[发明专利]用于井下工具的传感器

说明书

用于井下工具12的传感器装置包括用于进行井下测量的传感器24；用于将传感器24安装到井下工具12的传感器支撑件26、28。传感器支撑件26、28包括致动器26，致动器26用于在沿着井下工具12的纵向轴线延伸的方向上移动传感器24的至少一部分，使得在使用中，传感器24的可移动部分能够相对于工具12在沿着钻孔的纵向轴线延伸的方向上移动。传感器装置设置成使用工具12上的点作为参考来记录来自传感器的测量，以确定测量之间的相对深度，而无需使用外部参考点来获得测量的绝对深度的指示。

技术领域

本发明涉及用于井下工具的传感器装置，以及用于进行井下测量的相关方法。

背景技术

在石油和天然气工业中，能够在各种情况下进行井下测量是很重要的。例如，用于新钻井的评估，用于在地层坍塌后使用，用于堵塞和废弃油井，或评估井完整性和用于水泥评估等。使用各种类型的井下传感器来获得这些测量是众所周知的。这些可以是井下工具中的用于附接到钻头以执行随钻测井(LWD，即logging while drilling)测量的传感器。或者，传感器可以在专用线缆工具中主要用于获得测量。已经有基于不同测量原理的各种类型的传感器，诸如使用包括光学和X射线系统的各种频率的电磁波，以及使用超声波和其他声波类型的传感器。一些传感器依赖于工具本体的激发并因此依赖于相邻井下结构的激发。其他传感器发射出可以穿过工具本体或至少会穿过工具本体中的合适窗口的波。传感器还可以基于接收来自井下结构的波或其他信号，其中井下结构从远程位置被激发。

对钻孔中的不同深度处进行测量来评估井下条件如何变化是很重要的。对于大多数应用，需要对井下区段的部分或全部进行连续范围的测量。在现有技术中，钻柱或传感器柱中的传感器位置是相对于表面参考和/或该柱中的参考点测量的。例如，应用于缆线或管道的深度测量系统能够给出相对于诸如该表面或海平面、平台地板或甲板平面等参考基准的传感器位置。这可以转换为工具底部或钻头深度，以便能够相对于底部的点确定传感器的位置。基于特定传感器和/或正在使用的特定工具获知传感器在工具中的相对位置。该位置是固定的，使得传感器位置相对于参考基准没有变化。

发明内容

从第一方面来看，本发明提供了一种用于井下工具的传感器装置，该传感器装置包括：用于进行井下测量的传感器；以及用于将传感器安装到井下工具的传感器支撑件；其中，传感器支撑件包括致动器，该致动器用于在沿着井下工具的纵向轴线延伸的方向上移动传感器的至少一部分，使得在使用中，传感器的可移动部分能够相对于工具在沿着钻孔的纵向轴线延伸的方向上移动；并且，其中，传感器装置设置成使用工具上的点作为参考来记录来自传感器的测量，以确定测量之间的相对深度，而无需使用外部参考点来获得测量的绝对深度的指示。

对于该传感器装置，传感器的至少一部分不是像现有技术中那样相对于工具固定，而是布置成沿着钻孔的长度在钻孔中移动，其通常是钻孔的垂直高度。通过这种布置，沿着钻孔长度的方向的感测参考可以有利地为工具上的点，诸如工具本体上的固定位置，而不是与钻孔内传感器的绝对高度/深度相关的参考。可选地，传感器装置还可以设置成用于传感器的旋转运动，以允许在从工具的纵向轴线延伸的不同方向上的传感器测量，例如垂直于轴线。在这种情况下，传感器可以借助于旋转运动提供关于钻孔周向的一部分或整个钻孔周向的测量。

现有技术中已经发现，对于随钻测井系统和线缆工具，传感器的位置存在很大的不确定性。例如，由于钻孔中的粘附和滑动、钻孔的偏差等，所使用的缆线或管道可能存在未知的不同程度的拉伸或压缩。对于现有传感器，已经尝试通过使用加速度计等来补偿感测期间的移动，但是这些不足以解决由于粘附和滑动导致的不确定性，其中不能精确地获知一个感测位置与另一个感测位置之间的深度变化。