用于在海底鉆井作業(yè)中啟動(dòng)井下工具的設(shè)備、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】提供了一種用于對(duì)海底鉆井作業(yè)中的海底井孔的各部分進(jìn)行分析的井下測(cè)井工具和方法。所述井下測(cè)井工具具有水下框架外殼，所述水下框架外殼容置有電源系統(tǒng)和傳感器，所述傳感器至少包括電導(dǎo)率傳感器和磁化率傳感器，所述傳感器優(yōu)選地對(duì)所述井孔的壁進(jìn)行分析。優(yōu)選地為磁力致動(dòng)的自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)在所述井下測(cè)井工具沒有位于海底鉆機(jī)的指定部分中時(shí)(例如，當(dāng)使用所述工具進(jìn)行井孔中穿行時(shí))將電力從所述電源系統(tǒng)供給到所述傳感器，并且當(dāng)所述井下測(cè)井工具位于所述海底鉆機(jī)的指定部分中時(shí)(例如，當(dāng)所述井下工具沒有被使用時(shí))撤除電力。
【專利說明】用于在海底鉆井作業(yè)中啟動(dòng)井下工具的設(shè)備、系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于從海底鉆機(jī)部署和啟動(dòng)井下測(cè)井工具的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明涉及但不限于自動(dòng)啟動(dòng)可以用于確定井下巖性的海底井下測(cè)井工具。

【背景技術(shù)】
[0002]在本文中對(duì)【背景技術(shù)】的參照不應(yīng)當(dāng)被理解為是認(rèn)可了這些技術(shù)構(gòu)成了在澳大利亞或其它國家所公知的常識(shí)。
[0003]海底鉆探，特別是在非常深的水體中(例如，I, OOOm到3，OOOm+)進(jìn)行的海底鉆探是相對(duì)較復(fù)雜、耗時(shí)和費(fèi)用高昂的操作。已知將通常由“臍帶”線(umbilical line)纜連接到海面運(yùn)載工具或平臺(tái)的具有海底鉆機(jī)的遠(yuǎn)程操作海底系統(tǒng)用于這種鉆井作業(yè)。海底鉆機(jī)通常包括例如為鉆頭支撐結(jié)構(gòu)之類的為各種部件提供支撐的框架，其中鉆頭支撐結(jié)構(gòu)通常包括能夠在海底中鉆制井孔的鉆柱。
[0004]海底鉆井中被認(rèn)為非常困難的一個(gè)方面是確定海底沉積物的巖性。通常，巖性通過鉆探、獲取和分析巖芯樣品來確定。通常，鉆柱的端部上的巖芯管被用于獲取巖芯樣品。
[0005]然而，一旦巖芯管被充滿，則必須從巖芯管回收巖芯樣品。通常，這涉及在每次取回巖芯樣品時(shí)回收整個(gè)鉆柱。與以這種方式重新獲得巖芯樣品相關(guān)聯(lián)的時(shí)間和成本使得巖芯鉆探對(duì)于較深的井孔而言是不實(shí)用的。
[0006]已經(jīng)做出了一些嘗試來減少這樣的問題，例如通過提供用于鉆桿和巖芯筒的存儲(chǔ)區(qū)域，以及在鉆探期間用空巖芯筒來替換充滿的巖芯筒的處理。于是能夠在不需要通過回收整個(gè)鉆柱來獲取每個(gè)巖芯樣品的情況下在更大深度的井孔中獲得多個(gè)巖芯樣品。盡管這個(gè)過程更快，但仍被認(rèn)為是復(fù)雜的、耗時(shí)的和費(fèi)用高昂的。此外，如果巖芯樣品被丟失(例如，破壞、損壞或甚至物理缺失)，則井孔的至少一部分的巖性將會(huì)不清楚。
[0007]通常，巖芯樣品的另一問題是直到巖芯樣品已經(jīng)被回收和分析才能知道井孔的巖性。這種時(shí)間延遲很嚴(yán)重并且對(duì)了解井孔的特性帶來非常大的低效性。時(shí)間延遲的一個(gè)結(jié)果是在鉆探操作期間井孔常常被鉆制超過了最佳“井孔的末端”(Ε0Η)深度。這導(dǎo)致了鉆探時(shí)間和資源的浪費(fèi)。
[0008]正在考慮采用被下放到井孔中以分析井孔的巖性的井下測(cè)井工具。期望能夠?qū)⒕聹y(cè)井工具打開和關(guān)閉使得其不會(huì)連續(xù)運(yùn)行(連續(xù)運(yùn)行不但增加了電力使用量而且會(huì)造成干擾)。在井下測(cè)井工具需要被重新取出到海面以便對(duì)電池重新充電的情況下，增加的電力使用量對(duì)于電池供電的井下測(cè)井工具而言是特別有問題的。
[0009]在位于海底的工具上提供物理致動(dòng)的電源開關(guān)被認(rèn)為是不實(shí)用的。不僅在這種深度中存在可動(dòng)部件是不合需要的，而且采用裝置來遠(yuǎn)程致動(dòng)開關(guān)會(huì)是有問題的。例如，有可能將機(jī)械臂設(shè)置在鉆機(jī)上來致動(dòng)開關(guān)，但這進(jìn)一步增大了鉆機(jī)的成本和復(fù)雜性。此外，如果操作者忘記了在使用前或使用后致動(dòng)開關(guān)，則很可能浪費(fèi)大量的資源。
[0010]本發(fā)明的目的
[0011]本發(fā)明的目的是提供一種用于從海底鉆機(jī)組件部署和啟動(dòng)井下測(cè)井工具的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，所述設(shè)備、系統(tǒng)和方法能夠克服或改進(jìn)一個(gè)或多個(gè)上述缺點(diǎn)或問題，或至少提供一種實(shí)用的替代方案。
[0012]本發(fā)明的其它優(yōu)選目的將從下面的描述中變得明顯。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于在海底鉆井作業(yè)的海底井孔中使用的井下測(cè)井工具，所述井下測(cè)井工具包括:
[0014]水下框架，所述水下框架包括電子部件，所述電子部件包括電源系統(tǒng)和傳感器；以及
[0015]自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)，所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)選擇性地將電力從所述電源系統(tǒng)供給到所述電子部件；
[0016]其中，所述傳感器至少包括電導(dǎo)率傳感器和磁化率傳感器，并且所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)被致動(dòng)，以便當(dāng)所述井下測(cè)井工具位于海底鉆井作業(yè)的海底鉆機(jī)的指定部分中時(shí)將電力從所述電子部件撤除，并且當(dāng)所述井下測(cè)井工具沒有位于所述海底鉆機(jī)的指定部分中時(shí)將電力供給到所述電子部件。
[0017]所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)優(yōu)選地包括通過靠近磁源來被致動(dòng)的磁力開關(guān)。所述磁源優(yōu)選地位于所述海底鉆機(jī)的指定部分中。更優(yōu)選地，所述磁源位于所述鉆機(jī)的井下測(cè)井工具存儲(chǔ)擱架附近。
[0018]優(yōu)選地，所述磁力開關(guān)是常開的并且通過所述磁源的磁場(chǎng)閉合。所述磁力開關(guān)優(yōu)選地為簧片傳感器。優(yōu)選地，所述簧片傳感器是包括至少一個(gè)晶體管的自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)電路的一部分。優(yōu)選地，所述晶體管被電連接到所述電源并且所述磁致動(dòng)開關(guān)對(duì)所述晶體管進(jìn)行切換以便選擇性地將電力提供到所述電子部件。
[0019]優(yōu)選地，所述電子部件包括與所述傳感器進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。所述傳感器優(yōu)選地包括徑向測(cè)量傳感器，即，對(duì)所述井孔的壁執(zhí)行測(cè)量的傳感器。
[0020]所述井下測(cè)井工具的傳感器可以進(jìn)一步包括溫度傳感器、電阻率傳感器和/或自然伽馬傳感器。優(yōu)選地，所述電阻率傳感器為電感型電導(dǎo)率傳感器，所述電感型電導(dǎo)率傳感器可以為雙線圈式電感型電導(dǎo)率傳感器、聚焦線圈式(coil-focused)電感型電導(dǎo)率傳感器或一些其它形式的電感型電導(dǎo)率傳感器。優(yōu)選地，所述自然伽馬傳感器被用于進(jìn)行深度對(duì)比。
[0021]優(yōu)選地，所述水下框架包括配合部，所述配合部可釋放地固定到所述海底鉆機(jī)的相應(yīng)配合部。優(yōu)選地，所述下水框架包括所述傳感器、所述數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)和所述電源系統(tǒng)。在所述電源系統(tǒng)包括電池的情況下，所述自動(dòng)致動(dòng)的開關(guān)優(yōu)選地位于井下測(cè)井工具上。
[0022]所述數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)可以包括用于對(duì)從所述傳感器接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。所述數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以便在要求時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行傳送。
[0023]所述井下測(cè)井工具可以進(jìn)一步包括處理器。所述處理器優(yōu)選地與所述處理器、所述數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)和/或所述電源系統(tǒng)進(jìn)行通信。所述處理器可以處理來自所述傳感器的原始數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)于是優(yōu)選地通過所述處理器與所述傳感器進(jìn)行通信；并且優(yōu)選地從所述處理器接收經(jīng)過處理的傳感器數(shù)據(jù)。
[0024]所述電源系統(tǒng)優(yōu)選地包括電池。所述電源系統(tǒng)還可以包括電力傳送系統(tǒng)。所述電池可以包括多個(gè)較小的電池。所述電力傳送系統(tǒng)優(yōu)選地傳送來自外部電源(例如海底鉆井設(shè)備的鉆機(jī)的供電部分)的電力。
[0025]所述電池可以被再充電并且所述電源系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括電池充電系統(tǒng)。所述電池充電系統(tǒng)可以通過所述電力傳送系統(tǒng)對(duì)所述電池進(jìn)行充電或?qū)λ鲭姵剡M(jìn)行感應(yīng)充電。所述電池允電系統(tǒng)還可以由所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)來啟動(dòng)。替代性地，所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)可以在所述電池充電系統(tǒng)被檢測(cè)到時(shí)被致動(dòng)，優(yōu)選地在感應(yīng)充電場(chǎng)被檢測(cè)到時(shí)被致動(dòng)。
[0026]優(yōu)選地，所述井下測(cè)井工具的配合部將所述井下測(cè)井工具固定到纜線系統(tǒng)或固定到鉆柱。在所述井下測(cè)井工具的配合部被固定到纜線系統(tǒng)處，優(yōu)選地，所述配合部包括閂鎖頭。在所述井下測(cè)井工具的配合部被固定到鉆柱處，優(yōu)選地，所述配合部包括接合器。優(yōu)選地，所述接合器將所述井下測(cè)井工具連接為所述鉆柱的井底組件。所述井下測(cè)井工具可以具有用于連接到纜線系統(tǒng)的配合部和用于連接到鉆柱的配合部。
[0027]所述纜線系統(tǒng)還可以被用于在所述鉆柱處于所述井孔中時(shí)穿過所述鉆柱下放井下測(cè)井工具，優(yōu)選地下放總深度，并且被用于脫開待被鉆柱的一部分接納(優(yōu)選地待被井底組件部分接納)的所述測(cè)井工具。優(yōu)選地，至少所述井下測(cè)井工具的傳感器部分從所述鉆柱的底部伸出。在這種情況下，所述鉆柱正常地從所述井孔被回收到所述海底鉆機(jī)，同時(shí)所述井下測(cè)井工具隨著其與所述鉆柱一起被提升而通過所述傳感器記錄與所述井孔的孔壁有關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0028]優(yōu)選地，所述水下框架的長(zhǎng)度小于6m并且具有小于150mm的外徑。更優(yōu)選地，所述水下框架的長(zhǎng)度小于3m并且具有小于75mm的外徑。本發(fā)明的形式優(yōu)選地為長(zhǎng)度小于2m并且具有50mm或更小的外徑。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括上述井下測(cè)井工具的海底鉆機(jī)。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種在海底鉆井作業(yè)中應(yīng)用井下測(cè)井工具的系統(tǒng)，包括:
[0031]用于在海底井孔中穿行的井下測(cè)井工具，所述井下測(cè)井工具具有電源系統(tǒng)、傳感器和自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)，其中，所述傳感器至少包括電導(dǎo)率傳感器和磁化率傳感器，并且所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)選擇性地將電力從所述電源系統(tǒng)供給到所述井下測(cè)井工具的傳感器；
[0032]所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)被配置成:當(dāng)離開海底鉆機(jī)的指定部分時(shí)啟動(dòng)所述井下測(cè)井工具，并且當(dāng)進(jìn)入到所述海底鉆機(jī)的指定部分時(shí)關(guān)閉所述井下測(cè)井工具。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種在海底鉆井作業(yè)中應(yīng)用井下測(cè)井工具的方法，包括以下步驟:
[0034]選擇井下測(cè)井工具以便在海底井孔中穿行；
[0035]從海底鉆機(jī)的指定部分調(diào)動(dòng)所選擇的所述井下測(cè)井工具；以及
[0036]自動(dòng)致動(dòng)所述井下測(cè)井工具的自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)，以便當(dāng)離開所述鉆機(jī)的指定部分時(shí)啟動(dòng)所述井下測(cè)井工具，并且當(dāng)進(jìn)入到所述海底鉆機(jī)的指定部分時(shí)關(guān)閉所述井下測(cè)井工具。
[0037]應(yīng)用井下測(cè)井工具的方法進(jìn)一步包括以下步驟:
[0038]將所述井下測(cè)井工具連接到纜線；
[0039]在所述海底井孔中穿過鉆柱下放所述井下測(cè)井工具；
[0040]將所述井下測(cè)井工具坐置在最下面的鉆柱的接納部中；
[0041]脫開并收回所述纜線；以及/或者
[0042]隨著將所述鉆柱從所述井孔中取出，執(zhí)行所述井下工具的測(cè)量。
[0043]優(yōu)選地，所述井下測(cè)井工具對(duì)所述井孔的壁執(zhí)行徑向測(cè)量。優(yōu)選地，所述井下測(cè)井工具具有傳感器，所述傳感器至少包括電導(dǎo)率傳感器和磁化率傳感器。優(yōu)選地，在海底鉆井作業(yè)中應(yīng)用井下測(cè)井工具的系統(tǒng)和方法中的井下測(cè)井工具為如上所述的井下測(cè)井工具。
[0044]優(yōu)選地，所述井下測(cè)井工具通過遠(yuǎn)程操作機(jī)構(gòu)固定到所述海底鉆井設(shè)備的海底鉆機(jī)或從所述海底鉆井設(shè)備的海底鉆機(jī)脫開。優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)程操作機(jī)構(gòu)從海面運(yùn)載工具或平臺(tái)進(jìn)行操作。
[0045]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下詳細(xì)描述中變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]在下文中將僅示例性地參照附圖來更完整地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中:
[0047]圖1為包括位于井孔中的鉆柱的海底鉆井作業(yè)的示意圖；
[0048]圖2為使用潛水式纜線絞車將井下測(cè)井工具下放到井孔中的海底鉆機(jī)的示意圖；
[0049]圖3a為正被下放到鉆柱中的井下測(cè)井工具的示意圖；
[0050]圖3b為圖3a中的井下測(cè)井工具就位在鉆柱的井底組件中的示意圖；
[0051]圖3c為隨著鉆柱被移出而采集測(cè)量數(shù)據(jù)的圖3a中的井下測(cè)井工具的示意圖；
[0052]圖4為包括井下測(cè)井工具存儲(chǔ)區(qū)域的海底鉆機(jī)的部分的側(cè)向正視圖；
[0053]圖5為用于自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)的電子電路圖；以及
[0054]圖6為井下測(cè)井工具的側(cè)向視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0055]圖1示出了位于海平面14以下的海底12上的海底鉆井作業(yè)系統(tǒng)10的示意圖。海底鉆井作業(yè)系統(tǒng)10可以位于海平面14以下的不同深度處，但通常海底12在海平面14以下大于100m處，并且在許多情況下在海平面14以下大約3000m處。
[0056]海底鉆井設(shè)備10具有海底鉆機(jī)16，海底鉆機(jī)16通過“臍帶”線纜20連接到海面運(yùn)載工具或平臺(tái)18。臍帶線纜20為海底鉆機(jī)16供給電力、控制和遙測(cè)。通常，從海面運(yùn)載工具或平臺(tái)18通過臍帶線纜20來對(duì)鉆機(jī)16供給電力以及遠(yuǎn)程操作。盡管海面運(yùn)載工具或平臺(tái)18被示出為位于海平面14的表面上，但應(yīng)當(dāng)理解的是海面運(yùn)載工具或平臺(tái)也可以位于其它地方，比如位于陸地上。
[0057]海底鉆機(jī)16具有鉆頭組件22，鉆頭組件22連接到井孔26中的鉆柱24。在鉆井作業(yè)期間，鉆頭組件22控制鉆柱24來鉆探井孔26。一般的鉆柱24具有管路，管路將鉆井液輸送至鉆柱24的遠(yuǎn)端端部24’處的井底組件的釬頭(未示出)。將結(jié)合圖6進(jìn)行更詳細(xì)描述的井下測(cè)井工具100 (在圖1中未示出)也可以被固定到鉆柱24的遠(yuǎn)端端部24’處的井底組件，以便確定井孔26的壁附近的海底沉積物的巖性。
[0058]圖2示出了將井下測(cè)井工具100調(diào)動(dòng)到井孔26中的替代性方法。代替將井下測(cè)井工具100固定到鉆柱24的井底組件，井下測(cè)井工具100被固定到纜線28，纜線28通過潛水式纜線絞車30來提升和下放。纜線28與鉆機(jī)16的其它部分之間的電連接(例如將纜線28連接到臍帶線纜20)可以通過電滑環(huán)32來提供。替代性地，纜線可以是純機(jī)械性的，僅用于在井孔26中提升和下放井下測(cè)井工具100。
[0059]圖3a至圖3c示出了將井下測(cè)井工具100調(diào)動(dòng)到井孔26中的另一方法。如圖3a所示，井下鉆井工具100經(jīng)由配合部112連接到纜線28并且通過纜線絞車30下放到井孔26中。纜線絞車30穿過組成鉆柱24的多根鉆桿24”的內(nèi)部將井下測(cè)井工具100下放。在圖3a到圖3c中示出了三根鉆桿24a至24c，其中，24a為由鉆桿底腳夾具(footclamp) 34接納的最上面的鉆桿24”，24b為中間鉆桿24”，并且24c為在鉆柱24的遠(yuǎn)端端部24’處具有井下測(cè)井工具100的接納部36的最下面的鉆桿24”。
[0060]圖3b示出了下放位置中的井下測(cè)井工具100，在下放位置中井下測(cè)井工具100由最下面的鉆桿24c的接納部36接納。纜線28的端部處的纜線連接器28’從井下測(cè)井工具100的配合部112分離，并且纜線絞車30將纜線28提升出鉆柱24。井下測(cè)井工具100坐置在最下面的鉆桿24c的接納部36中，使得包括傳感器的主要部分從井下鉆柱24的端部伸出。這允許井下測(cè)井工具100中的傳感器在不被鉆柱24妨礙或干涉的情況下采集與井孔26的壁相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0061]圖3c示出了纜線絞車30已經(jīng)將纜線28完全提升出鉆柱24之后正從井孔26被移出的鉆柱24。隨著鉆柱24被提升，單個(gè)的鉆桿24”被從鉆柱上移去以便進(jìn)行存儲(chǔ)。如圖3c所示，最上面的鉆桿24a已經(jīng)從鉆柱上移去并且被存儲(chǔ)在海底鉆機(jī)16上。在提升鉆柱期間，井下測(cè)井工具100是激活的并且獲取井孔26的壁的徑向測(cè)量數(shù)據(jù)。當(dāng)鉆柱24從井孔26被完全移出時(shí)，接著可以將井下測(cè)井工具100回收，并且可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行下載。
[0062]海底鉆機(jī)16的一部分在圖4中示出，其中示出了，鉆機(jī)16的所指出的存儲(chǔ)部分，所述存儲(chǔ)部分為井下測(cè)井工具存儲(chǔ)擱架200的形式。圖4還示出了具有主軸202的鉆頭22。設(shè)置有工具臂204，工具臂204能夠從擱架200調(diào)動(dòng)工具(例如井下測(cè)井工具)并且將該工具螺紋連接到附接至主軸202的鉆柱24上。鉆頭22能夠以可控的速率和力進(jìn)行豎向運(yùn)動(dòng)，以便控制鉆柱24和井孔26內(nèi)的測(cè)井工具。工具臂204還可以用于將井下測(cè)井工具100調(diào)動(dòng)到適當(dāng)位置，以便與纜線30配合。
[0063]如將結(jié)合圖6更詳細(xì)地說明的，井下測(cè)井工具100是電池供電的并且具有開關(guān)152。該開關(guān)152為自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)。當(dāng)存儲(chǔ)在工具擱架200中時(shí)，井下測(cè)井工具100的自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)152被致動(dòng)，使得井下測(cè)井工具100被關(guān)閉(即，基本上不使用電力)，然后當(dāng)從工具擱架200取下以進(jìn)行使用時(shí)井下測(cè)井工具100被啟動(dòng)。
[0064]在優(yōu)選實(shí)施例中，自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)由位于工具擱架200附近的磁體206磁力致動(dòng)，當(dāng)井下測(cè)井工具100位于工具擱架200中時(shí)，磁體206優(yōu)選地直接緊鄰于井下測(cè)井工具100的開關(guān)的位置。當(dāng)開關(guān)152靠近工具擱架200附近的磁體時(shí)，開關(guān)152被致動(dòng)，從而自動(dòng)關(guān)閉工具100。
[0065]當(dāng)位于工具擱架200中時(shí)，可以對(duì)井下測(cè)井工具充電?？梢詫⒏袘?yīng)式充電裝置(未示出)設(shè)置在工具擱架200上或工具擱架200附近。使用來自海底鉆機(jī)16的電力，感應(yīng)式充電裝置通過感應(yīng)線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)。當(dāng)井下測(cè)井工具100被定位成靠近感應(yīng)式充電裝置時(shí)，井下工具100的電池中的第二感應(yīng)線圈或至少電連接到井下工具100的電池的第二感應(yīng)線圈將電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化成電荷以對(duì)電池充電。作為磁力開關(guān)的替代方案，對(duì)感應(yīng)充電場(chǎng)進(jìn)行的檢測(cè)可以替換性地用于致動(dòng)自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)。
[0066]圖5示出了優(yōu)選的自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)電路圖500。電路500包括四個(gè)電阻器(Rl、R2、R3和R4)、簧片開關(guān)510以及兩個(gè)MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)形式的晶體管512和514?；善_關(guān)510是常開的，并且當(dāng)受到磁場(chǎng)作用時(shí)閉合，例如通過工具擱架200附近的磁體206而閉合。電路500直接連接到18個(gè)電池的電池組502的形式的電源。
[0067]通常，簧片開關(guān)允許有限量的電流流過(例如，0.1A)。電路500允許使用對(duì)磁場(chǎng)具有良好敏感性的簧片開關(guān)510而不需要過度限制來自電池組502的電流。在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)簧片開關(guān)510斷開時(shí)，電路500允許大約7.5A的電流流過。
[0068]在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)簧片開關(guān)斷開時(shí)，即當(dāng)其沒有受到磁場(chǎng)作用時(shí)，在Vin與Vwt之間測(cè)得的電阻為0.0226Ω至0.028Ω。當(dāng)簧片開關(guān)510閉合時(shí)，即當(dāng)其受到磁場(chǎng)作用時(shí)，在Vin與Vtjut之間測(cè)得的電阻為4.SMΩ到24ΜΩ。簧片開關(guān)510閉合時(shí)的高電阻導(dǎo)致了最少的(如果有的話)流過Vtjut的電流。
[0069]圖6示出了優(yōu)選的井下測(cè)井工具100。井下測(cè)井工具100具有適于在井孔26中穿行的高壓外殼形式的水下框架110?？蚣?10具有配合部12并且包括:一個(gè)或多個(gè)傳感器、與傳感器通信的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)以及為傳感器和數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)供給電力的電源系統(tǒng)。具體地，井下測(cè)井工具100具有電池組150、電源開關(guān)152、電子部分170、自然伽馬傳感器172、電導(dǎo)率傳感器174、磁化率傳感器176以及外部溫度傳感器178。電子部分170包括傳感器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
[0070]井下測(cè)井工具100的配合部112既能夠連接到鉆柱24又能夠連接到纜線28。這使得井下測(cè)井工具100能夠使用結(jié)合圖1、圖2或圖3a到圖3c描述的任一方法在井孔26中穿行并且執(zhí)行測(cè)量。最優(yōu)選地，井下測(cè)井工具100通過結(jié)合圖3a到圖3c描述的方法來使用，其中，使用纜線28將井下鉆井工具100穿過鉆柱24下放，然后鉆井工具100通過鉆柱24被提升并同時(shí)執(zhí)行井孔26的壁的測(cè)量。
[0071]在使用之前，井下測(cè)井工具100位于鉆機(jī)12的工具存儲(chǔ)擱架200中。自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)152通過工具擱架200附近的一個(gè)或多個(gè)磁體保持?jǐn)嚅_(即，在電路500中，簧片開關(guān)閉合并且井下測(cè)井工具100被關(guān)閉，從而保存電力)。當(dāng)希望使用井下測(cè)井工具100時(shí)，井下測(cè)井工具100被選擇并且從工具擱架200被取下。當(dāng)井下測(cè)井工具100從擱架被取下時(shí)，開關(guān)152被從工具擱架200附近的磁場(chǎng)中移開并且開關(guān)152被自動(dòng)致動(dòng)到閉合位置(即，在電路500中，簧片開關(guān)被斷開并且井下測(cè)井工具100被打開)。然后，井下測(cè)井工具被開關(guān)152自動(dòng)啟動(dòng)，以便在井孔26中使用。
[0072]然后，自動(dòng)啟動(dòng)的井下測(cè)井工具100可以被下放到井孔26中以提供能夠用于確定海底沉積物的巖性的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0073]當(dāng)井下測(cè)井工具100被連接到鉆柱24時(shí)(如圖1所示)，工具臂204將井下測(cè)井工具100的配合部112連接到鉆柱24的遠(yuǎn)端端部24’，使得井下測(cè)井工具100作為井底組件被部署。當(dāng)井下測(cè)井工具100被連接到纜線28時(shí)(如圖2和圖3a所示)，則纜線絞車30被定位在井孔26上方并且井下測(cè)井工具100被下放到井孔26中。
[0074]當(dāng)井下測(cè)井工具100將被坐置在鉆柱24的接納部36中時(shí)(如圖3a到圖3c所示)，纜線絞車30將井下測(cè)井工具100下放到接納部36中，纜線絞車30與井下測(cè)井工具100的配合部112分離并且將纜線28從鉆柱24中收回。然后，當(dāng)在正常的鉆柱回收操作期間，井下測(cè)井工具100其在井孔26中向上穿行時(shí)執(zhí)行測(cè)量并且記錄數(shù)據(jù)。一旦最下面的鉆桿24c位于鉆桿底腳夾具34中，即可使用纜線28來連接到井下測(cè)井工具100并且將井下測(cè)井工具100調(diào)動(dòng)回工具存儲(chǔ)區(qū)域200，在工具存儲(chǔ)區(qū)域200中，井下測(cè)井工具100存在有磁體206的磁場(chǎng)的情況下被自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)152自動(dòng)斷電。
[0075]井下測(cè)井工具100的傳感器測(cè)量井孔26的壁的特性并且將數(shù)據(jù)傳遞到(通常通過處理器)數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以便隨后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送(例如根據(jù)檢索)。來自傳感器的數(shù)據(jù)提供了井下地球物理特性，所述地球物理特性能夠被用于確定井孔的所分析部分的巖性。
[0076]來自磁化率傳感器的數(shù)據(jù)能夠被用于確定海底塊狀硫化物以及非礦化地下火山巖(non-mineralised basement volcanic rocks)的區(qū)域。改變了的火山巖和硫化物具有被高溫破壞的磁化率，并且相應(yīng)地，當(dāng)?shù)竭_(dá)非礦化地下火山巖時(shí)，磁化率傳感器能夠被用于判別所關(guān)心的區(qū)域并且用于確定“井孔的末端”。
[0077]圖6的井下測(cè)井工具100不具有專用電源或與鉆機(jī)16的通信線路。因此井下測(cè)井工具100由可再充電電池供電，當(dāng)存儲(chǔ)在鉆機(jī)16中時(shí)，可再充電電池可以被感應(yīng)地再充電。替代性地，井下測(cè)井工具100可以在海面被再充電。通常，井下測(cè)井工具100本地性地將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其所載帶的存儲(chǔ)器中，但可以設(shè)想的是，井下測(cè)井工具100可以使用諸如聲波傳輸?shù)闹惉F(xiàn)有數(shù)據(jù)傳送技術(shù)或通過臍帶線纜來傳送數(shù)據(jù)。
[0078]在完成作業(yè)后，井下測(cè)井工具100從井孔26被回收并且被放回到鉆機(jī)12的工具擱架200中。當(dāng)該工具被放回到工具擱架中時(shí)，自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)152在存在有來自工具擱架200附近的磁體206的磁場(chǎng)的情況下被致動(dòng)成斷開。這個(gè)過程自動(dòng)關(guān)閉井下測(cè)井工具100以保存電池電力并且還防止井下測(cè)井工具可能產(chǎn)生的任何干擾。
[0079]有利地，井下測(cè)井工具100提供了井孔26的快速且相對(duì)容易的巖性分析。井下測(cè)井工具100能夠在所關(guān)心的區(qū)域中使用，并且還能夠在出現(xiàn)了巖芯損失(core loss)的地方使用。從井下測(cè)井工具100檢索數(shù)據(jù)相比于必須回收和分析巖芯樣品顯著減小了負(fù)擔(dān)。用于接收井孔巖性數(shù)據(jù)的時(shí)間的減少進(jìn)一步增加了終止鉆井作業(yè)(即，稱作“井孔的末端”)的置信度，這提高了效率并由此降低了操作成本。井下測(cè)井工具100的使用可以結(jié)合巖芯樣品使用，或如果提供了足夠的信息則可以完全代替巖芯樣品。
[0080]當(dāng)井下測(cè)井工具(分別)被取出和放回工具擱架時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)井下測(cè)井工具以及關(guān)閉井下測(cè)井工具的自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)的使用有利地減少了井下測(cè)井工具的電力消耗。由于井下測(cè)井工具通常僅在使用時(shí)才被從工具擱架取下，因此自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)僅在井下測(cè)井工具被使用或?qū)⒁皇褂脮r(shí)才將井下測(cè)井工具啟動(dòng)。這提高了井下測(cè)井工具中的電池的壽命并且降低了總的電力消耗。
[0081]磁力開關(guān)電路500有利地允許使用磁敏簧片開關(guān)510而不過度限制能夠由電池組502供應(yīng)的電流。此外，電路500避免了在起動(dòng)期間燒斷簧片開關(guān)510。
[0082]已經(jīng)描述了井下測(cè)井工具的部件的特定組合，包括傳感器和配合部的特定組合。這些特定組合是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，也可以使用傳感器和/或配合部的其它組合。
[0083]盡管在本文中提到的是海底鉆機(jī)，但應(yīng)當(dāng)理解的是，海底鉆機(jī)不必一定是固定鉆機(jī)，而可以是例如遠(yuǎn)程操作運(yùn)載裝置(R0V, remotely operated vehicle)的形式的可調(diào)動(dòng)鉆機(jī)。
[0084]在本文中對(duì)海底、海床、海下或類似物的參照僅是出于方便的目的并且可以等同地應(yīng)用于其它水體，比如舉例來說具有湖床的湖泊等。
[0085]在本說明書中，諸如第一和第二、左邊和右邊、頂部和底部等的形容詞僅被用于區(qū)分一個(gè)元件與另一個(gè)元件或一個(gè)動(dòng)作與另一個(gè)動(dòng)作，并不一定要求或表示任何實(shí)際的這種關(guān)系和順序。在上下文允許的情況下，對(duì)于整體或部件或步驟(等等)的參照不應(yīng)當(dāng)理解為僅被限制到該整體、部件或步驟中的一個(gè)，而可以是該整體、部件或步驟等中的一個(gè)或多個(gè)。
[0086]所提供的本發(fā)明的各實(shí)施例的以上描述是為了對(duì)針本領(lǐng)域普通技術(shù)人員進(jìn)行描述。描述的目的不是進(jìn)行窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制到單個(gè)公開的實(shí)施例。如上所述，本發(fā)明的大量替代方案和變化對(duì)于上文中所教導(dǎo)的領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言將是顯而易見的。相應(yīng)地，盡管已經(jīng)具體討論了一些替代性實(shí)施例，但對(duì)于該領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言其它實(shí)施例將會(huì)是顯而易見的或相對(duì)較容易開發(fā)的。本發(fā)明旨在涵蓋已經(jīng)在本文中討論的本發(fā)明的所有的替代方案、改型以及變化以及落入以上描述的發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的其它實(shí)施例。
[0087]在本說明書中，術(shù)語“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”或類似術(shù)語旨在意謂非排它性包含物，使得包括列出的元件的方法、系統(tǒng)或設(shè)備不僅包含所列元件，而還可以包括沒有列出的其它元件。
【權(quán)利要求】
1.一種井下測(cè)井工具，用于在海底鉆井作業(yè)的海底井孔中使用，所述井下測(cè)井工具包括: 水下框架，所述水下框架包括電子部件和電源系統(tǒng)，所述電子部件包括傳感器；以及 自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)，所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)選擇性地將電力從所述電源系統(tǒng)供給到所述電子部件； 其中，所述傳感器至少包括電導(dǎo)率傳感器和磁化率傳感器，并且所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)被致動(dòng)，以便當(dāng)所述井下測(cè)井工具位于海底鉆井作業(yè)的海底鉆機(jī)的指定部分中時(shí)將電力從所述電子部件撤除，并且當(dāng)所述井下測(cè)井工具沒有位于所述海底鉆機(jī)的指定部分中時(shí)將電力供給到所述電子部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下測(cè)井工具，其中，所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)包括通過靠近磁源來被致動(dòng)的磁力開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下測(cè)井工具，其中，所述磁源位于所述海底鉆機(jī)的指定部分中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的井下測(cè)井工具，其中，所述磁源位于所述鉆機(jī)的井下測(cè)井工具存儲(chǔ)擱架附近。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的井下測(cè)井工具，其中，所述磁力開關(guān)是常開的并且通過所述磁源的磁場(chǎng)閉合。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的井下測(cè)井工具，其中，所述磁力開關(guān)為簧片傳感器，所述簧片傳感器是包括至少一個(gè)晶體管的自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)電路的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下測(cè)井工具，其中，所述晶體管被電連接到所述電源并且所述簧片傳感器對(duì)所述晶體管進(jìn)行切換以便選擇性地將電力供給到所述電子部件。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井下測(cè)井工具，其中，所述電子部件包括與所述傳感器進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井下測(cè)井工具，其中，所述傳感器包括對(duì)所述井孔的壁執(zhí)行測(cè)量的徑向測(cè)量傳感器。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井下測(cè)井工具，其中，所述井下測(cè)井工具的傳感器進(jìn)一步包括溫度傳感器、電阻率傳感器和/或自然伽馬傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的井下測(cè)井工具，其中，所述電阻率傳感器為電感型電導(dǎo)率傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的井下測(cè)井工具，其中，所述電感型電導(dǎo)率傳感器為雙線圈式電感型電導(dǎo)率傳感器或以聚焦線圈式電感型電導(dǎo)率傳感器。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井下測(cè)井工具，其中，所述水下框架包括配合部，所述配合部可釋放地固定到所述海底鉆機(jī)的相應(yīng)配合部。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的井下測(cè)井工具，其中，所述配合部包括閂鎖頭，以便將所述水下測(cè)井工具配合到纜線系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的井下測(cè)井工具，其中，所述配合部包括接合器，以便將所述井下測(cè)井工具配合到鉆柱。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井下測(cè)井工具，其中，所述電源系統(tǒng)包括電池。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的井下測(cè)井工具，其中，所述電池是可再充電的并且所述電源系統(tǒng)進(jìn)一步包括電池充電系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的井下測(cè)井工具，其中，所述電池充電系統(tǒng)由所述海底鉆機(jī)對(duì)所述電池進(jìn)行感應(yīng)充電。
19.一種海底鉆機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的井下測(cè)井工具。
20.一種在海底鉆井作業(yè)中應(yīng)用井下測(cè)井工具的系統(tǒng)，包括: 用于在海底井孔中穿行的井下測(cè)井工具，所述井下測(cè)井工具具有電源系統(tǒng)、傳感器和自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)，其中，所述傳感器至少包括電導(dǎo)率傳感器和磁化率傳感器，并且其中，所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)選擇性地將電力從所述電源系統(tǒng)供給到所述井下測(cè)井工具的傳感器； 所述自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)被配置成:當(dāng)離開海底鉆機(jī)的指定部分時(shí)啟動(dòng)所述井下測(cè)井工具，并且當(dāng)進(jìn)入到所述海底鉆機(jī)的指定部分時(shí)關(guān)閉所述井下測(cè)井工具。
21.一種在海底鉆井作業(yè)中應(yīng)用井下測(cè)井工具的方法，包括以下步驟: 選擇井下測(cè)井工具以便在海底井孔中穿行； 從海底鉆機(jī)的指定部分調(diào)動(dòng)所選擇的所述井下測(cè)井工具；以及 自動(dòng)致動(dòng)所述井下測(cè)井工具的自動(dòng)致動(dòng)開關(guān)，以便當(dāng)離開鉆機(jī)的指定部分時(shí)啟動(dòng)所述井下測(cè)井工具，并且當(dāng)進(jìn)入到所述海底鉆機(jī)的指定部分時(shí)關(guān)閉所述井下測(cè)井工具。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟: 將所述井下測(cè)井工具連接到纜線； 在所述海底井孔中穿過鉆柱下放所述井下測(cè)井工具； 將所述井下測(cè)井工具坐置在最下面的鉆柱的接納部中； 脫開并收回所述纜線；以及 隨著將所述鉆柱從所述井孔中取出，執(zhí)行所述井下工具的測(cè)量。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述井下測(cè)井工具具有傳感器，所述傳感器至少包括電導(dǎo)率傳感器和磁化率傳感器。
24.根據(jù)權(quán)利要求21至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述井下測(cè)井工具對(duì)所述井孔的壁執(zhí)行徑向測(cè)量。
25.根據(jù)權(quán)利要求21至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述井下測(cè)井工具為根據(jù)權(quán)利要求I至18中任一項(xiàng)所述的井下測(cè)井工具。
【文檔編號(hào)】E21B47/001GK104334830SQ201380026842
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月22日
【發(fā)明者】斯圖爾特·利奇, 伊恩·斯蒂文森, 尚恩·普倫凱特, 梅勒妮·德沃, 彼得·漢普頓, 埃里克·杰克遜 申請(qǐng)人:諾蒂勒斯礦物太平洋有限公司