用于測(cè)井工具的柔性天線組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開大體上涉及與相對(duì)于地下井執(zhí)行的操作結(jié)合利用的設(shè)備，并且具體地說，涉及可操作用于在地下測(cè)井系統(tǒng)中使用的柔性天線組件。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代石油鉆探和生產(chǎn)操作需要與井下參數(shù)和條件相關(guān)的大量信息。此種信息通常包括井筒和鉆探組件的位置和取向、地層性質(zhì)和井下鉆探環(huán)境參數(shù)。與井下巖層性質(zhì)和條件相關(guān)的信息的收集通常被稱為測(cè)井。例如，可在井被鉆探之后對(duì)其測(cè)井，諸如通過使用鋼絲繩系統(tǒng)和方法。在鉆探過程期間也可對(duì)井測(cè)井，諸如通過使用隨鉆測(cè)量(MWD)和隨鉆測(cè)井(LWD)系統(tǒng)和方法。
[0003]在測(cè)井操作期間可使用各種測(cè)量工具。一個(gè)此種工具是電阻率測(cè)井儀，其包括用于將電磁信號(hào)發(fā)射到巖層中的一個(gè)或多個(gè)天線和用于接收巖層響應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)天線。當(dāng)在低頻率下操作時(shí)，電阻率測(cè)井儀可被稱為感應(yīng)測(cè)井儀，并且在高頻率下，其可被稱為電磁波傳播測(cè)井儀。雖然支配測(cè)量的物理現(xiàn)象可能隨頻率變化，但所述工具的操作原理是一致的。在一些情況下，接收信號(hào)的振幅和/或相與發(fā)射信號(hào)的振幅和/或相進(jìn)行比較以測(cè)量巖層電阻率。在其他情況下，接收信號(hào)的振幅和/或相彼此進(jìn)行比較以測(cè)量巖層電阻率。
[0004]附圖簡(jiǎn)述
[0005]為了更完整地理解本公開的特征和優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在連同附圖參考詳細(xì)描述，其中對(duì)應(yīng)數(shù)字在不同圖中指對(duì)應(yīng)部分，并且其中:
[0006]圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的在使用具有柔性天線組件的測(cè)井工具的鉆探操作期間的井系統(tǒng)的示意圖；
[0007]圖2是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的具有柔性天線組件的測(cè)井工具的側(cè)視圖；
[0008]圖3是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的柔性天線組件的側(cè)視圖；
[0009]圖4是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的柔性天線組件的側(cè)視圖；
[0010]圖5是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的柔性天線組件的部分分解側(cè)視圖；
[0011]圖6是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的柔性天線組件的部分分解側(cè)視圖；
[0012]圖7是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的柔性天線組件的部分分解側(cè)視圖；
[0013]圖8描繪用于形成根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的柔性天線組件的工藝步驟；
[0014]圖9描繪用于形成根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的柔性天線組件的工藝步驟；
[0015]圖10描繪根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的在3D印刷操作期間部分形成的柔性天線組件;并且
[0016]圖11描繪根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的在3D印刷操作期間部分形成的柔性天線組件。
【具體實(shí)施方式】
[0017]雖然以下詳細(xì)論述各種系統(tǒng)、方法和其他實(shí)施方案，但應(yīng)了解，本公開提供許多可適用的發(fā)明構(gòu)思，所述發(fā)明構(gòu)思可體現(xiàn)在廣泛的多種特定場(chǎng)合。本文論述的具體實(shí)施方案僅為示例性的，并且不限制本公開的范圍。
[0018]在第一方面，本公開涉及一種天線組件。所述天線組件包括具有外表面的柔性非導(dǎo)電圓柱形芯和定位在所述芯的所述外表面上的導(dǎo)電路徑。所述導(dǎo)電路徑形成可操作來發(fā)射或接收電磁能量的電磁線圈。導(dǎo)電路徑在芯上形成而不使導(dǎo)線纏繞在芯周圍。
[0019]在某些實(shí)施方案中，芯可以是包括諸如聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚砜(PSU)的熱塑性塑料的聚合物、聚合物合金或共聚物。在一些實(shí)施方案中，導(dǎo)電路徑可以是選自由傾斜線圈、交叉傾斜線圈、三軸傾斜線圈、螺旋線圈及其組合組成的組的線圈形式。在特定實(shí)施方案中，導(dǎo)電路徑可通過用導(dǎo)電材料涂布所述芯并執(zhí)行選自由銑削、機(jī)械加工、蝕刻和激光去除組成的組的去除工藝形成在所述芯上。在其他實(shí)施方案中，導(dǎo)電路徑可通過選自由利用導(dǎo)電且絕緣的油墨的印刷以及利用導(dǎo)電且絕緣的環(huán)氧樹脂的絲印組成的組的增材工藝形成在所述芯上。在其他實(shí)施方案中，導(dǎo)電路徑可通過諸如多材料3D印刷工藝的集成材料沉積工藝形成在所述芯上。
[0020]在第二方面，本公開涉及一種測(cè)井工具。測(cè)井工具包括管狀構(gòu)件，所述管狀構(gòu)件具有定位在其上的至少一個(gè)天線組件和可操作地耦接到所述至少一個(gè)天線組件的電路系統(tǒng)。所述天線組件包括具有外表面的柔性非導(dǎo)電圓柱形芯和定位在所述芯的所述外表面上的導(dǎo)電路徑。所述導(dǎo)電路徑形成可操作來發(fā)射或接收電磁能量的電磁線圈。導(dǎo)電路徑在芯上形成而不使導(dǎo)線纏繞在芯周圍。
[0021 ]在第三方面，本公開涉及一種測(cè)井工具。測(cè)井工具包括管狀構(gòu)件和柔性安裝在所述管狀構(gòu)件上的至少一個(gè)天線組件。所述天線組件包括具有外表面的柔性非導(dǎo)電圓柱形芯和定位在所述芯的所述外表面上的導(dǎo)電路徑。導(dǎo)電路徑包括可操作來發(fā)射或接收電磁能量的電磁線圈。電路系統(tǒng)電耦接到所述至少一個(gè)天線組件以向電磁線圈提供電流或從電磁線圈接收電流。
[0022]在第四方面，本公開涉及一種生產(chǎn)天線組件的方法。所述方法包括:提供具有外表面的柔性非導(dǎo)電圓柱形芯，以及通過在所述芯上沉積導(dǎo)電路徑而不使導(dǎo)線纏繞在所述芯周圍來形成可操作來在所述芯的外表面上發(fā)射或接收電磁能量的電磁線圈。
[0023]所述方法還包括:提供聚合物芯;提供選自由聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚砜(PSU)組成的組的熱塑性芯；用導(dǎo)電材料涂布所述芯并執(zhí)行選自由銑削、機(jī)械加工、蝕刻和激光去除組成的組的去除工藝;執(zhí)行選自由利用導(dǎo)電且絕緣的油墨的印刷以及利用導(dǎo)電且絕緣環(huán)的氧樹脂的絲印組成的組的增材工藝;執(zhí)行諸如多材料3D印刷工藝的集成材料沉積工藝和/或?qū)⑻炀€組件柔性安裝在管狀構(gòu)件上。
[0024]首先參考圖1，示意性示出鉆探操作期間的井系統(tǒng)10。鉆探平臺(tái)12配備有井架14和支撐連接在一起形成鉆柱18的多個(gè)鉆桿的升降機(jī)16。升降機(jī)16懸吊頂部驅(qū)動(dòng)器20，所述頂部驅(qū)動(dòng)器20用于旋轉(zhuǎn)鉆柱18并且使鉆柱18降低穿過井口 22。鉆頭24連接到鉆柱18的下端。在示出的實(shí)施方案中，鉆探通過利用鉆柱18旋轉(zhuǎn)鉆頭24形成井筒26來完成。鉆井液由泥漿循環(huán)設(shè)備28栗送穿過供水管30到達(dá)頂部驅(qū)動(dòng)器20并下降穿過鉆柱18。鉆井液通過鉆頭24中的噴嘴退出鉆柱18，使鉆頭24冷卻并隨后攜帶鉆肩通過鉆柱18的外部與井筒26之間的環(huán)32到達(dá)表面。鉆井液隨后返回到泥漿坑34以便再循環(huán)。
[0025]如示出的，井系統(tǒng)10包括LWD系統(tǒng)。LWD系統(tǒng)可包括諸如測(cè)井工具36的多種井下部件，所述測(cè)井工具36可包括具有柔性非導(dǎo)電圓柱形芯與可操作來發(fā)射和/或接收電磁能量的至少一個(gè)傾斜的電磁線圈的至少一個(gè)或多個(gè)天線組件，實(shí)現(xiàn)關(guān)于巖層性質(zhì)、鉆探參數(shù)的數(shù)據(jù)或其他井下數(shù)據(jù)的收集。在示出的實(shí)施方案中，測(cè)井工具36耦接到可操作來向表面發(fā)射數(shù)據(jù)的泥漿脈沖遙測(cè)工具38。例如，泥漿脈沖遙測(cè)工具38調(diào)制鉆井液流的阻力以生成以聲速傳播到表面的壓力脈沖。一個(gè)或多個(gè)壓力變換器40、42為信號(hào)數(shù)字轉(zhuǎn)換器44將壓力信號(hào)變換成電信號(hào)。阻尼器或消涌器(deSurger)46可用于減少來自泥漿循環(huán)設(shè)備的噪音。給水管30連接到消涌器46中的鉆井液室48。隔膜或分離膜50將鉆井液室48與氣體室52分離。隔膜50隨鉆井液壓力的變化移動(dòng)，使氣體室52能夠擴(kuò)展與收縮，從而吸收部分壓力波動(dòng)。
[0026]在示出的實(shí)施方案中，數(shù)字轉(zhuǎn)換器44通過有線或無線通信協(xié)議向諸如計(jì)算機(jī)54的控制子系統(tǒng)供應(yīng)數(shù)字形式的壓力信號(hào)。計(jì)算機(jī)54可包括可使用計(jì)算機(jī)硬件、軟件、其組合等來實(shí)施的各種塊、模塊、元件、部件、方法或算法。計(jì)算機(jī)硬件可包括被配置來執(zhí)行存儲(chǔ)在非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的一個(gè)或多個(gè)指令序列、編程姿態(tài)或代碼的處理器。處理器可以是，例如，通用微處理器，微控制器，數(shù)字信號(hào)處理器，專用集成電路，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，可編程邏輯設(shè)備，控制器，狀態(tài)機(jī)，門控邏輯，分立硬件組件，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或可以執(zhí)行計(jì)算或數(shù)據(jù)的其他操縱的任何類似合適實(shí)體。機(jī)器可讀介質(zhì)可呈現(xiàn)許多形式，包括例如非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)和傳輸介質(zhì)。非易失性介質(zhì)可包括，例如，光和磁盤56。易失性介質(zhì)可包括，例如，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器。傳輸介質(zhì)可包括，例如，同軸電纜、導(dǎo)線、光纖和形成總線的導(dǎo)線。機(jī)器可讀介質(zhì)的常見形式可包括，例如，軟盤，柔盤，硬盤，磁帶，其他類似磁介質(zhì)，CD-R0M，DVD，其他類似光學(xué)介質(zhì)，穿孔卡，紙帶和具有圖案化的孔的類似物理介質(zhì)，RAM，R0M，PR0M，EPR0M和閃存EPR0M。替代地，控制系統(tǒng)中的一些或全部可遠(yuǎn)離計(jì)算機(jī)54定位并且可通過有線或無線通信協(xié)議與其通信。由計(jì)算機(jī)54處理的數(shù)據(jù)可通過計(jì)算機(jī)監(jiān)視器58呈現(xiàn)給操作員并且可由操作員使用一個(gè)或多個(gè)輸入裝置60操縱。在一個(gè)實(shí)例中，LWD系統(tǒng)可用于獲取并監(jiān)視底孔組件的位置和取向、鉆探參數(shù)和巖層性質(zhì)。
[0027]盡管圖1描繪處在垂直井筒中的本系統(tǒng)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本系統(tǒng)也同樣適用于在具有其他取向的井筒中使用，包括水平井筒、偏離井筒、傾斜井筒等。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，諸如以上，以下，上部，下部，向上，向下，井上，井下等的方向性術(shù)語的使用相對(duì)于示例性實(shí)施方案來使用，因?yàn)樗鼈冊(cè)趫D中有所描繪，向上方向朝向?qū)?yīng)圖的頂部并且向