[發(fā)明專利]傳感器系統(tǒng)、切割器元件、切割工具及其使用方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202080049382.0
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN114144568A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 瓦倫廷·卡尼揚(yáng)塔;桑托努·高希
• 申請（專利權(quán)）人: 第六元素(英國)有限公司
• 主分類號: E21B10/55
• 分類號: E21B10/55;E21B47/013;E21B47/13;E21B47/017;E21B47/00
• 代理公司: 深圳鷹翅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44658
• 代理人: 王怡瑾;劉春風(fēng)

一種傳感器系統(tǒng)，其具有：用于切割工具的切割器元件；詢問收發(fā)器，該詢問收發(fā)器能夠操作用于發(fā)射射頻(RF)詢問信號；以及傳感器收發(fā)器系統(tǒng)，該傳感器收發(fā)器系統(tǒng)能夠操作用于接收RF詢問信號并發(fā)射RF響應(yīng)信號。傳感器收發(fā)器系統(tǒng)包括信號引導(dǎo)介質(zhì)，該信號引導(dǎo)介質(zhì)被配置為在RF詢問信號、信號引導(dǎo)介質(zhì)中的引導(dǎo)信號、與RF響應(yīng)信號之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。RF響應(yīng)信號的特性取決于信號引導(dǎo)介質(zhì)的狀況。切割器元件包括信號引導(dǎo)介質(zhì)，使信號引導(dǎo)介質(zhì)的狀況取決于貼近信號引導(dǎo)介質(zhì)的切割器元件的狀況。還披露了一種使用該傳感器系統(tǒng)的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本披露內(nèi)容總體上涉及：用于確定切割器元件、特別地但非排他地是用于石油和天然氣鉆探的金剛石切割器元件的退化程度的傳感器系統(tǒng)；包括這種傳感器系統(tǒng)的工具以及使用這些傳感器系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)

用于通過從諸如工件或巖層等物體上去除材料來加工這些物體的工具通常包括附接到工具本體的至少一個切割器元件。例如，用于鉆入地面以產(chǎn)生鉆孔的鉆頭可以包括附接到鉆頭的若干切割器元件。由于諸如磨耗和斷裂等磨損機(jī)制，切割器元件的狀況會隨著使用而退化，并且當(dāng)切割器元件的退化程度超過某個限制時，需要更換切割器元件。在一些操作中，特別地但非排他地是在石油或天然氣勘探中進(jìn)行鉆井，為了確定切割器元件是否接近其工作壽命的終點或不再進(jìn)行有效切割而停止鉆井操作的成本可能會很高。在鉆井操作中，檢查切割器元件可能需要從非常深的鉆孔中抽出鉆頭，這可能會導(dǎo)致?lián)p失大量生產(chǎn)時間。

Stoney、R、GE O’Donnell和D Geraghty(“Dynamic wireless passive strainmeasurement in CNC turning using surface acoustic wave sensor[使用表面聲波傳感器進(jìn)行CNC車削中的動態(tài)無線無源應(yīng)變測量]”，Int J Adv Manuf Techol[國際先進(jìn)制造技術(shù)期刊]，斯普林格，2013年6月20日)披露了使用表面聲波(SAW)來監(jiān)測機(jī)床狀況。對應(yīng)變敏感的無線無源SAW傳感器系統(tǒng)固定到工具固持器，該工具固持器上安裝有切割器元件。在使用中，詢問設(shè)備向傳感器發(fā)送RF能量脈沖，然后切斷以接收“類似回聲”的響應(yīng)信號，該響應(yīng)信號可能包含關(guān)于SAW系統(tǒng)的響應(yīng)的振幅和相位信息。

需要一種用于確定切割器元件(特別地但非排他地，鉆地鉆頭上的超硬切割器元件)是否接近其工作壽命的終點或者不再進(jìn)行有效切割的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)可能需要在磨耗性很強(qiáng)的環(huán)境中運行。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)第一方面，提供了一種傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)包括：用于切割工具的切割器元件；詢問收發(fā)器，該詢問收發(fā)器能夠操作用于發(fā)射射頻(RF)詢問信號；以及傳感器收發(fā)器系統(tǒng)，該傳感器收發(fā)器系統(tǒng)能夠操作用于接收RF詢問信號并發(fā)射RF響應(yīng)信號；該傳感器收發(fā)器系統(tǒng)包括信號引導(dǎo)介質(zhì)，該信號引導(dǎo)介質(zhì)被配置為在該RF詢問信號、該信號引導(dǎo)介質(zhì)中的引導(dǎo)信號、與該RF響應(yīng)信號之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換；該RF響應(yīng)信號的特性取決于該信號引導(dǎo)介質(zhì)的狀況；其中，該切割器元件包括該信號引導(dǎo)介質(zhì)，該信號引導(dǎo)介質(zhì)的狀況取決于貼近該信號引導(dǎo)介質(zhì)的切割器元件的狀況。

根據(jù)第二方面，提供了一種用于所披露的示例傳感器的切割器元件，該切割器元件包括該信號引導(dǎo)介質(zhì)。

根據(jù)第三方面，提供了一種用于鉆入地面的鉆頭組件，該鉆頭組件包括鉆頭以及所披露的示例傳感器系統(tǒng)，其中，該切割器元件和該詢問收發(fā)器附接到該鉆頭。

根據(jù)第四方面，提供了一種使用所披露的示例傳感器系統(tǒng)的方法，該切割器元件和詢問收發(fā)器附接到用于鉆入地面的鉆頭；該切割器元件包括超硬部分；該方法包括：使用該鉆頭鉆入地面；該詢問收發(fā)器發(fā)射RF詢問信號；該傳感器收發(fā)器系統(tǒng)在該RF詢問信號、該信號引導(dǎo)介質(zhì)中的相應(yīng)引導(dǎo)信號、與相應(yīng)的RF響應(yīng)信號之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換；該詢問收發(fā)器接收該RF響應(yīng)信號；信號處理器設(shè)備處理該RF響應(yīng)信號并生成該切割器元件的狀況的指示。

本披露內(nèi)容設(shè)想了各種示例方法和系統(tǒng)，其中的各種非限制性、非詳盡示例和變體描述如下。