專利名稱：測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)和方法，特別是檢驗鉆孔最終直徑的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油天然氣工業(yè)中測量鉆井孔的鉆孔特征和狀態(tài)。更特別地，本發(fā)明涉及鉆孔和擴孔后測量鉆孔直徑的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及在鉆孔和擴孔的同時測量鉆孔直徑的系統(tǒng)。另外，本發(fā)明涉及鉆孔和擴孔期間及之后檢驗鉆孔直徑的方法。
背景技術(shù)：
鉆井屬于提取自然資源如地下水、天然氣和石油過程的一部分，或者說屬于開采天然地下原料過程的一部分。使用鉆機鉆井或鉆孔以旋轉(zhuǎn)鉆柱，鉆機的鉆頭附在其末端以便鉆入地下所需深度。隨著鉆孔加深，增加鉆鋌和鉆桿段的長度和重量，并支撐鉆柱，不同類型的鉆頭可打入各種巖層和土壤復(fù)域。在鉆柱內(nèi)泵送鉆液或鉆泥，通過噴嘴或噴射器將鉆液或鉆泥從鉆頭抽出，提升到環(huán)狀物后再到地表，以便為安全鉆井創(chuàng)造適當(dāng)?shù)奈锢砗土黧w靜力狀態(tài)。另外，巖屑在流向地表的鉆泥循環(huán)中通過鉆孔被排除。鉆了一段孔后，將直徑略小于鉆孔的鋼護筒放入洞中。將水泥注入護筒外部和鉆孔之間的環(huán)縫中。護筒系統(tǒng)加強新一段鉆孔的完整性，以便鉆的更深，也帶來其他好處。鉆井使用的系列鉆頭越來越小，相應(yīng)地，鋼護筒系統(tǒng)變小，使得鉆井完成后洞中有洞。在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)各段護筒系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒時，鉆孔直徑減小。然而，鉆井技術(shù)最新發(fā)展要求鉆井越來越深，甚至是地表之下5到6英里洞的超深井。由于對化石燃料持續(xù)依賴，特別是石油和天然氣，使得鉆井勘探行業(yè)需要開發(fā)超深水域(水深超過2000米)，超深井鉆入超過7500米深度。超深井的溫度、距離和壓力狀態(tài)要求使用大量的資源來提取石油和天然氣?，F(xiàn)有技術(shù)無法達(dá)到最新的最大深度，因為鉆孔直徑的減小使得鉆井深度受到限制。為了打超深鉆孔，鉆井行業(yè)使用鉸孔或擴孔，通過移除鉆頭鉆孔時引起的已受壓和受擾原料層來增加鉆孔的直徑。眾所周知，鉸孔用于機械加工和制造中，會影響良好表面拋光的機械性能。應(yīng)用到井孔鉆井領(lǐng)域，擴孔器(underreamer)是鉆柱上被激活的切削工具，用于擴大鉆孔。典型的擴孔器具有一套沿柱體長度方向的可伸縮擴張的平行直線型或螺旋型刃口，其位置高于沿鉆柱方向的鉆頭。刃口有角度，其細(xì)微底刃口位于刃口下方，用于與鉆孔各邊進行初始接觸。改造擴孔器使得石油天然氣工業(yè)面臨更大的挑戰(zhàn)。鉆孔中鉆頭和鉆柱的控制也需要特別注意。隨鉆測量(MWD)及隨鉆記錄(LWD)系統(tǒng)采集實時數(shù)據(jù)(可隨鉆查看這些數(shù)據(jù))并且存儲數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在鉆頭運行后查看。這些數(shù)據(jù)有助于確保鉆井有適當(dāng)?shù)姆较驙顟B(tài)，并記錄地層性質(zhì)。隨鉆測量系統(tǒng)測量記錄讀數(shù)，如天然伽馬射線、鉆孔壓力、溫度、阻力、地層密度等，這些數(shù)據(jù)可通過脈沖發(fā)生器遙測技術(shù)、有線鉆桿或其他設(shè)備實時傳輸。穩(wěn)定器加裝到鉆柱是減小鉆柱振動，增強定向孔準(zhǔn)度，提高鉆孔效率的機械解決方法。使用鉸孔器后，鉆孔達(dá)到最新極限距離和深度，由于投入成本和資源因素，準(zhǔn)確監(jiān)控變得更為重要，鉆柱上的擴孔器也面臨更大的挑戰(zhàn)。擴孔器是單獨的切割工具，因此，擴孔后，鉆頭的鉆孔直徑與較大的最終直徑是不同的。擴孔后，現(xiàn)有技術(shù)并未對隨鉆鉆孔直徑進行最終確認(rèn)。目前測量鉆孔直徑的典型系統(tǒng)是鋼纜機械卡尺工具，在完成井段鉆探，并從井內(nèi)移除鉆柱和鉆頭后，所述系統(tǒng)采集鉆孔尺寸和形狀跟蹤測量的鉆孔直徑記錄圖。鉆孔直徑是超深井信息中極為重要的一部分，因為鉆孔必須是特定尺寸以便匹配適當(dāng)?shù)奶坠芟到y(tǒng)。如果鉆孔太小不能容納套管，不能達(dá)到要求的極限深度。如果鉆孔尺寸太小，不能正確支撐或選擇延伸的套管堆垛。鋼纜機械卡尺工具打開并從孔底撤出后校驗鉆孔直徑。兩個或多個鉸接臂推擠鉆孔壁，進行孔徑測量。現(xiàn)有技術(shù)的鋼纜機械卡尺工具需在鉆孔作業(yè)完全結(jié)束，所有鉆井設(shè)備從鉆孔中移除后方能使用。同樣，就鉆井時間和效率而言，鋼纜機械卡尺工具和使用卡尺工具的方法非常重要。過去，在鉆孔直徑測量領(lǐng)域發(fā)布了各種各樣的專利。例如，2007年I月30日頒發(fā)給唐頓(Downton)美國專利號N0.7168507 (公開號為20030209365)公開了重新校準(zhǔn)井底傳感器的發(fā)明。第一套廉價小型傳感器位于靠近鉆頭的鉆柱內(nèi)，第二套精準(zhǔn)度更高的傳感器位于遠(yuǎn)離鉆頭且高于鉆柱的更受保護的位置。隨著鉆井過程的進行，第二套傳感器采集數(shù)據(jù)以校準(zhǔn)第一套傳感器的偏移。該發(fā)明公開了布置遠(yuǎn)離鉆頭的傳感器以更為準(zhǔn)確的測量進入鉆孔的氣體進入量。1993年4月6日頒發(fā)給克拉克(Clark)等人的美國專利號N0.5200705公開了測量鉆孔周圍地層傾斜特征的系統(tǒng)和使用具有縱向隔開傳感器的換能器陣列的方法。電極位于穩(wěn)定器葉片上檢測穩(wěn)定器上方鉆鋌線圈天線的電流。位于穩(wěn)定器葉片上的電極具有電流傳感器功能。1992年7月14日頒發(fā)給奧爾班(Orban)等人的美國專利號N0.5130950描述了一種超聲測量裝置。該專利為多個涉及鉆孔特征測量的類似專利的其中之一。即使沒有鉆孔器，該專利(N0.5130950)清楚地公開了穩(wěn)定器內(nèi)傳感器的布置。圖一為具有傳感器45的穩(wěn)定器27。現(xiàn)有技術(shù)僅測量定位孔。2008年5月15日由斯蒂芬森(Stephenson)等人公開的美國專利申請?zhí)朜0.20080110253的美國專利申請公開了隨鉆測量井底地層物質(zhì)的發(fā)明。所述方法包括等待鉆井液中溶解物質(zhì)與任何地層鉆屑中物質(zhì)達(dá)到平衡以及測量溶解在井底鉆井液中的物質(zhì)。圖一為遠(yuǎn)離鉆頭15且位于穩(wěn)定器140上方的傳感器99。2008年10月14日頒發(fā)給克魯格(Krueger)等人的美國專利號N0.7434631公開了鉆孔井底鉆具組件BHA中控制核磁共振傳感器運動和振動的裝置和方法。傳感器置于鉆孔組件內(nèi)用以測量感興趣的地層參數(shù)。非回轉(zhuǎn)穩(wěn)定器置于與傳感器類似的鉆孔組件中。非回轉(zhuǎn)穩(wěn)定器置于與傳感器類似的鉆孔組件中。該發(fā)明表明，現(xiàn)有技術(shù)傳感器鎖定在鉆柱上分離的非回轉(zhuǎn)位置，于是產(chǎn)生讀數(shù)錯誤。2009年11月18日由Wajid等人公開的英國專利申請?zhí)朑B 2460096公開了擴孔器和具有孔徑測量裝置的卡尺工具。在所述申請中，所述工具既具有擴孔功能，又能測量鉆孔直徑。所述下井儀殼體連接到鉆柱上，并且具有容納卡尺的膨脹元件。所述膨脹元件為鉆頭使用后的切割工具，傳感器在擴孔期間或擴孔之后測量鉆孔直徑。所述專業(yè)膨脹元件可利用實時數(shù)據(jù)控制擴孔過程。目前，沒有隨鉆記錄(LWD)設(shè)備可用，這種設(shè)備專門用于鉆井和擴孔過程的測量，如，隨鉆測量(MWD)系統(tǒng)，以確定任一所鉆井段的最終鉆井孔直徑。許多公司聲稱可以提供“實時鉆井孔直徑測量”，但事實上，這些數(shù)據(jù)顯然是“推測”的讀數(shù)或“虛假”的卡尺讀數(shù)，如此，準(zhǔn)確度是值得懷疑的。鉆泥成分變化會影響讀數(shù)，鉆孔形狀不規(guī)則，而且井底鉆具組合和傳感器位置到鉆孔壁距離通常是不等的，因此讀數(shù)取決于傳感器的位置。本發(fā)明的目的在于提供一種測量鉆孔特征和狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。鉆孔直徑是本發(fā)明測量的鉆孔狀態(tài)之一。隨鉆測量工具的其他特征和狀態(tài)也可調(diào)整來適應(yīng)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的目的在于提供一種檢驗鉆孔的系統(tǒng)和方法。本系統(tǒng)特別測量鉆孔的“最終直徑”，即鉆孔和擴孔完成后鉆孔的最終直徑。本發(fā)明的目的在于提供一種鉆孔和擴孔期間實時檢驗鉆孔的系統(tǒng)和方法。本系統(tǒng)特別測量鉆孔的實時“最終”直徑，即鉆孔和擴孔完成后鉆孔的最終直徑。本發(fā)明的另一個目的在于不需要使用單獨的卡尺來測量最終鉆孔。本發(fā)明的另一目的還在于提供一種與現(xiàn)存技術(shù)相兼容的檢驗最終鉆孔的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的目的在于提供一種檢驗任何鉆井孔的鉆孔和/或擴張操作的最終鉆孔的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種使用校準(zhǔn)裝置檢驗鉆孔的系統(tǒng)和方法。所述校準(zhǔn)裝置特別包括井底和地表系統(tǒng)，用于校準(zhǔn)傳感器讀數(shù)。本發(fā)明的其它目的還在于提供一種擴孔前后檢驗鉆孔的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的目的在于提供一種提高最終鉆孔測量準(zhǔn)確度的檢驗鉆孔的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種檢驗鉆孔的系統(tǒng)和方法，以監(jiān)控擴孔器效率。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種檢驗鉆孔的系統(tǒng)和方法，其在測量鉆孔的最終直徑的同時穩(wěn)定鉆柱。本發(fā)明的再另一目的還在于提供一種以經(jīng)濟和有效的方式檢驗最終鉆孔的系統(tǒng)和方法。通過閱讀所附的說明書和權(quán)利要求書本發(fā)明的這些目的和其他目的及優(yōu)點將變
得更清晰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)和方法，特別是檢驗鉆孔段最終直徑的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明系統(tǒng)包括鉆柱，擴孔裝置和帶傳感器的下井儀殼體。鉆柱具有位于其末端的鉆頭的井底鉆具組合和用于鉆泥的循環(huán)裝置。擴孔裝置或擴孔器連接到鉆頭上方的鉆柱上，且具有鉆泥流動通道。擴孔裝置上有刃口以便井底鉆具組合的鉆頭鉆孔后擴大鉆孔的直徑。下井儀殼體也連接到鉆柱上，傳感器檢測井底狀態(tài)如，鉆孔直徑。下井儀殼體安裝在擴孔裝置上方，其直徑小于擴孔裝置。下井儀殼體與鉆柱可旋轉(zhuǎn)地軸向?qū)R，以便鉆泥在鉆柱中流動，流過下井儀殼體內(nèi)部，隨后流過下井儀殼體外殼體外部，流向地表。下井儀殼體可具有多個穩(wěn)定葉片用于穩(wěn)定鉆柱。傳感器裝置可由信號幅度可調(diào)的超聲傳感器組成，以測量鉆孔的直徑。傳感器裝置具有至少一個固定位置，所述固定位置位于所述外殼體或穩(wěn)定葉片上。下井儀殼體具有常規(guī)組件用于傳感器數(shù)據(jù)的傳輸和存儲，以及連通或連接傳感器裝置。另外，還有用于將信息從井底位置傳輸?shù)降乇砦恢玫膫鬏斞b置。任何已知傳輸方法都可以使用，例如，井底到地表遙測件、泥土脈沖星或鏈接到第三方脈沖星的無線連接，或有線管道。本發(fā)明系統(tǒng)也可包括校準(zhǔn)下井儀殼體上傳感器的裝置。當(dāng)鉆泥循環(huán)裝置到達(dá)地表位置時，會出現(xiàn)返回泥流線。校準(zhǔn)裝置通過鉆柱與返回泥流線或泥漿相互作用。傳感器校準(zhǔn)裝置包括在下井儀殼體內(nèi)部通過鉆柱與鉆泥循環(huán)系統(tǒng)流體連接的換能器和/或在地表位置與鉆泥循環(huán)系統(tǒng)流體連接的換能器。內(nèi)部第一超聲換能器可位于下井儀殼體內(nèi)部或外部的鉆泥通道內(nèi)，表面第二超聲換能器可位于地表位置處的泥流線內(nèi)。比較第一和第二換能器數(shù)據(jù)的處理器可調(diào)整傳感器讀數(shù)，使得數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，也提高了鉆孔效率。具體地，第一超聲換能器放置在流動通道內(nèi)，流動通道內(nèi)有已知直徑的固定間隙分隔槽，所述第一超聲換能器用于在鉆孔期間傳輸橫跨所述已知直徑的讀數(shù)，以便記錄橫跨所述已知直徑的超聲傳播時間。如果穿過泥流已知距離的傳播時間改變，根據(jù)這種改變，同樣也應(yīng)校準(zhǔn)鉆孔壁的傳感器讀數(shù)。所述第二超聲換能器可為返回泥流線內(nèi)已知尺寸的表面校準(zhǔn)塊，用于傳輸橫跨校準(zhǔn)塊的信號讀數(shù)，并比較地表位置和下井儀殼體處鉆泥的屬性。與所述第一超聲換能器類似，所述校準(zhǔn)塊具有固定距離的閘。固定距離傳播時間通過返回泥漿監(jiān)控。如果穿過泥流固定距離的傳播時間改變，根據(jù)這種改變，同樣也應(yīng)校準(zhǔn)鉆孔壁的傳感器讀數(shù)。所述第二超聲換能器可為備用校準(zhǔn)裝置，需對讀數(shù)進行時間調(diào)整，并調(diào)整井底泥流和地表返回泥流的計時。傳感器的換能器可與校準(zhǔn)器的換能器相似。本發(fā)明系統(tǒng)也可包括連接到鉆柱的輔助下井儀殼體。所述輔助下井儀殼體具有輔助傳感器裝置，用于檢測井底狀態(tài)，其功能與下井儀殼體傳感器裝置類似。所述輔助傳感器裝置安裝在擴孔裝置和帶鉆頭的井底鉆具組合之間，因此，所述輔助傳感器裝置讀數(shù)來自于與下井儀殼體傳感器裝置不同的井底位置。所述輔助傳感器也可由所述校準(zhǔn)裝置以相似方式進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。檢驗鉆孔的方法，特別是測量鉆孔最終直徑的方法與本發(fā)明使用的系統(tǒng)相對應(yīng)。首先，使用鉆柱鉆一個定位孔，所述鉆柱具有井底鉆具組合和用于鉆泥的循環(huán)系統(tǒng)，所述井底鉆具組合具有位于其末端的鉆頭。隨后，使用連接到鉆頭上方同一鉆柱的擴孔器鉆一個鉸孔。所述擴孔器具有刃口以便擴大定位孔到所述鉸孔的直徑。最后，使用本發(fā)明下井儀殼體上位于擴孔器上方的傳感器測量鉸孔的直徑。所述方法包括使用所述下井儀殼體或穩(wěn)定葉片上的傳感器。本發(fā)明方法的另一個步驟是將實時信息從井底位置傳輸?shù)降乇砦恢?。所述步驟運用已知技術(shù)，如井底到地表遙測件、泥土脈沖星或鏈接到第三方脈沖星的無線連接，或有線管道。本發(fā)明方法另一個可能的步驟是校準(zhǔn)所述傳感器，測量所述鉸孔。校準(zhǔn)步驟涉及通過井底位置和/或地表位置監(jiān)控的鉆泥流屬性進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明方法的另一個步驟還包括將帶有輔助傳感器的輔助下井儀殼體連接到所述鉆柱。所述輔助下井儀殼體和輔助傳感器檢測井底狀態(tài)，如擴孔器和具有鉆頭的井底鉆具組合之間的孔徑。所述校準(zhǔn)用輔助傳感器使得實時監(jiān)控更為精準(zhǔn)。


圖1為深水鉆機示意圖，顯示了本發(fā)明的系統(tǒng)和方法；圖2A和2B為系統(tǒng)井底部分的示意圖，分別顯示了具有和不具有輔助下井儀殼體的本發(fā)明的實施例；圖3為本系統(tǒng)和方法的下井儀殼體，擴孔裝置和輔助下井儀殼體的部件分解示意圖；圖4為地表位置部分校準(zhǔn)裝置的另一示意圖；圖5為顯示由本發(fā)明系統(tǒng)和方法采集的數(shù)據(jù)的實時鉆孔直徑記錄的圖表，與預(yù)計定位孔、實際鉆頭直徑、預(yù)計鉸孔和實際鉸孔直徑進行比較；圖6為本發(fā)明系統(tǒng)和方法的下井儀殼體的部件分解透視示意圖；圖7為本發(fā)明系統(tǒng)和方法的下井儀殼體的縱向橫截面示意圖。
具體實施例方式圖1顯示了用于典型水下油井的深水鉆機1、隔水管2及井段3。這些結(jié)構(gòu)也可用于超深鉆井。本發(fā)明用于測量鉆孔狀態(tài)，比如檢驗鉆孔直徑，的系統(tǒng)10顯示在井段3中。圖2A和2B為測量鉆孔最終直徑的系統(tǒng)10的部件分離示意圖。系統(tǒng)10包括鉆柱12、擴孔裝置14以及下井儀殼體(tool body) 16。鉆柱12具有井底鉆具組合18，所述井底鉆具組合18具有位于其末端的鉆頭20。鉆柱12還包括用于鉆泥24的循環(huán)裝置22。擴孔裝置14連接到鉆頭20上方的鉆柱12上，使得定位孔26部分與鉸孔28區(qū)分開來。擴孔裝置14與循環(huán)裝置22兼容，其通過擴孔裝置14保持用于鉆泥14的流動通道30。重要的是，擴孔裝置14具有可激活刃口 32以擴大由井底鉆具組合18的鉆頭20鉆孔后定位孔26的直徑。如圖3 (本發(fā)明系統(tǒng)10的部件分解示意圖)所示，下井儀殼體16具有連接到鉆柱12的連接裝置34。該連接裝置34可以是針對任何類型鉆鋌29的螺紋嚙合或公螺紋或任何可接受設(shè)備。圖3顯示了安裝在擴孔裝置14上方的下井儀殼體16。下井儀殼體16的直徑小于擴孔裝置14和鉆頭20。以這種方式，當(dāng)下井儀殼體16與鉆柱12旋轉(zhuǎn)地軸向?qū)R時，其可為鉆柱12的常規(guī)穩(wěn)定器?；蛘?，下井儀殼體16可與鉆柱12的鉆鋌29固定嚙合，以將連接裝置34作為鉆柱12的現(xiàn)有部分。另外，下井儀殼體16可具有多個穩(wěn)定葉片38，其中下井儀殼體16上穩(wěn)定葉片38的最大直徑也小于擴孔裝置14和鉆頭20的直徑。這些穩(wěn)定葉片38為與鉆柱12對齊的非切屑凸起，其通過降低振動和增強硬度來增加鉆柱12和井底鉆具組合18的穩(wěn)定性。圖6和圖7顯示了具有檢測井底狀態(tài)的傳感器裝置36的下井儀殼體16。下井儀殼體16可包括鋼材,其形成外殼體40和內(nèi)殼體42,其中，內(nèi)殼體42為鎖固在外殼體40中的內(nèi)套殼體。鉆泥24可通過通道50經(jīng)下井儀殼體16內(nèi)部51流入鉆柱12，隨后沿下井儀殼體16的外部殼體40外部流出。同樣在圖6和圖7中，在測量鉆孔狀態(tài)，包括檢驗鉆孔，的系統(tǒng)10中，帶有傳感器裝置36的下井儀殼體16還包括采集，存儲和傳輸數(shù)據(jù)所需內(nèi)容。相應(yīng)地，下井儀殼體16具有容納在內(nèi)殼體42中的應(yīng)用程序接口 27。傳感器裝置36可包括信號幅度可調(diào)的超聲換能器48，用于測量鉸孔28的直徑。超聲換能器48可包括壓電材料。傳感器裝置36具有至少一個固定位置，所述固定位置位于所述外殼體40或穩(wěn)定葉片38上。圖7顯示了井底每個傳感器裝置36的固定定位位置，圖4顯示了地表位置53。圖7所示井底傳感器裝置36通過通信信號或硬件連接連接到外殼體40內(nèi)的內(nèi)殼體42中，以將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)10。圖7顯示了在穩(wěn)定葉片38上具有獨立單元的傳感器裝置36?？蓪⑷我鈧€單獨的傳感器置于下井儀殼體16上，作為本發(fā)明的傳感器裝置36使用。圖6顯示了具有同軸分布48的多個傳感器36的下井儀殼體16的尖部。傳感器裝置36可位于外殼體40或穩(wěn)定葉片38上。內(nèi)殼體42連接到傳感器裝置36使得內(nèi)殼體42在壓力環(huán)境下包含電源25、電路55以及內(nèi)存存儲組件57。電源25如電池適合放置在內(nèi)殼體42內(nèi)，內(nèi)殼體42位于下井儀殼體16的外殼體40內(nèi)。圖6顯示了具有摩擦配合在外殼體40內(nèi)的O形環(huán)密封的內(nèi)殼體42。內(nèi)殼體42和外殼體40縱向?qū)R，使得鉆孔旋轉(zhuǎn)和通過鉆柱12的泥流24不受阻礙。另外，從井底位置傳輸信息到地表位置的傳輸裝置59可安裝在下井儀殼體16的內(nèi)殼體42內(nèi)。傳輸裝置59可為任何已知的井底到地表遙測件、泥土脈沖星或鏈接到第三方脈沖星的無線連接，或有線管道。通信使得可呈現(xiàn)實時數(shù)據(jù)，用于監(jiān)控。這樣就可能在不停止鉆井作業(yè)，不撤出現(xiàn)有技術(shù)機械鋼纜卡尺測量用鉆柱12的情況下確定擴孔效率。呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)如圖5所示，其中，橫軸表示直徑，縱軸表示深度。鉆頭直徑60和擴孔直徑62理應(yīng)預(yù)先設(shè)定，但是在如此條件下，鉆頭直徑60和擴孔直徑62有磨損，并且在激活時，擴孔器發(fā)生故障，這樣它們就不能完全展開。圖5顯示了當(dāng)擴孔裝置14磨損或縮回時，本發(fā)明的系統(tǒng)10和方法如何跟蹤鉸孔直徑64。系統(tǒng)10還跟蹤所鉆定位孔直徑66。同樣顯示出了成功作業(yè)即將套管裝入鉆孔并緊固就位所需的最小孔徑68?！蠢?，如果測量的鉆孔最小直徑必須為13.5英寸以便將套管放置在適當(dāng)位置，本系統(tǒng)10可提供準(zhǔn)確的測量和保障?，F(xiàn)有技術(shù)不能提供相同的隨鉆準(zhǔn)度，更多依靠算術(shù)方法解決定位孔直徑和推測鉸孔直徑。系統(tǒng)10克服了鉆孔太窄不能繼續(xù)鉆入和要求一定鉆孔尺寸的進一步作業(yè)的風(fēng)險，這些對于達(dá)到超深資源和建立超深石油和天然氣生產(chǎn)是必不可少的。本發(fā)明系統(tǒng)10的另一個特征如圖1、3、4和7所示。由于鉆柱12包括用于鉆泥24的循環(huán)裝置22，圖1中顯示了鉆機I地表位置和井底位置的泥流線44。系統(tǒng)10通過校準(zhǔn)傳感器裝置36的校準(zhǔn)裝置46與所述泥流線44相互作用。所示校準(zhǔn)裝置46包括與傳感器裝置36類似的超聲換能器49。這些超聲換能器49的安裝位置與傳感器裝置36上的換能器不同。圖7顯示了通過鉆柱12與鉆泥24的循環(huán)系統(tǒng)22流體連接的位于下井儀殼體16內(nèi)部的第一換能器49。圖4顯示了與鉆泥24循環(huán)系統(tǒng)22流體連接的位于地表位置53的第二換能器52。傳感器裝置36的換能器和校準(zhǔn)裝置46可以是類似的，但是放置于本發(fā)明10中彼此不同的結(jié)構(gòu)區(qū)域和其他部分。圖7顯示了位于流經(jīng)下井儀殼體16的鉆泥24的流動通道50內(nèi)的校準(zhǔn)器46的第一超聲換能器49。圖4顯示了位于地表位置53的泥流線44內(nèi)校準(zhǔn)器46的第二超聲換能器52的示意圖。例如，圖4還顯示了與換能器49通信的處理器61。處理第一和第二換能器49和52的數(shù)據(jù)以便調(diào)整下井儀殼體16的傳感器36的數(shù)據(jù)。校準(zhǔn)對增加本發(fā)明傳感器裝置36的精準(zhǔn)度是很重要的。由于有效鉆井過程中會產(chǎn)生大量微粒和密度變化，鉆泥24可影響傳感器裝置36讀數(shù)的準(zhǔn)確性。因此，隨鉆測量(MWD)系統(tǒng)實質(zhì)上具有誤差風(fēng)險。本發(fā)明的系統(tǒng)10使用用于下井儀殼體16的傳感器裝置36的校準(zhǔn)裝置46，減少了誤差。具體地，第一超聲傳感器49放置在流動通道50內(nèi)，流動通道內(nèi)有已知直徑的固定間隙分隔槽63，所述第一超聲傳感器用于在鉆孔期間傳輸橫跨所述已知直徑的讀數(shù)，以便記錄橫跨所述已知直徑的超聲傳播時間。橫跨所述已知直徑的傳播時間和流經(jīng)鉆泥24的讀數(shù)可持續(xù)監(jiān)測。如果流經(jīng)泥流的已知直徑讀數(shù)改變，根據(jù)這種改變，同樣也應(yīng)校準(zhǔn)鉆孔壁的傳感器讀數(shù)。例如，在持續(xù)監(jiān)控模式下，橫跨和返回2.0英寸間隙的傳播時間為60u秒。<如果傳播相同距離的時間增加到65u秒，則會受到鉆泥24的干擾。應(yīng)對傳感器裝置36進行校準(zhǔn)以便正確解釋從傳感器到鉆孔壁的未知直徑距離的傳播時間。如果未知距離的傳播時間為60u秒，那么未知距離小于2.0英寸，這是因為第一超聲換能器49進行了校準(zhǔn)調(diào)整。如圖4所示，第二超聲換能器49可為表面校準(zhǔn)塊52，其在泥流線44內(nèi)的尺寸已知，用于傳輸橫跨校準(zhǔn)塊的讀數(shù)。與傳感器裝置36的換能器48不同，但與第一超聲換能器49相似的是，校準(zhǔn)塊52具有一固定距離的閘65。固定距離傳播時間通過泥流監(jiān)控。如果穿過泥流固定距離的傳播時間改變，根據(jù)這種改變，同樣也應(yīng)校準(zhǔn)鉆孔壁的傳感器36的讀數(shù)。作為校準(zhǔn)塊52的所述第二超聲傳感器49可為備用校準(zhǔn)裝置，需對讀數(shù)時間進行調(diào)整，以及調(diào)整井底泥流30和地表泥流44的計時。因此，本發(fā)明系統(tǒng)10可至少基于地表位置調(diào)整鉆泥24，以便基于地表位置和井底位置對井底位置的傳感器裝置36的調(diào)整進行備份。本發(fā)明系統(tǒng)10的另一實施例包括帶連接到鉆柱12的連接裝置34的輔助下井儀殼體116和用于檢測井底狀態(tài)，如鉆孔直徑的輔助傳感器裝置136。如圖3所示，輔助下井儀殼體116安裝在擴孔裝置14和帶鉆頭20的井底鉆具組合18之間，所述輔助下井儀殼體116同樣具有小于擴孔裝置14和鉆頭20的直徑。輔助下井儀殼體116可具有和下井儀殼體16相似的特征，使得輔助下井儀殼體116除了在鉆柱12中放置位置不同外，幾乎是相同的。因此，圖3顯示了輔助下井儀殼體116，其具有用于檢測井底狀態(tài)的輔助傳感器裝置136、多個輔助穩(wěn)定葉片138以及將信息從井底位置傳輸?shù)降乇砦恢玫妮o助傳輸裝置159。輔助下井儀殼體116的穩(wěn)定葉片138最大直徑也小于擴孔裝置14和鉆頭20的直徑，所述穩(wěn)定葉片138為與鉆柱12對齊的非切割凸起。輔助下井儀殼體116為通過現(xiàn)有隨鉆測井工具定位在側(cè)面在擴孔裝置14下方的另一穩(wěn)定器。圖2B顯示了輔助下井儀殼體116的放置位置。輔助下井儀殼體116還包括一對應(yīng)輔助傳感器裝置136，其可包括信號幅度可調(diào)的超聲換能器148以測量鉆孔的直徑。輔助傳感器裝置136可由壓電材料組成。輔助傳感器裝置136也可固定在輔助下井儀殼體116的外殼140上或穩(wěn)定葉片138上。同樣，對應(yīng)的井底-地表通信裝置、內(nèi)殼、電源等都放置在輔助下井儀殼體116中。輔助下井儀殼體116讀數(shù)提供與現(xiàn)有技術(shù)相似的定位孔讀數(shù)。結(jié)合本發(fā)明的特征，系統(tǒng)10準(zhǔn)度更高，可對擴孔器14的不規(guī)則性預(yù)先通告。例如，擴孔器14作業(yè)可基于輔助下井儀殼體116讀數(shù)采用較慢或較快的鉆進速度檢測可能由巖層或泥漿變化引起的直徑偏差。輔助下井儀殼體116也可將讀數(shù)用于校準(zhǔn)裝置46監(jiān)控鉆泥24變化。檢驗鉆孔的方法，特別是測量鉆孔最終直徑的方法包括使用鉆柱12來鉆進鉆孔26先導(dǎo)部分的步驟，所述鉆柱12具有井底鉆具組合18和用于鉆泥24的循環(huán)系統(tǒng)22，所述井底鉆具組合18具有位于其末端的鉆頭20。循環(huán)系統(tǒng)22使得鉆泥24流經(jīng)鉆柱12，隨后返回地表位置。其次，所述方法包括使用連接到鉆頭20上方的鉆柱12上的擴孔器14鉆鉸孔28的步驟。擴孔器14具有鉆泥24的流動通道和刃口 32以擴大定位孔到鉸孔的直徑。所述方法還包括使用位于連接到鉆柱12的下井儀殼體16上和安裝在擴孔器14上方的傳感器36測量鉸孔直徑的步驟。本發(fā)明方法的另一個步驟是將實時信息從井底位置傳輸?shù)降乇砦恢?。已知井底到地表遙測件、泥土脈沖星或鏈接到第三方脈沖星的無線連接，或有線管道傳輸傳感器讀數(shù)用于鉆井。與現(xiàn)有技術(shù)隨鉆測井工具不同的是，本發(fā)明方法由于測量是在所有鉆孔切削完成后進行，其檢驗最終鉆孔的準(zhǔn)確度更高。
具體地，鉆孔檢驗方法也可將超聲換能器(有時為信號幅度可調(diào)的壓電換能器)作為傳感器36并入測量，其中傳感器36固定到適當(dāng)位置。所述固定位置可位于外殼體40上或所述穩(wěn)定葉片38上。這些位置上的任何傳感器可為本發(fā)明提供數(shù)據(jù)。由于多個位置放置了傳感器，更多數(shù)據(jù)用于測量，使得測量更為精確。每個位置都有特別優(yōu)勢。例如，位于穩(wěn)定葉片38上的傳感器由于距離鉆孔壁很近可增加讀數(shù)準(zhǔn)確度，也降低了超聲信號穿過鉆泥時鉆泥帶來的干擾。傳感器裝置36的換能器48必須與位于下井儀殼體16上的鉆孔壁相互作用，以便進行測量檢驗。本發(fā)明方法的另一個步驟是通過校準(zhǔn)裝置46校準(zhǔn)下井儀殼體16上的傳感器36，其中所述校準(zhǔn)裝置46包括通過鉆柱12與鉆泥24循環(huán)系統(tǒng)22流體連接的位于下井儀殼體16內(nèi)部51的換能器49和/或與鉆泥流動線44內(nèi)鉆泥24的循環(huán)系統(tǒng)22流體連接的位于地表位置53的換能器。因此，校準(zhǔn)裝置46可包括位于下井儀殼體16的流動通道50內(nèi)的第一超聲換能器49和位于地表位置泥流線44內(nèi)的第二換能器49，所述第二換能器49可為校準(zhǔn)塊52。通道50形成流經(jīng)下井儀殼體16的鉆泥24流動通道。第一和第二換能器49和52處理的數(shù)據(jù)使得鉆井期間傳感器36的數(shù)據(jù)可以進行調(diào)整。校準(zhǔn)糾正鉆泥24屬性改變引起的偏差，使得鉸孔直徑最終檢驗更為精準(zhǔn)。具體地，第一超聲換能器49放置在已知直徑的流動通道50內(nèi)，用于在鉆孔期間傳輸橫跨所述已知直徑的連續(xù)讀數(shù)，以便記錄橫跨所述已知直徑的傳播時間。相似的是，第二超聲換能器49為位于泥流線44內(nèi)的直徑已知的表面校準(zhǔn)塊52，用于傳輸橫跨所述校準(zhǔn)塊的連續(xù)讀數(shù)。任何換能器49的連續(xù)讀數(shù)發(fā)生改變，即超聲讀數(shù)受到鉆泥24變化的影響，傳感器36需要調(diào)整使得讀數(shù)更為準(zhǔn)確。任一換能器49可用于調(diào)整傳感器裝置36的換能器48的讀數(shù)，因此，如果井底通信裝置損壞，校準(zhǔn)塊52可為井底校準(zhǔn)裝置46，即通道50內(nèi)的第一換能器49，的備用裝置。檢驗鉆孔的方法的另一個步驟包括將帶有輔助傳感器136的輔助下井儀殼體116連接到鉆柱12。輔助傳感器136可作為井底鉆具組合18上的隨鉆測井工具檢測井底狀態(tài)，如鉆孔直徑。輔助下井儀殼體116安裝在擴孔裝置14和帶鉆頭20的井底鉆具組合18之間，使得輔助傳感器136的功能類似于其他現(xiàn)有技術(shù)的隨鉆測井工具，用于測量定位孔狀態(tài)。與下井儀殼體16相似，輔助下井儀殼體116測量包括直徑小于擴孔器14和鉆頭20的輔助下井儀殼體116以及多個穩(wěn)定葉片138。輔助傳感器136對固定位置進行相同調(diào)整，如對穩(wěn)定葉片138的固定位置進行調(diào)整，所述輔助傳感器136與地表位置連通，并且像下井儀殼體16那樣被校準(zhǔn)。輔助傳感器136也可將鉆泥24數(shù)據(jù)用于校準(zhǔn)裝置46。附加傳感器數(shù)據(jù)對實時數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)度和精度更高，這是因為定位孔數(shù)據(jù)是基于實際實時數(shù)據(jù)的，而非基于鉆頭的實際鉆頭直徑。進行鉆井時，實時孔徑信號信息可通過傳統(tǒng)方法如遙測件(或泥土脈沖星或鏈接到第三方脈沖星的無線連接)或有線管道(英太管道)從井底傳輸?shù)降乇恚蕴峁╇S鉆實時孔徑信息，即鉆成孔數(shù)據(jù)(DBD)。本發(fā)明方法持續(xù)評估磨損對鉆具的影響，以防止鉆井過程中可能引起低效率誤算。本發(fā)明的檢驗鉆孔的系統(tǒng)和方法改進了對鉆孔“最終”直徑的測量，所述鉆孔為實時的鉆后鉆孔和擴孔后鉆孔。本發(fā)明進行實物測量，比當(dāng)前使用算法計算的測量更為準(zhǔn)確。本發(fā)明除了存儲內(nèi)存外，還有實時功能，因此，在產(chǎn)生過度消耗前，可對鉆井程序進行調(diào)整。同樣，不用停止鉆井作業(yè)，以通過鉆孔運行鋼纜機械卡尺進行孔徑測井。此外，本發(fā)明系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)兼容，可用于鉆井孔的任何擴展作業(yè)?？梢韵胂蟮氖牵@孔器技術(shù)與刃口和可調(diào)直徑同步發(fā)展，本發(fā)明可整合到任何版本的擴孔器和井底鉆具組合中。使用校準(zhǔn)裝置檢驗鉆孔的系統(tǒng)和方法是另一個重要創(chuàng)新。井底和地表校準(zhǔn)塊允許監(jiān)控向下流經(jīng)鉆柱且向上流到環(huán)狀物的鉆液變化，通過使用井底校準(zhǔn)傳感器和/或地表校準(zhǔn)塊傳感器，未知距離(傳感器到鉆成孔壁的距離)的傳播時間(回波信號或衰減)可自動糾正使得鉆液(泥)屬性可任意變化，以便根據(jù)鉆泥變化糾正衰減變化或區(qū)域外(傳感器和鉆孔壁之間的間隙)行程時間變化。放置的下井儀殼體也是用于鉆柱的穩(wěn)定器。穩(wěn)定器本身不進行實際鉆孔和擴孔操作，降低了本發(fā)明的毀損和破壞風(fēng)險。本申請的另一獨特之處在于，相比之下，井底鉆具組合上的傳感器和輔助傳感器提供來自鉸孔上方和下方的數(shù)據(jù)，使得上下信號讀數(shù)可進行比較。通過環(huán)狀物內(nèi)的泥柱，使用超聲傳感器的傳播時間(回波信號)更長，表明鉸孔大于定位孔，定位孔使用較小直徑的鉆頭鉆成，其傳播時間(回波信號)更快，這就表明傳感器和鉆孔壁之間的間隙較小。本發(fā)明實時數(shù)據(jù)的另一個優(yōu)點在于系統(tǒng)側(cè)重于鉆孔最終直徑，可校準(zhǔn)到正確的鉆泥屬性。因此，可得到傳感器和最終(鉸孔)鉆孔之間環(huán)狀間隔更為準(zhǔn)確的讀數(shù)。傳感器操作并發(fā)送連續(xù)信號，從而持續(xù)記錄孔徑信息，如:井底鉆井組合(BHA)旋轉(zhuǎn)及向下移動時(即鉆井時)，或向上或向下移動時(即離開井底或跳脫時)，或靜止不動時(即循環(huán)時)。系統(tǒng)在擴孔前后都提供更高的準(zhǔn)度和精度，監(jiān)控擴孔器如何良好運轉(zhuǎn)。為了使準(zhǔn)確度更高，帶輔助傳感器的輔助下井儀殼體可在鉸孔器下方的定位孔中工作，以便對鉸孔器下方的定位孔超聲信號和較大直徑鉸孔中的鉸孔超聲信號進行比較。針對時間和鉆入深度對這些超聲信號讀數(shù)進行追蹤，以進行比較，且數(shù)據(jù)將會表明鉸孔器是否切屑適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)孔徑，或擴孔器或鉸孔器是否未激活，因此，“定位孔”和“鉸孔”超聲信號是相同的，這表明，鉆孔直徑是相同的。數(shù)據(jù)也可表明擴孔裝置是否暫時打開，隨后意外關(guān)閉。如圖5所示，“定位孔”超聲信號66和“鉸孔”超聲信號64首先開始讀取不同鉆孔直徑，逐漸或突然匯聚起來，這表明所鉸鉆孔不合適。如果“鉸孔”超聲讀數(shù)逐漸開始和“定位孔”讀數(shù)匯聚，這就表明鉸孔器磨損，所鉸鉆孔變“小”。同樣，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法為現(xiàn)有技術(shù)提供了經(jīng)濟和高效的選擇。本發(fā)明上述的公示和描述是示例性和說明性的?？蓪λ鶊D示的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)進行各種改變，而不脫離本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1.一種測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，特別是檢驗鉆孔(26)最終直徑，所述系統(tǒng)(10)包括: 一鉆柱(12),所述鉆柱(12)具有一井底鉆具組合(18), —鉆頭(20)位于所述井底鉆具組合(18)的末端和一用于鉆泥(24)的循環(huán)裝置(22)； 一擴孔裝置(14)，所述擴孔裝置(14)連接到鉆頭(20)上方的鉆柱(12)，所述擴孔裝置(14)具有用于所述鉆泥(24)流動的通道(30)，所述擴孔裝置(14)具有刃口(32)以在井底鉆具組合(18)的鉆頭(20)鉆孔 后擴大所述鉆孔(26)的直徑；以及 一具有連接到鉆柱(12 )的連接裝置(34)的下井儀殼體(16 )和用于檢測井底狀態(tài)的傳感器裝置(36)，所述下井儀殼體(16)安裝在所述擴孔裝置(14)上方，其直徑小于所述擴孔裝置(14 )，所述下井儀殼體(16 )包括外殼體(40 )和內(nèi)殼體(42 ); 其中，所述下井儀殼體(16 )與鉆柱(12 )可旋轉(zhuǎn)地軸向?qū)R，鉆泥(24)沿所述下井儀殼體(16)的所述外殼體(40)外部流動并通過所述下井儀殼體(16)到鉆柱(12)內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述下井儀殼體(16)具有多個穩(wěn)定葉片(38)，所述下井儀殼體(16)上的穩(wěn)定葉片(38)的最大直徑小于擴孔裝置(14)和鉆頭(20)的直徑，這些穩(wěn)定葉片(38)為與鉆柱(12)對齊的非切削凸起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述下井儀殼體(16)固定嚙合所述鉆柱(12)的鉆鋌(29)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述下井儀殼體(16)具有一應(yīng)用程序接口(27)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述傳感器裝置(36)包括至少一個信號幅度可調(diào)的超聲換能器(48)以測量所述鉆孔(26)的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述超聲換能器(48)包括壓電材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述傳感器裝置(36)具有至少一個固定位置，所述固定位置位于所述外殼體(40)或所述穩(wěn)定葉片(38)上，其中所述傳感器裝置(36 )連接到所述內(nèi)殼體(42 )，所述內(nèi)殼體(42 )在所述外殼體(40 )內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述內(nèi)殼體(42)包括電源裝置(25)，電路(55)和用于傳感器數(shù)據(jù)的內(nèi)存存儲裝置(57)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，還包括:將信息從井底位置傳輸?shù)降乇砦恢玫膫鬏斞b置(59)，所述傳輸裝置(59)為已知的井底到地表遙測件，泥土脈沖星或鏈接到第三方脈沖星的無線連接，或有線管道。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述用于鉆泥(24)的循環(huán)裝置(22)具有地表位置(53)處的泥流線(44)，所述系統(tǒng)(10)還包括: 校準(zhǔn)所述傳感器裝置(36)的校準(zhǔn)裝置(46)，所述校準(zhǔn)裝置(46)包括: 第一超聲換能器(49)，所述第一超聲換能器(49)位于下井儀殼體(16)內(nèi)部(51)，其通過鉆柱(12)與鉆泥(24)的循環(huán)系統(tǒng)(22)流體連接并且位于所述下井儀殼體(16)的流動通道(50)內(nèi)；以及 處理裝置(61)，其用于比較來自第一換能器(49)的數(shù)據(jù)以對鉆井進行調(diào)整，其中所述第一超聲傳感器(49)放置在流動通道(50)內(nèi)，流動通道內(nèi)有已知直徑的固定間隙分隔槽(63)，所述第一超聲傳感器(49)用于在鉆孔期間傳輸橫跨所述已知直徑的讀數(shù)，以便持續(xù)記錄橫跨所述已知直徑的讀數(shù)用以比較所述井底第一超聲換能器(49)處的鉆泥(24)和所述傳感器裝置(36 )處的鉆泥(24);以及 其中讀數(shù)表示需要調(diào)整所述下井儀殼體(16)的所述傳感器裝置(36)的讀數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述用于鉆泥(24)的循環(huán)裝置(22 )具有地表位置(53 )處的泥流線(44 )，所述系統(tǒng)(10 )還包括: 校準(zhǔn)所述傳感器裝置(36)的校準(zhǔn)裝置(46)，所述校準(zhǔn)裝置(46)包括: 第二超聲換能器(49)，所述第二超聲換能器(49)位于地表位置(53)處，其與鉆泥(24)的循環(huán)系統(tǒng)(22)流體連接，并且位于地表位置(53)處的所述泥流線(44)內(nèi)；以及處理裝置(61 )，其用于比較來自第二換能器(49 )的數(shù)據(jù)，以對鉆井進行調(diào)整， 其中，所述第二超聲傳 感器(49)放置在已知直徑的流動通道(53)內(nèi)用于在鉆孔期間傳輸橫跨所述已知直徑的讀數(shù)，以便持續(xù)記錄橫跨所述已知直徑的讀數(shù)，用以比較所述地表位置處的第二超聲換能器(49)處的鉆泥(24)和所述傳感器裝置(36)處的鉆泥(24);以及 其中，讀數(shù)表示需要調(diào)整所述下井儀殼體(16)的所述傳感器裝置(36)的讀數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述位于地表位置(53)處的第二換能器(49)包括所述泥流線(44)內(nèi)已知尺寸的表面校準(zhǔn)塊(52)，用于傳輸橫跨校準(zhǔn)塊(52)的讀數(shù)，所述表面校準(zhǔn)塊具有固定距離的閘(65)以持續(xù)記錄橫跨所述固定距離的傳播時間，以便比較地表位置(53)處的鉆泥(24)和井底位置所述傳感器(36)處的鉆泥(24)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中用于所述鉆泥(24)的循環(huán)裝置(22)具有在地表位置(53)處的泥流線(44)，所述系統(tǒng)(10)還包括: 第一超聲換能器(49)，所述第一超聲換能器(49)位于所述下井儀殼體(16)的內(nèi)部(51)，其通過所述鉆柱(12)與所述鉆泥(24)的所述循環(huán)系統(tǒng)(22)流體連接，并且位于所述下井儀殼體(16)的流動通道(50)內(nèi)；以及 第二超聲換能器(49)，所述第二超聲換能器(49)位于地表位置(53)處，其與鉆泥(24)的循環(huán)系統(tǒng)(22)流體連接，并且位于地表位置(53)處的所述泥流線(44)內(nèi)；以及 處理裝置(61)，其用于比較來自第一和第二換能器(49)的數(shù)據(jù)，以對鉆井進行調(diào)整， 其中，所述第一超聲換能器(49 )放置在流動通道(50 )內(nèi)，流動通道內(nèi)有已知直徑的固定間隙分隔槽(63)，所述第一超聲換能器用于在鉆孔期間傳輸橫跨所述已知直徑的讀數(shù)，以便持續(xù)記錄橫跨所述已知直徑的讀數(shù)，用以比較所述井底第一超聲換能器(49)處的鉆泥(24)和所述傳感器裝置(36)處的鉆泥(24);以及 其中，所述第二換能器(49 )為所述泥流線(44 )內(nèi)已知尺寸的表面校準(zhǔn)塊(52 )，用于傳輸橫跨校準(zhǔn)塊(52)的讀數(shù)，所述表面校準(zhǔn)塊具有固定距離的閘(65)，以持續(xù)記錄橫跨所述固定距離的傳播時間，以便比較地表位置(53)處的鉆泥(24)和井底位置所述傳感器(36)處的鉆泥(24)； 其中，讀數(shù)表示需要調(diào)整所述下井儀殼體(16)的所述傳感器裝置(36)的讀數(shù)； 其中，如果所述第一超聲換能器(49)不能讀數(shù)時，所述表面校準(zhǔn)塊(52)提供備用流動讀數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，還包括: 輔助下井儀殼體(116)，其安裝在所述擴孔裝置(14)和帶所述鉆頭(20)的所述井底鉆具組合(18)之間，所述輔助下井儀殼體(116)的直徑小于所述擴孔裝置(14)，所述下井儀殼體(16)位于所述擴孔裝置(14)的與所述輔助下井儀殼體(116)相對的一側(cè)； 其中，所述輔助下井儀殼體(116)為另一下井儀殼體(16)，其包括連接到所述鉆柱(12)上的連接裝置(34)，用于測量井底狀態(tài)的輔助傳感器裝置(136)，多個輔助穩(wěn)定葉片(138)以及將信息從井底位置傳輸?shù)降乇砦恢玫妮o助傳輸裝置(159)，所述輔助傳輸裝置(159)為已知的井底到地表遙測件，泥土脈沖星或鏈接到第三方脈沖星的無線連接，或有線管道； 其中，所述輔助下井儀殼體(116)上所述輔助穩(wěn)定葉片(138)的最大直徑小于所述擴孔裝置(14)，所述輔助穩(wěn)定葉片(138)為與鉆柱(12)對齊的非切削凸起； 其中，所述輔助傳感器裝置(136)由信號幅度可調(diào)超聲換能器(148)組成，以測量所述鉆孔的直徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)(10)，其中所述校準(zhǔn)裝置(46)還包括所述輔助下井儀殼體(116)的所述輔助傳感器裝置(136)。
16.一種測量鉆孔的方法，特別是測量鉆孔的最終直徑，所述方法包括以下步驟: 使用鉆柱鉆一個定位孔，所述鉆柱具有位于其末端的鉆頭的井底鉆具組合和用于鉆泥的循環(huán)系統(tǒng)，所述循環(huán)系統(tǒng)使鉆泥通過所述鉆柱流動，并流向地表位置； 使用連接到所述鉆頭上方的鉆柱的擴孔器鉆一個鉸孔，所述擴孔器具有所述鉆泥流動通道，所述擴孔器具有刃口以擴大所述定位孔到所述鉸孔的直徑；以及 通過連接到所述鉆柱并安裝在所述擴孔器上方的下井儀殼體上的傳感器測量所述鉸孔的直徑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測量鉆孔的方法，該方法還包括以下步驟:運用已知井底到地表遙測件，泥土脈沖星或鏈接到第三方脈沖星的無線連接，或有線管道，將實時信息從井底位置傳輸?shù)降乇砦恢谩?br> 18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測量鉆孔的方法，該方法還包括以下步驟: 使用所述下井儀殼體流動通道內(nèi)第一超聲換能器校準(zhǔn)所述下井儀殼體的所述傳感器，其中所述第一超聲換能器放置在流動通道內(nèi)，流動通道內(nèi)有已知直徑的固定間隙分隔槽，所述第一超聲傳感器用于在鉆孔期間傳輸橫跨所述已知直徑的讀數(shù)，以便持續(xù)記錄橫跨所述已知直徑的讀數(shù)，用以比較所述井底第一超聲換能器處的鉆泥和所述傳感器裝置處的鉆泥，其中讀數(shù)表示需要調(diào)整所述下井儀殼體的所述傳感器裝置的讀數(shù)；以及 處理來自第一換能器的數(shù)據(jù)，以對鉆井進行調(diào)整。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測量鉆孔的方法，該方法還包括以下步驟: 使用位于地表位置處的泥流線內(nèi)的第二超聲換能器校準(zhǔn)所述下井儀殼體的所述傳感器，其中所述第二超聲換能器為所述泥流線內(nèi)已知尺寸的表面校準(zhǔn)塊，用于傳輸橫跨校準(zhǔn)塊的讀數(shù)，所述表面校準(zhǔn)塊具有固定距離的閘以持續(xù)記錄橫跨所述固定距離的傳播時間，以便比較地表位置處的鉆泥和井底位置所述傳感器處的鉆泥，其中讀數(shù)表示需要調(diào)整所述下井儀殼體的所述傳感器裝置的讀數(shù)；以及 處理來自第二換能器的數(shù)據(jù)以對鉆井進行調(diào)整。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測量鉆孔的方法，該方法還包括以下步驟: 將所述帶輔助傳感器的輔助下井儀殼體連接到所述鉆柱； 使用所述輔助傳感器檢測井底狀態(tài)，所述輔助下井儀殼體安裝在所述擴孔裝置和帶所述鉆頭的所述井底鉆具組合之間，其中所述輔助下井儀殼體的直徑小于所述擴孔裝置；運用已知井底到地表遙測件，泥土脈沖星或鏈接到第三方脈沖星的無線連接，或有線管道，將實時信息從井底位置傳輸?shù)降乇砦恢茫?使用所述下井儀殼體的流動通道中的第一輔助超聲換能器和在所述地表位置處所述泥流線內(nèi)的第二輔助超聲換能器校準(zhǔn)所述輔助下井儀殼體的所述傳感器； 以及處理來自第一和第二輔助換 能器的數(shù)據(jù)，以對鉆井進行調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明提出了測量鉆孔狀態(tài)的系統(tǒng)和方法，特別是檢驗鉆孔最終直徑的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)(10)包括帶有鉆頭(20)和鉆泥循環(huán)設(shè)備(22)的鉆柱(12)，連接到鉆口(20)上方的鉆柱(12)的擴孔器(14)以及連接到鉆柱(12)上的下井儀殼體(16)，該下井儀殼體具有檢測井底狀態(tài)(如鉆孔直徑)的傳感器(36)。下井儀殼體(16)安裝在擴孔器(14)上方，直徑小于擴孔器(14)和鉆頭(20)。傳感器(36)可為信號幅度可調(diào)的超聲換能器(48)，沿下井儀殼體(16)固定在適當(dāng)位置。系統(tǒng)(10)也可包括用于傳感器數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)器(46)以及帶另一傳感器(136)的輔助下井儀殼體(116)，另一傳感器位于鉆頭(20)和擴孔器之間(14)。本發(fā)明的方法是用所述系統(tǒng)檢驗鉆孔的最終直徑。
文檔編號E21B47/085GK103097655SQ201180021262
公開日2013年5月8日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者D·B·瓊斯 申請人:鉆桿接頭產(chǎn)品有限公司