個或多個傳感器；操作中把所述襯墊維持在一個0.5厘米或更少的間隙；在維持時進行測量；以及采用所述測量來形成一個鉆孔圖形。
23.如權利要求22所述的方法，其中一個或多個傳感器包括至少一個端射磁偶極天線陣列、一個側面磁偶極天線陣列、或兩者的聯合。
24.如權利要求22所述的方法，進一步包括指令所述推動裝置啟動。
25.一種鉆孔時記錄的工具，包括一個環；可移動的連接到所述環的襯墊；由所述襯墊承載的一個或多個傳感器；以及電連接到所述一個或多個傳感器并經過所述襯墊到所述環的連接的電線。
26.一種鉆孔時記錄的工具，包括一個環；可移動的連接到所述圓環的襯墊；由所述襯墊承載的一個或多個傳感器；以及一個布置在所述襯墊中的一個電子裝置。
全文摘要
本發明涉及一種用于井筒探入地層的鉆孔成像工具，包括與環鉸連的襯墊、由襯墊承載的傳感器陣列和連接在襯墊與環之間以把襯墊延伸向井筒壁的推動裝置。該成像工具與油基和水基鉆孔液體均兼容。
文檔編號E21B47/00GK1873186SQ20061008419
公開日2006年12月6日 申請日期2006年4月28日 優先權日2005年4月29日
發明者B·克拉克, R·塔赫里安, R·馬丁內斯 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司