用于测井的可修复天线组件及系统的制作方法
【专利说明】用于测井的可修复天线组件及系统
[0001]相关申请的声明
[0002]本申请基于2013年3月22日提出的美国专利申请第13/849,231号并以该申请作为优先权。
技术领域
[0003]本发明涉及一种用于测井的装置、系统和方法，从而获得钻井信息同时提高钻入目标地质层的钻孔的定向转向性。更具体地，本发明涉及可重复使用的天线组件，其包括牺牲磨损构件，以保护天线组件内的元件。
【背景技术】
[0004]测井设备包括在测井组件中，测井组件构成钻柱并下降进入钻出的土层孔中，以检测由钻孔穿入过的地质层的状况。所检测到的状况通常表明驻留在构成地质层的岩石孔隙中的某些可回收流体的存在和/或缺失。测井组件包括产生信号的设备，该信号指向并传输进入邻近钻孔的、所关注的地质层，该钻孔中布置了测井组件。测井组件还包括传感或检测信号的设备，该信号由附近的、所关注的地质层反射或返回。一些测井组件包括第一测井设备和第二测井设备，第一测井设备引导电流在关注的地质层内流动，第二测井设备测量在地层中产生的电流。对于产生的电流的测量能够确定关注的地层的孔隙中驻留的物质的电阻率。例如，电流的高电阻通常表明驻留在地层的孔隙中的非导电流体，如烃油或烃气，而电流通常表明驻留在地层的孔隙中的导电流体，如盐水或水。
[0005]在某些应用中，测井组件上的第一、信号产生测井设备相对于测井组件上的第二、信号检测测井设备的间距决定了勘测的深度。也就是说，第一和第二测井设备之间的间距决定了利用测井设备进行勘测的、进入地层并且从布置有工具的钻孔开始的距离。第一测井设备和第二测井设备之间更大的间隔提供了所勘测的、从钻孔开始进入地质层的更大的距离，并且第一测井设备和第二测井设备之间更小的间隔提供了所勘测的、从钻孔开始进入地质层的更小的距离。
[0006]有利的是，在测井组件上设置用以保护装配在其上的测井设备而不会影响测井设备的性能的元件。在测井时使用的天线组件可以用来将来自测井组件的信号传输至关注的地质层中，还用来将来自关注的地质层的反馈信号接收至测井组件。这些天线组件通常需要非导电元件，该非导电元件提供信号可以通过的路径和/或提供非导电屏障，以致可以跨过测井组件的非导电元件施加电势能。在提供高强度和耐久元件(例如金属保护套筒)之间存在矛盾，该耐久元件包围和保护测井设备同时保持非导电元件，从而使得测井设备有效的工作，也就是使得测井设备传输和接收信号。不影响测井设备天线的功能的非导电材料在用于保护包括在测井组件中的测井设备时可能会腐蚀和磨损。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种测井方法、装置和系统，用以勘测地下地质层的状况和/或内容物，该地质层由土层孔穿入，测井组件引入土层孔中。测井组件可以包括多个测井设备。例如，第一测井设备可以安置在接头上、与在该接头上的第二测井设备保持在第一间距，并且第一测井设备可以用于传输信号进入关注的地层，同时第二测井设备可以用于接收来自关注的地层的调整的信号。
[0008]本发明的测井方法、装置和系统能够在测井设备和关注的地层之间提供无阻挡信号路径，该地层由土层孔穿入，使用包含有测井设备的钻柱延伸土层孔。更具体地，本发明的方法、装置和系统使得测井组件能够重复利用，该测井组件包括牺牲磨损构件，其在测井设备和关注的地层之间提供了基本上无阻挡的辐射路径。
[0009]测井方法、装置和系统的一个实施方式包括细长的接头，所述接头具有用于流体流动的孔和沿着接头的外壁的多组凹槽，从而能够将一个或多个测井设备(例如天线盒)固定到接头上，使得天线盒内的线圈能够将信号传输进入关注的相邻地质层和/或接收来自关注的相邻地质层的信号。从天线盒(线圈)传输进入地层的信号的可检测的变化，或在天线盒(线圈)处接收的来自关注的地层的信号的可检测的变化，指示了与天线盒相邻的地质层的孔隙中驻留的物质的性质和特征。在传输和/或接收线圈与关注的地层之间的辐射路径穿过非金属天线盒或天线组件的其他牺牲部件，该牺牲部件在使用期间没有被金属磨损组件包围，并且天线盒内的线圈因此保持其性能不受影响，以直接穿过该路径发射和/或检测辐射。对于其他天线，需要暴露至恶劣的地下钻井环境同时承受磨损的天线组件的特定部分不传导电流。在本发明的方法的一个实施方式中，天线组件的非金属天线盒或其他牺牲部件在钻井期间需要承受侵蚀和材料损失，并且通过可控的将一致的材料涂抹在牺牲部件的侵蚀面上，该保护性组件随后是可以修复或补充为初始配置的。在本发明装置和系统的其他实施方式中，天线组件的侵蚀的牺牲部件易于和便于由新的牺牲部件进行替换。
[0010]天线盒的结构和天线盒固定至接头的方式决定了天线盒的线圈在发射和/或接收和检测信号的效率，该信号提供地层性质的特征。当钻柱上的组件基本上由高强度材料(例如钢)形成时，该天线盒和牺牲部分或牺牲构件应该包括非导电材料，例如，举例而言，玻璃、塑料和复合材料。在本发明装置和系统的一个实施方式中，天线组件的牺牲部分为非信号阻挡材料，称为E-玻璃环氧复合材料。在本发明装置和系统的另一个实施方式中，天线组件的牺牲部分为非信号阻挡材料，称为S-玻璃环氧复合材料。E-玻璃和S-玻璃环氧复合材料均为玻璃纤维的类型，包括直径在5-25微米范围内的高强度纤维。根据本发明的一个实施方式，E-玻璃和S-玻璃环氧复合材料均为可修复的或可补充的。
[0011]因此，在测井组件中用作收发器的天线盒可以包括被包裹在基本上不导电的保护性材料中的导线圈，其中导电引线将线圈的第一端和第二端连接至电源(例如电池)从而电激励线圈，因此从激励线圈产生和传输电磁信号并进入关注的相邻地层。可替换地，线圈可以与放大电路和处理器相连，从而接收来自于关注的地层的信号、放大接收的信号并将该放大信号反馈至处理器以用于分析。天线组件、放大器和处理器可以以多种模式运转，天线组件具有包括线圈的天线盒，线圈与电源相连。在第一模式下，天线组件可以作为发射器，通过电源提供电流用以激励线圈。线圈中的电流在线圈周围产生了电磁场，电磁场通过测井设备和包括该设备的测井组件的重要配置导向至孔附近的地质层中，在孔中配置了测井组件。收发器可以在第二模式下操作为接收器，以使用处理器检测、记录和/或调整(放大)信号，该信号由操作为发射器的一个或多个其他测井设备产生，并且流动穿过关注的地质层从而达到收发器(操作为接收器)。应该理解的是，以第二模式操作的收发器检测到的信号的状况反映了地质层组分和物质的性质和特征，信号从信号源(即，作为发射器操作的收发器)穿过地质层流动至检测收发器(即，作为接收器的收发器)。
【附图说明】
[0012]图1为接头的截面图，本发明的天线组件的天线盒部件安放在接头上、位于一对跨装磨损带的中间位置和一对跨装固定环的中间位置。
[0013]图2为图1的截面图，其中磨损带已经安装到了天线盒的肩部上。
[0014]图3为插入件的螺纹外侧的立体图，其形成为用于安放在图1和图2的接头的外壁中的凹槽中，以用于与固定环配合从而固定完整的天线组件。
[0015]图4为图3的插入件的内侧的立体图。
[0016]图5为图2的截面图，其中插入件已经安放在接头的外壁中的凹槽中，在接头上即将完成天线组件。
[0017]图6为图1和2的固定环的立体图，该固定环可以用于将本发明的完整的天线组件固定到管上。
[0018]图7为图5的截面图，其中跨装固定环已经被拧在插入件的螺纹上，以将天线盒固定在接头上。
[0019]图8为完整的天线组件的截面图，示出了天线组件的线圈周围的天线盒材料的牺牲侵蚀损失，牺牲侵蚀损失是由在钻井操作时将钻柱中的接头钻入用于测井的土层孔中而产生的。
[0020]图9为一种实施例的立体图，其用于将未硬化修复性材料涂抹至天线盒的侵蚀的牺牲部分上，该牺牲部分围绕天线盒的线圈。
[0021]图10为可修复天线组件的替代实施方式的截面图，该天线组件具有天线盒，该天线盒含有包裹在非信号阻挡材料内的线圈，非信号阻挡材料由金属保护套筒包围并固定在接头上、与分为二支的牺牲磨损构件相邻。
[0022]图11为图10的可修复天线组件，其中插入件已经安放在接头的外部中的凹槽中，该接头跨装了天线盒，保护和分为二支的牺牲磨损构件放置在接头上邻近天线盒。
[0023]图12为图10和11的可修复