[发明专利]钻井设备上的传感器

说明书

相关申请的交叉参考

本申请请求享有美国临时申请序列No.61/411,025的优先权，该临时申请的申请日为2010年11月8日，该临时申请的全部内容组合在文中作为参考。

技术领域

本发明公开内容总体上涉及钻井系统，该钻井系统包括传感器，传感器提供与重要参数相关的测量值，更具体而言，本发明涉及位于钻柱上的传感器。

背景技术

通常通过钻柱来钻油井（井眼）或井孔，钻柱包括具有井眼钻具组件（也称之为底部钻具组合或“BHA”）的管件，井眼钻具组件底端连接有钻头。钻头旋转以切碎地下层来形成井眼。钻柱和底部钻具组合包括用于提供关于各种参数的信息的装置和传感器，这些参数涉及钻井操作（钻井参数）、底部钻具组合性能（底部钻具组合参数）和环绕正被钻探的井眼的地层的属性（地层参数）。钻井参数包括钻压（WOB）、钻头和底部钻具组合的转速（每分钟的转圈数或RPM）、钻头穿透地层的钻速（ROP）、以及钻井液流经钻柱的流量。底部钻具组合参数通常包括扭矩、回转、震动、弯曲力矩和粘滑运动。地层参数包括各种地层特性，如电阻率、孔隙率和渗透率等。

用于测定力和力矩的传感器布置在钻柱的井下部分、底部钻具组合、工具或钻井系统的其他部分上。传感器通过粘结剂连接到工具或机械构件上，该机械构件在所需位置被旋到工具上。因为工具暴露在高温高压的井下环境中，随着时间推移，粘结剂会疲竭。这样会增加维修和维护成本。

发明内容

在一方面，提供了一种钻井设备，其中，该设备包括设置在井眼中的钻柱。钻柱包括管件、连接到管件上的井眼钻具组件、以及设置在井眼钻具组件端部上的钻头。另外，该设备包括直接沉积在钻柱上的应变仪。

在另一方面，提供了一种钻井设备，该设备包括设置在井眼中的钻柱。该设备还包括直接沉积在钻柱上的应变仪，该应变仪包括位于电绝缘层上的传感器层，电绝缘层直接沉积在钻柱的金属基底上。

下面将详细描述用于评估数据质量的设备和方法的一些示例特征，为了更充分理解这些特征，已经相当全面地概括了这些特征。当然，下面公开的设备和方法的其他特征也将形成依照本公开内容的权利要求书的主题。

附图说明

通过参照下面的详细描述以及附图，将能充分理解示例实施例及其优点，附图如下：

图1示出了钻井系统的某实施例的正视图，其中，该钻井系统包括传感器；

图2是井下工具的某实施例的透视图，该井下工具包括传感器组件；以及

图3是传感器组件的某实施例的详细剖面侧视图。

具体实施方式

图1是示例性钻井系统100的示意图。钻井系统100包括钻柱120，钻柱包括在钻井或井眼126中被传送的钻井钻具组件或井下钻具组件（底部钻具组合）190。钻井系统100包括传统的井架111，井架建造在平台或基底112上，该基底支撑回转台114，回转台通过诸如电机（未示出）的原动机以所需的转速旋转。管组（如，连接的钻杆）122从地面向井眼126的底部151伸展，管组112的底端连接有钻井钻具组件190。连接到钻井钻具组件190上的钻头150旋转时使地质结构层分裂，从而钻出井眼126。钻柱120通过方钻杆接头121、活动接头128和穿过滑轮的缆索129连接到绞车130上。可操作所述绞车130来控制钻压（WOB）。钻柱120可以不通过原动机和回转台114而通过顶驱（未示出）旋转。绞车130的操作在本领域是公知的，因而在文中不将对其进行详细描述。

在一方面，来自于源头132（如，泥浆池）的合适钻井液131（也称之为“泥浆”）在压力下通过泥浆泵134在钻柱120内循环。钻井液131通过压力波动消除器136和流体管线138从泥浆泵134流入钻柱120中。来自于钻管的钻井液131通过钻头150上的孔在钻井底部151排出。返回的钻井液131在钻柱120和井眼126之间的环形空间127内向上流动，然后通过返回管线135和钻屑筛185返回到泥浆池132中，钻屑筛去除返回的钻井液131b中的钻屑186。管线138中的传感器S₁提供关于流体流量的信息。与钻柱120相连的地面扭矩传感器S₂和传感器S₃提供关于钻柱120的扭矩和转速的信息。通过传感器S₅测定钻柱120的钻速，传感器S₆提供钻柱120的钩挂载荷信息。