[发明专利]加强型定向钻井组件及其形成方法

说明书

背景技术

定向钻井涉及通过有意地偏移或转向钻头，以形成一个沿所需路径的井孔。定向钻井组件的所述所需路径可以是竖直、水平或两者间的任何角度，或者上述三者的各种组合。可通过使用井下可转向泥浆马达中的钻头附近的永久的或可调节的弯头来实现使钻头指向人们期望的钻进方向，所述可转向泥浆马达又被称为螺杆正排量泵，其连接钻柱和钻头。泥浆马达通常包括包含转子和定子的动力部分，以及动力传递部分。钻井液，也称为泥浆，通过钻柱被从地面泵送，钻井液的压力在所述泥浆马达的动力部分中产生偏心运动，此偏心运动通过动力传递部分以同心动力被传递至钻头。通过使用钻柱向井下泥浆马达泵送钻井泥浆，钻头转动而钻柱不转动，从而允许钻头在其指向的方向上钻孔。

在泥浆马达中，转子通常在定子内部旋转以产生使转头在井下方向自旋的动力。泥浆马达可以使用不同的转子、定子的构造以优化定向钻井组件的性能。非金属材料(例如复合材料)和/或弹性材料(例如弹性体)已经被用来制造泥浆马达内的构件。例如，泥浆马达的定子可以使用内衬弹性材料(例如弹性体)的复合材料形成。然而，与可以利用定向钻井组件的油田应用相关的恶劣的操作和环境条件，容易使构成泥浆马达构件的材料老化或诱导这些材料产生机械故障。而且，当动力部分发生故障时，这种故障通常在动力部分结构性断裂前不会被发现。

发明内容

本公开的实施例总体上提供了一种加强型定向钻井组件，可包括：具有至少一加强材料的至少一个构件，所述加强材料被施加于至少一个弹性层的一部分，以形成至少一个加强弹性层；和加强型聚合物复合材料，其可粘附于所述至少一个加强部分。至少一种聚合物也可以以下形式固化于所述至少一个弹性层的所述一部分上：液体、糊状物、桨料、粉末和/或颗粒。所述至少一种聚合物可通过如下工艺被固化于所述至少一个弹性层的所述一部分上：使用化学添加剂，使用紫外线辐射，使用电子束，加热，暴露于部分微波频谱，暴露于全微波谱，蒸汽固化，固化/凝固，和/或冷却。

所述至少一个弹性层可包括：含氟弹性体、氢化丁腈橡胶、丁腈橡胶、合成橡胶、合成聚异丙烯、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、聚丁二烯、腈基丁二烯橡胶、羧基化氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶、碳氟橡胶、全氟弹性体和/或天然橡胶。所述增强型聚合物复合材料可以是环氧树脂、金属填充环氧树脂、无机填充环氧树脂、聚合物纤维填充环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酮、酚醛树脂和/或聚苯硫醚。所述至少一加强材料可以包括：纤维、帘线、碳、玻璃、聚合物纤维、芳纶、尼龙、短或长纤维、微纤维、纳米纤维、织物、片材、网丝、纺织加强布、三维结构纤维、金属丝、导电聚合物、双丝材料、多丝材料和/或光纤材料。在本公开的一个实施例中，所述至少一个弹性层可选自氢化丁腈橡胶或丁腈橡胶，所述至少一加强材料可以是纤维帘线，所述加强型聚合物复合材料可以是环氧树脂。所述至少一加强材料和/或所述至少一个弹性层可以被形成为多层或者以多个区段形成。

本公开的实施例还总体上提供了形成加强型定向钻井组件的方法，其包括：对于所述组件的构件，向弹性层施加至少一加强材料，以形成加强弹性层；形成具有至少一加强材料的聚合物基复合材料；和将所述加强弹性层粘附于所述聚合物基复合材料。所述弹性层可以通过挤出成型、共挤出成型以形成具有多层的管、共挤出成型以形成具有多个区段的管、缠绕、注射成型、模压成型、传递成型、和/或在心轴上成型而形成。所述粘附步骤还可以包括在所述加强弹性层和所述聚合物基复合材料之间嵌入至少一加强材料，并且通过浇铸或注射填充空腔。形成聚合物基复合材料可以包括将聚合物基复合材料与至少一加强材料混合。所述至少一加强材料可以包括：纤维、帘线、碳、玻璃、聚合物纤维、芳纶、尼龙、短或长纤维、微纤维、纳米纤维、织物、片材、网丝、纺织加强布、三维结构纤维、金属丝、导电聚合物、双丝材料、多丝材料和/或光纤材料。所述聚合物基复合材料可以是环氧树脂、金属填充环氧树脂、无机填充环氧树脂、聚合物纤维填充环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酮、酚醛树脂和/或聚苯硫醚。