[发明专利]用于井下工具的现场连接接头和井下工具

说明书

本申请是申请号为200810144246.0、申请日为2008年7月28日、申请人为普拉德研究及开发股份有限公司、发明名称为“用于井下工具的现场连接接头和井下工具”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及石油和气井的钻井，以及随后对井周围地层的勘测工作。更具体地说，本发明涉及一种现场连接接头（field joint），用于建立井下工具各模块之间的用于传输辅助液和电信号/电能的连接。

背景技术

通常情况下，油井钻入地面或海底以获得天然沉积的石油、天然气或储存于地壳地层中的其他有用物质。油井从位于地球表面的钻井架（drilling rig）钻入并直接钻向目标地层。油井可以通过装在“钻柱”末端的钻头形成。典型地，钻井液（drilling fluid）或“泥浆”被从钻柱向下泵至钻头。该钻井液能润滑和冷却钻头，并通过钻柱和井筒之间的环形区域将岩屑带回地面。

为了成功地开采石油和天然气，最好应该获得井筒穿过的地层的信息。例如，标准地层测试一个方面涉及地下地层压力和地层渗透性的测量。标准地层测试另一个方面涉及抽取地层液体，在原位或在地面实验室进行液体分析。这些测试有助于预测地下地层的生产能力和生产寿命。

一种测量地层和液体性质的技术包括放入“线缆式”工具至油井中以测量地层性质。该线缆式工具是一种从线缆上悬挂下来的测量工具，该线缆与置于地面的控制系统具有电子通讯。该工具被放入油井中从而可以在合适的深度测量地层性质。典型的线缆式工具包括一个或多个探头和/或一个或多个膨胀式封隔器，它们压在井管壁上从而建立与地层间的流体联通。这种线缆式工具通常称为“地层测试工具”。该地层测试工具通过使用探头来测量地层流体压力，并且产生用于测定地层渗透性的压力脉冲。该地层测试工具也可以提取地层液体样品，该样品或被转移至地面进行分析或进行井下分析。

任何线缆式工具，无论该工具是电阻率、孔隙率测试工具还是地层测试工具，在使用时都必须将钻柱移出井外从而使工具能放入油井中。这个过程叫做起钻。进一步地，应将线缆式工具下降至感兴趣的区域，通常是在井眼底部或接近井眼底部。移出钻柱和将线缆式工具放入井中这两个过程十分耗时，根据井筒的深度，该过程可消耗数个小时。由于成本昂贵并且钻杆起钻与将线缆式工具放入井筒所需要的钻机时间漫长，线缆式工具通常只有在绝对需要地层信息或因为其他原因钻柱需要起钻时才使用，例如更换钻头。例如美国专利3,934,468;4,860,581;4,893,505;4,936,139;和5,622,223描述了线缆式地层测试工具的示例。

为了避免或缩短与起下钻柱相关的停工期，目前开发了另一种测量地层性质的技术，其中工具或装置定位于钻井系统中钻头的附近。因此地层测量在钻井过程中进行，其专业术语为MWD（随钻测量）和LWD（随钻测井）。各种井下随钻测量和随钻测井的井下工具已经商业化了。

典型的MWD是指测量钻头轨迹和井筒温度与压力，而LWD是测量诸如电阻率、孔隙率、渗透性和声速之类的地层参数和性质。诸如地层压力之类的实时数据有助于钻井公司选择钻井泥浆的重量和成分，以及钻井过程中的钻速和钻压。虽然LWD和MWD在本技术领域内通常具有不同的意义，但这些区别与本发明没有密切关系，因此本发明中并不区分这两种方式。此外，在钻头实际穿过地层的过程中，LWD和MWD的实施也不是必须的。例如，LWD和MWD可以发生在钻井过程的间歇中，例如在钻头简短地停止以进行测量，测量结束后再继续钻井。这些在钻井间歇中实施的测量仍然被认为是“随钻”测量，因为它们不需要将钻柱起出。

无论是线缆作业还是钻井过程中的，地层评估通常需要将地层中液体抽入用于测试和/或取样的井下工具中。各种各样的取样器件，典型的是探头，从井下工具伸出以建立与井筒周围地层的流体联通并将液体抽入井下工具中。典型的探头是从井下工具伸出且定位为抵靠井筒侧壁的环形元件。探头端部的橡胶封隔器用于与井筒侧壁一起建立密封。另一可以用来密封井筒侧壁的器件是膨胀式封隔器。该膨胀式封隔器可以以成对的构造使用，其包括两个在工具周围径向膨胀以隔离它们之间的井筒部分的弹性环。该环形成了井筒壁的密封装置，并允许液体抽入井筒被隔离的部分和井下工具的入口。