[发明专利]通过离子注入制成的晶体传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2011年11月30日提交的美国专利申请No。13/307801的优先权，该申请通过引用全文并入本申请。

背景技术

已知晶体传感器在地表(earth)钻探行业中能够深入钻井(borehole)内描述流体的特征。在一个实例中，挠性机械谐振器由形状为具有两个或更多个电极的音叉的压电晶体制成。通过以一个或多个频率对电极施加交变电压，挠性机械谐振器在具有与流体特性相关的电阻抗的感兴趣的流体内谐振。已知如何使测得的阻抗与流体特性(例如，密度、粘度和介电常数)相关联。

这两个或更多个电极典型地被沉积于压电晶体的表面上。遗憾的是，这样的晶体传感器会由于暴露于高温(例如，200℃或更大)、高压下的流体以及能够侵蚀它的化学物质而失效。为了给电极提供一定级别的保护，某些晶体传感器包括在电极之上的电介质材料的保护薄层。但是，保护薄层同样会失效，这又会导致电极暴露于流体。因此，绕过能够提高晶体传感器的可靠性，则在钻探行业内是普遍接受的。

发明内容

本申请公开了一种用于生产晶体传感器的方法。该方法包括选择被配置用于感测感兴趣的性质的晶体。该方法还包括使用离子注入将离子注入晶体内以在晶体内产生导电区，其中该导电区能够提供用于感测感兴趣的性质的信号。

本发明还公开了一种用于估计感兴趣的井下性质的方法。该方法包括：通过穿过地表的钻井来输送载体；安放布置于载体上的晶体使其与感兴趣的性质通信，该晶体具有在晶体内的导电区，该导电区通过离子注入来产生并且被配置用于提供与所述性质相关的信号；以及使用该信号来估计性质。

本发明还公开了一种用于估计感兴趣的井下性质的装置。该装置包括：被配置用于通过穿过地层的钻井输送的载体；被布置于载体上的且被配置用于与感兴趣的性质通信的晶体，该晶体具有在晶体内的导电区，该导电区通过离子注入来产生并且被配置用于提供与所述性质相关的信号；以及被配置用于接收用来估计性质的信号的处理器。

附图说明

下面的描述不应被看作为任意形式的限制。参照附图，类似的元件以相似的方式来编号：

图1示出了具有布置于穿过地表的钻井内的晶体传感器的井下工具(downhole tool)的示例性实施例；

图2A和图2B(共同称为图2)示出了作为挠性机械谐振器的晶体传感器的各方面；

图3示出了代表挠性机械谐振器的等效电路的各方面；

图4示出了为了创建晶体传感器而在晶体内注入离子的各方面；

图5是用于使用离子注入来生产晶体传感器的方法的流程图；以及

图6是用于估计钻井内的感兴趣的性质的方法的流程图。

具体实施方式

关于所公开的装置和方法的一种或多种实施例的详细描述在此将参照附图以示例性的而非限制性的方式来给出。

图1示出了布置于穿过地表3的钻井2内的井下工具10的示例性实施例，该地表3包括地层4。地层4代表感兴趣的任何地下材料，例如，地层流体。井下工具10通过载体5来输送穿过钻井2。在图1的实施例中，载体5是铠装电线(armored wireline)6。除了支持钻井2内的井下工具10之外，电线6还能够提供在井下工具10与布置于地表3的表面的计算机处理系统8之间的通信14。通信能够包括将测量数据沿钻井向上发送到系统8或者将命令沿钻井向下发送到工具10。在随钻测井(LWD)或随钻测量(MWD)的实施例中，载体5能够是钻孔索(drill string)。为了操作井下工具10和/或提供与地面计算机处理系统8的通信接口，井下工具10包括井下电子器件7。

仍然参照图1，井下工具10被配置用于使用晶体传感器9来执行对感兴趣的井下流体的性质的测量。感兴趣的流体能够是从地层4中提取出的地层流体或者存在于钻井2内的钻井流体。为了从地层4中提取地层流体，井下工具10包括地层流体测试仪11。地层流体测试仪11被配置用于从测试仪11延长探针12，以与钻井2的井壁一起密封。支撑物(brace)13可以延长以便使探针12与井壁保持接触。然后降低探针12内的压力以促使地层流体的样本流入测试仪11内。一旦从地层4中提取到样本，晶体传感器9就被浸入样本内以执行对流体样本的性质的测量。在另一种实施例中，井下流体的样本被从钻井2中提取出，并且晶体传感器9被浸入该样本内以测量钻井流体的性质。