用于测量地下地层的特征的可旋转传感器制造技术

本文描述了用于测量地下地层的各向同性特征、各向异性特征或方向相关特征的传感器组件。传感器组件可包括部署在工具管柱上的传感器。所述传感器中的一者或多者可相对于所述工具管柱旋转。使一个或多个传感器相对于所述工具管柱旋转可提供关于所述地下地层在所述工具管柱周围的多个点的数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及用于地下地层中的井筒的装置，并且更具体来说，涉及用于测量地下地层的各向异性特征的传感器组件。
技术介绍
可将各种装置放置在横穿含烃地下地层的井中。一些装置可包括能够测量地下地层的属性(例如，电阻率)的传感器。测量值可用于确定地下地层的特征(例如，组成)。在一些操作中，可获得的测量值的数量有限。更多的测量值可提供更详细的分析，这可能导致井操作更有效或更成本有效。附图简述图1是根据本专利技术的一个方面的图示了钻井系统的图。图2是根据本专利技术的一个方面的图示了具有可旋转天线的井底传感器组件的一个示例的图。图3是根据本专利技术的一个方面的图示了图2的井底传感器组件的另一图。图4是根据本专利技术的一个方面的图示了具有取向传感器的井底传感器组件的一个示例的图。图5是根据本专利技术的一个方面的图示了具有多个接收天线的井底传感器组件的一个示例的图。图6是根据本专利技术的一个方面的图示了其中接收天线以不同倾斜角取向的井底传感器组件的一个示例的图。图7是根据本专利技术的一个方面的图示了可旋转传感器组件的一个示例的图。图8是根据本专利技术的一个方面的图示了具有两个马达的井底传感器组件的一个示例的图。图9是根据本专利技术的一个方面的图示了可旋转近钻头传感器组件的一个示例的图。图10是根据本专利技术的一个方面的图示了具有传感器组件的井底传感器组件的一个示例的图，所述传感器组件各自具有三个地层传感器。图11是根据本专利技术的一个方面的具有可旋转传感器的井底传感器组件的控制系统的框图。图12是根据本专利技术的一个方面的可旋转传感器组件的控制系统的框图。图13是根据本专利技术的一个方面的图示了用于测量地下地层的各向异性特征的示例方法的流程图。具体实施方式本专利技术的某些方面和示例涉及用于测量地下地层的各向异性特征或方向相关特征的传感器组件。传感器组件可包括部署在工具管柱上的传感器。所述传感器中的一者或多者可相对于所述工具管柱旋转。使一个或多个传感器相对于工具管柱旋转可提供关于地下地层在工具管柱周围的多个区域处的数据。在一个示例中，钻柱上的可旋转天线可围绕钻柱旋转以发射或接收信号，从而确定地层中各种角度的电阻率。可旋转天线的旋转，独立于钻柱的任何旋转，可提供多个角度的电阻率读数，而不管钻柱是否正在旋转钻井。多个定向电阻率数据可指示钻柱附近地层的边界。钻柱操作人员可利用这些读数，以便对为了相对于边界、断层、方解石晶状体或者其他天然或人造地下结构的位置进行最优井筒放置而钻出的新的钻孔的方向转向进行引导辅助。给出这些说明性例子以向读者介绍这里讨论的一般主题，并且不意图限制所公开概念的范围。以下参照描述了各种其他方面和实施例，在附图中，相同的标号表示相同的元件，并且定向描述用于描述说明性方面。以下关于附图中所描绘的说明性方面使用定向描述诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“左”、“右”、“井下”等，井下方向朝向的井趾部。与说明性方面相同，以下内容中所包括的标号和定向描述不应当用于限制本专利技术。此外，以下使用术语“或”表示术语通过“或”隔开的选项的任意组合，包括其中仅使用了这些选项中的一个的组合和其中使用了这些选项中的超过一个(并且在某些情况下，全部)的组合。图1示意性地描绘了具有井底传感器组件114的井系统100的一个示例。井系统100可包括钻孔，所述钻孔是延伸穿过各种地球岩层的井筒102。井筒102可延伸穿过含烃地下地层110。套管柱104可从地面106延伸到地下地层110。套管柱104可提供管道，地层流体(诸如从地下地层110产生的生产流体)可从井筒102经由所述管道行进到地面106。井筒102内的工具管柱112可从地面延伸进入地下地层110。在一些方面，工具管柱112可包括钻头116，所述钻头被引入井系统100中，以穿过各种地球岩层钻出井筒102。在其他方面，工具管柱112可在无钻头116的情况下被引入。作为无钻头116的工具管柱112的一个非限制性示例，套管柱112可以是用于井下井操作的钢丝绳工具的一部分。工具管柱112可包括井底(或井下)传感器组件114。尽管图1描绘了位于井筒102的基本上垂直的部分中的井底传感器组件114，但井底传感器组件114也可另外地或替代地定位在井筒102的具有其他取向(包括基本上水平)的部分中。在一些方面，井底传感器组件114可设置在较简单的井筒(诸如无套管柱104的井筒102)中。在一些方面，工具管柱112可包括弯曲壳体118。弯曲壳体118的示例包括固定弯曲壳体或可调弯曲壳体。弯曲壳体118可为钻头116提供转向。弯曲壳体118可允许响应于工具管柱112的旋转而在某个方向上继续向前钻井。工具管柱112停止旋转可允许弯曲壳体118改变工具管柱112的钻井方向。当工具管柱112向前滑动穿过地层110时，马达120可使钻头116旋转，而工具管柱112和弯曲壳体118并不旋转。当马达120使钻头116在井底旋转时，工具管柱112可在弯曲壳体118正面对的方向上(通向称为工具面)滑动，而工具管柱212和弯曲壳体118并不旋转。使工具管柱112滑动可允许在钻井路径上进行行程调整。工具管柱212恢复旋转可导致工具管柱212停止行程调整并且在调整过的方向上继续移动。不同类型的井底传感器组件114可用于图1所描绘的井系统100。例如，图2是根据一个方面的具有可旋转天线216、218的井底传感器组件214的一个示例的截面侧视图。井底传感器组件214可包括工具管柱212、可旋转发射天线216、可旋转接收天线218、马达222、第一角度位置传感器224和第二角度位置传感器225。可旋转发射天线216或可旋转接收天线218可与工具管柱212可旋转地耦接。可旋转发射天线216或可旋转接收天线218可相对于工具管柱212旋转。可旋转发射天线216和可旋转接收天线218可共同测量地层210的区域内的特征。可旋转发射天线216可将信号发射到地层210中。可旋转接收天线218可检测地层210中对所发射信号的响应。敏感体积226可限定地层210的其中可旋转接收天线218可检测对由可旋转发射天线216所发射的信号的相对最大部分响应的区域。可旋转发射天线216和可旋转接收天线218可为感应式天线。由感应式天线发射到地层210中或从地层210接收的信号的方向可取决于感应式天线的等效偶极的取向。倾斜角可表示偶极取向与工具管柱212的轴向方向的偏差。感应式天线对的倾斜角可能会影响所述感应式天线对所测量的敏感体积的位置。例如，敏感体积226相对于工具管柱212的位置可取决于可旋转发射天线216的倾斜角和可旋转接收天线218的倾斜角，如图2所示。感应式天线的示例包括螺线管、磁力计和线圈。螺线管天线的倾斜角可通过调整螺线管中的铁磁芯的仰角而产生。磁力计天线的倾斜角可根据磁力计天线安装到井底传感器组件214之上或之中的取向而产生。线圈天线的倾斜角可通过使线圈相对于工具管柱212的轴向方向以一定角度缠绕而产生。例如，可旋转发射天线216可包括导线绕组215，导线绕组215布置在与导线绕组215的等效偶极近似垂直而取向的导线绕组217的平面上，如图2所示。可旋转接收天线218可包括导线绕组213，导线绕组213布置在与导线绕组213的等效偶极近似垂直而取向的导线绕组219的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下组件，包括：工具管柱；方向相关发射器，所述方向相关发射器与所述工具管柱耦接；以及方向相关接收器，所述方向相关接收器与所述工具管柱耦接，其中所述方向相关接收器和所述方向相关发射器中的至少一者可相对于所述工具管柱旋转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种井下组件，包括：工具管柱；方向相关发射器，所述方向相关发射器与所述工具管柱耦接；以及方向相关接收器，所述方向相关接收器与所述工具管柱耦接，其中所述方向相关接收器和所述方向相关发射器中的至少一者可相对于所述工具管柱旋转。2.如权利要求1所述的井下组件，进一步包括：至少一个角度位置传感器，所述至少一个角度位置传感器被布置成与可相对于所述工具管柱旋转的所述发射器或所述接收器中的至少一者具有一种已知旋转关系。3.如权利要求2所述的井下组件，进一步包括与所述接收器和所述至少一个角度位置传感器通信地耦接的通信单元。4.如权利要求2所述的井下组件，进一步包括：马达，所述马达与所述发射器或所述接收器中的至少一者耦接，其中所述发射器或所述接收器可响应于所述马达的旋转而相对于所述工具管柱旋转。5.如权利要求4所述的井下组件，进一步包括第二马达和可响应于所述第二马达的旋转而旋转的钻头，其中与所述发射器或所述接收器耦接的所述马达可独立于所述第二马达而旋转。6.如权利要求4所述的井下组件，其中所述发射器或所述接收器相对于所述马达向井上定位。7.如权利要求4所述的井下组件，其中所述发射器或所述接收器相对于所述马达向井下定位。8.如权利要求2所述的井下组件，进一步包括马达和可响应于所述马达的旋转而旋转的钻头，其中所述发射器或所述接收器定位在所述钻头处或邻近所述钻头定位。9.如权利要求2所述的井下组件，其中所述发射器或所述接收器可相对于所述工具管柱在与所述工具管柱的旋转方向相反的方向上旋转。10.如权利要求2所述的井下组件，其中所述发射器可相对于所述工具管柱旋转并且所述接收器可相对于所述工具管柱旋转。11.如权利要求10所述的井下组件，进一步包括与所述发射器和所述接收器耦接的马达，其中所述发射器和所述接收器可响应于所述马达的旋转而一起相对于所述工具管柱旋转。12.如权利要求10所述的井下组件，其中所述至少一个角度位置传感器包括第一角度位置传感器和第二角度位置传感器，所述井下组件进一步包括：第一马达，所述第一马达与所述发射器耦接，其中所述发射器可响应于所述第一马达的旋转而相对于所述工具管柱旋转并且所述第一角度位置传感器被布置成与所述发射器具有第一已知旋转关系；以及第二马达，所述第二马达与所述接收器耦接，其中所述接收器可响应于所述第二马达的旋转而相对于所述工具管柱旋转并且所述第二角度位置传感器被布置成与所述接收器具有第二已知旋转关系。13.一种系统，包括：工具管柱；发射器，所述发射器可相对于所述工具管柱旋转；第一角度位置传感器，所述第一角度位置传感器被布置成与所述发射器具有第一已知旋转关系；接收器，所述接收器可相对于工具管柱旋转；第二角度位置传感器，所述第二角度位置传感器被布置成与所述接收器具有第二已知旋转关系；以及信息处理系统，所述信息处理系统至少与所述接收器通信地耦接，所述信息处理系统包括处理器和与所述处理器耦接的存储装置，所述存储装置包含指令集，所述指令集在由所述处理器执行时，导致所述处理器至少部分基于从所述接收器、所述第一角度位置传感器和所述第二角度位置传感器所接收的输出来确定地下地层相对于所述工具管柱的特征。14.如权利要求13所述的系统，进一步包括：马达，所述马达与所述发射器或所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·T·海，B·都德睿希，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US