專利名稱：用于井下工具的腐蝕保護(hù)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種用于井眼中的設(shè)備，包括具有用于保護(hù)井下工具不受腐蝕的裝置的設(shè)備。
背景技術(shù)：
用鉆柱鉆出油井(也稱為“井筒”或“井眼”)，該鉆柱包括管狀構(gòu)件，在管狀構(gòu)件的端部具有鉆進(jìn)組件(也稱為“井底鉆具組合”或“BHA”)。BHA典型地包括提供關(guān)于以下各種參數(shù)的信息的裝置和傳感器(i)鉆進(jìn)操作(“鉆進(jìn)參數(shù)”)的性能(“BHA”參數(shù))；和(iii)關(guān)于井眼周圍地層的參數(shù)(“地層參數(shù)”)。連接到BHA底端的鉆頭通過旋轉(zhuǎn)鉆柱和/或通過BHA中的鉆進(jìn)電機(jī)(也稱為“泥漿電機(jī)”)旋轉(zhuǎn)，以碎裂巖層從而鉆出井眼。鉆柱的井下工具的部件可能經(jīng)受能縮短工具壽命的腐蝕。特別地，在鉆進(jìn)操作期間承受巨大應(yīng)力的區(qū)域可能破裂或破碎。特別在某些環(huán)境下——例如具有高鹽含量的地層和/或流體，井下工具的破裂區(qū)域可產(chǎn)生誘發(fā)腐蝕的不同電勢的區(qū)域。因而，井下工具的預(yù)期壽命在某些環(huán)境下由于破裂和腐蝕可能大大減少。理想的是提供與至少一些當(dāng)前可獲得的井下工具相比具有增加的腐蝕防護(hù)的井下工具和/或組件。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面中，本發(fā)明提供一種用于井眼中的設(shè)備，在一個實施例中，該設(shè)備可包括鉆頭，所述鉆頭具有當(dāng)鉆頭用在井眼中時易受腐蝕影響的鉆頭本體；陽極，所述陽極設(shè)置在鉆頭本體上的選定位置；陰極，所述陰極與鉆頭本體關(guān)聯(lián)；和電源，所述電源被構(gòu)造成對所述陽極提供電力以使所述陽極和所述鉆頭本體之間的電路完整，其中當(dāng)鉆頭處于井眼中時，對所述陽極的電力供應(yīng)抑制所述鉆頭本體的腐蝕。寬泛地總結(jié)本文公開的設(shè)備和方法的某些特征的例子，以便以下其詳細(xì)描述可被更好地理解。當(dāng)然，下文中公開的設(shè)備和方法的附加特征將形成所附權(quán)利要求的主題。


為了詳細(xì)理解本發(fā)明，將對與附圖結(jié)合的以下詳細(xì)描述作出參考，其中對相同的元件賦予相同的附圖標(biāo)記，并且其中圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的包括井下工具的鉆進(jìn)系統(tǒng)的正視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有保護(hù)設(shè)備的示例性鉆頭的一部分的透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有將結(jié)合到圖2中示出的鉆頭的保護(hù)設(shè)備的鉆頭的牙輪的透視4
圖4是具有圖2所示的保護(hù)設(shè)備的鉆頭的側(cè)視圖；和圖5是具有圖2所示的保護(hù)設(shè)備的鉆頭的后視圖。
具體實施例方式圖I是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的示范性鉆進(jìn)系統(tǒng)100的示意圖，該系統(tǒng)包括鉆柱，該鉆柱具有連接到其底端的鉆進(jìn)組件，其包括操縱單元。圖I示出包括在井眼126中輸送的鉆進(jìn)組件或井底鉆具組合(“BHA”)190的鉆柱120。鉆進(jìn)系統(tǒng)100包括豎立在平臺或地板112上的傳統(tǒng)鉆塔111，該平臺或地板112支撐通過例如電動機(jī)(未示出)的原動機(jī)以期望旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工作臺114。具有連接在其底端的鉆進(jìn)組件190的管線(例如連接在一起的鉆管)122從地面延伸到井眼126的底部151。連接到鉆進(jìn)組件190的鉆頭150在它旋轉(zhuǎn)時使地質(zhì)地層解體以鉆進(jìn)井眼126。鉆柱120經(jīng)由方鉆桿接頭121、旋軸128和線纜129穿過滑輪連接到絞車130上。絞車130被操作以控制鉆壓(“W0B”)。鉆柱120可通過頂部驅(qū)動裝置(未示出)來代替原動機(jī)和旋轉(zhuǎn)工作臺114而旋轉(zhuǎn)。在本領(lǐng)域中鉸車130的操作是公知的，因而此處不再進(jìn)行詳細(xì)描述。在一個方面中，來自其源132例如泥漿坑的適當(dāng)鉆進(jìn)流體131 (也稱為“泥漿”)通過泥漿泵134在壓力下經(jīng)由鉆柱120流動。鉆進(jìn)流體131從泥漿泵134經(jīng)由波動消除器136和流體管線138通入鉆柱120。來自鉆管的鉆進(jìn)流體131a在井眼底部151經(jīng)由鉆頭150中的開口排出。返回的鉆進(jìn)流體131b經(jīng)由鉆柱120和井眼126之間的環(huán)形空間127向上流動且經(jīng)由返回管線135和巖屑篩管185返回到泥漿坑132，該巖屑篩管去除返回的鉆進(jìn)流體131b中的巖屑186。管線138中的傳感器S1提供關(guān)于流體流速的信息。與鉆柱120關(guān)聯(lián)的地面扭矩傳感器S2和傳感器S3提供關(guān)于鉆柱120的扭矩的信息和旋轉(zhuǎn)速度的信息?？梢詮膫鞲衅鱏5確定鉆柱120的鉆速,而傳感器S6可提供鉆柱120的懸重。在一些應(yīng)用中，鉆頭150通過僅旋轉(zhuǎn)鉆管122而旋轉(zhuǎn)。然而，在其它應(yīng)用中，設(shè)置在鉆進(jìn)組件190中的井下電機(jī)155 (泥漿電機(jī))還使鉆頭150旋轉(zhuǎn)。對于給定鉆頭和BHA的鉆速(“R0P”)很大程度上取決于鉆頭150上的WOB或推力和其旋轉(zhuǎn)速度。地面控制單元或控制器140經(jīng)由設(shè)置在流體管線138中的傳感器143從井下傳感器和裝置接收信號和從用于系統(tǒng)100中的傳感器S1-S6和其它傳感器接收信號，且根據(jù)從程序提供至地面控制單元140的程序化指令處理這些信號。地面控制單元140在顯示器/監(jiān)視器142上顯示希望的鉆進(jìn)參數(shù)和其它信息，顯示器/監(jiān)視器由操作者使用以控制鉆進(jìn)操作。地面控制單元140可以是基于計算機(jī)的單元，其可包括處理器142 (例如微處理器)、例如固態(tài)存儲器、磁帶或硬盤的儲存裝置144和儲存裝置144中的一個或更多計算機(jī)程序146，處理器142可訪問所述程序以執(zhí)行這些程序中包含的指令。地面控制單元140可進(jìn)一步與遠(yuǎn)程控制單元148通訊。地面控制單元140可處理關(guān)于鉆進(jìn)操作的數(shù)據(jù)、來自地面上的傳感器和裝置的數(shù)據(jù)、從井下接收的數(shù)據(jù)，且可控制井下和地面裝置的一個或更多操作。鉆進(jìn)組件190還包含確定阻力、密度、孔隙率、滲透性、聲學(xué)性能、核磁共振特性、井下流體或地層的腐蝕性、鹽或含鹽量和鉆進(jìn)組件190周圍的地層195的其它選擇特性的地層評估傳感器或裝置(也稱為鉆進(jìn)時測量(“MWD”)或鉆進(jìn)時記錄(“LWD”)傳感器)。這些傳感器通常是本領(lǐng)域公知的，且為了方便這里總體由附圖標(biāo)記165表示。鉆進(jìn)系統(tǒng)190可進(jìn)一步包括用于確定鉆進(jìn)組件的一個或更多特性(例如振動、彎矩、加速度、振蕩、旋轉(zhuǎn)、滑粘運動等)和鉆進(jìn)操作參數(shù)(例如鉆壓、流體流率、壓力、溫度、鉆速、方位角、工具面、鉆頭旋轉(zhuǎn)等)的多種其它傳感器和裝置159。為了方便，所有這些傳感器用附圖標(biāo)記159表示。仍參考圖I，鉆進(jìn)系統(tǒng)100進(jìn)一步包括被構(gòu)造成保護(hù)井下的BHA190和/或鉆頭150的部分或全部的保護(hù)裝置或設(shè)備158。在一個方面中，保護(hù)設(shè)備158可利用自適應(yīng)外加電流陰極保護(hù)(自適應(yīng)ICCP)。自適應(yīng)ICCP工藝或方法利用設(shè)置在待保護(hù)結(jié)構(gòu)的一個或更多選定位置內(nèi)或該位置上的陽極。在一些方面中，被保護(hù)的結(jié)構(gòu)是在鉆進(jìn)期間經(jīng)受疲勞的井下工具，包括但不限于BHA90、鉆頭150、管件、取心工具、泥漿電機(jī)和/或擴(kuò)眼器。一個或更多陽極電連接到同樣位于鉆進(jìn)系統(tǒng)100中的電源。在另一方面中，保護(hù)設(shè)備158可包括由比鉆頭材料易腐蝕的材料組成的犧牲陽極。下面參考以下的附圖2-5描述保護(hù)裝置或設(shè)備158的某些示范性實施例。圖2是具有根據(jù)本發(fā)明一個實施例制造的腐蝕保護(hù)(或保護(hù))設(shè)備214的示范性鉆頭200的部分的透視圖。如圖示的，鉆頭部分200是牙輪鉆頭的三分之一，其中三個這樣的部分構(gòu)成了在每個鉆頭部上各具有牙輪的鉆頭。鉆頭部200包括鉆頭接頭部分202和肩部204，其中鉆頭接頭部分202包括連接至BHA、管件或其它鉆柱部件的陽接頭，從而將鉆頭固定到鉆柱的端部。儲存部206位于本體208中，其中儲存部包含油脂或其它潤滑油以使得牙輪旋轉(zhuǎn)。牙輪(圖3中示出)被構(gòu)造成在位于鉆頭200的內(nèi)部上的支承組件210上旋轉(zhuǎn)。在將牙輪布置在支承組件上之后，球軸承放入其中且插塞被設(shè)置在插塞孔212中，其中球軸承和插塞將牙輪保持在支承組件210上。在一個方面中，保護(hù)設(shè)備214包括位于插塞孔212附近的陽極216。陽極216防止或抑制靠近鉆頭應(yīng)力集中區(qū)域(包括插塞孔202)的腐蝕以延長鉆頭200的壽命。電源218通過適當(dāng)?shù)碾娺B接器件例如屏蔽的銅線對陽極216供電。電源218可位于鉆頭200內(nèi)和/或在鉆頭上方的結(jié)構(gòu)例如BHA或管件中。盡管這里示出的鉆頭實施例是牙輪鉆頭，但是本發(fā)明的概念和各方面同樣適用于任何鉆頭，包括但不限于PDC鉆頭、三牙輪鉆頭和包含鋼鐵的鉆頭。除了用于自適應(yīng)外加電流陰極保護(hù)的部件，保護(hù)系統(tǒng)214還包括犧牲陽極220，在一個實施例中，該陽極是與鉆頭200的材料相比易腐蝕(less noble)的材料層。易腐蝕的犧牲陽極材料通過由犧牲陽極220代替要保護(hù)的鋼質(zhì)鉆頭200提供化學(xué)反應(yīng)而“犧牲”自身。犧牲陽極220不需要電力來抑制腐蝕，且可作為代替方案或與電源218和陽極216組合使用來抑制鉆頭200的腐蝕。犧牲陽極220可作為由自適應(yīng)ICCP工藝使用的陽極216和電源218的代替方案或附加方案來使用，以保護(hù)井下的鉆頭200。在實施例中，保護(hù)設(shè)備214可包括一個或更多位于鉆頭的選定區(qū)域中的陽極216，該區(qū)域是在鉆進(jìn)操作中產(chǎn)生大量應(yīng)力的區(qū)域。在一個方面中，陽極216位于插塞孔212附近——因為該區(qū)域在鉆進(jìn)期間經(jīng)受應(yīng)力。保護(hù)設(shè)備214使用具有陽極216和電源218的自適應(yīng)ICCP工藝以保護(hù)鉆頭200。在一些方面中，鉆頭200由合金鋼組成，例如AISI4715鋼，陽極216由較不易腐蝕的材料組成，例如陶瓷、石墨或高硅鑄鐵。該較不易腐蝕的材料可被定義為相對于參考材料例如被保護(hù)的結(jié)構(gòu)具有較低的能級或電勢。在鉆進(jìn)地層時，鋼質(zhì)鉆頭200可能曝露于井下腐蝕性化學(xué)物且處于深水應(yīng)用中。例如，對于具有高鹽含量的地層，鹽對工具中使用的合金鋼是高腐蝕性的。在鉆進(jìn)操作期間，鋼質(zhì)鉆頭200通常在某些區(qū)域一例如插塞孔212附近一受到應(yīng)力且疲勞，使這些區(qū)域具有與無應(yīng)力集中區(qū)域不同的電勢或能級。疲勞的區(qū)域可被稱為陽極化區(qū)域，在此，來自周圍大地(或鹽水)的腐蝕性電子被吸引到陽極化區(qū)域。在該示例中，土壤(或流體)作為電解質(zhì)，允許電子移動到該應(yīng)力集中區(qū)域。為了保護(hù)鋼鉆頭200，電源218 (例如鉆頭中的整流器或電池或能量產(chǎn)生單元)提供DC電力，使陽極216充以正電荷，從而使被保護(hù)的鋼鉆頭200的電勢變成更負(fù)的。鋼鉆頭200的負(fù)電勢使電子移至陽極216而不是陽極化區(qū)域，從而抑制或阻止鉆頭200的腐蝕。在一個方面中，自適應(yīng)ICCP工藝為陽極216提供選定的和可變級別的電力，以使陽極和鉆頭之間的電勢產(chǎn)生變化，以用于抑制腐蝕。例如，鉆頭200可在鉆進(jìn)地層的第一部分(例如井眼深度的最開始的4000英尺)期間遇到低鹽水平，而在鉆進(jìn)地層的第二部分(例如從4000到10000英尺深)期間遇到高鹽水平。在這種情況下，保護(hù)設(shè)備214可被構(gòu)造成使用自適應(yīng)ICCP工藝以在鉆進(jìn)第一部分(從O到4000英尺)時對陽極216提供低電力以及相應(yīng)地減少的鉆頭保護(hù)，而在鉆第二部分(從4000到10000英尺)時對陽極提供增加的電力水平和相應(yīng)的鉆頭保護(hù)。傳感器(圖I中示出)可被包括在保護(hù)設(shè)備214中且由保護(hù)設(shè)備214使用，以確定鉆進(jìn)環(huán)境中的腐蝕水平，使用腐蝕水平來確定用于陽極214的相應(yīng)電力水平。例如，BHA和/或鉆頭200中的傳感器可檢測與鹽、酸度和/或其它井下腐蝕特性對應(yīng)的參數(shù)，從而指示腐蝕水平。相應(yīng)地，保護(hù)設(shè)備214對電源218提供指令以對陽極214提供相應(yīng)水平的電力，從而適應(yīng)性地保護(hù)鉆頭200。保護(hù)設(shè)備214可包括在井下和/或在地面上的軟件、硬件、固件、處理器和存儲器，以監(jiān)視且確定每個區(qū)域的腐蝕特性和用于陽極216的相應(yīng)電力水平以保護(hù)鉆頭200。因此，陽極216提供大于鉆頭結(jié)構(gòu)的陽極化和疲勞區(qū)域的正電荷，從而吸引通常將傳遞到疲勞區(qū)域的腐蝕性電子。在示出的實施例中，陽極216在鉆進(jìn)期間經(jīng)受高水平應(yīng)力的插塞孔212附近和支承組件的密封壓蓋附近(圖5中示出)提供選定量的正電荷。保護(hù)設(shè)備214通過基于環(huán)境的腐蝕特性調(diào)整供應(yīng)到陽極216的電力來節(jié)省能量，從而保護(hù)鉆頭和其應(yīng)力集中區(qū)域。在一個實施例中，電源218包括連接到泥漿電機(jī)的整流器以將來自電機(jī)的AC電力轉(zhuǎn)換為用于陽極的DC電力。在另一方面中，電源218包括電池和/或來自地面的輸電線路。如上所述，保護(hù)系統(tǒng)214還包括犧牲陽極220的層。犧牲陽極220由比組成鉆頭的合金鋼易腐蝕的材料組成，例如鋅或鎂。陽極220的層的易腐蝕材料還可以被描述為相對于鉆頭220的合金鋼具有負(fù)電化學(xué)勢能(electrochemical potential)或比鉆頭220的合金鋼高的能級(energy level)。在一些方面中，陽極層220可通過任何適當(dāng)手段、例如硬釬焊或其它涂覆工藝被應(yīng)用于鉆頭200的表面。在其它方面中，犧牲陽極220可以是連接或接合到待保護(hù)的鉆頭200結(jié)構(gòu)的一個或更多構(gòu)件。在一個實施例中，鋅犧牲陽極220失去電子給合金鋼鉆頭200的被保護(hù)的表面一在此，通過獲得由鋅釋放的電子，溶解氧減少并變?yōu)闅溲趸镪庪x子。因而，通過鋅電子的減少產(chǎn)生了氧化鋅一其代替了由于被保護(hù)的合金鋼鉆頭200氧化而產(chǎn)生的腐蝕。在陽極220材料被氧化時，它被“犧牲”，從而引起陽極隨著時間惡化。在一個方面中，鉆頭200的一個或更多區(qū)域可被涂覆有或連接有犧牲陽極220，其保護(hù)鉆頭200的選定的高應(yīng)力區(qū)域。在一些方面中，鉆頭部200可包括帶有自適應(yīng)ICCP組件-陽極216和電源218——以及犧牲陰極220的組合的保護(hù)設(shè)備214。在其它實施例中，保護(hù)設(shè)備214可僅包括自適應(yīng)ICCP組件或僅包括犧牲陽極220。包括在保護(hù)設(shè)備中的部件的材料、數(shù)量和類型可根據(jù)井下條件、部件成本、預(yù)期壽命和其它應(yīng)用特定參數(shù)而改變。鉆頭200的圖示部分示出用于三分之一鉆頭的保護(hù)設(shè)備，而其它的鉆頭部分包括同樣的元件和部件。此外，某些鉆頭部件、例如牙輪和球塞已被去除以更好地示出保護(hù)設(shè)備214和鉆頭200。另外，保護(hù)設(shè)備214可被用在任何類型的井下工具上，包括擴(kuò)眼器、固定切削元件式鉆頭、BHA、管件、泥漿電機(jī)或MWD設(shè)備體。在一些方面中，陰極與鉆頭本體相關(guān)聯(lián)，其中陰極被連接到本體和/或鉆頭本體本身相對于陽極和井下其它部件作為陰極。圖3是具有將要連接到鉆頭例如圖2中示出的鉆頭200的保護(hù)設(shè)備306的牙輪300的實施例的透視圖。牙輪300包括用于接收用于破碎地層以產(chǎn)生井眼的切削結(jié)構(gòu)或切削元件的腔302。在一些方面中，腔302圍繞牙輪300的本體304間隔開。保護(hù)設(shè)備306可包括被供電的陽極308、電源310和/或以如上結(jié)合圖2的鉆頭所述的方式保護(hù)牙輪結(jié)構(gòu)的犧牲陽極層。在一個方面中，腔302附近的區(qū)域經(jīng)受大量的應(yīng)力，且因此由腔302附近的犧牲陽極涂層或構(gòu)件保護(hù)。此外，自適應(yīng)ICCP工藝可對位于一個或更多腔302附近的陽極供電以保護(hù)該應(yīng)力集中區(qū)域不受腐蝕。在一個實施例中，一個或更多被供電的陽極308可被設(shè)置在鉆頭的牙輪300上且電連接到位于鉆頭或BHA中的電源310，其中供應(yīng)到陽極的電力級別根據(jù)檢測的鉆進(jìn)環(huán)境的腐蝕特性來調(diào)整。在一個方面中，牙輪300在應(yīng)力集中或疲勞的腔區(qū)域附近還可以具有犧牲陽極層或結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步抑制牙輪的腐蝕。圖4是帶有如圖2所示的保護(hù)設(shè)備414的鉆頭400的實施例的側(cè)視圖。該鉆頭400部分是牙輪鉆頭的三分之一，包括鉆頭接頭部分402、肩部404和儲存部406的。儲存部406位于本體408中，其中儲存部容納利于牙輪運動的油脂。牙輪被構(gòu)造成在位于鉆頭400內(nèi)部上的支承組件410上旋轉(zhuǎn)。插塞孔412位于鉆頭的外部上，而在牙輪被設(shè)置到支承組件410上之后放置球軸承和插塞以固定牙輪。鉆頭400進(jìn)一步包括保護(hù)設(shè)備414，其使用陽極416、電源418和犧牲陽極來保護(hù)鉆頭400不受腐蝕。在一些方面中，電源418可位于BHA和/或鉆柱管中，其中電連接裝置對陽極416提供來自電源418的選定量的電力。保護(hù)設(shè)備414包括在鉆頭400的表面上的如上結(jié)合圖2所述的犧牲陽極層。犧牲陽極、電源418和陽極416可抑制鉆頭400的高應(yīng)力和疲勞區(qū)域附近例如插塞孔412附近的腐蝕。如上所述，電源418和陽極416使用自適應(yīng)ICCP保護(hù)鉆頭400。自適應(yīng)ICCP工藝基于由相應(yīng)井下傳感器檢測的環(huán)境的腐蝕特性來調(diào)整供應(yīng)到陽極416的電力水平。圖5是帶有如圖2所示的保護(hù)設(shè)備512的鉆頭500的實施例的后側(cè)視圖。鉆頭500包括鉆頭接頭部分502、鉆進(jìn)流體腔504、本體506和支承組件508。密封壓蓋區(qū)域510位于支承組件508附近。密封壓蓋將牙輪的內(nèi)部密封以與牙輪的外部隔開，以防止?jié)櫥瑒┬孤┖屯獠苛黧w污染潤滑劑。在一個實施例中，密封壓蓋區(qū)域510在鉆進(jìn)期間可經(jīng)受增加的疲勞和應(yīng)力。因此，保護(hù)設(shè)備512位于密封壓蓋區(qū)域510附近以保護(hù)該區(qū)域在鉆進(jìn)期間不被腐蝕。保護(hù)設(shè)備512包括陽極514和電源516，其中，如上所述，基于檢測的環(huán)境腐蝕特性以選定電力級別給陽極514供電。另外，保護(hù)設(shè)備512還可以包括犧牲陽極層或結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步保護(hù)井下的鉆頭500。因而，在一個方面中，本發(fā)明提供一種用于井眼中的設(shè)備，在一個實施例中，該設(shè)備可包括具有當(dāng)鉆頭在井下使用時易受腐蝕的鉆頭本體的鉆頭、設(shè)置在鉆頭本體上選定位置的陽極、與鉆頭本體相關(guān)聯(lián)的陰極和被構(gòu)造成對陽極提供電力以使陽極和鉆頭本體之間的電路完整的電源，其中向陽極的電力供應(yīng)抑制當(dāng)鉆頭處于井眼中時鉆頭本體的腐蝕。在另一方面中，設(shè)備可進(jìn)一步包括被構(gòu)造成當(dāng)鉆頭處于井眼中時提供與鉆頭的腐蝕相關(guān)的測量結(jié)果的傳感器?？商峁┍粯?gòu)造成響應(yīng)傳感器的測量結(jié)果來控制對陽極的電力供應(yīng)的處理器。任何適當(dāng)?shù)碾娫纯杀挥糜趯﹃枠O供電，包括但不限于鉆頭中的電池、鉆頭外部的經(jīng)由電導(dǎo)體對陽極供電的電源、在鉆進(jìn)操作期間利用流體的流動產(chǎn)生電力的電源、和在鉆頭在井下使用期間利用通過鉆頭的流體流動產(chǎn)生電力的電源。在另一方面中，提供了用于井眼中的工具，其在一個實施例中包括工具本體、設(shè)置在工具本體上的選定位置的陽極、與鉆頭本體關(guān)聯(lián)的陰極、和連接到陽極以對陽極提供電力的電源，其中對陽極的電力供應(yīng)抑制當(dāng)工具處于井眼中時工具本體的腐蝕。在又另一方面中，提供了一種鉆頭，其在一個實施例中包括由第一材料制成的本體，和附接到鉆頭本體的選定區(qū)域的第二材料，第二材料相對于第一材料具有負(fù)的電化學(xué)勢，其中選定區(qū)域上的第二材料被構(gòu)造成當(dāng)鉆頭處于井眼中時腐蝕(dissolve)以保護(hù)鉆頭本體不受腐蝕。在又另一方面中，提供用于抑制井下工具的腐蝕的方法，根據(jù)一個實施例，該方法可包括提供具有鉆頭本體的鉆頭，當(dāng)鉆頭用于井眼中時，所述鉆頭本體易受腐蝕；在鉆頭本體上的選定位置設(shè)置陽極；提供與鉆頭本體關(guān)聯(lián)的陰極；和當(dāng)工具處于井眼中時對陽極供電以使陽極和陰極之間的電路完整，從而當(dāng)鉆頭本體處于井眼中時抑制鉆頭本體的腐蝕。在又另一方面中，用于抑制鉆頭的腐蝕方法的另一實施例可包括提供具有由第一材料制成的鉆頭本體的鉆頭，和將第二材料附接到鉆頭本體的選定區(qū)域，第二材料相對于第一材料具有負(fù)電化學(xué)勢，其中選定區(qū)域上的第二材料被構(gòu)造成當(dāng)鉆頭處于井眼中時腐蝕以保護(hù)鉆頭本體不受腐蝕。前述描述涉及本發(fā)明的具體實施例用于說明和解釋的目的。然而對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明和所附權(quán)利要求的范圍的情況下，對上述實施例進(jìn)行很多變型和變化是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于井眼中的設(shè)備，包括 鉆頭; 陽極，所述陽極設(shè)置在所述鉆頭上的選定位置處； 陰極，所述陰極與所述鉆頭關(guān)聯(lián)；和 電源，所述電源被構(gòu)造成對所述陽極提供電力以使所述陽極和所述陰極之間的電路完整，其中，當(dāng)鉆頭處于井眼中時，對所述陽極的電力供應(yīng)抑制鉆頭的腐蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括傳感器，所述傳感器被構(gòu)造成提供當(dāng)鉆頭處于井眼中時與鉆頭腐蝕相關(guān)的測量結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括控制器，所述控制器被構(gòu)造成響應(yīng)所述傳感器的測量結(jié)果來控制對所述陽極的電力供應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述電源選自由如下對象所組成的組鉆頭中的電池、鉆頭外部的經(jīng)由電導(dǎo)體對所述陽極供電的電源、在鉆進(jìn)操作期間利用流體流動產(chǎn)生電力的電源和當(dāng)鉆頭處于井眼中時利用流經(jīng)鉆頭的流體的流動產(chǎn)生電力的電源。
5.一種用于提供鉆頭的方法，包括 提供當(dāng)所述鉆頭處于井眼中時易受腐蝕的鉆頭本體； 在所述鉆頭本體上的選定位置處提供陽極； 提供與所述鉆頭本體關(guān)聯(lián)的陰極；和 當(dāng)工具處于井眼中時對所述陽極供電以使所述陽極和所述陰極之間的電路完整，從而當(dāng)所述鉆頭處于井眼中時抑制所述鉆頭本體的腐蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括當(dāng)所述鉆頭處于井眼中時用傳感器獲取與所述鉆頭的腐蝕相關(guān)的測量結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括響應(yīng)所述傳感器的測量結(jié)果來控制對所述陽極的電力供應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述供電包括由選自由如下對象所組成的組中的電源供電鉆頭中的電池、鉆頭外部的經(jīng)由電導(dǎo)體對所述陽極供電的電源、在鉆進(jìn)操作期間利用流體流動產(chǎn)生電力的電源和當(dāng)鉆頭處于井眼中時利用流經(jīng)鉆頭的流體的流動產(chǎn)生電力的電源。
9.一種鉆頭,包括 陽極，所述陽極設(shè)置在所述鉆頭上的選定位置處； 陰極，所述陰極與所述鉆頭關(guān)聯(lián)；和 電源，所述電源被構(gòu)造成對所述陽極提供電力以使所述陽極和所述陰極之間的電路完整，其中，當(dāng)所述鉆頭處于井眼中時，對所述陽極的電力供應(yīng)抑制所述鉆頭的腐蝕。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆頭，還包括傳感器，所述傳感器被構(gòu)造成當(dāng)鉆頭處于井眼中時提供與所述鉆頭的腐蝕相關(guān)的測量結(jié)果。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鉆頭，還包括處理器，所述處理器被構(gòu)造成響應(yīng)傳感器的測量結(jié)果來控制對所述陽極的電力供應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆頭，其中，所述電源選自由如下對象所組成的組鉆頭中的電池、鉆頭外部的經(jīng)由電導(dǎo)體對所述陽極供電的電源、在鉆進(jìn)操作期間利用流體流動產(chǎn)生電力的電源和當(dāng)鉆頭處于井眼中時利用流經(jīng)鉆頭的流體的流動產(chǎn)生電力的電源。
13.—種鉆頭,包括鉆頭本體，所述鉆頭本體包括第一材料，附接到所述鉆頭本體的選定區(qū)域的第二材料，所述第二材料相對于所述第一材料具有負(fù)的電化學(xué)勢，其中，所述選定區(qū)域上的所述第二材料被構(gòu)造成當(dāng)所述鉆頭處于井眼中時腐蝕以保護(hù)所述鉆頭本體不被腐蝕。
14.一種用于提供鉆頭的方法，包括提供由第一材料制成的鉆頭本體；和將第二材料附接到所述鉆頭本體的選定區(qū)域，所述第二材料相對于所述第一材料具有負(fù)的電化學(xué)勢，其中，所述選定區(qū)域上的所述第二材料被構(gòu)造成當(dāng)所述鉆頭處于井眼中時腐蝕以保護(hù)所述鉆頭本體不被腐蝕。
15.一種用于井眼中的工具，包括工具本體；陽極，所述陽極設(shè)置在所述工具本體上的選定位置處；陰極，所述陰極與所述工具本體關(guān)聯(lián)；和電源，所述電源連接到所述陽極以用于對所述陽極供電，其中，當(dāng)工具處于井眼中時，對所述陽極的電力供應(yīng)抑制所述工具本體的腐蝕。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工具，還包括傳感器，所述傳感器被構(gòu)造成當(dāng)鉆頭處于井眼中時提供與所述鉆頭的腐蝕相關(guān)的測量結(jié)果。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的工具，還包括控制器，所述控制器被構(gòu)造成響應(yīng)傳感器的測量結(jié)果來控制對所述陽極的電力供應(yīng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工具，其中，所述電源選自由如下對象所組成的組鉆頭中的電池、鉆頭外部的經(jīng)由電導(dǎo)體對所述陽極供電的電源、在鉆進(jìn)操作期間利用流體流動產(chǎn)生電力的電源和當(dāng)鉆頭處于井眼中時利用流經(jīng)鉆頭的流體的流動產(chǎn)生電力的電源。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工具，其中，所述選定位置包括靠近所述工具本體的高應(yīng)力區(qū)域的位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工具，包括附接到所述工具本體的選定區(qū)域上的選定材料，所述選定材料與所述工具本體的材料相比具有負(fù)電化學(xué)勢，其中，所述選定區(qū)域上的選定材料被構(gòu)造成當(dāng)所述工具處于井眼中時腐蝕以保護(hù)所述工具不受腐蝕。
21.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆頭，其中，所述鉆頭選自由牙輪鉆頭、PDC鉆頭和包含鋼的鉆頭組成的組。
全文摘要
在一個方面中，提供一種用于井眼中的設(shè)備，在一個實施例中，該設(shè)備包括鉆頭，所述鉆頭具有當(dāng)鉆頭在井眼中使用時易于腐蝕的鉆頭本體；陽極，所述陽極設(shè)置在鉆頭本體上的選定位置；陰極，所述陰極與鉆頭本體關(guān)聯(lián)；和電源，所述電源被構(gòu)造成對所述陽極提供電力以使所述陽極和所述陰極之間的電路完整，其中，當(dāng)鉆頭處于井眼中時，對所述陽極的電力供應(yīng)抑制鉆頭本體的腐蝕。
文檔編號E21B41/02GK102959179SQ201180031413
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者T·T·鄭, E·沙利文 申請人:貝克休斯公司