專(zhuān)利名稱(chēng)：用于地下使用的換能器裝置和換能器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型總體上涉及適于地下配置的裝置，尤其涉及用于這種裝置的 源和傳感器組件。
背景技術(shù)：
烴和水礦藏的勘探、開(kāi)發(fā)和監(jiān)測(cè)使測(cè)量地下特征并對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估 以確定所關(guān)心的相關(guān)儲(chǔ)層或油藏的巖石物理性質(zhì)成為必需。這些技術(shù)典型地 使用測(cè)井工具，測(cè)井工具包括裝配有源的伸長(zhǎng)的管或"心軸"，該源適于通 過(guò)穿過(guò)地下儲(chǔ)層的井筒發(fā)射能量。所發(fā)射的能量與井筒流體("泥漿")和/ 或周?chē)鷥?chǔ)層相互作用，以產(chǎn)生信號(hào)，所述信號(hào)由工具上的一個(gè)或多個(gè)傳感器 探測(cè)和測(cè)量。通過(guò)對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得儲(chǔ)層性質(zhì)的剖面或"測(cè)
井曲線圖(log)"。
本領(lǐng)域已知的測(cè)井技術(shù)采用各種輸送形式，用于分別將工具下入到地下 儲(chǔ)層或?qū)⒐ぞ邚牡叵聝?chǔ)層收回。在各種測(cè)井技術(shù)中，例行采用兩種輸送形 式一線纜和隨鉆測(cè)井系統(tǒng)。線纜測(cè)井需要當(dāng)工具沿著井筒移動(dòng)時(shí)在鎧裝電纜 的端部把工具下入井筒中以獲得地下測(cè)量。隨鉆測(cè)井需要在井筒被鉆過(guò)儲(chǔ)層 時(shí)把工具配置到鉆井組件中。
傳統(tǒng)的電磁(EM)測(cè)井工具帶有作為源和/或傳感器操作的天線。在操作 中，發(fā)射天線由交流電供給能量以發(fā)射與儲(chǔ)層相互作用的EM能量，在接收 天線處4妻收相應(yīng)的EM信號(hào)。美國(guó)專(zhuān)利No.6,788，263描述了用于EM測(cè)井的 系統(tǒng)。 一些測(cè)井工具帶有聲源和傳感器，以獲得利用聲能量的測(cè)量。美國(guó)專(zhuān) 利公開(kāi)No.20050150655、 No.20050150713和No.20050152219描述了聲學(xué)測(cè) 井的系統(tǒng)。其它的測(cè)井工具帶有構(gòu)造成用于球形聚焦測(cè)井(SFL)測(cè)量的傳感 器。美國(guó)專(zhuān)利No.7，042，225描述了 SFL測(cè)井的系統(tǒng)。
圖1顯示了安裝在諸如線纜工具心軸的管子12上的常規(guī)傳感器10。傳 感器10包括棵露的電極16，當(dāng)工具配置在井筒中時(shí)，該電極16與井筒流體 接觸。圖2顯示了圖1結(jié)構(gòu)的傳感器IO的橫截面視圖。如圖所示，電極16布置在絕緣層18上，并由外層20保持在適當(dāng)位置，該外層20可以由復(fù)合 材料制成。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，電極16的連接線22必須穿過(guò)絕緣層18以與內(nèi) 部組件24電連接。由于一般地工具會(huì)有空間限制，因此絕緣層18的厚度通 常比電線22在井下壓力下為形成良好密封所期望的厚度小。細(xì)的管子12的 設(shè)計(jì)也具有影響層18的實(shí)際厚度的彎曲和較差偏心性的問(wèn)題。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的 這些缺陷都是導(dǎo)致工具被置于井下時(shí)傳感器IO經(jīng)受壓力而失效的原因。
隨著測(cè)井系統(tǒng)繼續(xù)向著具有高度集成工具發(fā)展，源和傳感器常常暴露于 井下流體，這些部件的電線必須連接到內(nèi)裝的電子裝置和組件上，而這些電 子裝置和組件不能被井下流體打濕或沾污。因此，仍然需要改進(jìn)的技術(shù)以提 供具有供地下使用的源和傳感器的工具
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型旨在解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，在暴露的換能器元件和內(nèi) 部電子裝置和組件以及層材料之間提供了改善的密封。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)降 低了存在于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的源泄漏，并且換能器模塊可以用于各種類(lèi)型的管子。
本實(shí)用新型的一方面提供了一種用于地下使用的換能器裝置。該換能器 裝置包括為地下配置而構(gòu)造的管子；具有內(nèi)孔并由非傳導(dǎo)性材料制成的圓 柱形主體；管子設(shè)置于圓柱形主體的內(nèi)孔內(nèi)，使得主體圍繞管子的一部分； 圓柱形主體具有設(shè)置于其上的換能器元件，使得僅元件的表面沿著主體的外 部暴露；該換能器元件連結(jié)到導(dǎo)線，該導(dǎo)線被布置成穿過(guò)圓柱形主體并在主 體的內(nèi)孔附近引出；并且圓柱形主體的端部由材料覆蓋以形成液壓密封。
本實(shí)用新型的另一方面提供了一種構(gòu)造用于地下使用的換能器裝置的 方法。該方法包括將換能器元件設(shè)置于具有內(nèi)孔并由非傳導(dǎo)性材料制成的 圓柱形主體上，該元件設(shè)置成使得僅元件的表面沿著主體的外部暴露，并連 結(jié)到導(dǎo)線，所述導(dǎo)線布置成穿過(guò)主體以在主體的內(nèi)孔附近引出；將圓柱形主 體設(shè)置于為地下布置而構(gòu)造的管子上，該管子穿過(guò)主體的內(nèi)孔，使得主體圍 繞管子的一部分；以及用材料覆蓋圓柱形主體的端部以形成液壓密封。
本實(shí)用新型的另一方面提供了一種用于地下使用的換能器系統(tǒng)。該換能 器系統(tǒng)包括為地下配置而構(gòu)造的管子；由非傳導(dǎo)性材料制成的具有壁和內(nèi) 孔的圓柱形主體，所述壁和內(nèi)孔形成具有敞開(kāi)端部的單一回轉(zhuǎn)閉曲面(closedsurface of revolution);圓柱形主體具有設(shè)置于其上的換能器元件，使得僅元 件的表面沿著主體的外部暴露，露出的元件表面從主體的外表面凹進(jìn)；圓柱 形主體的端部形成為與主體的外徑相比具有減小的外徑，以使每個(gè)端部包括 唇緣；換能器元件連結(jié)到導(dǎo)線，該導(dǎo)線被布置成穿過(guò)圓柱形主體并在主體的 內(nèi)孔附近引出；管子設(shè)置于圓柱形主體的內(nèi)孔內(nèi)，使得主體圍繞管子的一部 分；連接器，設(shè)置于管子上，以與導(dǎo)線連接，從而在元件與遠(yuǎn)距離電子裝置 和組件(electronics)之間進(jìn)行信號(hào)或功率傳輸；在圓柱形主體的每個(gè)端部的唇 緣上方和設(shè)置于管子的外表面上的材料層中，至少有一個(gè)非傳導(dǎo)性材料層形 成液壓密封。
根據(jù)本實(shí)用新型，因?yàn)樵?dǎo)線不需要像傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)那樣穿過(guò)一個(gè)或多個(gè) 層，因此液壓密封可以通過(guò)單一橡膠模制工藝實(shí)現(xiàn)，而不需要在插入線纜并 去除多余的片之后進(jìn)行修理和修補(bǔ)，從而改善了密封質(zhì)量。


通過(guò)閱讀下面的詳細(xì)描述并參照附圖，本實(shí)用新型的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將 變得顯然，附圖中相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示，附圖中 圖1是安裝在心軸上的傳統(tǒng)傳感器的示意圖。 圖2是圖1的傳感器構(gòu)造的橫截面?zhèn)纫晥D。 圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的換能器模塊的橫截面?zhèn)纫晥D。 圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的安裝在管子上的換能器模塊的橫截面?zhèn)纫晥D。 圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的安裝在管子上的另 一換能器模塊的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖6示出根據(jù)本實(shí)用新型的安裝在管子上的換能器模塊的正視圖。 圖7是裝備有根據(jù)本實(shí)用新型的換能器模塊的測(cè)井系統(tǒng)的示意圖。 圖8是根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)造用于地下使用的換能器裝置的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
為了此公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)"傳感器"應(yīng)理解為包括適于接收/探測(cè)能量(例 如，EM或聲能量)或響應(yīng)于與氣體或流體接觸/暴露于氣體或流體而產(chǎn)生信 號(hào)的任何裝置或元件(例如，流體傳感器)。類(lèi)似地，術(shù)語(yǔ)"源"應(yīng)理解為包括適于傳送/發(fā)射能量(例如，EM或聲能量)的任何裝置或元件。正如本領(lǐng)域 已知的，換能器裝置將一種形式的輸入能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的輸出能量。 換能器的一示例是在電與聲形式之間轉(zhuǎn)換能量的壓電晶體。這種換能器元件 常適于用作源或傳感器。為了此公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)"換能器，，應(yīng)理解為包括
圖3顯示了本實(shí)用新型的換能器模塊30的橫截面透視圖。圓柱形主體 32被顯示為具有置于其上的換能器元件34。雖然為了便于解釋清楚而示出 了局部視圖，但主體32形成為具有細(xì)長(zhǎng)壁和內(nèi)孔的單一回轉(zhuǎn)閉曲面。主體 32優(yōu)選地由非傳導(dǎo)性材料制成。可使用的材料包括橡膠、市場(chǎng)上可買(mǎi)到的熱 塑性塑料(thermal plastics)(例如，PEKTM、 PEEKTM、 PEKK 、 ULTRAPEKTM)、 這些材料的復(fù)合物、以及本領(lǐng)域已知的能夠經(jīng)受井下工具預(yù)期條件的其它材 料(例如，美國(guó)專(zhuān)利No.4，320,224和No.6,084，052中公開(kāi)的)。
換能器元件34可以是本領(lǐng)域已知的用于地下測(cè)量的任何合適的元件。 通過(guò)換能器元件34被設(shè)計(jì)為通過(guò)使表面直接暴露到環(huán)境中而起作用來(lái)實(shí)現(xiàn) 本實(shí)用新型的一些方面。這樣的元件34包括聲換能器、SFL電極和本領(lǐng)域 已知的其它元件。在本實(shí)用新型的一方面，換能器元件34被模制并密封在 主體32內(nèi)，使得僅元件的局部表面沿著主體的外部露出。導(dǎo)線36連結(jié)到元 件34，并被布置成在主體32的端部或附近且在主體的內(nèi)徑表面附近引出。 根據(jù)元件34的類(lèi)型和期望的應(yīng)用場(chǎng)合， 一條或多條導(dǎo)線36可包括絞合線、 光纖、金屬絲網(wǎng)、單一傳導(dǎo)線或本領(lǐng)域已知的任何其它的信號(hào)/能量傳輸介質(zhì)。 所述一條或多條導(dǎo)線36和元件34之間的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部連接也可以通過(guò)本 領(lǐng)域已知的任何合適的方式(例如，焊接、粘合劑等)實(shí)現(xiàn)。換能器模塊30被 制造成能夠沿著導(dǎo)線36提供液壓密封。
在這個(gè)方面，主體32形成為使得換能器元件34的端部由材料的重疊38 覆蓋。因此，元件34從主體32的外表面稍微凹進(jìn)，并優(yōu)選地定位成靠近主 體的內(nèi)徑和外徑的中間。在本實(shí)用新型的一些方面，附加的粘合劑或灌注膠 可以布置在保持該元件34的空隙內(nèi)，以提供附加的密封(未示出)。暴露的元 件34的表面也可以像本領(lǐng)域已知的那樣并根據(jù)特定應(yīng)用場(chǎng)合所期望的那樣 進(jìn)行處理或加工完成。而換能器模塊30的其它方面可以通過(guò)非常薄的材料 重疊38或根本沒(méi)有重疊而實(shí)現(xiàn)，使得暴露的元件34的表面更加流線型或與 主體32的外徑齊平，如圖7所示。再來(lái)參照?qǐng)D4，示出了本實(shí)用新型另一方面的橫截面。在這個(gè)方面，本
實(shí)用新型的換能器模塊30安裝在心軸40上。非傳導(dǎo)性材料設(shè)置于心軸40 的外表面上方以形成電絕緣層42。用于層42的可使用材料包括本領(lǐng)域已知 的和這里描述的任何合適的材料。層42的材料可以以在心軸上滑動(dòng)的鞘的 形式設(shè)置在心軸40上，以復(fù)合材料模制或固化到心軸、以復(fù)合材料在受拉 狀態(tài)下纏繞在心軸上、以環(huán)氧真空填充浸漬工藝、或以本領(lǐng)域已知的其它工 藝。換能器模塊30作為套筒在絕緣層42上滑動(dòng)，并定位成沿著心軸40的長(zhǎng)度 將元件34放置在期望的位置。
在本實(shí)用新型的一方面，從模塊30引出的導(dǎo)線44連接到設(shè)置在心軸40 中的連接器46。連接器46可以通過(guò)機(jī)加工放入心軸40中，在絕緣層42中 形成合適的孔以允許導(dǎo)線44通過(guò)。本實(shí)用新型的一些方面可以這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)， 即，使導(dǎo)線44連結(jié)到附加的內(nèi)部電路、部件和/或電子裝置和組件48，而這 些又可以按照期望連結(jié)到其它遠(yuǎn)程的元件以進(jìn)行信號(hào)/功率傳輸。正如本領(lǐng)域 已知的，連接器46可以被構(gòu)造成與設(shè)置在心軸40的孔內(nèi)的其它連接或接口 裝置連接，例如美國(guó)專(zhuān)利No.6，577,244中描述的下鉆具工具(該專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓給 本受讓人，這里將其全部?jī)?nèi)容引入作為參考)上。在本實(shí)用新型的其它方面， 連接器46可以是例如在美國(guó)專(zhuān)利No.6，577，244中描述的被構(gòu)造成用于電磁 耦合的電感耦合器。
非傳導(dǎo)性材料設(shè)置在絕緣層42上方以形成穩(wěn)定層50。這個(gè)第二層50 有助于將模塊30和一條或多條導(dǎo)線44保持在適當(dāng)位置。穩(wěn)定層50可以由 與形成絕緣層42的材料相同的材料形成，而且它可以按照類(lèi)似的方式施加。 穩(wěn)定層50優(yōu)選地設(shè)置于心軸40上，使得導(dǎo)線44定位在該層之下。如果導(dǎo)
線44被布置成在端部或附近且靠近內(nèi)表面處從模塊主體32引出，則這變得
六且 谷刃。
由非傳導(dǎo)性材料形成的第三密封層52設(shè)置于穩(wěn)定層50上方，以覆蓋模 塊主體32的兩端。該密封層52可以由用于其它層的材料中的任一種形成， 并以類(lèi)似的方式施加。本實(shí)用新型的一個(gè)方面是通過(guò)將橡膠模制在整個(gè)單元 上作為密封層52,從而形成液壓密封來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)更好的密封，優(yōu)選 的是，模塊30的兩個(gè)端部處的外徑與穩(wěn)定層50的外徑相同。通過(guò)這種方式， 密封層52可以在模塊30的端部處無(wú)間隙地結(jié)合到外表面，并且端部處的結(jié) 合區(qū)域的長(zhǎng)度得到優(yōu)化以提供良好密封。如圖4所示，模塊主體32優(yōu)選地形成為，其端部具有相對(duì)于主體外徑減小的外徑，使得每個(gè)端部包括唇緣53，
該唇緣53位于密封層52的下面以提供改善的密封。
外層54形成在密封層52上方，以保護(hù)并進(jìn)一步將模塊30組件密封在 適當(dāng)?shù)奈恢?。外層可以?壬何合適的材津+形成并4安照這里描述的以及本領(lǐng)域 已知的方式施加。合適材料的例子包括但不限于，非傳導(dǎo)性的防爆炸減壓橡 月交(decompression-explosion resistant rubber) 、 PEKTM禾口 3皮璃、碳纖纟* 、 KEVLARTM、玻璃絲加固的環(huán)氧(fiberglass-reinforced epoxy)或這里描述的任 何其它材料。Finci等人的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.20070107896以及美國(guó)專(zhuān)利 No.4,873，488、 No.7，023，212、 No.7,026,813描述了借助復(fù)合基/絕緣外殼實(shí)現(xiàn) 的井下工具(所有這四篇文獻(xiàn)都轉(zhuǎn)讓給本受讓人，它們的全部?jī)?nèi)容在這里引 入作為參考)。如圖4所示，模塊端部的唇緣53也由外層54覆蓋，以進(jìn)一 步改善密封。
圖5顯示了本實(shí)用新型的另一方面。在這個(gè)方面，另一換能器模塊30 安裝在心軸40上。非傳導(dǎo)性材料設(shè)置于心軸40的外表面上以形成電絕緣層 42。非傳導(dǎo)性材料設(shè)置于絕緣層42上以形成穩(wěn)定層50。穩(wěn)定層50優(yōu)選地設(shè) 置于心軸40上以使導(dǎo)線44定位在該層之下。第三密封層52設(shè)置于穩(wěn)定層 50上，以覆蓋模塊主體32的兩端。 一個(gè)方面可以通過(guò)將橡膠模制在整個(gè)單 元上作為密封層52，從而形成液壓密封來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照這里所描述的，層42、 50、 52可以由任何合適的材料形成并設(shè)置在心軸上。
模塊主體32配備有導(dǎo)線44，該導(dǎo)線44布置成穿過(guò)主體，使得一端向外 表面伸出以與元件34連結(jié)，另一端在主體端部或附近且在內(nèi)徑表面附近引 出。主體32可以在導(dǎo)線位于其內(nèi)部的條件下被模制，或者導(dǎo)線可以在主體 形成后添加(例如，通過(guò)鉆出的引線孔(feedthru))。如果模制時(shí)并入導(dǎo)線44, 則沿著導(dǎo)線長(zhǎng)度的模制提供了防御流體通道的液壓密封；否則可以利用任何 合適的化合物將導(dǎo)線灌注或密封在引線孔中。
如圖5所示，這個(gè)方面的才莫塊主體32在一個(gè)端部形成有僅一個(gè)臺(tái)肩55。 相對(duì)的端部56向著心軸40的外徑成為流線型。才莫塊30的兩個(gè)端部?jī)?yōu)選地 逐漸變細(xì)，使得它們的外徑與穩(wěn)定層50的外徑相同。通過(guò)這種方式，密封 層52可以在模塊端部無(wú)間隙地結(jié)合到外表面，并且端部處的結(jié)合區(qū)域的長(zhǎng) 度得到優(yōu)化以提供良好密封。
在模塊30形成后， 一個(gè)或多個(gè)換能器元件34設(shè)置于模塊主體32的中部。在本實(shí)用新型的一方面，元件34包括傳導(dǎo)性金屬片，多個(gè)指狀物圍繞
模塊主體32纏繞。密封層52在模塊30設(shè)置于心軸40上之后施加在期望位 置，并且可以在元件34安裝之前或之后施加。 一旦元件34處于適當(dāng)?shù)奈恢茫?導(dǎo)線44就可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的任何合適的方式(例如，焊接、粘合劑、緊 固件等)連接到該元件。
為了保護(hù)元件/導(dǎo)線的連接以及為了固定元件34，由非傳導(dǎo)性復(fù)合材料 制成的環(huán)57可以設(shè)置于心軸40上。環(huán)57可以在放置了模塊30和元件34 之后在心軸40上滑動(dòng)。環(huán)57可以通過(guò)合適的緊固件裝置或粘合劑固定在適 當(dāng)位置。外層54形成在密封層52上方，以保護(hù)模塊30組件并進(jìn)一步將模 塊30組件密封在適當(dāng)?shù)奈恢?。外?4可以由任何合適的材料制成并按照這 里所描述的施加。外層54和環(huán)57可以單獨(dú)或同時(shí)模制/安裝。使元件34暴 露的窗口 58可以按原樣模制或在之后進(jìn)行機(jī)加工。
另一方面，模塊30配備有傳導(dǎo)銷(xiāo)59(例如，金屬銷(xiāo)、電線)，該傳導(dǎo)銷(xiāo) 59在臺(tái)肩55設(shè)置于主體32內(nèi)。銷(xiāo)59的一端向著主體32的中間外表面伸出， 另一端連接到導(dǎo)線44。銷(xiāo)59可以模制在模塊30內(nèi)或者在模塊形成后插入到 模塊中。銷(xiāo)59可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的任何合適的方式(例如，焊接、粘合劑、 緊固件等)連接到元件34。
圖6顯示了本實(shí)用新型的另一方面。構(gòu)造成用于地下使用的管子60裝 備有本實(shí)用新型的換能器模塊30。管子60可以由金屬(例如，非磁性金屬)、 復(fù)合材料或本領(lǐng)域已知的任何其它的合適材料制成。這個(gè)方面通過(guò)使換能器 模塊30配備有一系列露出的元件帶62來(lái)構(gòu)造。通過(guò)該構(gòu)造，模塊30可以 成為用于獲得本領(lǐng)域已知的SFL測(cè)量的電極(例如，美國(guó)專(zhuān)利No.7,042，225 中所描述的)。 一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部導(dǎo)線和連結(jié)按照這里描述的完成。管子60可 以是用于地下作業(yè)的任何傳統(tǒng)的工具或管道?？梢匝b備有本實(shí)用新型的模塊 30的實(shí)施例的示例包括構(gòu)造成用于在鎧裝電纜(例如，金屬線、滑線)上進(jìn) 行地下布置的管子，例如鉆鋌、生產(chǎn)工具、套管等。本實(shí)用新型的方面也可 以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)包括設(shè)置于模塊30上或者模塊和管子60上以覆蓋一 個(gè)或多個(gè)元件62的防護(hù)裝置(未示出)，為元件62提供額外的保護(hù)，尤其是 在模塊暴露到苛刻的磨蝕性條件的應(yīng)用場(chǎng)合(例如，鉆井應(yīng)用場(chǎng)合)中。防護(hù) 部件可以被構(gòu)造成具有使元件62的一個(gè)或多個(gè)表面暴露到環(huán)境中的開(kāi)口， 正如本領(lǐng)域已知的那樣(例如，美國(guó)專(zhuān)利No.6,566,881和No.6,299,639中所描述的)。
圖7顯示了本實(shí)用新型的另一方面。用于獲取地下測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)井系統(tǒng)
70裝配有多個(gè)本實(shí)用新型的換能器模塊30。該系統(tǒng)70包括顯示為置于穿過(guò) 地下儲(chǔ)層的井筒74中的井下工具72。除模塊30外，該工具72可以裝配有 其它源和傳感器進(jìn)行各種地下測(cè)量，正如本領(lǐng)域所已知的。工具72容納有 帶有合適電路系統(tǒng)的電子裝置和組件/硬件76。工具72被顯示為由測(cè)井電纜 78(在線纜系統(tǒng)的情況下)或由鉆柱78(在隨鉆系統(tǒng)的情況下)支撐在井筒74 中。利用線纜工具，工具72通過(guò)絞車(chē)80在井筒74中提升和下降，絞車(chē)80 由地面設(shè)備82控制。測(cè)井電纜或鉆柱78包括導(dǎo)體84，導(dǎo)體84將井下電子 裝置和組件76與地面設(shè)備82連接起來(lái)，以進(jìn)行信號(hào)/數(shù)據(jù)和控制通信。可選 擇地，信號(hào)/數(shù)據(jù)可以在工具72中進(jìn)行處理或記錄，處理后的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)?地面設(shè)備82。換能器模塊30所產(chǎn)生的和/或探測(cè)到的信號(hào)的精確形式和細(xì)節(jié) 才艮據(jù)所期望的測(cè)量和應(yīng)用場(chǎng)合而改變，正如本領(lǐng)域所已知的。
圖8顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一方面的構(gòu)建用于地下使用的換能器裝置的 方法100的流程圖。在步驟105中，將換能器元件34設(shè)置于模塊30上，該 模塊30形成為具有內(nèi)孔并由非傳導(dǎo)性材料制成的圓柱形主體，正如這里描 述的?？梢栽诎ㄒ粋€(gè)或多個(gè)換能器元件34的條件下制造或模制模塊30， 或者在模塊30制造之后添加所述一個(gè)或多個(gè)元件，正如這里所描述的。根 據(jù)這里描述的技術(shù)，將元件34設(shè)置成使得元件的表面沿著模塊主體32的外 部露出，并且將元件連結(jié)到導(dǎo)線44，其中導(dǎo)線44被布置成穿過(guò)主體以在主 體的內(nèi)孔附近引出。在步驟IIO,將模塊30設(shè)置于為地下布置而構(gòu)造的管子 60上。正如這里所描述的，使管子穿過(guò)模塊主體32的內(nèi)孔，從而使主體圍 繞管子的一部分。在步驟115,根據(jù)這里公開(kāi)的技術(shù)，用材料覆蓋模塊主體 32的端部，以形成液壓密封。
有顯著的優(yōu)勢(shì)。上述公開(kāi)的方面在暴露的換能器元件和內(nèi)部電子裝置和組件 以及層材料之間提供了改善的密封。這些設(shè)計(jì)降低了存在于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的源 泄漏。例如，因?yàn)樵?dǎo)線不需要像傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)那樣穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)層，因此 液壓密封可以通過(guò)單一橡膠模制工藝實(shí)現(xiàn)，而不需要在插入線纜并去除多余 的片之后進(jìn)行修理和修補(bǔ)，從而改善了密封質(zhì)量。此外，本實(shí)用新型的換能 器模塊可以用在實(shí)際的各種類(lèi)型的管子。對(duì)于地下應(yīng)用，模塊可以設(shè)置在本領(lǐng)域已知的各種輸送管裝置上，包括但不限于，線纜、滑線、LWD/MWD、 LWT、運(yùn)行工具、生產(chǎn)油管和套管。
雖然本公開(kāi)描述了本實(shí)用新型的特定方面，但在研究了本公開(kāi)后，大量 變形和改變對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講變得很明顯，包括使用這里所描述的元 件的等同功能和/或結(jié)構(gòu)的替代物。例如，本實(shí)用新型的方面也可以通過(guò)將換
上來(lái)實(shí)現(xiàn)。而其它方面可以通過(guò)使模塊30包括適于遙測(cè)應(yīng)用的元件(未示出) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。所有這些對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的類(lèi)似改變都將被認(rèn)為落入本實(shí)用 新型的范圍內(nèi)，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求限定。對(duì)于本說(shuō)明書(shū)，應(yīng) 當(dāng)清楚地理解，"包括" 一詞是指"包括但不限于"。
權(quán)利要求1、一種用于地下使用的換能器裝置，其特征在于，該換能器裝置包括為地下配置而構(gòu)造的管子；具有內(nèi)孔并由非傳導(dǎo)性材料制成的圓柱形主體；管子設(shè)置于圓柱形主體的內(nèi)孔內(nèi)，圓柱形主體圍繞管子的一部分；圓柱形主體具有設(shè)置于該圓柱形主體上的換能器元件，僅元件的表面沿著圓柱形主體的外部暴露；該換能器元件連結(jié)到導(dǎo)線，該導(dǎo)線被布置成穿過(guò)圓柱形主體并在圓柱形主體的內(nèi)孔附近引出，穿過(guò)圓柱形主體的導(dǎo)線與主體形成液壓密封；并且圓柱形主體的端部由材料覆蓋以形成液壓密封。
2、 如權(quán)利要求1所述的換能器裝置，其特征在于，圓柱形主體包括形 成單一回轉(zhuǎn)曲面的壁，該回轉(zhuǎn)曲面具有敞開(kāi)的端部，作為套筒安裝在管子上方。
3、 如權(quán)利要求2所述的換能器裝置，其特征在于，換能器元件設(shè)置于 圓柱形主體上，使得暴露出的元件表面從圓柱形主體的外表面凹進(jìn)。
4、 如權(quán)利要求3所述的換能器裝置，其特征在于，該換能器裝置還包 括設(shè)置于管子的外表面上的非傳導(dǎo)性材料，在管子和圓柱形主體之間形成第 一層。
5、 如權(quán)利要求4所述的換能器裝置，其特征在于，該換能器裝置還包 括設(shè)置于由非傳導(dǎo)性材料制成的第一層上方以覆蓋導(dǎo)線的非傳導(dǎo)性材料，以 在管子上方形成第二層。
6、 如權(quán)利要求5所述的換能器裝置，其特征在于，覆蓋圓柱形主體的 端部的材料形成位于第 一和第二層上方的第三層。
7、 如權(quán)利要求6所述的換能器裝置，其特征在于，該換能器裝置還包 括設(shè)置于圓柱形主體的端部上方的非傳導(dǎo)性材料，以形成置于管子上的第一、 第二和第三層上方的第四層。
8、 如權(quán)利要求7所述的換能器裝置，其特征在于，圓柱形主體的端部 形成為與圓柱形主體的外徑相比具有減小的外徑，每個(gè)端部包括安裝在第二、 第三或第四層中至少一個(gè)層之下的唇緣。
9、 如權(quán)利要求8所述的換能器裝置，其特征在于，該換能器裝置還包括連接器，該連接器設(shè)置于管子上以與導(dǎo)線連接，以在換能器元件與遠(yuǎn)距離 電子裝置和組件之間進(jìn)行信號(hào)或功率傳輸。
10、 如權(quán)利要求8所述的換能器裝置，其特征在于，該換能器裝置還包 括設(shè)置于圓柱形主體上的位于換能器元件上方的環(huán)。
11、 如權(quán)利要求2所述的換能器裝置，其特征在于，導(dǎo)線的一段密封在圓柱形主體的壁內(nèi)。
12、 一種用于地下使用的換能器系統(tǒng)，其特征在于，該換能器系統(tǒng)包括 為地下配置而構(gòu)造的管子；由非傳導(dǎo)性材料制成的具有壁和內(nèi)孔的圓柱形主體，所述壁和內(nèi)孔形成 具有敞開(kāi)端部的完整的回轉(zhuǎn)體；圓柱形主體具有設(shè)置于該圓柱形主體上的換能器元件，僅元件的表面沿 著圓柱形主體的外部暴露，露出的元件表面從圓柱形主體的外表面凹進(jìn)；圓柱形主體的端部形成為與圓柱形主體的外徑相比具有減小的外徑，每 個(gè)端部包括唇緣；換能器元件連結(jié)到導(dǎo)線，該導(dǎo)線被布置成穿過(guò)圓柱形主體并在圓柱形主 體的內(nèi)孔附近引出，導(dǎo)線的一段被液壓密封在圓柱形主體的壁內(nèi)；管子設(shè)置于圓柱形主體的內(nèi)孔內(nèi)，圓柱形主體圍繞管子的 一部分；連接器，設(shè)置于管子上以與導(dǎo)線連接，在換能器元件與遠(yuǎn)距離電子裝置 和組件之間進(jìn)行信號(hào)或功率傳輸；以及在圓柱形主體的每個(gè)端部的唇緣上方和設(shè)置于管子的外表面上的材料 層中，至少有一個(gè)非傳導(dǎo)性材料層形成液壓密封。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了用于地下使用的換能器裝置和換能器系統(tǒng)。換能器裝置包括管子；具有內(nèi)孔并由非傳導(dǎo)性材料制成的圓柱形的主體；管子設(shè)置于內(nèi)孔內(nèi)，主體圍繞管子的一部分；主體上設(shè)置有換能器元件，僅元件的表面沿著主體的外部暴露；元件連結(jié)到穿過(guò)主體并在內(nèi)孔附近引出的導(dǎo)線，穿過(guò)主體的導(dǎo)線與主體形成液壓密封；主體端部由材料覆蓋以形成液壓密封。該換能器系統(tǒng)包括管子；圓柱形主體；主體上設(shè)置有換能器元件；主體端部的外徑與主體外徑相比減小，各端部包括唇緣；元件連結(jié)到導(dǎo)線，導(dǎo)線的一段被密封在主體的壁內(nèi)；連接器，置于管子上以與導(dǎo)線連接，在元件與遠(yuǎn)距離電子裝置和組件之間進(jìn)行信號(hào)或功率傳輸；至少一個(gè)非傳導(dǎo)性材料層，在唇緣上方置于管子外表面上以形成液壓密封。
文檔編號(hào)E21B49/00GK201318173SQ200820207538
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者何青巖, 克里斯托弗斯·德?tīng)柨膊? 理查德·D·沃德 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司