[發明專利]井下電磁遙測裝置

在審

• 申請號: 201380058061.7
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN104919137A8
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 阿倫·W·洛根;帕特里克·R·德爾卡茨;賈斯廷·C·洛根;大衛·A·斯維策爾;繼利（杰里）·劉;穆杰塔巴·卡齊米米拉基
• 申請（專利權）人: 開拓工程股份有限公司
• 主分類號: E21B47/13
• 分類號: E21B47/13
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;尹瑩瑩

一種用于在地下鉆井中使用的組件，包括具有EM遙測信號發生器的井下探管和用于將來自EM遙測信號發生器的遙測信號傳遞至鉆柱中的絕緣短節的第一部分和第二部分的電接觸件。探管的外側表面和絕緣短節的內側表面通過電絕緣材料層覆蓋。絕緣短節內部的導電路徑被移除，從而提高了EM遙測的效率。

相關申請的參考

本申請要求于2012年11月6日提交的美國申請No.61/723,286的優先權。對于美國而言，本申請按照35U.S.C§119要求于2012年11月6日提交的并且標題為DOWNHOLEELECTROMAGNETIC TELEMETRY APPARATUS(井下電磁遙測裝置)的美國申請No.61/723,286的權益，為各種目的將其內容通過參引并入本文。

技術領域

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行遙測的裝置。實施方式可適用于獲得碳氫化合物的鉆井。

背景技術

從地下區域獲得碳氫化合物依靠鉆井筒的過程。

通過使用地表定位的鉆井裝備形成井筒，該鉆井裝備驅動鉆柱，鉆柱從地表裝備最終延伸至感興趣的地層或地下區域。鉆柱可以在地表以下延伸數千英尺或數千米。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。鉆井液對鉆頭進行冷卻和潤滑并且攜帶鉆屑返回地面。鉆井液還可以用于幫助控制井底壓力，以抑制碳氫化合物從地層流入井筒并且在地表處可能的噴出。

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或旋轉可操縱系統)；用于測量周圍地質形態的特性的傳感器(例如，在測井中使用的傳感器)；用于當鉆井進行時測量井下情況的傳感器；用于遙測至地表的數據的系統；穩定裝置；重型鉆鋌、脈沖裝置等。BHA通常通過金屬的管狀柱(鉆桿)前進至井筒中。

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操作人員使用，以對關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、現有井的位置、地層特性、油氣規模和位置等)來優化鉆井速度和軌跡。必要時操作人員可以基于在鉆井進程期間從井下傳感器收集且通過遙測技術傳輸至地表的信息從計劃的路徑做出故意的偏離。獲得實時數據的能力允許相對更經濟的并且更有效率的鉆井操作。

各種技術已經被用于將來自鉆孔中的位置的信息傳輸至地表。這些技術包括通過在鉆孔中的流體中產生振動來傳輸信息(例如，聲學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)。其他遙測系統使用硬線鉆桿或光纖線纜以將數據傳至地表。

用于電磁遙測的常規結構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(gap sub)”)，鉆柱可以分成兩個導電的區段。絕緣短節通常放置在井底組件內，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遙測的挑戰是當產生的信號傳播至地表時其明顯地減弱。另外，可用于產生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生EM信號的系統。

絕緣短節的設計是EM遙測系統中重要的因素。絕緣短節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械負荷以及鉆桿的中央與外部之間出現的高壓差。鉆柱部件通常由高強度、易延展的金屬合金制成，來處理負荷而不會出故障。適用于絕緣短節的不同的電隔離部分的大多數電絕緣材料比金屬較弱(例如橡膠、塑料、環氧樹脂)或非常脆(陶瓷)。這使得難以設計出既構造成提供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械性能的絕緣短節。