钻井设备上的传感器制造技术

在一方面，提供了一种钻井设备，其中该钻井设备包括设置在井眼中的钻柱。钻柱包括：管件、连接到管件上的井下钻具组件、以及设置在井下钻具组件端部上的钻头。另外，该设备包括直接沉积在钻柱上的应变仪。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钻井设备上的传感器相关申请的交叉参考本申请请求享有美国临时申请序列No.61/411,025的优先权，该临时申请的申请日为2010年11月8日，该临时申请的全部内容组合在文中作为参考。
本专利技术公开内容总体上涉及钻井系统，该钻井系统包括传感器，传感器提供与重要参数相关的测量值，更具体而言，本专利技术涉及位于钻柱上的传感器。
技术介绍
通常通过钻柱来钻油井（井眼）或井孔，钻柱包括具有井眼钻具组件（也称之为底部钻具组合或“BHA”）的管件，井眼钻具组件底端连接有钻头。钻头旋转以切碎地下层来形成井眼。钻柱和底部钻具组合包括用于提供关于各种参数的信息的装置和传感器，这些参数涉及钻井操作（钻井参数）、底部钻具组合性能（底部钻具组合参数）和环绕正被钻探的井眼的地层的属性（地层参数）。钻井参数包括钻压（WOB）、钻头和底部钻具组合的转速（每分钟的转圈数或RPM）、钻头穿透地层的钻速（ROP）、以及钻井液流经钻柱的流量。底部钻具组合参数通常包括扭矩、回转、震动、弯曲力矩和粘滑运动。地层参数包括各种地层特性，如电阻率、孔隙率和渗透率等。用于测定力和力矩的传感器布置在钻柱的井下部分、底部钻具组合、工具或钻井系统的其他部分上。传感器通过粘结剂连接到工具或机械构件上，该机械构件在所需位置被旋到工具上。因为工具暴露在高温高压的井下环境中，随着时间推移，粘结剂会疲竭。这样会增加维修和维护成本。
技术实现思路
在一方面，提供了一种钻井设备，其中，该设备包括设置在井眼中的钻柱。钻柱包括管件、连接到管件上的井眼钻具组件、以及设置在井眼钻具组件端部上的钻头。另外，该设备包括直接沉积在钻柱上的应变仪。在另一方面，提供了一种钻井设备，该设备包括设置在井眼中的钻柱。该设备还包括直接沉积在钻柱上的应变仪，该应变仪包括位于电绝缘层上的传感器层，电绝缘层直接沉积在钻柱的金属基底上。下面将详细描述用于评估数据质量的设备和方法的一些示例特征，为了更充分理解这些特征，已经相当全面地概括了这些特征。当然，下面公开的设备和方法的其他特征也将形成依照本公开内容的权利要求书的主题。附图说明通过参照下面的详细描述以及附图，将能充分理解示例实施例及其优点，附图如下：图1示出了钻井系统的某实施例的正视图，其中，该钻井系统包括传感器；图2是井下工具的某实施例的透视图，该井下工具包括传感器组件；以及图3是传感器组件的某实施例的详细剖面侧视图。具体实施方式图1是示例性钻井系统100的示意图。钻井系统100包括钻柱120，钻柱包括在钻井或井眼126中被传送的钻井钻具组件或井下钻具组件（底部钻具组合）190。钻井系统100包括传统的井架111，井架建造在平台或基底112上，该基底支撑回转台114，回转台通过诸如电机（未示出）的原动机以所需的转速旋转。管组（如，连接的钻杆）122从地面向井眼126的底部151伸展，管组112的底端连接有钻井钻具组件190。连接到钻井钻具组件190上的钻头150旋转时使地质结构层分裂，从而钻出井眼126。钻柱120通过方钻杆接头121、活动接头128和穿过滑轮的缆索129连接到绞车130上。可操作所述绞车130来控制钻压（WOB）。钻柱120可以不通过原动机和回转台114而通过顶驱（未示出）旋转。绞车130的操作在本领域是公知的，因而在文中不将对其进行详细描述。在一方面，来自于源头132（如，泥浆池）的合适钻井液131（也称之为“泥浆”）在压力下通过泥浆泵134在钻柱120内循环。钻井液131通过压力波动消除器136和流体管线138从泥浆泵134流入钻柱120中。来自于钻管的钻井液131通过钻头150上的孔在钻井底部151排出。返回的钻井液131在钻柱120和井眼126之间的环形空间127内向上流动，然后通过返回管线135和钻屑筛185返回到泥浆池132中，钻屑筛去除返回的钻井液131b中的钻屑186。管线138中的传感器S1提供关于流体流量的信息。与钻柱120相连的地面扭矩传感器S2和传感器S3提供关于钻柱120的扭矩和转速的信息。通过传感器S5测定钻柱120的钻速，传感器S6提供钻柱120的钩挂载荷信息。在某些应用场合中，通过旋转钻杆122来使钻头150旋转。但是，在其他应用场合下，设置在钻井钻具组件190中的井下马达155（泥浆马达）也可使钻头150旋转。在一些实施例中，通过地面设备和井下马达155来给钻柱120提供动力达到一定转速。对于给定的钻头和底部钻具组合来说，钻速（ROP）主要取决于钻头150上的钻压或推力以及钻头转速。继续参照图1，地面控制单元或控制器140通过放置在流体管线138中的传感器143接收井下传感器和装置的信号，并接收传感器S1-S5以及系统100使用的其他传感器的信号，然后根据地面控制单元140的程序提供的程序指令来处理这些信号。地面控制单元140在显示屏/监视器142上显示所需的钻井参数和其他信息，操作者使用显示屏/监视器来控制钻井操作。地面控制单元140是基于计算机的装置，包括处理器142（如，微处理器）、存储设备144（如，固态内存、磁带或硬盘）、以及存储设备144中的一个或更多个计算机程序146，处理器142能读取这些程序146来执行这些程序中的指令。地面控制单元140还与位于地面另一位置处的至少一个远程控制单元148通信。地面控制单元140处理与钻井操作相关的数据、来自于地面上的传感器和装置的数据、从井下接收到的数据，可控制井下和地面装置的一种或更多种操作。钻井组件190还含有地层评定传感器或装置（也称之为随钻测量（MWD）传感器或随钻测井（LWD）传感器），这种传感器或装置测定电阻率、密度、孔隙率、渗透率、声学性能、核磁共振性能、井下流体或地层的腐蚀特性、盐度或含盐量、以及环绕钻井钻具组件190的地层195的其他选定属性。这类传感器在本领域基本上是公知的，为方便起见，文中用标记165表示这些传感器。钻柱120包括传感器158、159、160和162（也称之为“传感器组件”），它们位于井下的不同位置上。传感器158、159、160和162是用于测定井下参数的合适传感器，这些参数例如是，扭矩、钻压、压力、应力、震动、振动应变或其他井下参数。示例的传感器158、159、160和162包括直接沉积在钻柱120上的应变仪。因而，传感器158、159、160和162直接放置在钻柱120的一部分的主体上或直接放置在工具上，可提高传感器的准确性和耐久性。继续参照图1，在一些实施例中，可采用合适方法，如溅射沉积（也称之为“等离子体沉积”）、激光加工、化学气相沉积或对沉积层进行蚀刻，来直接沉积传感器158、159、160和162。直接沉积传感器的这些示例性方法不使用粘结剂来将传感器固定或连接在合适位置上，从而提高了井下传感器的耐久性。通过将传感器158、159、160和162直接沉积在钻柱120上，能简化传感器的组装和校准过程。例如，传感器158、159、160和162是应变仪，将它们直接附着在钻柱120上之后被校准。另外，也不需要连接、粘结/胶合或组装其他元件或部件来将传感器158、159、160和162安装在钻柱120上。因而，校准期间所需的部件数量更少。另外，钻柱120的维修和维护期间，传感器158、159、160和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.08 US 61/411,0251.一种钻井设备，包括：设置在井眼中的钻柱，该钻柱包括：管件；连接到管件上的井下钻具组件；钻头，其设置在井下钻具组件的端部上；以及布置在钻柱上的传感器组件，该传感器组件包括布置在所述管件上的绝缘层以及溅射沉积在所述绝缘层上的应变敏感材料层，其中，所述绝缘层直接沉积在所述管件上，以不使用粘结剂而将所述传感器组件固定在合适位置上且不需要连接、粘结/胶合或组装其他部件来将传感器组件安装在所述管件上，其中，在沉积所述应变敏感材料层之后在所述应变敏感材料层中蚀刻出图案，以形成应变仪；其中，所述绝缘层通过如下方式直接沉积在所述管件上：(i)溅射，(ii)蒸发，(iii)溶胶凝胶旋压，(iv)喷涂，(v)丝网印刷和处理，(vi)喷墨印刷和处理，(vii)化学气相沉积，或(viii)氧化。2.根据权利要求1的钻井设备，其中，所述传感器组件还包括布置在应变仪之上的保护层。3.根据权利要求2的钻井设备，其中，所述保护层包括从由保护涂层和覆盖件所构成的组中选择的一种。4.根据权利要求1的钻井设备，其中，所述绝缘层直接形成在钻柱的金属基底上。5.根据权利要求4的钻井设备，其中，金属基底包括选自由管件主体部分、钻头主体部分和井下钻具组件的主体部分所构成的组中之一。6.根据权利要求4的钻井设备，其中，在金属基底中形成有凹槽，所述传感器组件形成在所述凹槽中。7.根据权利要求1的钻井设备，其中，所述绝缘层包括选自以下成分组中的一种成分：金属氧化物、氧化硅、类金刚石涂层、陶瓷和聚合物。8.根据权利要求1的钻井设备，其中，所述应变仪嵌入在形成于钻柱上的凹腔中。9.一种钻井设备，包括：设置在井眼中的钻柱；电绝缘层，所述电绝缘层直接沉积在钻柱的金属基底上以不使用粘结剂而将该电绝缘层固定在合适位置上，且不需要连接、粘结/胶合或组装其他部件来将所述电绝缘层安装在所述钻柱上，其中，所述电绝缘层...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·库马尔，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：
国别省市：