用于有線管道系統(tǒng)的反應(yīng)性多層箔的制作方法
【專利摘要】用于設(shè)置在有線管道段上的密封腔室包括基座元件、支撐在基座元件內(nèi)的腔室內(nèi)的電子元件以及防止該腔室內(nèi)部的電子元件受到有害氣體和流體損傷的密封層，該密封層包括反應(yīng)性多層箔材料(RMFM)。
【專利說明】用于有線管道系統(tǒng)的反應(yīng)性多層箔
[0001 ]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求2014年2月12日遞交的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮镹0.14/178856的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)?jiān)诖吮徽w引入作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]在地下鉆井和完井操作中，管道或其他導(dǎo)管在鉆井操作期間或之后下降到在地層內(nèi)的鉆孔中。此種管道通常配置為多個(gè)管道段以形成“柱”，諸如鉆柱或生產(chǎn)柱。當(dāng)該柱下降到鉆孔內(nèi)，附加的管道段通過各種連接機(jī)構(gòu)聯(lián)接至該柱，例如螺紋聯(lián)接件。
[0004]各種功率和/或通信信號(hào)可以通過“有線管道”配置經(jīng)管道段傳輸。這種配置包括沿著所選擇管道段或柱段長(zhǎng)度延伸的電導(dǎo)體、光導(dǎo)體或其他導(dǎo)體。這些導(dǎo)體可操作地通過多種配置連接在管道段之間。
[0005]—種這樣的配置包括通常稱為銷箱連接件的螺紋凸-凹配置。該銷箱連接件包括凸件和凹件，該凸件即包括外螺紋部分的“銷端”，該凹件即包括內(nèi)螺紋部分并配置為在螺紋連接件內(nèi)接收銷的箱端。
[0006]—些有線管道配置包括安裝在銷端和箱端的末端上的傳輸裝置。該傳輸裝置，或者“親合器”，可以傳輸功率，數(shù)據(jù)或兩者到鄰近的耦合器。在銷端的耦合器通常通過同軸電纜或其他方法連接到箱端的耦合器。
[0007]鉆井環(huán)境惡劣而一些或全部以上描述的電子元件的暴露可能會(huì)導(dǎo)致這些元件的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在此公開的密封腔室設(shè)置在有線管道段上，該有線管道段包括一個(gè)基座元件、支撐在基座元件內(nèi)的腔室內(nèi)的電子元件和防止腔室內(nèi)電子元件受到有害氣體和流體損傷的密封層，該密封層包含反應(yīng)性多層箔材料(RMFM)。
[0009]還公開了電子框架，其用于在分段有線管道系統(tǒng)的井下部件聯(lián)接機(jī)構(gòu)。該框架包括第一框架元件，該第一框架元件包括至少一個(gè)構(gòu)造為保持電子元件的保持結(jié)構(gòu)；以及與第一框架元件形成密封的密封層，該密封層防止井下元件接觸到電子元件，該密封層通過反應(yīng)性多層箔材料(RMFM)連接件密封到框架上。
【附圖說明】
[0010]以下描述在任何情況下都不應(yīng)視作限制性的。結(jié)合附圖，相同的數(shù)字代表相同的元件；
[0011]圖1描述了鉆井和/或測(cè)井系統(tǒng)的有線管道段的示例性實(shí)施例；
[0012]圖2描述了圖1的段的箱連接器的示例性實(shí)施例；
[0013]圖3描述了圖1的段的銷連接器的示例性實(shí)施例；
[0014]圖4是密封腔室的透視圖；
[0015]圖5是圖4的密封腔室的剖面?zhèn)纫晥D；
[0016]圖6是中繼器元件的透視圖；以及
[0017]圖7A-7B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的密封艙口。
【具體實(shí)施方式】
[0018]在此，通過例子且不僅限于參照附圖給出本發(fā)明的裝置和方法的一種或多種實(shí)施例的詳細(xì)描述。
[0019]參考圖1，是鉆井、測(cè)井和/或生產(chǎn)系統(tǒng)10的一部分的示例性的實(shí)施例，包括導(dǎo)管或鉆井管道段14的柱(通常稱為柱12)(例如鉆柱或生產(chǎn)柱)，其構(gòu)造為設(shè)置在鉆孔內(nèi)用于執(zhí)行諸如鉆孔、鉆孔和/或井下周圍地層特性的測(cè)量或者利于氣體或流體生產(chǎn)的操作。
[0020]例如，鉆井操作期間，鉆井流體或鉆井“泥楽”從諸如泥漿罐或者“池”的源頭被引入柱12，并且在壓力的作用流過柱，例如通過一種或多種泥漿栗。鉆井流體流入柱，并且在鉆孔底部通過位于柱的井下端的鉆頭的開口排放。鉆井流體在柱和鉆孔壁之間循環(huán)至井口，并且被排放到泥箱或其他位置。
[0021]有線管道段14具有井口端18和井下端16。如這里所述，當(dāng)段14設(shè)置在鉆孔內(nèi)時(shí)，“井口”指的是靠近相對(duì)于參考位置啟動(dòng)鉆井的點(diǎn)的位置，“井下”指的是遠(yuǎn)離沿著鉆孔相對(duì)于參考位置啟動(dòng)鉆井的點(diǎn)的位置。可以理解的是，井口端18可以在井下端16的下方而不脫離本發(fā)明范圍在此的范圍。同樣地，當(dāng)多個(gè)段連接成柱時(shí)，涉及井口端和井下端的方向也適用于該合成的柱。
[0022]至少內(nèi)孔或者其他導(dǎo)管20沿每一段14的長(zhǎng)度延伸以允許鉆井泥漿或其他流體流過其中。傳輸線22位于段14的內(nèi)孔20內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳輸線經(jīng)由如下所述的入口進(jìn)入內(nèi)孔20。在一個(gè)實(shí)施例中，傳輸線22是同軸電纜。在另一個(gè)實(shí)施例中，傳輸線22由任何輸送功率或數(shù)據(jù)的方式形成，包括，例如，雙絞線。在傳輸線22是同軸電纜的情況下，其可以包括被介電材料包圍的內(nèi)導(dǎo)體。同軸電纜還可以包括包圍介電材料的屏蔽層。在一個(gè)實(shí)施例中，該屏蔽層被電氣地耦合到外導(dǎo)體，該外導(dǎo)體可以由諸如剛性或半剛性導(dǎo)電材料管形成。
[0023]段14包括井下連接件24和井口連接件26。段14是最常見配置成使得井口連接件26位于相對(duì)于井下連接件24的井口位置。井下連接件24包括具有外螺紋部分的凸連接部分28，在此稱之為“銷端” 24。井口連接件26包括具有內(nèi)螺紋部分的凹連接部分30，在此稱之為“箱端”26。
[0024]銷端24和箱端26配置為使一個(gè)有線管道段14的銷端24可以設(shè)置在另一有線管道段14的箱端26之內(nèi)去影響它們之間的固定連接以將該段14與另一相鄰段14或其他井下部件連接而形成鉆柱。在一個(gè)實(shí)施例中，凸連接部分28的外部以及凹連接部分30的內(nèi)部是錐形的。盡管銷端24和箱端26被描述為具有螺紋部分，銷端24和箱端26可配置為使用任何合適的機(jī)構(gòu)聯(lián)接，例如螺栓或螺釘或者過盈配合。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10可操作地連接至井下或地面處理單元，其用來控制系統(tǒng)的各種部件，例如鉆井、測(cè)井和生產(chǎn)部件或子件。其他部件包括升起或下降段14和可操作地聯(lián)接段14的機(jī)械以及傳輸裝置。井下或地面處理單元還可以收集和處理由系統(tǒng)10在鉆井、生產(chǎn)或其他操作過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
[0026]這里描述的“鉆柱”或“柱”指代任何適合用于通過鉆孔下降工具或連接鉆頭到地面的結(jié)構(gòu)或載體，并且不限于這里所描述的結(jié)構(gòu)和配置。例如，柱可構(gòu)造為鉆柱、碳?xì)浠衔锷a(chǎn)柱或地層評(píng)估柱。此處所使用的術(shù)語“載體”意為任何可以用以運(yùn)送、容納、支撐或另外利于另一裝置、裝置部件、裝置的組合、介質(zhì)和/或構(gòu)件使用的任何裝置、裝置部件、裝置的組合、介質(zhì)和/或構(gòu)件。示例性的非限定性載體包括盤管型鉆柱、節(jié)接的管型的鉆柱及任意組合或其部分。其他載體例子包括套管、電纜、電纜探測(cè)器、滑線探測(cè)器、下落鏡頭、井下子件、BHA上的和鉆柱。
[0027]參考圖2和3，段14包括被設(shè)置在其中并且位于銷端24和/或箱端26處的至少一個(gè)傳輸裝置34(本文又稱為“親合器”)。傳輸裝置34被配置成在銷端24和箱端26接合時(shí)提供相鄰段14之間的數(shù)據(jù)和功率的至少一個(gè)的通信。傳輸裝置34可以是任何合適的類型，諸如電感線圈、直接電氣(例如，電鍍)接觸件和光學(xué)連接環(huán)。耦合器可以被設(shè)置在內(nèi)肩部或外肩部處。另外，傳輸裝置34可以是諧振耦合器。應(yīng)當(dāng)理解的是，傳輸裝置34還可包括在被設(shè)置于相鄰段14之間(例如，箱端內(nèi))的中繼器元件中。在此情況中，數(shù)據(jù)/功率是從一個(gè)段中的傳輸裝置傳輸至中繼器中。信號(hào)接著可以在中繼器中“按原樣”傳遞、放大和/或修改并且被提供至相鄰段14。
[0028]無關(guān)于配置，應(yīng)當(dāng)理解的是，每個(gè)傳輸裝置34均可連接至一種或多種傳輸線22。本文公開的實(shí)施例涉及傳輸器22可如何形成并且設(shè)置在段14中。在一個(gè)實(shí)施例中，傳輸線22能夠承受拉力、壓縮和扭曲應(yīng)力以及在井下工具勘探油、氣體和地?zé)峋畷r(shí)通常存在于井下工具中的疊加動(dòng)態(tài)加速度。在一個(gè)實(shí)施例中，通道形成在段中介于傳輸裝置34的一部分的位置與內(nèi)孔20之間。傳輸線22部分包含在內(nèi)孔20和通道中。在一個(gè)實(shí)施例中，通道被槍鉆孔至管道段14中。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，傳輸線22包括導(dǎo)線通道(例如，外保護(hù)層)和傳輸元件。傳輸元件可選自同軸電纜、雙絞線和單股線。以下描述是關(guān)于同軸線而呈現(xiàn)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本文教導(dǎo)可應(yīng)用于任何類型的傳輸元件。在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于導(dǎo)線通道以及段14的主體中的一個(gè)或兩個(gè)，在傳輸元件中產(chǎn)生張力。此張力可以幫助減輕傳輸元件與導(dǎo)線通道之間的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。
[0030]在某些情況中，可希望將電子部件附接接近傳輸裝置34。歸因于惡劣的鉆井環(huán)境，電子部件需要與泥漿和其他元件密封隔絕。螺紋連接件的尺寸限制了可用于封裝電子部件或連接器的設(shè)計(jì)的空間。在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)性多層箔材料(RMFM)密封連接件可以用來密封其中密封這些電子元件的此隔室中。RMFM是由形成在薄層中以產(chǎn)生層疊箔的兩種相互反應(yīng)性金屬(例如，鋁和鎳)形成。熱脈沖的施加導(dǎo)致鋁和鎳進(jìn)行自激放熱反應(yīng)，從而產(chǎn)生可將兩個(gè)元件密封在一起的金屬間化合物鋁化鎳(NiAl)。熱脈沖可以由電橋標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線、激光脈沖、電火花、火焰或通過其他手段提供。反應(yīng)僅僅發(fā)生在固相和液相中，而不釋放任何氣體。多層組合的其他實(shí)例包括鋁-鈦和鈦-非晶硅。
[0031 ]此密封件可以小于彈性密封件。另外，基于RMFM連接的密封件可以歸因于其耐高溫和壓力條件的能力而改進(jìn)可靠性。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)電的密封件可能是期望的且RMFM在某些情況下可以導(dǎo)電。
[0032]在某些情況中，與焊接相比RMFM密封連接件需要應(yīng)用的熱量更少，并且可以允許連接件位于焊機(jī)無法到達(dá)的位置中。另外，與焊接相比處理時(shí)間可有所減少且可在不除氣的情況下執(zhí)行。
[0033]圖4說明了可以通過使用RMFM密封件而形成的密封腔體100。腔體100包括主體102，其包括電子元件106所處的電子器件位置104。電子元件106可以用來調(diào)節(jié)或以其他方式修改在圖4中被說明為導(dǎo)線的第一連接器108與第二連接器110之間傳遞的信號(hào)。電子元件應(yīng)當(dāng)被密封以與鉆井泥漿隔絕。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，提供覆蓋電子元件106的套筒112。在一個(gè)實(shí)施例中，套筒112被一種或多種RMFM連接件密封至主體102。使用RMFM連接件可以允許密封電子元件106而不將它們暴露在可能造成損壞的焊接頭之下，并且可以比彈性密封件更持久耐用。電子元件106可包括任何類型的電氣部件并且可用于許多不同的目的。例如，電子元件106可在例如中繼器元件中使用，所述中繼器元件在信號(hào)跨過一種或多種有線管道段時(shí)增強(qiáng)信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施例中，電子元件106可用來匹配連接至第一連接器108和第二連接器110的不同電路的阻抗。例如，電子元件可將傳輸裝置34的阻抗匹配至傳輸線22(圖3)。
[0034]圖5是圖4的剖面?zhèn)纫晥D，其說明了圖4中所示的密封腔體100。腔體100形成主體102，該主體102具有其中設(shè)置有電子元件106的腔體或電子元件位置104。如上所述，電子元件106可以用來調(diào)節(jié)或以其他方式修改在第一連接器108與第二連接器110之間傳遞的信號(hào)。如所說明的，第一連接器108和第二連接器110分別通過絕緣材料122、124與主體電絕緣。為了在套筒112與主體102之間形成密封，形成兩個(gè)RMFM連接件或密封件120、121。例如，RMFM密封件可通過將RMFM環(huán)設(shè)置在所示密封件120、121的位置處且接著將所述區(qū)域暴露于來自以下一種或多種的熱脈沖而形成:電橋標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線、激光脈沖、電火花、火焰或通過其他手段。
[0035]在前述實(shí)例中，已經(jīng)描述了電子元件腔體100中的RMFM密封件。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，密封件可在井下環(huán)境中使用的任何部件中使用。
[0036]信號(hào)中繼器已經(jīng)用來增強(qiáng)遙測(cè)線或系統(tǒng)上的部件之間的功率和通信的傳輸。這些中繼器被提供成減少?gòu)木虏考恋孛娴臄?shù)據(jù)傳輸期間的信號(hào)損耗。
[0037]圖6說明了被配置成設(shè)置在井下部件之間的聯(lián)接組件內(nèi)(例如，形成在銷24和/或箱26內(nèi)的空間內(nèi))的壓力密封且機(jī)械穩(wěn)定的電子框架40的實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，電子框架包括被配置成利于有線管遙測(cè)或其他通信的電子元件。框架在機(jī)械方面是不同的并且與聯(lián)接組件和井下部件分離，且被配置成基于框架的封裝而由聯(lián)接組件和/或井下部件至少部分軸向地固定。因此，框架不需要直接密封或粘附至連接件/部件，反而可依賴于部件之間已經(jīng)現(xiàn)有的密封接合(例如，箱-銷連接)。
[0038]如圖6中所示，框架40被配置成支撐用于鉆管、井下工具和其他井下部件的電子元件。示例性電子元件包括被配置成傳輸井下部件之間的功率和/或通信的信號(hào)傳輸系統(tǒng)的中繼器電子元件。例如，框架40包括凹部、腔室或容納用于傳輸部件之間的信號(hào)的中繼器部件(例如，電子元件和密封部件)的其他保持結(jié)構(gòu)。這些示例性中繼器部件包括電池42、控制電子元件44(諸如多芯片模塊(MCM))和傳輸裝置34(諸如耦合器環(huán)、天線、電氣接觸件和電感耦合元件)。如上所述，傳輸裝置可以是任何合適的類型，諸如電感線圈、直接電氣接觸件和光學(xué)連接環(huán)。其他示例性部件包括諸如連接器48、接口 50和各種密封部件52 (諸如玻璃密封件和天線密封件)的傳輸部件。
[0039]框架40包括允許流體從其中通過的流體導(dǎo)管204。在一個(gè)實(shí)施例中，傳輸元件32被設(shè)置大小和配置成使得流體(例如，鉆井泥漿)可從其中通過。
[0040]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，框架40包括將元件密封在凹部、腔室或框架40的其他保持結(jié)構(gòu)中的外密封層201。在一個(gè)實(shí)施例中，RMFM密封件201、202密封框架和外密封層201以保護(hù)凹部中的元件。應(yīng)當(dāng)理解的是，電池、控制電子元件44或由框架44支承的其他裝置中的任一個(gè)本身均可處于如上所述般形成的密封腔室中。
[0041]在上述描述中，已經(jīng)說明了完全的圓周密封件。應(yīng)當(dāng)理解的是，且現(xiàn)參考圖7A-7B，RMFM的焊珠704可被用于密封腔室上方的由井下工具710的外表面708限定的艙口 700。
[0042]盡管以參考實(shí)例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍之內(nèi)，可以進(jìn)行各種變化且其構(gòu)件可被等效替換。此外，可以在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下根據(jù)本發(fā)明的教示做出多種改型以適應(yīng)具體的情況或者材料。因此，本發(fā)明并不旨在限制于以用于實(shí)施本發(fā)明的構(gòu)想的最佳模式所公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明應(yīng)包括落入權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種設(shè)置在有線管道段(14)上的密封腔室，所述密封腔室包括: 基座元件(102); 電子元件(106)，其支撐在所述基座元件內(nèi)的腔室(100)內(nèi)；以及密封層(120，121 )，其防止所述腔室內(nèi)的所述電子元件受到有害氣體和流體損傷，所述密封層包括反應(yīng)性多層箔材料(RMFM)。2.如權(quán)利要求1所述的密封腔室，其中所述反應(yīng)性多層箔材料由鋁和鎳、鋁和鈦或鈦和非晶硅形成。3.如權(quán)利要求1所述的密封腔室，其中，所述反應(yīng)性多層箔材料暴露于熱脈沖。4.如權(quán)利要求3所述的密封室，其中，所述熱脈沖由以下一種或多種提供:電橋標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線、激光脈沖、電火花和火焰。5.—種用于分段有線管道系統(tǒng)中的井下部件聯(lián)接機(jī)構(gòu)的電子框架(40)，包括: 第一框架元件(102)，其包括至少一個(gè)配置成用于保持電子元件的保持結(jié)構(gòu)(100);以及 密封層(120，121)，其與所述第一框架元件形成密封，所述密封層防止井下元件接觸到所述電子元件，所述密封層通過反應(yīng)性多層箔材料(RMFM)連接件密封到所述框架(40)上。6.如權(quán)利要求5所述的密封腔室，其中，所述反應(yīng)性多層箔材料由鋁和鎳、鋁和鈦或鈦和非晶硅形成。7.如權(quán)利要求6所述的密封腔室，其中，所述反應(yīng)性多層箔材料暴露于熱脈沖。8.如權(quán)利要求7所述的密封腔室，其中，所述熱脈沖由以下一種或多種提供:電橋標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線、激光脈沖、電火花和火焰。9.如權(quán)利要求5所述的電子框架(40)，進(jìn)一步包括由所述框架元件形成的流體導(dǎo)管，所述流體導(dǎo)管被配置成用于提供穿過其中的流體連通。
【文檔編號(hào)】E21B17/20GK106062301SQ201580007635
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日
【發(fā)明人】S·穆勒, R·舒爾茨, R·布達(dá), H·拉恩, I·羅德斯
【申請(qǐng)人】貝克休斯公司