專利名稱：作為隨鉆測(cè)井工具的鉆頭處的小巖心生成和分析的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及地下地層或儲(chǔ)層區(qū)的測(cè)試和取樣。更具體地，本發(fā)明涉及在不中斷鉆進(jìn)操作的情況下制備巖心樣本，尤其是使用提取和/或封裝方法和裝置處理所述巖芯樣本來對(duì)流體進(jìn)行分析。
背景技術(shù)：
碳?xì)浠衔?，比如石油和氣體，通常存在于多孔地下地質(zhì)地層中。通常，使用取心工具來獲得從與所關(guān)注地層橫交的井孔壁上獲取的巖石的有代表性的樣本是有利的。通過豎直和側(cè)壁取心獲得的巖石樣本一般稱做“巖心樣本”。對(duì)巖心樣本的分析和研究能夠使工程師和地質(zhì)學(xué)家獲取重要的地層參數(shù)，比如儲(chǔ)層區(qū)存儲(chǔ)容量(孔隙率)、構(gòu)成地層的巖石的流動(dòng)潛力(滲透率)、存在于地層中的可采碳?xì)浠衔锘虻V物質(zhì)的構(gòu)成以及巖石的束縛水飽和度水平。這些評(píng)估對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)基于從巖心樣本獲得的數(shù)據(jù)判斷在經(jīng)濟(jì)上具有吸引力的選定地層和區(qū)域的開采的完井程序的后續(xù)設(shè)計(jì)和實(shí)施是關(guān)鍵的。取心一般需要在形成巖心樣本之后停止鉆進(jìn)，以便于可以將巖心樣本帶到地表。通常在將巖心樣本帶到地表之后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，但是當(dāng)它們移動(dòng)到地表時(shí)，到地表的這段移動(dòng)可能導(dǎo)致對(duì)巖心樣本的污染或破壞。停止鉆進(jìn)花費(fèi)時(shí)間和精力；如果在獲取巖心樣本的同時(shí)鉆進(jìn)可以繼續(xù)則可以減少時(shí)間和精力。在取心的同時(shí)執(zhí)行不中斷的鉆進(jìn)是有利的。在原處對(duì)巖心樣本進(jìn)行測(cè)試而不需要移動(dòng)到地表或者在移動(dòng)到地表時(shí)防止巖心樣本遇到破壞物體和污染流體也是有利的。本發(fā)明提供了用于制備巖心樣本的裝置和方法，用于在保持鉆進(jìn)不中斷的同時(shí)在原地對(duì)巖心樣本進(jìn)行分析和/或在巖心樣本移動(dòng)到地表時(shí)保護(hù)巖心樣本。

發(fā)明內(nèi)容
在各方面中，本發(fā)明總體涉及地下地層或儲(chǔ)層區(qū)的測(cè)試和取樣。更具體地，本發(fā)明涉及在不中斷鉆進(jìn)操作的情況下制備巖心樣本，尤其是使用提取和/或封裝方法和裝置處理所述巖芯樣本來對(duì)流體進(jìn)行分析。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以包括用于在井孔中形成樣本的裝置，包括構(gòu)造成形成巖心的鉆頭；以及構(gòu)造成從巖心切下樣本的在所述鉆頭內(nèi)部的至少一個(gè)可縮回切削元件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以包括用于在井孔中封裝樣本的裝置，包括構(gòu)造成形成巖心的鉆頭；構(gòu)造成容納來自于所述巖心的樣本的腔室；以及封裝器，所述封裝器可操作地連接到所述腔室并且構(gòu)造成至少部分地將所述樣本的至少一部分封裝在封裝材料中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以包括在井孔中獲取樣本的方法，包括使用輸送到井孔中的鉆頭來形成巖心；以及使用在所述鉆頭內(nèi)部的至少一個(gè)可縮回切削元件用于從所述巖心切下樣本。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式可以包括在井孔中封裝樣本的方法，包括在井孔中使用鉆頭用于形成巖心；使用在所述鉆頭內(nèi)部的可縮回切削元件用于從所述巖心切下樣本并且將所述樣本輸送到容納腔室；以及使用可操作地連接到所述容納腔室的封裝器用于至少部分地將所述樣本的至少一部分封裝在封裝材料中。已經(jīng)概括而不是全面地描述了本發(fā)明的較重要特征的示例以便于可以更好地理解如下的詳細(xì)描述并且可以意識(shí)到它們對(duì)本領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。


為了詳細(xì)地理解本發(fā)明，應(yīng)該結(jié)合附圖參照如下的實(shí)施方式的詳細(xì)描述，其中相似的元件給出了相似的數(shù)字，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式在井孔中使用的取心鉆頭的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)造成用于測(cè)試巖心樣本流體的鉆頭的示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)造成用于測(cè)試巖心樣本流體的另一個(gè)鉆頭的不意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)造成用于測(cè)試巖心樣本的鉆頭的示意圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)造成用于保護(hù)巖心樣本的鉆頭的示意圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)造成用于保護(hù)和存放巖心樣本的鉆頭的不意圖；圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)造成用于切下巖心樣本的鉆頭的示意圖；圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)造成用于切下多個(gè)巖心樣本的鉆頭的示意圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式用于在原地分析來自于巖心樣本的流體的方法的流程圖；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式用于保護(hù)用來輸送的巖心的方法的流程圖；以及圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的構(gòu)造成對(duì)巖心樣本進(jìn)行加壓的鉆頭的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明總體涉及地下地層或儲(chǔ)層區(qū)的測(cè)試和取樣。在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及在不中斷鉆進(jìn)操作的情況下制備巖心樣本，在另一個(gè)方面中，涉及使用提取或封裝方法和裝置來處理所述巖心樣本以對(duì)流體進(jìn)行分析。本發(fā)明容易具有不同形式的實(shí)施方式。在這些圖中示出并在這里進(jìn)行詳細(xì)描述本發(fā)明的特殊實(shí)施方式，應(yīng)該理解的是認(rèn)為當(dāng)前披露的內(nèi)容是本發(fā)明的原理的范例，并不旨在將本發(fā)明限制到這里所圖示和描述的內(nèi)容中。確實(shí)，顯然本發(fā)明的教導(dǎo)可以用于多種油井工具以及油井構(gòu)造和開采的所有階段中。因此，下面所討論的實(shí)施方式僅是本發(fā)明的應(yīng)用的說明性解釋。圖1示出了示例性鉆進(jìn)系統(tǒng)10的示意圖，其具有攜帶有鉆進(jìn)組件90(也稱做井底鉆具組合，或“BHA”)的鉆柱20，鉆進(jìn)組件90在“井孔”或“井眼”26中輸送以用于鉆出井目艮。所述鉆柱20可以包括如下特征的一個(gè)或多個(gè)連接到一起的管件和撓性管。所述鉆進(jìn)系統(tǒng)10包括豎立在底板12上的傳統(tǒng)的井架11，其支撐轉(zhuǎn)盤14,諸如電動(dòng)機(jī)(未不出)之類的主動(dòng)力設(shè)備使所述轉(zhuǎn)盤14以所需轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。所述鉆柱20包括從地表向下延伸到井孔26中的諸如鉆桿22或撓性管之類的管件。當(dāng)將鉆桿22用作所述管件時(shí)將所述鉆柱20推入所述井孔26中。但是，對(duì)于撓性管的應(yīng)用，使用撓性管下管機(jī)，比如噴射器(未示出)來將管件從其源頭，比如卷盤(未示出)，移動(dòng)到井孔26。當(dāng)使連接到鉆柱端部的鉆頭組件50旋轉(zhuǎn)以鉆進(jìn)井孔26時(shí)所述鉆頭組件50破碎地質(zhì)地層。如果使用鉆桿22，那鉆柱20經(jīng)由方鉆桿接頭21、旋轉(zhuǎn)接頭28和繩索29通過滑輪23連接到絞車30。在鉆進(jìn)操作期間，操作絞車30來控制鉆壓，鉆壓是影響鉆速的重要參數(shù)。絞車的操作在本領(lǐng)域中是公知的，因此在這里不再詳細(xì)描述。在鉆進(jìn)操作期間，通過泥漿泵34使來自于泥漿坑(源)32的合適的鉆進(jìn)流體31在壓力下通過鉆柱20中的通道循環(huán)。鉆進(jìn)流體經(jīng)由波動(dòng)消除器(未示出)、流體管線38和方鉆桿接頭21從所述泥漿泵34進(jìn)入所述鉆柱20中。鉆進(jìn)流體31在井孔底部51處通過鉆頭組件50中的開口排出。所述鉆進(jìn)流體31通過鉆柱20與井孔26之間的環(huán)形空間27向上循環(huán)并且經(jīng)由返回管線35返回到泥漿坑32。所述鉆進(jìn)流體用于潤(rùn)滑鉆頭組件50并且攜帶井孔切屑或碎屑遠(yuǎn)離鉆頭組件50。放置在管線38中的傳感器S1可以提供關(guān)于流體流速的信息。與鉆柱20相連的地表轉(zhuǎn)矩傳感器S2和傳感器S3分別提供關(guān)于鉆柱的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的信息。此外，與管線29相連的傳感器(未示出)用于提供鉆柱20的懸重信息。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，通過僅使鉆桿22轉(zhuǎn)動(dòng)來使鉆頭組件50轉(zhuǎn)動(dòng)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，在鉆進(jìn)組件90中設(shè)置井下電動(dòng)機(jī)55 (泥漿電動(dòng)機(jī))以使鉆頭組件50轉(zhuǎn)動(dòng)，并且如果需要的話，通常使鉆桿22轉(zhuǎn)動(dòng)來補(bǔ)充轉(zhuǎn)動(dòng)功率并且實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)方向的改變。在圖1的一個(gè)實(shí)施方式中，泥漿電動(dòng)機(jī)55經(jīng)由布置在軸承組件57中的驅(qū)動(dòng)軸(未示出)連接到鉆頭組件50。當(dāng)鉆進(jìn)流體31在壓力下通過泥漿電動(dòng)機(jī)55時(shí)泥漿電動(dòng)機(jī)使鉆頭組件50轉(zhuǎn)動(dòng)。所述軸承組件57支撐鉆頭組件的徑向和軸向力。連接到軸承組件57的穩(wěn)定器58用作泥衆(zhòng)電動(dòng)機(jī)組件的最低部分的扶正器。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，鉆進(jìn)傳感器模塊59放置在鉆頭組件50附近。鉆頭組件50可以包括如下對(duì)象中的一個(gè)或多個(gè)(i)鉆頭，(ii)鉆頭盒，(iii)鉆鋌，以及(iv)存放接頭(sub)。鉆進(jìn)傳感器模塊可以包含傳感器、電路和與動(dòng)態(tài)鉆進(jìn)參數(shù)相關(guān)的處理軟件和算法。這些參數(shù)可以包括鉆頭跳動(dòng)、鉆頭組件的黏滑、倒轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)矩、震動(dòng)、井孔和環(huán)空壓力、加速度測(cè)量結(jié)果以及鉆頭組件狀態(tài)的其他測(cè)量結(jié)果。如圖所示，還在鉆進(jìn)組件90中設(shè)置使用例如雙向遙測(cè)的遙測(cè)或通訊接頭77。鉆進(jìn)傳感器模塊處理傳感器信息并且經(jīng)由所述通訊接頭77將其傳輸?shù)降乇砜刂茊卧?0。通訊接頭77、動(dòng)力單元78和MWD工具79都與鉆柱20串聯(lián)。彎曲接頭例如用在在鉆進(jìn)組件90中連接MWD工具79中。這些接頭和工具可以在鉆柱20與鉆頭組件50之間形成井底鉆進(jìn)組件90。所述鉆進(jìn)組件90可以做出各種測(cè)量結(jié)果，包括在鉆進(jìn)井孔26時(shí)的脈沖核磁共振測(cè)量結(jié)果。通訊接頭77獲得這些信號(hào)和測(cè)量結(jié)果并且例如使用雙向遙測(cè)方法傳遞這些信號(hào)以在地表上進(jìn)行處理。替代性地，可以使用在鉆進(jìn)組件90中合適位置(未示出)上的井下處理器處理這些信號(hào)。地表控制單元或處理器40還可以接收來自于其他井下傳感器和裝置的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)以及來自于傳感器S1-S3和用在該系統(tǒng)10中的其他傳感器的信號(hào)并且根據(jù)提供到地表控制單元40的程序化的指令處理這些信號(hào)。所述地表控制單元40可以在由操作人員使用的顯示器/監(jiān)視器44上顯示所需的鉆進(jìn)參數(shù)和其他信息以控制鉆進(jìn)操作。所述地表控制單元40可以包括計(jì)算機(jī)或者基于微處理器的處理系統(tǒng)、用于存儲(chǔ)程序或者模塊和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、用于記錄數(shù)據(jù)的記錄儀以及其他外圍設(shè)備。所述控制單元40可以適于在某些不安全或不理想的操作條件發(fā)生時(shí)啟動(dòng)警報(bào)器42。與本發(fā)明一起使用的裝置可以包括一個(gè)或多個(gè)井下處理器，所述處理器可以定位在井底鉆具組合內(nèi)或附近的任何合適的位置上。所述處理器可以包括微處理器，該微處理器使用在合適的機(jī)器可讀介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)程序，其能夠使所述處理器執(zhí)行控制和處理。所述機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括ROM、EPROM、EAROM、EEPR0M、閃存、RAM、硬盤和/或光盤。其他設(shè)備，比如電力和數(shù)據(jù)總線、電源等對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將會(huì)是顯而易見的。圖2示出了鉆頭組件50的示例性實(shí)施方式，其構(gòu)造成用于制作可以在原地進(jìn)行測(cè)試的巖心樣本。該鉆頭組件50可以包括構(gòu)造成容納來自于井底51的材料的巖心樣本220的巖心嘴210。巖心樣本220可以由鉆頭組件50的齒230形成。鉆頭組件50可以包括構(gòu)造成存放巖心樣本220的凹入部或腔室215。在腔室215內(nèi)，鉆頭組件50可以包括可縮回的切削元件280以將巖心樣本220與地層51分離。一個(gè)或多個(gè)密封件240可以構(gòu)造成保持巖心樣本220并且可以在腔室215內(nèi)隔離巖心樣本220。探頭250可以用于從巖心樣本220提取流體255?？梢杂晒?65將被提取的流體255輸送到流體分析模塊260。通過借助加壓管270施加到巖心樣本220的加壓流體275可以迫使被提取的流體255進(jìn)入所述管265中，所述加壓管270可以構(gòu)造成在巖心樣本220上施加壓力。使用加壓流體來從巖心樣本提取流體僅是示例性和說明性的，因?yàn)榭梢允褂闷渌b置來提取流體，包括但不限于如下的一個(gè)或多個(gè)(i)聲驅(qū)動(dòng)器(超聲驅(qū)動(dòng)器是聲驅(qū)動(dòng)器的一種)和(ii)機(jī)械壓碎機(jī)。在一些實(shí)施方式中，可以將過濾器結(jié)合到鉆頭組件50中以便于可以將巖心樣本220壓碎、破碎和/或粉碎，然后將余下的部分過濾掉以提取流體255。流體255可以是包括但不限于如下的一種或多種流體(i)鉆進(jìn)流體，(ii)開采流體和(iii)地層流體。流體分析模塊260可以包括傳感器或測(cè)試設(shè)備，其構(gòu)造成評(píng)估被提取流體255的化學(xué)、物理、電和/或核特性，包括但不限于如下的一種或多種(i)pH, (ii)H2S, (iii)密度，(iv)粘度，(v)溫度，(vi)流變特性，(vii)熱傳導(dǎo)性，(viii)電阻，(ix)化學(xué)成分，(x)反應(yīng)性，(xi)射頻特性，(xii)表面張力，(xiii)紅外線吸收性，(xiv)紫外線吸收性，(XV)折射率，(xvi)磁特性和(xvii)核自旋。在一些實(shí)施方式中，鉆頭組件50可以使用用于向巖心樣本220施加壓力的裝置或者向巖心樣本20施加壓力的附加機(jī)構(gòu)(未出)使得可以在原地、在巖心樣本220上實(shí)施巖石力學(xué)測(cè)試。巖石力學(xué)測(cè)試包括但不限于如下的一個(gè)或多個(gè)(i)壓縮測(cè)試，(ii)應(yīng)變測(cè)試和(i i i )破裂測(cè)試。此外，在一些實(shí)施方式中，通過巖石力學(xué)測(cè)試獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)可以用于修改和/或優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)。鉆進(jìn)參數(shù)(比如但不限于鉆壓、鉆頭的轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)流體的流速和地質(zhì)導(dǎo)向參數(shù))的修改和/或優(yōu)化可以在井下或在地表確定，鉆進(jìn)參數(shù)的修改可以實(shí)時(shí)進(jìn)行。圖3示出了鉆頭組件50的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，其構(gòu)造成使用氣相色譜儀300。加熱器310可以將巖心樣本220加熱到所需的溫度以產(chǎn)生氣體320。加熱器310可以使用但不局限于如下的一個(gè)或多個(gè)方式加熱巖心樣本220 (i)電感應(yīng)，(ii)福射加熱和(iii)電阻加熱。加熱器310可以被控制成以各種溫度操作以向氣相色譜儀300提供多種氣體樣本320?？梢詫怏w320從腔室215經(jīng)由連接管330引到氣相色譜儀300中。巖心樣本220的加熱還可以導(dǎo)致流體340從巖心樣本220的釋放。這些流體340可以沿著腔室215的底部350流入重流體分析模塊360中。底部350可以由密封件240或者單獨(dú)的隔離阻隔件(未示出)的頂部構(gòu)成。重流體分析模塊360可以包括傳感器或測(cè)試設(shè)備，其構(gòu)造成評(píng)估流體340的化學(xué)、物理、和/或核特性，包括但不限于如下的一種或多種(i) pH，(Ii)H2S,(iii)密度，(iv)粘度，(V)溫度，(vi)流變特性，(vii)熱傳導(dǎo)性，(viii)電阻，(ix)化學(xué)成分，(X)反應(yīng)性，(xi)射頻特性，(xii)表面張力，(xiii)紅外線吸收性，(xiv)紫外線吸收性，(XV)折射率，(xvi)磁特性和(xvii)核自旋。圖4示出了鉆頭組件50的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，其構(gòu)造成將腔室215內(nèi)的巖心樣本220暴露在核磁共振(NMR)模塊400的強(qiáng)磁場(chǎng)中。NMR模塊400可以配備成產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)并且檢測(cè)巖心樣本220對(duì)所述強(qiáng)磁場(chǎng)的響應(yīng)。NMR模塊400可以被控制成調(diào)節(jié)施加到巖心樣本220的磁場(chǎng)強(qiáng)度。在一些實(shí)施方式中，鉆頭組件50可以裝備有射頻發(fā)生器和/或接收器，其構(gòu)造成向巖心樣本220施加射頻信號(hào)并且檢測(cè)由所述射頻信號(hào)與巖心樣本220的相互作用造成的射頻響應(yīng)。圖5示出了鉆頭組件50的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，其構(gòu)造成利用封裝材料500至少部分地封裝腔室215中的巖心樣本220。所述腔室215可以包括構(gòu)造成將巖心樣本220從井底51分離的一個(gè)或多個(gè)可縮回切削元件280。在鉆頭組件50內(nèi)可以有存放裝置510來存放封裝材料500。一旦巖心樣本220處在腔室215內(nèi)并且與井底51隔離，就可以將封裝材料500施加到巖心樣本220。管530可以使封裝材料500從所述存放裝置510流動(dòng)并進(jìn)入腔室215中。封裝材料500 —旦與巖心樣本220接觸就形成了至少部分地圍繞巖心樣本220的封裝覆層540。鉆頭組件50還可以包括加標(biāo)簽裝置550，其能夠與腔室215連通。該加標(biāo)簽裝置550可以構(gòu)造成在封裝覆層540內(nèi)插入或嵌入標(biāo)簽560 (比如射頻識(shí)別裝置(RFID)芯片)以便于可以識(shí)別巖心樣本。在一些實(shí)施方式中，該加標(biāo)簽裝置550可以構(gòu)造成在巖心樣本220上或在封裝覆層540上蝕刻或標(biāo)記識(shí)別符。該加標(biāo)簽裝置可以包括但不限于如下的一個(gè)(i)激光打標(biāo)機(jī)，(ii)超聲噴砂工具，(iii)粉末噴砂工具，(iv)放射性示蹤物，(v)磁顆粒和(vi)芯片插入件。所述封裝材料500可以包括但不限于如下的一種或多種(i)聚合物，(ii)凝膠體，(iii)金屬覆層和(iv)粘土。圖6示出了鉆頭組件50的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，其構(gòu)造成具有存放模塊600以用于存放一個(gè)或多個(gè)巖心樣本220。該存放模塊600可以包括構(gòu)造成從所述腔室215接收巖心樣本220的存放室610。所述存放模塊還可以包括位于存放室610內(nèi)的輸送器620,所述輸送器620構(gòu)造成抓緊或保持住所述巖心樣本220以用于輸送到存放室610中和/或在存放室610內(nèi)進(jìn)行輸送。所述輸送器620可以包括構(gòu)造成抓緊或保持住巖心樣本220的一組齒630以便于可以使其在存放室610內(nèi)移動(dòng)的更深。所述存放模塊600還可以包括波紋管或囊狀物640，其構(gòu)造成將巖心樣本220牢固地保持在存放室610的較深凹槽內(nèi)，這可以使多個(gè)巖心樣本220存放在存放室610內(nèi)。所述波紋管640和/或齒630可以構(gòu)造成將封裝覆層540因?yàn)閹r心樣本220的輸送或存儲(chǔ)而遭到破壞的可能性降到最低。在一些實(shí)施方式(未示出)中，存放模塊可以位于鉆頭組件后面、鉆頭接頭部或異徑接頭中。雖然所示出的輸送器620具有機(jī)械齒630,但是這只是說明性和不例性的，因?yàn)檩斔推?20可以使用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何裝置來使巖心樣本220在所述室215，610內(nèi)運(yùn)動(dòng)，包括但不限于(i)齒輪，(ii)螺旋驅(qū)動(dòng)器，(iii)螺旋驅(qū)動(dòng)器，(iv)活塞和(V)機(jī)器人臂。圖7A示出了一種示例性鉆頭組件50，其除了鉆頭齒230之外裝備有巖心切削元件700。該巖心切削元件可以臨近巖心嘴210定位。所述巖心切削元件700可以包括但不限于如下之一 (i)細(xì)長(zhǎng)切削刀片，(ii)超聲切削元件，(iii)聲波切削元件，(iv)流體噴砂機(jī)，(V)粉末噴砂機(jī)和(vi)激光切削元件。圖7B示出了一種示例性鉆頭組件50，其構(gòu)造成切割多個(gè)巖心樣本220。該鉆頭組件220的面可以包括多個(gè)巖心嘴210，所述巖心嘴210朝著多個(gè)樣本腔室215敞開。一個(gè)或多個(gè)巖心嘴210可以具有臨近巖心嘴210安裝在鉆頭組件50上的巖心切削元件700。在操作時(shí)，通過在操作中控制巖心切削元件700而可以由巖心腔室215接收單個(gè)或多個(gè)巖心樣本 220。盡管圖2-7B示出了根據(jù)本發(fā)明的具有單獨(dú)特征的各個(gè)實(shí)施方式，但是這些特征中的一些或者全部可以組合，以形成構(gòu)造成執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)測(cè)試并且封裝巖心樣本220的鉆頭組件。一些實(shí)施方式可以構(gòu)造成允許收集多個(gè)巖心樣本，其中一些巖心樣本進(jìn)行流體提取，其他的巖心樣本進(jìn)行流體提取及測(cè)試，其他的巖心樣本在具有或不具有在先測(cè)試的情況下被封裝。雖然示出的各個(gè)實(shí)施方式在鉆頭組件的前方形成巖心樣本，但是這只是說明性和示例性的；因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)施方式同樣包括獲取側(cè)面巖心樣本的裝置。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于測(cè)試巖心樣本或者測(cè)試得自巖心樣本的流體的示例性方法800。在方法800中，在步驟810中可以將鉆頭組件50倚靠井孔26內(nèi)的井底51定位。在步驟820中，可以使用鉆頭齒230或?qū)ｉT的巖心切削元件700從井底51切下至少一個(gè)巖心樣本220并且通過巖心嘴210將其容納在腔室215中。在一些實(shí)施方式中，在步驟820期間可以同時(shí)切下多個(gè)巖心樣本220。在步驟830中，可以給巖心樣本220施加刺激。施加到巖心樣本220的刺激可以包括但不限于如下的一種或多種(i)壓力，(ii)熱量，(iii)聲能量，(iv)磁場(chǎng)，和(V)電磁福射。在步驟840中，可以對(duì)來自于巖心樣本220的液態(tài)或氣態(tài)流體255，320，340進(jìn)行測(cè)試以評(píng)估至少一個(gè)化學(xué)、物理、電、和/或核特性，包括但不局限于如下的一種或多種(i) pH, (ii) H2S, (iii)密度，(iv)粘度，(V)溫度，(Vi)流變特性，(Vii)熱傳導(dǎo)性，(viii)電阻，(ix)化學(xué)成分，(x)反應(yīng)性，(Xi)射頻特性，(Xii)表面張力，(xiii)紅外線吸收性，(xiv)紫外線吸收性，(1￥)折射率，(xvi)磁特性和(xvii)核自旋。在步驟845中，可以對(duì)巖心樣本220暴露到如下的一個(gè)或多個(gè)中的響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試(i)磁場(chǎng)，(ii)射頻能量，(iii)電磁福射，(iv)電場(chǎng)，(v)溫度，(vi)密度，(vii)電阻率特性，(viii)聲輻射，和(ix)壓力。步驟840，步驟845或者二者均可以在方法800的不同實(shí)施方式中執(zhí)行。在步驟850中，在步驟840和845中的一個(gè)或者兩個(gè)中評(píng)估的至少一個(gè)特性可以用于評(píng)估井孔51底部地層的所關(guān)心的參數(shù)。在一些實(shí)施方式中，步驟855可以執(zhí)行成使得可以使用在步驟845中獲得的對(duì)刺激的響應(yīng)來修改至少一個(gè)鉆進(jìn)參數(shù)。步驟855可以實(shí)時(shí)執(zhí)行。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于封裝巖心樣本的示例性方法900。在方法900中，在步驟910中可以將鉆頭組件50可以倚靠井孔26內(nèi)的井底51定位。在步驟920中，可以使用鉆頭齒230或?qū)ｉT的巖心切削元件700從井底51切下至少一個(gè)巖心樣本220并且通過巖心嘴210將其容納在腔室215中。在一些實(shí)施方式中，在步驟920期間可以同時(shí)切下多個(gè)巖心樣本220。在步驟930中，通過可縮回切削元件280可以將巖心樣本220從地層夾斷或分離。在步驟940中，巖心樣本220可以至少部分地由從封裝材料500的存放裝置510提供的封裝覆層540封裝。封裝過程可以包括但不限于如下之一 (i)噴霧，(ii)部分浸入，(iii)完全浸入，(iv)燒入，(v)包裹,和(vi)熱蒸發(fā)涂覆。在步驟950中，可以通過輸送器620使巖心樣本220從腔室215移動(dòng)到存放室610。在步驟960中，可以將鉆頭組件50輸送到地表以用于回收巖心樣本220。在一些實(shí)施方式中，步驟950是可選的。在一些實(shí)施方式中，在封裝之前、期間或者就在封裝之后，加標(biāo)簽裝置可以將識(shí)別標(biāo)簽附連到巖心樣本220上。在其他實(shí)施方式中，所述加標(biāo)簽裝置可以蝕刻或標(biāo)記所述樣本或者封裝覆層以形成識(shí)別符。所述加標(biāo)簽裝置可以包括但不限于如下之一 (i)激光打標(biāo)器，(ii)超聲噴砂工具，(iii)粉末噴砂工具，(iv)放射性示蹤物，(v)磁顆粒,和(vi)芯片插入器。雖然圖8描述了根據(jù)本發(fā)明的用于提取和測(cè)試流體或巖心樣本的方法的實(shí)施方式，圖9描述了根據(jù)本發(fā)明的用于封裝巖心樣本的方法的實(shí)施方式，但是在一些實(shí)施方式中，該方法可以包括提取流體、測(cè)試流體或巖心樣本以及封裝巖心樣本。圖10示出了鉆頭組件50的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，其構(gòu)造成在對(duì)所述腔室215加壓的同時(shí)利用封裝材料500至少部分地將巖心樣本220封裝在腔室215中?？梢詫⒌诙M密封件1010定位在腔室215頂部附近，使得當(dāng)密封件1010和密封件240封閉時(shí)，腔室215的保持巖心樣本220的部分與存放室610隔離(圖6)。當(dāng)將巖心樣本220隔離時(shí)，通過壓力施加器1000可以對(duì)腔室215中任何流體1050進(jìn)行加壓。在該示例中，壓力施加器1000可以包括力施加器1030、活塞1020和缸1040，其中力施加器1030構(gòu)造成使活塞1020移動(dòng)以減小腔室215和缸1040的組合的容積，從而使腔室215內(nèi)壓力增加。在巖心樣本220上增加壓力可以加強(qiáng)巖心樣本220內(nèi)的氣孔壓力。通過移動(dòng)活塞1020以增大腔室215和活塞缸1040的組合的容積可以減小壓力或者使其變回到環(huán)境壓力。在壓力減小之后，可以如上所示對(duì)巖心樣本220進(jìn)行封裝。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)腔室215中的壓力在環(huán)境壓力以上時(shí)可以將封裝材料500施加到巖心樣本220上。封裝材料500可以在足夠使封裝材料500進(jìn)入腔室215的壓力下存儲(chǔ)在存放裝置510中，或者可以使用機(jī)構(gòu)(未示出)，比如泵，來增加封裝材料500的壓力，使得其可以抵抗腔室215中的壓力從管530流出。使用活塞和缸來改變腔室215中的壓力只是示例性和說明性的，因?yàn)榭梢允褂闷渌麢C(jī)制比如但不限于鉆進(jìn)流體壓力、可調(diào)節(jié)的囊狀物、泵和位移裝置來改變腔室215中的壓力。雖然前面所披露的內(nèi)容涉及本發(fā)明的一個(gè)模式的實(shí)施方式，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說各種修改是顯然的。前面所披露的內(nèi)容旨在包含所有這些變型。
權(quán)利要求
1.一種用于在井孔中形成樣本的裝置，包括 構(gòu)造成形成巖心的鉆頭；以及 構(gòu)造成從所述巖心切下所述樣本的、位于所述鉆頭內(nèi)部的至少一個(gè)可縮回切削元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述鉆頭還包括 構(gòu)造成接收所述樣本的腔室。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括 提取裝置，其臨近所述腔室布置并且構(gòu)造成從所述樣本提取流體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，還包括； 至少一個(gè)分析模塊，其可操作地連接到所述提取裝置并且構(gòu)造成分析被提取的流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述至少一個(gè)分析模塊包括如下對(duì)象中的至少一種(i )氣相色譜儀和(i i )流體分析儀。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述提取裝置包括如下對(duì)象中的至少一種(i)加熱器，(i i )機(jī)械壓碎機(jī)，(i i i )聲驅(qū)動(dòng)器，和(iV )過濾器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述提取裝置構(gòu)造成在所述樣本上實(shí)施如下測(cè)試中的至少一種(i )壓縮測(cè)試，(ii )應(yīng)變測(cè)試，和(iii )破裂測(cè)試。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括 分析模塊，其臨近所述腔室定位并且構(gòu)造成向所述樣本施加刺激。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述刺激是如下的至少一種(i)壓力，(ii)熱量，(iii)聲能量，(iv)磁場(chǎng)，(V)電磁福射,和(vi)力。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，還包括 處理器，其構(gòu)造成使用由分析模塊獲得的數(shù)據(jù)修改至少一個(gè)鉆進(jìn)參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括 封裝器，其可操作地連接到所述腔室并且構(gòu)造成至少部分地將所述樣本的至少一部分封裝在封裝材料中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述封裝材料是如下的至少一種(i)聚合物，(ii)凝膠體，(iii)金屬覆層，和(iv)粘土。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述封裝材料能夠輕易地與來自于井孔的鉆進(jìn)流體和未封裝材料進(jìn)行區(qū)分。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括 臨近所述腔室并且構(gòu)造成對(duì)所述樣本加標(biāo)簽的加標(biāo)簽裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述加標(biāo)簽裝置構(gòu)造成使用如下手段中的至少一種對(duì)所述樣本加標(biāo)簽(i)激光打標(biāo)器，(ii)超聲噴砂工具，(iii)粉末噴砂工具，(iv)放射性示蹤物，(v)磁顆粒，和(vi)芯片插入器。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括 壓力施加器，其臨近所述腔室布置并且構(gòu)造成改變所述腔室的壓力。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述樣本是如下中的至少一種(i)巖心樣本和(ii)切屑。
18.一種用于在井孔中封裝樣本的裝置，包括 構(gòu)造成形成巖心的鉆頭；構(gòu)造成從所述巖心接收樣本的腔室；以及 封裝器，其可操作地連接到所述腔室并且構(gòu)造成至少部分地將所述樣本的至少一部分封裝在封裝材料中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述封裝材料是如下對(duì)象中的至少一種(i)聚合物，(ii)凝膠體，(iii)金屬覆層，和(iv)粘土。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述封裝材料能夠輕易地與來自于井孔的鉆進(jìn)流體和未封裝材料進(jìn)行區(qū)分。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，還包括 構(gòu)造成從所述巖心切下所述樣本的在所述鉆頭內(nèi)部的至少一個(gè)可縮回切削元件。
22.—種在井孔中獲取樣本的方法，包括 使用輸送到井孔中的鉆頭來形成巖心；以及 使用在所述鉆頭內(nèi)部的至少一個(gè)可縮回切削元件來從所述巖心切下所述樣本。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括 使用所述樣本對(duì)刺激的響應(yīng)來評(píng)估所關(guān)心特性的值。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括 向所述樣本施加刺激。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括 使用所述樣本對(duì)刺激的響應(yīng)來改變至少一個(gè)鉆進(jìn)參數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括通過使用如下手段中的至少一種來施加刺激(i)壓力，(ii)熱量，(iii)聲能量，(iv)磁場(chǎng)，(v)電磁福射,和(vi)力。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括 從所述樣本提取流體。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括 使用被提取的流體來評(píng)估所關(guān)心的特性。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，使用如下手段中的至少一種來提取所述流體(i)流體壓力，(ii)機(jī)械壓縮，(iii)加熱，(iv)聲波，和(V)過濾器。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，使用如下裝置中的至少一種來評(píng)估所關(guān)心的特性(i )氣相色譜儀和(i i )流體分析儀。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括 將所述樣本的至少一部分封裝在封裝材料中。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，使用如下對(duì)象中的至少一種作為封裝材料(i)聚合物，(ii)凝膠體，(iii)金屬覆層，和(iv)粘土。
33.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括 使用加標(biāo)簽裝置標(biāo)記所述樣本。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，使用如下對(duì)象中的至少一種用作所述加標(biāo)簽裝置(i)激光打標(biāo)器，(ii)超聲噴砂工具，(iii)粉末噴砂工具，(iv)放射性示蹤物，(v)磁顆粒，和(vi)芯片插入器。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括 使用加標(biāo)簽裝置標(biāo)記所述封裝材料。
36.一種用于在井孔中封裝樣本的方法，包括 在井孔中使用鉆頭來形成巖心； 使用在所述鉆頭內(nèi)部的可縮回切削元件來從所述巖心切下樣本并且將所述樣本輸送到接收腔室；以及 使用可操作地連接到所述接收腔室的封裝器來至少部分地將所述樣本的至少一部分封裝在封裝材料中。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，使用如下對(duì)象中的至少一種作為封裝材料(i)聚合物，(ii)凝膠體，(iii)金屬覆層，和(iv)粘土。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，還包括 使用加標(biāo)簽裝置標(biāo)記所述封裝材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在鉆進(jìn)操作期間在井孔中獲取樣本的裝置。該裝置可以包括構(gòu)造成形成巖心的鉆頭和在所述鉆頭內(nèi)部的用于從所述巖心獲取所述樣本的至少一個(gè)可縮回切削元件。該裝置還可以包括用于分析所述樣本、從所述樣本提取流體、測(cè)試來自于所述樣本的流體、封裝所述樣本和/或給所述樣本加標(biāo)簽的設(shè)備。本發(fā)明還涉及在不中斷鉆進(jìn)操作的情況下獲取巖心樣本的方法。該方法包括使用構(gòu)造成使用內(nèi)部切削元件獲取巖心樣本的鉆頭來獲取巖心樣本。該方法還包括分析所述樣本、從所述樣本提取流體、分析來自于所述樣本的流體、封裝所述樣本和/或給所述樣本加標(biāo)簽。
文檔編號(hào)E21B25/00GK103069102SQ201180040269
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
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