專利名稱：用于輸送測井儀器通過一段地球巖層的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及一種測井儀器的輸送設備，更具體地說，涉及一種用于輸送一個測井儀器通過一段由水平的或者偏斜較大的井眼所橫斷的地球巖層的方法和設備。
為了經(jīng)濟地從一個儲油層中開采出碳氫化合物，愈來愈常見的方法是穿過一段地球巖層鉆出一個偏離傳統(tǒng)的豎直定向的井眼。這種偏離可以通過鉆出一個與該豎直軸線偏離一個銳角或者逐漸增加角度的井眼而產(chǎn)生。這種偏離也可以通過鉆出一個從該垂直軸線水平地延伸的井眼而產(chǎn)生。在本技術領域眾所周知的是，為了對圍繞這樣偏斜的或水平的井眼的巖層進行錄井，需要把連接在電線和/或電纜上的測井儀器往下放置在井眼內(nèi)。這種儀器通常依靠重力而使它定位在該井眼內(nèi)的。但是，當該井眼以相當大的角度鉆出時，該儀器和電線上的重力就不足以克服由于該儀器和電線碰在井眼壁的較大的偏斜部分上所引起的摩擦力。因而諸如鉆管和盤繞管這樣的剛性裝置已經(jīng)在水平的或較大偏斜的井眼中用來輸送測井儀器。以這種方式輸送測井儀器時常需要化費許多工時。此外，盤繞管輸送能達到的地方由于翹曲而受到限制。因此，需要提供一種能輸送測井儀器通過井眼的水平的或較大偏斜的部分的經(jīng)濟和方便的裝置。
現(xiàn)有技術的上述缺點可以通過本發(fā)明的一種用于輸送至少一個測井儀器通過一段由一個水平的或較大偏斜的井眼所橫斷的地球巖層的設備和方法來克服。該輸送設備包括一對可樞轉(zhuǎn)地安裝在一個支承構件上的弧形凸輪；用來偏壓每個凸輪的弧形表面使之與井眼壁相接觸的裝置，以及可操縱地與每個凸輪相連接的致動裝置。測井儀器與輸送設備相連接。當兩個致動裝置中的任一個沿第一方向起動時，與該起動的致動裝置相連接的凸輪線性地向前移動并且該凸輪的弧形表面沿井眼壁滑動。當任一個致動裝置沿第二方向起動時，該起動的致動裝置就拉著該連接的凸輪向后，由此偏壓裝置使凸輪的弧形表面鎖緊在井眼壁上。凸輪被鎖定以后，致動裝置的進一步移動將推動輸送設備和測井儀器沿著該偏斜較大的或水平的井眼前進。
一種用于輸送至少一個測井儀器通過一段由一個水平的或者較大偏斜的井眼所橫斷的地球巖層的方法，包括以下步驟，提供一種輸送設備，該設備具有一對可樞轉(zhuǎn)地安裝在一個支承構件上的弧形凸輪；用來偏壓每個凸輪的弧形表面使之與井眼壁相接觸的裝置；以及可操縱地與每個凸輪相連接的致動裝置。至少一個測井儀器與該輸送裝置相連接。
在該較佳實施例中，該對凸輪被同時操動。起動第一凸輪的致動裝置以使該第一凸輪沿著前進方向移動。同時起動第二凸輪的致動裝置，以便拉著該第二凸輪向后，由此把該弧形部分鎖緊在井眼壁上并且推動該輸送設備和測井儀器前進。反向進行這些操作，即起動第一凸輪的致動裝置以便拉著該第一凸輪向后，由此把弧形部分鎖緊在井眼壁上并且推動該輸送設備和測井儀器前進，而起動第二凸輪的致動裝置以使該第二凸輪沿前進方向移動。重復這些步驟直到把該測井儀器輸送到一個預定位置上為止。
在本發(fā)明的第二實施例中，首先凸輪對同時被操動。同時起動每個凸輪的致動裝置，以便拉著每個凸輪向后，由此把弧形部分鎖緊在井眼壁上并且推動該輸送設備和測井儀器前進。接著，順序地起動致動裝置以使每個凸輪沿前進方向移動。重復這些步驟直到把該測井儀器輸送到一個預定位置上為止。
在本發(fā)明的第三實施例中，一個致動裝置作往復運動而另一個致動裝置則保持不動。起動該運動的致動裝置以便拉著凸輪向后，由此把弧形部分鎖緊在井眼壁上并且推動輸送設備和測井儀器前進。然后再起動該運動的致動裝置使凸輪沿前進方向移動。重復這些步驟直到把該測井儀器輸送到一個預定位置上為止。
本發(fā)明的優(yōu)點通過下面對附圖的說明將一清二楚。應當理解的是，這些附圖只是用來對本發(fā)明進行舉例說明而不是對本發(fā)明的限定。
附圖中

圖1示出了在偏斜的井眼中的一個儀器套管；圖2示出了本發(fā)明的輸送設備；圖3a-3b分別示出了該輸送設備在小直徑和大直徑井眼中的情況；以及圖4a-4c分別示出了一個具有一對凸輪的輸送設備作連續(xù)運動時的位置、速度和力與時間的關系曲線圖。
圖1大略地示出了在一個偏斜的井眼12中的儀器套管10。井眼12中通常襯有在巖層上粘緊就位的鋼套管并且還可以包括開采管道。但是，本發(fā)明的考慮范圍也包括裸眼井。儀器套管10包括至少一個通過適當?shù)难b置連接在輸送設備16上的測井儀器14。儀器套管10還包括用來向輸送設備16提供電源的電子設備。儀器套管10懸掛在一根鎧裝電纜18上。一個絞車(未示出)設置在地面上用來使在井眼12的豎直部分中的儀器套管10上升和下降。在本發(fā)明的一個較佳實施例中，測井儀器14位于儀器套管10的遠端，而輸送設備16位于儀器套管10的近端。另一個辦法是，測井儀器14位于儀器套管10的近端，而輸送設備16位于儀器套管10的遠端。
參看圖2，輸送設備16包括一個用來使凸輪20線性地移動的致動器24，該凸輪安裝成可圍繞一個支承構架22樞轉(zhuǎn)。凸輪20由一種堅固的耐腐蝕和耐摩損的材料構成，例如不銹鋼。凸輪20包括一對具有弧形表面的對置件26a和26b以及一個用來偏壓凸輪20的弧形部分與井眼12的壁相接觸的裝置。最好是，該偏壓裝置包括一個放置在每個對置件26a與26b之間的彈簧28和該支承構架22。彈簧28可以由一個扭簧、牽簧或者壓縮彈簧構成。在本發(fā)明另一個實施例中，彈簧28放置在件26a與26b之間以便偏壓該對置件互相面對并且與井眼12的壁相接觸?？捎脕砥珘和馆?0靠緊在井眼12上的其他裝置，包括機電裝置或液壓裝置也在本發(fā)明的考慮范圍內(nèi)。為進一步改進在凸輪20與井眼12之間的接觸情況，凸輪20可以具有可固定地連接在弧形面上的柱件或顆粒件29。柱件或顆粒件29由一種具有很高硬度和耐磨性的材料構成，例如碳化鎢。
仍參看圖2，致動器24可操縱地與凸輪20相連接。致動器24包括一個用來使螺桿32轉(zhuǎn)動的電機30。致動器24還可以包括一個設置在電機30與螺桿32之間的減速齒輪箱34。另一個辦法是，致動器24可以由用來使凸輪20直線地移動的其他裝置組成，包括(但不是限于)一個由電機驅(qū)動的液壓泵作為動力的液壓活塞。當電機30沿一個方向轉(zhuǎn)動時，螺桿32就使凸輪20直線地向前移動并且使弧形部分滑動地與井眼壁相接合。當電機30沿相反方向轉(zhuǎn)動時，螺桿32就拉著凸輪20向后并且把弧形部分鎖緊在井眼壁12上并且推動輸送設備和測井儀器前進。
輸送設備16可以與一個變直徑井眼12的井眼壁鎖緊或滑動地接合。圖3a-3b示出了在一個小和大直徑井眼12內(nèi)的輸送設備16。接觸角θ是在凸輪20的弧形部分與井眼壁的接觸點位置和通過樞軸點40畫出并且與井眼壁12相垂直的一條直線之間的角度。用來把凸輪20鎖緊在井眼壁上所需要的該接觸角與在凸輪20和井眼壁12之間的摩擦特性有關。接觸角θ的正切值必須小于在凸輪與井眼壁12之間的摩擦系數(shù)，從而使致動器24可以把凸輪20鎖緊在井眼壁上。為適應變直徑的井眼，當凸輪20向內(nèi)或向外樞轉(zhuǎn)以適應井眼直徑時該接觸角仍保持不變。
在一個較佳實施例中，輸送設備16包括一對用來使安裝成可圍繞支承構架22,22’樞轉(zhuǎn)的凸輪20,20’直線地移動的致動器24,24’。一個凸輪20或20’的向前滑動的作用力將在輸送設備16和測井儀器14上施加一個力圖使該設備16和測井儀器14向后移動的反作用力。同樣地，在被拉入井眼12的高度偏斜或水平部分中的鎧裝電纜18中的拉力也力圖使設備16和儀器14向后移動。該另一個凸輪20’或20(它被鎖緊在井眼壁12上而不向前滑動)則阻止設備16和測井儀器14向后移動。
圖4a-4c分別示出了該較佳輸送設備16作連續(xù)運動時的位置、速度和力與時間的關系曲線圖。在原始位置(t=0處)，第一致動器24全部伸出一個近似等于螺桿32的長度的距離。而在該原始位置，第二致動器24’則全部退回。為了輸送測井儀器14，第一電機30沿一個方向轉(zhuǎn)動并且使螺桿32退回，該螺桿拉著凸輪20向后并且把弧形部分鎖緊在井眼壁12上以及把該輸送設備和測井儀器向前推進。同時，第二電機30’沿一方向轉(zhuǎn)動而螺旋32’把凸輪20’線性地向前移動并且弧形部分與井眼壁12滑動地接合。然后反向進行這些操作，使得第一電機30以相反方向轉(zhuǎn)動，螺旋32使凸輪20線性地向前移動和弧形部分與井眼壁12滑動地接合，同時第二電機30’以相反方向轉(zhuǎn)動并且使螺桿32退回，該螺桿拉著凸輪20’向后并且把弧形部分鎖緊在該井眼壁上以及把該輸送設備和測井儀器向前推進。圖4b-4c顯示出該輸送設備16和測井儀器14的純移動是連續(xù)的，并且速度與拉力成反比，由此說明了通過鎧裝電纜18提供有限量電力的能力。
在本發(fā)明的第二實施例中，該對凸輪20,20’先是同時動作，隨后再順序地動作。即每個凸輪20,20’的致動器24,24’同時起動以便拉著每個凸輪20,20’向后并由此把弧形部分鎖緊在井眼壁12上并且把輸送設備16和測井儀器14向前推進。然后，順序地起動該致動器24,24’以便使每個凸輪20,20’沿前進方向移動。重復進行這些步驟直到該測井儀器14被輸送到一個預定位置為止。
在本發(fā)明的第三實施例中，一個致動器24或24’往復運動而另一個致動器24’或24則保持不動。起動該運動的致動器24或24’以便拉著凸輪20或20’向后，由此把弧形部分鎖緊在井眼壁12上并且把輸送設備16和測井儀器14向前推進。然后再起動該運動的致動器24或24’使凸輪20或20’沿前進方向移動。重復進行這些步驟直到該測井儀器14被輸送到一個預定位置為止。
上面所給出的本發(fā)明的較佳的和可更換的實施例的說明其目的是為了圖示和說明。而并不是用來窮舉本發(fā)明或者把本發(fā)明限制在所公開的精確的結(jié)構形式上。顯然，對于本領域技術熟練的人來說，許多改進和變化將是一目了然的。選擇這些實施例來進行描述只是為了最好的解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，從而使在本領域技術熟練的人能理解本發(fā)明對于那些適合于預期的具體用途的各種實施例和具有各種改進的實施例都是適用的。本發(fā)明的范圍由所附的權利要求書及其等效物所規(guī)定。
權利要求
1．一種用于輸送至少一個測井儀器通過一段由一個水平的或偏斜的井眼所橫斷的地球巖層的設備，該設備包括a)一個安裝在一個支承構件上的凸輪，該凸輪具有用來偏壓該凸輪的一部分使之與該井眼壁相接觸的裝置；以及b)可操縱地與該凸輪相連接的致動裝置，該裝置ⅰ)當沿第一方向驅(qū)動時，使該凸輪線性地向前移動并使該部分滑動地與該井眼壁相嚙合，以及ⅱ)當沿第二方向驅(qū)動時，拉著該凸輪向后，由此把該部分鎖緊在該井眼壁上。
2．如權利要求1所述的設備，其特征在于，該輸送設備包括一對凸輪，每個凸輪具有一個相應的可操縱地連接在該凸輪上的致動裝置。
3．如權利要求1所述的設備，其特征在于，該凸輪還包括一對安裝在該支承構件上的對置件。
4．如權利要求3所述的設備，其特征在于，該凸輪還包括一對偏壓裝置，每個偏壓裝置的第一端與該支承構件相連接以及每個偏壓裝置的第二端與一個對置件相連接。
5．如權利要求3所述的設備，其特征在于，該偏壓裝置的第一端與一個對置件相連接，以及該偏壓裝置的第二端與該另一個對置件相連接。
6．如權利要求1所述的設備，其特征在于，該凸輪具有多個連接在該部分凸輪上的柱件。
7．一種用于輸送至少一個測井儀器通過一段由一個水平的或偏斜的井眼所橫斷的地球巖層的方法，其步驟包括a)提供權利要求1所述的輸送設備；b)把該輸送設備與該測井儀器相連接；c)起動該致動裝置，以便拉著該凸輪向后，由此把該部分鎖緊在該井眼壁上；d)起動該致動裝置，以便使該凸輪沿前進方向移動；以及e)重復步驟(c)-(d)直到把該測井儀器輸送到一個預定位置上為止。
8．如權利要求7所述的方法，其特征在于，該輸送設備具有一對凸輪，每個凸輪具有一個相應的可操縱地連接在該凸輪上的致動裝置。
9．如權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(c)和(d)還包括ⅰ)同時起動每個致動裝置，以使每個凸輪向后移動，由此使該部分鎖緊在該井眼壁上；以及ⅱ)順序地起動每個致動裝置，以使每個凸輪沿前進方向移動。
10．如權利要求8所述的方法，其特征在于，該對凸輪被同時操動，步驟(c)和(d)還包括ⅰ)起動一個致動裝置以使一個凸輪沿前進方向移動；ⅱ)同時起動該另一個致動裝置以便拉著該另一個凸輪向后，由此使該部分鎖緊在該井眼壁上；ⅲ)起動步驟(ⅱ)的該致動裝置，以使步驟(ⅱ)的該凸輪沿前進方向移動；以及ⅳ)同時起動步驟(ⅰ)的該致動裝置以便拉著步驟(ⅰ)的該凸輪向后，由此使該部分鎖緊在該井眼壁上。
11．如權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(c)和(d)還包括ⅰ)推動一個凸輪靠緊在該井眼壁上；ⅱ)起動該另一個致動裝置，以使該另一個凸輪沿前進方向移動；ⅲ)起動步驟(ⅱ)的該致動裝置以便拉著步驟(ⅱ)的該凸輪向后，由此使該部分鎖緊在該井眼壁上；以及ⅳ)重復步驟(ⅱ)-(ⅲ)直到把該測井儀器輸送到一個預定位置為止。
12．如權利要求11所述的方法，其特征在于，使用一個偏壓裝置使步驟(ⅰ)的該凸輪靠緊在該井眼壁上。
全文摘要
一種用于輸送至少一個測井儀器通過由一個水平的或偏斜的井眼所橫斷的巖層的輸送設備。該設備包括一對弧形凸輪,凸輪的偏壓裝置,以及凸輪的致動裝置。測井儀器與輸送設備相連接。當致動裝置沿第一方向起動時,凸輪線性地向前沿井眼壁滑動。當致動裝置沿第二方向起動時,就拉著凸輪向后,由此偏壓裝置使凸輪鎖緊在井眼壁上。凸輪被鎖定以后,致動裝置的進一步移動將推動輸送設備和測井儀器沿著該偏斜較大的或水平的井眼前進。
文檔編號E21B4/00GK1210934SQ9811889
公開日1999年3月17日 申請日期1998年9月4日 優(yōu)先權日1997年9月5日
發(fā)明者A·J·薩爾沃塞 申請人:施盧默格海外有限公司