用于電磁遙測心軸的絕緣涂層方法
【專利說明】用于電磁遙測心軸的絕緣涂層方法
[0001] 發明背景
[0002] 本文的實施方案涉及井下電磁遙測系統，并且更具體地，涉及用于電磁遙測天線 組件的絕緣涂層方法。
[0003] 隨鉆測量（MWD)應用中，各種通信和傳輸技術用于在鉆井作業期間從鉆頭附近向 表面提供實時數據。一種技術使用與鉆柱和MWD工具相聯的井下天線通過大地向排列在表 面的接收器傳輸電磁波。接收器接收并記錄電磁數據，從而為操作人員提供與鉆井參數相 關的實時數據，例如鉆壓、扭矩及磨損和承載狀況。MWD應用也可為操作人員提供與所鉆地 層的物理性質相關的實時數據，例如壓力、溫度和井眼軌跡。對此類信息的考慮可導致穿進 速率更快、行程計劃更佳、設備故障減少、定向測量的延遲更少且消除了為異常壓力檢測中 斷鉆井的需要。
[0004] 作為MWD工具的組成部分，井下天線裝在使鉆柱的兩個部分電隔離的心軸中，從 而產生了適合的天線能力。為了使鉆柱的兩個部分電隔離，心軸通常將包括涂覆到其外表 面的絕緣涂層。然而，已經發現，用于將絕緣涂層涂覆到心軸上的某些方法已經導致涂層不 一致和/或污染。例如，目前的涂層方法常常因允許空氣中的水分或由切割和分級操作滲 入涂層中，使涂層變得受污染。因此，絕緣涂層在惡劣的井下環境中更易受故障影響。涂層 的故障去除了電絕緣，這相當于天線故障和不能進行MWD。
[0005] 附圖簡述
[0006] 將以下附圖包括在內是為了說明本文公開的實施方案的某些方面，而不得視為專 有實施方案。正如對于本領域中受益于本公開的技術人員將發生那樣，公開的主題能夠在 形式和功能上做相當大的修改、改變、組合和等效方案。
[0007] 圖1根據一個或多個實施方案，說明了可容納用于井下電磁遙測系統的天線的示 例性心軸的橫截面側視圖。
[0008] 圖2根據一個或多個實施方案，說明了示例性電絕緣材料的放大視圖。
[0009] 圖3根據一個或多個實施方案，說明了另一種示例性電絕緣材料的放大視圖。 [0010] 發明詳述
[0011] 本文的實施方案涉及井下電磁遙測系統，并且更具體地，涉及用于電磁遙測天線 組件的絕緣涂層方法。
[0012] 參考圖1，根據一個或多個實施方案說明了可形成用于井下電磁遙測系統的天線 的一部分的示例性心軸100。具體而言，心軸100可用作用于隨鉆測量（MWD)工具的天線的 組成部分。如圖所示，心軸100可具有井上末端102a和井下末端102b。心軸100的井上末 端102a可與井上鉆柱段104a連接或以其它方式附接，而心軸100的井下末端102b可與井 下鉆柱段l〇4b連接或以其它方式附接。在至少一個實施方案中，如圖所示，套筒106和懸 掛鉆鋌110 (以陰影示出）可并入心軸100的井下末端102b并且以其它方式促進井下末端 102b與井下鉆柱段104b的連接。
[0013] 心軸100可表現出各種尺寸，包括但不限于8. 89cm (3. 5英寸）、12. 065cm (4. 75英 寸）、16.51cm(6.5英寸）、20.32cm(8英寸）和24. 13cm(9.5英寸）。工作中，心軸100可配 置為使井上鉆柱段l〇4a與井下鉆柱段104b電隔離。電隔離使電磁信號生成用于數據遙測 并且傳輸到表面。為了至少部分地實現這一點，可將電絕緣材料層或襯底108涂覆到心軸 100的一部分上。
[0014] 例如，可將電絕緣材料108涂覆到心軸100的直徑減小的部分，心軸100可配置為 容納用于使心軸100與井下鉆柱段l〇4b連接的套筒106。在其它實施方案中，在不背離本 公開范圍的前提下，可將電絕緣材料108涂覆到心軸100的任何其它部分。例如，在一些實 施方案中，可將電絕緣材料108涂覆到整個心軸100的徑向外表面。在其它實施方案中，在 不背離本公開范圍的前提下，反而可將電絕緣材料108涂覆到心軸100的井上末端102a的 一部分上。
[0015] 參考圖2,繼續參考圖1，根據一個或多個實施方案說明了電絕緣材料層108的放 大視圖。如圖所示，可將電絕緣材料108涂覆到心軸100的徑向外表面202。在一些實施方 案中，心軸100可由賤金屬制成，例如但不限于鋼、不銹鋼、鋼合金或適合井下使用的任何 常規金屬。電絕緣材料108可包括直接涂覆到心軸100的徑向外表面202的粘合涂層204 和涂覆在粘合涂層204之上的電隔離層206。粘合涂層204可提供配置成為電隔離層206 促進更適合的粘附表面的襯底。在至少一個實施方案中，粘合涂層204可為鎳鉻合金。在 其它實施方案中，粘合涂層204可為能為后續電隔離層206幫助促進恰當粘合的任何其它 襯底材料，包括但不限于鉬、鎳鋁復合物、鋁青銅、預合金化鎳鋁或鋅基合金。
[0016] 可使用熱噴涂技術將隔離層206涂覆到粘合涂層204上。例如，在至少一個實施 方案中，可使用高速氧燃料涂層方法將隔離層206涂覆到粘合涂層204上。在其它實施方 案中，可使用任何其它熱噴涂技術，例如但不限于等離子噴涂、爆炸噴涂、絲電弧噴涂、火焰 噴涂、熱噴涂、冷噴涂、其組合等，將隔離層206涂覆到粘合涂層204上。
[0017] 電隔離層206可由在相對金屬表面或界面之間提供電隔離的任何金屬制成。在一 些實施方案中，例如，電隔離層206可為陶瓷，包括但不限于氧化鋯、氧化鋁、氧化鉻、氧化 鈦、其二氧化物、其任何組合。在其它實施方案中，電隔離層206可為任何其它類型的陶瓷。 正如本領域中的技術人員將認識到那樣，因為陶瓷的高強度、陶瓷承受在惡劣的井下環境 中常常經歷的更高壓力和溫度的能力和陶瓷的耐腐蝕性，所以使用陶瓷作為電隔離層206 可顯出優勢。因為其為優良的電隔離材料，所以陶瓷也可顯出優勢。還有其它實施方案中， 然而，電隔離層206可由烤制玻璃、瓷（例如，粘土、石英或氧化鋁、長石等）、聚合材料、樹脂 材料（包括天然或合成樹脂）、塑料、其任何復合物、其任何組合等制成。
[0018] 為了防止對隔離層206的不良污染或損傷，可將密封劑208,例如第一密封劑層 208a涂覆到隔離層206上。在一些實施方案中，第一密封劑層208a可具有能夠對氣體和液 體形成防護屏障的任何材料。在一些實施方案中，第一密封劑層208a可為耐高溫，例如井 下環境中遭遇的高溫的熱密封劑。在一些實施方案中，第一密封劑層208a可由任何材料制 成，包括但不限于環氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃、聚甲基丙烯酸酯、硅酮、聚酯、聚氨酯、聚乙烯 酯、蠟、磷酸、磷酸鋁、硅酸鈉、硅酸乙酯、鉻酸及其任何組合。在其它實施方案中，可通過溶 膠-凝膠方法制成第一密封劑層208a，其中將穩定的溶膠（或膠體懸浮液）前體水解成凝 膠，接著在更高溫度下將凝膠煅燒成氧化物。溶膠前體可為烷氧化物、硝酸鹽、氫氧化物及 其任何組合。
[0019] 在一些實施方案中，可將第一密封劑層208a直接涂覆到電隔離層206上。如本領 域中的技術人員所知，可將第一密封劑層208a配置成熱噴涂密封劑。一經干燥和硬化，第 一密封劑層208a就可形成對氣體和液體的防護屏障。在一些實施方案中，在電隔離層206 沉積在心軸100之后，立即將第一密封劑層208a涂覆到電隔離層206上。可將第一密封劑 層208a配置成密封電隔離層206內存在的否則可能被大氣中的水分或其它污染物透過的 任何孔隙。
[0020] 也可將第一密封劑層208a配置成在也可危及電隔離層206的完整性的后續機械 加工操作期間保護電隔離層206。例如，涂覆第一密封劑層208a后，可將心軸100機械加工 至最后篩分。這種機械加工可牽涉轉動、銑削和/或磨削心軸100,直至達到適當公差。第 一密封劑層208a可保護電隔離層206免于機械加工碎片和/或使用任何切削液。
[0021] 然后可在烘箱中在高溫下熱處理（例如，烤制）心軸100。在一些實施方案中，更 高溫度可為超過水沸點的任何溫度。熱處理心軸100可配置成從心軸100的表面，并且尤 其從電隔離層206和/或第一密封劑層208a去除任何剩余水分和/或切削液。例如，在最 后篩分操作之前、期間和/或之后，來自空氣或加工液的水分可能已經污染了電隔離層206 和/或第一密封劑層208a。
[0022] 在一些實施方案中，在熱處理后，可將第二密封劑層208b涂覆到電隔離層206上。 在至少一個實施方案中，在心軸100由于熱處理仍然溫熱時或在其冷卻至室溫之前，可將 第二密封劑層208b涂覆到第一密封劑層208a上或周圍。第二密封劑層208b可由以上為 第一密封劑層208a所列的一種或多種材料制成并且也可用于形成對氣體和液體的防護屏 障。而且，第二密封劑層208b也可為耐高溫，例如井下環境中遭遇的高溫的熱密封劑。相 應地，在至少一個實施方案中，心軸100可具有涂覆到電隔離層206上以保護電隔離層206 免受污染和/或損傷的兩層密封劑208,第一密封劑層208a和第二密封劑層208b。
[0023] 現參考圖3,繼續參考圖2,根據一個或多個實施方案說明了電絕緣材料108的另 一實施方案的放大視圖。如圖所示，電絕緣材料108又可包括粘合涂層204和涂覆在粘合涂 層204之上的電隔離層206。然而，圖3的電絕緣材料108可進一步包括置于粘合涂層204 和心軸100的徑向外表面202之間的緩沖層302。在一些實施方案中，例如，粘合涂層204 與心軸100的徑向外表面202困難地粘合，并且可涂覆緩沖層302以允許粘合涂層204的 粘合能力增強。這可特別在心軸100展現出奧氏體-非磁性性質的實施方案中顯出優勢。 在至少一個實施方案中，緩沖層302可由INCONEL'? 625或任何其它奧氏體鎳鉻基合金 制成。
[0024] 可使用與以上參考圖2描述的方法大體