專利名稱：折疊式超聲波井眼成像工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及井下工具，且具體涉及可在一定范圍的井眼尺寸上操作的井眼測井工具。
背景技術(shù)：
典型地在地球巖層中鉆出井眼以從一個或多個穿透的巖層生產(chǎn)流體。流體包括 7jC,以及諸如油和氣的烴。還在地球巖層中鉆出井眼以將廢液棄置在井眼所穿透的選定巖 層中。井眼典型地與通稱為套管(casing)的管狀結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)。套管典型地是鋼的，盡管可使 用其它金屬和諸如玻璃纖維的復(fù)合物。諸如水泥的灌漿材料填充套管-井眼環(huán)帶，以液壓 地隔離由井眼和套管穿透的各種巖層。套管的壁會變薄。套管的內(nèi)、外兩側(cè)均會出現(xiàn)腐蝕。來自泵桿等的機(jī)械磨損會從 內(nèi)部磨損套管。套管磨損會影響套管為井眼提供機(jī)械強(qiáng)度的能力。另外或備選地，各種灌 漿問題會危害套管的液壓隔離，例如不適當(dāng)?shù)恼澈?、套?水泥環(huán)帶的不完全填充和/或套 管腐蝕/磨損。所關(guān)心的一個或多個井眼參數(shù)的測量在從井眼的鉆探直到廢棄的井眼壽命期間 都是有用的。因此在經(jīng)濟(jì)上和操作上希望操作使用各種井眼勘測或“測井”系統(tǒng)測量各種 井眼參數(shù)的設(shè)備。此類測井系統(tǒng)可包括多導(dǎo)體測井電纜、單導(dǎo)體測井電纜等。井眼環(huán)境典型地在溫度、壓力和粗糙度(ruggosity)方面是苛刻的，且會不利地 影響在其中操作的任何測井系統(tǒng)的響應(yīng)。更具體而言，井眼參數(shù)的測量會被苛刻的井眼條 件不利地影響。由于井眼溫度和壓力的變化典型地是不可預(yù)測的，所以非常希望在井眼內(nèi) 進(jìn)行連續(xù)和實時的系統(tǒng)校準(zhǔn)。一般而言，出于各種目的而使井下工具通過套管管道的內(nèi)徑 放下。一些工具通過導(dǎo)電體供電而其它工具由電池供電。井下工具可包括具有高達(dá)三十英 尺或甚至更長的長度的多個模塊。在寬范圍的直徑上鉆探井眼并加套。套管內(nèi)徑也會由于腐蝕、磨損或其它障礙而 變化。一種在一定范圍的井眼直徑上操作的井眼工具會是需要的。

發(fā)明內(nèi)容
以下概述提供簡化的概要以提供對本文所討論的系統(tǒng)和/或方法的一些方面的 基本理解。此概述并非本文所討論系統(tǒng)和/或方法的全面概括。其并非旨在確認(rèn)關(guān)鍵/臨 界元件或勾勒此類系統(tǒng)和/或方法的范圍。其唯一目的是以簡化形式提出一些概念以作為 對后面提出的更詳細(xì)的描述的序言。本發(fā)明的一方面提供了一種井眼測井工具，其包括沿著縱向軸線定向的殼體和將 殼體大致定位在井眼中心處的定心器組件。定心器組件包括第一滑動部件和聯(lián)接到該第一 滑動部件上的多個定心器臂。第一滑動部件可沿著縱向軸線滑動以選擇性地控制多個定心 器臂的徑向伸出。該井眼測井工具還包括使多個掃描傳感器圍繞縱向軸線在井眼內(nèi)軸向旋 轉(zhuǎn)的掃描頭，并且還包括第二滑動部件和將第二滑動部件聯(lián)接到多個掃描傳感器上的多個聯(lián)動臂(linkage arm)。第二滑動部件可沿著縱向軸線滑動以選擇性地控制多個傳感器的 徑向伸出。本發(fā)明的另一方面提供一種井眼測井工具，其包括沿著縱向軸線定向的殼體和將 殼體大致定位在井眼中心處的定心器組件。定心器組件包括可以以第一直徑從縱向軸線向 外徑向伸出的多個定心器臂。該井眼測井工具還包括使多個掃描傳感器圍繞縱向軸線在井 眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的掃描頭。該掃描頭還包括聯(lián)接到多個掃描傳感器上使得掃描傳感器可以以第二 直徑從縱向軸線向外徑向伸出的多個聯(lián)動臂。該井眼測井工具還包括適合基本上同時控制 定心器臂和多個傳感器的徑向伸出的伸出組件。本發(fā)明的另一方面提供一種井眼測井工具，其包括將殼體大致定位在井眼中心處 的定心器組件，并且還包括第一滑動部件和聯(lián)接到該第一滑動部件上的多個定心器臂。第 一滑動部件可沿著縱向軸線滑動以選擇性地控制多個定心器臂的徑向伸出。該井眼測井工 具還包括使多個掃描傳感器圍繞縱向軸線在井眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的掃描頭。掃描頭還包括聯(lián)接到多 個掃描傳感器上的第二滑動部件，該第二滑動部件可沿著縱向軸線滑動以選擇性地控制多 個傳感器的徑向伸出。該井眼測井工具還包括主軸，該主軸聯(lián)接到第一和第二滑動部件二 者上并可沿著縱向軸線線性地移動以驅(qū)動第一和第二滑動部件二者的滑移，從而同時控制 定心器臂和多個傳感器的徑向伸出。


在閱讀參照附圖的以下描述后，本發(fā)明的前述和其它方面對本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說將變得明顯，在附圖中圖1是示例性井眼內(nèi)的示例性井眼測井工具的側(cè)視圖；圖2是圖示為處于第一示例性位置的圖1的示例性井眼測井工具的側(cè)視截面圖； 以及圖3類似于圖2，但示出處于第二示例性位置的示例性井眼測井工具。
具體實施例方式將描述并在附圖中示出結(jié)合了本發(fā)明的一個或多個方面的示例性實施例。這些示 出的示例并非旨在成為對本發(fā)明的限制。例如，本發(fā)明的一個或多個方面可用于其它實施 例以及甚至其它類型的裝置中。此外，特定術(shù)語在文中只是為了方便而使用且并非作為對 本發(fā)明的限制而采用。再者，在附圖中，采用相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。基于此公開文本的目的，用語“工具”是非常上位的并且可應(yīng)用于送到井下執(zhí)行任 何操作的任何裝置。特別地，可使用井下工具來描述用來執(zhí)行包括但不限于管道恢復(fù)、巖層 評價、方向測量和/或修井的測量、維修或任務(wù)的各種裝置和器具。來看圖1，示出了井眼測井工具10的示例性實施例。井眼測井工具10適合用于地 層中的井眼12中，該井眼12可與使用諸如水泥等各種灌漿材料16固定的管狀套管14對 準(zhǔn)。井眼測井工具10可適合作為包括總體上通過聯(lián)接器或線纜——其可包括電纜和/或 數(shù)據(jù)線——連接的一個或多個其它井下工具19的工具串18的一部分。在井眼測井工具10 的一部分適合在井眼12內(nèi)旋轉(zhuǎn)的情況下，井眼測井工具10可為工具串18的終端工具，盡 管它也可連同適當(dāng)?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)以各種方式布置在工具串18內(nèi)。設(shè)想也可提供各種其它結(jié)構(gòu)作為工具串18的一部分。工具串18通常朝套管14的中心設(shè)置，例如沿著套管14的中心軸線24。但是，由 于本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的各種原因，常希望將諸如超聲波傳感器的傳感器20、22定位在 偏離中心軸線M的各種距離處。例如，如圖所示，井眼測井工具10的傳感器20、22可鄰近 套管14的壁定位(S卩，以相對于中心軸線M相對更大的徑向偏離布置)。傳感器20、22也 可遠(yuǎn)離套管14的壁定位(即，以相對于中心軸線M相對更小的徑向偏離布置)，以適應(yīng)井 眼12直徑例如由于限制物15等的改變。因此，工具10可避免被卡在限制物15上，其否則 會涉及后續(xù)的清除成本、昂貴的鉆井時間和/或環(huán)境問題?？蛇x擇性地調(diào)節(jié)井眼測井工具 10以便為傳感器提供希望的偏離距離，如文中將討論的那樣。井眼測井工具10可包括第一端30，以及設(shè)置在井眼12內(nèi)更深處的第二端32。如 文中所用，術(shù)語“第一”和“第二”只是為了方便而使用的。第一端30和第二端32可各包 括適合將井眼測井工具10與另一接頭、井下工具等聯(lián)接的聯(lián)接結(jié)構(gòu)(例如，安裝接頭)。該 聯(lián)接結(jié)構(gòu)可包括電纜結(jié)構(gòu)和/或公或母聯(lián)接結(jié)構(gòu)，例如鍵連接和/或螺紋連接(未示出)。 此類結(jié)構(gòu)可包括各種構(gòu)型，包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的各種其它聯(lián)接結(jié)構(gòu)。此外，井眼測井工具10可包括至少一個電聯(lián)接器。例如，至少一個電聯(lián)接器34可 設(shè)置在端部30、32之一上，以便將電流傳送到工具10和/或工具串18中的另一工具。電 聯(lián)接器34可構(gòu)造成聯(lián)接到各種相應(yīng)的電和/或機(jī)械結(jié)構(gòu)上，以便傳遞電流。電流可在各種 井下工具、聯(lián)接器和設(shè)置在井眼12外部的控制結(jié)構(gòu)(未示出)之間提供各種數(shù)字和/或模 擬信號，例如電力信號、通信信號等。此外或備選地，可通過各種其它結(jié)構(gòu)提供用于提供電 力、通信等的各種其它信號，包括光信號(例如，經(jīng)由光纜等)、無線信號(例如，經(jīng)由電磁傳 輸?shù)?等。可采用各種方式對任何或所有信號結(jié)構(gòu)(例如電線)進(jìn)行保護(hù)、防護(hù)等，例如使 用密封的柔性管道等。在任一端30、32的聯(lián)接結(jié)構(gòu)也可包括各種密封結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)將討論井眼測井工具10的一個示例性結(jié)構(gòu)。應(yīng)該理解的是，為了清楚而在圖1 中示意性地示出井眼測井工具10?？砂ǜ嗷蚋俚脑?，這些元件可不同地布置，可具 有不同的幾何形狀和/或尺寸等。從工具的第一端30開始并向下工作，圖中所示的第一方框為用于聯(lián)接到工具串 18的其余部分上的工具連接器40。工具連接器40可包括本文討論的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，和/或電聯(lián) 接器34等。由于用于井眼測井工具10中采用的旋轉(zhuǎn)和折疊馬達(dá)(或甚至各種其它類型的 馬達(dá)或致動器，例如液壓或氣動馬達(dá)或致動器等)的較高電力需求，故可采用多個高壓電 源，例如以雙連接構(gòu)型等。例如，由于用于操作該井眼測井工具10的多個元件，故可使用兩 個不同的電源。第一源可為還將用于向多個感測元件的電子器件輸送低壓電的通信總線。 第二電源可為使用雙連接構(gòu)型從電線以對旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和/或致動馬達(dá)供電的高壓饋通。第二方框圖示了轉(zhuǎn)節(jié)(swivel) 42，該轉(zhuǎn)節(jié)42將允許工具10在井眼12內(nèi)進(jìn)行一定 程度的旋轉(zhuǎn)，例如不會扭曲工具串18的其余部分。例如，不論可用于穩(wěn)定工具10的任何定 心器的夾持能力如何，轉(zhuǎn)節(jié)42都仍可由于從下方的旋轉(zhuǎn)區(qū)段傳遞的轉(zhuǎn)矩而在井眼12內(nèi)逐 漸旋轉(zhuǎn)。為了至少部分補償此效應(yīng)，轉(zhuǎn)節(jié)42可裝設(shè)有可允許工具10從工具串18的其余部 分自由旋轉(zhuǎn)的編碼器，同時該編碼器將記錄井眼測井工具10相對于工具串18中的其它工 具(未示出)的相對位置。因此，可基于位置編碼信息使用來自上方的工具串18中的其它 工具的數(shù)據(jù)登記來自井眼測井工具10的數(shù)據(jù)。
第三項圖示了上部定心器44，其可包括多個可伸出的定心器臂。上部定心器44可 用于將井眼測井工具10大致保持在井眼12的中心(即，沿著中心軸線24)使得下方的旋 轉(zhuǎn)傳感器段不會與套管14的壁碰撞。上部定心器44也可借助于夾持特征(未示出)將工 具錨固在套管14中，該夾持特征可設(shè)置在一個或多個定心器臂的端部上，以便抑制(例如 防止)工具10由于通過與周圍的套管14接觸而產(chǎn)生的下方旋轉(zhuǎn)的臂的反作用力而旋轉(zhuǎn)以 及將該力傳遞到其上。上部定心器44的臂也可與下部定心器臂共同起作用而抑制(例如 防止)工具10相對于井眼12的中心軸線M樞轉(zhuǎn)。上部定心器44的臂可朝外殼14被向 外(即，遠(yuǎn)離工具的縱向軸線)彈性偏壓，并且可被手動控制或甚至自我控制。第四方框為電子器件殼體46，其可容納用于井眼測井工具10的操作的一些或全 部電子器件。例如，電子器件可包括用于電子器件和/或傳感器的低壓電源、用于馬達(dá)的 電源、馬達(dá)控制邏輯、位置傳感器驅(qū)動器(即，旋轉(zhuǎn)方位、折疊臂位置、回轉(zhuǎn)位置等)、通信元 件、分析元件、超聲波驅(qū)動器、接收器、變壓器、放大器、數(shù)據(jù)遙測、數(shù)據(jù)管理和/或數(shù)據(jù)處理 構(gòu)件。同樣，特別是對于開發(fā)而言，電子器件區(qū)段中可包括存儲器以便進(jìn)行更完整的數(shù)據(jù)記 錄和測試。大量的數(shù)據(jù)、信號的性質(zhì)和/或所涉及的頻率可使正確的數(shù)據(jù)處理成為一項密 集的任務(wù)。進(jìn)入的信號可具有集中在大約300-500kHz的頻率，這意味著電子器件和/或軟 件應(yīng)當(dāng)允許要執(zhí)行的所得到的大量數(shù)據(jù)的精確和高效的數(shù)字化和處理。此外或備選地，可通過電子器件殼體46監(jiān)視各種位置值以便提供精確的數(shù)據(jù)輸 出。例如，感測信息可包括傳感器頭60相對于工具中心軸線M的位置、傳感器頭60相對 于工具體的旋轉(zhuǎn)方位和/或工具10相對于工具串18的其余部分的旋轉(zhuǎn)方位。第五方框可圖示基準(zhǔn)單元48。例如，基準(zhǔn)單元48可為以固定間距并暴露于井眼流 體與殼體的實心部分(solid piece)相對地安裝的傳感器組件。可采用下方的旋轉(zhuǎn)臂上的 測量傳感器的精確方式定期驅(qū)動該傳感器，并且由于該固定間距，可確定并記錄井內(nèi)流體 聲學(xué)特性，以便校正從主傳感器獲得的值。在另一示例中，基準(zhǔn)單元48可具有通過引用結(jié) 合在本文中的美國專利申請US2006/(^6^43中描述的構(gòu)型。第六方框可圖示用于使馬達(dá)、軸承、電聯(lián)接器和工具中可能的傳感器與井眼壓力 達(dá)到壓力平衡的機(jī)械壓力補償區(qū)段50。壓力補償區(qū)段50可位于馬達(dá)和井眼測井工具10的 致動部分上方。第七方框可圖示馬達(dá)52，例如無刷DC馬達(dá)，其可適合提供線性運動以折疊和伸展 底部定心器組件M的臂。例如，馬達(dá)52可用于致動線性驅(qū)動系統(tǒng)，并且可包括齒輪箱等。 此外或備選地，可以設(shè)想的是，也可使用各種類型的致動器或馬達(dá)——例如液壓或氣動致 動器、馬達(dá)等(未示出)——來提供線性運動。接下來，底部定心器組件M可用于使井眼測井工具10在井眼內(nèi)定中心(S卩，大致 沿著中心軸線24)并抑制(例如防止)工具10在井眼12內(nèi)旋轉(zhuǎn)和/或樞轉(zhuǎn)。定心器組件 M可包括用于與套管14的壁接合的多個可伸出的臂。定心器組件M的臂也可借助于夾持 特征(未示出)將工具10錨固在套管14中。定心器組件M還能以用作卡鉗(caliper) 和支架(standoff)的方式連結(jié)到下方旋轉(zhuǎn)的傳感器頭60的折疊的臂上。例如，該特征可 維持套管14與旋轉(zhuǎn)的傳感器頭60之間的期望間距，使得如果在工具10在井眼12內(nèi)被向 上拉動時遇到限制物15，則定心器組件M將向內(nèi)并遠(yuǎn)離任何潛在的碰撞折疊旋轉(zhuǎn)的傳感 器頭部60。定心器組件M可包括用于臂的位置傳感器。
接下來，第九方框可圖示第二馬達(dá)56，例如無刷DC馬達(dá)，其能夠使旋轉(zhuǎn)的傳感器 頭60的完全伸出的臂抵抗井眼流體的阻滯而旋轉(zhuǎn)。因此，馬達(dá)56可為可包括合適的齒輪 箱的較高動力和高轉(zhuǎn)矩的馬達(dá)。馬達(dá)56還可包括用于記錄馬達(dá)56和被驅(qū)動構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)位 置的編碼器。此外或備選地，設(shè)想也可使用各種類型的致動器或馬達(dá)——例如液壓或氣動 致動器、馬達(dá)等(未示出)——來提供旋轉(zhuǎn)運動。第十方框可圖示旋轉(zhuǎn)電聯(lián)接器58或滑環(huán)，以提供上部靜止工具殼體與下方的下 部旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的過渡。旋轉(zhuǎn)電聯(lián)接器58適合在傳感器頭60旋轉(zhuǎn)的同時在多個傳感器 20,22與至少一個電聯(lián)接器34或電子器件46之間傳送電流。旋轉(zhuǎn)的電聯(lián)接器58可為機(jī)械 的和/或感應(yīng)的?？刹捎枚鄠€旋轉(zhuǎn)電聯(lián)接器58，例如每個傳感器一個。例如，旋轉(zhuǎn)電聯(lián)接器 58可由于所傳輸和反射的信號的特性而具有數(shù)MHz甚至更高的的較高帶寬。旋轉(zhuǎn)電聯(lián)接器 58還可在連接之間具有低串?dāng)_，由于每測井作業(yè)需要10，000至20，000轉(zhuǎn)而抗磨，可耐受工 具10在其中操作的高溫(例如，高于約150攝氏度)和高壓(例如，高于15，000PSI)，和/ 或配合在工具10殼體的幾何形狀內(nèi)。也可設(shè)想其它操作條件。在一個示例中，旋轉(zhuǎn)電聯(lián)接器58可為機(jī)械裝置，例如來自IEC公司 (TBVS-HT-. 375)，其對于溫度和壓力而額定，具有6個連接器、具有適當(dāng)?shù)母邘捫枨?，?且具有 120-200X 106轉(zhuǎn)的壽命。在另一示例中，旋轉(zhuǎn)電聯(lián)接器58可為感應(yīng)聯(lián)接器。例 如，感應(yīng)聯(lián)接器可采用用于傳輸和接收信號的大約1 1匝數(shù)比，盡管可設(shè)想各種其它設(shè) 計。這種類型的聯(lián)接器提供尺寸的靈活性，具有有利的高頻響應(yīng)，且為可利用很小的維護(hù)來 提供增加的壽命的非接觸式裝置?？商峁┙Y(jié)構(gòu)和/或數(shù)據(jù)分析以提高效率和/或減少(例 如最小化)單獨的聯(lián)接器之間的串?dāng)_。接下來，旋轉(zhuǎn)傳感器頭60可包括為了發(fā)射信號和收集返回信號以便記錄關(guān)于套 管14的數(shù)據(jù)信息而設(shè)置的多個傳感器20、22?？刹捎酶鞣N數(shù)目的傳感器20、22。各傳感器 20,22可聯(lián)接到接線臂62上以便提供電力和數(shù)據(jù)傳輸。由于接線臂62上的流體阻力與它 們的截面直接相關(guān)，所以接線臂62可設(shè)有縮小的截面。同樣，由于接線臂62將暴露于井眼 流體而可能損壞，所以它們既可被電氣防護(hù)又可被機(jī)械防護(hù)。傳感器20、22可包括可提供單向或雙向信號交互的各種類型的傳感器(即，發(fā)射 器、接收器或收發(fā)器)。在一個示例中，傳感器20、22可為超聲波傳感器，例如作為壓電圓盤 構(gòu)造并作為收發(fā)器配置的500kHz PZT Navy II。傳感器20、22可為單向的，以限制(例如 最小化)會反射并干涉測量的向后傳播的波陣面(wavefront)。為了產(chǎn)生希望的波陣面，傳 感器20、22可包括各種光束形狀、反射層和/或吸收特征。除電力和力的意義外，垂直解析度取決于傳感器頭60的轉(zhuǎn)速。在傳感器頭60的 傳感器20、22重復(fù)經(jīng)過井眼之前被覆蓋的最大垂直間距定義為垂直解析度且為轉(zhuǎn)速和測 井速度二者的函數(shù)。隨著工具10在井眼12中被更快地向上拉動，傳感器頭60必須更快地 旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)給定的垂直解析度。在所示構(gòu)型中，兩個傳感器20、22設(shè)置成彼此相對，盡管可 設(shè)置各種數(shù)目的傳感器，其可減慢用來收集數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)速。例如，對于以可接受的電耗和流體 湍流同時維持約30ft/分的垂直測井速度旋轉(zhuǎn)雙傳感器工具而言，3”的標(biāo)準(zhǔn)垂直解析度是 可能的。旋轉(zhuǎn)傳感器頭60可聯(lián)接到適合選擇性地控制傳感器20、22的徑向伸出的折疊組 件64上。在一個示例中，折疊組件64可操作以控制傳感器20、22從約2英寸的直徑徑向伸出至約10英寸，以便可在各種套管尺寸內(nèi)操作。折疊組件64可經(jīng)由減振器連結(jié)到底部 定心器組件M上。工具10的底部(即，第二端32)可包括終端66，例如鼻錐(nose cone) 或甚至用于連接到另一工具上的聯(lián)接結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2-3，將在兩個示例性位置更詳細(xì)地描述和示出井眼測井工具10。當(dāng) 測井時，會希望將單獨的傳感器20、22定位在相對于井眼12的中心軸線M的各種徑向偏 離處，以便能夠在一定范圍的井眼直徑上操作。為了方便，如本文所述，各傳感器20、22將 相對于工具10的縱向軸線68發(fā)生徑向偏離，該縱向軸線68也可為中心線，且其可與井眼 12的中心軸線M同軸。盡管如此，應(yīng)該理解的是，可參照井眼測井工具10的各種其它部分 發(fā)生該徑向偏離。同樣，為了方便，圖3中的附圖標(biāo)記采用字母“B”來表示處于相對于圖2 的不同位置的相同元件。井眼測井工具10包括沿著工具10的縱向軸線68(即中心線)定向的殼體。殼體 可包括通常不旋轉(zhuǎn)的上殼體部分70和計劃隨同傳感器頭60 —起旋轉(zhuǎn)的下殼體部分72。各 種構(gòu)件可設(shè)置在上和/或下殼體部分70、72內(nèi)和/或之間，例如各種旋轉(zhuǎn)支撐件73 (例如， 軸承、襯套)、密封件、機(jī)械和/或電聯(lián)接器、傳感器等。井眼測井工具10還包括將殼體部 分70、72大致定位在井眼12的中心處(即，沿著中心軸線的定心器組件M(即，底部 定心器組件)。定心器組件M包括第一滑動部件74和聯(lián)接到第一滑動部件74上的多個 定心器臂76。定心器臂76可直接或間接地樞轉(zhuǎn)聯(lián)接到第一滑動部件74上，例如通過控制 臂78等。第一滑動部件74可在沿著縱向軸線的方向上滑動，以選擇性地控制多個定心器 臂76相對于工具10的縱向軸線68的徑向伸出。定心器臂76的至少一部分(例如全部) 可包括適合夾持井眼12的內(nèi)表面(即套管壁)的夾持部分80。多個定心器臂76可從縱向軸線68(即中心線)向外徑向伸出至直徑D。在一個示 例中，所有定心器臂76都可伸出至直徑D，盡管一些可伸出至另一直徑。在所示示例中，多 個定心器臂76以圍繞工具10的徑向圖案大致相等地隔開，并且結(jié)果為了方便而使用術(shù)語 “直徑”。盡管如此，可采用各種方式布置各種數(shù)量的定心器臂76。第一滑動部件74可相對 于上殼體部分70沿著工具10的縱向軸線68滑動，以選擇性地控制多個定心器臂76的徑 向伸出。例如，由于第一滑動部件74與控制臂78之間的樞轉(zhuǎn)連接，以及控制臂78與多個 定心器臂76之間的樞轉(zhuǎn)連接，第一滑動部件74的滑移將使定心器臂76的徑向伸出伸展或 縮回。例如，第一滑動部件74沿著箭頭S的方向的滑移將相對地縮小定心器臂76的直徑 D，而第一滑動部件74沿著箭頭L的方向的滑移將相對地增大直徑D?？刹捎酶鞣N方式控制多個定心器臂76的徑向伸出。在一個示例中，馬達(dá)52可適 合提供線性移動以驅(qū)動第一滑動部件74。在另一示例中，一些或全部定心器臂76可朝套管 14和最大直徑被向外(即，遠(yuǎn)離工具10的縱向軸線68)徑向地彈性偏壓，并且可被手動控 制或甚至自我控制。然后可操作馬達(dá)52而抵消該彈性偏壓以使多個定心器臂76縮回。在 一個示例中，控制套82可設(shè)置在上殼體部分70的外部周圍并且可直接或間接聯(lián)接到馬達(dá) 52上?？刂铺?2可以是有鍵的以便沿著上殼體部分70滑移，并且可包括漸縮的幾何形狀 以與定心器臂76接合。因此，馬達(dá)52可沿著箭頭S或L的方向相對于上殼體部分70選擇 性地移動控制套82。在朝箭頭S的方向移動后，控制套82可接觸和/或圍繞定心器臂76 以克服彈性偏壓力將它們徑向向內(nèi)地驅(qū)動至相對更小的直徑D?？刂铺?2沿著箭頭S的方 向的進(jìn)一步移動會導(dǎo)致甚至更小的直徑D，直到預(yù)定的最小直徑。例如經(jīng)由馬達(dá)52的定心器臂76的移動可經(jīng)由電聯(lián)接器34或電子器件殼體46遠(yuǎn)程控制，或甚至可由電子器件殼體 46獨立地控制。井眼測井工具10還包括使多個傳感器20、22圍繞縱向軸線68在井眼12內(nèi)軸向 旋轉(zhuǎn)的傳感器頭60。由此，可將傳感器20、22視為掃描傳感器。如前所述，有益的是將傳感 器20、22定位在相對于套管14的壁的不同距離處。因此，工具10可包括使傳感器20、22 從縱向軸線68徑向向外伸出的結(jié)構(gòu)。在一個示例中，傳感器頭60可包括折疊組件64，該折 疊組件64可包括第二滑動部件84，以及將第二滑動部件84聯(lián)接到多個掃描傳感器20、22 上的多個聯(lián)動臂86、88。第二滑動部件84可相對于下殼體部分72沿著工具10的縱向軸線68滑動，以選 擇性地控制多個傳感器20、22的徑向伸出。多個聯(lián)動臂可包括樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接到第二滑動部件 84上并可隨其移動的第一組聯(lián)動臂86，以及與下殼體部分72樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接的第二組聯(lián)動臂 88。例如，由于第一組聯(lián)動臂86可沿著箭頭S或L的方向隨第二滑動部件84 —起移動，并 且第二組聯(lián)動臂88聯(lián)接到下殼體部分72上并相對于箭頭S或L固定，所以第二滑動部件 84的滑移將伸展或縮回傳感器20、22的徑向伸出。因此，第二滑動部件84沿著箭頭S的方 向的滑移將相對地縮小傳感器20、22的直徑d，而第二滑動部件84沿著箭頭L的方向的滑 移將相對地增大直徑d。第二滑動部件84的滑移運動可由也可限制傳感器20、22的徑向伸 出的終端66和/或止擋件85限制。井眼測井工具10還包括適合基本上同時控制定心器臂76和多個傳感器20、22的 徑向伸出的伸出組件。在一個示例中，該伸出組件可包括第一滑動部件74和第二滑動部件 84，并且還可包括聯(lián)接到第一滑動部件74和第二滑動部件84 二者之上的中空主軸90。主 軸90可沿著縱向軸線68相對于上殼體部分70和下殼體部分72中的任一個或二者移動。例如，主軸90沿著縱向軸線68的移動聯(lián)接第一滑動部件74和第二滑動部件84 二者的滑移，以便基本上同時控制定心器臂76和多個傳感器20、22的徑向伸出。結(jié)果，定 心器臂76可連結(jié)到傳感器20、22上使得定心器臂76的直徑D的變化可導(dǎo)致傳感器20、22 的直徑d的變化。在一個示例中，主軸90可沿著縱向軸線68居中地定位，并且可通過銷軸連接等聯(lián) 接到第一滑動部件74和第二滑動部件84的每一個部件上。結(jié)果，由馬達(dá)52在控制套82 上施加大致向內(nèi)驅(qū)動定心器臂76并驅(qū)動第一滑動部件74的力。馬達(dá)52所施加的該力然 后經(jīng)由主軸90被傳遞至第二滑動部件84，以便基本上同時向內(nèi)驅(qū)動多個傳感器20、22的徑 向伸出。例如，圖3示出已由于第一滑動部件74B和第二滑動部件84B大致沿箭頭S的方 向的移動而徑向向內(nèi)移動的定心器臂76B和傳感器20B、22B。如圖3中所示，定心器臂76B 的直徑込和傳感器20B、22B的直徑d2已分別縮小(即，徑向向內(nèi)移動)。類似地，當(dāng)如圖2 中所示縮小直徑時，用于總體上向外驅(qū)動定心器臂76的彈性偏壓力也由主軸90經(jīng)由第一 滑動部件74和第二滑動部件84傳遞至傳感器20、22，以便進(jìn)行相似的向外移動(如圖2中 所示)。在又一示例中，減振器92可設(shè)置在定心器臂76與多個傳感器20、22之間。減振器 92可設(shè)置在第一滑動部件74與主軸90之間，或也可設(shè)置在第二滑動部件84與主軸90之 間或各種其它位置。減振器92可適合不論定心器臂76的快速或震動移動如何都抑制(例 如防止)傳感器20、22的快速或震動移動。在各種示例中，減振器92可為聯(lián)接到第一滑動部件74上的彈簧減振器、活塞減振器、磁性減振器、流體減振器等。因此，第一滑動部件74 的縱向移動可壓縮彈簧使得傳感器20、22的移動一直延遲到彈簧被完全壓縮為止。結(jié)果， 定心器臂76可先于傳感器20、22移動，并且彈簧可吸收定心器臂76的任何快速或震動移 動。應(yīng)該理解的是，定心器臂76和傳感器20、22的基本上同時的移動可包括減振器92所 提供的延時。此外或備選地，定心器臂76和多個傳感器20、22的徑向伸出直徑能以預(yù)定量相 關(guān)。因此，例如，定心器臂76與傳感器20、22的直徑d相比可被維持在較大的直徑D，以抑 制(例如防止)旋轉(zhuǎn)的傳感器頭60與套管14的壁之間的接觸。在一個示例中，多個定心器 臂76可以以第一直徑D徑向伸出，且多個傳感器20、22可以以第二直徑d徑向伸出，并且 第二直徑d可基于預(yù)定距離和預(yù)定比例中的至少一個而小于第一直徑D。在第一示例中，定 心器臂76的第一直徑D能以預(yù)定距離——例如約1/2”、1”或其它值——大于傳感器20、22 的第二直徑d。因此，當(dāng)定心器臂76與套管14的壁接觸時，可保證傳感器20、22以約1/4”、 1/2”或其它值與套管14的壁隔開預(yù)定距離。在第二示例中，定心器臂76的第一直徑D能 以預(yù)定比例——例如約10%、25%或其它比例——大于傳感器20、22的第二直徑d。因此， 當(dāng)定心器臂76與套管14的壁接觸時，可保證傳感器20、22以直徑D的約5%、12. 5%或其 它比例的預(yù)定比例與套管14的壁隔開。此外或備選地，井眼測井工具10還可包括可隨傳感器頭60 —起旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸94。 驅(qū)動軸94可聯(lián)接到馬達(dá)56上并由馬達(dá)56驅(qū)動以驅(qū)動傳感器頭60的旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動軸可布置 成與主軸90成同心關(guān)系。因此，可設(shè)置這兩個同心軸以傳遞傳感器頭60的旋轉(zhuǎn)動作(即， 經(jīng)由驅(qū)動軸94)，同時其它軸(即，主軸90)用于致動傳感器20、22的折疊運動。在一個示 例中，驅(qū)動軸94可具有相對更小的直徑并且以伸縮方式容納在具有相對更大的直徑的中 空主軸90內(nèi)。在另一示例中，為了允許傳感器頭60旋轉(zhuǎn)同時還致動傳感器20、22的折疊運動， 驅(qū)動軸94可通過銷軸連接聯(lián)接到主軸90上。例如，驅(qū)動軸94可包括在主軸90的槽中縱向 滑動的銷，盡管也可設(shè)想各種其它結(jié)構(gòu)。在另一示例中，還為了允許傳感器頭60旋轉(zhuǎn)同時 致動傳感器20、22的折疊運動，主軸90可通過止推軸承等聯(lián)接到第一滑動部件74上。因 此，下殼體部分72可隨傳感器頭60以及第二滑動部件84自由旋轉(zhuǎn)，而上殼體部分70、第 一滑動部件74和定心器臂76可保持相對靜止(即，總體上不旋轉(zhuǎn))。此外或備選地，主軸 90和驅(qū)動軸94中的任一者或二者可由多個區(qū)段形成，這些區(qū)段可以直接聯(lián)接在一起或者 不直接聯(lián)接在一起。例如，主軸90可包括聯(lián)接到其上或與其緊鄰的下主軸部分91。此外， 井眼測井工具10的各種構(gòu)件可與主軸90和/或驅(qū)動軸94同心地布置以保證緊湊的工具 設(shè)計。已參照如上所述的示例性實施例描述了本發(fā)明。在閱讀并理解本說明書后，其他 人會想到改型和變型。結(jié)合了本發(fā)明的一個或多個方面的示例性實施例旨在包括所有此類 改型和變型，只要它們處于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種井眼測井工具(10)，包括殼體(70，72)，其沿著縱向軸線(68)定向；將所述殼體(70,7 大致定位在所述井眼(1 的中心處的定心器組件，其包括第一滑 動部件(74)和聯(lián)接到所述第一滑動部件(74)上的多個定心器臂(M)，所述第一滑動部件 (74)能夠沿著所述縱向軸線(68)滑動，以選擇性地控制所述多個定心器臂(54)的徑向伸 出；以及掃描頭(60)，其使多個掃描傳感器O0，22)圍繞所述縱向軸線(68)在所述井眼(12) 內(nèi)軸向地旋轉(zhuǎn)，所述掃描頭(60)還包括第二滑動部件(84)和將所述第二滑動部件(84)聯(lián) 接到所述多個掃描傳感器(20,2 上的多個聯(lián)動臂(86)，所述第二滑動部件(84)能夠沿著 所述縱向軸線(68)滑動，以選擇性地控制多個傳感器O0，22)的徑向伸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井眼測井工具(10)，其特征在于，所述井眼測井工具(10)還 包括主軸(90)，所述主軸(90)能夠沿著所述縱向軸線(68)相對于所述殼體(70,7 移動 并聯(lián)接到所述第一滑動部件(74)和第二滑動部件(84) 二者之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井眼測井工具(10)，其特征在于，所述多個聯(lián)動臂包括樞轉(zhuǎn) 地聯(lián)接到所述第二滑動部件(84)上并能夠隨其移動的第一組聯(lián)動臂(86)，以及樞轉(zhuǎn)地聯(lián) 接到所述殼體(7 上的第二組聯(lián)動臂(88)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井眼測井工具(10)，其特征在于，所述井眼測井工具(10) 還包括適合在所述多個傳感器(20,2 與外部電聯(lián)接器(34)之間傳送電流的感應(yīng)聯(lián)接器 (58)或滑環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井眼測井工具(10)，其特征在于，所述多個定心器臂(54)能 夠以第一直徑(D)徑向伸出并且所述多個傳感器O0，22)能夠以第二直徑(d)徑向伸出， 所述第二直徑(d)基于預(yù)定距離或預(yù)定比例中的至少一個而小于所述第一直徑(D)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井眼測井工具(10)，其特征在于，所述定心器臂(54)的至少 一部分包括適合夾持所述井眼(1 的內(nèi)表面的夾持部分(80)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井眼測井工具(10)，其特征在于，所述井眼測井工具(10)還 包括第二定心器組件，所述第二定心器組件包括遠(yuǎn)離所述縱向軸線(68)向外被彈性偏壓 并適合抑制所述井眼測井工具(10)在所述井眼(12)內(nèi)的樞轉(zhuǎn)的第二多個定心器臂(44)。
8.—種井眼測井工具(10)，包括殼體(70，72)，其沿著縱向軸線(68)定向；將所述殼體(70,7 大致定位在所述井眼(1 的中心處的定心器組件，其包括能夠以 第一直徑(D)從所述縱向軸線(68)徑向向外伸出的多個定心器臂(54)；掃描頭(60)，其使多個掃描傳感器O0，22)圍繞所述縱向軸線(68)在所述井眼(12) 內(nèi)軸向地旋轉(zhuǎn)，所述掃描頭(60)還包括聯(lián)接到所述多個掃描傳感器(20,2 上使得所述掃 描傳感器(20，22)能夠以第二直徑(d)從所述縱向軸線(68)徑向向外伸出的多個聯(lián)動臂 (86，88)；以及伸出組件，其適合基本上同時控制所述定心器臂(54)和所述多個傳感器(20,2 的徑 向伸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的井眼測井工具(10)，其特征在于，所述伸出組件包括聯(lián)接到 所述多個定心器臂(54)上的第一滑動部件(74)、將所述多個聯(lián)動臂(54)聯(lián)接到所述多個掃描傳感器(20,2 上的第二滑動部件(84)、以及聯(lián)接到所述第一滑動部件(74)和第二滑 動部件(84) 二者之上并且能夠沿著所述縱向軸線(68)相對于所述殼體(70,7 移動的主 軸(90)。
10. 一種井眼測井工具(10)，包括將殼體(70,7 大致定位在所述井眼(1 的中心處的定心器組件，其包括第一滑動部 件(74)和聯(lián)接到所述第一滑動部件(74)上的多個定心器臂(M)，所述第一滑動部件(74) 能夠沿著所述縱向軸線(68)滑動，以選擇性地控制所述多個定心器臂(54)的徑向伸出； 掃描頭(60)，其使多個掃描傳感器O0，22)圍繞所述縱向軸線(68)在所述井眼(12) 內(nèi)軸向地旋轉(zhuǎn)，所述掃描頭(60)還包括聯(lián)接到所述多個掃描傳感器(20,2 上的第二滑動 部件(84)，所述第二滑動部件(84)能夠沿著所述縱向軸線(68)滑動以選擇性地控制所述 多個傳感器00，22)的徑向伸出；以及主軸(90)，其聯(lián)接到所述第一滑動部件(74)和第二滑動部件(84) 二者之上并且能夠 沿著所述縱向軸線(68)線性地移動，以驅(qū)動所述第一滑動部件(74)和第二滑動部件(84) 二者的滑移，從而同時控制所述定心器臂(54)和所述多個傳感器00，22)的徑向伸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及折疊式超聲波井眼成像工具，具體而言，涉及一種井眼測井工具，其包括沿著縱向軸線定向的殼體以及將殼體大致定位在井眼的中心處的定心器組件。在一個示例中，定心器組件包括可從縱向軸線徑向向外伸出的多個定心器臂。井眼測井工具還包括使多個掃描傳感器圍繞縱向軸線在井眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的掃描頭。掃描頭還包括聯(lián)接到多個掃描傳感器上使得掃描傳感器可從縱向軸線徑向向外伸出的多個聯(lián)動臂。井眼測井工具還包括適合基本上同時控制定心器臂和多個傳感器的徑向伸出的伸出組件。
文檔編號E21B49/00GK102102510SQ20101061556
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者R·H·伍德, S·A·拉奇, S·R·肯尼迪 申請人:通用電氣公司