專利名稱：由通孔鉆桿傳遞的測井設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對形成在一地層中的井筒鉆井和測井的設備。本發明還涉及一種用于本設備中的鉆桿和用于本設備中的測井工具桿，以及一種使用此設備對形成在一地層中的井筒鉆井和測井的方法。
美國專利5589825公開了一種設備，其中一個測井工具桿通過鉆桿的縱向流體通道下降，直到測井工具位于多個設置在鉆桿壁中的窗口的對面。測井信號從測井工具通過窗口傳遞到地層中。用此公知的設備只能得到有限的測井信息，因為窗口尺寸有限。此外，此設備需要相對于窗口精確定位測井工具。
美國專利3112442公開了一種設備，其中一個測井工具經過一個鉆桿的液體通道，直到工具的多個電極經過流體噴口位于鉆頭之下。電極的尺寸很有限并且發射和接受測井信號的能力很有限。此系統的另一個缺點在于電極從噴口的通過受噴口的形狀和方向阻礙。
本發明的一個目的是提供一種對形成在一地層中的井筒鉆井和測井的設備，它克服了公知設備的缺點，并且很堅固和能提供充足的測井信息而不會妨礙鉆井操作。
本發明的另一個目的是提供一種用于本發明設備中的鉆桿。
本發明的還一個目的是提供一種用于本發明設備中的測井工具桿。
本發明的再一個目的是提供一種使用本發明的設備對形成在一地層中的井筒鉆井和測井的方法。
根據本發明，提供了一種用于對形成在一地層中的井筒鉆井和測井的設備，所述設備包括一個測井工具桿和一個鉆桿，鉆桿具有一個用于鉆井液體循環的縱向通道，鉆桿包括一個在通道和鉆桿外部之間提供液體連通的開口，通道和開口設置成可以使測井工具桿通過通道并從通道通過開口到達鉆桿外的一個位置，設備還包括一個適于有選擇地閉合開口的可去除的閉合件，其中測井工具桿設有用于有選擇地將測井工具桿連接在閉合件上的連接裝置。
通過使測井工具桿經過通道下降并使用連接裝置將測井工具桿連到閉合件上，閉合件可以由測井工具桿的進一步下降從鉆桿上去除而同時閉合件保持連接到測井工具桿上。當測井工具桿伸入鉆桿外的空間中時可以進行測井操作。在完成測井操作后可以重新使用閉合件進行另一個井筒段的鉆制。此外閉合件在從鉆桿上去除后不會在井筒中形成一個障礙。
最好鉆桿包括一個設置在鉆桿下端上的鉆頭，而且開口設置在鉆頭中。以此方式閉合件可以形成鉆頭一體的、但是可去除的一部分，而不會對鉆頭的鉆井特性有負面影響。
適當地所述連接裝置形成輔連接裝置，而閉合件設有用于有選擇地將閉合件連接到鉆桿上的主連接裝置。
最好主連接裝置包括一個將閉合件閂鎖到鉆桿上的主閂鎖裝置。
在一個優選實施例中，所述連接裝置包括一個將測井工具桿閂鎖到閉合件上的輔閂鎖裝置。
最好主和輔閂鎖裝置設置成當測井工具桿閂鎖到閉合件上時可以將閉合件從鉆桿上解鎖。
為了防止在鉆井過程中閉合件相對于開口件轉動，閉合件和開口在垂直于鉆桿縱軸的一個平面中具有互相配合的非圓形的接觸面。
本發明的方法包括-通過操作鉆桿鉆取一段所述井筒，其中閉合件閉合開口；-經過所述通道將測井工具桿降至閉合件；-將測井工具桿連接到閉合件上；-將閉合件連至其上的測井工具桿進一步通過開口降至鉆桿外的一個位置；-驅動測井工具桿以提供地層的測井數據。
經過通道下降測井工具桿可以例如由通過在一纜索上下降而泵下測井工具桿進行。
測井工具桿最好以一種帶有自動預置啟動的自給方式操作(即由工具桿的動力和存儲控制)。
下面參照附圖并以示例性方式描述本發明，其中
圖1示出本發明第一實施例設備的一個縱段；圖2示出圖1的一個細節；圖3示出圖1的閉合件和測井工具桿的一個縱段；圖4示出本發明第二實施例設備的一個縱段。
在附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件。
參見圖1，其中示出一個鉆桿1，用于在一地層中鉆制一個井孔，鉆桿1具有一個擋環3，設有切削件6的鉆頭5與擋環相連。鉆桿1具有一個用于鉆井流體循環的縱向通道7，通道7連入鉆頭5的一流體腔9中。在鉆頭5中設有噴口11，用于從腔9向井筒中噴入鉆井流體。鉆頭5具有一個底壁14，設有一個表現為開口16的中心孔，開口16由一個表現為插入段18的閉合件蓋住。開口16和插入段18具有截頭圓錐形的接觸面17，以便可以在向外的方向中從開口16中去除插入段18。插入段18和鉆頭5設有一個閂鎖機構，用于將插入段18閂鎖到鉆頭5上并將一個測井工具桿閂鎖到插入段18上。插入段18在其面向流體腔9的一側設有一個凹口21，用于承裝測井工具桿。
在圖2中示出圖1的細節A。閂鎖機構20包括多個鎖緊裝置22，它們沿接觸面17以均勻的角區間分隔開。每個鎖緊裝置22包括一個形成在插入段18中的徑向孔24以及一個形成在鉆頭5中對應的徑向孔26，當開口16由插入段18蓋上時孔24,26對齊。第一鎖緊件28從孔24伸入腔9中一小段距離。第一鎖緊件28由第一螺旋彈簧30的一端偏置到此位置中，而彈簧的另一端偏置到設在孔24中的一個環形臺肩32上。第一鎖緊件28連在桿34的一端上，桿34伸過環形臺肩32并在其另一端上靠在一第二鎖緊件36上。第二鎖緊件36從孔24伸入孔26中，并由一第二螺旋彈簧38偏置到此位置中，其中彈簧38設置在孔26中與桿34相對的第二鎖緊件36的一側上。
一測井工具桿40經過通道7伸入腔9中，測井工具桿設有一組測井工具(未示出)、一個動力單元(未示出)以及一個電子存儲單元(未示出)。測井工具桿40的外徑選擇成可以使其通過開口16。測井工具桿40具有一個形如工具頂部42的下端部，工具頂部42裝入插入段18的凹口21中，工具頂部42和凹口21具有一個截頭圓錐形的接觸面，使工具頂部42可以容易地進入凹口21中。工具頂部42設有一個圓周槽44，當工具頂部42裝入凹口21中時圓周槽44與徑向孔24對齊。槽44的深度選擇成當槽44和孔26對齊時，第一鎖緊件28由彈簧30偏置到槽44的端壁46上，而第二鎖緊件36完全伸入孔26中。
在圖1-3中所示的設備正常工作時，鉆桿1驅動以鉆取一個新的井孔區間(未示出)。在鉆取過程中，插入段18蓋住開口16并由鎖緊裝置22保持到此位置，從而每個鎖緊件36從孔24伸入對應的孔26中。在鉆取停止后，鉆桿1提升一個選定的距離，以使測井工具桿40可以位于鉆頭5之下。然后測井工具桿通過通道7下降，并從此經過腔9進入凹口21中。當工具頂部42承裝在凹口21中時，每個第一鎖緊件28閂鎖入槽44中。如上所述，第一鎖緊件28閂鎖入槽44中使第二鎖緊件36可以完全位于孔26中。從而插入段18從鉆頭5上打開。當插入段18閂鎖到工具頂部42上時，測井工具桿40隨后通過開口16降至井筒中鉆頭5之下的空間中。在此位置測井工具40由懸置裝置懸置，例如由一個設置在工具桿40上的環形臺肩(未示出)，懸置裝置位于一個設置在鉆頭的腔9中對應的環形臺肩(未示出)上。或者測井工具桿可以懸掛在來自地面的鋼絲繩上，或其他任何適當的裝置。
當測井工具40位于懸置位置中時，鉆桿通過井筒提升以移動測井工具桿通過新鉆制的區間，并且同時工具桿40的每個測井工具工作以提升一組圍繞新鉆區間的地層的測井數據。測井數據貯存在電子存儲單元中。
上述測井步驟可以在鉆桿1的一個行進過程中進行，然后將鉆桿收回到地面上，例如向鉆桿裝配一個新鉆頭。或者，在測井完成后，測井工具桿40提升回到鉆桿1中，直到插入段18蓋住開口16。在插入段18進入開口16時，每個第二鎖緊件36由第二彈簧16的作用閂鎖入插入段18的對應的孔24中，從而將插入段18鎖到開口16中。由于開口16由插入段18蓋住，可以鉆取另一個井筒區間并可以重復上述步驟。
在圖4中示出本發明設備的第二實施例。在第二實施例中，鉆頭60設置在一個鉆桿的下端上，鉆桿(未示出)具有一個縱向通道(未示出)，用于循環鉆井流體，通道與鉆頭的一個流體腔62相通。鉆頭設有多個噴口64，用于從腔62向要鉆取的井筒中噴射鉆井流體。鉆頭60具有一個底壁66，上面設有一個表現為開口68的中心開口，當從一個垂直于鉆桿縱軸的平面中看去時，開口具有一個橢圓形狀。開口68與鉆桿的縱向通道對齊并由一個表現為插入段70的閉合件蓋住。插入段70的外表面與鉆頭60的底面完全符合，這樣當插入段70插入開口68中時鉆頭60的鉆井特性與常規鉆頭的相同。開口68和插入段70具有各自為截頭圓截形的接觸面72,72＇，以便可以在向外的方向中從開口68取出插入段70。鉆頭60還設有一個在開口68和腔62之間提供流體連通的圓柱形通道73，通道73與鉆桿的縱向通道對齊。
插入端70通過一個主閂鎖裝置連在鉆頭60上，主閂鎖裝置包括一個與插入端一體形成并伸入腔62中的柱體72。柱體72在接近其上端設有一個環形凹口74。一個圓柱形保持架76由螺紋連接78連接到插入端70上，螺紋連接78同心圍繞柱體72延伸，在保持架76和柱體72之間形成一個環形間隙80。一個圓柱套筒82伸入環形間隙80中，套筒可以沿柱體72滑動并由一個彈簧84偏置在腔62的方向中。保持架76固定四個伸入四個設置在通道73的壁中的鎖緊凹口88中的金屬鎖緊球。套筒82設有四個釋放凹口90，當套筒82向彈簧84偏置一充分的距離時鎖緊球配合到釋放凹口90中。為了清楚的目的，只示出兩個鎖緊球86、兩個鎖緊凹口88和兩個釋放凹口90。
一個測井工具桿92通過鉆桿的縱向通道伸入腔62中，測井工具桿設有一組測井工具(未示出)、一個動力單元(未示出)以及一個電子存儲單元(未示出)。測井工具桿92的外徑使得桿92可以通過開口通道73和開口68。測井工具桿92可以由一個輔閂鎖裝置連在插入段70上，輔閂鎖裝置包括測井工具桿92的一下部94，所述下部94具有一個下端94a和一個內腔95，內腔95的直徑等于柱體72的外徑，這樣柱體72配合到內腔95中。下部94內部設有四個鎖緊擋塊96(圖中只示出兩個)，擋塊96樞軸連接到下端94上并由彈簧98在徑向向內的方向中偏置。內腔95還設有一個降落表面100，表面100設置成與鎖緊擋塊96有一個縱向距離，此距離選定成當降落表面100與柱體72的遠端接觸時鎖緊擋塊96容裝在柱體的環形凹口74中。此外，降落表面100和測井工具桿92的下端之間的縱向距離選擇成當降落表面100與柱體72的遠端接觸時，下端94a將套筒82偏置到釋放凹口90與各自的鎖緊球86相對的位置。
在正常的操作過程中，鉆桿驅動以鉆取一個新的井筒區間(未示出)，在鉆取過程中，套筒82由彈簧偏置到圖4中所示的位置，這樣鎖緊球86由套筒82壓入鉆頭體的各個鎖緊凹口88中，從而將插入段70閂鎖到鉆頭60上。
在完成井筒區間的鉆取后，鉆桿從井筒的底部提升一個選定的距離，而測井工具桿92通過鉆桿降入腔62中。測井工具桿92進一步下降，從而柱體72進入腔95中并與降落表面100接觸，從而測井工具桿92的下端抵抗彈簧84的力擠壓套筒82，直到釋放凹口90位于各個鎖緊球86對面。在此位置套筒82不再將鎖緊球86壓入鎖緊凹口88中，這樣插入段70從鉆頭體上解鎖。同時鎖緊擋塊96配合在柱體72的環形凹口74中并將測井工具桿92閂鎖在插入段70上。當插入段閂鎖在測井工具桿92上時測井工具桿92經過通道73和開口68進一步下降直到桿92的測井工具位于鉆頭60之下，在此位置測井工具桿92懸置而測井工具工作。
在完成測井后，測井工具桿92提升起來直到插入段70與開口68接觸。然后測井工具桿進一步提升，從而將鎖緊擋塊96從環形凹口74上解鎖并使套筒82可以由彈簧84的作用沿柱體72在腔62的方向中滑動。從而套筒82將鎖緊球86壓入各自的鎖緊凹口88中，這樣插入段70閂鎖到鉆頭60上并蓋住開口68。
然后可以以上述方式鉆制另一個井筒區間并進行測井，或者必須可以將鉆桿收回到地面。
測井工具桿可以由泵下操作、纜索或纜索和泵下操作的組合下降通過鉆桿。測井工具桿的提升可以由纜索、反向泵給(即從鉆桿和井筒壁/套管之間的環形間隙將流體泵入鉆桿中)或其組合進行。
貯存在電子存儲單元中的測井數據可以通過將測井工具經過鉆桿回收到地面、通過將其中包含有測井工具桿的鉆桿回收到地面、或通過使用合適的信號傳送裝置將數據從存儲單元傳送到地面而回收到地面上。
權利要求
1．一種用于對形成在一地層中的井筒鉆井和測井的設備，所述設備包括一個測井工具桿和一個鉆桿，鉆桿具有一個用于鉆井液體循環的縱向通道，鉆桿包括一個在通道和鉆桿外部之間提供液體連通的開口，通道和開口設置成可以使測井工具桿通過通道并從通道通過開口到達鉆桿外的一個位置，設備還包括一個適于有選擇地閉合開口的可去除的閉合件，其中測井工具桿設有用于有選擇地將測井工具桿連接在閉合件上的連接裝置。
2．如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述連接裝置形成輔連接裝置，而閉合件設有用于有選擇地將閉合件連接到鉆桿上的主連接裝置。
3．如權利要求2所述的設備，其特征在于，主連接裝置包括一個將閉合件閂鎖到鉆桿上的主閂鎖裝置。
4．如權利要求1-3中任一項所述的設備，其特征在于，所述連接裝置包括一個將測井工具桿閂鎖到閉合件上的輔閂鎖裝置。
5．如從屬于權利要求3的權利要求4所述的設備，其特征在于，主和輔閂鎖裝置設置成當測井工具桿閂鎖到閉合件上時可以將閉合件從鉆桿上解鎖。
6．如權利要求1-5中任一項所述的設備，其特征在于，鉆桿包括一個設置在鉆桿下端上的鉆頭，而且開口設置在鉆頭中。
7．如權利要求6所述的設備，其特征在于，開口由一個鉆頭底壁中的中心孔形成，所述中心孔提供通道和鉆頭之下井筒中的一個空間之間的流體連通。
8．如權利要求1-7中任一項所述的設備，其特征在于，閉合件可以在鉆桿外側方向中從開口上去除。
9．如權利要求1-8中任一項所述的設備，其特征在于，閉合件和開口在垂直于鉆桿縱軸的一個平面中具有互相配合的非圓形的接觸面。
10．一種用于如權利要求1-9中任一項所述設備的測井工具桿。
11．一種用于如權利要求1-9中任一項所述設備的鉆桿。
12．一種使用如權利要求1-9中任一項所述的設備對形成在一地層中的井筒鉆井和測井的方法，所述方法包括-通過操作鉆桿鉆取一段所述井筒，其中閉合件閉合開口；-經過所述通道將測井工具桿降至閉合件；-將測井工具桿連接到閉合件上；-將閉合件連至其上的測井工具桿進一步通過開口降至鉆桿外的一個位置；-驅動測井工具桿以提供地層的測井數據。
13．基本參見附圖如上所述的設備。
14．基本參見附圖如上所述的測井工具桿。
15．基本參見附圖如上所述的鉆桿。
16．基本參見附圖如上所述的方法。
全文摘要
本發明提供了一種用于對形成在一地層中的井筒鉆井和測井的設備。設備包括一個測井工具桿和一個鉆桿,鉆桿具有一個用于鉆井液體循環的縱向通道,鉆桿包括一個在通道和鉆桿外部之間提供液體連通的開口,通道和開口設置成可以使測井工具桿通過通道并從通道通過開口到達鉆桿外的一個位置。設備還包括一個適于有選擇地閉合開口的可去除的閉合件,其中測井工具桿設有用于有選擇地將測井工具桿連接在閉合件上的連接裝置。
文檔編號E21B47/01GK1319158SQ99811188
公開日2001年10月24日 申請日期1999年9月20日 優先權日1998年9月21日
發明者道弗·約翰尼斯·魯尼亞 申請人:國際殼牌研究有限公司