井下电磁遥测装置的制造方法
【专利说明】井下电磁遥测装置
[000?] 相关申请的参考
[0002]本申请要求于2012年11月6日提交的美国申请N0.61/723，286的优先权。对于美国而言，本申请按照35U.S.C § 119要求于2012年11月6日提交的并且标题为DOWNHOLEELECTROMAGNETIC TELEMETRY APPARATUS (井下电磁遥测装置)的美国申请 N0.61/723，286的权益，为各种目的将其内容通过参引并入本文。
技术领域
[0003]本申请涉及地下钻井，具体地涉及用于对来自井下位置的信息进行遥测的装置。实施方式可适用于获得碳氢化合物的钻井。
【背景技术】
[0004]从地下区域获得碳氢化合物依靠钻井筒的过程。
[0005]通过使用地表定位的钻井装备形成井筒，该钻井装备驱动钻柱，钻柱从地表装备最终延伸至感兴趣的地层或地下区域。钻柱可以在地表以下延伸数千英尺或数千米。钻柱的末端包括用于钻出井筒(或使井筒延伸)的钻头。通常呈钻井“泥浆”形式的钻井液通常被泵送通过钻柱。钻井液对钻头进行冷却和润滑并且携带钻肩返回地面。钻井液还可以用于帮助控制井底压力，以抑制碳氢化合物从地层流入井筒并且在地表处可能的喷出。
[0006]井底组件(bottom hole assembly, BHA)是为钻柱的末端端部处的装备指定的名称。除钻头之外，BHA还可包括元件比如:用于操纵钻井方向的装置(例如，可操纵的井下泥浆马达或旋转可操纵系统)；用于测量周围地质形态的特性的传感器(例如，在测井中使用的传感器)；用于当钻井进行时测量井下情况的传感器；用于遥测至地表的数据的系统；稳定装置；重型钻铤、脉冲装置等。BHA通常通过金属的管状柱(钻杆)前进至井筒中。
[0007]遥测信息对于高效的钻井操作来说是非常宝贵的。例如，遥测信息可以被钻机操作人员使用，以对关于钻头的控制和操纵做出判定，从而基于多个因素(包括法定边界、现有井的位置、地层特性、油气规模和位置等)来优化钻井速度和轨迹。必要时操作人员可以基于在钻井进程期间从井下传感器收集且通过遥测技术传输至地表的信息从计划的路径做出故意的偏离。获得实时数据的能力允许相对更经济的并且更有效率的钻井操作。
[0008]各种技术已经被用于将来自钻孔中的位置的信息传输至地表。这些技术包括通过在钻孔中的流体中产生振动来传输信息(例如，声学的遥测或泥浆脉冲遥测)，以及借助于至少部分地穿过地球传播的电磁信号来传输信息(EM遥测)。其他遥测系统使用硬线钻杆或光纤线缆以将数据传至地表。
[0009]用于电磁遥测的常规结构使用钻柱的部分作为天线。通过在钻柱中包含隔离连接件或连接器(“绝缘短节(gap sub)”)，钻柱可以分成两个导电的区段。绝缘短节通常放置在井底组件内，使得钻柱中BHA上方的金属钻杆作为一个天线元件，并且在BHA中的金属区段用作另一个天线元件。然后，电磁遥测信号可以通过在两个天线元件之间应用电信号来传输。信号通常包括以编码信息从而传输至地表的方式施加的非常低频AC信号。在地表处可以检测电磁信号，例如通过测量钻柱与一个或更多个接地棒之间的电位差。EM遥测的挑战是当产生的信号传播至地表时其明显地减弱。另外，可用于产生EM信号的电源可以由电池或另一具有有限容量的电源提供。因此，理想的是提供高效地产生EM信号的系统。
[0010]绝缘短节的设计是EM遥测系统中重要的因素。绝缘短节必须提供在钻柱的两个部分之间的电隔离，以及承受在钻井期间引起的极端机械负荷以及钻杆的中央与外部之间出现的高压差。钻柱部件通常由高强度、易延展的金属合金制成，来处理负荷而不会出故障。适用于绝缘短节的不同的电隔离部分的大多数电绝缘材料比金属较弱(例如橡胶、塑料、环氧树脂)或非常脆(陶瓷)。这使得难以设计出既构造成提供EM遥测信号的有效率的传输、又具有在钻柱中的连接所需要的机械性能的绝缘短节。
[0011]下列参考文献描述了各种遥测系统: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]虽然已研发用于地下遥测的系统，但是仍然需要实际的地下遥测系统并且仍然需要提供提高的效率和/或更大的范围的系统。
【发明内容】
[0013]本发明具有若干方面。一方面提供了用于井下应用的EM遥测装置。另一方面提供了用于地下钻井的方法。
[0014]根据一方面的装置提供了地下钻井组件，该地下钻井组件包括朝井下探管和绝缘短节。绝缘短节包括导电的朝井口部、导电的朝井下部、腔孔和电隔离间隙部分，该导电的朝井口部包括用于联接至钻柱中的朝井口联接件，该导电的朝井下部包括用于联接至钻柱中的朝井下联接件，该腔孔从朝井口联接件通过绝缘短节延伸至朝井下联接件，该电隔离间隙部将绝缘短节的朝井口部与绝缘短节的朝井下部电隔离。探管在腔孔内延伸。探管包括长型的壳体，该长型的壳体包围包括信号发生器的电子设备。探管包括在壳体的外侧上在长度方向上间隔开的第一电接触件和第二电接触件。该装置包括绕过探管的流体运送通道。流体运送通道的壁至少在通道的从电隔离间隙部上方的位置至电隔离间隙部下方的位置在长度方向上延伸的区段中电隔离。
[0015]根据另一方面的装置提供了用于在地下钻井中使用的探管。探管包括长型的金属壳体。壳体封闭包括遥测信号发生器的电子设备。壳体包括在壳体的外侧上在长度方向上间隔开的第一电接触件和第二电接触件，并且电隔离间隙包括提供金属壳体的第一部分和第二部分之间的电隔离的电绝缘材料。间隙位于第一电接触件与第二电接触件之间。探管还包括在金属壳体的外侧表面上的电隔离层。电隔离层至少部分地覆盖电隔离间隙并且连续地延伸以覆盖间隙的至少一侧上的金属壳体的外侧表面。在一些实施方式中，覆盖延伸至少I米的距离。在一些实施方式中，探管与绝缘短节组合。绝缘短节(可包括一个部件或多个可分离的部件)包括导电的朝井口部、导电的朝井下部、腔孔和电隔离间隙部，该导电的朝井口部包括用于联接至钻柱中的朝井口联接件，该导电的朝井下部包括用于联接至钻柱中的朝井下联接件，该腔孔从朝井口联接件通过绝缘短节延伸至朝井下联接件，该电隔离间隙部将绝缘短节的朝井口部与绝缘短节的朝井下部电隔离。在组合中，探管位于绝缘短节的腔孔内并且第一电接触件与绝缘短节的朝井口部电接触，并且第二电接触件与绝缘短节的朝井下部电接触。
[0016]根据另一方面的装置提供了包括绝缘短节的地下钻井组件。绝缘短节包括导电的朝井口部、导电的朝井下部、腔孔和电隔离间隙部，该导电的朝井口部包括用于联接至钻柱中的朝井口联接件，该导电的朝井下部包括用于联接至钻柱中的朝井下联接件，该腔孔从朝井口联接件通过绝缘短节延伸至朝井下联接件，该电隔离间隙部将绝缘短节的朝井口部与绝缘短节的朝井下部电隔离。EM遥测信号发生器容置在绝缘短节的壁内。EM遥测信号发生器具有电耦接至绝缘短节的朝井口部和朝井下部的输出引线。电隔离套筒衬覆于绝缘短节的腔孔的邻近电隔离间隙的至少一部分。电隔离套筒覆盖绝缘短节的电隔离间隙部与绝缘短节的朝井口部和朝井下部中的一者之间的至少一个接口，并且沿着绝缘短节的朝井口部和朝井下部中的所述一者连续地延伸。
[0017]根据又一方面的方法提供了使用钻柱执行的地下钻井方法，该钻柱包括绝缘短节和位于绝缘短节的腔孔中的电子设备包。电子设备包具有与绝缘短节的导电部电接触的电接触件。该方法包括将