[发明专利]具有绝缘套环的电磁遥测间隙接头组件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月16日提交的美国申请No.61/727,610和于2013年2月21日提交的美国申请No.61/767,759的优先权。对于美国而言，本申请按照35U.S.C§119要求标题均为ELECTROMAGNETIC TELEMETRY GAP SUB ASSEMBLY WITH INSULATING COLLAR(具有绝缘套环的电磁遥测间隙接头组件)的于2012年11月16日提交的美国申请No.61/727,610和于2013年2月21日提交的美国申请No.61/767,759的权益，并且为各种目的将其内容通过参引并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及间隙接头组件和用于间隙接头组件的电绝缘套环。实施方式提供了适合于在通过使用电磁遥测进行随钻测量中使用的间隙接头组件和用于制造间隙接头组件的方法。

背景技术

从地下区域开采碳氢化合物依靠钻探井眼的过程。该过程包括位于地表处的钻探设备和从地面设备延伸至关注的地层或地下区域的钻柱。钻柱可以延伸到地表下方数千英尺或数千米。钻柱的末端包括用于钻探或使井眼延伸的钻头。该过程也依赖一些种类的钻探流体系统、大多数情况下是钻探“泥浆”。泥浆是经由通过钻柱的内部泵送的，泥浆对钻头进行冷却和润滑并且然后离开钻头并且运送岩石钻屑回到地表。泥浆也帮助控制井底压力，并且防止碳氢化合物从地层流入井眼并且在地表处可能的喷出。

定向钻探是使井从垂直方向转向为与目标末端相交或转向为遵循预定路径的过程。在钻柱末端处为井底组件(BHA)，其可包括1)钻头；2)旋转的可转向系统的可转向的井下泥浆马达；3)用于随钻测井(LWD)和/或随钻测量(MWD)以在钻探进程时估计井下条件的测量设备的传感器；4)用于遥测至地表的数据的装置；以及5)其他控制设备，比如稳定装置或重型钻铤。BHA通常是通过一系列的称为钻柱的金属管被送进井眼中。MWD设备可以用于提供井下传感器和地表处的状态信息而以近似实时的模式进行钻探。该信息由钻机操作人员使用以基于多个因素——包括矿场边界、现有的井、地层特性、油气规模和位置——来做出关于控制和转向井的决定以优化钻井速度和轨迹。这些决定可包括基于在钻探进程期间从井下传感器收集的信息使计划的井眼路径必要时故意的偏移。在其能够获得实时数据中，MWD允许相对更经济和高效的钻探操作。

可以使用多种遥测方法将来自MWD或LWD的数据发送回地表。这样的遥测方法包括但不限于硬接线钻杆的使用、声学遥测、光纤线缆的使用、泥浆脉冲(MP)遥测和电磁(EM)遥测。

EM遥测涉及在井眼处产生电磁波，该电磁波行进穿过大地附近的地层并且在地表处被检测到。

EM遥测相对于MP遥测的优点大体上包括：更快的波特率，由于不移动井下部分而增加的可靠性，针对丢失循环原料(LCM)的高抗性，以及适合用于空气钻井/负压钻井。EM系统可以在没有连续流体柱的情况下传输数据；因此，当没有泥浆流动时其是有用的。这在钻井操作人员添加新的部分钻杆时是有利的，这是由于在钻井操作人员添加新的钻杆的同时EM信号可以传输定向的测量。

EM遥测的缺点包括：较低的深度潜力，与一些地层(例如，高盐地层和高电阻差异地层)的不兼容性，以及与由于对较老的建立方法的接受力而产生的一些市场阻力。同样地，当EM传输在穿过地球地层长距离上大大地衰减时，其要求相对较大量的功率，使得信号能够在地表处检测到。更高频的信号比低频信号衰减更快。

BHA的金属管通常是通过由本领域称为“间隙接头(gap sub)”的绝缘接头或连接器将钻柱分成两个导电部分而用作用于EM遥测工具的偶极天线。间隙接头是EM遥测系统的一个重要的设计方面。间隙接头必须满足电绝缘要求并且承受在钻井期间引入的机械载荷和钻杆的中央与外部之间出现的高压差。这些机械载荷通常相当高并且大多数钻柱部件是由高强度、易延展的金属合金制成，以应付载荷而不会失效。由于通常在间隙接头组件中使用的大多数高电介质材料的强度明显地低于金属合金或者非常脆，因此间隙接头的机械强度成为重要的设计障碍。间隙接头趋于成为钻柱中的较弱的连接。