專利名稱：井眼測井探測器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及測井儀器領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及將傳感器附加 到探測器心軸的結(jié)構(gòu)，以及在測井儀器上絕緣這種傳感器并密封儀器內(nèi)部以 隔絕流體進入的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
特定類型的測井儀器包括安裝在殼體或"探測器"外部的傳感器，例如 電流電極，該殼體或探測器設(shè)置為在地下的地層中鉆出的井眼中移動。電流 測井儀器用于測量井眼周圍地層的電特性。這種特性包括地層的電阻率，而 且井眼中自然電勢的測量與充滿井眼的流體(泥漿)的液相電阻率和孔隙地
層的孔隙中的原生水的電阻率之間的對比度有關(guān)。例如在授權(quán)給Scholberg 的美國專利No.3,772,589、授權(quán)給Planche等人的美國專利No.4，286，217和 授權(quán)給Scholberg的美國再頒專利No.RE32,564中，描述了典型的電流測井 儀器，這些專利都轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人。
具有外部安裝的傳感器的測井儀器，例如前述的電流測井儀器，通常包
括探測器心軸，在該探測器心軸的外表面上設(shè)置有一個或多個電極。該一個 或多個電極與探測器心軸體電絕緣，而且在具有多個這種電極的儀器中，電 極之間彼此電絕緣，并與探測器心軸之間電絕緣。這種絕緣限制電流在由心 軸上的電極的位置和由任何施加在電極上的測量和/或聚焦電流定義的路徑 中流動。
圖1A顯示了本領(lǐng)域已知的電流電極或外部傳感器安裝的一個例子的側(cè) 視圖。電極12或其他傳感器設(shè)置在探測器心軸10的外部復(fù)合材料護套14 的凹槽或縮徑部分中。護套14是不導(dǎo)電的，并且將電極12與探測器心軸10 的導(dǎo)電部分隔離，以及將電極12與設(shè)置在沿探測器心軸的其他縱向位置的 其他類似電極隔離。圖1B顯示了圖1A所示的探測器心軸IO的剖視圖，以 說明其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。探測器心軸10的縱向中心包括鋼或類似高強度金屬的管 或心軸16,以提供探測器心軸10的結(jié)構(gòu)完整性，并提供壓力密封的內(nèi)部腔
室16A,在該內(nèi)部腔室16A中可以設(shè)置本領(lǐng)域中已知的多種信號處理和遙測
電路(未顯示)。心軸或管在其外表面上包裹著由復(fù)合材料形成的電隔離層
22，該復(fù)合材料例如是玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂。隔離層22使得管16與設(shè)置 在探測器心軸IO上的多個電極之間的電絕緣。隔離層22可以包括在其外表 面中的一個或多個總地由20指示的凹槽、凹穴或類似的形狀特征，來包封 傳感器，例濁口金屬線圈電》茲感應(yīng)傳感器(electromagnetic induction transducer) 或其他電子裝置。隔離層22在其外表面上包裹著穩(wěn)定層18,該穩(wěn)定層18 用于包封凹穴20。電極12可以是粘結(jié)到例如聚合物膜的柔性基底的金屬箔。 例如，參考授權(quán)給Fraivillig的美國專利No.6,015,607。電極12也可以是素 金屬箔，例如316合金不銹鋼或蒙乃爾合金(monel)。利用壓力密封直通連 接器21穿過管16的壁，導(dǎo)線12A可以形成從電極12到管16內(nèi)部16A的 電路(未顯示)的電連接，直通連接器21例如是得克薩斯Pearland的Kemlon Products and Development出售的直通連接器。直通連接器21為導(dǎo)線12A提 供電絕緣路徑，同時使流體在壓力下不能進入管16內(nèi)部。在穩(wěn)定層18的外 部上模制橡膠例如腈橡膠(nitrile rubber)的液封層18A,以使液體不能進入 穩(wěn)定層18。通過在液封層18A上以模制、粘結(jié)或其他方式連接護套14，為 密封層18A和電極12提供了機械完整性。
已經(jīng)注意到，頻繁失效的機理是流體穿過液封層18A上從電極引出的導(dǎo) 線12A的穿孔點的滲漏。這種滲漏可能導(dǎo)致電極之間短路，或可能損害傳感 器或其他設(shè)置在一個或多個凹穴20中的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面， 一種井眼測井探測器包括在其內(nèi)部限定了壓力 密封腔的管。隔離層設(shè)置在管的外表面上。至少一個傳感器設(shè)置在隔離層的 外表面上。所述至少一個傳感器包括穿過管壁的導(dǎo)線。彈性護套設(shè)置在傳感 器的至少一部分和隔離層的外部上。
一種制造測井探測器的方法，包括在探測器管外部附著電絕緣的隔離 體。液封層附著在隔離體的外部上。至少一個傳感器附著在液封層外部上。 建立從至少一個傳感器穿過液封層和隔離體到探測器管內(nèi)部的電連接。彈性 護套施加在至少一個傳感器的至少一部分的外部和液封層的外部上。
通過下面的描述和附加的權(quán)利要求，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將會很明
顯


圖1A顯示了在電流測井儀器的探測器心軸上現(xiàn)有技術(shù)中的電極安裝和 絕緣結(jié)構(gòu)的外形圖。
圖1B顯示了圖1A所示的探測器心軸的剖視圖。
圖2顯示了傳感器例如探測器上的電流電極的布置的例子。
圖3顯示了圖2所示的探測器心軸的一部分的剖視圖。
具體實施例方式
圖2顯示了測井探測器的一個例子，其包括沿探測器心軸10外部設(shè)置 的多個傳感器。圖2所示的例子中的傳感器可以是電流電極，例如電源電極 12C和測量電極12B,分別電連接到設(shè)置在探測器心軸10內(nèi)部或測井儀器 的其他位置的相應(yīng)電路部分(未顯示)。圖2所示的傳感器的布置只是為了 提供一個例子，顯示根據(jù)本發(fā)明的探測器上的傳感器可能的結(jié)構(gòu)。
圖3顯示了圖2所示的探測器的一部分的剖視圖，舉例說明了根據(jù)本發(fā) 明的傳感器安裝結(jié)構(gòu)。傳感器12，例如電流電極，可以設(shè)置在外部橡膠護套 14A下面的凹槽、開口或類似的縮徑部分內(nèi)，外部橡膠護套14A設(shè)置在探測 器心軸10外部。如下面將要進一步解釋的，護套14密封以防止液體進入到 液封層18A下面，而且使電極12與沿探測器心軸10上其他縱向位置設(shè)置的 其他類似傳感器或電極(像圖2所示的，舉例來說)之間電絕緣。盡管圖3 所示的傳感器12是電極，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明適用于安裝在探測器心軸10外 部的任何傳感器，并且該傳感器包括穿過探測器心軸10的壁的信號和/或電 力導(dǎo)線(引入線)。這種外部安裝的傳感器的非限制性例子包括電容傳感器 和溫度傳感器。
在探測器心軸10的橫向中心，探測器心軸IO可以包括蒙乃爾合金、不 銹鋼、鈹銅或類似的高強度、高導(dǎo)電性、優(yōu)選非磁性金屬合金的管16，以提 供探測器心軸10的結(jié)構(gòu)完整性，使其能夠傳遞在此通過的大體為軸向的拉 力，并且可以提供壓力密封的內(nèi)部腔室16A,在該內(nèi)部腔室16A中可以設(shè)置 多種本領(lǐng)域已知的信號處理和遙測電路(未顯示)，也可以為通過探測器心 軸10的電和/或光導(dǎo)體提供路徑。管16在其外表面上包裹著電隔離層22， 其可以由復(fù)合材料比如纖維強化塑料(例如玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂)形成。
隔離層22提供管16與設(shè)置在探測器心軸IO外部上的多個傳感器(電極一一 見圖2中的12B、 12C)之間的電絕緣。隔離層22可以包括在其外表面上的 一個或多個總地由20指示的凹槽、凹穴或類似的形狀特;f正，來包封傳感器， 例如金屬線圈電磁感應(yīng)傳感器(未單獨顯示)或其他電子裝置。優(yōu)選隔離層 22在其外表面上包裹穩(wěn)定層18，其用于外部包封凹穴20。穩(wěn)定層18也可以 由復(fù)合材料例如玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂形成。液封層18A可以由例如橡膠的 彈性體形成，例如腈橡膠，可以在穩(wěn)定層18的外部上才莫制，以使液體不能 通過穩(wěn)定層18進入管16的內(nèi)部腔室16A。
電極12可以是粘結(jié)到例如聚合物膜的柔性基底的金屬箔。例如，參考 授權(quán)給Fraivillig的美國專利No.6,015，607。電極12可以是素(未粘結(jié)的) 金屬箔，例如316合金不銹鋼或蒙乃爾合金，或者可以是粘結(jié)到彈性基底的 金屬箔。這種素金屬箔的厚度通常可以在0.010英寸至0.020英寸之間，但 箔的厚度對本發(fā)明的范圍并不構(gòu)成限制。導(dǎo)線(引入線)12A與電極12連 接在一起，可以用來形成與設(shè)置在管16內(nèi)部16A的電路或貫穿導(dǎo)線(未顯 示)的電連接。這種穿過壁的連接可以利用壓力密封直通連接器(比如壓力 密封直通隔板(bulkhead))來形成。直通連接器21為導(dǎo)線12A提供外部電 絕緣路徑，并使流體在壓力下不能從導(dǎo)線12A穿過管16的壁之處進入管16 的內(nèi)部腔室16A。電極12可以粘結(jié)或以其他方式附著在液封層18A的外部。 導(dǎo)線12A靠近直通連接器21穿過液封層18A，以與直通連接器21的電連接 部分進行接觸。電極12通常設(shè)置在液封層18A上，并且需要導(dǎo)線12A穿過 液封層18A，以與直通連接器21電連接。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很明顯 的是，導(dǎo)線12A在其他例子中也可以是光纖連接。因此，本發(fā)明并不限于使 用電導(dǎo)線或電直通連接器的范圍。
為了使流體不能穿過液封層18A流動，并且為了給電極12和液封層18A 提供外部電隔離和機械完整性，護套14可以模制在電極12外部和液封層 18A上。
在一個例子中，可以在探測器心軸10的外部上整體模制(overmold) 護套14,并且通過切削或機械加工護套14覆蓋電極的部分，可以使電極12 要暴露在井眼中的部分露出。在其他的例子中，護套14可以分段模制，而 使電極要暴露在井眼中的部分露出。
在某些例子中，護套14可以由彈性體形成，例如腈橡膠，能夠抵抗由 于井眼中的流體引起的化學(xué)降解。這種護套可以由對井眼中的氣體擴散有抵 抗力的彈性體形成，因此當(dāng)探測器心軸從井眼中收回時，護套的減壓將不會
導(dǎo)致護套14剝落或出現(xiàn)其他故障。在一些例子中，用于制造護套14的彈性 體可以具有大約80到90肖氏A的硬度值，以抵抗與探測器心軸10 —起穿 過井眼移動時的磨損。
根據(jù)本發(fā)明的多個方面制造的探測器心軸可以減少由于外部密封裝置 的液體滲透導(dǎo)致的故障，減少由于探測器心軸外部的傳感器之間漏電導(dǎo)致的 故障，并且與用本發(fā)明之前的技術(shù)和結(jié)構(gòu)制造的類似的探測器心軸相比，降 低了維護和修理費。
盡管對本發(fā)明的描述是關(guān)于有限數(shù)量的實施例的，但受益于本發(fā)明，本 領(lǐng)域技術(shù)人員能夠意識到可以設(shè)計出其他的實施方式，而不脫離在此公開的 本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍將僅由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1、一種井眼測井探測器，包括管，在所述管的內(nèi)部限定了壓力密封腔；設(shè)置在所述管的外表面上的隔離層；設(shè)置在所述隔離層外表面上的至少一個傳感器，所述至少一個傳感器包括穿過所述管的壁的導(dǎo)線；設(shè)置在所述傳感器的至少一部分和隔離層的外部上的彈性護套。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中，所述至少一個傳感器包括金 屬箔電極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中，所述至少一個傳感器包括粘 結(jié)到柔性基底的金屬箔電極。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，還包括設(shè)置在所述隔離層外部和所 述護套內(nèi)部之間的彈性液封層。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中，所述管是由非磁性金屬合金 制成的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中，所述導(dǎo)線連接到穿過所述管 的壁的壓力密封直通隔板。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中，所述護套通過在整個探測器 外部上模制形成，且模制的護套的 一部分被除去以露出所述至少 一個傳感器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中，所述護套包括腈橡膠。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其中，所述護套包括肖氏A硬度在 大約80-90的范圍內(nèi)的橡膠。
10、 一種制造井眼測井探測器的方法，包括 在探測器管外部附著電絕緣的隔離體； 在所述隔離體的外部上附著液封層； 在所述液封層外部上附著至少一個傳感器；制備穿過所述液封層和隔離體從所述至少一個傳感器到所述探測器管 的內(nèi)部建立連接的導(dǎo)線；以及在所述至少一個傳感器的至少一部分的外部和所述液封層的外部上施 加彈性護套。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述隔離體包括纖維強化塑料。
12、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述制備建立連接的導(dǎo)線的步驟包括從所述至少 一個傳感器到穿過所述探測器管的壁的壓力密封直通 隔板連接電導(dǎo)線。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述施加彈性護套的步驟包 括在所述至少一個傳感器的大致全部外表面上整體模制，并且通過切削整體 模制的護套，露出所述至少一個傳感器的一部分。
14、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述施加彈性護套的步驟包 括在所述至少一個傳感器的大致全部外表面上整體模制，并且通過機械加工 整體模制的護套，露出所述至少一個傳感器的一部分。
15、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述護套包括腈橡膠。
16、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述護套包括肖氏A硬度在 大約80-卯的范圍內(nèi)的橡膠。
17、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述傳感器包括金屬箔電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種井眼測井探測器和一種制造測井探測器的方法，所述探測器包括在其內(nèi)部限定了壓力密封腔的管。隔離層設(shè)置在管的外表面上。至少一個傳感器設(shè)置在隔離層的外表面上。所述傳感器包括穿過管壁的導(dǎo)線。彈性護套設(shè)置在傳感器和隔離層的外部。所述方法包括在探測器管外部附著電絕緣的隔離體。液封層附著在隔離體的外部上。傳感器附著在液封層外部上。從傳感器到穿過液封層和隔離體的探測器管內(nèi)部建立電連接。彈性護套施加在至少一個傳感器的至少一部分的外部和液封層的外部上。
文檔編號E21B49/00GK101353961SQ20081014424
公開日2009年1月28日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者何青巖, 理查德·D·沃德 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司