CN1260857A - 地层勘测设备 - Google Patents
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Abstract
公开了在一地层中所形成的一井眼内所用的一勘测设备。该设备包括一装载基体(1),该基体装载有地层勘测装置(28,30)和设置在该设备前端用于钻凿井眼的钻凿装置(9);用于随着由钻凿装置的钻凿前进而经井眼使装载基体前进的装置;和用于移走由钻凿过程造成的岩石颗粒的装置(22,24)。用于移走岩石颗粒的装置包括用于将岩石颗粒输送到设备后端(16)并且将岩石颗粒沉积到位于设备后端的井眼内的装置。
Description
本发明涉及勘测一地层(earth formation)的一设备。诸如地震勘测之类的非侵入式方法通常用于探明地层中潜在的碳氢化合物蕴藏区。在应用这种地震方法时，在地表面上产生地震波，并且探测到来自各种地层的反射，以提供有关各种地层结构的数据。然而地震探测技术在空间与对比分辨(spatial and constrastresolution)方面受到了限制，并且通常地震勘测要由探测性钻探(scouting exploration drilling)来补充，而接下来的评估钻探(appraisal drilling)用来提供对钻探处碳氢化合物液体的含量和可开采的储藏量的更明确的评估。
在探测钻探中，将一个或多个勘测工具下降到在地层中所钻凿出的一井眼内，以提供有关地层特征的数据。在钻探过程中，钻屑(即在钻探过程中被削落的岩石颗粒)在钻具组与井眼壁之间的环形空间内流动的钻探液流中被向上传输到表面。为防止井眼塌陷，井眼设有一壳套。
这种传统的勘测方法是昂贵的，因为需要在井眼内设置壳套来稳定井眼，其中壳套部段以套置的方式安装，上面的部段具有相对较大的直径，而沿向下的方向部段的直径逐渐降低。
本发明的一目的是提供经在地层内形成的一井眼来勘测地层的一改进的设备，该设备无需在井眼内设置壳套部段。
根据本发明提供了在一地层中所形成的一井眼内所用的一勘测设备，该设备包括一装载基体，该基体装载有地层勘测装置和设置在该设备前端用于钻凿井眼的钻凿装置；用于随着由钻凿装置的钻凿前进而经井眼使装载基体前进的装置；和用于移走由钻凿过程造成的岩石颗粒的装置；其中用于移走岩石颗粒的装置包括用于将岩石颗粒输送到设备后端并且将岩石颗粒沉积到位于设备后端的井眼内的装置。
通过将钻屑沉积到设备后的井眼内，就不再需要在一钻凿流(stream of drilling fluid)中将钻屑输送到表面。因此无需在井眼内保持一钻凿流通道，并且也就无需在井眼内设置壳套。此外，井眼内大量的钻屑将井眼内的渗透率降低到一足够低的程度，以防止碳氢化合物流体未经控制地溢出到表面(喷出)。
根据本发明的设备意在用一巧妙的方式寻找石油或天然气，以提供有关在勘探的地层中发现石油和天然气的证据(迹象)，并且完成对地层的复杂的测量。
为了进一步降低地层不同层之间的压力连接，并且降低从任何这样的层到表面(的压力连接)，该设备合适地包括用于向设备后的井眼内注入一井眼密封混合物的装置。这种密封混合物可以是例如塑料泡沫或水泥。
为了获得有关设备在地层中位置的信息并且沿着一选择的路线来操纵该设备，该设备合适地设有一陀螺仪。
为了完整，可参见美国专利说明书US3857289。该专利公报公开了一伸缩式土壤取样设备，在该设备的前端设有一钻头，该设备的后端则连接到用于旋转钻头的一钻具组(drill string)上。
下面将以示例的方式、结合附图更详细地描述本发明，其中附图示意性地表示了根据本发明的设备的一纵向侧视图。
图中所示的设备具有大致圆柱形的一装载基体1。装载基体1包括由一伸缩接头7相互连接的第一和第二部件3、5，其中伸缩接头7适于在一收缩位置和一伸张位置之间移动，并且当从收缩的位置移动到伸张的位置时可以在两个部件3、5之间提供一推力。第一部件3设有一钻头9，其位于基体1的前端，以在一地层中钻凿出一井眼。钻头9被一电机驱动，该电机由装载基体1内的一可再充电的能量储存/供应系统(未示出)提供动力。合适的是，可再充电的能量储存/供应系统包括由一电机(未示出)驱动的一飞轮，以储存能量，该飞轮可驱动一发电机来供应电能。可再充电的能量储存/供应系统经合并在一复式电线(multi-line wire)15内的一电缆接收电力，其中复式电线15贮藏在第二部件5内侧的一卷轴(未示出)上，并且经在第二部件5后端16的一开口15a延伸，且连接到在一合适位置的一能量供应站(未示出)上。
第一部件3设有凸垫(pad)17、18，用于有选择地固定第一部件3在井眼内的位置，并且第二部件5设有凸垫19、20，以有选择地固定第二部件5在井眼内的位置。每一凸垫17、18、19、20可在一径向收缩的位置和一径向伸张的位置之间有选择地移动，并且在其朝向井眼壁的外表面上设有一夹持外形(gripping profile未示出)。凸垫17、18、19、20由可再充电的能量储存/供应系统所供给的电力驱动。
装载基体1还设有螺旋状输送器，该输送器采用从装载基体1的前端到其后端延伸的螺旋推进螺纹22、24、26的形式。螺旋推进螺纹22、24、26通过由可再充电的能量储存/供应系统供给的电力而相对于装载基体1的纵向轴线被驱动旋转。
地层的勘测是通过由设置在第一部件3上的一空心岩心钻具28从地层中提取样本岩心柱(specimen core plug)来完成的。岩心钻具28可径向地伸入钻凿有井眼的岩石层，以从该岩石层中提取岩心柱。
在第一部件3上设置一流体取样器30，以对从地层流入井眼内的流体进行取样。在所选择的井眼深度，通过确定在井眼壁对从地层中提取的流体的压力响应和接着将该流体重新注入地层中，测量环绕设备的局部范围的地层上的有效流动特性。
此外，在设备上设有分析装置(未示出)，用于分析岩心柱和在地层内主要的状况下的流体样品；还设有数据传输装置，以将由分析和压力测量所获得的数据经合并在复式电线15内的一光纤数据传输线传输到表面。
在图中所示设备的正常操作过程中，通过旋转钻头9而使该设备在地层中钻凿出一井眼。设备的正常操作起始于该设备位于已钻凿的一井眼部位，其中已钻凿的井眼既可使用该设备、也可使用任何其它合适的钻凿设备来钻凿。伸缩接头7处于其收缩的位置。可再充电的能量储存/供应系统通过复式电线15内的电缆而被供给充足的能量，从而以高速旋转飞轮。凸垫17、18移向其收缩位置，而凸垫19、20则移向其伸张位置，从而其夹持外形牢固地压靠到井眼壁上，以固定第二部件5在井眼内的位置。
然后通过向钻头马达同时传输旋转的飞轮的能量来旋转钻头9而钻凿进一步的井眼部分，并且伸缩接头7逐渐地延伸到其伸张的位置。通过伸张收缩接头，部件3前移并向钻头9提供一推力，从而钻头9被推靠到井眼底部和切入岩石层内，以钻凿井眼进一步的部分。由伸缩接头产生的推力所造成的反作用力被凸垫19、20传输给井眼壁。
在钻凿进一步的井眼部分的过程中，螺旋推进螺纹22、24、26被转动，以将钻屑输送到装载基体1的后端16，并且将钻屑沉积在装载基体1后的井眼内。复式电线15在钻屑之间保持静态，因而不会受到由摩擦造成的磨损。
为了启动一更进一步的井眼部分的钻凿，可再充电的能量储存/供应系统经复式电线15内的电缆被再次供给足够的能量，从而以高速旋转飞轮。凸垫17、18伸展到井眼壁上，以固定第一部件3在井眼内的位置。接着，凸垫19、20收缩并且伸缩接头7收缩，从而第二部件5前移。接下来凸垫17、18收缩并且凸垫19、20伸展到井眼壁上，以固定第二部件5在井眼内的位置。然后以上面结合先前的井眼部分所述的方式类似地进行进一步的井眼部分的钻凿。
随着井眼的加深和设备在井眼内前移，复式电线15从位于第二部件5内的卷轴被逐渐地卷出，从而复式电线在井眼内延伸而不需其在井眼内作轴向运动。
井眼以该方式由自身推进的设备逐步延伸。
钻屑被沉积在设备后的井眼内，从而无需将钻屑输送到表面。复式电线15保持静态地位于钻屑内和钻屑之间。
该方式意味着不需保持井眼打开，因而也就无需在井眼内设置壳套。井眼内的钻屑降低了井眼内的渗透率，足以防止在钻凿过程中遇到的高压地层流体泄漏到表面。
在所选择的深度，用流体取样器30提取进入井眼内的地层流体样品，并且用岩心钻具28提取岩心柱。通过分析装置分析流体样品和岩心柱并且通过数据传输装置经复式电线15内的数据传输线将结果数据传输到表面。这些数据包括，例如孔隙率、绝对渗透率、相对渗透率、毛细管压力和碳氢化合物流体储藏量，例如原始和残余油饱和程度。
设备1可以在地球表面上进行操作、以将整个井眼钻凿到所需深度；或者也可以从位于一较早钻凿的井眼内的一钻井台(dockingstation)操作该设备。考虑到可贮藏在装载基体1内侧的电线15的有限长度、并且考虑到设备的动力消耗以及较慢的钻凿速度，后者选择是更优的。应当尽可能有效地使用电线15来将设备施展(deploy)在被认为有价值的地层勘探中。
此外，设备1还可设有各种地层勘测装置。例如该设备可设置一强声源以在地层产生声频信号，并且可以在设备内设置一个或多个声频接收器(例如位于设备的后端)来接收来自不同地层、不规则奇点、高速区、流体阱(fluid trap)等的声频反射。此外，该设备还可设置一温度传感器和一地层流体压力传感器。
通过同时操作如前所述的两个或多个设备，可以在位于同一井眼或不同井眼或井限分支内的设备之间测量声频干涉。因此能产生在设备之间的地层的声速分布的一详细图像(X断层Cross-well摄影术)。而且通过从一个设备同时向地层中注入流体和从另一设备中抽出地层流体，可以完成在两个(或多个)设备或井眼分支之间的流动干涉测试。由两个设备测量的井眼壁上的压力响应是在地层的一选择位置的有效流动特性的测量结果(measure)。
Claims (12)
1.一种在地层中所形成的一井眼内所用的勘测设备，该设备包括一装载基体，该基体装载有地层勘测装置和设置在该设备前端用于钻凿井眼的钻凿装置；用于随着由钻凿装置的钻凿前进而经井眼使装载基体前进的装置；和用于移走由钻凿过程造成的岩石颗粒的装置；其特征是用于移走岩石颗粒的装置包括：用于将岩石颗粒输送到该设备后端并且将岩石颗粒沉积到位于该设备后端的井眼内的装置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征是：用于移走岩石颗粒的装置包括基本上从钻凿装置延伸到该设备后端的一螺旋状螺纹输送器。
3.如权利要求2所述的设备，其特征是：螺旋状螺纹输送器绕装载基体延伸。
4.如权利要求1～3的任一项所述的设备，其特征是：还包括用于向该设备后的井眼内注入井眼密封混合物的装置。
5.如权利要求1～4的任一项所述的设备，其特征是：还包括能量输送装置，该输送装置包括随着装载基体经井眼前进而从装载基体逐渐释放到井眼内的一能量输送管。
6.如权利要求5所述的设备，其特征是：还包括连接到该能量输送装置上的可再充电的能量储存装置。
7.如权利要求6所述的设备，其特征是：该可再充电的能量储存装置包括一飞轮，该飞轮能向钻凿装置和用于使装载基体经井眼前进的装置的至少其一释放能量。
8.如权利要求1～7的任一项所述的设备，其特征是：用于使装载基体经井眼前进的装置包括在纵向伸缩的第一和第二部件；用于有选择地固定每一第一和第二部件在井眼内位置的装置；和用于有选择地引起该第一和第二部件的一向内和向外伸缩运动的装置。
9.如权利要求8所述的设备，其特征是：用于有选择地固定该第一和第二部件在井眼内位置的装置包括多个凸垫，每一凸垫可径向地延伸到井眼壁上，每一部件设有至少一个凸垫。
10.如权利要求1～9的任一项所述的设备，其特征是：地层勘测装置包括从环绕井眼的岩石层中提取岩心样品的一岩心取样系统；用于分析岩心样品以获得有关岩石层数据的装置；和用于将数据传输到表面的装置。
11.如权利要求1～10的任一项所述的设备，其特征是：地层勘测装置包括用于分析由凿掘过程所获得的岩石颗粒的装置。
12.基本上结合附图如前所述的设备。
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