井下電磁遙測裝置的制造方法
【專利說明】井下電磁遙測裝置
[000?] 相關(guān)申請的參考
[0002]本申請要求于2012年11月6日提交的美國申請N0.61/723，286的優(yōu)先權(quán)。對于美國而言，本申請按照35U.S.C § 119要求于2012年11月6日提交的并且標(biāo)題為DOWNHOLEELECTROMAGNETIC TELEMETRY APPARATUS (井下電磁遙測裝置)的美國申請 N0.61/723，286的權(quán)益，為各種目的將其內(nèi)容通過參引并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請涉及地下鉆井，具體地涉及用于對來自井下位置的信息進(jìn)行遙測的裝置。實(shí)施方式可適用于獲得碳?xì)浠衔锏你@井。
【背景技術(shù)】
[0004]從地下區(qū)域獲得碳?xì)浠衔镆揽裤@井筒的過程。
[0005]通過使用地表定位的鉆井裝備形成井筒，該鉆井裝備驅(qū)動鉆柱，鉆柱從地表裝備最終延伸至感興趣的地層或地下區(qū)域。鉆柱可以在地表以下延伸數(shù)千英尺或數(shù)千米。鉆柱的末端包括用于鉆出井筒(或使井筒延伸)的鉆頭。通常呈鉆井“泥漿”形式的鉆井液通常被泵送通過鉆柱。鉆井液對鉆頭進(jìn)行冷卻和潤滑并且攜帶鉆肩返回地面。鉆井液還可以用于幫助控制井底壓力，以抑制碳?xì)浠衔飶牡貙恿魅刖膊⑶以诘乇硖幙赡艿膰姵觥?br>[0006]井底組件(bottom hole assembly, BHA)是為鉆柱的末端端部處的裝備指定的名稱。除鉆頭之外，BHA還可包括元件比如:用于操縱鉆井方向的裝置(例如，可操縱的井下泥漿馬達(dá)或旋轉(zhuǎn)可操縱系統(tǒng))；用于測量周圍地質(zhì)形態(tài)的特性的傳感器(例如，在測井中使用的傳感器)；用于當(dāng)鉆井進(jìn)行時測量井下情況的傳感器；用于遙測至地表的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；穩(wěn)定裝置；重型鉆鋌、脈沖裝置等。BHA通常通過金屬的管狀柱(鉆桿)前進(jìn)至井筒中。
[0007]遙測信息對于高效的鉆井操作來說是非常寶貴的。例如，遙測信息可以被鉆機(jī)操作人員使用，以對關(guān)于鉆頭的控制和操縱做出判定，從而基于多個因素(包括法定邊界、現(xiàn)有井的位置、地層特性、油氣規(guī)模和位置等)來優(yōu)化鉆井速度和軌跡。必要時操作人員可以基于在鉆井進(jìn)程期間從井下傳感器收集且通過遙測技術(shù)傳輸至地表的信息從計(jì)劃的路徑做出故意的偏離。獲得實(shí)時數(shù)據(jù)的能力允許相對更經(jīng)濟(jì)的并且更有效率的鉆井操作。
[0008]各種技術(shù)已經(jīng)被用于將來自鉆孔中的位置的信息傳輸至地表。這些技術(shù)包括通過在鉆孔中的流體中產(chǎn)生振動來傳輸信息(例如，聲學(xué)的遙測或泥漿脈沖遙測)，以及借助于至少部分地穿過地球傳播的電磁信號來傳輸信息(EM遙測)。其他遙測系統(tǒng)使用硬線鉆桿或光纖線纜以將數(shù)據(jù)傳至地表。
[0009]用于電磁遙測的常規(guī)結(jié)構(gòu)使用鉆柱的部分作為天線。通過在鉆柱中包含隔離連接件或連接器(“絕緣短節(jié)(gap sub)”)，鉆柱可以分成兩個導(dǎo)電的區(qū)段。絕緣短節(jié)通常放置在井底組件內(nèi)，使得鉆柱中BHA上方的金屬鉆桿作為一個天線元件，并且在BHA中的金屬區(qū)段用作另一個天線元件。然后，電磁遙測信號可以通過在兩個天線元件之間應(yīng)用電信號來傳輸。信號通常包括以編碼信息從而傳輸至地表的方式施加的非常低頻AC信號。在地表處可以檢測電磁信號，例如通過測量鉆柱與一個或更多個接地棒之間的電位差。EM遙測的挑戰(zhàn)是當(dāng)產(chǎn)生的信號傳播至地表時其明顯地減弱。另外，可用于產(chǎn)生EM信號的電源可以由電池或另一具有有限容量的電源提供。因此，理想的是提供高效地產(chǎn)生EM信號的系統(tǒng)。
[0010]絕緣短節(jié)的設(shè)計(jì)是EM遙測系統(tǒng)中重要的因素。絕緣短節(jié)必須提供在鉆柱的兩個部分之間的電隔離，以及承受在鉆井期間引起的極端機(jī)械負(fù)荷以及鉆桿的中央與外部之間出現(xiàn)的高壓差。鉆柱部件通常由高強(qiáng)度、易延展的金屬合金制成，來處理負(fù)荷而不會出故障。適用于絕緣短節(jié)的不同的電隔離部分的大多數(shù)電絕緣材料比金屬較弱(例如橡膠、塑料、環(huán)氧樹脂)或非常脆(陶瓷)。這使得難以設(shè)計(jì)出既構(gòu)造成提供EM遙測信號的有效率的傳輸、又具有在鉆柱中的連接所需要的機(jī)械性能的絕緣短節(jié)。
[0011]下列參考文獻(xiàn)描述了各種遙測系統(tǒng):US 3323327 ；US 4176894 ；US4348672 ；US 4496174 ；US 4684946 ；US 4676773 ；US 4739325 ；US 5130706 ；US 5138313 ；US5236048 ；US 5406983 ；US 5467832 ；US 5520246 ；US5749605 ；US 5883516 ；US 6050353 ；US 6098727 ；US 6158532 ；US 6404350 ；US 6446736 ；US 6515592 ；US 6727827 ；US6750783 ；US 6926098 ；US7151466 ；US 7243028 ；US 7255183 ；US 7252160 ；US 7326015 ；US7387167 ；US 7573397 ；US 7605716 ；US 7836973 ；US 7880640 ；US 7900968 ；US8154420US2004/0104047 ；US 2005/0217898 ；US 2006/0202852 ；US2006/003206 ；US 2007/0235224 ；US 2007/0247328 ；US 2009/0023502 ；US2009/0065254 ；US 2009/0066334 ；US2010/0033344 ；US 2011/025469 ；US2011/0309949 ；US 2012/0085583 ；WO 2006/083764 ；WO 2008/116077 ；W02009/086637 ；W0 2011/049573 ;W0 2010/121345 ;TO 2010/121346 ；W02011/133399 ；W0 2012/042499 ；W0 2011/049573 ；W0 2012/045698 ；W02012/082748o
[0012]雖然已研發(fā)用于地下遙測的系統(tǒng)，但是仍然需要實(shí)際的地下遙測系統(tǒng)并且仍然需要提供提高的效率和/或更大的范圍的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明具有若干方面。一方面提供了用于井下應(yīng)用的EM遙測裝置。另一方面提供了用于地下鉆井的方法。
[0014]根據(jù)一方面的裝置提供了地下鉆井組件，該地下鉆井組件包括朝井下探管和絕緣短節(jié)。絕緣短節(jié)包括導(dǎo)電的朝井口部、導(dǎo)電的朝井下部、腔孔和電隔離間隙部分，該導(dǎo)電的朝井口部包括用于聯(lián)接至鉆柱中的朝井口聯(lián)接件，該導(dǎo)電的朝井下部包括用于聯(lián)接至鉆柱中的朝井下聯(lián)接件，該腔孔從朝井口聯(lián)接件通過絕緣短節(jié)延伸至朝井下聯(lián)接件，該電隔離間隙部將絕緣短節(jié)的朝井口部與絕緣短節(jié)的朝井下部電隔離。探管在腔孔內(nèi)延伸。探管包括長型的殼體，該長型的殼體包圍包括信號發(fā)生器的電子設(shè)備。探管包括在殼體的外側(cè)上在長度方向上間隔開的第一電接觸件和第二電接觸件。該裝置包括繞過探管的流體運(yùn)送通道。流體運(yùn)送通道的壁至少在通道的從電隔離間隙部上方的位置至電隔離間隙部下方的位置在長度方向上延伸的區(qū)段中電隔離。
[0015]根據(jù)另一方面的裝置提供了用于在地下鉆井中使用的探管。探管包括長型的金屬殼體。殼體封閉包括遙測信號發(fā)生器的電子設(shè)備。殼體包括在殼體的外側(cè)上在長度方向上間隔開的第一電接觸件和第二電接觸件，并且電隔離間隙包括提供金屬殼體的第一部分和第二部分之間的電隔離的電絕緣材料。間隙位于第一電接觸件與第二電接觸件之間。探管還包括在金屬殼體的外側(cè)表面上的電隔離層。電隔離層至少部分地覆蓋電隔離間隙并且連續(xù)地延伸以覆蓋間隙的至少一側(cè)上的金屬殼體的外側(cè)表面。在一些實(shí)施方式中，覆蓋延伸至少I米的距離。在一些實(shí)施方式中，探管與絕緣短節(jié)組合。絕緣短節(jié)(可包括一個部件或多個可分離的部件)包括導(dǎo)電的朝井口部、導(dǎo)電的朝井下部、腔孔和電隔離間隙部，該導(dǎo)電的朝井口部包括用于聯(lián)接至鉆柱中的朝井口聯(lián)接件，該導(dǎo)電的朝井下部包括用于聯(lián)接至鉆柱中的朝井下聯(lián)接件，該腔孔從朝井口聯(lián)接件通過絕緣短節(jié)延伸至朝井下聯(lián)接件，該電隔離間隙部將絕緣短節(jié)的朝井口部與絕緣短節(jié)的朝井下部電隔離。在組合中，探管位于絕緣短節(jié)的腔孔內(nèi)并且第一電接觸件與絕緣短節(jié)的朝井口部電接觸，并且第二電接觸件與絕緣短節(jié)的朝井下部電接觸。
[0016]根據(jù)另一方面的裝置提供了包括絕緣短節(jié)的地下鉆井組件。絕緣短節(jié)包括導(dǎo)電的朝井口部、導(dǎo)電的朝井下部、腔孔和電隔離間隙部，該導(dǎo)電的朝井口部包括用于聯(lián)接至鉆柱中的朝井口聯(lián)接件，該導(dǎo)電的朝井下部包括用于聯(lián)接至鉆柱中的朝井下聯(lián)接件，該腔孔從朝井口聯(lián)接件通過絕緣短節(jié)延伸至朝井下聯(lián)接件，該電隔離間隙部將絕緣短節(jié)的朝井口部與絕緣短節(jié)的朝井下部電隔離。EM遙測信號發(fā)生器容置在絕緣短節(jié)的壁內(nèi)。EM遙測信號發(fā)生器具有電耦接至絕緣短節(jié)的朝井口部和朝井下部的輸出引線。電隔離套筒襯覆于絕緣短節(jié)的腔孔的鄰近電隔離間隙的至少一部分。電隔離套筒覆蓋絕緣短節(jié)的電隔離間隙部與絕緣短節(jié)的朝井口部和朝井下部中的一者之間的至少一個接口，并且沿著絕緣短節(jié)的朝井口部和朝井下部中的所述一者連續(xù)地延伸。
[0017]根據(jù)又一方面的方法提供了使用鉆柱執(zhí)行的地下鉆井方法，該鉆柱包括絕緣短節(jié)和位于絕緣短節(jié)的腔孔中的電子設(shè)備包。電子設(shè)備包具有與絕緣短節(jié)的導(dǎo)電部電接觸的電接觸件。該方法包括將