полупроводящая оболочка для источников и датчиков

Формула изобретения

1. Гильза, предназначенная для использования в подземной скважине, содержащая:

композитный корпус, образующий цилиндрическую поверхность вращения с внутренней полостью для размещения источника или датчика, причем упомянутый композитный корпус является прозрачным для прохода сигналов к указанному датчику или от указанного источника; причем упомянутый композитный корпус содержит множество слоев, при этом, по меньшей мере, один слой является, по существу, однородно проводящим в одном направлении;

выемку, сформированную упомянутым корпусом, и проходящую от внутренней полости в направлении к внешней поверхности упомянутого корпуса;

проводящий элемент, размещенный в упомянутой выемке;

причем корпус выполнен с однородной электропроводной поверхностью, образующей рядом с источником или датчиком цепь для короткого замыкания электрических токов.

2. Гильза по п.1, в которой корпус является прозрачным для прохода электромагнитных сигналов.

3. Гильза по п.2, в которой корпус сформирован так, что он предотвращает непосредственное воздействие на источник или датчик текучей среды, находящейся в скважине.

4. Гильза по п.1, в которой корпус содержит материал, выбранный из: композитного графитового материала, включающего частицы углерода, расположенные в нем; эпоксидной смолы с углеродным наполнителем, смешанной с углеродной тканью; множества предварительно пропитанных графитовых слоев; и термопластика с углеродным наполнителем.

5. Гильза по п.1, дополнительно содержащая вторую цилиндрическую поверхность вращения, расположенную внутри внутренней полости корпуса, находящуюся в контакте с внутренней поверхностью корпуса, причем вторая поверхность выполнена так, что она является прозрачной для прохода электромагнитных сигналов.

6. Гильза по п.5, в которой вторая поверхность вращения содержит отверстие в ее цилиндрической стенке, образующее канал между ее внутренней полостью и внутренней поверхностью корпуса гильзы.

7. Устройство, предназначенное для использования в подземной скважине, содержащее:

удлиненный держатель;

антенну, установленную на держателе, причем антенна выполнена с возможностью передачи или приема электромагнитной энергии; и композитную гильзу, образующую гильзу, расположенную вокруг упомянутого держателя и имеющую внутреннюю полость для размещения упомянутой антенны, причем гильза является прозрачной для прохода электромагнитной энергии, упомянутая композитная гильза содержит множество слоев, при этом, по меньшей мере, один слой является, по существу, однородно проводящим в одном направлении и упомянутая гильза содержит выемку, причем выемка проходит от внутренней полости в направлении к внешней поверхности гильзы;

проводящий элемент, размещенный в упомянутой выемке;

причем гильза выполнена с однородной электропроводной поверхностью, которая образует рядом с антенной цепь короткого замыкания для электрических токов.

8. Устройство по п.7, дополнительно содержащее проводник, соединенный с гильзой так, что он пропускает электрический ток через гильзу и в указанную внутреннюю полость.

9. Устройство по п.8, в котором упомянутый удлиненный держатель выполнен в виде металлического трубчатого элемента, причем упомянутый проводник, соединенный с гильзой так, что он пропускает электрический ток, подсоединен к упомянутому трубчатому элементу.

10. Устройство по п.7, в котором гильза содержит материал, выбранный из:

композитного графитного материала, включающего помещенные внутри него углеродные частицы; эпоксидной смолы с углеродным наполнителем, смешанной с углеродной тканью; множества заранее пропитанных графитных слоев; и термопластика с углеродным наполнителем.

11. Устройство по п.7, в котором антенна содержит множество катушек, имеющих непараллельные оси.

12. Устройство по п.7, в котором указанная антенна установлена на указанном держателе так, что ее ось расположена под углом к оси держателя.

13. Устройство по п.7, дополнительно содержащее вторую гильзу, установленную во внутренней полости композитной гильзы и находящуюся в контакте с внутренней поверхностью указанной гильзы, причем вторая гильза является прозрачной для прохода электромагнитной энергии.

14. Устройство по п.13, в котором упомянутая вторая гильза содержит отверстие, сформированное вдоль ее стенки, причем выемка проходит от внутренней полости в направлении к внешней поверхности гильзы и обеспечивает канал между упомянутой внутренней полостью и внутренней поверхностью упомянутой внешней гильзы.

15. Устройство, предназначенное для использования в подземной скважине, содержащее:

антенну, выполненную с возможностью передачи или приема электромагнитной энергии; и

композитную гильзу, образующую гильзу, имеющую внутреннюю полость для размещения упомянутой антенны, причем упомянутая гильза является прозрачной для прохода электромагнитной энергии, упомянутая гильза содержит множество слоев, при этом, по меньшей мере, один слой является, по существу, однородно проводящим в одном направлении и упомянутая гильза содержит выемку, причем выемка проходит от внутренней полости в направлении к внешней поверхности гильзы;

проводящий элемент, размещенный в упомянутой выемке;

причем гильза выполнена с однородной электропроводной поверхностью, которая образует рядом с антенной цепь короткого замыкания для электрических токов; и

проводник, соединенный с упомянутой гильзой для обеспечения протекания упомянутых электрических токов через упомянутую гильзу.

16. Устройство по п.15, в котором гильза содержит материал, выбранный из: композитного графитного материала, включающего помещенные внутри него углеродные частицы; эпоксидной смолы с углеродным наполнителем, смешанной с углеродной тканью; множества заранее пропитанных графитных слоев; и термопластика с углеродным наполнителем.

17. Устройство по п.15, в котором антенна содержит множество катушек, имеющих непараллельные оси.

18. Устройство по п.15, дополнительно содержащее вторую гильзу, установленную во внутренней полости упомянутой композитной гильзы и находящуюся в контакте с внутренней поверхностью указанной гильзы, причем вторая гильза является прозрачной для прохода электромагнитной энергии.

19. Устройство по п.18, в котором упомянутая вторая гильза содержит отверстие, сформированное вдоль ее стенки, причем выемка проходит от внутренней полости в направлении к внешней поверхности гильзы и обеспечивает канал между упомянутой внутренней полостью и внутренней поверхностью упомянутой внешней гильзы.

Описание изобретения к патенту

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, относится к использованию оболочек или корпусов для источников или датчиков, в частности, предназначенных для проведения подземных измерений.

Уровень техники

В области разведки и добычи углеводородов известны различные технологии геодезических исследований в скважинах. В этих технологиях обычно используют каротажные приборы или "зонды", на которых установлены источники, выполненные с возможностью излучения энергии в скважине, проходящей сквозь подземную формацию. Излучаемая энергия взаимодействует с окружающей формацией, в результате чего формируются сигналы, которые детектируют и измеряют с использованием одного или нескольких датчиков, установленных на скважинном приборе. При обработке данных, полученных после детектирования сигнала, получают профиль или "каротажную диаграмму" формации.

Технологии каротажа, известные в данной области техники, включают в себя каротаж с использованием "каротажного кабеля", каротаж при бурении (КПБ, LWD) и каротаж в ходе спускоподъемных операций (КСП, LWT). Каротаж с использованием каротажного кабеля выполняют путем погружения скважинного прибора в скважину на конце электрического кабеля для получения подземных измерений по мере прохождения инструмента вдоль скважины. При проведении LWD скважинный прибор устанавливают в бурильный узел для использования в ходе бурения скважины в подземной формации. LWT включает в себя установку источников или датчиков в колонне бурильных труб для проведения измерений при извлечении колонны бурильных труб из скважины.

Обычные электромагнитные (EM) каротажные приборы в скважине содержат антенны, которые работают как источники и/или датчики. Антенны обычно выполнены на основе катушек типа цилиндрического соленоида, содержащих один или несколько витков изолированного электрического провода, намотанного вокруг держателя. В ходе работы к передающей антенне подводят энергию переменного тока для излучения электромагнитной энергии в текучую среду скважины (также называемой "буровым раствором"), используемой при бурении, и в формацию. Сигналы, детектируемые приемной антенной, отражают взаимодействие с буровым раствором и формацией. Известно, что на результаты таких измерений, получаемых в ходе каротажа индукционного типа, влияет непосредственная связь передатчик-приемник. Таким образом, при проведении каротажа индукционного типа на скважинный прибор обычно устанавливают одну или несколько "компенсирующих" антенн, расположенных рядом с передатчиком или приемником, предназначенных для устранения или снижения такого эффекта связи.

Антенны обычно установлены так, что их оси располагаются вдоль продольной оси прибора. При этом такие приборы выполнены с антеннами, имеющими продольные магнитные диполи (ПМД, LMD). Когда такую антенну помещают в скважину и подают на нее электромагнитную энергию для передачи, вокруг антенны протекают токи в скважине и в окружающей формации. При этом отсутствует суммарный ток, направленный вверх или вниз в скважине. Однако при использовании скважинных приборов, антенны на которых установлены под углом или которые оборудованы поперечно установленными катушками, то есть, когда ось антенны непараллельна оси держателя, такие токи возникают при определенных условиях. Такие скважинные приборы выполнены с антеннами, имеющими поперечный или наклонный магнитный диполь (ПМД, TMD). Некоторые антенны с TMD сконфигурированы в виде множества катушек. Одна конструкция антенны с TMD содержит набор из трех катушек и известна как трехосевая антенна. Каротажные приборы, оборудованные антеннами с TMD, описаны в американских патентах № 4319191, 5508616, 5757191, 5781436, 6044325, 6147496.

Особые проблемы возникают из-за свойства TMD, состоящего в чрезвычайно высоком влиянии скважины, которое проявляется в ситуациях с высоким контрастом, то есть, когда буровой раствор в скважине имеет гораздо большую электропроводность, чем формация. Когда TMD помещают в центре скважины, суммарный ток вдоль оси скважины отсутствует. Когда его положение смещено от центра в направлении, параллельном направлению магнитного момента, симметрия ситуации все еще обеспечивает отсутствие суммарного тока вдоль оси скважины. Однако, когда положение TMD смещено от центра в направлении, перпендикулярном направлению магнитного момента, в скважине индуцируются осевые токи. На фиг.1 представлены различные варианты эксцентриситетов TMD внутри скважины. В ситуациях с высоким контрастом такие токи могут протекать на очень большие расстояния вдоль скважины. Когда такие токи протекают вдоль антенн с TMD, они могут привести к образованию нежелательных составляющих помех сигналов, уровень которых во много раз больше, чем уровень сигнала, который был бы получен в однородной формации без скважины. На фиг.2 представлен осевой ток, который наблюдают вдоль скважины с использованием неэлектропроводного скважинного прибора. Дополнительное описание такого эффекта скважины можно найти в американских патентах № 6573722, 6556015 и 6541979.

В приложениях с каротажным кабелем антенны обычно окружены корпусом, который изготовлен из прочного пластикового материла, состоящего из ламинированного материала на основе стекловолокна. При использовании LWD антенны обычно устанавливают на металлическом держателе для обеспечения противодействия агрессивной окружающей среде и условиям, проявляющимся в ходе бурения. Обычные каротажные приборы также изготовлены из термопластичных материалов. При использовании конструкции из термопластичных композитных материалов такие скважинные приборы включают в себя неэлектропроводную структуру, на которую устанавливают антенны. В американских патентах № 6084052, 6300762, 5988300, 5944124 и GB 2337546 описаны варианты выполнения скважинных приборов, построенных с использованием композитных материалов и труб для работы на нефтеносных месторождениях.

В данной области техники начинают использовать технологии, направленные на снижение или коррекцию индуцированных осевых токов, возникающих при применении антенн с TMD. В американских патентах № 5041975 и 5058077 описаны технологии, предназначенные для обработки данных сигнала, получаемого при измерениях в скважине, для коррекции влияния скважины или для компенсации эффекта эксцентрического вращения датчика при бурении. В американском патенте № 4651101 описан каротажный зонд, выполненный с возможностью исключения влияния электрических полей на поверхности зонда. Дополнительные технологии, направленные на уменьшение влияния скважины, можно найти в американских патентах № 6573722, 6556015 и 6541979. В этих технологиях предполагается использовать сложную обработку сигнала и/или применение дополнительных компонентов на скважинных приборах для компенсации токов. При этом остается потребность в улучшенных технологиях для устранения влияния таких нежелательных токов в скважине.

Раскрытие изобретения

В одном аспекте настоящее изобретение предлагает кожух, предназначенный для использования в подземной скважине. Кожух содержит композитный корпус, закрывающий источник или датчик, который выполнен прозрачным для сигналов, проходящих от источника или к датчику; причем на корпусе сформирована однородная электропроводная поверхность, обеспечивающая цепь короткого замыкания для электрических токов рядом с источником или датчиком.

В другом аспекте настоящее изобретение предлагает устройство, предназначенное для использования в подземной скважине. Устройство содержит удлиненный держатель; антенну, установленную на держателе, выполненную с возможностью передавать или принимать электромагнитную энергию; и композитную оболочку, установленную на держателе так, что она закрывает антенну, причем оболочка является прозрачной для прохождения электромагнитной энергии; причем на оболочке сформирована однородная электропроводная поверхность, обеспечивающая цепь короткого замыкания для электрических токов рядом с антенной.

В другом аспекте настоящее изобретение предлагает устройство, предназначенное для использования в подземной скважине. Устройство содержит антенну, выполненную с возможностью передачи или приема электромагнитной энергии; композитную оболочку, закрывающую антенну, причем эта оболочка выполнена прозрачной для прохождения электромагнитной энергии; причем на оболочке сформирована однородная электропроводная поверхность, обеспечивающая цепь короткого замыкания для электрических токов рядом с антенной; и проводник, соединенный с оболочкой, для подачи электрических токов через оболочку.

Краткое описание чертежей

Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания и прилагаемой формулы изобретения.

На фиг.1 представлено изображение скважины с параллельным и перпендикулярным эксцентричным расположением наклонного или установленного поперечно магнитного диполя в скважине.

На фиг.2 схематично показан индуцируемый осевой ток, наблюдаемый в электропроводной скважине, при использовании скважинного прибора с перпендикулярно эксцентричным, наклоненным или поперечным магнитным диполем и электроизолирующим корпусом.

На фиг.3 показана схема полупроводящей гильзы и трехосевой матрицы антенн в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.4 показана схема другой полупроводящей гильзы и конфигурации источников/датчиков в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.5 показана схема протекания осевого тока в скважине вокруг источника, установленного внутри гильзы с низкой проводимостью в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.6 показана схема варианта выполнения гильзы в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.7 показан вид в поперечном сечении варианта выполнения гильзы, окружающей элемент держателя, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.8 показана схема варианта выполнения гильзы, окружающей элемент держателя, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.9 показана схема, изображающая последовательность производственных операций при ипрегнировании углеродной ткани эпоксидной смолой с углеродным наполнителем и оборачивания ткани с наполнителем вокруг вращающейся оправки для формирования удлиненного цилиндрического корпуса или кожуха в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.10 показан вид в разрезе гильзы из предварительно пропитанной графитовой ткани, иллюстрирующий расположение полос из волокон, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.11 представлена таблица различных групп предварительно пропитанных слоев для вариантов выполнения гильзы в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.12 представлена схема варианта выполнения настоящего изобретения с использованием нескольких гильз.

На фиг.13 показана схема системы для проведения каротажа в скважинах с использованием гильзы в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.14 представлено сравнение откликов на поперечный эксцентриситет для некоторых из описанных вариантов выполнения.

Осуществление изобретения

На фиг.3 изображен вариант выполнения настоящего изобретения. Здесь показана гильза 12, закрывающая матрицу источников и датчиков. Термин гильза используется здесь для общего определения внешней поверхности, такой как кожух или корпус. Источник представляет собой передатчик T типа TMD, и датчик представляет собой приемник R типа TMD, известные в данной области техники (например, описанные в американских патентах № 6351127, 6566881, 6584408). Гильза 12 сформирована из композитного материала, состоящего из графитовой ткани, и эпоксидной смолы с углеродным наполнителем или смеси стекловолокна и углеродного волокна. Гильза 12 предназначена для формирования полупроводящего внешнего каркаса для источников/датчиков. При этом следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается каким-либо конкретным количеством или комбинацией передатчиков или приемников. Варианты выполнения могут включать любые наборы источников/датчиков типа LMD и TMD.

Электропроводность гильзы 12 можно регулировать путем изменения процентного содержания углерода в ее составе, как дополнительно описано ниже. При этом гильза может быть изготовлена более электропроводной, чем большая часть бурильного раствора на водной основе, используемого при выполнении обычных операций бурения (например, в 10 раз более электропроводной). Благодаря электрическому соединению гильзы 12 с электропроводным держателем 18, установленным внутри гильзы, токи, протекающие внутри скважины, направляются или замыкаются накоротко через гильзу на держатель 18. Держатель 18 может быть сформирован из электропроводного материала любого подходящего типа (например, из медной трубы, как описано в американском патенте № 4873488) и источники/датчики могут быть установлены на нем, как известно в данной области техники и как описано в указанных выше патентах.

Гильза 12 электрически соединена с электропроводным держателем 18 через один или несколько проводников 20, закрепленных между внутренней поверхностью кожуха и держателем. Проводник (проводники) 20 может быть изготовлен из любого подходящего электропроводного материала и с использованием определенной структуры (например, в виде металлического провода, электропроводной полосы и т.д.) и может быть соединен между структурами с использованием известных средств, таких как обычные крепления или системы соединения, известные в данной области техники.

Хотя распределение и расположение соединителей 20 вдоль держателя 18 можно изменять, варианты с различным смещением могут оказывать различное влияние на детектируемые приемником сигналы. На фиг.4 показан другой вариант выполнения настоящего изобретения. В этом варианте выполнения используют несколько антенн TMD: один передатчик T, два приемника R₁, R₂ и компенсирующую антенну B. Соединители 20 показаны установленными симметрично вокруг передатчика T и приемника R₂, то есть на одинаковом расстоянии выше и ниже соответствующих антенн. Дополнительный соединитель 20 установлен между парой антенн R₁-B вдоль оси Z держателя 18 в положении, определяемом по формуле

где L представляет собой соответствующее расстояние от передатчика T до i-х антенн B и R.

Благодаря закрытию или экранированию передатчика T или приемника R с использованием полупроводящей гильзы 12 и короткому замыканию гильзы на держатель 18 создается цепь для электрических токов, протекающих в скважине, так что происходит их короткое замыкание рядом с антенной (антеннами), как показано на фиг.5. Таким образом происходит устранение или минимизация нежелательных эффектов, создаваемых токами, протекающими в скважине. Хотя варианты выполнения, показанные на фиг.3 и 4, представлены с антеннами, расположенными на держателе 18, в других вариантах выполнения можно использовать антенны, частично или полностью встроенные в гильзу 12, при условии обеспечения соответствующей изоляции или экранирования (например, при обеспечении герметизации с использованием резиновых форм) для изоляции антенны (не показана). При работе электропроводная цепь короткого замыкания тока проходит через гильзу так, что ток не поступает на антенну, установленную внутри корпуса.

На фиг.6 показана гильза 12 в соответствии с настоящим изобретением. В этом варианте выполнения гильза 12 содержит одну или несколько электропроводных "кнопок" 25 или пробок, установленных на гильзе 12 так, что они проходят до внутреннего диаметра гильзы. Кнопки 25 могут быть выполнены из любого электропроводного материала, предпочтительно из металла, и они расположены на корпусе оболочки так, что обеспечивают контакт с проводниками 20, проходящими между внутренней поверхностью гильзы и держателем 18 (как показано на фиг.3 и 4). Кнопки 25 формируют надежное соединение, образуя цепь тока между гильзой 12, проводником 20 и держателем 18. Хотя на чертежах кнопки 25 показаны как диски или пробки, они не ограничиваются какой-либо конкретной формой или конфигурацией. Любой соответствующий электропроводный элемент с любой конфигурацией можно использовать для обеспечения требуемого электропроводного соединения.

На фиг.7 показан вид в разрезе другой гильзы 12, в соответствии с настоящим изобретением помещенной поверх держателя 18. В этом варианте выполнения кнопки 25 сконфигурированы так, что они проходят до внутренней поверхности, так что обеспечивается непосредственный контакт с внешней поверхностью держателя 18 без необходимости использования промежуточных проводников 20. В одном варианте выполнения кнопки 25 могут быть установлены в выемках, сформированных в гильзе, и прижаты подпружиненными закругленными кончиками (например, шаровая опора), для обеспечения надежного контакта (не показано).

На фиг.8 представлена другая гильза в соответствии с настоящим изобретением. В этой гильзе 12 электропроводный элемент 26 (например, в виде металлической пластины или диска) установлен в азимутальной выемке 27, сформированной на внутренней поверхности гильзы 12. Проводник 28 расположен в выемке 27 и проходит до внутренней поверхности гильзы, в результате чего обеспечивается контакт с держателем 18, благодаря чему образуется цепь для тока между гильзой и держателем. При этом можно использовать любой соответствующий электрический проводник 28 (например, провод, пружину или уплотнительное кольцо с покрытием из металла).

Для специалистов в данной области техники будет понятно, что электропроводные элементы, закрепленные на гильзах, в соответствии с настоящим изобретением (такие, как кнопки 25 и элементы 26) могут быть установлены на ней с использованием любых соответствующих технологий, известных в данной области техники. Например, кнопки 25 могут быть сформированы между слоями гильзы в ходе формирования слоев, как описано ниже, или элементы 26 могут быть впрессованы в гильзу после формирования выемок 27. Другие варианты выполнения могут быть получены с использованием электропроводных элементов, сформированных с применением различных известных технологий, включая нанесение пленки, наращивание пленки, покрытие распылением, эпитаксию из жидкой фазы, вытравливание, гальваническое покрытие и т.д.

Клеящие составы (например, полиимиды, эпоксидные смолы и акриловые смолы) также можно использовать для соединения электропроводных элементов с гильзой. Влияние теплового расширения может быть снижено путем выбора электропроводных элементов, коэффициент расширения которых близок к коэффициенту расширения материала гильзы 12. Элементы, предпочтительно, встроены или собраны внутри гильзы таким образом, что они прочно соединяются с гильзой 12. Также следует понимать, что проводники 20 могут быть соединены между держателем 18 и электропроводными элементами гильзы с использованием различный способов, так что обеспечивается образование требуемой цепи для тока между гильзой 12 и держателем 18.

Известны технологии, используемые для импрегнирования тканей смолами. В американских патентах № 4289168 и 4968545 описаны технологии, применяемые для изготовления композитных труб. Однако при использовании таких тканей и труб в скважине требуется учитывать различные факторы. Для применения внутри скважины гильза из полупроводящей термореактивной пластмассы или термопластика должна иметь однородный тензор обхемного удельного сопротивления и, по меньшей мере, изотропные в поперечном направлении свойства. Также предпочтительно, чтобы объемное удельное электрическое сопротивление было не зависимым как от температуры, так и от давления ниже уровня стеклования эпоксидной смолы и/или полимерной смолы.

Гильза 12 из термореактивной пластмассы в соответствии с настоящим изобретением может быть изготовлена с использованием эпоксидной смолы с наполнителем из углеродного порошка и углеродной ткани с плоским переплетением. Эпоксидную смолу готовят путем добавления 0%-n% мас. углеродного порошка с последующим тщательным перемешиванием подогретой смеси. Тензор объемного удельного сопротивления линейно зависит от процентного содержания углерода, добавляемого к эпоксидной смоле. Ткань затем пропускают через ванну с эпоксидной смолой с углеродным наполнителем и оборачивают с натяжением вокруг оправки 22, как показано на фиг.9. Предпочтительно, в каждом последовательном слое выдерживают параллельную структуру переплетения. Такая процедура обеспечивает однородность объемного удельного сопротивления.

Углеродный порошок, добавляемый в эпоксидную смолу, повышает общую электропроводность, но его добавляют, в частности, для повышения электропроводности гильзы в радиальном направлении. При этом углеродные частицы повышают электропроводность в радиальном направлении между слоями ткани. Значения электропроводности в направлениях z и приблизительно равны прежде всего вследствие того факта, что углеродные волокна в ткани направлены одинаково в направлениях z и . Путем изменения процентного отношения стекловолокна к углеродным волокнам в ткани можно изменять электропроводность в направлениях z и .

Основной материал, применяемый для приготовления термореактивной пластмассы для гильзы 12, представляет собой заранее пропитанную полосу из графитового волокна. Углеродные волокна при этом укладывают вдоль длины полосы. Для получения электропроводности в трубе с близкими значениями в направлениях z и заранее пропитанные слои укладывают равномерно по объему в направлениях z и . Электропроводность в радиальном направлении при этом будет меньше, поскольку в радиальном направлении волокна не уложены. На фиг.10 представлена одна из таких конструкций с предварительной пропиткой. Горизонтальный слой укладывают спирально с шагом, предпочтительно, равным ширине полотна предварительно пропитанной ткани. При этом для уменьшения шага можно использовать для укладки предварительно пропитанную ткань с меньшей шириной полотна. Другие варианты выполнения гильзы могут быть получены путем экструзии термореактивной пластмассы с углеродным наполнителем (в виде волокон или порошка) с использованием технологии экструзии, известной в данной области техники (не показано). Например, такие варианты получения могут быть выполнены с использованием комбинации графит PEEK /графит, смолы TORLON или других поставляемых коммерчески композитных материалов.

На фиг.11 показана таблица, в которой описаны различные варианты группирования предварительно пропитанных слоев в соответствии с настоящим изобретением. Здесь в восьми группах показаны шесть слоев. Значения+86 и -86 обозначают укладку круговых слоев по направлению часовой стрелки и против часовой стрелки соответственно. Для такой конструкции эмпирически было показано, что она позволяет сформировать однородную изотропную в поперечном направлении трубу. Измеренное значение электропроводности для конструкции, показанной на фиг.11, составляет:

Как описано выше, технология импрегнирования в соответствии с настоящим изобретением позволяет получить однородный изотропный материал с регулируемой электропроводностью и требуемыми размерами. Состав гильзы 12, по существу, обеспечивает однородное ограничение для токов, протекающих в скважине, для типичных используемых частот сигнала при проведении геодезических исследований. При использовании гильзы 12, поверхность которой состоит из материала с более высокой электропроводностью, чем буровой раствор скважины, нежелательные токи, протекающие в скважине, практически не воздействуют на сигналы источника или датчика. При этом гильза 12 в соответствии с настоящим изобретением имеет умеренную электропроводность и достаточную механическую прочность и является электромагнитно-прозрачной для требуемых сигналов.

Получаемая прочность графитовой гильзы 12 позволяет обеспечить варианты выполнения с различной толщиной и диаметром. При этом при использовании гильзы 12 в соответствии с настоящим изобретением можно устанавливать тонкие или "толстые" скважинные приборы, предназначенные для работы внутри скважины. На фиг.12 показан другой вариант выполнения в соответствии с настоящим изобретением. В данном варианте выполнения полупроводящая гильза 12 образует внешнюю поверхность многотрубной структуры. Внутренняя труба 12 окружена полупроводящей гильзой 12 в соответствии с настоящим изобретением. Как описано в настоящей заявке, полупроводящая гильза 12 образует альтернативную цепь для нежелательных осевых токов внутри скважины, одновременно обеспечивая передачу полезного сигнала. Такое условие может быть выполнено, поскольку внешняя поверхность гильзы 12 обеспечивает соответствующую электропроводность в условиях скважины. Внутренняя гильза 12 обеспечивает большую механическую поддержку для узла, по существу, формируя внутренний каркас. Для внутренней гильзы 12 можно использовать любой соответствующий материал или композитный материал, включая поставляемые коммерчески материалы, такие как RANDOLITE , PEEK , KEVLAR , стекловолокно или термопластические материалы на основе полиакрилэфиркетона, как описано в американских патентах № 6084052 и 6300762.

Отверстия 30 во внутренней гильзе 12 позволяют пропускать проводники 20 или кнопки 25 для соединения внешней гильзы 12 и держателя 18 после сборки. Другие варианты выполнения могут быть получены с использованием внутренних гильз 12 с различной длиной и множества внутренних гильз, расположенных так, что не требуется формировать каналы для проводников 20 или кнопок 25 (не показаны). Другие варианты выполнения могут быть получены с использованием проводников, расположенных внутри самой внутренней гильзы 12 и соединенных с внешней гильзой для формирования электропроводного соединения с внутренним держателем 18 (не показан).

Гильзы в соответствии с настоящим изобретением могут быть сформированы с использованием системы, содержащей множество обычных источников или датчиков, для обеспечения множества измерений (например, акустических, ядерных, гравитационных), как известно в данной области техники. Обычные электромагнитные антенны могут быть установлены на держателе 18 в виде различных наборов или конфигураций и могут работать на различных частотах для получения требуемых результатов электромагнитных измерений. Для специалистов в данной области техники также будет понятно, что осевое расположение и размещение антенн вдоль скважинного прибора может изменяться для изменения силы сигнала и чувствительности измерений.

На фиг.13, в общем, показана система для каротажа в скважине в соответствии с настоящим изобретением. Эта система включает в себя каротажный прибор 10, содержащий матрицу антенн типа TMD, состоящую из передатчика T, компенсирующей антенны B и приемника R, установленных внутри гильзы 12 в соответствии с настоящим изобретением, и расположенную в скважине 115, проходящей через формацию 111. Скважинный прибор 10 показан установленным в скважине 115 на каротажном кабеле 116 в случае системы с использованием каротажного кабеля или на колонне 116 буровых труб в случае проведения каротажа при бурении. С помощью каротажного кабеля скважинный прибор 10 поднимают и опускают в скважине 115 с помощью лебедки, управление которой обеспечивают с использованием оборудования 118, расположенного на поверхности. Каротажный кабель или колонна 116 буровых труб содержат провода (не показаны), которые соединяют устанавливаемые внутри скважины электронные устройства с оборудованием 118, расположенным на поверхности. Скважинный прибор 10 содержит электронное устройство, предназначенное для управления передатчиком T, для генерирования соответствующих магнитных моментов (не показаны). Сигналы, детектируемые приемниками 16, могут быть переданы на оборудование 118, расположенное на поверхности, с использованием обычных средств телеметрии для их обработки (не показаны).

Для изучения влияния скважины на скважинный прибор, оборудованный TMD, с использованием полупроводящих гильз в соответствии с настоящим изобретением было проведено моделирование. При этом также исследовали две эталонные модели: конструкции с металлическим корпусом без гильзы и конструкции с изолирующей гильзой. На фиг.14 показано сравнение отклика на поперечный эксцентриситет для трех вариантов конструкции. Конструкция с полупроводящей гильзой обеспечивает сигнал ошибки, аналогичный получаемому с помощью скважинного прибора с металлическим корпусом и намного меньший, чем при использовании конструкции с изолирующей гильзой. Таким образом, полупроводящие гильзы в соответствии с настоящим изобретением обеспечивают очень хороший отклик сигнала в дополнение к исключительным свойствам механической прочности.

Хотя настоящее изобретение было описано в отношении ограниченного количества вариантов выполнения, для специалистов в данной области техники на основе настоящего описания будет понятно, что могут быть сконструированы другие варианты выполнения, которые не отходят от сущности описанного здесь настоящего изобретения. При этом будет понятно, что гильзы в соответствии с настоящим изобретением не ограничиваются каким-либо конкретным вариантом его применения. Такие гильзы можно использовать в процессе бурения, при выполнении спускоподъемных операций, намотки системы труб, при проведении пластовых исследований, установки обсадной трубы и т.д. Помимо электропроводных свойств гильзы, ее прочность позволяет использовать ее в качестве внешнего каркаса, например в качестве экранов для источника/датчика погружаемого в скважину скважинного прибора, а также в вариантах применения, выходящих за пределы работы в нефтеносных месторождениях. Другие варианты выполнения также могут быть получены при использовании частей гильз или полугильз, установленных с несоставным устройством, используемым внутри скважины (не показано).

Для настоящего описания следует понимать, что слово "содержащий" означает "включающий, но без ограничения , и что слово "содержит" имеет соответствующее значение.