一种测井仪器及取心取样方法与流程

本发明涉及测井技术领域，更具体地，涉及一种测井仪器及取心取样方法。

背景技术

石油勘探开发领域中，利用地层测试仪器深入井下进行地层压力测量、地层流体识别并取样分析、岩心采集等，对于准确评价油气层质量，预估油气层有效厚度和产能至关重要。目前，随着国内石油勘探技术的不断提高和深入，开发出集成化、高效率地层测试仪器成为提高石油开采效率和油气质量的发展需求。

由于井下地质条件复杂且环境恶劣，长距离井下作业需要的电控装置、动力装置和执行组件配置相对复杂。实际操作时，取样测试仪器和取心测试仪器是分别下放到目标储层，分别对地层进行取样并收回，或者进行取样和测压，或者取心并收回。实际作业过程中可以发现，这种工作方式既繁琐，又费时，测井效率相对较低且能耗高。同时，为了解决仪器收回时发生粘卡的问题，地层测试器上通常需要加装反推臂组以实现解卡，这样也就是使仪器结构组件增加，进一步加重了仪器的重量和能耗负担，使整个测井过程的作业效能难以提高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种可一次下井则同时完成取心、取样的测井仪器，且取心推靠臂和取样推靠臂可用于执行反推靠动作，分别实现了取心和取样过程的自解卡操作，有效提高测井效率，降低成本。

为了达到本发明的目的，本发明实施例采取的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种测井仪器，包括：

主体；

取样机构，包括可伸缩地设置在所述主体的相对两侧上的探针和第一推靠臂；

取心机构，包括可伸缩地设置在所述主体的相对两侧上的取心钻头和第二推靠臂；

电控装置，用于控制所述主体、所述取样机构、所述取心机构进行取样和取心作业；

其中，所述第二推靠臂可用作所述取样机构的反推靠臂，所述第一推靠臂可作所述取心机构的反推靠臂。

本发明实施例中，取样机构包括安装在主体的相对两侧上的探针和第一推靠臂，可伸出主体以进行取样作业；取心机构包括安装在主体的相对两侧上的取心钻头和第二推靠臂，可伸出主体以进行取心作业；电控装置采用模块化结构设计，采用统一接口、统一总线形式进行连接，可根据实际作业过程，灵活连接各仪器串，用于控制主体、取样机构、取心机构进行独立作业过程，也可以相互配合进行取心-取样的连续作业过程，以减少下井次数，从而减少测井器占用井口时间和上下井过程的设备能耗，提高连续测井模式的作业效率，降低井下勘探开发成本。

并且，本发明实施例中，第二推靠臂可用作取样机构的反推靠臂，第一推靠臂可作取心机构的反推靠臂，通过第一推靠臂与第二推靠臂执行反推靠动作，实现了取样测压作业时的自解卡操作和取心作业时的自解卡操作，解决了测井过程中仪器无法居中，或者仪器长时间停留且紧贴井壁，在地层压力作用下导致仪器与地层紧密贴合发生仪器粘卡的问题。相比于现有技术中单独设置反推靠组件实现解卡而言，该测井仪器中结构集成度高，无需额外增设解卡反推靠组件，以利于降低结构成本和设备能耗，减少仪器损伤，使测井作业更加顺畅，以提高测井仪器的实用性。

具体地，进行取样作业时，第一推靠臂伸出主体，将主体朝向相反侧推靠，同时，探针伸出主体与井壁接触并形成坐封；然后利用探针抽吸流体，并完成流体样品采集；接着将第一推靠臂、探针收回，若测井仪器(例如主体)收回时发生粘卡，第二推靠臂伸出执行反推靠动作以解卡，取样作业完成。进行取心作业时，第二推靠壁伸出主体，将主体朝向相反侧推靠以贴靠井壁，然后利用取心钻头伸出钻取岩心，并完成岩心采集；接着将第二推靠臂、取心钻头收回；若测井仪器(例如主体)收回时发生粘卡，第一推靠臂伸出对测井仪器进行反推靠以解卡，完成取心作业。

本发明实施例还提供了一种取样取心方法，包括利用如上所述的测井仪器进行的取样过程和取心过程，

其中，所述取样过程包括：

第一推靠臂伸出主体以推靠井壁，同时，探针伸出所述主体与井壁接触并坐封；

所述探针抽吸流体并采集；

采集流体样品完成后，所述第一推靠臂、所述探针收回；

若所述测井仪器未发生粘卡，则取样作业完成；若所述测井仪器发生粘卡，第二推靠臂伸出执行反推靠动作以解卡，取样作业完成；

其中，所述取心过程包括：

所述第二推靠壁伸出，推靠所述主体以贴靠井壁；

取心钻头伸出钻取岩心并采集；

采集完成后，所述第二推靠臂、所述取心钻头收回；

若所述测井仪器未发生粘卡，则取心作业完成；若所述测井仪器发生粘卡，所述第一推靠臂伸出执行反推靠动作以解卡，取心作业完成。

本申请提供的测井仪器采用集成化结构设计，不仅能够实现取心、取样独立作业的使用要求，同样也可完成取心-取样的连续作业过程，充分减少下井次数，加快连续测井作业进度，提高测井效率，同时也降低了作业过程的设备能耗和成本。其中，第一推靠臂执行反推靠动作时的操作流程与其实际取样作业时的操作流程相同，第二推靠臂执行反推靠动作时的操作流程与其实际取心作业时的操作流程相同，因此利用第一推靠臂和第二推靠臂进行反推靠解卡过程中操作简单便捷，无需设置任何附加程序或组件，充分提高了测井仪器的实用性。此外，当第二推靠臂伸出执行反推靠动作后，还可以继续在已伸出的第二推靠臂的基础上进行下一步的取心作业步骤，或者，当第一推靠臂伸出执行反推靠动作后，也可以继续在已伸出的第一推靠臂的基础上进行下一步的取样作业步骤，这样可以进一步提高取心-取样连续测井模式作业效率，降低成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为根据本发明的一实施例的测井仪器取样作业状态下的结构示意图；

图2为图1中的测井仪器取心作业状态下的结构示意图；

图3为图1中的泵抽机构的局部放大结构示意图；

图4为图1中的测井仪器的取样作业流程示意图；

图5为图2中的测井仪器的取心作业流程示意图。

其中，图1-图3中附图标记与部件名称之间的关系为：

1井壁，2电控装置，3长电缆，4马笼头，5张力测量组件，6通讯控制装置，7探针，8第一推靠臂，9泵抽机构，901第一活塞，902第二活塞，903上密封腔，904下密封腔，905第一阀，906第二阀，907第三阀，908第四阀，909第五阀，910第六阀，11取样桶，12取心钻头，13第二推靠臂，14岩心筒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明实施例提供了一种测井仪器，包括：主体；取样机构，包括可伸缩地设置在主体的相对两侧上的探针7和第一推靠臂8；取心机构，包括可伸缩地设置在主体的相对两侧上的取心钻头12和第二推靠臂13；电控装置2，用于控制主体、取样机构、取心机构进行取样和取心作业；其中，第二推靠臂13可用作取样机构的反推靠臂，第一推靠臂8可作取心机构的反推靠臂。

如图1和图2所示，本实施例提供的测井仪器，包括主体、取样机构、取心机构和电控装置2。其中，取样机构包括安装在主体的相对两侧上的探针7和第一推靠臂8，探针7和第一推靠臂8可伸出主体进行取样作业；取心机构包括安装在主体的相对两侧上的取心钻头12和第二推靠臂13，取心钻头12和第二推靠臂13可伸出主体进行取心作业；电控装置2采用模块化结构设计，采用统一接口、统一总线形式进行连接，可根据实际作业过程，灵活连接各仪器串，用于控制主体、取样机构、取心机构相互配合进行取心、取样的独立或连续作业过程，有利于减少下井次数，从而减少测井器占用井口时间和设备能耗，提高测井模式作业效率，降低勘探开发成本。

并且，本实施例中，第二推靠臂13可用作取样机构的反推靠臂，第一推靠臂8可作取心机构的反推靠臂，通过第一推靠臂8和第二推靠臂13执行反推靠动作，实现了取样测压作业时的自解卡操作和取心作业时的自解卡操作，解决了测井过程中仪器无法居中，或者仪器长时间停留且紧贴井壁1，在地层压力作用下导致仪器与地层紧密贴合发生仪器粘卡的问题，充分保证了测井作业的顺畅性，避免了强制性收回仪器时造成仪器损伤的情况发生。相比于现有技术中单独设置反推靠组件实现解卡而言，该测井仪器中结构集成度更高，无需额外增设解卡用反推靠组件，以利于降低结构成本和设备能耗，减少仪器损伤，使测井作业更加顺畅，提高测井仪器的实用性。

具体地，进行取样作业时，结合图1和图4所示，第一推靠臂8伸出主体，将主体朝向相反侧推靠，同时，探针7伸出主体与井壁1接触并形成坐封；然后利用探针7抽吸流体，并完成流体样品采集；接着将第一推靠臂8、探针7收回，若测井仪器(例如主体)收回时发生粘卡，可将第二推靠臂13伸出执行反推靠动作以解卡，取样作业完成。进行取心作业时，结合图2和图5所示，第二推靠壁13伸出主体，将主体朝向相反侧推靠以贴靠井壁1，然后将取心钻头12伸出以钻取岩心，并完成岩心采集；接着将第取心钻头12、第二推靠臂13收回；若测井仪器(例如主体)收回发生粘卡，可将第一推靠臂8伸出对测井仪器进行反推靠以解卡，完成取心作业。

可选地，第二推靠臂13与探针7的伸出方向之间的夹角的范围为0°到90°(包括0°和90°)；或者，第二推靠臂13与第一推靠臂8的伸出方向之间的夹角大于0°，且小于等于90°。

本实施例中，第二推靠臂13与第一推靠臂8的伸出方向之间的夹角等于90°。具体地，如图1和图2所示，探针7和第一推靠臂8分别安装在主体相对的两侧，呈180°分布，取心钻头12和第二推靠臂13分别布置在主体相对的两侧，呈180°分布，第一推靠臂8与第二推靠臂13在主体上的安装位置呈90°交叉布置，即第一推靠臂8、探针7、第二推靠臂13和取心钻头12分别布置在在主体的四个不同方向上，相互呈90°交叉布置。

取样作业时，即使收回第一推靠臂8和探针7后，主体可能仍然紧贴井壁1，导致仪器收回发生粘卡，此时，如图1所示，主体与井壁1所贴合的方向为第一推靠臂8伸出侧或者探针7伸出侧，可将第二推靠臂13伸出并与第一推靠臂8的伸出方向呈90°交叉布置，主体在第二推靠壁的反推靠作用下，可以把主体从井壁1上剥离开，达到仪器解卡的目的。取心作业时，即使收回取心钻头12和第二推靠臂13后，主体在地层压力作用下，可能仍然紧贴井壁1，如图2所示，主体贴合面为第二推靠臂13伸出侧的相对侧面，导致主体收回发生粘卡时，第一推靠臂8和/或探针7均可作为取心机构的反推靠臂，此时，可将第一推靠臂8伸出(或者将探针7伸出，或者将第一推靠臂8及探针7同时伸出)，并与第二推靠臂13的伸出方向呈90°交叉布置，主体在第一推靠臂8和/或探针7的反推靠作用下，使主体剥离井壁1，进而使主体移动至居于井眼中部位置处，以达到仪器解卡的目的。

在另一种实施方式中，第二推靠臂13与探针7的伸出方向之间的夹角的范围为大于等于0°，小于90°，第二推靠臂13可用于探针7侧发生粘卡时的解卡。具体地，取样作业时，当主体或探针7收回后，主体发生粘卡时，可将第二推靠臂13伸出并推靠井壁1，使主体在第二推靠壁13的反推靠作用下从井壁1上剥离开，达到仪器解卡的目的。取心作业时，主体收回发生粘卡时，可将第一推靠臂8伸出(或者将探针7伸出，或者将第一推靠臂8及探针7同时伸出)以推靠井壁1，主体在第一推靠臂8和/或探针7的反推靠作用下，使主体剥离井壁1，进而使主体移动至居于井眼中部位置处，以达到仪器解卡的目的。

在又一种实施方式中，第二推靠臂13与第一推靠臂8的伸出方向之间的夹角大于0°，且小于90°，第二推靠臂13可用于第一推靠臂8侧发生粘卡时的解卡。具体地，取样作业时，当主体发生粘卡时，可将第二推靠臂13伸出并推靠井壁1，使主体在第二推靠壁13的反推靠作用下从井壁1上剥离开，达到仪器解卡的目的。取心作业时，当主体收回发生粘卡时，可将第一推靠臂8伸出(或者将探针7伸出，或者将第一推靠臂8及探针7同时伸出)以推靠井壁1，主体在第一推靠臂8和/或探针7的反推靠作用下，使主体剥离井壁1，进而使主体移动至居于井眼中部位置处，以达到仪器解卡的目的。

上述实施方式中，利用第一推靠臂8与第二推靠臂13执行反推靠动作，有效解决了取样作业过程中仪器在第一推靠臂8及探针7的作用下无法保证主体居中，或者主体在井中长时间停留且受到地层压力作用，使主体与地层紧密贴合而发生收回粘卡的问题；并且，第一推靠臂执行反推靠动作时的操作流程与其实际取样作业时的操作流程相同，第二推靠臂执行反推靠动作时的操作流程与其实际取心作业时的操作流程相同，因此利用第一推靠臂和第二推靠臂进行反推靠解卡过程中操作简单便捷，为测井顺利作业提供有效保障，有利于提高测井仪器测井效率，减少仪器损伤。

可选地，第一推靠臂8至少有两个，且探针7位于第一推靠臂8之间。本实施例中，如图1所示，第一推靠臂8为两个(位于主体的同一侧)，且对称分布在探针7的轴线的两侧，以利于第一推靠臂8将主体平稳推靠至待测井壁1，保证探针7能够沿垂直于井壁1方向平稳贴靠井壁1并形成良好坐封。当然，第一推靠臂8也可以为三个、四个或更多个，使探针7位于多个第一推靠臂8之间。

可选地，第二推靠臂13至少有两个，且取心钻头12位于第二推靠臂13的反侧。当然，第二推靠臂13也可以是只有1个，且与取心钻头12相对设置在主体的两侧上。

本实施例中，测井仪器还包括通讯装置和通讯控制装置6，电控装置2通过通讯装置与通讯控制装置6相连，通讯控制装置6控制主体、取样机构、取心机构进行取样和取心作业。

本实施例中，如图1和图2所示，测井仪器还包括通讯装置和通讯控制装置6，测井仪器下入井下的部分通过通讯装置(包括马笼头4、电缆3等)与位于井上的电控装置2相连，通讯控制装置6设置在主体内，其包括井下通讯部分和井下数据采集及控制部分。作业时，井上的电控装置2对井下仪器上传的数据信息进行解调、存储以及显示，并下发指令给通讯控制装置6，通讯控制装置6接收指令进而控制井下仪器(如主体外壳、电机、液压机构、泵抽机构9、各种电磁阀、取样机构、取心机构等)进行姿态动作，以相互配合执行取样和取心动作，该测井仪器结构和控制模块集成度高，可保证取心、取样作业互不干扰，工作高效、可靠。

本实施例中，测井仪器还包括张力测量组件5，如图1和图2所示，张力测量组件5设置在主体上，用于测量井下仪器动作过程中的所受张力大小，电控装置2根据张力测量组件5的检测结果判断测井仪器发生粘卡的情况，即当仪器主体上提时，所受张力过大(超过设定值)，则判断测井仪器发生粘卡，启用反推靠臂(即第一推靠臂8或者第二推靠臂13或者探针7)执行反推靠动作，实现解卡功能。本实施例中，通过张力测量组件5及时检测以判断测井仪器遇卡遇阻情况，避免了仪器因强行拉拔或直接移动时造成的损伤问题，提高了测井仪器井下作业过程中的安全性和稳定性。

本实施例中，取样机构还包括安装在主体内的取样桶11和内设有取样通道的泵抽机构9，本实施例中，如图3所示，泵抽机构9内还设有第一活塞901、第二活塞902，第一活塞901位于第二活塞902的上方，从而形成位于第一活塞901上部的上密封腔903和位于第二活塞902下部的下密封腔904。泵抽机构9还包括第一阀905、第二阀906、第三阀907、第四阀908、第五阀909和第六阀910。

本实施例中，取样机构还包括流体识别组件，所述流体识别组件位于所述流体样品通道与所述取样通道之间的连接通道上；其中，电控装置2根据流体识别组件的检测结果将流体样品排入取样桶11，或者，将流体样品排出至井筒或外界。

具体地，取样作业时，如图3所示，当第一活塞901、第二活塞902同时向下运动时，打开第一阀905和第四阀908，关闭第二阀906(即图3中所示第二阀906位于泵抽机构9左侧的第一旁通流道上)和第三阀907(即图3中第三阀907位于泵抽机构9左右侧的第二旁通流道上)，经探针7中部的流体样品通道输出的地层流体，首先可通过连接通道上的流体识别组件进行流体识别，当流体识别组件识别所抽吸的流体不是真实的地层流体时，打开第五阀909，将第二活塞902下部的下密封腔904内的流体排出到井筒或外界；如果所抽吸的地层流体识别为真实的地层流体样品时，打开第六阀910，将流体排入取样桶11，需要说明的是，在泵抽机构9第一次抽吸动作前，上密封腔903、下密封腔904内灌满水，第一活塞901、第二活塞902向下运动时，第五阀909打开，把下密封腔904内的水排出到井筒中。

待第一活塞901、第二活塞902运动到最下部后，若需要继续泵轴地层液，并排入到井筒中，则控制第一活塞901、第二活塞902进行换向，即向上运动，此时，打开第二阀906、第三阀907，关闭第一阀905、第四阀908、第六阀910，打开第五阀909，上密封腔903种的流体通过第二阀907、第五阀909排出到井筒中，同时，地层流体经由第二阀906抽吸进入下密封腔904。若需要取样，则控制第一活塞901、第二活塞902进行换向，即向上运动，此时，打开第二阀906、第三阀907，关闭第一阀905、第四阀908、第五阀909，流体样品通过第二阀906抽吸进入下密封腔904，同时打开第六阀910，将位于上密封腔903中的流体通过第六阀910排入取样桶11中。

或者当第一活塞901、第二活塞902运动到上部极限位置后，两活塞进行换向即向下运动，如此反复，直至流体取样桶11灌满为止，最后，停止泵抽机构9运动，并关闭第六阀910，完成一个深度的取样作业。重复操作泵抽机构9的动作流程，可进行下一个深度的取样作业。

需要说明的是，取样作业过程中，第一活塞901、第二活塞902的初始运动方向并不仅限于向下运动，可根据初始状态而定，当第一活塞901、第二活塞902同时向下运动时，打开第一阀905、第四阀908，关闭第二阀906、第三阀907，使探针7的流体样品通道中的流体可以通过第一阀905进入取样通道上部的上密封腔903中，和/或，当第一活塞901、第二活塞902同时向上运动时，打开第二阀906、第三阀907，关闭第一阀905、第四阀908，使探针7的流体样品通道中的流体通过第二阀906进入取样通道下部的下密封腔904中。

本实施例中，测井仪器还包括内设有石英压力计的测压组件，石英压力计设置在取样通道上，用于测量取样机构取得的流体样品的压力。具体地，测压过程通常是当泵抽机构9抽吸一定体积流体进入取样通道后，运动活塞901，902停止运动，石英压力计检测地层压力恢复情况，等待检测压力稳定后，即检测到地层的压力。根据取样通道所抽吸的地层流体体积、地层流体从地层中渗入取样通道并达到压力稳定所用时间以及石英压力计所检测的地层压力变化，可以计算出地层的渗透率，从而达到测试地层压力的目的。

本实施例还提供了一种取样取心方法，包括利用如上的测井仪器进行的取样过程和取心过程，如图4和图5所示，其中，取样过程包括：

第一推靠臂8伸出主体，将主体朝向相反侧推靠，同时，探针7伸出主体与井壁1接触并形成坐封；

探针7抽吸流体，使流体进入取样通道，进而排入取样桶11或排出至外界；

采集流体样品完成后，第一推靠臂8、探针7收回，完成一个深度的取样作业，并将主体收回以备下一个深度的取样作业；

若测井仪器未发生粘卡，则取样作业完成；若测井仪器收回时发生粘卡，第二推靠臂13伸出执行反推靠动作以解卡，取样作业完成；

其中，取心过程包括：

第二推靠壁伸出，将主体朝向相反侧推靠至贴靠井壁1；

取心钻头12伸出钻取岩心，并完成折断岩心、推岩心、识别岩心长度、取心收回岩心筒14等动作；

采集完成后，第二推靠臂13、取心钻头12收回，以完成一个深度的取心作业；若测井仪器未发生粘卡，则取心作业完成；若测井仪器收回时发生粘卡，第一推靠臂8伸出执行反推靠动作以解卡，取心作业完成。

可选地，在测井仪器进行取样作业过程中，当探针7抽吸流体，使流体进入取样通道的过程中，还可以同时完成测压和/或流体识别作业。

本实施例中，利用该测井仪器不仅能够实现取心、取样、测压的独立作业过程，同样也可完成取心-取样、取心-测压、取样-测压、取心-取样-测压连续作业过程，充分减少下井次数，加快连续测井作业进度，以降低连续作业过程中的设备能耗和成本，提高测井效率。其中，第一推靠臂执行反推靠动作时的操作流程与其实际取样作业时的操作流程相同，第二推靠臂执行反推靠动作时的操作流程与其实际取心作业时的操作流程相同，因此使第一推靠臂和第二推靠臂的反推靠解卡过程操作简单、便捷，充分提高了测井仪器的实用性。此外，当第二推靠臂13伸出执行反推靠动作后，还可以继续在已伸出的第二推靠臂13的基础上进行下一步的取心作业步骤，或者，当第一推靠臂8伸出执行反推靠动作后，也可以继续在已伸出的第一推靠臂8的基础上进行下一步的取样作业步骤，这样可以进一步提高取心-取样连续测井模式作业效率，降低成本。

本申请与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明可实现取心、取样、测压的独立作业过程，也可采用取心-取样、取心-测压、取样-测压、取心-取样-测压的连续作业过程，提高设备利用率，减少下井次数，从而减少占用井口时间，提高连续测井模式作业效率，降低成本；

2、通过第一推靠臂和第二推靠臂执行反推靠动作，实现了取样测压作业时的自解卡操作和取心作业时的自解卡操作，且解卡操作简单、便捷，使仪器整体集成度更高，无需额外增设解卡反推靠组件，以利于降低结构成本和设备能耗，减少仪器损伤，使测井作业更加顺畅；

3、电控装置采用模块化结构设计，采用统一接口、统一总线形式进行连接，可根据实际作业过程，灵活连接各仪器串，使取样、取心、测压过程互不干扰，且能够协同工作，提高作业可靠性。

在本实施例中的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“相对”、“一侧”、“两侧”、“相反侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。