用于在筒中使传感器组件对中的装置制造方法及图纸

一种用于将传感器组件在筒中对中的装置，包括心轴、第一支承构件和第二支承构件，支承构件沿着装置的中心纵向轴线轴向间隔开。多个臂组件围绕装置的中心纵向轴线周向间隔开并连接在第一支承构件和第二支承构件之间。每个臂组件包括通过具有第一枢转轴线的第一枢转接头枢转地连接到第一支承构件的第一臂，通过具有第二枢转轴线的第二枢转接头枢转地连接到第二支承构件的第二臂，并且经由具有第三枢转轴线的第三枢转接头将第一臂和第二臂枢转地连接在一起。第三枢转轴线位于与装置的中心纵向轴线重合的平面的第一侧上，并且第一枢转轴线和第二枢转轴线中的至少一个位于平面的相对的第二侧上。相对的第二侧上。相对的第二侧上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在筒中使传感器组件对中的装置
[0001]对应申请
[0002]本申请基于与新西兰专利申请第766888号相关的临时说明书，其全部内容以参见的方式纳入本文。


[0003]本专利技术涉及用于在诸如管道、井筒或套管井筒之类的孔中使传感器设备对中的装置，并且具体地涉及在电缆测井应用中用于使传感器设备对中的装置。

技术介绍

[0004]碳氢化合物勘探和开发活动依赖于从传感器获取的信息，这些传感器捕获与勘探区域的地质特性相关的数据。用于获取此数据的一种方法是通过电缆测井。电缆测井是在井眼的新区段钻完后立即在井筒中执行的，称为裸眼测井。这些井筒被钻到目标深度，该目标深度覆盖关注的区域，通常在1000
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5000米深之间。然后将也称为“测井工具”或“工具串”的传感器包下降到井筒中，并在重力作用下下降到井筒井(wellbore well)的目标深度。测井工具下降到电缆上，电缆是一组包裹在连接到测井工具的钢缆中的通信电线。钢缆承载来自工具串的载荷、缆线本身、作用在井下设备上的摩擦力以及因粘住或卡住而产生的任何超拉力。一旦测井工具到达目标深度，它就会以受控的上升速率通过井筒返回，则在测井工具中的传感器操作成生成和捕获地质数据。
[0005]电缆测井也在衬有钢管或套管的井筒中进行，称为套管井测井。在钻完井筒的区段后，将套管下降到井筒中并固结到位。固结剂放置在套管和井筒壁之间的环形部中，以确保与井筒在不同深度处相交的渗透性岩层的各层之间的隔离。固结剂还可以防止碳氢化合物在套管和井筒之间的环形部中流动，这对于井的完整性和安全性很重要。油井通常在连续的区段中钻探。用大直径钻头“钻入”井筒以钻出第一区段。套管的第一区段称为导体管道。导体管道被固结到新井筒中并固定到表层井口。较小的钻头穿过导体管道，并将表层井眼钻到更深的水平。然后表层套管串在井眼中行进至井眼的底部。然后这个通常为20英寸(标称外径(OD))的表层套管通过填充表层套管与新井眼和导体管道之间形成的环形部而固结到位。钻孔继续以较小的钻头尺寸进行下一个间隔。类似地，中间套管(例如13又3/8英寸)被固结到该井眼区段中。钻孔继续以较小的钻头尺寸进行下一个间隔。生产套管(例如9又3/8英寸外径(OD))行进至TD(总深度)并固结到位。最后的套管串(例如7英寸外径(OD))从前一个套管串的尾管悬挂器上固结到位。因此，工具串必须向下横穿套管井眼，并且可能需要进入较小直径的井筒中。
[0006]有各种各样的测井工具设计成用来测量岩石和岩石中所含流体的各种物理特性。测井工具包括换能器和传感器，以诸如测量电阻、伽马射线密度、声音速度等特性。各个测井工具是可组合的，并且通常连接在一起以形成测井工具串。一些传感器设计用于在数据采集期间与筒眼壁紧密接触，而其它传感器则理想地在井筒中对中以获得最佳结果。附连于工具串的任何装置都需要满足这些要求。电缆测井工具串通常的量级为：长度为20英尺
至100英尺，直径为2英寸至5英寸。
[0007]在套管井眼中，测井工具用于评估套管与井筒壁之间的固结剂粘结强度和套管的状况。有若干类型的传感器，并且它们通常需要在套管中对中。一种这样的测井工具利用高频超声换能器和传感器来记录围绕套管的周向测量值。超声换能器和传感器安装在连接到工具底部的旋转头上。这个旋转头旋转并使传感器能够随着工具慢慢从井筒中绞出而记录来自套管壁、固结剂套筒和井筒壁的方位超声反射。其它工具具有可记录声信号随着它沿着套管壁传播而振幅下降或衰减的换能器和传感器。重要的是，这些换能器和传感器在套管中很好地对中，以确保记录的数据有效。其它测量流动井筒中流体和气体产生的测井工具也可能需要传感器对中。测井工具也在生产井中行进以确定产出流体的流动特性。其中许多传感器还需要对中来使数据有效。
[0008]在裸眼(无套管井筒)中，测井工具用于扫描井筒壁以确定地层构造倾角、裂缝的尺寸和定向、岩石中孔隙空间的尺寸和分布以及关于沉积环境的信息。一种这样的工具在接触井筒的周缘的垫片上具有多个传感器，以测量微电阻率。其它工具产生沿着井筒壁传播的声学信号并且由沿着工具间隔开并且围绕工具的方位角的多个接收器记录。与套管井眼测井工具一样，这些传感器的测量结果通过在井筒中良好对中而优化。
[0009]钻井和电缆测井操作是昂贵的任务。这主要是由于钻井设备的资本成本和电缆测井系统的特殊性。重要的是尽快开展和完成这些活动，以尽量减少这些成本。应尽可能避免延迟部署电缆测井工具。
[0010]这种延迟的原因之一是难以将电缆测井工具下降到井筒的目标深度。测井工具仅在重力作用下通过缆线顺着井筒下降。缆线是柔性的，不能将工具顺着井筒推动。因此，井的顶部的操作员几乎无法控制测井工具的下降。
[0011]对于斜井，电缆测井工具下降失败的可能性显著增加。斜井不竖直向下行进，而是向下和侧向行进，与竖直方向成一定角度。通常从单个表层位置钻出多个斜井，以允许勘探和生产大面积区域。随着电缆测井工具在重力作用下通过缆线顺着井筒行进时，工具串将随着它向下行进到目标深度而沿着井筒壁的低侧或底部拖动。工具串对井筒壁的摩擦或拖动会阻止工具下降到期望的深度。工具串的长的长度会进一步加剧将顺着井筒引导工具串的问题。
[0012]参考图1，在斜井中，工具串的重量施加垂直于井筒壁的侧向力(PW)。该侧向力产生拖曳力，该拖曳力起到防止工具串下降至井筒的作用。工具串重量的轴向分量(AW)用于将工具串顺着井筒拉动，并且该力与沿相反方向作用的拖曳力相反。随着井的偏斜增加，工具重量的轴向分量(AW)减小，并且侧向力(PW)增加。当侧向力(PW)产生的拖曳力等于工具串重量的轴向分量(AW)时，工具不会在井筒中下降。
[0013]随着井眼的偏斜增加，滑动摩擦力或拖曳力会阻止测井工具下降。实际限制是从竖直方向偏60
°
，并且在这些大角度井中，任何可以减少摩擦的装置都非常有价值。拖曳力是垂直作用于井筒壁的工具重量的侧向分量与摩擦系数的乘积。可期望降低摩擦系数以降低拖曳力。摩擦系数可以通过使用低摩擦材料，诸如铁氟龙来降低。拖曳力也可以通过使用轮子来减小。
[0014]对中测井工具的常用设备是弓形弹簧对中器。弓形弹簧对中器包含许多弯曲的板簧。板簧在其末端处附连于固定到测井工具的附连结构。弯曲的板簧(或弓形)的中点布置
成从附连结构和工具串径向向外突出。当弓形弹簧对中器不受井筒约束时，弓形弹簧对中器的外径大于其待部署的井筒或套管的直径。一旦部署在井筒中，弓形弹簧就会变平，并且变平的弓形弹簧在工具串上提供对中力。在斜井中，这种对中力必须大于垂直于井筒或套管壁作用的工具串的侧向重量分量。因此，在更大的井斜处需要更大的对中力。如果对中力太小，对中器将会塌缩，并且工具传感器无法对中。如果对中力太大，过大的力将会引起不必要的阻力，这可能会阻止工具下降或导致测井工具的粘滑运动。粘滑是指工具以一系列突增而不是以恒定速度顺着井筒向上移动的地方。粘滑动作将会损害获取的测量数据或可能使获取的测量数据无效。使用弓形弹簧对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将传感器组件在筒中对中的装置，所述装置包括：心轴；第一支承构件和第二支承构件，所述第一支承构件和所述第二支承构件沿着所述装置的中心纵向轴线轴向间隔开，所述第一支承构件和所述第二支承构件中的一个或两个适于沿着所述心轴轴向移动；多个臂组件，所述多个臂组件围绕所述装置的中心纵向轴线周向间隔开并连接在所述第一支承构件和所述第二支承构件之间，每个臂组件包括：第一臂，所述第一臂通过具有第一枢转轴线的第一枢转接头枢转地连接到所述第一支承构件，第二臂，所述第二臂通过具有第二枢转轴线的第二枢转接头枢转地连接到所述第二支承构件，所述第一臂和所述第二臂经由具有第三枢转轴线的第三枢转接头枢转地连接在一起，以及其中，所述第三枢转轴线位于与所述装置的所述中心纵向轴线重合的平面的第一侧上，并且所述第一枢转轴线和所述第二枢转轴线在所述平面的相对的第二侧上位于所述心轴的外径的径向外侧，以及其中，所述第一枢转接头和所述第二枢转接头在方位角上对准，并且所述第一枢转接头和第二枢转接头与所述第三枢转接头在方位角上错位180度。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一枢转轴线和所述第二枢转轴线不与所述心轴相交。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第三枢转接头在所述心轴的所述外径的径向外侧。4.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述平面是第一平面，并且所述第一枢转接头和所述第二枢转接头在与所述中心纵向轴线重合的第二平面上对准，所述第二平面正交于所述第一平面。5.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述平面是第一平面，并且所述第一枢转接头、所述第二枢转接头和所述第三枢转接头和/或由所述臂组件承载以接触所述筒的壁的轮在与所述中心纵向轴线重合的第二平面上对准，所述第二平面正交于所述第一平面。6.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，每个臂组件围绕并沿着所述中心纵向轴线周向延伸或弯曲。7.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述臂组件围绕所述心轴周向嵌套或缠结在一起。8.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个或多个弹簧元件，以将所述臂组件径向向外偏置。9.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个或多个轴向弹簧元件，所述轴向弹簧元件作用在所述第一支承构件和/或所述第二支承构件上，以将所述第一支承构件和第二支承构件轴向地偏置在一起并且径向向外偏置所述臂组件。10.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述一个或多个弹簧元件以角度构造在一起，所述角度：
i)在延伸穿过所述第一枢转轴线和所述第三枢转轴线的线与所述中心纵向轴线之间在一定范围内，和/或ii)在延伸穿过所述第二枢转轴线和所述第三枢转轴线的线与所述中心纵向轴线之间在一定范围内，使得所述臂组件各自对于一定范围的筒直径提供基本上恒定的径向力。11.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述角度：i)在延伸穿过所述第一枢转轴线和所述第三枢转轴线的线与所述中心纵向轴线之间，和/或ii)在延伸穿过所述第二枢转轴线和所述第三枢转轴线的线与所述中心纵向轴线之间，保持在大于10度且小于75度的范围内。12.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述心轴包括围绕所述心轴的外表面间隔开的多个切面，并且所述第一支承构件和/或所述第二支承构件具有围绕支承构件的内表面间隔开的对应的多个切面，以将所述第一支承构件和/或所述第二支承构件旋转地键接到所述心轴。13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述切面布置成使得所述心轴具有多边形外表面并且所述第一支承构件和/或所述第二支承构件具有对应的多边形内表面。14.一种用于将传感器组件在筒中对中的装置，所述装置包括：沿着所述装置的中心纵向轴线轴向间隔开的第一支承构件和第二支承构件；多个臂组件，所述多个臂组件围绕所述装置的所述中心纵向轴线周向间隔开，并连接在所述第一支承构件和所述第二支承构件之间，每个臂组件包括：第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：派特马克IP有限公司，
类型：发明
国别省市：