具有嵌入电导体的管道的附加制造方法 |
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| 申请号 | CN201580014926.9 | 申请日 | 2015-03-27 | 公开(公告)号 | CN106133269A | 公开(公告)日 | 2016-11-16 |
| 申请人 | 贝克休斯公司; | 发明人 | C·W·罗丝; | ||||
| 摘要 | 一种通过附加制造形成管道的方法，其中该方法包括当形成管道时在管道的 侧壁 中形成通道以及在通道中形成导电元件。可以形成附加管道使得当管道连接在一起时每个管道中的导电元件彼此 信号 通信。向每个管道添加 螺纹 使管道联接在一起以形成柱。同时形成于管道的端部的 导线 环提供柱中的相邻管道之间的 接触 装置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于形成在井孔中使用的管道的方法，包括： |
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| 说明书全文 | 具有嵌入电导体的管道的附加制造方法[0001] 有关申请的交叉引用 技术领域背景技术[0004] 管道通常用于地层中烃类生产的许多方面。用于形成井孔(其贯穿地层)的钻柱通常由许多端对端螺纹连接在一起的单个管接头，以及连接至最下面的管接头的下端的钻头制成。完成的井孔通常与连接至井孔的壁的套管的管柱配合。水泥通过阻止烃类在套管和井孔壁之间流动而用于井控。通常用于烃类生产的其他管道包括生产管，其通常插入套管中且烃类通过其从地层流向地表。连续管是另一种烃类生产管，其通常用于部署井下工具，比如井孔内的穿孔系统。有时，管道包括他们侧壁内的轴向通道，这些侧壁设计用于数据或其他信号输送线。 发明内容[0005] 本文提供了一种形成用于井孔的管道的方法，在一个实施例中，其包括沉积连续的管体基础材料层并引导该管体基础材料层处的能量以形成管体，通过策略性地沉积该连续的基础材料层而在管道的侧壁中形成轴向通道，通过策略性地沉积连续的导电细长构件基础材料层来形成导电细长构件而在通道中形成导电细长构件，并引导该导电细长构件基础材料层处的能量。导电细长构件可包括导电芯和在导电芯的外表面的绝缘材料。该方法可进一步包括在管道的侧壁中形成弯曲通道，其沿外切所述管道的轴线的路径定向。该实例可进一步包括在弯曲通道中形成导电环，并将该导电环电联接至导电细长构件之一的一端。螺纹可任选地通过策略性地沉积该管体材料层而形成于管体上。螺纹可替代地被策略性地加工以暴露导电元件。螺纹可以是阳螺纹和阴螺纹。在一个实施例中，管体为第一管体，该方法进一步包括重复上述步骤以形成第二管体，从而在第一和第二管体上形成螺纹，并螺纹联接第一和第二管体。当第一和第二管体螺纹接合在一起时第一管体中的导电细长构件可与第二管体中的导电细长构件连通。任选的绝缘构件可以包括在内用于将管体和导电元件隔开。 [0006] 形成用于井孔的管道的另一个示例性方法涉及通过沉积连续的管体基础材料层并引导该管体基础材料层处的能量来形成管体，沉积附加的连续的管体基础材料层并引导该附加的连续的管体基础材料层处的能量以形成附加管体，通过策略性地沉积连续的基础材料层而在管体的侧壁中形成轴向通道，通过沉积连续的导电细长构件基础材料层来形成导电细长构件而在所述通道中形成所述导电细长构件，并引导该导电细长构件基础材料层处的能量和将管体和附加管体联接在一起使得管体中的导电细长构件与附加管体中的导线细长构件连通。该方法可进一步包括提供管体中的导电细长构件中的信号，该信号被传输到附加管体中的相应导电细长构件。在一个实例中，信号在井孔中初始化，该方法进一步包括将信号传输到在地表上且在井孔之上的控制器。可选地，管体和附加管体为管状构件，比如井孔套管、生产管、钻柱、连续管或其组合。在管道的侧壁中可任选地形成与管道的轴线外切的弯曲通道，并在弯曲通道中加入连接件环。该方法可进一步包括在导电细长构件的外表面上形成绝缘层。附图说明 [0007] 已经陈述了本发明的一些特征和益处，当与附图结合时，其它将在继续描述的同时变得显而易见，其中： [0008] 图1是根据本发明描述了使用附加制造来形成具有传输线的管道的实例的立体示意图。 [0009] 图2是根据本发明使用图1的实例而形成的管道的实例的侧剖视图。 [0010] 图3是根据本发明的导电组件的实例的轴向剖视图。 [0011] 图4是根据本发明的设置在井孔中的图1的管道的实例的部分侧剖视图。 具体实施方式[0013] 现在下文将参照实施例中示出的附图更全面地描述本发明的方法和系统。本发明的方法和系统以许多不同形式表现，并且不应视为限于本文所列举的实施例。而是提供这些实施例使得本发明将是透彻和完整的，且将其范围完全传达给本领域技术人员。在所有描述中相同的附图标记表示相同的元件。在实施例中，术语“约”的使用包括所引用量级的+/-5％，术语“基本上”的使用包括所引用量级的+/-5％。 [0014] 应进一步理解的是，因为改进和等同物对于本领域技术人员是显而易见的，故本发明的范围不限于结构、操作、确切材料或所述和所描述实施例。在附图和说明书中，已经公开了示例性实施例，尽管使用了专用术语，但它们仅用于广义和描述性目的，而不是为了限制的目的。 [0015] 图1示出了使用附加制造方法形成管道10的一个示例的侧向立体图。由于形成了管道10，故导电组件12被一体地形成在管道10内。导电组件12各自包括细长导电元件14，其是导电的且能够传输电以及用于传送数据的信号。示例性信号包括能够传输信息的模拟信号、数字信号、无线信号和任何其他信号。示出为设置在通道16中的导电组件12，在管道10形成期间还一体地形成于管道10内。在图1的实例中，通道16在管件10的轴线AX内大体上为轴向且大致平行。 [0016] 示出了用于形成管道10的实例性制造系统18，并且该示例性制造系统18包括策略性地沉积连续的粉末状材料22层的材料沉积系统20。通过将光或热形式的能量施加到粉末状材料22层上，粉末状材料22变得连贯并形成固体管道10；该固体管道10包括通道16和导电组件12。在图1的实例中，将被示出引导激光束26的激光器24形式的能量供应到粉末状材料22层27上，粉末状材料22层27被示出为沉积到管道10的最上部上。可选控制器28可与沉积系统20和激光器24联接用于控制操作并且用于沉积系统20和激光器24的定位。引线30、32分别将材料沉积系统20和激光器24连接到控制器28。因此，当形成管道10时，材料沉积系统的策略性操作和定位在管道10内形成通道16。此外，制成粉末状材料22的不同类型的材料的策略性取代使得导电组件12具有与管道10不同的材料组分。可选地，可以采用附加的或不同的材料沉积系统(未示出)用以形成不同的材料组分。 [0017] 图2是通过螺纹彼此联接的第一管道101和第二管道102的实例的侧视截面图。在该实例中，管道101、102中的每一个是使用附加制造过程(例如上文所解释且在图1中图示说明的制造过程)或其他类似方法形成的。可选的形成过程的实例包括快速制造、选择性热烧结、选择性激光烧结、选择性激光熔化、直接金属激光烧结、电子束熔化，以及它们的组合。如图2所示，所示的管道102的端部限定了通过螺纹插入到管道101的套管端部36中的销钉构件34。形成在销钉构件34的外表面上的螺纹38被示出与相应地形成在套管构件36的内表面上的螺纹40接合。在销钉构件34上的螺纹38和在套管构件36上的螺纹40的接合限定了螺纹连接。 [0018] 倾斜肩部44被示出在销钉构件34的外表面上并且远离销钉构件34的终端邻近螺纹38的端部。相应的倾斜肩部46在套管构件36的内表面上并且被示出外接于倾斜肩部44。倾斜肩部44、46以互补的角度被定向且通常沿着它们相应的长度接触。一系列触头481-483被示出在销钉构件34内沿着倾斜肩部44形成。触头481-483分别连接到导电组件501-503，所述导电组件501-503被示出为形成在通过销钉构件44形成的通道中。类似地，触头521-523被示出为形成在套管构件36中并且沿着倾斜肩部46。触头481-483和触头521-523的策略性放置提供了触头481-483与触头521-523之间的电连接。这样，导电组件501-503与导电组件541- 543电通信，所述导电组件541-543被示出为形成在延伸通过套管构件36的通道中。在图2的实例中，触头481-483和触头521-523在沿着肩部44、46的外周的指定角位置处。然而，存在触头481-483和触头521-523为围绕肩部44、46的整个外周的环状构件的实例。 [0019] 环形环触头56被示出为形成在围绕轴线AX的通道内并且邻近径向肩部58。径向肩部58形成在销钉构件34的外表面从倾斜肩部44径向向外延伸到销钉构件34的外表面中的位置处。同样为环形构件且由导电材料制成的相应的环触头60被示出在围绕轴线AX的通道内并且邻近径向肩部62在套管构件36的终端内。径向肩部62通常垂直于轴线AX，并且在倾斜肩部46与销钉构件34的外表面之间延伸。终止于环触头56处的轴向延伸通道容纳信号线64，该信号线64被示出与环触头56电联接。相应的信号线66被示出轴向延伸通过套管构件 36并且在一端与环触头60电接触的通道内。因此，当形成螺纹连接42时，在信号线64、66之间提供电通信。 [0020] 附加的环触头68、70被示出为分别沿着倾斜肩部72、74形成，倾斜肩部72、74位于与倾斜肩部44、46相对的螺纹38、40的端部处。环触头68、70从环触头56、60径向向内设置。信号线76被示出为在通过销钉构件34轴向延伸且从信号线64径向向内延伸的通道内。信号线76的终端连接到环触头68。图2进一步示出的是示出终端连接到环触头70的信号线78，信号线78延伸通过销钉构件36轴向形成的轴向通道。因此，当形成螺纹连接42时，通过环触头 68、70之间的电通信和信号通信提供信号线76、78之间的电通信。此外，由于环触头68、70为环形构件并且围绕轴线AX，所以只要轴向方位使环触头68、70彼此接触或彼此邻近，在信号线76、78之间可发生电接触和电通信，而与销钉构件34和套管构件36的角度方位无关。 [0021] 环触头80被示出远离螺纹40且邻近套管构件36的终端在环触头68的一侧上。环触头80邻近径向肩部82，所述径向肩部82形成在销钉构件34的外表面在其内环与倾斜肩部72之间径向延伸的位置处。环触头84被示出为形成在套管构件36中并且与环触头80连通。环触头84邻近径向肩部85，所述径向肩部85形成在套管构件36的外表面在其内径向壁与倾斜肩部78之间延伸的位置处。信号线86被示出通过通道中的销钉构件34被轴向地形成并且一端连接到环触头80。在销钉构件34内的轴向通道终止于环触头84处并且容纳被示出一端连接到环触头84的信号线87。因此，当形成螺纹连接42时，在信号线86、87之间提供电通信。 [0022] 同样沿着倾斜肩部72形成并且形成在销钉构件34内的是触头881-883。通道延伸通过保持导电组件901-903的销钉构件34，导电组件901-903分别连接到触头881-883且与触头881-883连通。触头921-923被示出在套管构件36中并且沿着倾斜肩部74，它们分别与触头 881-883连通。形成在套管构件36内的通道容纳导电组件941-943，导电组件941-943分别连接到触头921-923。类似地，当形成螺纹连接42时，通过触头881-883和触头921-923在导电组件 901-903与导电组件941-943之间提供电通信和信号通信。应当指出的是，以上描述的在管道 101、102内的部件中的每一个可利用图1中描述的方法以及本文描述的其他制造方法而形成。在一个实例中，管道101、102可使用附加制造方法(例如图1所示的方法)形成，但是其中螺纹38、40通过机加工形成，然后暴露出任何导电引线，例如环触头68、70和触头481-483、 521-523、881-883、921-923。此外，可以在环触头68、70、80、84周围设置绝缘环(未示出)，绝缘环在环触头68、70、80、84的形成过程期间形成。还可任选地包括密封件(未示出)以在螺纹连接42周围密封并防止螺纹连接42上的流体连通和/或压力连通。 [0023] 图3示出了导电元件14的一个实施例的横截面实例，其中内部导电芯部96被容纳在绝缘包层98内。因此，需要不同材料的策略性转移来形成后续且连续的导电元件14层，使得其可以一体地形成在图1的管道10内。 [0024] 图4示出了插入钻孔102中的管柱100的一个实例，其中钻孔102贯穿地层103。在本实例中，管柱100由轴向地连接在一起的许多管状连接件101-10n制成，比如螺纹连接42(图2)。在本实例中，导电组件121-12n以及管材101-10n中的每一个形成连贯的单元使得在管柱 100的一端处发出的信号可以传输到其另一端。进一步地，在图4的实例中，管柱100具有与井口组件104联接的上端。可选地，管柱100可以为用于为井孔102加衬里的套管的柱、用于将生产流体从地层103内运送到地表并穿过井口组件104的生产管、可用于部署其他井下工具的连续管、或者用于钻探井孔102的钻柱。示于地表106上的井口组件104远离管柱100上的传感器并设置在井孔102内深处。在实例中，传感器108与导电组件121电子通信，并且通过每个连接件处的电子连接，由传感器108生成或者由传感器108传输的任何信号可以传输到井口组件102进入地表106上的控制器110，且其中通信可以在控制器110和传感器108之间用于传导任何井下活动。应当指出，除传感器之外的其他井下设备可以包含在该系统中，且他们连接到传输线，比如，阀、封隔器和任何其他可致动设备或检测设备。 [0025] 因此，本文描述的本发明非常适合实现这些目标并达到所提到的目的和优点，以及其中固有的其它优点。尽管已经出于公开目的给出了目前优选的实施例，但是用于实现期望结构的步骤细节方面存在许多变化。在本文提供的实施例中，环触点是导电的且为环形，存在这样的实施例，其中环触点可以不完全外切轴线AX，但仍经由螺纹连接42的构造与相应触点接触。同样，导电组件、信号线、环触点可以由导电材料形成，或者可任选地由传输一些形式的信号(比如光学信号)的介质形成。这些和其他类似修改对本领域技术人员来说是显而易见的，并预定包含在本文公开的本发明的精神以及所附权利要求的范围内。 |
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