[发明专利]井下工具和从井筒壁面解脱工具壳体的方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及油气井钻探和该钻井周围地下地层的后续勘察。更具体 地说，本发明涉及从钻井壁面解脱或“松脱”工具的装置和方法。

背景技术

钻井一般钻入地面或海床，以开采自然沉积的油和气，以及其他地壳中 的地理地层中蕴藏(trapped)的希望得到的材料。钻井通常利用连接到“钻 柱”下端的钻头进行钻探。钻井液，或“泥浆”，通常经过钻柱向下向钻头 泵浦。钻井液润滑并冷却钻头，且在钻柱和井筒壁面之间的环隙中将钻屑带 回到地面。

为了成功勘探石油和天然气，必须获取有关井筒所穿过的地下地层的信 息。例如，标准地层评估的一个方面涉及地层压力和地层流体流动性的测量。 这种测量对于预测地下地层的产能和生产寿命至关重要。

一种测量地层和流体性质的技术包括下入“线缆式(wireline)”工具至 油井中以测量地层性质。该线缆式工具是一种悬挂在线缆上的测量工具，该 线缆与置于地面的控制系统具有电子通讯。该工具被下入油井中从而可以在 合适的深度测量地层性质。典型的线缆式工具包括探头，该探头压在井管壁 上从而建立与地层间的流体联通。这种线缆式工具通常称为“地层测试器”。 该地层测试器使用探头来测量地层流体压力，并且产生用于测定地层渗透性 的压力脉冲。该地层测试器也可以提取地层流体样品，该样品或被转移至地 面进行分析或进行井下分析。

为了使用任何线缆式工具，无论该工具是电阻率、孔隙率测试工具还是 地层测试工具，都必须将钻柱移出井外从而使工具能下入油井中。这个过程 叫做起钻。进一步地，应将线缆式工具下降至感兴趣的区域，这通常是在井 眼底部或接近井眼底部。移出钻柱和将线缆式工具下入井中这两个过程十分 耗时，根据井筒的深度，该过程可消耗数个小时。由于将钻柱起钻与将线缆 式工具下入井筒需要大量的开销和钻机时间，线缆式工具通常只有在绝对需 要地层信息或因为其他原因，例如更换钻头，钻柱被起钻时才使用。例如美 国专利3,934,468、4,860,581、4,893,505、4,936,139和5,622,223描述了线缆 式地层测试工具的示例。

为了避免或缩短与起下钻柱相关的停工期，目前开发了另一种测量地层 性质的技术，其中工具或装置定位于钻井系统中钻头的附近。因此地层测量 在钻井过程中进行，其专业术语为MWD(随钻测量)和LWD(随钻测井)。 各种井下随钻测量和随钻测井的井下工具已经商业化了。

典型的MWD是指测量钻头轨迹和井筒温度与压力，而LWD是测量诸 如电阻率、孔隙率、渗透性和声速之类的地层参数和性质。诸如地层压力之 类的实时数据有助于钻井公司决定钻井泥浆的重量和成分，以及决定钻井过 程中的钻速和钻压。虽然LWD和MWD对于本领域的技术人员通常具有不 同的意义，但这些区别与本发明没有密切关系，因此本发明中不区分这两个 术语。此外，在钻头实际切穿过地层的过程中，LWD和MWD的实施并不 是必须的。例如，LWD和MWD可以发生在钻井过程的间歇中，例如在钻 头简短地停止以进行测量，测量结束后再继续钻井。这些在钻井间歇中实施 的测量仍然被认为是“随钻”测量，因为他们不需要将钻柱起出。

无论是线缆作业还是钻井过程中的，地层评估通常需要将地层的流体抽 入井下工具中用于测试和/或取样。各种各样的取样器件，通常称为探头，从 井下工具伸出以建立与井筒周围地层的流体联通并将流体抽入井下工具中。 典型的探头是从井下工具伸出且定位为抵靠井筒侧壁的环形元件。探头端部 的橡胶封隔器用于与井筒侧壁一起建立密封。另一用来与井筒侧壁形成密封 的器件是双封隔器。使用双封隔器，两个弹性环在工具周围径向膨胀以隔离 它们之间的井筒部分。该环与井筒壁形成了密封，并允许流体被抽入井筒被 隔离的部分和被抽入井下工具的入口。