專利名稱：：Pdc感測元件制造方法和工具的制作方法PDC感測元件制造方法和工具
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭，尤其涉及帶有集成傳感器的PDC鉆頭的方法和裝置以及用于制造這種PDC鉆頭的方法。
背景技術(shù)：
：旋轉(zhuǎn)鉆頭通常用于在地層中鉆出井孔或井眼。旋轉(zhuǎn)鉆頭包括兩種主要結(jié)構(gòu)以及它們的組合。一種結(jié)構(gòu)是牙輪鉆頭，其一般包括三個牙輪，所述牙輪安裝在自鉆頭本體延伸的支撐腿上。每個牙輪構(gòu)造成在支撐腿上轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)。齒設(shè)置在每個牙輪的外表面上，以用于切削巖石和其他地層。旋轉(zhuǎn)鉆頭的第二種主要結(jié)構(gòu)是固定刀具式鉆頭(通常稱作“刮刀”鉆頭)，其通常包括固定到鉆頭本體的端面區(qū)域的多個切削元件。一般來講，固定刀具式鉆頭的切削元件具有盤的形狀或者基本是圓柱形的形狀。可以將硬的、超耐磨料(比如相互粘結(jié)的聚晶金剛石顆粒)設(shè)置在每個切削元件的基本圓形的端表面上以提供切削表面。這些切削元件通常稱作“聚晶金剛石復(fù)合片”(PDC)刀具。這些切削元件可以與鉆頭本體分開制造并固定在形成于鉆頭本體外表面中的凹窩內(nèi)?？梢允褂弥T如粘結(jié)劑或硬釬焊合金之類的粘結(jié)材料來將切削元件固定到鉆頭本體上。固定刀具式鉆頭可以放置在井孔中使得切削元件抵靠要被鉆進的地層。當(dāng)鉆頭轉(zhuǎn)動時，切削元件接合并剪切掉下方地層的表面。在鉆進操作期間，通常使用隨鉆測量(MWD)和隨鉆記錄(LWD)傳感器以做出鉆進條件或地層和/或流體特性的測量結(jié)果并使用MWD/LWD測量結(jié)果控制鉆進操作。這些工具可以位于底部鉆具組合(BHA)中或者形成為與鉆柱相容。在可能的情況下從靠近鉆頭頂端的地層獲取信息是所需的。本發(fā)明涉及一種具有PDC切削元件的鉆頭，其包括集成電路，所述集成電路構(gòu)造成測量鉆進條件、井孔中流體的特性、地層的特性和/或地層中流體的特性。通過在鉆頭上設(shè)置傳感器，基本消除了鉆頭穿透地層與MWD/LWD工具感測地層特性或鉆進條件的時間之間的時滯。此外，通過在鉆頭上設(shè)置傳感器，更可能及時檢測到不安全的鉆進條件以采取補救動作。此外，可以對原始地層進行測量而沒有任何污染或者減小了來自于鉆進流體的污染。例如，井孔壁上的泥餅妨礙和/或扭曲了巖石特性測量結(jié)果，比如電阻率、核和聲測量結(jié)果。侵入地層中的鉆進流體污染了原生流體并且給出了錯誤的結(jié)果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個實施方式是一種旋轉(zhuǎn)鉆頭，其構(gòu)造成在井孔中輸送并鉆進地層。該旋轉(zhuǎn)鉆頭包括至少一個聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具，其包括(i)至少一個切削元件，(ii)至少一個換能器，其構(gòu)造成提供表示(I)鉆頭的運行狀況，(II)井孔中流體的特性和(III)周圍地層的特性中的至少一個的信號。本發(fā)明的另一個實施方式是一種進行鉆進操作的方法。該方法包括將旋轉(zhuǎn)鉆頭輸送到井孔中并鉆進地層；使用連接到旋轉(zhuǎn)鉆頭本體的聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具上的5至少一個傳感器來提供表示(I)鉆頭的運行狀況，(II)井孔中流體的特性和(III)地層的特性中的至少一個的信號。本發(fā)明的另一個實施方式是一種形成旋轉(zhuǎn)鉆頭的方法。該方法包括制造至少一個聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具，該刀具包括(i)至少一個切削元件，(ii)至少一個換能器，其構(gòu)造成提供表示(I)鉆頭的運行狀況，(II)井孔中流體的特性和(III)地層的特性中的至少一個的信號，以及(iii)在所述至少一個換能器的與所述至少一個切削元件相對的側(cè)面上的保護層；以及使用所述保護層來保護包括所述至少一個換能器的感測層免受磨損。為了對本發(fā)明有詳細的理解，參照本發(fā)明的如下的結(jié)合附圖的詳細描述圖I是具體體現(xiàn)本發(fā)明教導(dǎo)的鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的局部截面?zhèn)纫晥D，其包括鉆頭本體，鉆頭本體包括顆?；膹?fù)合材料；圖2是根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的聚晶金剛石復(fù)合片部分的正視圖3示出了包括傳感器陣列的襯墊的一個示例；圖4示出了包括傳感器和PDC切削元件的刀具的一個示例；圖5(a)-5(f)示出了用于構(gòu)造傳感器的各種結(jié)構(gòu)；圖6圖示了PDC刀具表面上的天線；圖7(a)-(e)圖示了PDC刀具不同層的制造順序；圖8(a)-8(b)示出了實施圖7(a)_7(e)的分層形成所需的主要操作；圖9示出了圖3的包括傳感器的襯墊的基本結(jié)構(gòu)；圖10(a)-(b)示出了圖3的組件的制造步驟；圖11(a)-(b)示出了圖5(f)的組件的制造步驟；以及圖12圖示了在兩個不同切削元件上使用換能器以用于地層聲學(xué)特性的測量。具體實施方式圖I中示出了具體體現(xiàn)本發(fā)明教導(dǎo)的一種鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭10。該鉆頭10包括鉆頭本體12，鉆頭本體12包括顆?；膹?fù)合材料15，該復(fù)合材料15包括分散在整個低熔點粘結(jié)材料中的硬質(zhì)點或區(qū)域。這些硬質(zhì)點或區(qū)域是“硬的”意思是指它們相對于周圍粘結(jié)材料硬。在一些實施方式中,鉆頭本體12可以主要由顆粒基材復(fù)合材料15組成，在下面將對其進一步詳細描述。所述鉆頭本體12可以緊固到金屬鉆頭接頭部分20，后者可以由鋼形成并且可以包括用于將鉆頭10連接到鉆柱(未示出)的美國石油協(xié)會(API)螺紋銷12。該鉆頭本體12可以例如通過使用一個或多個保持構(gòu)件46結(jié)合硬釬焊和/或熔接直接緊固到鉆頭接頭部分20，正如下面要更詳細討論的。如圖I中所示，鉆頭本體12可以包括由排屑槽32彼此分開的翼或刀片30。內(nèi)部流體通路42可以在鉆頭本體12的面18與縱向孔40之間延伸，其穿過鋼質(zhì)鉆頭接頭部分20延伸并且至少部分穿過鉆頭本體12。在一些實施方式中，噴嘴插入件(未示出)可以在鉆頭本體12的面18處設(shè)置于流體通路42內(nèi)。所述鉆頭10可以在其面18上包括多個切削元件。通過非限制性的示例，在每個刀片30上可以設(shè)置多個聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具34，如圖I中所示。PDC刀具34可以沿著刀片30設(shè)置在形成于鉆頭本體12的面18中的凹窩36內(nèi)，并且可以由支撐件38從后面支撐，所述支撐件38可以與鉆頭本體12—體地形成。在鉆進操作期間，鉆頭10可以定位在井眼的底部并且在將鉆進流體通過縱向孔40和內(nèi)部流體通路42泵送到鉆頭本體12的所述面18時轉(zhuǎn)動。當(dāng)PDC刀具34剪切并接合下面的地層時，地層切屑和碎石與鉆進流體混合并懸浮在鉆進流體內(nèi)，其經(jīng)過排屑槽32和井眼與鉆柱之間的環(huán)形空間到達地層表面?，F(xiàn)轉(zhuǎn)向圖2，示出了示例性PDC刀具34的截面。這包括PDC切削元件213。這也可以稱作金剛石臺面(diamaondtable)的一部分。設(shè)置諸如Si3N4/Al203之類的薄的材料層215，以用于鈍化刀具34的其他元件/將刀具34的其他元件粘結(jié)到切削元件213。對鈍化層215的上表面可以使用化學(xué)機械拋光(CMP)。切削元件可以設(shè)有基底211。層217包括用于與傳感器連接的電路的金屬跡線和圖案。在電路層上方是一層或多層219，其可以包括壓電元件和p-n-p晶體管。這些元件可以作為用于進行測量的Wheatston橋而布設(shè)。頂層221是共形的保護(鈍化)層。共形層221使得可以使用保護層來均勻地覆蓋217和/或219。該層221可以由類金剛石(DLC)材料制成。上面示出的感測材料是壓電材料。壓電材料的使用使得可以測量鉆進操作期間刀具34上的應(yīng)變。這不應(yīng)解釋為一種限定，可以將多種傳感器結(jié)合到該層219中。例如，可以使用電襯墊(electrialpads)陣列來測量鄰接地層的電勢或者來調(diào)查高頻(HF)衰減。替代性地，可以使用超聲換能器陣列來進行聲成像、聲速判斷、聲衰減判斷和剪切波傳播?？梢允褂糜糜谄渌锢硖匦缘膫鞲衅?。這些包括加速計、回轉(zhuǎn)儀和傾角計。微型機電系統(tǒng)(MEMS)或納米機電系統(tǒng)(NEMS)類型的傳感器和相關(guān)的信號調(diào)節(jié)電路可以直接建立在roc內(nèi)部或表面上。這些是適合于切削元件和鉆柱的物理條件的傳感器的示例?？梢越Y(jié)合的化學(xué)傳感器包括用于元素分析的傳感器碳納米管(CNT)、基于選擇性門控場效應(yīng)晶體管(FET)或pH、H2S和其他離子的離子敏感場效應(yīng)晶體管(ISFET)的原理檢測各種微量元素存在的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器；用于碳氫化合物分析的傳感器；CNT、影響化學(xué)電極電勢的基于DLC的傳感器；以及用于碳/氧分析的傳感器。這些是用于井孔中流體分析的傳感器的示例?？梢栽O(shè)置用于巖石聲成像的聲學(xué)傳感器。為了本發(fā)明的目的，所有這些類型的傳感器可以稱作“換能器”。該術(shù)語的寬泛的詞典意思是“由一個系統(tǒng)的能量致動、并向第二系統(tǒng)提供相同或任何其他的形式的能量的裝置”。這包括響應(yīng)于比如輻射的測量結(jié)果而提供電信號的傳感器以及使用電能產(chǎn)生機械運動的裝置。在圖3中示出的本發(fā)明的一個實施方式中，示出了設(shè)有感測元件305陣列的傳感器襯墊303。所述感測元件可以包括壓力傳感器、溫度傳感器、應(yīng)力傳感器和/或應(yīng)變傳感器。使用該傳感器陣列，可以測量PDC元件301的面上的防護參數(shù)的變化。示出了連接到感測陣列的電引線307。所述襯墊303可以粘結(jié)到PDC元件301上，正如由箭頭309所標示出的。在圖4中示出的本發(fā)明的一個實施方式中，示出了在刀具34上的傳感器419。傳感器可以是化學(xué)場效應(yīng)晶體管(FET)。所述PDC元件413設(shè)有凹槽以允許流體和顆粒流到達傳感器419。在本發(fā)明的另一個實施方式中，傳感器419可以包括構(gòu)造成測量所述凹槽中流體和顆粒聲速的聲學(xué)換能器。該聲學(xué)傳感器可以由薄膜構(gòu)成或者可以由壓電元件制成。感測層可以形成在金剛石臺面頂部上或者金剛石臺面下方或者基底表面上，(與金剛石臺面的界面或與鉆頭基底的界面)。在本發(fā)明的另一個實施方式中，傳感器419可以包括上面參照圖3討論的那種傳感器陣列。參見圖5a，其中示出了具有刀具34的鉆頭本體12。所示出的傳感器501設(shè)置在鉆頭本體12中的腔體503中。設(shè)置連通(入流)通道505用于使流體和/顆粒流到達傳感器503。所述腔體還設(shè)有出口通道507。所述傳感器501類似于圖2中示出的傳感器，但是缺少了切削元件213，但包括電路層215和傳感器層217。該傳感器可以包括化學(xué)分析傳感器、慣性傳感器；電勢傳感器；磁通傳感器和/或聲學(xué)傳感器。該傳感器構(gòu)造成對輸送到腔室的流體的特性和/或流體中的固體材料進行測量。圖5(b)示出了圖2中討論的傳感器217的布置。在圖5(C)中，傳感器217在切削元件213中。圖5(d)示出了傳感器217在基底中，圖5(e)示出了一個傳感器在基材30中，一個傳感器在基底211中。圖5f示出了納米管傳感器501嵌入在基材中的布置。這些納米管可以用于測量壓力和/或溫度。圖6示出了刀具34上的天線601。電磁(EM)收發(fā)器603位于鉆頭本體12的基材中。該收發(fā)器用于詢問天線601并取回與圖2中的傳感器219所做測量有關(guān)的數(shù)據(jù)。該收發(fā)器設(shè)有電屏蔽電纜，以能夠?qū)崿F(xiàn)與鉆頭接頭部分中的裝置或者連接到鉆頭的異徑接頭進行通信。參見圖7(a)-(e)，討論了用于組裝圖2中示出的刀具34的操作順序。如圖7(a)中所示，PDC元件213安裝在用于形成金剛石臺面的處理晶片701上。添加填充材料703以使圖7Ca)中示出的組件的上表面呈平面。正如圖7b中示出的圖7a的細節(jié)，可以將包括Si3N4的“鈍化層”705沉積在切削元件213和填充物703的頂部上。該薄層的目的是提高切削元件213與上面的層(參照圖7a所討論的)之間的粘結(jié)力。正如由術(shù)語“鈍化”所教導(dǎo)的，該層還防止了PDC切削元件213對上面的層造成的破壞?？赡苄枰瘜W(xué)機械拋光(CMP)來形成鈍化層。應(yīng)該指出的是Si3N4的使用是示例性的目的并不解釋為一種限定。在該階段可能需要化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理/等離子氣相沉積(PVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、原子層沉積(ALD)和溶膠-凝膠旋涂裝備。接下來參見圖7c，沉積用于觸點和電子電路的金屬跡線和圖案709?？梢允褂脼R射涂覆、蒸發(fā)、ALD、電鍍和蝕刻(等離子和濕法)裝備。如圖7d中所示，壓電材料和p-n-p半導(dǎo)體層709被沉積。當(dāng)層707上的下方圖案包括Wheatston橋時，壓電材料的輸出可以用作應(yīng)變的表示。應(yīng)該指出的是壓電材料的使用只是出于示例性的目的，可以使用其他類型的傳感器材料。為此所需的裝備可能包括LPCVD、CVD、等離子體、ALD和RF濺射。共形保護鈍化層711被添加。使用術(shù)語“共形(conformal)”的意思是在具有變化拓撲結(jié)構(gòu)的層的上方形成一層的能力。這可以由類金剛石(DLC)材料制成。所需的處理裝置可能包括CVD、燒結(jié)和RF濺射。處理晶片701和填充材料的移除露出了圖2中示出的可以連接到圖I中的翼30的roc刀具34。圖8a示出了提供安裝好的圖7b的PDC單元所需的主要操作單元。這包括以步驟801中的PDC元件213和步驟803中的處理晶片701開始，以提供安裝好的平面化的單元805。將安裝好的PDC單元轉(zhuǎn)移到PDC裝載單元811并使其移至PDC晶片轉(zhuǎn)移單元813。然后將這些單元轉(zhuǎn)移到被標示為815，817和819的單元。815是金屬處理室，其可以包括CVD、濺射和蒸發(fā)。薄膜沉積室819可以包括LPCVD、CVD和等離子增強CVD。DLC沉積室817可以包括CVD和ALD。接下來，討論圖3的陣列的制造。現(xiàn)參見圖9，示出的碳化鎢基部905具有傳感器903和PDC臺面。一種制造方法包括在碳化鎢基部905正上方沉積感測層903，然后在碳化鎢基部上形成金剛石臺面。可以使用1500°C-1700。C的溫度并且可以使用106psi左右的壓力。這種組件可以通過在基底905上形成感測層903和布設(shè)跡線904來制造，如圖10(a)中所示。接下來將金剛石臺面901沉積在基底上。替代性地，金剛石臺面901可以基于基底905預(yù)先形成并硬釬焊。接下來參照圖11(a)-(b)討論圖5f中示出的組件的制造。將納米管1103插入到基底905中。接下來將金剛石臺面901沉積在基底905上。在圖10-11的組件中結(jié)合溫度傳感器是相對簡單的。要使用的可行的材料是高溫?zé)犭娕疾牧??？梢酝ㄟ^roc的側(cè)面或通過PDC的底部提供連接。由石英晶體制成的壓力傳感器可以嵌入在基底中?？梢允褂脡弘姴牧稀ｋ娮杪屎碗娙轀y量可以通過將電極放置在碳化鎢基底上通過金剛石臺面預(yù)先形成?？梢越Y(jié)合磁傳感器，以用于故障的磁調(diào)查。本領(lǐng)域技術(shù)人員在學(xué)習(xí)本發(fā)明之后會意識到的是，磁材料在結(jié)合到傳感器組件中之后必須重新磁化。在圖11的結(jié)構(gòu)中還可以使用化學(xué)傳感器。具體地，使用小輻射材料源或者用小輻射源材料代替其中一個納米管，可以將等離子體射線傳感器或中子探測器用在另一個納米管的位置中。理解本發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到的是，還可以使用壓電換能器來產(chǎn)生聲音震動。這種超聲換能器可以用于保持PDC元件的面清潔并且增加鉆進效率。這種換能器可以稱作振蕩器。此外，在地層中產(chǎn)生彈性波的能力可以提供很多有用的信息。在圖12中示意性地圖示出在兩個不同PDC元件34上的聲學(xué)傳感器。它們當(dāng)中的一個，例如1201可以用于在地層中產(chǎn)生剪切波。通過地層傳播的剪切波由在距離源換能器1201已知距離處的換能器1203檢測到。通過測量剪切波穿過地層的傳播時間，可以估計地層剪切速度。這是對巖石類型的一個很好的診斷。剪切波在多個距離上的衰減的測量結(jié)果提供了對巖石類型的額外指示。在本發(fā)明的一個實施方式中，還對壓縮波速度進行測量。壓縮波速度與剪切波速度的比率(Vp/Vs比)有助于區(qū)分碳酸鹽巖與碎屑巖。使用Vp/Vs比還可以檢測氣體的存在。在一個替代性實施方式中，切削元件的狀態(tài)可以從切削元件上的表面波的傳播速度確定。這是確定鉆頭運行狀況的一個示例。使用電磁聲學(xué)傳感器(EMAT)可以產(chǎn)生剪切波。授權(quán)給Reiderman等人的美國專利號7697375具有與本發(fā)明相同的內(nèi)容，其內(nèi)容通過引用并入于此，其披露了適于產(chǎn)生SH和Lamb波的組合EMAT。比如象Reiderman的那些教導(dǎo)可以用在本發(fā)明中。由換能器做出的測量結(jié)果的獲得和處理可以至少部分地由井下電子設(shè)備(未示出)控制。數(shù)據(jù)的控制和處理的本質(zhì)是使用在合適的機器可讀介質(zhì)上的計算機程序，其能夠使處理器執(zhí)行所述控制和處理。所述機器可讀介質(zhì)可以包括R0M、EPR0M、EEPR0M、閃存和光盤。術(shù)語“處理器”旨在包括諸如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)之類的裝置。9權(quán)利要求1.一種構(gòu)造成在井孔中輸送并鉆進地層的旋轉(zhuǎn)鉆頭，該旋轉(zhuǎn)鉆頭包括至少一個聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具，其包括(i)至少一個切削元件，以及(ii)至少一個換能器，其構(gòu)造成提供表示如下對象中的至少一個的信號(I)鉆頭的運行狀況，(II)井孔中流體的特性，以及(III)周圍地層的特性。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中，所述至少一個roc切削元件還包括在所述至少一個換能器的與所述至少一個切削元件相對的側(cè)面上的保護層，該保護層構(gòu)造成保護包括換能器的感測層不受磨損元件磨損。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中，所述至少一個換能器還包括布置在襯墊上的換能器陣列。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中，所述至少一個換能器選自由如下對象構(gòu)成的組(i)應(yīng)變傳感器，(ii)加速計，(iii)傾角計，(iv)磁力計，(v)溫度傳感器，(vi)碳納米管傳感器，(vii)電勢傳感器，(viii)碳/氧分析傳感器，(ix)聲學(xué)傳感器，(x)化學(xué)場效應(yīng)傳感器，(xi)離子敏感傳感器，(xii)角速度傳感器，(xiii)核傳感器，(xiv)壓力傳感器，(xv)振蕩器，以及(xvi)機電聲學(xué)換能器。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中，所述至少一個roc刀具還包括布置在所述至少一個切削元件與所述至少一個換能器之間的鈍化層。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，還包括布置在所述鈍化層與所述至少一個換能器之間的電子電路。7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中，所述至少一個切削元件設(shè)有構(gòu)造成允許流體流至所述至少一個換能器的通道。8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中，所述至少一個換能器布置在下述對象的至少一個中(i)設(shè)有流體流動通道的鉆頭本體中的腔體，(ii)所述至少一個切削元件中，(iii)所述至少一個切削元件的基底，以及(iv)鉆頭本體的基材中。9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，還包括鉆頭本體中的電磁(EM)收發(fā)器；以及在所述至少一個PDC刀具上的天線；其中，所述EM收發(fā)器構(gòu)造成詢問所述天線并接收與信號有關(guān)的數(shù)據(jù)。10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中，所述至少一個切削元件還包括具有第一換能器的第一切削元件和具有第二換能器的第二切削元件，所述第二換能器針對由第一換能器產(chǎn)生的信號作出響應(yīng)。11.一種進行鉆進操作的方法，該方法包括將旋轉(zhuǎn)鉆頭送到井孔中并且鉆進地層；以及使用連接到旋轉(zhuǎn)鉆頭本體的聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具上的至少一個換能器來提供表示下述對象中的至少一個的信號(I)鉆頭的運行狀況，(II)井孔中流體的特性；以及(III)地層的特性。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括使用在所述至少一個換能器的與所述至少一個切削元件相對的側(cè)面上具有保護層的鉆頭，以及使用所述保護層來保護包括所述至少一個換能器的感測層不受外部磨損。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括使用選自由如下對象構(gòu)成的組的換能器來用作所述至少一個換能器(i)應(yīng)變傳感器，(ii)加速計，(iii)傾角計，(iv)磁力計，(v)溫度傳感器，(vi)碳納米管傳感器，(vii)電勢傳感器，(viii)碳/氧分析傳感器，(ix)聲學(xué)傳感器，(x)化學(xué)場效應(yīng)傳感器，(xi)離子敏感傳感器，(χ)角速度傳感器，(xiii)核傳感器，以及(xiv)壓力傳感器。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括使用包括布置在所述至少一個切削元件與所述至少一個換能器之間的鈍化層的PDC刀具來用作所述至少一個PDC刀具。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括向布置在所述保護層與所述至少一個換能器之間的電子電路傳送信號。16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括提供用于從井孔向所述至少一個換能器傳送流體的通道。17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括將所述至少一個換能器定位在從如下部位選擇的部位(i)設(shè)有流體流動通道的鉆頭本體中的腔體，(ii)在所述至少一個切削元件中，(iii)所述至少一個切削元件的基底，(iv)鉆頭本體的基材。18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在鉆頭本體中提供電磁(EM)收發(fā)器；在所述至少一個PDC刀具上提供天線；以及使用所述EM收發(fā)器用于詢問所述天線并接收與信號有關(guān)的數(shù)據(jù)。19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括使用旋轉(zhuǎn)鉆頭的第一切削元件上的換能器產(chǎn)生信號，并且使用旋轉(zhuǎn)鉆頭的第二切削元件上的換能器接收表示地層特性的信號。20.一種形成旋轉(zhuǎn)鉆頭的方法，該方法包括制造包括至少一個切削元件的至少一個聚晶金剛石復(fù)合片(roc)刀具；在切削元件上連接包括至少一個換能器的感測層；將所述至少一個PDC刀具連接到鉆頭本體。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的形成旋轉(zhuǎn)鉆頭的方法，其中，連接感測層還包括沉積所述感測層。22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述至少一個換能器構(gòu)造成提供表示如下對象中的至少一個的信號(i)鉆頭的運行狀況，(ii)井孔中流體的特性，以及(iii)地層的特性。23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括沉積用于在鉆進操作期間保護感測層免受磨損的保護層。24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，制造至少一個聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具的步驟還包括將多個切削元件安裝到處理晶片上；將填充材料添加到所述多個切削元件之間的間隙；在所述填充材料和所述多個切削元件的頂部上沉積鈍化層；在所述鈍化層的頂部上沉積電子電路；將換能器定位在所述電子電路上方并且將換能器的輸出端連接到所述電子電路；在所述換能器上方形成保護層；移除處理晶片；以及移除填充材料。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，沉積鈍化層還包括使用Si3N4。26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，沉積鈍化層還包括如下中的至少一個(i)化學(xué)氣相沉積(CVD)，(ii)低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)，(iii)原子層沉積(ALD)，以及(iv)使用溶膠-凝膠。27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，將電子電路沉積在鈍化層的頂部上還包括如下中的至少一個(i)濺射涂覆，()蒸發(fā)，(iii)原子層沉積(ALD)，(iii)電鍍，(iv)等離子體蝕刻，以及(iv)濕法蝕刻。28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，將換能器定位在電子電路上方還包括如下中的至少一個(i)化學(xué)氣相沉積(CVD)，(ii)低壓CVD，(iii)等離子體蝕刻，(iv)原子層沉積，以及(V)射頻(RF)濺射。29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，在所述換能器上方形成保護層還包括像類金剛石(DLC)那樣的硬質(zhì)材料。30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，在所述換能器上方形成保護層還包括使用共形材料。31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，在所述換能器上方形成保護層還包括使用如下工藝中的至少一個(i)化學(xué)氣相沉積，(ii)燒結(jié)，(iii)濺射，(iv)蒸發(fā)，以及(V)絲網(wǎng)印刷和固化。全文摘要旋轉(zhuǎn)鉆頭的聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具設(shè)有用于測量井孔中流體特性和/或鉆頭運行狀況的集成傳感器和電路。闡述了PDC刀具和旋轉(zhuǎn)鉆頭的制造方法。文檔編號E21B49/00GK102933787SQ201180026350公開日2013年2月13日申請日期2011年4月26日優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日發(fā)明者S·庫馬爾,A·A·迪喬瓦尼,D·斯科特,H·約翰,O·蒙蒂羅申請人:貝克休斯公司