[发明专利]收集地下岩层数据的井下工具和方法

说明书

广义上说，本发明涉及钻井时由一井孔穿过的地下岩层中各种参数的确定。更具体地说，本发明涉及利用一不旋转的钻具组稳定器对诸如岩层压力之类的各岩层参数的确定。

现代的油井的控制和制造涉及对地下岩层各参数的不断监测。标准岩层评估的一方面内容是与储存库压力参数和储存库岩层可穿透性相关的。不断地监测诸如储存库压力和穿透性之类的参数说明岩层压力在一定时间范围内的变化，这对预测产量及地下岩层的开采期是很重要的。现代的钻井工作典型地可通过“岩层测试”工具由电缆测井获得这些参数。这种类型的测量要求具有一辅助“往返运动(trip)”，即从井孔中卸除钻具组，将一岩层测试机推入该井孔中以便获取岩层数据，并且在收回该岩层测试机之后，将钻具组再推入该并孔中以进行进一步钻进。因此，典型的岩层参数包括压力，可通过电缆测井岩层测试工具，例如美国专利US3934468，4860581，4893505，4936139及5622223中所述工具，对其进行监测。

因此上述每个专利的限制在于：其中所述的岩层测试工具只能在电缆测井工具处于井孔中并与相应的岩层区域保持物理接触时才能获取岩层数据。由于采用这种岩层测试机的“在井中进行往返运动(tripping the well)”需要大量宝贵的钻井时间，因此它只有在岩层数据绝对需要的情况下，或者当钻具组需要更换钻头或其他理由时才能进行。

在钻进活动期间，储存库岩层数据可在“实时”的基础上获得，这是一个可贵的优点。在钻进的同时，获得实时岩层压力将可允许一钻井工程师或钻井人员及早地对有关钻井泥浆重量和成分及各穿透参数的变化作出决定，因此改善钻井的安全性。获得实时储存库岩层数据对根据岩层压力变化和穿透性的变化精确控制钻头重量也是理想的，故可以最高的效率进行钻井工作。

因此本发明希望提供一种钻井用的方法和装置，在带有钻柱，钻头和其他钻井零件的钻具组处于井孔内时，该方法和装置可获得地下相关区域的各种岩层数据，从而可消除为了将岩层测试机安装于井孔内以便检测这些岩层数据这一唯一目的而使钻井设备在井孔内进行往返运动的需要或使这种需要最小化。

为了克服这些缺点，本发明的主要目的是为了利用至少一个钻具组零部件以便获得这样的岩层参数数据。

更具体地，本发明的目的是为了在钻具组上采用一不旋转的稳定器，以便与岩层配合，从而从岩层中获得信息。

上述目的及各种其他目的和优点是由用于从一地下岩层中收集数据的井下工具获得的，该工具包括一个管形芯轴和一稳定器元件，该芯轴适合于与一个位于一个穿透地下岩层的井孔中的钻具组轴向连接，该稳定器元件绕该管形芯轴设置以便在该稳定器元件和管形芯轴之间相对旋转。一组细长肋片连接到该稳定器元件上。一个装置连接到稳定器元件上以便与井孔壁摩擦接合，从而防止该稳定器元件相对井孔壁旋转。一致动系统至少部分是由该稳定器元件支承，一探头由至少一个细长肋片支承，并且该探头适合由该致动系统驱动，在一肋片内的一缩进位置和与井孔壁结合的伸出位置之间运动，以致于探头可收集岩层数据。

各细长肋片最好是径向隔开的，并且沿该稳定器元件定位或者是轴向的或者是螺旋形的。

摩擦接合装置可设计为各种结构形式，包括上述多个细长肋片，多个稳定器叶片或它们的一些组合。当选择稳定器叶片来提供与井孔的摩擦接合时，则最好是将每个叶片设置于两个细长肋片之间。

该摩擦接合装置还包括一个使该摩擦接合装置与该井孔壁接触从而防止该摩擦接合装置相对该井孔壁旋转的弹簧系统。最好该弹簧系统包括多个各具有一固有弹性刚度的弓形弹性叶片。

在一优化实施例中，该探头包括一个位于一个在该稳定器元件的各肋片之一中的基本上为圆筒形的开口中的弹性压封器。该压封器中具有一中心开口。具有一开口端的导管处于与该压封器中的中心开口保持流体连通的位置。一过滤阀处于绕导管的开口端设置的压封器中心开口中，并且该过滤阀可在关闭该导管的开口端的第一位置和一个允许过滤的岩层流体在岩层和导管之间流动的第二位置之间运动。

在一优化实施例中，该致动系统包括一液压系统，和对该液压系统中的液压流体进行有选择地加压的装置。一个可膨胀的容器设置与该液压流体系统保持流体连通，并且该容器随液压流体中的压力增加而膨胀，随该液压流体中的压力降低而收缩。该容器最好是一个连接到探头的压封器上的波纹管，以致于液压流体中的压力的增加所产生的该波纹管的膨胀可使该压封器运动，从而与井孔壁保持密封接合。