專利名稱：具有可伸出部件的井下工具及使其從井筒壁脫離的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及油氣鉆井和隨后對(duì)井筒周圍的地下巖層的調(diào)查。更具 體地，本發(fā)明涉及用于使工具部件脫離井筒壁或從井筒壁"扯下"工具部件 的裝置和方法。
背景技術(shù)：
井通常被鉆入地下或海底以采出油和氣的天然礦藏，以及其它截留在地 殼的地質(zhì)巖系中的期望物質(zhì)。
一般利用附接在"鉆柱"下端的鉆頭來(lái)鉆井。 鉆井流體或"泥漿" 一般通過(guò)鉆柱向下泵送到鉆頭。鉆井流體對(duì)鉆頭進(jìn)行潤(rùn) 滑和冷卻，并且在鉆柱和井筒壁之間的環(huán)空中將鉆屑運(yùn)回到地面。為了進(jìn)行成功的油氣勘探，必須具有有關(guān)井筒所穿過(guò)的地下地層的信 息。例如，標(biāo)準(zhǔn)地層評(píng)價(jià)的一個(gè)方面涉及地層壓力和地層滲透率的測(cè)量。這 些測(cè)量對(duì)于預(yù)測(cè)開采能力和地下地層的開采持續(xù)時(shí)間是必不可少的。測(cè)量地層和流體性質(zhì)的一種技術(shù)包括將"鋼絲繩"工具下入井中以測(cè)量 地層性質(zhì)。鋼絲繩工具是從鋼絲繩懸吊下來(lái)并與置于地面上的控制系統(tǒng)電通 信的測(cè)量工具。該工具被下入井中以便能夠測(cè)量期望深度處的地層性質(zhì)。典 型的鋼絲繩工具可包括探針，該探針可被壓靠在井筒壁上以建立與地層的流 體連接。這種類型的鋼絲繩工具通常被稱作"地層測(cè)試器"。地層測(cè)試器使用#:針測(cè)量地層流體的壓力并產(chǎn)生用于確定流體流動(dòng)性或地層滲透率的壓 力脈沖。地層測(cè)試器工具也可提取地層流體樣品，所述流體樣品隨后被輸送 到地面以進(jìn)行分析或者在井下進(jìn)行分析。為了使用任何鋼絲繩工具，不論該工具是電阻率、孔隙度還是地層測(cè)試 工具，鉆柱必須從井中移出使得該工具能夠下入井中。這被稱作沿井身向上"起下，，("trip" uphole)。此外，鋼絲繩工具必須下入到通常位于井眼底部或 其附近的感興趣的層。移出鉆柱和將鋼絲繩工具下入井下的組合是費(fèi)時(shí)的， 根據(jù)井筒的深度可能要花幾個(gè)小時(shí)。因?yàn)?起下"鉆桿和把鋼絲繩工具T厶 井筒需要很多費(fèi)用和很長(zhǎng)的鉆進(jìn)時(shí)間，所以只有當(dāng)確實(shí)需要信息時(shí)或者當(dāng)因?yàn)槔绺鼡Q鉆頭之類的另一原因起下鉆柱時(shí)，才一般會(huì)使用鋼絲繩工具。鋼絲繩地層測(cè)試器的示例例如在美國(guó)專利No.3,934,468 、 No.4,860,581 、 No.4,893，505、 No.4，936,139和No.5,622，223中描述。為了避免與起下鉆柱相關(guān)的停工時(shí)間或使其最小化，已經(jīng)開發(fā)出用于測(cè) 量地層性質(zhì)的另 一技術(shù)，其中工具和裝置被定位在鉆井系統(tǒng)中的鉆頭附近。 因此，地層測(cè)量在鉆井過(guò)程中進(jìn)行，本領(lǐng)域中一般使用的術(shù)語(yǔ)是"MWD"(隨 鉆測(cè)量)和"LWD"(隨鉆測(cè)井)。各種井下MWD和LWD鉆井工具可在市場(chǎng) 上買到。MWD —般是指測(cè)量鉆頭軌跡以及井筒溫度和壓力，而LWD是指測(cè)量 地層參數(shù)或性質(zhì)，例如電阻率、孔隙度、滲透率和聲速等。諸如地層壓力的速和鉆壓。雖然LWD和MWD對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員具有不同的含義，但是 區(qū)別之處與本公開沒有密切關(guān)系，因此本公開不區(qū)分這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)。此外，LWD 和MWD不是必須在鉆頭實(shí)際開鑿地層時(shí)進(jìn)行。例如，LWD和MWD可以 發(fā)生在鉆井過(guò)程中的中斷期間，例如當(dāng)鉆頭暫停以進(jìn)行測(cè)量時(shí)，而此后繼續(xù) 鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)的間歇中斷期間進(jìn)行的測(cè)量仍被認(rèn)為是"隨鉆"，因?yàn)樗鼈儾?需要起下鉆柱。不論是在鋼絲繩操作期間還是隨鉆時(shí)進(jìn)行地層評(píng)價(jià)，都經(jīng)常需要將來(lái)自 地層的流體抽吸到用于測(cè)試和/或取樣的井下工具中。各種取樣裝置(一般稱 作探針)從井下工具伸出以與井筒周圍的地層建立流體連通并將流體抽吸到 井下工具中。典型的探針是從井下工具伸出并定位成抵靠井筒側(cè)壁的圓形元 件。探針端部的橡膠封隔器被用于產(chǎn)生與井筒側(cè)壁的密封。用于形成與井筒 側(cè)壁的密封的另一裝置被稱作雙向封隔器。利用雙向封隔器，兩個(gè)彈性環(huán)圍 繞工具徑向展開以隔離位于兩者之間的井筒的一部分。環(huán)與井筒壁形成密 封，并允許流體被吸入井筒的隔離部分中并進(jìn)入井下工具的入口 。用于評(píng)價(jià)地層的工具容易卡到井筒壁上。用于形成泥餅層的井筒流體或 泥漿的壓力必須保持在比地層壓力高的水平，以防止地層流體從地層流出并 很快上升到地面。各種化學(xué)成分被添加到泥漿中，以增加其密度和總重量， 并增加井筒流體的壓力(被稱作"泥漿壓力"的靜水壓力)。泥漿壓力與地層 壓力之間的差被稱作"壓差"。這個(gè)差一般為2,000 psi或更低，但可以高達(dá) 6,000 psi。如果壓差是正的(壓力失衡)，那么泥漿的固相含量和流體趨向于流入地層中。如果壓差是負(fù)的(降深壓力)，那么地層的固相含量和流體趨向 于從地層內(nèi)部流向井筒并朝向地面向上流。如果保持正壓差，那么井筒流體 和固體顆粒將從井筒流入地層中，從而固體顆粒將堆積在井筒壁上。時(shí)間一 長(zhǎng)，這些堆積的顆粒就會(huì)形成在井筒和地層之間密封的泥餅層。如果泥餅層 從井筒壁去除，并且如果正壓差仍存在，那么井筒的物質(zhì)又開始流入地層，從而將形成新的泥餅層。泥餅層可具有從幾分之一毫米到1/2英寸和更大的厚度，這取決于地層的滲透率、泥漿類型、鉆井作業(yè)和步驟、以及占優(yōu)的壓差。如果井下工具輸送通過(guò)井筒時(shí)泥餅層被去除或受到干擾，那么由于壓差 該工具可能被向著井筒壁吸引并卡到壁上。這個(gè)現(xiàn)象被稱為"壓差卡鉆，，。工具遭遇壓差卡鉆的概率主要與下面的變量成比例(l)已經(jīng)被去除或受到干 擾的泥餅層的區(qū)域的量；(2)正壓差的量；(3)工具與被去除的泥餅區(qū)域接觸 的表面積；以及(4)工具表面積與被去除泥餅區(qū)域接觸的時(shí)間的量。除了工具殼體以外，從工具徑向向外延伸的部件也可能有壓差卡鉆的傾 向。在地層評(píng)價(jià)程序中，例如取芯或地層流體取樣，活塞和/或探針伸出以與 泥餅接觸。這些可伸出部件可能會(huì)有意地或無(wú)意地破壞由泥餅層形成的密 封，從而使部件暴露于壓差。當(dāng)壓差為正時(shí)，它產(chǎn)生使可伸出部件保持抵靠 在井筒壁上的力，從而使收回部件變得困難。此外，可伸出部件的部分可能 會(huì)損壞或者可能折斷而落入井筒底部，從而妨礙隨后的鉆進(jìn)或其它井作業(yè)。 用于釋放井下工具的已知方法，例如打撈、鋼絲繩拖拉和用管子進(jìn)行工具推 動(dòng)，過(guò)于困難并費(fèi)時(shí)。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本公開的 一 個(gè)實(shí)施例，描述了 一種用在橫穿地下地層的井筒中的井 下工具的可伸出部件。該部件包括驅(qū)動(dòng)元件、鄰接部、；波驅(qū)動(dòng)元件、傾斜臂 和接觸頭。驅(qū)動(dòng)元件限定一軸線并具有一末端，鄰接部與驅(qū)動(dòng)元件的末端徑 向間隔開。被驅(qū)動(dòng)元件柔性聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)元件，并限定出被驅(qū)動(dòng)元件的軸線。 該被驅(qū)動(dòng)元件也包括一鄰近驅(qū)動(dòng)元件設(shè)置的近端和一末端。傾斜臂聯(lián)接到被 驅(qū)動(dòng)元件，并相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)元件的軸線成角度布置。該被驅(qū)動(dòng)元件還構(gòu)造成 與鄰接部接合，并可在正常位置和傾斜位置之間移動(dòng)，在正常位置,、被驅(qū)動(dòng) 元件的軸線與驅(qū)動(dòng)元件的軸線基本平行，在傾斜位置，傾斜臂與鄰接部接合，使得被驅(qū)動(dòng)元件的軸線相對(duì)于驅(qū)動(dòng)元件的軸線成角度布置。接觸頭聯(lián)接到被 驅(qū)動(dòng)元件的末端并適于與井筒壁接合。按照本公開的另一實(shí)施例，描述了一種用在橫穿地下地層并限定井筒壁的井筒中的井下工具。該井下工具包括限定縱向軸線的細(xì)長(zhǎng)殼體；和與殼 體相關(guān)聯(lián)的可伸出部件。該可伸出部件包括鄰接部、驅(qū)動(dòng)元件、柔性聯(lián)接部、 被驅(qū)動(dòng)元件、傾斜臂和接觸頭。驅(qū)動(dòng)元件可滑動(dòng)地聯(lián)接到殼體并限定了基本 垂直于殼體縱向軸線的驅(qū)動(dòng)元件軸線。該驅(qū)動(dòng)元件還可沿著所述驅(qū)動(dòng)元件軸 線在縮回位置和伸出位置之間移動(dòng)，并具有一設(shè)置于殼體內(nèi)的近端和一末 端。鄰4妄部與驅(qū)動(dòng)元件的末端徑向向外間隔開，柔性聯(lián)d妄部聯(lián)接到軸末端。 被驅(qū)動(dòng)元件聯(lián)接到柔性聯(lián)接部并限定被驅(qū)動(dòng)元件的軸線。傾斜臂聯(lián)接到被驅(qū) 動(dòng)元件并限定前接觸點(diǎn)和后接觸點(diǎn)，使得前接觸點(diǎn)和后接觸點(diǎn)沿著相對(duì)于被 驅(qū)動(dòng)元件的軸線以一傾斜角布置的接觸參考線對(duì)準(zhǔn)，并且該傾斜臂構(gòu)造成與 鄰接部接合。被驅(qū)動(dòng)元件可從正常位置移動(dòng)到傾斜位置，在正常位置，被驅(qū) 動(dòng)元件的軸線與驅(qū)動(dòng)元件的軸線基本平行，在傾斜位置，前接觸點(diǎn)和后接觸 點(diǎn)與鄰接部接合，使得被驅(qū)動(dòng)元件的軸線相對(duì)于驅(qū)動(dòng)元件的軸線成角度布 置。接觸頭聯(lián)接到被驅(qū)動(dòng)元件的末端并適于與井筒壁接合。根據(jù)本公開的另一實(shí)施例，公開了 一種使井下工具的可伸出部件的接觸 頭從橫穿地下地層的井筒的壁脫離的方法。該方法包括通過(guò)使聯(lián)接到接觸 頭的被驅(qū)動(dòng)元件傾斜而使接觸頭的 一部分旋轉(zhuǎn)離開井筒壁，從而使接觸頭與 井筒壁接合的表面區(qū)域減??；和使被驅(qū)動(dòng)元件在徑向向內(nèi)的方向上縮回，以 使接觸頭的已減小的表面區(qū)域與井筒壁分離。


為了更全面地理解所公開的方法和裝置，參照附圖更詳細(xì)地描述所示的 實(shí)施例，附圖中圖l是根據(jù)本公開的具有扯下裝置的井下工具的局部橫截面示意圖，其 中井下工具是井下鉆井工具；圖2是根據(jù)本公開的具有扯下裝置的井下工具的局部橫截面示意圖，其 中井下工具是鋼絲繩工具；圖3是根據(jù)本公開的可伸出部件處于縮回位置的井下工具的側(cè)視圖；圖4是根據(jù)本公開的可伸出部件處于伸出位置的井下工具的側(cè)視圖；圖5A、 5B和5C是支撐活塞在從伸出位置移動(dòng)到縮回位置時(shí)的局部橫 截面?zhèn)萟L圖；圖6是根據(jù)本公開的可伸出探針?lè)飧羝鞯臋M截面?zhèn)纫晥D；和 圖7是根據(jù)本公開的具有可伸出探針?lè)飧羝骱蛡?cè)面活塞的井下工具的局 部橫截面平面圖。應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖不一定是按比例的，而且，所公開的實(shí)施例有時(shí)僅 是示意性地且以局部視圖示出。在一些情況下，可能省略了對(duì)于理解所公開 的方法和裝置不是必需的細(xì)節(jié)或使其它細(xì)節(jié)難以理解的細(xì)節(jié)。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理 解，本公開不限于這里示出的特定實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
本公開涉及用于釋放在鉆井環(huán)境中或在鋼絲繩環(huán)境中粘附到井筒壁的 井下工具的可伸出部件的裝置和方法。這里公開的裝置和方法使承載有粘附到井筒壁的接觸頭的從動(dòng)軸傾斜，以實(shí)現(xiàn)接觸頭的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并降低存在于 井筒和地層之間的壓差的有效保持力。因此，使可伸出部件更可靠地脫離井 筒壁并縮回到工具中。在一改進(jìn)中，接觸頭彎曲以促進(jìn)接觸頭橫穿井筒壁的 滾動(dòng)。進(jìn)一步地，彎曲外表面的曲率半徑小于井筒壁的曲率半徑，以便接觸 頭與井筒壁脫離。在另一改進(jìn)中，井下工具可包括側(cè)面活塞，當(dāng)從動(dòng)軸傾斜 時(shí)，該側(cè)面活塞同時(shí)在^f黃向上移動(dòng)工具。在示例性實(shí)施例中，根據(jù)本公開的可伸出部件由井下工具運(yùn)送，井下工 具例如是圖1的鉆具10或圖2的鋼絲繩工具10'。可伸出部件也可以用于插入到井筒中或形成井筒的任何其它類型的工具中。圖1示出了井下鉆具10,該井下鉆具10從鉆機(jī)5配置并進(jìn)入地下以形 成井筒14。井筒穿透含地層流體21的地下地層F。該井下鉆具由一個(gè)或多 個(gè)形成鉆柱28的鉆鋌11從鉆機(jī)懸吊下來(lái)。"泥漿"被泵送通過(guò)鉆柱28并 乂人鉆具10的鉆頭30流出。泥漿通過(guò)井筒纟皮向上泵送回到地面以進(jìn)4于過(guò)濾和 再循環(huán)。當(dāng)泥漿通過(guò)井筒時(shí)，它沿著井筒壁17形成泥漿層或泥餅15。 一部 分泥漿可能滲入地層以形成地層F的侵入帶25。井下鉆具10可以vA井筒中移出，鋼絲繩工具IO'(圖2)可以通過(guò)鋼絲繩 繩索18下入到井筒中。能夠進(jìn)行取樣和/或測(cè)試的鋼絲繩工具的示例在美國(guó) 專利No.4,936，139和No.4,860，581中描述，其全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。井下工具10'可利用常規(guī)的鋼絲繩18或?qū)Ь€(conductor)或常規(guī)的管子或撓性管配置到井筒14中并懸吊在鉆機(jī)5之下。示出的工具10'具有各種模塊和/或部件12,包括但不限于探針26'，該探針26'用于與地層F建立流體連通并如箭頭所示將流體21吸入井下工具中?？梢栽O(shè)置支撐活塞8，以進(jìn)一步將井下工具10'推靠在井筒壁17上并幫助探針與井筒壁17接合。圖1和2的工具可以是如圖2所示的組合式的、或是如圖l所示的一體式的、或是它們的結(jié)合。圖3和圖4示出了根據(jù)本公開的具有可伸出部件的井下工具40。該井下 工具40包括沿著軸線44延伸的細(xì)長(zhǎng)殼體42。井下工具40的尺寸確定為可 以插入到上面沉積有一層泥餅15的井筒壁17中。如上面所指出的，井下工 具40可包括連結(jié)在一起以形成組合式工具的多個(gè)節(jié)段或模塊48。井下工具40所具有的可伸出部件之一是推靠臂(backup shoe)或支撐活 塞(backup piston)50。支撐活塞50從殼體42徑向向外延伸以與井筒壁17接 合，從而將井下工具40壓向井筒壁17的沿直徑正相反的部分。如圖3所示， 支撐活塞50包括驅(qū)動(dòng)元件，例如基軸52,以及聯(lián)接到該基軸52的連結(jié)殼體 54。被驅(qū)動(dòng)的元件，例如從動(dòng)軸56,聯(lián)接到基軸52并承載活塞頭58形式的 接觸頭。支撐活塞50具有縮回位置，在該縮回位置，活塞頭58布置成更靠 近工具殼體42，因此一般與井筒壁17分離，如圖3所示。支撐活塞50可以 從縮回位置徑向向外移動(dòng)到伸出位置，在伸出位置，活塞頭58更加遠(yuǎn)離工 具殼體42以與井筒壁17接合，如圖4所示。井下工具40還包括探針組件60形式的可伸出部件。探針組件60包括 封隔器頭62,該封隔器頭62可包括多個(gè)封隔器部件，例如內(nèi)外封隔器。樣 品入口 64設(shè)置成用于接收將要被存儲(chǔ)和/或評(píng)價(jià)的地層樣品物質(zhì)。防護(hù)裝置 可以局部地或完全圍繞樣品入口 64延伸，以防止泥漿滲入地層樣品中。探 針組件60具有縮回位置，在該位置，封隔器頭62更靠近工具殼體42,并且 一般與井筒壁17分隔開。探針組件60可移動(dòng)到伸出位置，在伸出位置，封 隔器頭更加遠(yuǎn)離工具殼體42并與井筒壁17接合，如圖4所示。當(dāng)收集地層 樣品時(shí)，通常使探針組件60和支撐活塞50伸出，以穩(wěn)定井下工具40在井 內(nèi)的位置。支撐活塞50包括基軸52和從動(dòng)軸56之間的柔性連接，以易于活塞頭 58在縮回期間的滾動(dòng)，從而，如果活塞頭被卡住，則可以使令活塞頭58保持抵靠在井筒壁17上的力最小化。如圖5A中詳細(xì)示出的，基軸52限定了 基軸軸線84，并包括延伸進(jìn)入由連結(jié)殼體54限定的內(nèi)部腔室中的末端70。 錨定銷72附接到基軸末端70。連結(jié)殼體54包括從基軸52向外延伸的凸緣 部分74和從凸緣部分74徑向向外延伸的圓柱形壁部分76。外凸緣78從圓 柱形壁76向內(nèi)延伸，并限定出鄰接表面80。外凸緣82限定出一孔，該孔的 尺寸確定為在具有一些額外余隙空間的條件下接收從動(dòng)軸56。從動(dòng)軸56包括由墊板92聯(lián)接到活塞頭98的末端90。從動(dòng)軸56的近端 94定位為鄰近基軸52的末端70。傾斜臂96聯(lián)接到從動(dòng)軸56并設(shè)置于連結(jié) 殼體54內(nèi)。傾斜臂96沿著接觸參考線98定向，該接觸參考線98相對(duì)于從 動(dòng)軸軸線100以傾斜角"a"設(shè)置。角a可以是除了 0或90度以外的任何角 度，使得傾斜臂96限定出設(shè)置于從動(dòng)軸56的兩相對(duì)側(cè)的前后接觸點(diǎn)102、 104。正如這里使用的，術(shù)語(yǔ)"傾斜臂，，旨在包括提供位于從動(dòng)軸56的相對(duì) 側(cè)的前后接觸點(diǎn)的任何結(jié)構(gòu)。從動(dòng)軸56柔性聯(lián)接到主軸52,以允許它們之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如圖5A所 示，彈簧106、 108在傾斜臂96和錨定銷72的鄰近端部之間延伸。彈簧106、 108置于受拉狀態(tài)下，使得它們施加彈性力，該彈性力將從動(dòng)軸56保持在如 圖5A和5C所示的正常位置，在該位置處，A/v動(dòng)軸的近端94與主軸的末端 70接觸。當(dāng)活塞頭粘附到井筒壁17使得保持力阻止從動(dòng)軸56在徑向向內(nèi)的方向 上運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧106、 108允許主軸52離開從動(dòng)軸56,如圖5B所示。隨著 主軸52繼續(xù)縮回，主軸52和從動(dòng)軸56之間的距離增加直到傾斜臂96的前 接觸點(diǎn)102與連結(jié)殼體54的鄰接表面80接合。此時(shí)，防止了主軸52和從 動(dòng)軸56進(jìn)一步分離，但傾斜臂96的角度允許從動(dòng)軸56旋轉(zhuǎn)或傾斜，如圖 5B所示。從動(dòng)軸56將繼續(xù)傾斜直到后接觸點(diǎn)104與鄰接表面80接合，此 時(shí)從動(dòng)軸56將被保持在一固定角度。正如圖5B中很明顯的，從動(dòng)軸軸線 100相對(duì)于基軸軸線84以一角度布置。通過(guò)以這種方式使從動(dòng)軸56傾斜， 而使活塞頭58的一部分滾動(dòng)或被撬動(dòng)從而與井筒壁17脫離接觸。因此，由 壓差施加的保持力作用在活塞頭58的更小的有效面積上，從而減小了拉拽 活塞頭98以使其與井筒壁17完全脫離接觸所需的力的大小。一旦活塞頭58完全脫離井筒壁，彈簧106、 108就再次拉拽從動(dòng)軸58， 以使從動(dòng)軸近端94與主軸末端70鄰接，如圖5C所示。這樣，5U掌活塞50可以與從動(dòng)軸56 —起完全縮回到正常位置。相似的柔性連接設(shè)置在探針組件60中。正如圖6中所最佳示出的，探 針組件設(shè)置于形成在工具殼體42中的空腔20中。探針組件60包括驅(qū)動(dòng)元 件，該驅(qū)動(dòng)元件是由兩個(gè)半部122a、 122b形成的活塞塊122的形式。形成 在活塞塊半部122a中的臺(tái)肩124限定出一鄰接表面126?；钊麎K122還限定 出一中央空腔，用于接收被驅(qū)動(dòng)的元件，例如樣品基座130。樣品基座130 包括前后凸緣132、 134形式的傾斜臂。樣品入口 136聯(lián)接到基座130并包 括入口管道138,可以通過(guò)該入口管道138收集地層流體。環(huán)形防護(hù)入口 140 圍繞樣品入口 136延伸，用于防止被污染的流體滲入在樣品入口 136處接收 到的樣品流體中。內(nèi)部封隔器142設(shè)置于樣品入口 136和防護(hù)入口 140之間， 外部封隔器144圍繞防護(hù)入口 140延伸。利用防護(hù)和樣品入口進(jìn)行取樣的更 詳細(xì)的解釋可以在美國(guó)專利6,964,301中找到，具體可以參考圖5和6B,這 里將該專利的內(nèi)容引入作為參考。探針組件60可從如圖6所示的縮回位置移動(dòng)到伸出位置?；钊麎K122 的尺寸確定為可以沿著空腔120的外壁在徑向向外的方向上滑動(dòng)，從而使封 隔器142、 144與井筒壁接觸。前后凸緣132、 134與鄰接表面124之間的間 隙允許樣品基座130相對(duì)于活塞塊122運(yùn)動(dòng)。樣品基座130在一端通過(guò)彈簧 146柔性聯(lián)接到活塞塊122,在相反端通過(guò)活塞148柔性4關(guān)接到活塞塊122。如果封隔器頭62卡到井筒壁上，前后凸緣132、 134的徑向偏移位置將 使探針基座130隨著活塞塊132縮回而自動(dòng)傾斜。更具體地， 一旦前凸緣132 與鄰接表面124接合，樣品基座130就圍繞接觸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)直到后凸緣也與鄰接 表面124接合，此時(shí)探針基座130將相對(duì)于活塞塊132被保持在一恒定角度。 探針基座130的傾斜將使探針頭62的一部分旋轉(zhuǎn)以與井筒壁脫離接觸，從 而降低了表面頭62與井筒壁接觸的量，因此降低了壓差所施加的有效保持 力。 一旦整個(gè)探針頭62與井筒壁脫離，探針基座130就會(huì)回到正常位置， 從而使探針組件可以完全縮回。為了促進(jìn)額外的滾動(dòng)，并為了能減輕在探針基座130傾斜時(shí)可能施加在 探針頭62上的剪應(yīng)力，井下工具40還可包括用于在橫向方向上移動(dòng)井下工 具40的側(cè)面活塞150，如圖7所示。在佳j笨針組件60縮回的同時(shí)側(cè)面活塞 150可以從縮回位置延伸到與井筒壁17接合的伸出位置。側(cè)面活塞150的伸 出引入了額外的力，該力趨向于使探針頭62滾動(dòng)以與井筒壁17脫離接觸，從而使探針組件60更可靠地與壁17脫離。雖然僅闡述了一些實(shí)施例，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，從上面的描述 顯然可以得到替換方案和變型。這些和其它替換方案被認(rèn)為是等同物且落入 本公開和所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種井下工具的可伸出部件，用在橫穿地下地層并限定井筒壁的井筒中，所述可伸出部件包括驅(qū)動(dòng)元件，限定軸線并具有末端；鄰接部，與驅(qū)動(dòng)元件的末端徑向間隔開；被驅(qū)動(dòng)元件，柔性聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)元件，并限定出被驅(qū)動(dòng)元件的軸線，該被驅(qū)動(dòng)元件具有末端和鄰近驅(qū)動(dòng)元件設(shè)置的近端；傾斜臂，聯(lián)接到被驅(qū)動(dòng)元件，相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)元件的軸線成角度布置，并構(gòu)造成與鄰接部接合，該被驅(qū)動(dòng)元件可在正常位置和傾斜位置之間移動(dòng)，在正常位置，被驅(qū)動(dòng)元件的軸線與驅(qū)動(dòng)元件的軸線基本平行，在傾斜位置，傾斜臂與鄰接部接合使得被驅(qū)動(dòng)元件的軸線相對(duì)于驅(qū)動(dòng)元件的軸線成角度布置；和接觸頭，聯(lián)接到被驅(qū)動(dòng)元件的末端并適于與井筒壁接合。
2. 如權(quán)利要求l所述的井下工具的可伸出部件，其中接觸頭包括彎曲 的外表面。
3. 如權(quán)利要求2所述的井下工具的可伸出部件， 的曲率半徑小于井筒壁的曲率半徑。
4. 如權(quán)利要求1所述的井下工具的可伸出部件，頭。
5. 如權(quán)利要求1所述的井下工具的可伸出部件， 封隔器。
6. 如權(quán)利要求1所述的井下工具的可伸出部件， 動(dòng)元件聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)元件。
7. 如權(quán)利要求1所述的井下工具的可伸出部件， 到#皮驅(qū)動(dòng)元件的相對(duì)兩側(cè)并從該凈皮驅(qū)動(dòng)元件的相對(duì)兩4
8. 如權(quán)利要求1所述的井下工具的可伸出部件， 從被驅(qū)動(dòng)元件的相對(duì)兩側(cè)延伸的凸緣。
9. 如權(quán)利要求1所述的井下工具的可伸出部件， 至少 一個(gè)彈簧的組合將^f皮驅(qū)動(dòng)元件聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)元件。
10. 如權(quán)利要求1所述的井下工具的可伸出部件，其中可伸出部件包括其中所述彎曲外表面 其中接觸頭包括活塞 其中接觸頭包括探針 其中一組彈簧將被驅(qū) 其中傾斜臂包括聯(lián)接 其中傾斜臂包括一對(duì) 其中至少一個(gè)活塞和支撐活塞，其中驅(qū)動(dòng)元件包括基軸，并且被驅(qū)動(dòng)元件包括從動(dòng)軸。
11. 如權(quán)利要求1所述的井下工具的可伸出部件，其中可伸出部件包括 探針組件，其中驅(qū)動(dòng)元件包括活塞塊，并且被驅(qū)動(dòng)元件包括樣品基座。
12. —種井下工具，用在橫穿地下地層并限定井筒壁的井筒中，所述井 下工具包括限定縱向軸線的細(xì)長(zhǎng)殼體；與殼體相關(guān)聯(lián)的可伸出部件，該可伸出部件包括驅(qū)動(dòng)元件，可滑動(dòng)地聯(lián)接到殼體并限定了基本垂直于殼體縱向軸線 的驅(qū)動(dòng)元件軸線，該驅(qū)動(dòng)元件可沿著所述驅(qū)動(dòng)元件軸線在縮回位置和伸 出位置之間移動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)元件具有末端和設(shè)置于殼體內(nèi)的近端；鄰接部，與驅(qū)動(dòng)元件的末端徑向向外間隔開；柔性聯(lián)接部，聯(lián)接到軸末端；被驅(qū)動(dòng)元件，聯(lián)接到柔性聯(lián)接部并限定被驅(qū)動(dòng)元件的軸線； 傾斜臂，聯(lián)接到被驅(qū)動(dòng)元件并限定前接觸點(diǎn)和后接觸點(diǎn)，前接觸點(diǎn) 和后接觸點(diǎn)沿著相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)元件的軸線以傾斜角布置的接觸參考線 對(duì)準(zhǔn)，并構(gòu)造成與鄰接部接合，其中被驅(qū)動(dòng)元件可從正常位置移動(dòng)到傾 斜位置，在正常位置，被驅(qū)動(dòng)元件的軸線與驅(qū)動(dòng)元件的軸線基本平行， 在傾斜位置，前接觸點(diǎn)和后接觸點(diǎn)與鄰接部接合，使得被驅(qū)動(dòng)元件的軸線相對(duì)于驅(qū)動(dòng)元件的軸線成角度布置；和接觸頭，聯(lián)接到被驅(qū)動(dòng)元件的末端并適于與井筒壁接合。
13. 如權(quán)利要求12所述的井下工具，還包括聯(lián)接到殼體并從可伸出部 件徑向偏移的可伸出的側(cè)面活塞。
14. 如權(quán)利要求12所述的井下工具，其中接觸頭包括彎曲的外表面。
15. 如權(quán)利要求12所述的井下工具，其中所述彎曲外表面的曲率半徑小于井筒壁的曲率半徑。
16. 如權(quán)利要求12所述的井下工具，其中接觸頭包括活塞頭。
17. 如權(quán)利要求12所述的井下工具，其中接觸頭包括探針?lè)飧羝鳌?br> 18. 如權(quán)利要求12所述的井下工具，其中一組彈簧將被驅(qū)動(dòng)元件聯(lián)接 到驅(qū)動(dòng)元件。
19. 如權(quán)利要求12所述的井下工具，其中傾斜臂包括聯(lián)接到被驅(qū)動(dòng)元 件的相對(duì)兩側(cè)并從該纟皮驅(qū)動(dòng)元件的相對(duì)兩側(cè)延伸的銷。
20. 如權(quán)利要求12所述的井下工具，其中傾斜臂包括一對(duì)從被驅(qū)動(dòng)元 件的相對(duì)兩側(cè)延伸的凸纟彖。
21. 如權(quán)利要求12所述的井下工具，其中至少一個(gè)活塞和至少一個(gè)彈 簧的組合將被驅(qū)動(dòng)元件聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)元件。
22. —種使井下工具的可伸出部件的接觸頭從橫穿地下地層的井筒的壁 脫離的方法，該方法包4舌通過(guò)使聯(lián)接到接觸頭的被驅(qū)動(dòng)元件傾斜而使接觸頭的 一部分旋轉(zhuǎn)離開 井筒壁，從而使接觸頭與井筒壁接合的表面區(qū)域減??；和^f吏4皮驅(qū)動(dòng)元件在徑向向內(nèi)的方向上縮回，以偵^姿觸頭的已減小的表面區(qū) 域與井筒壁分離。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，將被驅(qū)動(dòng)元件柔性聯(lián)接到驅(qū)動(dòng) 元件，并且其中，將傾斜臂聯(lián)接到被驅(qū)動(dòng)元件，該傾斜臂相對(duì)于傾斜軸軸線 成角度布置并構(gòu)造成與一鄰接部接合，該鄰接部相對(duì)于驅(qū)動(dòng)元件在遠(yuǎn)側(cè)隔 開，其中驅(qū)動(dòng)元件的縮回使傾斜臂與鄰接部接觸，從而使被驅(qū)動(dòng)元件自動(dòng)傾斜。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中被驅(qū)動(dòng)元件的縮回通過(guò)使驅(qū)動(dòng)元 件進(jìn)一步在徑向向內(nèi)的方向上縮回而進(jìn)行。
25. 如權(quán)利要求23所述的方法，還包括在使所述接觸頭的一部分旋轉(zhuǎn) 離開井筒壁的同時(shí)，使井下工具在橫向方向上移位。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，其中井下工具還包括用于使井下工具 在橫向方向上移位的側(cè)面活塞。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有可伸出部件的井下工具及使其從井筒壁脫離的方法。用在橫穿地下地層的井下工具中的可伸出部件包括驅(qū)動(dòng)元件，限定一軸線并具有一末端；和鄰接部，與驅(qū)動(dòng)元件的末端徑向間隔開。被驅(qū)動(dòng)元件限定出被驅(qū)動(dòng)元件的軸線、柔性聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)元件，并包括一鄰近驅(qū)動(dòng)元件設(shè)置的近端和一末端。傾斜臂聯(lián)接到被驅(qū)動(dòng)元件，相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)元件的軸線以一角度布置，并構(gòu)造成與鄰接部接合。該被驅(qū)動(dòng)元件可在正常位置和傾斜位置之間移動(dòng)。接觸頭聯(lián)接到被驅(qū)動(dòng)元件的末端并適于與井筒壁接合。
文檔編號(hào)E21B49/00GK101328804SQ20081010001
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者亞歷山大·F·扎佐夫斯基, 克里斯托弗·S·德爾坎波, 斯蒂夫·歐文, 斯蒂法尼·布里奎特 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司