[发明专利]钻井时采集地层数据的方法和设备

说明书

本申请要求临时申请(provisional application)号为No.60/048254、申请日为1997年6月2日之申请的优先权，这里将参考该临时申请。

本发明主要涉及深井例如用于开采石油产品的深井的钻进，特别是涉及在进行钻井时地下地层数据象地层压力、地层渗透率和类似参数的采集。

在油井描述服务中，一部分标准地层评价参数主要涉及油藏压力和油藏岩石的渗透率。现在采集作业主要是利用“地层测试器”工具通过电缆测井或者通过钻杆测试来获得这些参数。这两种类型的测量方法均可应用于“裸眼井”或者“下套管井”，它们均需要一个辅助的“起下钻作业”，例如：从井眼中起出钻柱，把一个地层测试器下入到井眼内以采集数据，取出地层测试器后再把钻柱下入到井眼内，用于进一步的钻进。因为以这种方式进行起下钻作业消耗大量的钻时，通常只有在绝对地需要地层数据情况下才进行起下钻作业，或者只有当换钻头或者其它原因时才进行起下钻作业。

在钻井过程中，获得的“实时”油藏地层数据是非常有价值的。钻井时获得的实时地层压力将允许钻井工程师或者钻井工作者能更旱地确定钻井液比重、组成以及钻进参数，从而使钻进工作安全进行。同样也希望获得实时地层数据，以便精确控制钻头钻压与地层压力变化以及渗透率的变化之间的关系，从而使得钻井作业可以在最高效率下进行。

因此，希望提供这样一种钻井方法和设备，使得当带有钻铤、钻头和其它钻井构件的钻柱仍保持在井眼内时，也能够从感兴趣的地下区域采集地层参数，因此消除或者减少了只是为了确定这些地层参数而把地层测试器下入到井眼内的起下钻作业。也希望提供这样一种钻井方法和设备，该方法和设备在钻进还在进行时就能够采集地层数据例如象压力、温度和渗透率等等，这种数据采集方法和设备可以与所有已知的井眼钻进方法一起使用。

为了满足工业上长久以来的迫切需要，本发明的主要目的是提供一种采集地下地层数据的新的方法和设备，其中采集地下地层数据与井眼钻井作业一起进行，而不需要在井眼中进行起下钻作业。

本发明的另一个目的是提供一种在钻井作业时采集地下地层数据的新的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种井眼的钻进在进行时采集地下地层数据的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种采集地下地层数据的新的方法和设备，其中把一个遥控数据传感器/发射器定位在井眼附近的地下地层，选择性地激励遥控数据传感器用于对地层数据进行检测、记录和发射以及选择性地接收由钻杆系统发射来的地层数据，从而显示给钻井人员。

本发明的另一个目标是提供一种新的方法和设备，其中利用一个或者多个遥控“智能”地层数据传感器，该传感器把基本上是实时的地层数据发射到钻铤或者探测棒内的数据接收器，该钻铤或者探测棒是钻柱的一个构件，能够把接收到的数据通过钻柱发射到地面设备从而显示给钻井人员。

上述的目标以及其它不同的目的和优点通过一个方法和设备来实现，该方法中包括一个井眼的钻进，该井眼具有一个带有钻铤的钻柱，钻铤上连接有一个钻头。钻铤具有一个地层数据接收器和一个或者多个遥控数据传感器，该遥控数据传感器能够检测和记录地层数据例如象温度、压力渗透率等等，以及用于发射代表所检测的地层数据的信号。当钻铤接近一个选定的地下地层例如象一个油藏地层时，激励该钻铤设备从而把至少一个数据传感器向外展开并越过井眼从而定位在地下地层内，用于根据命令进行检测和发射地层数据。由数据传感器发射的地层数据信号由装置在钻铤上的接收器电路接收，进一步通过钻柱发射到地面设备例如象显示地层数据的钻井控制台。通过检测和显示的地层数据的变化，钻井人员能够快速有效地调整井下工况例如象钻井液比重和组成、钻压和其它变量，从而对钻井作业的安全和效率进行控制。

智能数据传感器可以通过任何合适的手段定位在地层内。例如，一个液压动力柱塞利用足够液压力可以把传感器从钻铤内推进到地层内，从而穿过地层足够的深度用于检测地层数据。作为可以选择的一种情况，通过一个传感器激励器，钻铤内的设备可以展开向外或者向着侧向钻进进入地层，从而把传感器定位在一个侧向的钻孔内。作为另外一种可以选择的情况是，一个装置在钻铤上的推进动力系统可以被激励从而通过足够的力发射传感器从而侧向穿过并越过井眼。无论地层定位方法是什么，该传感器都被封装以防止传感器进入地层内时破坏传感器。