CN1210934A - 用于输送测井仪器通过一段地球岩层的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于输送至少一个测井仪器通过由一个水平的或偏斜的井眼所横断的岩层的输送设备。该设备包括一对弧形凸轮,凸轮的偏压装置,以及凸轮的致动装置。测井仪器与输送设备相连接。当致动装置沿第一方向起动时,凸轮线性地向前沿井眼壁滑动。当致动装置沿第二方向起动时,就拉着凸轮向后,由此偏压装置使凸轮锁紧在井眼壁上。凸轮被锁定以后,致动装置的进一步移动将推动输送设备和测井仪器沿着该偏斜较大的或水平的井眼前进。

Description

用于输送测井仪器通过一段地球 岩层的方法和设备

本发明总的涉及一种测井仪器的输送设备，更具体地说，涉及一种用于输送一个测井仪器通过一段由水平的或者偏斜较大的井眼所横断的地球岩层的方法和设备。

为了经济地从一个储油层中开采出碳氢化合物，愈来愈常见的方法是穿过一段地球岩层钻出一个偏离传统的竖直定向的井眼。这种偏离可以通过钻出一个与该竖直轴线偏离一个锐角或者逐渐增加角度的井眼而产生。这种偏离也可以通过钻出一个从该垂直轴线水平地延伸的井眼而产生。在本技术领域众所周知的是，为了对围绕这样偏斜的或水平的井眼的岩层进行录井，需要把连接在电线和/或电缆上的测井仪器往下放置在井眼内。这种仪器通常依靠重力而使它定位在该井眼内的。但是，当该井眼以相当大的角度钻出时，该仪器和电线上的重力就不足以克服由于该仪器和电线碰在井眼壁的较大的偏斜部分上所引起的摩擦力。因而诸如钻管和盘绕管这样的刚性装置已经在水平的或较大偏斜的井眼中用来输送测井仪器。以这种方式输送测井仪器时常需要化费许多工时。此外，盘绕管输送能达到的地方由于翘曲而受到限制。因此，需要提供一种能输送测井仪器通过井眼的水平的或较大偏斜的部分的经济和方便的装置。

现有技术的上述缺点可以通过本发明的一种用于输送至少一个测井仪器通过一段由一个水平的或较大偏斜的井眼所横断的地球岩层的设备和方法来克服。该输送设备包括一对可枢转地安装在一个支承构件上的弧形凸轮；用来偏压每个凸轮的弧形表面使之与井眼壁相接触的装置，以及可操纵地与每个凸轮相连接的致动装置。测井仪器与输送设备相连接。当两个致动装置中的任一个沿第一方向起动时，与该起动的致动装置相连接的凸轮线性地向前移动并且该凸轮的弧形表面沿井眼壁滑动。当任一个致动装置沿第二方向起动时，该起动的致动装置就拉着该连接的凸轮向后，由此偏压装置使凸轮的弧形表面锁紧在井眼壁上。凸轮被锁定以后，致动装置的进一步移动将推动输送设备和测井仪器沿着该偏斜较大的或水平的井眼前进。

一种用于输送至少一个测井仪器通过一段由一个水平的或者较大偏斜的井眼所横断的地球岩层的方法，包括以下步骤，提供：一种输送设备，该设备具有一对可枢转地安装在一个支承构件上的弧形凸轮；用来偏压每个凸轮的弧形表面使之与井眼壁相接触的装置；以及可操纵地与每个凸轮相连接的致动装置。至少一个测井仪器与该输送装置相连接。

在该较佳实施例中，该对凸轮被同时操动。起动第一凸轮的致动装置以使该第一凸轮沿着前进方向移动。同时起动第二凸轮的致动装置，以便拉着该第二凸轮向后，由此把该弧形部分锁紧在井眼壁上并且推动该输送设备和测井仪器前进。反向进行这些操作，即起动第一凸轮的致动装置以便拉着该第一凸轮向后，由此把弧形部分锁紧在井眼壁上并且推动该输送设备和测井仪器前进，而起动第二凸轮的致动装置以使该第二凸轮沿前进方向移动。重复这些步骤直到把该测井仪器输送到一个预定位置上为止。

在本发明的第二实施例中，首先凸轮对同时被操动。同时起动每个凸轮的致动装置，以便拉着每个凸轮向后，由此把弧形部分锁紧在井眼壁上并且推动该输送设备和测井仪器前进。接着，顺序地起动致动装置以使每个凸轮沿前进方向移动。重复这些步骤直到把该测井仪器输送到一个预定位置上为止。

在本发明的第三实施例中，一个致动装置作往复运动而另一个致动装置则保持不动。起动该运动的致动装置以便拉着凸轮向后，由此把弧形部分锁紧在井眼壁上并且推动输送设备和测井仪器前进。然后再起动该运动的致动装置使凸轮沿前进方向移动。重复这些步骤直到把该测井仪器输送到一个预定位置上为止。

本发明的优点通过下面对附图的说明将一清二楚。应当理解的是，这些附图只是用来对本发明进行举例说明而不是对本发明的限定。

附图中：

图1示出了在偏斜的井眼中的一个仪器套管；

图2示出了本发明的输送设备；

图3a-3b分别示出了该输送设备在小直径和大直径井眼中的情况；以及

图4a-4c分别示出了一个具有一对凸轮的输送设备作连续运动时的位置、速度和力与时间的关系曲线图。

图1大略地示出了在一个偏斜的井眼12中的仪器套管10。井眼12中通常衬有在岩层上粘紧就位的钢套管并且还可以包括开采管道。但是，本发明的考虑范围也包括裸眼井。仪器套管10包括至少一个通过适当的装置连接在输送设备16上的测井仪器14。仪器套管10还包括用来向输送设备16提供电源的电子设备。仪器套管10悬挂在一根铠装电缆18上。一个绞车(未示出)设置在地面上用来使在井眼12的竖直部分中的仪器套管10上升和下降。在本发明的一个较佳实施例中，测井仪器14位于仪器套管10的远端，而输送设备16位于仪器套管10的近端。另一个办法是，测井仪器14位于仪器套管10的近端，而输送设备16位于仪器套管10的远端。

参看图2，输送设备16包括一个用来使凸轮20线性地移动的致动器24，该凸轮安装成可围绕一个支承构架22枢转。凸轮20由一种坚固的耐腐蚀和耐摩损的材料构成，例如不锈钢。凸轮20包括一对具有弧形表面的对置件26a和26b以及一个用来偏压凸轮20的弧形部分与井眼12的壁相接触的装置。最好是，该偏压装置包括一个放置在每个对置件26a与26b之间的弹簧28和该支承构架22。弹簧28可以由一个扭簧、牵簧或者压缩弹簧构成。在本发明另一个实施例中，弹簧28放置在件26a与26b之间以便偏压该对置件互相面对并且与井眼12的壁相接触。可用来偏压凸轮20靠紧在井眼12上的其他装置，包括机电装置或液压装置也在本发明的考虑范围内。为进一步改进在凸轮20与井眼12之间的接触情况，凸轮20可以具有可固定地连接在弧形面上的柱件或颗粒件29。柱件或颗粒件29由一种具有很高硬度和耐磨性的材料构成，例如碳化钨。

仍参看图2，致动器24可操纵地与凸轮20相连接。致动器24包括一个用来使螺杆32转动的电机30。致动器24还可以包括一个设置在电机30与螺杆32之间的减速齿轮箱34。另一个办法是，致动器24可以由用来使凸轮20直线地移动的其他装置组成，包括(但不是限于)一个由电机驱动的液压泵作为动力的液压活塞。当电机30沿一个方向转动时，螺杆32就使凸轮20直线地向前移动并且使弧形部分滑动地与井眼壁相接合。当电机30沿相反方向转动时，螺杆32就拉着凸轮20向后并且把弧形部分锁紧在井眼壁12上并且推动输送设备和测井仪器前进。

输送设备16可以与一个变直径井眼12的井眼壁锁紧或滑动地接合。图3a-3b示出了在一个小和大直径井眼12内的输送设备16。接触角θ是在凸轮20的弧形部分与井眼壁的接触点位置和通过枢轴点40画出并且与井眼壁12相垂直的一条直线之间的角度。用来把凸轮20锁紧在井眼壁上所需要的该接触角与在凸轮20和井眼壁12之间的摩擦特性有关。接触角θ的正切值必须小于在凸轮与井眼壁12之间的摩擦系数，从而使致动器24可以把凸轮20锁紧在井眼壁上。为适应变直径的井眼，当凸轮20向内或向外枢转以适应井眼直径时该接触角仍保持不变。

在一个较佳实施例中，输送设备16包括一对用来使安装成可围绕支承构架22,22’枢转的凸轮20,20’直线地移动的致动器24,24’。一个凸轮20或20’的向前滑动的作用力将在输送设备16和测井仪器14上施加一个力图使该设备16和测井仪器14向后移动的反作用力。同样地，在被拉入井眼12的高度偏斜或水平部分中的铠装电缆18中的拉力也力图使设备16和仪器14向后移动。该另一个凸轮20’或20(它被锁紧在井眼壁12上而不向前滑动)则阻止设备16和测井仪器14向后移动。

图4a-4c分别示出了该较佳输送设备16作连续运动时的位置、速度和力与时间的关系曲线图。在原始位置(t=0处)，第一致动器24全部伸出一个近似等于螺杆32的长度的距离。而在该原始位置，第二致动器24’则全部退回。为了输送测井仪器14，第一电机30沿一个方向转动并且使螺杆32退回，该螺杆拉着凸轮20向后并且把弧形部分锁紧在井眼壁12上以及把该输送设备和测井仪器向前推进。同时，第二电机30’沿一方向转动而螺旋32’把凸轮20’线性地向前移动并且弧形部分与井眼壁12滑动地接合。然后反向进行这些操作，使得第一电机30以相反方向转动，螺旋32使凸轮20线性地向前移动和弧形部分与井眼壁12滑动地接合，同时第二电机30’以相反方向转动并且使螺杆32退回，该螺杆拉着凸轮20’向后并且把弧形部分锁紧在该井眼壁上以及把该输送设备和测井仪器向前推进。图4b-4c显示出该输送设备16和测井仪器14的纯移动是连续的，并且速度与拉力成反比，由此说明了通过铠装电缆18提供有限量电力的能力。

在本发明的第二实施例中，该对凸轮20,20’先是同时动作，随后再顺序地动作。即每个凸轮20,20’的致动器24,24’同时起动以便拉着每个凸轮20,20’向后并由此把弧形部分锁紧在井眼壁12上并且把输送设备16和测井仪器14向前推进。然后，顺序地起动该致动器24,24’以便使每个凸轮20,20’沿前进方向移动。重复进行这些步骤直到该测井仪器14被输送到一个预定位置为止。

在本发明的第三实施例中，一个致动器24或24’往复运动而另一个致动器24’或24则保持不动。起动该运动的致动器24或24’以便拉着凸轮20或20’向后，由此把弧形部分锁紧在井眼壁12上并且把输送设备16和测井仪器14向前推进。然后再起动该运动的致动器24或24’使凸轮20或20’沿前进方向移动。重复进行这些步骤直到该测井仪器14被输送到一个预定位置为止。

上面所给出的本发明的较佳的和可更换的实施例的说明其目的是为了图示和说明。而并不是用来穷举本发明或者把本发明限制在所公开的精确的结构形式上。显然，对于本领域技术熟练的人来说，许多改进和变化将是一目了然的。选择这些实施例来进行描述只是为了最好的解释本发明的原理及其实际应用，从而使在本领域技术熟练的人能理解本发明对于那些适合于预期的具体用途的各种实施例和具有各种改进的实施例都是适用的。本发明的范围由所附的权利要求书及其等效物所规定。

Claims (12)

1．一种用于输送至少一个测井仪器通过一段由一个水平的或偏斜的井眼所横断的地球岩层的设备，该设备包括：

a)一个安装在一个支承构件上的凸轮，该凸轮具有用来偏压该凸轮的一部分使之与该井眼壁相接触的装置；以及

b)可操纵地与该凸轮相连接的致动装置，该装置

  ⅰ)当沿第一方向驱动时，使该凸轮线性地向前移动并使该

     部分滑动地与该井眼壁相啮合，以及

  ⅱ)当沿第二方向驱动时，拉着该凸轮向后，由此把该部分

     锁紧在该井眼壁上。

2．如权利要求1所述的设备，其特征在于，该输送设备包括一对凸轮，每个凸轮具有一个相应的可操纵地连接在该凸轮上的致动装置。

3．如权利要求1所述的设备，其特征在于，该凸轮还包括一对安装在该支承构件上的对置件。

4．如权利要求3所述的设备，其特征在于，该凸轮还包括一对偏压装置，每个偏压装置的第一端与该支承构件相连接以及每个偏压装置的第二端与一个对置件相连接。

5．如权利要求3所述的设备，其特征在于，该偏压装置的第一端与一个对置件相连接，以及该偏压装置的第二端与该另一个对置件相连接。

6．如权利要求1所述的设备，其特征在于，该凸轮具有多个连接在该部分凸轮上的柱件。

7．一种用于输送至少一个测井仪器通过一段由一个水平的或偏斜的井眼所横断的地球岩层的方法，其步骤包括：

a)提供权利要求1所述的输送设备；

b)把该输送设备与该测井仪器相连接；

c)起动该致动装置，以便拉着该凸轮向后，由此把该部分锁紧在该井眼壁上；

d)起动该致动装置，以便使该凸轮沿前进方向移动；以及

e)重复步骤(c)-(d)直到把该测井仪器输送到一个预定位置上为止。

8．如权利要求7所述的方法，其特征在于，该输送设备具有一对凸轮，每个凸轮具有一个相应的可操纵地连接在该凸轮上的致动装置。

9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(c)和(d)还包括：

  ⅰ)同时起动每个致动装置，以使每个凸轮向后移动，由此使

     该部分锁紧在该井眼壁上；以及

  ⅱ)顺序地起动每个致动装置，以使每个凸轮沿前进方向移

     动。

10．如权利要求8所述的方法，其特征在于，该对凸轮被同时操动，步骤(c)和(d)还包括：

  ⅰ)起动一个致动装置以使一个凸轮沿前进方向移动；

  ⅱ)同时起动该另一个致动装置以便拉着该另一个凸轮向后，由此使该部分锁紧在该井眼壁上；

  ⅲ)起动步骤(ⅱ)的该致动装置，以使步骤(ⅱ)的该凸轮沿前进方向移动；以及

  ⅳ)同时起动步骤(ⅰ)的该致动装置以便拉着步骤(ⅰ)的该凸轮向后，由此使该部分锁紧在该井眼壁上。

11．如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(c)和(d)还包括：

  ⅰ)推动一个凸轮靠紧在该井眼壁上；

  ⅱ)起动该另一个致动装置，以使该另一个凸轮沿前进方向移动；

  ⅲ)起动步骤(ⅱ)的该致动装置以便拉着步骤(ⅱ)的该凸轮向后，由此使该部分锁紧在该井眼壁上；以及

  ⅳ)重复步骤(ⅱ)-(ⅲ)直到把该测井仪器输送到一个预定位置为止。

12．如权利要求11所述的方法，其特征在于，使用一个偏压装置使步骤(ⅰ)的该凸轮靠紧在该井眼壁上。

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