[发明专利]用于钻柱的密封部件和牺牲部件

说明书

一种与用于电磁遥测的间隙器件一起使用的间隙接头。间隙接头在阳间隙接头部件上具有可替换的井上肩部，该可替换的井上肩部可以由牺牲材料组成，以延长其中存在部件外径电解的间隙接头的使用寿命。间隙接头还具有较厚的外径密封件，以降低潜在的O形环挤压和失效的风险，再次延长了间隙接头的使用寿命。较厚的密封件还可以在无支撑区域塌陷或经历刺穿之前承受较高的压力。可替换肩部和外径密封件可以在间隙接头中单独使用或一起使用。

相关申请和优先权

本申请要求于2016年12月9日提交的序列号为62/431,969的美国临时申请的优先权，其内容通过引用以其整体明确并入本文。

发明领域

本发明涉及用于井下钻井的在电磁遥测器件(electromagnetic telemetry sub)内的间隙接头(gap joint)。更具体地，包括可替换零件和/或磨损指示器的间隙接头。

发明背景

从地下区域回收碳氢化合物依赖于钻井眼的工艺。井眼使用地面定位钻井设备得到，该地面定位钻井设备驱动钻柱，钻柱最终从地面设备延伸到感兴趣的地层或地下区域。钻柱可以延伸到地面以下几千英尺或几千米处。钻柱的末端包括用于钻井眼(或延伸井眼)的钻头。通常为钻井“泥浆”形式的钻井流体通常被泵送通过钻柱。钻井流体冷却并润滑钻头且将钻屑带回地面。钻井流体也可用于帮助控制井底压力，以抑制碳氢化合物从地层涌入井眼中以及潜在的地面井喷。

井底组件(bottom hole assembly)(BHA)是给在钻柱末端的设备起的名字。除了钻头之外，BHA还可以包括一些元件，例如：用于操纵钻井方向的装置(例如，可操纵的井下泥浆马达或旋转可操纵系统)；用于测量周围地质结构层性能的传感器(例如，用于测井的传感器)；用于在钻井过程中测量井下条件的传感器；向地面遥测数据的系统；稳定器；和加重钻铤、脉冲器等。BHA通常通过一串金属管状件(钻管)推到井眼中。

遥测信息对于有效的钻井操作来说是宝贵的。例如，钻井队可以使用遥测信息来做出关于控制和操纵钻头的决策，以基于许多因素优化钻井速度和轨迹，这些因素包括合法的边界、现有井的位置、地层性能、碳氢化合物尺寸和位置等。在钻井过程中，基于从井下传感器收集并通过遥测传输到地面的信息，队员可以根据需要有意地偏离计划路径。获取实时数据的能力允许相对更经济和更有效的钻井操作。已经使用各种技术将信息从钻孔中的位置传输到地面。这些技术包括通过在钻孔中的流体中产生振动来传输信息(例如声学遥测或泥浆脉冲遥测)，以及通过至少部分传播通过地球的电磁信号来传输信息(电磁遥测或“EM”遥测)。其他遥测系统使用硬连线钻管或纤维光缆将数据带到地面。

电磁遥测的典型布置使用钻柱的一部分作为天线。通过在钻柱中包括隔离接头或隔离连接器(“间隙器件(gap sub)”)，钻柱可被分成两个导电区段。间隙器件通常放置在BHA内，使得钻柱中的在BHA以上的金属钻管用作一个天线元件，而BHA中的金属区段用作另一个天线元件。然后，电磁遥测信号可以通过在两个天线元件之间施加电信号来传输。这些信号通常包括以对信息进行编码进而传输到地面的方式施加的非常低的频率的AC信号。例如，可以在地面通过测量钻柱和一个或更多个接地杆之间的电势差来检测电磁信号。

在一些EM遥测系统中，遥测探头设置有间隙接头，这是一种用作隔离接头以确保探头不会在间隙器件上产生导电路径的组件。

发明概述

除其他方面外，本发明提供了本文公开的改进的间隙接头设计。

根据本文所述的一个广泛的方面，提供了一种包括可替换的井上或井下肩部(replaceable uphole or downhole shoulder)的间隙接头。肩部可以位于导电材料的第一点处，因为这可能是首先表现出电解的点。井上肩部可以是安置在阳间隙接头部件的井上端上的环形部件。井下肩部也可以是安置在阴间隙接头部件的井下端上的环形部件。肩部可以由容易失去电子的材料构成，且因此用作牺牲阳极或磨损型指示器。