[发明专利]取心工具、岩心搬运组件和搬运岩心的方法

说明书

技术领域

本公开总体涉及油气井钻进和随后进行的井周围的地下地层的勘察。更具体地，本公开涉及从地层获得和搬运岩心样本的装置和方法。

背景技术

通常向地下或海床钻井来发现石油、天然气以及收集在地壳的地质地层中的其它希望的物质的天然储藏。通常由连接到“钻柱”下端的钻头来钻出井。钻井液或“泥浆”通常被通过钻柱向下泵入到钻头。钻井液润滑并冷却钻头，在钻柱和井壁之间的环空中将钻屑携带回到地面上。

一旦到达感兴趣的地层，钻井者经常通过使用井下地层评价工具对地层和它含有的物质进行勘察。一些类型的地层评价工具形成钻具的一部分，并且在钻井的过程中使用。这些工具例如被称为“随钻测井”(“LWD”)工具或者“随钻测量”(“MWD”)工具。MWD通常指测量钻头轨迹和井眼温度和压力，而LWD指测量地层参数或性质，比如电阻、孔隙度、渗透率和声速，还包括其他参数。比如地层压力的实时数据允许钻井公司在钻井过程中确定钻井泥浆的大约重量和成分，并决定大约的钻速和钻上重量。尽管对于本领域技术人员来说，LWD和MWD具有不同的含义，但这种区别与本公开没有密切关系，因此本公开对这两个术语并不作区分。此外，当钻头在地层中实际切削时，LWD和MWD是不必要运行的。例如，LWD和MWD可以发生在钻井过程中断期间，比如当钻头短暂停下来进行测量，此后恢复钻井。在钻井间歇的中断期间进行的测量仍被认为是“随钻”的，因为它们并不要求钻柱从井眼中移开或“起钻”。

其他的地层评价工具有时在钻井完成后使用。通常，这些工具用线缆下入到井中来进行电子通信和电力传输，因此通常被称为“线缆”工具。一般来说，线缆工具被下入井中，因此它能够在期望深度测量地层性质。

一种线缆工具被称为“地层测试工具”。术语“地层测试工具”用于描述能从地层将流体抽取到井下工具的地层评价工具。实际上，地层测试工具可以包括许多地层评价功能，比如执行测量(即流体压力和温度)、处理数据和/或提取和储存地层流体样本的能力。因此，在本公开中，术语地层测试工具包括从地层将流体抽取到井下工具进行评价的井下工具，不管工具是否储存样本。美国专利No.4,860,581和No.4,936,139展示并描述了地层测试工具的例子，二者都被转让给本申请的受让人。

在地层测试操作期间，井下流体通常被抽到井下工具中，并被测量、分析、收集和释放。在流体(通常是地层流体)被收集(有时被称为“流体取样”)的情况下，流体是通常被抽入取样室并运输到地面，以进行进一步的分析(通常在实验室)。当流体被抽入工具中时，通常进行井下流体的各种测量来确定地层性质和条件，比如地层流体压力、地层的渗透率和地层流体的泡点。渗透率指的是地层的流动势。高渗透率对应低的流体流动阻力。起泡点指的是溶解气从地层流体中产生气泡的流体压力。例如在做出开发决策时，这些和其它性质可能是重要的。

另一种通常通过线缆进入井筒中的井下工具被称为“取心工具”。与主要用于收集流体样本的地层测试工具不同，取心工具用于获得地层岩石的样本。

典型的取心工具包括中空的钻头，这被称为“取心钻头”，钻头向前进入地层壁中，从而可以把称为“岩心样本”的样本从地层中取出。随后岩心样本可以被运送到地面，在地面对其进行分析来评价尤其是储集层储存能力(称为孔隙度)和构成地层的物质的渗透率，地层孔隙中包含的流体和矿藏的化学和矿物组分，和/或地层物质的束缚水的含量。由岩心样本的分析获得的信息也可以用于做出开发决策。

井下取心操作通常分为两类：轴向取心和井壁取心。“轴向取心”或传统取心包括施加轴向力使取心钻头向前进入井的底部。通常，这种操作在将钻柱从井眼移开或者“起钻”之后进行，而且在钻柱端部旋转取心钻头被下入井中，该旋转取心钻头有用来容纳岩心样本的中空内部。在受让予BakerHughes的美国专利No.6,006,844中给出了轴向取心工具的一个示例。