CN101353961B - 井眼测井探测器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种井眼测井探测器和一种制造测井探测器的方法，所述探测器包括在其内部限定了压力密封腔的管。隔离层设置在管的外表面上。至少一个传感器设置在隔离层的外表面上。所述传感器包括穿过管壁的导线。弹性护套设置在传感器和隔离层的外部。所述方法包括在探测器管外部附着电绝缘的隔离体。液封层附着在隔离体的外部上。传感器附着在液封层外部上。从传感器到穿过液封层和隔离体的探测器管内部建立电连接。弹性护套施加在至少一个传感器的至少一部分的外部和液封层的外部上。
Description
技术领域
本发明总体上涉及测井仪器领域。更具体地，本发明涉及将传感器附加到探测器心轴的结构，以及在测井仪器上绝缘这种传感器并密封仪器内部以隔绝流体进入的结构。
背景技术
特定类型的测井仪器包括安装在壳体或“探测器”外部的传感器，例如电流电极，该壳体或探测器设置为在地下的地层中钻出的井眼中移动。电流测井仪器用于测量井眼周围地层的电特性。这种特性包括地层的电阻率，而且井眼中自然电势的测量与充满井眼的流体(泥浆)的液相电阻率和孔隙地层的孔隙中的原生水的电阻率之间的对比度有关。例如在授权给Scholberg的美国专利No.3,772,589、授权给Planche等人的美国专利No.4,286,217和授权给Scholberg的美国再颁专利No.RE32,564中，描述了典型的电流测井仪器，这些专利都转让给了本发明的受让人。
具有外部安装的传感器的测井仪器，例如前述的电流测井仪器，通常包括探测器心轴，在该探测器心轴的外表面上设置有一个或多个电极。该一个或多个电极与探测器心轴体电绝缘，而且在具有多个这种电极的仪器中，电极之间彼此电绝缘，并与探测器心轴之间电绝缘。这种绝缘限制电流在由心轴上的电极的位置和由任何施加在电极上的测量和/或聚焦电流定义的路径中流动。
图1A显示了本领域已知的电流电极或外部传感器安装的一个例子的侧视图。电极12或其他传感器设置在探测器心轴10的外部复合材料护套14的凹槽或缩径部分中。护套14是不导电的，并且将电极12与探测器心轴10的导电部分隔离，以及将电极12与设置在沿探测器心轴的其他纵向位置的其他类似电极隔离。图1B显示了图1A所示的探测器心轴10的剖视图，以说明其内部结构。探测器心轴10的纵向中心包括钢或类似高强度金属的管或心轴16，以提供探测器心轴10的结构完整性，并提供压力密封的内部腔室16A，在该内部腔室16A中可以设置本领域中已知的多种信号处理和遥测电路(未显示)。心轴或管在其外表面上包裹着由复合材料形成的电隔离层22，该复合材料例如是玻璃纤维增强环氧树脂。隔离层22使得管16与设置在探测器心轴10上的多个电极之间的电绝缘。隔离层22可以包括在其外表面中的一个或多个总地由20指示的凹槽、凹穴或类似的形状特征，来包封传感器，例如金属线圈电磁感应传感器(electromagnetic induction transducer)或其他电子装置。隔离层22在其外表面上包裹着稳定层18，该稳定层18用于包封凹穴20。电极12可以是粘结到例如聚合物膜的柔性基底的金属箔。例如，参考授权给Fraivillig的美国专利No.6,015,607。电极12也可以是素金属箔，例如316合金不锈钢或蒙乃尔合金(monel)。利用压力密封直通连接器21穿过管16的壁，导线12A可以形成从电极12到管16内部16A的电路(未显示)的电连接，直通连接器21例如是得克萨斯Pearland的KemlonProducts and Development出售的直通连接器。直通连接器21为导线12A提供电绝缘路径，同时使流体在压力下不能进入管16内部。在稳定层18的外部上模制橡胶例如腈橡胶(nitrile rubber)的液封层18A，以使液体不能进入稳定层18。通过在液封层18A上以模制、粘结或其他方式连接护套14，为密封层18A和电极12提供了机械完整性。
已经注意到，频繁失效的机理是流体穿过液封层18A上从电极引出的导线12A的穿孔点的渗漏。这种渗漏可能导致电极之间短路，或可能损害传感器或其他设置在一个或多个凹穴20中的装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种井眼测井探测器包括在其内部限定了压力密封腔的管。隔离层设置在管的外表面上。至少一个传感器设置在隔离层的外表面上。所述至少一个传感器包括穿过管壁的导线。弹性护套设置在传感器的至少一部分和隔离层的外部上。
一种制造测井探测器的方法，包括在探测器管外部附着电绝缘的隔离体。液封层附着在隔离体的外部上。至少一个传感器附着在液封层外部上。建立从至少一个传感器穿过液封层和隔离体到探测器管内部的电连接。弹性护套施加在至少一个传感器的至少一部分的外部和液封层的外部上。
通过下面的描述和附加的权利要求，本发明的其他方面和优点将会很明显。
附图说明
图1A显示了在电流测井仪器的探测器心轴上现有技术中的电极安装和绝缘结构的外形图。
图1B显示了图1A所示的探测器心轴的剖视图。
图2显示了传感器例如探测器上的电流电极的布置的例子。
图3显示了图2所示的探测器心轴的一部分的剖视图。
具体实施方式
图2显示了测井探测器的一个例子，其包括沿探测器心轴10外部设置的多个传感器。图2所示的例子中的传感器可以是电流电极，例如电源电极12C和测量电极12B，分别电连接到设置在探测器心轴10内部或测井仪器的其他位置的相应电路部分(未显示)。图2所示的传感器的布置只是为了提供一个例子，显示根据本发明的探测器上的传感器可能的结构。
图3显示了图2所示的探测器的一部分的剖视图，举例说明了根据本发明的传感器安装结构。传感器12，例如电流电极，可以设置在外部橡胶护套14A下面的凹槽、开口或类似的缩径部分内，外部橡胶护套14A设置在探测器心轴10外部。如下面将要进一步解释的，护套14密封以防止液体进入到液封层18A下面，而且使电极12与沿探测器心轴10上其他纵向位置设置的其他类似传感器或电极(像图2所示的，举例来说)之间电绝缘。尽管图3所示的传感器12是电极，应当理解，本发明适用于安装在探测器心轴10外部的任何传感器，并且该传感器包括穿过探测器心轴10的壁的信号和/或电力导线(引入线)。这种外部安装的传感器的非限制性例子包括电容传感器和温度传感器。
在探测器心轴10的横向中心，探测器心轴10可以包括蒙乃尔合金、不锈钢、铍铜或类似的高强度、高导电性、优选非磁性金属合金的管16，以提供探测器心轴10的结构完整性，使其能够传递在此通过的大体为轴向的拉力，并且可以提供压力密封的内部腔室16A，在该内部腔室16A中可以设置多种本领域已知的信号处理和遥测电路(未显示)，也可以为通过探测器心轴10的电和/或光导体提供路径。管16在其外表面上包裹着电隔离层22，其可以由复合材料比如纤维强化塑料(例如玻璃纤维增强环氧树脂)形成。隔离层22提供管16与设置在探测器心轴10外部上的多个传感器(电极——见图2中的12B、12C)之间的电绝缘。隔离层22可以包括在其外表面上的一个或多个总地由20指示的凹槽、凹穴或类似的形状特征，来包封传感器，例如金属线圈电磁感应传感器(未单独显示)或其他电子装置。优选隔离层22在其外表面上包裹稳定层18，其用于外部包封凹穴20。稳定层18也可以由复合材料例如玻璃纤维增强环氧树脂形成。液封层18A可以由例如橡胶的弹性体形成，例如腈橡胶，可以在稳定层18的外部上模制，以使液体不能通过稳定层18进入管16的内部腔室16A。
电极12可以是粘结到例如聚合物膜的柔性基底的金属箔。例如，参考授权给Fraivillig的美国专利No.6,015,607。电极12可以是素(未粘结的)金属箔，例如316合金不锈钢或蒙乃尔合金，或者可以是粘结到弹性基底的金属箔。这种素金属箔的厚度通常可以在0.010英寸至0.020英寸之间，但箔的厚度对本发明的范围并不构成限制。导线(引入线)12A与电极12连接在一起，可以用来形成与设置在管16内部16A的电路或贯穿导线(未显示)的电连接。这种穿过壁的连接可以利用压力密封直通连接器(比如压力密封直通隔板(bulkhead))来形成。直通连接器21为导线12A提供外部电绝缘路径，并使流体在压力下不能从导线12A穿过管16的壁之处进入管16的内部腔室16A。电极12可以粘结或以其他方式附着在液封层18A的外部。导线12A靠近直通连接器21穿过液封层18A，以与直通连接器21的电连接部分进行接触。电极12通常设置在液封层18A上，并且需要导线12A穿过液封层18A，以与直通连接器21电连接。对于本领域技术人员来说很明显的是，导线12A在其他例子中也可以是光纤连接。因此，本发明并不限于使用电导线或电直通连接器的范围。
为了使流体不能穿过液封层18A流动，并且为了给电极12和液封层18A提供外部电隔离和机械完整性，护套14可以模制在电极12外部和液封层18A上。
在一个例子中，可以在探测器心轴10的外部上整体模制(overmold)护套14，并且通过切削或机械加工护套14覆盖电极的部分，可以使电极12要暴露在井眼中的部分露出。在其他的例子中，护套14可以分段模制，而使电极要暴露在井眼中的部分露出。
在某些例子中，护套14可以由弹性体形成，例如腈橡胶，能够抵抗由于井眼中的流体引起的化学降解。这种护套可以由对井眼中的气体扩散有抵抗力的弹性体形成，因此当探测器心轴从井眼中收回时，护套的减压将不会导致护套14剥落或出现其他故障。在一些例子中，用于制造护套14的弹性体可以具有大约80到90肖氏A的硬度值，以抵抗与探测器心轴10一起穿过井眼移动时的磨损。
根据本发明的多个方面制造的探测器心轴可以减少由于外部密封装置的液体渗透导致的故障，减少由于探测器心轴外部的传感器之间漏电导致的故障，并且与用本发明之前的技术和结构制造的类似的探测器心轴相比，降低了维护和修理费。
尽管对本发明的描述是关于有限数量的实施例的，但受益于本发明，本领域技术人员能够意识到可以设计出其他的实施方式，而不脱离在此公开的本发明的范围。因此，本发明的范围将仅由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种井眼测井探测器，包括：
管，在所述管的内部限定了压力密封腔；
设置在所述管的外表面上的隔离层；
形成在所述隔离层外表面上的复合材料稳定层；
设置在复合材料稳定层上的弹性液封层；
至少一个传感器，包括金属箔电极，所述金属箔电极被粘结到柔性基底，柔性基底包括聚合物膜，其中金属基底设置在弹性液封层外部并且包括导线，该导线穿过弹性液封层，复合材料稳定层，隔离层以及管的壁的每一个以与设置在压力密封腔中的电路进行电接触；以及
设置在所述传感器的至少一部分和隔离层的外部上的弹性护套，从而弹性护套是所述探测器的最外层；
其中所述弹性护套通过在整个探测器外部上模制形成，且模制的护套的一部分被除去以露出所述至少一个传感器，其中所述弹性护套形成所述探测器的最外层。
2.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述管是由非磁性金属合金制成的。
3.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述导线连接到穿过所述管的壁的压力密封直通隔板。
4.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述护套包括腈橡胶。
5.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述护套包括肖氏A硬度在大约80-90的范围内的橡胶。
6.一种制造井眼测井探测器的方法，包括：
在探测器管外部附着电绝缘的隔离体；
在所述隔离体的外部上附着液封层；
在所述液封层外部上附着至少一个传感器，所述传感器包括金属箔电极：
制备穿过所述液封层和隔离体从所述至少一个传感器到所述探测器管的内部建立连接的导线；以及
在所述至少一个传感器的至少一部分的外部和所述液封层的外部上施加弹性护套，从而弹性护套是所述探测器的最外层，其中所述施加弹性护套的步骤包括在所述至少一个传感器的大致全部外表面上整体模制，并且通过机械加工整体模制的护套，露出所述至少一个传感器的一部分。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述隔离体包括纤维强化塑料。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述制备建立连接的导线的步骤包括从所述至少一个传感器到穿过所述探测器管的壁的压力密封直通隔板连接电导线。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述护套包括腈橡胶。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述护套包括肖氏A硬度在大约80-90的范围内的橡胶。
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