專利名稱：取心裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容總體上涉及從地層獲得巖心樣本以及在地層中鉆出井眼。
背景技術(shù)：
油井(也稱作“井眼”或“鉆孔”)是利用鉆柱鉆出的，所述鉆柱包括管狀構(gòu)件，在所述管狀構(gòu)件的端部上具有鉆進(jìn)組件(也稱作“底部鉆具組合”或“BHA”)。為了獲得諸如石油和天然氣之類的碳?xì)浠衔?，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)連接在鉆柱底端上的鉆頭來(lái)鉆出井眼。所述鉆柱可 以包括在鉆進(jìn)組件的底端上的具有取心鉆進(jìn)鉆頭(或“取心鉆頭”)的取心工具。所述取心鉆頭具有貫通的孔部或嘴部，所述貫通的孔部或嘴部具有選定的直徑，該選定的直徑足以使巖心樣本能夠進(jìn)入鉆進(jìn)組件內(nèi)部的圓柱形取心筒(取心內(nèi)筒)中?？梢栽谌⌒耐仓車胖靡粋€(gè)或多個(gè)傳感器來(lái)對(duì)巖心和被鉆進(jìn)以獲得巖心的井眼周圍的地層做出某些測(cè)量結(jié)果?？梢垣@得的巖心樣本的長(zhǎng)度受取心筒的長(zhǎng)度限制，其在一個(gè)實(shí)施方式中可以是600英尺長(zhǎng)或者更長(zhǎng)。在鉆進(jìn)期間，取心內(nèi)筒的轉(zhuǎn)動(dòng)可以造成巖心樣本的斷裂，從而減小或破壞用于測(cè)量的巖心的完整性。因此，在取心內(nèi)筒接納巖心時(shí)，希望檢測(cè)取心內(nèi)筒的轉(zhuǎn)動(dòng)并保持其固定(或非轉(zhuǎn)動(dòng))狀態(tài)，以便于獲取連續(xù)的、堅(jiān)實(shí)的、未破裂的巖心樣本。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，提供了一種取心裝置，該裝置在一個(gè)示例性實(shí)施方式中包括可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，其連接到構(gòu)造成從地層鉆取巖心的鉆頭；在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件中的基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，其構(gòu)造成從地層接收所述巖心；傳感器，其構(gòu)造成在從地層鉆取巖心期間提供關(guān)于所述可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與所述不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件之間的轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)；以及電路，其構(gòu)造成處理來(lái)自于所述傳感器的信號(hào)，用于估測(cè)所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與所述不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件之間的轉(zhuǎn)動(dòng)。在另一個(gè)方面中，提供了一種從地層獲得巖心的方法，該方法在一個(gè)示例性實(shí)施方式中可以包括使連接到外部構(gòu)件的鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)以從地層獲得巖心；使所述巖心接納在布置在所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件中的基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件中；使用傳感器獲得與所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于所述基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)的測(cè)量結(jié)果；使用傳感器測(cè)量結(jié)果判斷所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件和所述基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；以及將與所述相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的信息存儲(chǔ)在合適的存儲(chǔ)介質(zhì)中。相當(dāng)寬泛地概括本文所披露的裝置和方法的某些特征的示例是為了可以更好地理解其如下的詳細(xì)描述。當(dāng)然，存在下文中披露的裝置和方法的附加特征，它們將構(gòu)成所附權(quán)利要求的主題。


為了對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容有詳細(xì)的理解，結(jié)合附圖參照如下的詳細(xì)描述，其中類似的元件被標(biāo)以類似的數(shù)字，其中圖I是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式的包括井下取心工具的鉆進(jìn)系統(tǒng)的正視圖；圖2是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式的帶有鉆頭的取心工具的側(cè)視圖，其中為了示出細(xì)節(jié)而移除了某些元件；圖3是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式的帶有鉆頭的取心工具的側(cè)視圖，其中為了示出細(xì)節(jié)而移除了某些元件；圖4是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式的包括轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置的元件的取心裝置的一部分的局部透視圖。
具體實(shí)施方式

本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于從地層獲得巖心樣本的裝置和方法并且參照某些具體實(shí)施方式
對(duì)其進(jìn)行描述。這里所描述的概念和實(shí)施方式受不同形式的實(shí)施方式影響。這些圖示以及書面的說(shuō)明書描述本公開(kāi)內(nèi)容的僅出于說(shuō)明目的的具體實(shí)施方式
，應(yīng)該理解的是本說(shuō)明書應(yīng)理解為是本公開(kāi)內(nèi)容的原理的范例，并不旨在將本公開(kāi)內(nèi)容限制到這里所圖示并描述的內(nèi)容。圖I是示出了一種示例性鉆進(jìn)系統(tǒng)100的示意圖，該鉆進(jìn)系統(tǒng)100可以用來(lái)獲得巖心樣本，判斷所述巖心樣本什么時(shí)候可能不再是固定的或者是不穩(wěn)定的，并且用于在巖心不固定或不穩(wěn)定時(shí)采取合適的修正動(dòng)作。圖I示出了利用鉆柱112正在地層101中鉆出的井眼110。在一個(gè)方面中，所述鉆柱112包括管狀構(gòu)件114和利用合適的接頭116連接在管狀構(gòu)件112的底端118上的鉆進(jìn)組件120。所述管狀構(gòu)件114 一般包括串聯(lián)連接的多個(gè)鉆桿段。所述鉆進(jìn)組件120包括取心工具155，取心工具155具有在鉆進(jìn)組件120的底端上的鉆頭150 (這里也稱作“取心鉆頭”)。所述鉆頭150具有貫通的孔部或嘴部152，所述貫通的孔部或嘴部152具有內(nèi)徑153，所述內(nèi)徑153基本等于要獲得的巖心165的外徑。所述鉆頭150連接到鉆進(jìn)組件120的鉆鋌。所述鉆鋌包括用于在其中接納巖心165的內(nèi)取心筒124。在一個(gè)方面中，當(dāng)所述鉆進(jìn)組件120轉(zhuǎn)動(dòng)以使所述鉆頭150轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)獲得所述巖心165時(shí)，所述筒124保持固定不動(dòng)?？梢詫⒑线m的扶正器或支撐構(gòu)件(比如穩(wěn)定器、支承組件等等，未示出)放置在取心筒與鉆進(jìn)組件120的內(nèi)壁之間的選定位置上，以對(duì)所述筒124提供橫向或徑向支撐。參照?qǐng)D2-4更詳細(xì)地描述所述取心工具155的細(xì)節(jié)?？傮w而言，所述取心工具切削出巖心，該巖心由所述內(nèi)取心筒(管狀構(gòu)件)接納。來(lái)自于與所述取心工具155相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)傳感器的測(cè)量結(jié)果用于判斷巖心和所述取心工具的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。所述鉆進(jìn)組件120還可以包括這里總體由數(shù)字160表示的多種傳感器和裝置，其用于進(jìn)行與一個(gè)或多個(gè)特性或特征相關(guān)的測(cè)量，所述特性或特征包括但不局限于巖心特性、鉆頭轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)速度、巖層、震動(dòng)、黏滑和回旋。所述鉆進(jìn)組件120中的控制器170和/或地表的控制器140可以構(gòu)造成處理來(lái)自于井下傳感器的數(shù)據(jù)，所述井下傳感器包括與取心工具155相關(guān)聯(lián)的、用于判斷巖心165的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)動(dòng)的傳感器。此外，所述鉆進(jìn)系統(tǒng)120可以包括用于在鉆出井眼110期間判斷鉆進(jìn)組件120的傾斜度、深度和方位角的傳感器。這些傳感器可以包括多軸傾角計(jì)、磁力計(jì)和回轉(zhuǎn)儀裝置。所述控制器170和/或140還可以控制鉆進(jìn)系統(tǒng)和裝置160的操作。鉆進(jìn)組件120中的遙感勘測(cè)單元178提供了井下裝置160與地表控制器140之間的雙向通訊。為了本公開(kāi)內(nèi)容的目的，可以使用任何合適的遙感勘測(cè)系統(tǒng)，包括但不局限于泥漿脈沖遙測(cè)、電磁遙測(cè)、聲音遙測(cè)和有線遙測(cè)。有線遙測(cè)可以包括連接在一起的裝有數(shù)據(jù)通訊鏈路(比如導(dǎo)電體或光學(xué)纖維)的鉆桿段。所述數(shù)據(jù)還可以是使用橫跨管接頭的電磁發(fā)射器和接收器或聲音發(fā)射器和接收器進(jìn)行無(wú)線傳輸。仍然參見(jiàn)圖1，將鉆管112從地表117處的鉆機(jī)102輸送到井眼110中。所述鉆機(jī)102包括支撐轉(zhuǎn)盤125的井架111，主動(dòng)力源(比如電動(dòng)機(jī)或頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(未示出))使所述轉(zhuǎn)盤125以所需的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)以使鉆柱112轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鉆頭150轉(zhuǎn)動(dòng)。鉆柱112經(jīng)由滑輪123、旋轉(zhuǎn)接頭128和繩索129連接到絞盤130。在鉆進(jìn)操作期間，操作絞盤130以控制鉆壓，鉆壓影響鉆進(jìn)速度。在鉆進(jìn)操作期間，泥漿泵134使來(lái)自于源頭或泥漿坑132的鉆進(jìn)流體131 (也稱作“泥漿”)在壓力下通過(guò)鉆柱112流動(dòng)。鉆進(jìn)流體131經(jīng)由吸泥機(jī)136和流體管線138進(jìn)入鉆柱112中。鉆進(jìn)流體131在井眼底部151排出。鉆進(jìn)流體131通過(guò)鉆柱112與井眼110之間的環(huán)形空間127向井口流動(dòng)，并且經(jīng)由返回管線135回到泥漿坑132。管線138中的傳感器SI提供關(guān)于流體流速的信息。與鉆柱112相關(guān)聯(lián)的地表轉(zhuǎn)矩傳感器 S2和傳感器S3分別提供關(guān)于鉆柱112和鉆頭150的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的信息。此外，與管線129相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)傳感器(未示出)用于提供與鉆柱112的懸重和與井眼110的鉆進(jìn)相關(guān)的其他所需參數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)。地表控制單元140可以經(jīng)由設(shè)置在流體管線138中的傳感器143以及傳感器SI，S2，S3、懸重傳感器和用在該系統(tǒng)中的任何其他傳感器來(lái)接收來(lái)自井下傳感器和裝置的信號(hào)。所述控制單元140根據(jù)編好程的指令處理這些信號(hào)并且在顯示器/監(jiān)視器142上顯示所需的鉆進(jìn)參數(shù)和其他信息，以由鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的操作人員使用，以控制鉆進(jìn)操作。地表控制單元140可以是基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，其可以包括處理器140a、用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器140b、計(jì)算機(jī)程序、計(jì)算機(jī)中的處理器140a可訪問(wèn)的模型和算法、記錄器(比如用于記錄數(shù)據(jù)的磁帶機(jī))和其他外圍設(shè)備。地表控制單元140還可以包括由計(jì)算機(jī)使用的仿真模型以根據(jù)編好程的指令處理數(shù)據(jù)。所述控制單元響應(yīng)通過(guò)合適的裝置(比如鍵盤)輸入的用戶命令。所述控制單元140適于在某些不安全的或不理想的操作狀態(tài)發(fā)生時(shí)啟動(dòng)警報(bào)144。圖2是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式的示例性取心工具或裝置200的一個(gè)實(shí)施方式的側(cè)視圖，其中為了顯示元件的細(xì)節(jié)移除了某些元件，否則會(huì)不清楚。所示出的取心工具200包括外部構(gòu)件或筒204、內(nèi)部構(gòu)件或筒206、上部接頭208、接頭部分210、取心鉆頭(或者鉆頭)212和轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備或裝置202。所示出的外部筒204、上部接頭208、接頭部分210和取心鉆頭212移除了一部分以圖示出轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置202的某些細(xì)節(jié)。在一個(gè)方面中，取心鉆頭212是聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)或者天然鉆石切削結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造成進(jìn)行作為形成井眼工序一部分的破壞巖層的操作，同時(shí)形成由內(nèi)部筒206接納的巖心地層樣本。所述上部接頭208可以連接到BHA120 (圖I)或轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆柱112的端部，在此所述上部接頭208、外部筒204、接頭部分210、取心鉆頭212和連接構(gòu)件213與鉆柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)以形成巖心樣本165和井眼110(圖I)。在一個(gè)方面中，所述連接構(gòu)件213通過(guò)接頭214連接到內(nèi)部筒206，所述接頭214包括軸承以允許所述連接構(gòu)件213與所述外部筒204 —起轉(zhuǎn)動(dòng)而所述內(nèi)部筒206保持基本固定不動(dòng)(不轉(zhuǎn)動(dòng))。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述連接構(gòu)件213連接到外部筒204和/或上部接頭208，其中每個(gè)元件與鉆柱112 —起轉(zhuǎn)動(dòng)(圖I)。所述外部筒204通過(guò)任何合適的機(jī)構(gòu)216 (比如螺紋、壓配合或焊接)連接到上部接頭208。在一個(gè)實(shí)施方式中，鉆進(jìn)流體可以從鉆柱流過(guò)所述上部接頭208和連接構(gòu)件213且穿過(guò)外部筒204與內(nèi)部筒206之間的間隙217。所述流體流出取心鉆頭212以沿著外部筒204的外側(cè)和鉆柱將流體中的切屑攜帶到井口。在一個(gè)方面中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置202構(gòu)造成測(cè)量所述外部筒204相對(duì)于內(nèi)部筒206的轉(zhuǎn)動(dòng)。在一個(gè)構(gòu)造中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置202包括傳感器218、目標(biāo)物220、目標(biāo)物元件222和通訊鏈路224。所述傳感器218構(gòu)造成感測(cè)相對(duì)于目標(biāo)物220的運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)方面中，所述目標(biāo)物220包括目標(biāo)物元件222，其與所述傳感器218 —起使用以判斷所述外部筒204相對(duì)于所述內(nèi)部筒206的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述傳感器218嵌入在所述外部筒204中并且可以是霍爾效應(yīng)傳感器。在一個(gè)方面中，所述目標(biāo)物元件222可以是凸出的部分或者凸起，比如內(nèi)部筒206上間隔開(kāi)的花鍵。所述傳感器218在外部筒相對(duì)于內(nèi)部筒轉(zhuǎn)動(dòng)期間提供對(duì)應(yīng)于每個(gè)凸起的信號(hào)。對(duì)來(lái)自于所述傳感器218的信號(hào)進(jìn)行處理以量化或判斷外部筒相對(duì)于內(nèi)部筒的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。所述霍爾效應(yīng)傳感器218包括換能器，其響應(yīng)于磁場(chǎng)的變化而改變其輸出電壓，其中傳感器218相對(duì)于目標(biāo)物元件222的運(yùn)動(dòng)改變磁 場(chǎng)?？梢允褂冒既氩炕驕喜蹃?lái)代替內(nèi)部筒上的凸起。還有，可以使用適合于霍爾效應(yīng)傳感器218的任何其他目標(biāo)物形狀和尺寸。在一個(gè)方面中，所述內(nèi)部筒206和目標(biāo)物元件222可以由導(dǎo)電材料制成，比如鋼或合金，其中目標(biāo)物元件222造成要被霍爾效應(yīng)傳感器218檢測(cè)的磁場(chǎng)的變化。在一個(gè)方面中，所述目標(biāo)物元件222是脊、花鍵或凸起部，且在脊之間具有間隙，其中交替的間隙和脊由傳感器218檢測(cè)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，目標(biāo)物元件222和/或內(nèi)部筒206可以包括經(jīng)由轉(zhuǎn)動(dòng)影響磁場(chǎng)的磁鐵，其中確定磁場(chǎng)的變化來(lái)識(shí)別轉(zhuǎn)動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，目標(biāo)物元件222可以以特殊的樣式形成，并且所述傳感器218可以是光學(xué)傳感器或編碼器。樣式222可以包括印在目標(biāo)物220或內(nèi)部筒206上的指示內(nèi)部筒206相對(duì)于外部筒204的運(yùn)動(dòng)的交替的明暗顏色條紋。在該實(shí)施方式中，目標(biāo)物220與傳感器218之間的空間相對(duì)來(lái)說(shuō)沒(méi)有被堵塞，從而使得光學(xué)傳感器218能夠檢測(cè)目標(biāo)物220的運(yùn)動(dòng)。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，鉆進(jìn)流體圍繞傳感器218與目標(biāo)物220之間的間隙流動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，目標(biāo)物元件222可以是射頻(RF)標(biāo)簽，所述傳感器218可以是RF標(biāo)簽傳感器。在一個(gè)方面中，RF標(biāo)簽兀件222發(fā)射表不內(nèi)部筒206相對(duì)于傳感器218和外部筒204的位置和/或運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，目標(biāo)物元件222可以以特殊的樣式設(shè)置，并且所述傳感器218可以是光學(xué)傳感器或編碼器。所述樣式222可以是指示所述內(nèi)部筒206相對(duì)于所述外部筒204的運(yùn)動(dòng)的交替的條紋。在另一個(gè)實(shí)施方式中，目標(biāo)物元件222可以是花鍵或脊，所述傳感器218可以是微開(kāi)關(guān)。所述微開(kāi)關(guān)218可以是具有偏壓輥和/或凸輪的換能器，其中所述輥保持與所述目標(biāo)物220的接觸并且發(fā)出信號(hào)以表示所述輥什么時(shí)候越過(guò)花鍵或脊。這些信號(hào)表示內(nèi)部筒206相對(duì)于外部筒204的運(yùn)動(dòng)。可以使用提供轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的任何其他合適的傳感器裝置。正如上面討論的，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置202構(gòu)造成測(cè)量外部筒204相對(duì)于內(nèi)部筒206的轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，在取心操作期間，鉆頭212和外部筒204以選定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，比如100RPM，以從地層獲得巖心。所述內(nèi)部筒206構(gòu)造成保持基本固定(非轉(zhuǎn)動(dòng))以使所述筒接納所述巖心并且沿著徑向或橫向方向保持所述巖心固定。通過(guò)不使所述內(nèi)部筒206轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)自于地層的巖心的圓柱形樣本保持與地層的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)獲取長(zhǎng)的(圓柱的軸向長(zhǎng)度)連續(xù)巖心樣本。如果內(nèi)部筒206轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器218和轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置202將檢測(cè)相對(duì)于期望的轉(zhuǎn)動(dòng)速率(比如100RPM)的差異，例如99rpm。在所示出的實(shí)施方式中，控制單元170或140 (圖I)可以確定鉆柱112和外部筒204相對(duì)于內(nèi)部筒206的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速率是不同的。鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)速率和由傳感器裝置202測(cè)量到的轉(zhuǎn)動(dòng)速率這兩者的比較(差異)提供了內(nèi)部筒206不穩(wěn)定或轉(zhuǎn)動(dòng)的表示。例如，如果鉆頭以IOOrpm轉(zhuǎn)動(dòng)而傳感器裝置218測(cè)量結(jié)果表明是99rpm的轉(zhuǎn)動(dòng)，則內(nèi)部筒206是在與外部筒204相同的方向上以Irpm轉(zhuǎn)動(dòng)，即100rpm-99rpm，該轉(zhuǎn)動(dòng)(作為差值的形式)被感測(cè)或檢測(cè)以保持巖心樣本的完整性。在轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置202檢測(cè)到內(nèi)部筒206轉(zhuǎn)動(dòng)后，使用處理器(172和/或140a)和程序(176和/或140c)的控制單元170和/或140可以采取一個(gè)或多個(gè)修正動(dòng)作以避免對(duì)巖心樣本造成破壞。所述系統(tǒng)100 (圖I)還可以使用其他參數(shù)來(lái)獲得并保持巖心樣本的完整性。例如，該系統(tǒng)100 (圖I)可以確定一個(gè)或多個(gè)物理鉆進(jìn)和地層參數(shù)，并且使用一個(gè)或多個(gè)這樣的參數(shù)來(lái)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)。這些其他的物理參數(shù)可以包括但不局限于震動(dòng)、回旋、黏滑、地層類型(例如頁(yè)巖、沙土等等)、 傾斜度、轉(zhuǎn)速和鉆進(jìn)速度。響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)確定的參數(shù)而改變的鉆進(jìn)參數(shù)可以包括改變?nèi)缦聟?shù)的一個(gè)或多個(gè)鉆壓、鉆頭轉(zhuǎn)速、流體流速、鉆進(jìn)速度、鉆進(jìn)方向和停止巖心的鉆進(jìn)以及收回巖心到地表上。圖3是取心工具300的一個(gè)實(shí)施方式的側(cè)視圖，其中移除了某些元件以允許顯示元件的細(xì)節(jié)(否則是不清楚的)。該取心工具300包括轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置302、外部筒304、內(nèi)部筒306、上部接頭308、接頭部分310和取心鉆頭312。已經(jīng)移除了外部筒304、上部接頭308、接頭部分310和取心鉆頭312的一部分以顯示轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置302的某些細(xì)節(jié)。所示上部接頭308可以連接到轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆柱或BHA的端部，其中所述上部接頭308、外部筒304、接頭部分310、取心鉆頭312和連接構(gòu)件313與鉆柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生巖心樣本。所述連接構(gòu)件313經(jīng)由接頭314連接到內(nèi)部筒306，所述接頭314包括軸承以使連接構(gòu)件313能夠與外部筒304一起轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)部筒306保持基本固定。在一個(gè)實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置302包括傳感器318、目標(biāo)物320、目標(biāo)物元件322和通訊鏈路324。所述傳感器318構(gòu)造成感測(cè)相對(duì)于目標(biāo)物320的運(yùn)動(dòng)。所述目標(biāo)物320包括目標(biāo)物元件322，其與所述傳感器318 —起使用來(lái)指示外部筒304相對(duì)于內(nèi)部筒306的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)部筒306的上部326部分地位于連接構(gòu)件313內(nèi)部，其中接頭314能夠?qū)崿F(xiàn)連接構(gòu)件313與外部筒304的轉(zhuǎn)動(dòng)，而內(nèi)部筒306保持基本固定。正如所示出的，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置302定位在接頭314附近，或者是接頭314的一部分，其中傳感器318嵌入在連接構(gòu)件313中并且通過(guò)測(cè)量目標(biāo)物元件322的運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)內(nèi)部筒306的運(yùn)動(dòng)。因此，通過(guò)感測(cè)內(nèi)部筒306相對(duì)于連接構(gòu)件313的運(yùn)動(dòng)，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量與內(nèi)部筒306和外部筒304的運(yùn)動(dòng)測(cè)量是相同的。正如參照?qǐng)D2討論的，傳感器318可以是霍爾效應(yīng)傳感器、RF傳感器、光學(xué)編碼器/傳感器、微開(kāi)關(guān)中的一個(gè)或者它們的組合。另夕卜，目標(biāo)物320和元件322可以是花鍵、RF標(biāo)簽、條紋圖案、凹入部中的一個(gè)或者它們的組合。在這些方面中，該系統(tǒng)(圖2，200 ;圖3，300)可以使用聲波短傳遙測(cè)、開(kāi)口諧振環(huán)、聲音信號(hào)或其他合適的技術(shù)來(lái)在元件之間通訊信號(hào)，比如在轉(zhuǎn)動(dòng)與基本不轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件之間通訊信號(hào)。在這里示出的示例性實(shí)施方式中，目標(biāo)物和檢測(cè)器大體示出為彼此靠近。但是，可以使用適合于檢測(cè)取心筒的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的任何傳感器。例如，可以在目標(biāo)物的外部安裝連接到上部接頭308的一裝置，其中該裝置包括從這種裝置拆下的傳感器。例如，所述傳感器可以構(gòu)造成“下垂”到取心筒中，并且檢測(cè)基本固定部件相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆柱或取心筒的轉(zhuǎn)動(dòng)的外部構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，所述傳感器不再是如圖2和3中示出的那樣是取心工具的一部分，而是在取心工具外部。在另一個(gè)方面中，感測(cè)元件可以是觸覺(jué)構(gòu)件，該觸覺(jué)構(gòu)件在移動(dòng)經(jīng)過(guò)這些脊時(shí)與所述目標(biāo)物接觸并且產(chǎn)生信號(hào)。圖4是取心工具的一個(gè)實(shí)施方式的內(nèi)部元件的詳細(xì)透視圖，包括轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置400的元件或者轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置400的一部分。在一個(gè)實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置400是內(nèi)部筒的一部分，連接和/或定外在內(nèi)部筒上，具有上部401和下部402。所述轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置400包括傳感器(未不出)、目標(biāo)物404和目標(biāo)物兀件406。在一些方面中，目標(biāo)物404和目標(biāo)物元件406可以被機(jī)械加工或成型到轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置400中或者可以是連接到轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置400的單獨(dú)的元件。例如，所述目標(biāo)物404可以由鑄件成型或者可由可以被部分或完全磁化的導(dǎo)電金屬或合金材料加工而成。所述目標(biāo)物404元件則可以連接到轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置400的上部401或下部402。所述下部402可以包括螺紋以連接到相鄰的內(nèi)部筒部件，比如內(nèi)部筒206 (圖2)。正如所示出的，所述下部402具有腔體408。在這些實(shí)施方式中，腔體408構(gòu)造成能夠?qū)崿F(xiàn)鉆進(jìn)流體的流體聯(lián)通。 在一個(gè)方面中，內(nèi)部筒和外部筒之間的轉(zhuǎn)動(dòng)由傳感器檢測(cè)，該傳感器測(cè)量這些筒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及它們之間有沒(méi)有物理接觸。在一個(gè)方面中，感測(cè)機(jī)構(gòu)在傳感器末端(感測(cè)元件)與所述目標(biāo)物之間具有可變間隙以產(chǎn)生被放大并被轉(zhuǎn)換成可記錄的數(shù)據(jù)的脈沖。所述可變間隙可以通過(guò)在內(nèi)部筒部件上加工的槽縫形成。感測(cè)元件可以嵌入在外部筒中或者放置在單獨(dú)的異徑接頭或裝置中。如果這些筒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生了改變，則當(dāng)最高點(diǎn)或最低點(diǎn)面對(duì)感測(cè)元件時(shí)感測(cè)元件與目標(biāo)物之間的間隙就會(huì)改變。槽縫或花鍵的數(shù)量決定了傳感器裝置的分辨率，該分辨率可高達(dá)期望的一圈或一轉(zhuǎn)的幾分之一。在另一個(gè)方面中，傳感器機(jī)構(gòu)可以包括觸覺(jué)感測(cè)元件，比如輥?zhàn)踊虮郏渲挟?dāng)輥?zhàn)踊虮垡苿?dòng)越過(guò)脊時(shí)產(chǎn)生信號(hào)。來(lái)自于傳感器的這些信號(hào)可以由控制器170和/或140處理。因此，在一個(gè)方面中，提供了一種取心裝置，該裝置在一個(gè)實(shí)施方式中包括連接到用于鉆取巖心的鉆頭的外部轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件、外部構(gòu)件中的基本不轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)部構(gòu)件以及傳感器裝置，所述內(nèi)部構(gòu)件構(gòu)造成從地層接收巖心，所述傳感器裝置構(gòu)造成當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)以鉆取巖心時(shí)測(cè)量基本不轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)部構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)。在一個(gè)方面中，所述傳感器裝置包括傳感器或感測(cè)元件以及目標(biāo)物。在一個(gè)方面中，所述傳感器可以是霍爾效應(yīng)傳感器、射頻傳感器、光學(xué)傳感器、微開(kāi)關(guān)或者任何其他合適的傳感器。在另一個(gè)方面中，所述目標(biāo)物可以是諸如花鍵之類的凸起、諸如凹入部之類的溝槽或凹入部、射頻標(biāo)簽、條紋圖案、顏色變化、磁標(biāo)記或者它們的任意組合。在一個(gè)方面中，所述目標(biāo)物可以位于基本不轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件上，傳感器位于轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件上，或者反過(guò)來(lái)所述目標(biāo)物可以位于轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件上，傳感器位于基本不轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件上。在另一個(gè)方面中，所述取心裝置還包括用于從傳感器向控制器傳輸信號(hào)的通訊鏈路。所述通訊鏈路可以包括如下之一與基本不轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的開(kāi)口諧振環(huán)(split ringconenction)、聲波短傳元件(short-hopacoustic sensor)、在連接到取心裝置的鉆進(jìn)組件中的控制器與傳感器之間的直接連接機(jī)構(gòu)。在另一個(gè)方面中，提供了一種獲得巖心樣本的方法，該方法在一個(gè)實(shí)施方式中可以包括使外部構(gòu)件與取心鉆頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)以從地層獲得巖心；使所述巖心接納在布置在所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件中的基本不轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件中；在轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)期間使用傳感器裝置判斷基本不轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)。該方法可以進(jìn)一步包括當(dāng)基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)在選定限值之外時(shí)采取修正動(dòng)作。在一個(gè)方面中，所述修正動(dòng)作可以包括改變鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)、改變鉆壓、停止接收巖心、取回巖心中的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作以及改變傾斜度。在一些方面中，傳感器裝置可以包括傳感器和目標(biāo)物。在一個(gè)方面中，所述傳感器可以是霍爾效應(yīng)傳感器、射頻傳感器、光學(xué)傳感器、微開(kāi)關(guān)中的一個(gè)或者任何其他合適的傳感器。在另一個(gè)方面中，所述目標(biāo)物可以是諸如花鍵之類的凸起、諸如凹入部之類的溝槽或凹入部、射頻標(biāo)簽、顏色變化和磁元件。前面的描述涉及出于圖示和解釋目的的本公開(kāi)內(nèi)容的具體實(shí)施方式
。但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本公開(kāi)內(nèi)容和如下的權(quán)利要求的范圍的前提下，明顯可以對(duì)這里所描述的實(shí)施方式做出許多修改和變化?！?br> 權(quán)利要求
1.一種用于從地層獲得巖心的裝置，包括 連接到構(gòu)造成從地層鉆取巖心的鉆頭的外部可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件； 所述外部可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件中的內(nèi)部構(gòu)件，其構(gòu)造成在其中接納所述巖心；以及 傳感器，其構(gòu)造成當(dāng)所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件在轉(zhuǎn)動(dòng)以從地層鉆取巖心時(shí)提供用于測(cè)量?jī)?nèi)部構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述內(nèi)部構(gòu)件基本是不轉(zhuǎn)動(dòng)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述傳感器包括目標(biāo)物和感測(cè)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述目標(biāo)物是從由如下對(duì)象構(gòu)成的組中選出的(i)凸起；(ii)花鍵；(iii)溝槽；(iv)凹入部；(V)射頻標(biāo)簽；(vi)條紋圖案；(vii)顏色變化；以及(vi i i )磁標(biāo)記。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述目標(biāo)物和感測(cè)元件以如下方式之一定位(i)目標(biāo)物在內(nèi)部構(gòu)件上，感測(cè)元件在外部構(gòu)件上；(ii)目標(biāo)物在外部構(gòu)件上，感測(cè)元件在內(nèi)部構(gòu)件上目標(biāo)物在內(nèi)部構(gòu)件上，感測(cè)元件在軸向移位偏離所述目標(biāo)物的外構(gòu)件上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述傳感器是從由如下對(duì)象構(gòu)成的傳感器組中選出的(i)霍爾效應(yīng)傳感器；(ii)射頻傳感器；(iii)光學(xué)傳感器；(iv)微開(kāi)關(guān)；以及(V)壓力傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，還包括用于從傳感器向控制器傳輸信號(hào)的通訊鏈路。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，還包括控制器，所述控制器構(gòu)造成處理來(lái)自于所述傳感器的信號(hào)以判斷內(nèi)部構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述通訊鏈路是從由如下對(duì)象構(gòu)成的組中選出的(i)與內(nèi)部構(gòu)件和外部構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的開(kāi)口諧振環(huán)；(ii)聲敏元件，其構(gòu)造成向與聲敏元件間隔開(kāi)的聲接收器傳輸信號(hào)；以及(iii)傳感器與控制器之間的直接連接機(jī)構(gòu)。
10.一種從地層獲得巖心的方法，包括 使連接有取心鉆頭的外部構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)以從地層獲得巖心； 使所述巖心接納在布置于所述外部轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件中的基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件中； 在所述外部轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)期間使用傳感器判斷所述基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括當(dāng)基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)超出選定限值時(shí)采取修正動(dòng)作。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述修正動(dòng)作是從由如下動(dòng)作組成的修正動(dòng)作組中選出的(i)改變鉆頭轉(zhuǎn)速；(ii)改變鉆壓；(iii)停止接收巖心；以及(iv)從基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件取回巖心；以及(V)改變所述外部構(gòu)件的傾斜度。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述傳感器是從如下元件構(gòu)成的組中選出的(i )霍爾效應(yīng)傳感器；(ii )射頻傳感器；(iii )光學(xué)傳感器；(iv)微開(kāi)關(guān)；以及(V)壓力傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述傳感器包括感測(cè)元件和目標(biāo)物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述目標(biāo)物是從由如下對(duì)象構(gòu)成的組中選出的(i)凸起；(ii)花鍵；(iii)溝槽；(iv)凹入部；(V)射頻標(biāo)簽；(vi)條紋圖案；(vii)顏色變化；(viii)磁標(biāo)記。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述目標(biāo)物和感測(cè)元件以如下方式之一定位目標(biāo)物在內(nèi)部構(gòu)件上，感測(cè)元件在外部構(gòu)件上；目標(biāo)物在外部構(gòu)件上，感測(cè)元件在內(nèi)部構(gòu)件上；目標(biāo)物在內(nèi)部構(gòu)件上，感測(cè)元件在軸向遠(yuǎn)離所述目標(biāo)物的外構(gòu)件上。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括 將由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)傳輸?shù)娇刂破?；以? 由控制器處理從傳感器接收到的信號(hào)以判斷所述基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括通過(guò)通訊鏈路傳輸來(lái)自于傳感器的信號(hào)，所述通訊鏈路是從由如下對(duì)象構(gòu)成的組中選出的(i)與內(nèi)部構(gòu)件和外部構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的開(kāi)口諧振環(huán)；(ii)聲敏元件，其構(gòu)造成向與聲敏元件間隔開(kāi)的聲接收器傳輸信號(hào)；以及(iii)傳感器與控制器之間的直接連接機(jī)構(gòu)。
全文摘要
提供了一種取心裝置，該裝置在一個(gè)示例性實(shí)施方式中包括可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，其連接到構(gòu)造成從地層鉆取巖心的鉆頭；在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件中的基本不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，其構(gòu)造成從地層接收所述巖心；傳感器，其構(gòu)造成在從地層鉆取巖心期間提供關(guān)于所述可轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與所述不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件之間的轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)；以及電路，其構(gòu)造成處理來(lái)自于所述傳感器的信號(hào)，用于估測(cè)所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與所述不轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件之間的轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)E21B10/02GK102906364SQ201180025129
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者C·C·博伊肖森, J·M·比倫, T·烏倫貝格, J·哈伯諾, L·M·哈爾 申請(qǐng)人:貝克休斯公司