具有集成的样本定向工具的岩心筒头组件及使用该组件的系统技术方案

本发明专利技术提供了一种岩心筒头组件，所述岩心筒头组件具有被配置成获取定向数据的至少一个电子仪器；电源；和通信装置，所述通信装置用于接收和/或发送定向数据，以便在岩心样本井下勘测和/或样本定向系统中使用，所述通信装置被配置成提供岩心样本相对于岩心被从中提取的材料主体的定向指示，并且本发明专利技术还提供一种识别岩心样本定向的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成的样本定向工具的岩心筒头组件及使用该组件的系统相关专利申请的交叉引用本申请要求提交于2014年4月21日的美国临时专利申请No.61/982,052的优先权，该临时专利申请全文以引用方式并入本文。
本专利技术涉及在钻井操作中井下勘测。更具体地讲，本专利技术涉及具有至少一个电子仪器和样本定向系统的岩心筒组件，所述至少一个电子仪器被配置用于岩心样本井下勘测。在一个示例中，所述至少一个电子仪器被配置用于提供岩心样本相对于岩心已被提取的材料主体的定向指示，并且还被配置成用于岩心样本定向识别的方法。
技术介绍
以往，通过使用包括外管组件和内管组件的岩心钻探系统获得岩心样本。在操作中，切削头连接到外管组件，使得施加到外管组件的旋转扭矩可被传递至切削头。在钻井操作期间形成岩心，随着钻井进行，岩心沿内管组件的细长轴逐步延伸。通常，当采集岩心样本时，内管组件内的岩心是碎裂的，然后通常利用下降到钻孔的收回电缆从钻孔内收回内管组件和包含于其内的碎裂岩心样本。一旦将内管组件收回到地表，可以取出岩心样本并进行所需分析。出于分析的目的，期望有岩心样本相对于其被提取出的地面的定向指示。这很复杂，因为钻探通常是以相对于垂直方向的角度进行的。为了提高矿物学记录的效率和准确性，期望在每个岩心被钻出并提取之前确定其在地下的取向和勘测位置。利用这些取向和勘测位置有利于接下来获得地下矿物/岩石含量的三维地图。获取岩心样本定向指示的一种常见方式是通过使用定向矛，该定向矛包括从薄钢柄的一端突出的标记工具(诸如蜡笔)，该薄钢柄的另一端连接到电缆上。在引入内管组件之前，将定向矛下降到钻孔中。定向矛上的标记工具撞击将从中形成岩心的材料的正面，在其上留下标记。由于重力的关系，标记位于钻孔的下侧。然后将内管组件引入到钻孔中的外管组件之内。随着钻探进行，内管组件内会形成岩心样本。这样形成的岩心样本带有之前留下的标记。一旦完成岩心钻探进程并收回岩心样本后，标记将提供岩心样本在地层中的定向指示。其他常规技术使用连接到岩心内管的定向单元和后端组件，以在钻探过程中经过优选的预定钻探距离间隔之后确定钻出岩心样本的正确定向。这些岩心定向单元通常在提取前测量岩心样本的旋转方向。在钻孔地表收回岩心材料时，可以通过电子装置和岩心材料的上侧或下侧来确定旋转方向，所述上侧或下侧被物理“标记”以便之后被地质学家识别。通常将勘测仪器与岩心定向系统连接起来使用。在该技术中，将勘测仪器以周期性的深度下降至钻孔中以确定方位角(相对于基准点或方向的角度度量)、倾斜角(或倾斜度)以及任何其他所需勘测参数。使用这些周期性深度勘测读数估计不同深度的钻探路径。这样，可确定三维地下材料含量地图以及(从岩心定向设备)所提取岩心的旋转位置。据发现，期望提供具有集成的样本定向子组件的改进岩心筒组件及其使用方法，该改进岩心筒组件被配置用于岩心样本井下勘测和样本定向，可减少对于增添额外钻柱元件的需求，从而提高钻探的效率和速度。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供了一种岩心筒头组件，该岩心筒头组件具有细长管主体，该细长管主体限定选择性密封的内部空腔。岩心筒头组件可具有至少一个电子仪器和电源，所述至少一个电子仪器被定位在内部空腔中并被配置用于获得岩心样本的岩心定向数据，所述电源被定位在内部空腔中并与所述至少一个电子仪器电连通。岩心筒头组件还可具有通信装置，该通信装置被配置成能够接收和/或发送定向数据，以用于岩心样本井下勘测和/或样本定向系统。得到的岩心定向数据提供了岩心样本相对于从中提取岩心的材料主体的定向指示，还可用于利用该数据的方法。岩心筒头组件被配置成经由各自连接装置连接到钻柱的管部分。在另一个方面，岩心筒头组件的至少一个电子仪器可以安装在例如但不限于主体所限定的内部空腔内、岩心筒头组件主体侧壁中所限定的内部空腔内、或者由岩心筒头组件侧壁的一部分围起或(在限定于主体中的空腔的内表面或外表面上)与岩心筒头组件侧壁的一部分密封接触。本领域的技术人员可以设想，岩心筒头组件可包括至少一个被配置来获取定向数据的电子仪器、电连接的电源以及用来接收和/或发送定向数据的通信装置。在另一个方面，通信装置可包括无线通信装置，该无线通信装置被配置成能够以无线方式接收和/或发送勘测数据。任选地，通信装置可被配置成当停止钻探时或在钻探过程中彼此单向或双向通信。在一个方面，岩心筒头组件的至少一个电子仪器能够有利地获得钻孔勘测读数能够，而无需插入笨重的延伸钻杆和/或勘测探头来测量钻孔路径的方位角和倾斜度/倾斜角。这导致减少了设备的处理和设备的使用，由于不需要将钻头周期性地退出一定距离以使勘测探头前进到钻头前并因此与钻头间隔开，从而减少了操作，并得到提高的运行效率。本专利技术的另一个方面提供了执行钻探井下勘测的方法，该方法包括：a)从材料的地下主体钻探岩心；b)记录与待收回岩心的定向相关的数据，所述数据使用岩心筒头组件的至少一个电子仪器进行记录，c)将岩心与地下主体分离，以及d)基于在将岩心与地下主体分离之前所记录的岩心定向数据，获得岩心定向的指示。任选地，该方法可包括：确定钻探已停止一段时间，使用岩心筒头组件的至少一个电子仪器记录与待收回岩心的定向相关的数据，将岩心与地下主体分离，将岩心收回至地表，基于钻探已经停止而岩心与地下主体分离之前所记录的岩心定向数据获得岩心定向的指示。优点在于，由于在勘测过程中勘测和操纵设备的附件和机械伸展所需的时间较少，因此会有更多的时间用于钻探。附图说明图1示出了可操作地连接到头组件的岩心筒头组件的透视图。图2示出了图1的纵向剖面图。图3示出了图2的一部分的放大图，其中示出岩心筒头组件。图4示出了图1的岩心筒头组件的透视分解图。图5示出了岩心筒头组件的纵向剖面图，其中示出至少一个电子仪器和电连接的电源，它们设置在岩心筒头组件主体的内部空腔中。图6示出了岩心筒头组件的另一方面的纵向剖面图，其中示出至少一个电子仪器和电连接的电源，它们设置在岩心筒头组件主体的内部空腔中。图7示出了岩心筒头组件主体的纵向剖面图。图8示出了可操作地连接到头组件的岩心筒头组件的纵向剖面图。图9示出了示例性的至少一个电子仪器的示意图。图10示出了示例性的至少一个电子仪器和电连接的电源的示意图，以便设置在岩心筒头组件主体的内部空腔中。图11示出了与使用本专利技术的方法相关的示例性高级流程图。图12示出了与使用本专利技术的方法的替代实施例相关的示例性流程图。图13示出了与使用本专利技术的方法的替代实施例相关的示例性流程图。图14示出了用于无线查询本专利技术的岩心筒头组件的示例性现有技术手持设备。具体实施方式通过参照以下详细说明、实例、附图和权利要求及其以上和以下的说明可更加容易地理解本专利技术。然而，在公开并描述本专利技术装置、系统和/或方法之前，应当理解，除非另有指明，本专利技术并不局限于所公开的具体装置、系统和/或方法，因为此类具体装置、系统和/或方法理所当然可能会发生变化。也应当了解本文所用的术语仅是为了描述特定方面，而不旨在进行限制。本专利技术的以下描述被提供为以当前熟知的最佳实施例实现本专利技术的教导。为此，相关领域的技术人员将认识和理解，可在本文描述的本专利技术的各个方面作出许多更改，同时仍能获得本专利技术的有益效果。还显而易见的是，可以通过选择本专利技术的一些特征而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩心筒头组件，包括：细长管体，所述细长管体限定选择性密封的内部空腔；至少一个电子仪器，所述至少一个电子仪器安装在所述密封内部空腔中，被配置成获取定向数据，其中所述至少一个电子仪器包括岩心定向数据记录工具中的至少一个数字和/或机电传感器，所述岩心定向数据记录工具可被配置用于在样本岩心刚刚破裂之前或之后确定所述岩心的定向情况；电源，所述电源与所述至少一个电子仪器可操作地通信，其中所述电源被安装在所述内部空腔内；以及通信装置，所述通信装置用于接收和/或发送岩心定向数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.21 US 61/982,0521.一种岩心筒头组件，包括：细长管体，所述细长管体限定选择性密封的内部空腔；至少一个电子仪器，所述至少一个电子仪器安装在所述密封内部空腔中，被配置成获取定向数据，其中所述至少一个电子仪器包括岩心定向数据记录工具中的至少一个数字和/或机电传感器，所述岩心定向数据记录工具可被配置用于在样本岩心刚刚破裂之前或之后确定所述岩心的定向情况；电源，所述电源与所述至少一个电子仪器可操作地通信，其中所述电源被安装在所述内部空腔内；以及通信装置，所述通信装置用于接收和/或发送岩心定向数据。2.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述细长管体具有螺纹近端，用于连接到头组件的电缆收回部分。3.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述细长管体具有第一内部空腔，所述第一内部空腔向远侧延伸到所述细长管体的基座部分。4.根据权利要求3所述的岩心筒头组件，其中所述选择性密封的内部空腔与所述第一内部空腔隔开并从所述第一内部空腔向远侧延伸。5.根据权利要求4所述的岩心筒头组件，其中靠近所述密封内部空腔的所述基座部分限定端口，所述端口从所述细长管体的外表面延伸至与所述第一内部空腔流体连通。6.根据权利要求5所述的岩心筒头组件，其中压力接头被安装在所述端口中，以允许流体选择性地通至或通自所述岩心筒头组件的所述外表面，与所述第一内部空腔连通。7.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述密封内部空腔的尺寸和形状受到调整，以气密地包封下列中的至少一者：所述至少一个电子仪器、所述电源和用来接收和/或发送定向数据的所述通信装置。8.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，其中所述密封内部空腔的尺寸和形状受到调整，以气密地封闭所述至少一个电子仪器和所述电源。9.根据权利要求1所述的岩心筒头组件，还包括多个窗口，所述多个窗口被限定在所述细长管体中，所述多个窗口从所述细长管体的外表面延伸至在所述密封内部空腔的封闭近端附近与所述密封内部空腔光学连通。10.根据权利要求9所述的岩心筒头组件，还包括定向指示器模块，所述定向指示器模块包括多个光发射器。11.根据权利要求10所述的岩心筒头组件，其中所述定向指示器模块的尺寸和形状受到调整，以密封地闭合所述密封内部空腔，防止加压流体经由所述多个窗口侵入所述密封内部空腔。12.根据权利要求10所述的岩心筒头组件，其中所述定向指示器模块被配置成将所述多个光发射器定向或以其他方式定位，使得每个光发射器都位于一个窗口之下。13.根据权利要求10所述的岩心筒头组件，其中所述定向指示器模块还包括第一密封装置，用于防止任何加压流体从所述细长管体中所限定的所述多个窗口进入所述密封内部空腔。14.根据权利要求13所述的岩心筒头组件，其中所述第一密封装置包括至少一个O形环密封件，所述至少一个O形环密封件安装在所述定向指示器模块的外部部分，并被配置成在所述定向指示器模块的外部部分和所述密封内部空腔内表面的一部分之间进行密封。15.根据权利要求14所述的岩心筒头组件，其中所述密封内部空腔可包括限定在其中的至少一个定向槽。16.根据权利要求14所述的岩心筒头组件，其中将所述定向指示器模块保持在相对于至少一个O形环密封件的所需位置。17.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·L·德伦斯，G·斯图尔特，K·海莱赫，
申请(专利权)人：长年TM公司，环科集团私人有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US