CN111734401B - 耐高温随钻测量装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种耐高温随钻测量装置及其制造方法，该耐高温随钻测量装置包括承载体、设置在所述承载体的内腔中的随钻测量的电路组件、包覆式设置在所述承载体的壁上的隔热保护层，以及设置在所述隔热保护层外侧的稳固层，通过在承载体上设置隔热保护层，以更好地隔绝地层的热量，为电路组件提供能正常工作的环境温度，避免引入保温瓶等结构，能更好的节约空间以更好的适应高温或超高温深井且井眼小的井。
Description
技术领域
本发明涉及干热岩、石油天然气、地热等开发过程中的井下技术领域，具体涉及一种耐高温随钻测量装置及其制造方法。
背景技术
随着石油天然气的开发不断深入，深井和超深井不断增加。随着地热梯度的变化，井深约深井筒内的温度越高，特别是井深在7000米左右，部分井筒内的温度已经超过了150摄氏度，而井深到达8000米，有的井筒内的温度更是超过了175摄氏度。
但是，现有的随钻测量工具中电子元器件、传感器等的耐受温度一般都在175摄氏度以下。因此，这种电子元器件等无法在175摄氏度以上的高温井筒内进行正常工作。
现有技术中，为保证钻井测量的正常进行，一般是将电路系统先封装到一个类似保温瓶的结构内，然后再安装到仪器内，一起下到井筒内进行地层的参数测量。这种保温瓶结构基本上采用两层金属结构，中间有一个空腔，然后把这个空腔抽成真空。这个真空的空腔能够减缓仪器外的高温进入仪器内部，从而保证仪器内部电路可以一段时间仍然保持在相对低温的环境工作。
但是保温瓶需要两层结构，且中间需要真空层，其厚度比较大。而一般随钻测量仪器在钻杆内部，空间有限。由此，上述保温瓶结构已经不能满足使用，需要，设计一种能更好的耐高温随钻测量装置应用到高温井中。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种耐高温随钻测量装置及其制造方法。该耐高温随钻测量装置通过在承载体上设置隔热保护层，以更好地隔绝地层的热量，为钻测量的电路组件提供能正常工作的环境温度。同时，在隔热保护层的外侧设置稳固层，以防止隔热保护层开裂，用于保证隔热保护层的完整性进而保证隔热效果。
根据本发明的一方面，提出了一种耐高温随钻测量装置，包括：
承载体，
设置在所述承载体的内腔中的随钻测量的电路组件，
设置在所述承载体的壁上的隔热保护层，
设置在所述隔热保护层外侧的稳固层。
在一个实施例中，所述隔热保护层为通过喷涂或电镀方式设置的金属高温粘接剂与硅气凝胶、碳气凝胶或者二氧化硅气凝胶混合物层。
在一个实施例中，所述稳固层为通过喷涂方式设置的金属高温粘结剂和氧化铝纤维混合物层。
在一个实施例中，还包括：
筒状的悬挂钻铤，其内壁上设置有径向凸出部，
位于所述悬挂钻铤的内腔并坐式设置在所述径向凸出部上端面上的脉冲器，
其中，构造为筒状的所述承载体设置在径向凸出部的下端并与脉冲器连接，所述电路组件设置在所述承载体的筒内，在所述承载体的下端设置密封头，并且在所述承载体和所述密封头的内壁或/和外壁上设置所述隔热保护层。
在一个实施例中，在所述脉冲器与所述承载体之间设置由玻璃纤维制成的隔热件。
在一个实施例中，当所述隔热保护层设置在所述承载体的外壁上的时，在所述稳固层的外侧设置防护层。
在一个实施例中，还包括：
筒状的钻铤本体，设置在所述钻铤本体的外壁上的容纳槽，
其中，构造为箱式的所述承载体设置在所述容纳槽内，所述电路组件设置在所述承载体的内腔中，在所述承载体的内壁或/和外壁上设置所述隔热保护层。
根据本发明的另一方面，提供一种制造耐高温随钻测量装置的方法，包括：
步骤一，在承载体上涂覆隔热保护层料，
步骤二，进行固化和去杂以在承载体上形成隔热保护层，
步骤三，在所述隔热保护层的外侧涂覆稳固层料，
步骤四，进行固化和去杂以在隔热保护所述层上形成稳固层。
在一个实施例中，在步骤一中，所述隔热保护层料包括质量比为1:4—1:5的350度金属高温粘接剂和气凝胶，所述气凝胶可以为硅气凝胶、碳气凝胶或者二氧化硅气凝胶中的一种，
或/和在步骤三中，稳固层料包括质量比为1:2—1:3的350度金属高温粘接剂和氧化铝纤维。
在一个实施例中，，在步骤二中，先使所述承载体在室温下固化40-55小时，再将承载体放入加热炉中，在115-125摄氏度下加热7-9小时，取出室温冷却后，再将承载体放入加热炉中，在195-205摄氏度下加热1.8-2.2小时，取出室温冷却，
或/和，在步骤四中，先使所述承载体在室温下固化20-30小时，再将承载体放入加热炉中，在115-125摄氏度下加热2-4小时，取出室温冷却后，再将承载体放入加热炉中，在195-205摄氏度下加热1-2小时，取出室温冷却。
与现有技术相比，本发明至少具有下列优点中的至少一个，通过在承载体上设置隔热保护层，以更好地隔绝地层的热量，为设置在其内腔中的电路组件提供能正常工作的环境温度；避免引入保温瓶等结构，能更好的节约空间以更好的适应高温或超高温的深井且井眼小的井。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1显示了根据本发明的耐高温随钻测量装置的第一个实施例的示意图；
图2显示了根据本发明的耐高温随钻测量装置的第二个实施例的钻铤主体示意图；
图3显示了根据本发明的耐高温随钻测量装置的第二个实施例的承载体示意图；
图4为来自图1的A-A截面图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1显示了根据本发明的耐高温随钻测量装置100的一个实施例。如图1所示，耐高温随钻测量装置100包括承载体3、随钻测量的电路组件1、隔热保护层2和稳固层(图中未示出)。承载体3用于承载随钻测量的电路组件1。在不同的实施例中，承载体3根据不同的使用工况可以构造为不同的结构，例如，筒状、箱式等，在下文中会详细提及另一个承载体3’。电路组件1设置在承载体3的内腔中。隔热保护层2设置在承载体3上，以起到隔热作用，防止井筒内的热量进入到承载体3的内腔中，为电路组件1提供正常的工作环境。而稳固层包覆式设置在隔热保护层2的外侧，用于防止隔热保护层2开裂，以保证隔热保护层2的稳固，进而保证隔热效果。
由此，该耐高温随钻测量装置100通过在承载体3的上设置隔热保护层2，以达到隔绝地层热量的效果，并为设置在承载体3的内腔中的电路组件1提供正常工作的环境温度。同时，该隔热保护层2取代了现有技术中的保温瓶，更适宜随钻测量装置100，尤其能满足深井和超深井以及小井眼的使用。另外，在隔热保护层2的外侧设置稳固层，以防止隔热保护层2开裂，用于保证隔热保护层2的完整性进而保证隔热效果。
隔热保护层2为通过喷涂或电镀方式设置的350度金属高温粘接剂与硅气凝胶、碳气凝胶或者二氧化硅气凝胶形成的混合物层。例如，隔热保护层的厚度为2到5毫米。例如，350度金属高温粘接剂的成分为改性高分子树脂。由硅气凝胶、碳气凝胶或者二氧化硅气凝胶层等形成的隔热保护层2具有高通透性的三维纳米网格结构，其本身具有能承受1400摄氏度的高温且导热性低的优点。上述设置能避免井筒内的热量影响电路组件1，并为电路组件1提供优良的工作环境。后续会详细论述该稳固层形成的方法。
稳固层为通过喷涂方式设置的金属高温粘结剂和氧化铝纤维层混合物层。后续会详细论述该稳固层形成的方法。
在一个实施例中，如图1所示，耐高温随钻测量装置100还包括悬挂钻铤8和脉冲器9。其中，悬挂钻铤8为筒状，在其内壁上设置有径向凸出部81。脉冲器9设置在所述悬挂钻铤8的内腔，并坐在径向凸出部81的上端面上。其中，构造为筒状的所述承载体3设置在脉冲器9的下端，并位于径向凸出部81的下端。则所述电路组件1设置在所述承载体3的筒内。根据实际工况，隔热保护层2可以设置在承载体3的内壁上。这种设置方式能避免在下入过程中，隔热保护层2和稳固层受到刮擦或者与钻井液产生反应而影响隔热效果，也就是这种设置方式能保证隔热保护层2的隔热效果。当然，隔热保护层2还可以设置在承载体3的外壁上，这种设置方式相较于上述设置方式，隔热效果有可能受影响，但是工艺更简便。由此，可以根据不同的实际工况，而选择不同的设置方式。另外，为了增加隔热效果，还可以在承载体3的内壁和外壁上均设置隔热保护层2。
尤其是，隔热保护层2是设置在承载体3的外壁的时候，还可以在相应的稳固层的外壁上设置防护层以避免隔热保护层2和稳固层受到剐蹭等损伤，用于保护该隔热保护层2和稳固层，如图4所示。例如，该防护层5可以为由钢板片围成的一层。进一步优选地，在该防护层5的外侧设置耐磨带6，以增加防护层5的耐磨性，进一步保证隔热保护层2和稳固层的完整。例如，该耐磨带6可以为通过焊接方式设置在防护层5的外壁上沿着圆周分布的带状。耐磨带6可以由含钛耐磨带药芯焊丝、硬质合金焊条等形成。为了增加耐磨效果，在轴向上，可以设置多个耐磨带6。通过上述设置，在工作过程中，耐磨带6可能与悬挂钻铤8产生摩擦，而不会损伤到该隔热保护层2和稳固层。
根据实际工况，隔热保护层2可以由多层组成，例如两层、三层或更多层。如图4所示。在隔热保护层2有多层时，相邻的层与层之间的连接缝21错位，例如，第一层的连接缝21位置与第二层的连接缝21的位置在圆周上错开45度至180度。这种设置方式有效地降低了连接缝21处与外界的热量传递，有效保证了隔热效果。
为了保证隔热效果，防止热量进入，在所述承载体3的下端设置密封头10，又如图1所示。并在密封头10的内壁或/和外壁上设置隔热保护层2。通过上述设置，承载体3能在开口端很好的缓解热量的传递，从而达到良好的隔热的效果。
为了增加隔热效果，防止液量传递到承载筒3的内腔中而影响电路组件1正常工作，在脉冲器9与承载体3之间设置隔热件11。优选地，该隔热件11可以由玻璃纤维或者胶木等材料制成。通过这种设置进一步增加了隔热效果，保证了电路组件1的正常工作环境。还可以在隔热件11的下端面上设置隔热保护层2。
该耐高温随钻测量装置100还包括设置在脉冲器9的上端的打捞头41，以用于打捞作业。打捞过程：当井下发生卡钻时，整个钻杆无法提出地面。此时通过在下端带有打捞工具的电缆，通过钻杆内通道，将打捞工具下到打捞头41处并与其挂接。地面通过拖动电缆将打捞头41下的脉冲器9等带到地面。而电路组件1可以从上到下依次设置的脉冲驱动模块42、中控模块43、电池模块44以及探测模块45等。
在另一个实施例中，如图2和3所示，耐高温随钻测量装置100’还包括筒状的钻铤本体8’。在钻铤本体8’的外壁上设置容纳槽81’。并且该承载体3’构造为闭式的箱体，并嵌入到容纳槽81’中，通过盖板82’固定在该容纳槽81’内。电路组件1’设置在所述承载体3’的内腔中。类似上一个实施例地，在所述承载体3’的内壁或/和外壁上设置所述隔热保护层2’。还有，隔热保护层2’的层数等设置也与上一个实施例相同或类似，在此不再赘述。
根据本申请，在隔热保护层2的气凝胶层中填充有6％体积分数的石蜡。通过这种设置能显著增加隔热保护层2隔热效果。
根据本申请，还提供耐高温随钻测量装置100的制造方法。如下。
首先，选取350度金属高温粘接剂和气凝胶(气凝胶可以为硅气凝胶、碳气凝胶或者二氧化硅气凝胶中的一种)，质量比为1:4—1:5。在15-25摄氏度环境下对上述两种材料进行机械搅拌，使充分混合。通过喷涂或者电镀等方式，将上述混合的材料设置在待承载体3，3’，以及其它需要设置隔热保护层2的部件上，例如，密封头10上。根据不同的工况，可以在承载体3，3’以及其它部件的不同部位设置上述混合的材料，例如，承载体3，3’的内壁、外壁等。
在涂覆350度金属高温粘接剂和气凝胶的混合材料后，对其进行固化和去杂操作。具体地，先在室温条件下，固化40-55小时，例如48小时，以确保材料稳定。再将该承载体3，3’放入加热炉中，在115-125摄氏度下加热7-9小时，例如120摄氏度下8小时，确保材料完全固化。再将该承载体3，3’放入加热炉中，在195-205摄氏度下加热1.8-2.2小时，例如，200摄氏度下2小时，取出室温冷却，以去除材料中的高导热物质。
根据实际工况，可以在承载体3，3’上设置多层隔热保护层2。设置方式重复上述操作，也就是在喷涂每次后，均要进行固化和除杂操作。
再在隔热保护层2的外侧涂覆稳固层料。稳固层料包括质量比为1:2—1:3的350度金属高温粘接剂和氧化铝纤维。在15-25度环境下对上述两种材料进行机械搅拌，使充分混合。通过喷涂方式，将上述混合的材料设置在隔热保护层2的外表面。
在涂覆稳固层料后，还需要对其进行固化和去杂操作。具体地，先在室温条件下，固化20-30小时，例如25小时，以确保材料稳定。再将承载体3，3’放入加热炉中，在115-125摄氏度下加热2-4小时，例如120摄氏度下3小时，确保材料完全固化。再将承载体3，3’放入加热炉中，在195-205摄氏度下加热1-2小时，例如，200摄氏度下1.5小时，取出室温冷却，以去除材料中的高导热物质。
根据隔热保护层2设置的不同位置，选择是否在相对应的稳固层的外侧设置防护层5等。当隔热保护层2设置在承载体3的外壁上时，再在稳固层的外侧设置防护层5以及耐磨带6。
本申请中，方位用语“上”、“下”与耐高温随钻测量装置100的实际工作方位为参照。
以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种耐高温随钻测量装置，其特征在于，包括：
承载体，
设置在所述承载体的内腔中的随钻测量的电路组件，
设置在所述承载体的壁上的隔热保护层，所述隔热保护层为通过喷涂或电镀方式设置的金属高温粘接剂与硅气凝胶、碳气凝胶或者二氧化硅气凝胶混合物层，
设置在所述隔热保护层外侧的稳固层，所述稳固层为通过喷涂方式设置的金属高温粘结剂和氧化铝纤维混合物层，
筒状的悬挂钻铤，其内壁上设置有径向凸出部，
位于所述悬挂钻铤的内腔并坐式设置在所述径向凸出部上端面上的脉冲器，
其中，构造为筒状的所述承载体设置在所述径向凸出部的下端并与所述脉冲器连接，所述电路组件设置在所述承载体的筒内，在所述承载体的下端设置密封头，并且在所述承载体和所述密封头的内壁或/和外壁上设置所述隔热保护层。
2.根据权利要求1所述的耐高温随钻测量装置，其特征在于，在所述脉冲器与所述承载体之间设置由玻璃纤维制成的隔热件。
3.根据权利要求1所述的耐高温随钻测量装置，其特征在于，当所述隔热保护层设置在所述承载体的外壁上的时，在所述稳固层的外侧设置防护层。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的耐高温随钻测量装置，其特征在于，还包括：
筒状的钻铤本体，设置在所述钻铤本体的外壁上的容纳槽，
其中，构造为箱式的所述承载体设置在所述容纳槽内，所述电路组件设置在所述承载体的内腔中，在所述承载体的内壁或/和外壁上设置所述隔热保护层。
5.一种制造根据权利要求1到4中任一项所述的耐高温随钻测量装置的方法，其特征在于，包括：
步骤一，在承载体上涂覆隔热保护层料，
步骤二，进行固化和去杂以在所述承载体上形成隔热保护层，
步骤三，在所述隔热保护层的外侧涂覆稳固层料，
步骤四，进行固化和去杂以在所述隔热保护层上形成稳固层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤一中，所述隔热保护层料包括质量比为1:4—1:5的350度金属高温粘接剂和气凝胶，所述气凝胶为硅气凝胶、碳气凝胶或者二氧化硅气凝胶，
或/和，在步骤三中，稳固层料包括质量比为1:2—1:3的350度金属高温粘接剂和氧化铝纤维。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤二中，先使所述承载体在室温下固化40-55小时，再将承载体放入加热炉中，在115-125摄氏度下加热7-9小时，取出室温冷却后，再将承载体放入加热炉中，在195-205摄氏度下加热1.8-2.2小时，取出室温冷却，
或/和，在步骤四中，先使所述承载体在室温下固化20-30小时，再将承载体放入加热炉中，在115-125摄氏度下加热2-4小时，取出室温冷却后，再将承载体放入加热炉中，在195-205摄氏度下加热1-2小时，取出室温冷却。
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