组合物,用该组合物涂覆井筒工具的方法和用该组合物涂覆的井筒工具

摘要

公开了一种组合物，其包含高温热塑性聚合物和填料。一种在井筒工具上形成涂层的方法，其包括形成包含热塑性聚合物和填料的粉末组合物，和将该组合物施涂到体表面上。还公开了一种井筒工具，其具有涂覆有该组合物的组件。

说明书

优先权要求

本申请要求2011年8月5日提交的、名称为“Compositions, Methods of Coating Wellbore Tools with Such Compositions,and  Wellbore Tools Coated with Such Compositions”的美国专利申请序列 号13/204,380的提交日的权益。

技术领域

本公开的实施方案涉及用于在制品上形成涂层的组合物，和涉及 用来使用该组合物在井筒工具上提供涂层的方法。

发明背景

井筒是在地下地层中出于不同的目的而形成的，目的包括例如从 地下地层中提取油和气以及从地下岩层中提取地热。井筒可以在地下 地层中使用钻头(例如钻地旋转钻头)来形成。不同类型的钻地旋转钻 头是本领域中已知的，包括例如固定刀具钻头(其在本领域经常称作 “刮刀”钻头)、旋转刀具钻头(其在本领域经常称作“牙轮”钻头)、 金刚石浸渍钻头和混合式钻头(其可以包括例如固定刀具和旋转刀具 二者)。该钻头旋转和在地下地层中前进。当钻头旋转时，刀具或者其 研磨结构切割、压碎、剪切和/或磨掉地层材料以形成井筒。通过钻头 钻探的井筒的直径可以由位于钻头的最大外径的切割结构来定义。

钻头直接或间接连接到本领域中称作“钻柱”的端部，钻柱包括 一系列端对端连接的延长的管状段，其从地层表面延伸到井筒中。不 同的工具和组件(包括钻头)可以连接到被钻井筒底部的钻柱末端。这 种工具和组件的组合在本领域被称作“井底钻具组合”(BHA)。

钢缆也可以用于井筒中，作为钻探作业的一部分或者用于后钻探 作业过程中。本领域使用的两种术语“钢缆”或“钢丝”包括长导线 或者电缆，其用于出于不同目的降低和升高油气井中所用的井下工具。 用于提供功率和传输数据的导体可以并入钢缆中。

盘管(其包含薄壁的、高柔韧性的、连续的金属管道，该管道传输 到井位置和从卷轴供入井筒中)可以代替钢缆用于相同的和额外的目 的。

钻柱、钢缆、盘管和/或BHA可以用于配置或者可以包括除了前 述组件之外的许多组件，包括但不限于钻管、钻环、稳定器、随钻测 量(MWD)装置、随钻测井(LWD)装置、井下通讯模块、检测器和其他 组件。MWD/LWD和其他井筒工具可以位于现有的井筒中，除其他作 业外，用于完井、测试、增产、生产和补救带有烃的地层。

MWD/LWD工具通常经设计以测定或者监控井下条件或者参 数。这些工具可以经配置以测定地层参数，除其他参数外，还包括 包围经钻探用于采收烃的井筒的岩石地层的抵抗性、孔隙率和渗透 率等。MWD/LWD工具也可以经配置以测量井孔直径或者井筒中的 温度、压力和湿度。

因为除了井下位置中在温度和通常腐蚀性流体方面通常苛刻的条 件之外，井筒工具与加压的、携满固体的流体和碎屑以及与井筒壁的 长时间接触，当钻探、完井、测试、增产、生产或者补救井筒时，钻 头、钻柱、工具柱、钢缆、MWD/LWD工具及其部件的表面由于侵蚀、 磨损和/或腐蚀而损坏。损坏会在这些组件的内和/或外表面上发生。 损坏会导致组件的过早破坏，并导致与除去和修复或者置换受损组件 相关的额外的成本。经常在井筒工具上提供涂层以保护工具免受它们 用于其中的苛刻环境的影响。

发明内容

在一些实施方案中，本公开包括一种包含高温热塑性聚合物和填 料的组合物。该高温热塑性聚合物占该组合物的10重量%-99.9重 量%，和该填料占该组合物的0.1重量%-90重量%。

在其他实施方案中，本公开包括一种在井筒工具上形成涂层的方 法。该方法包括形成包含热塑性聚合物和填料的粉末热组合物。该方 法进一步包括将该粉末组合物施涂到体表面上。

在其他实施方案中，本公开包括井筒工具，其包括体表面和覆盖 至少一部分该体表面的涂层。该涂层包含高温热塑性聚合物和填料。

附图说明

虽然说明书结束于具体指出和明确主张何为本公开的实施方案的 权利要求书，但是可以从下面参考附图来提供的对示例性实施方案的 说明中更容易地确定本公开的不同特征和优点。

图1A是钻探系统的图示，其包括具有根据本公开第一实施方案 的涂层的井筒工具。

图1B是图1A的处于虚线矩形A中的部分井筒工具的局部图。

图2是具有根据本公开第二实施方案的涂层的井筒工具段的横截 面图。

图3是具有根据本公开第三实施方案的涂层的井筒工具段沿着截 面线如图2的截面线3-3所取的横截面图。

图4是钻探系统的图示，其包括具有根据本公开第四实施方案的 涂层的井筒工具。

图5A是井筒工具的图示，其具有根据本公开第五实施方案的涂 层。

图5B是图5A的处于虚线矩形B中的部分井筒工具的局部图。

具体实施方式

作为此处使用的，术语“体”表示和包括制品的结构元件。体可 以包含任意的多种材料，例如聚合物材料、陶瓷材料、金属材料或者 复合材料。体可以例如是和不限于固体物质、壁、地板、外壳、已经 位于物体上的层等。

作为此处使用的，“井筒系统”表示和包括可互联或者相互作用 的工具的任意分组，其配置来用于对井筒进行测试、测量、钻探、扩 大、测井、完井、取样、监控、利用、维护、修复等。井筒系统包括 但不限于岸上系统、离岸系统、利用钻柱的系统、利用钢缆的系统和 使用盘管的系统。

作为此处使用的，术语“井筒工具”表示和包括在地下地层中的 井筒内使用的任何制品、工具或者组件。井筒工具包括但不限于用于 对井筒进行测试、测量、钻探、扩大、完井、测井、取样、监控、利 用、维护、修复等的工具和组件。井筒工具可以包括但不限于随钻测 井(LWD)工具或者随钻测量(MWD)工具。

作为此处使用的，术语“井筒”和“井孔”表示出于任何目的位 于或者穿过地下地层或一系列地层所形成的人造管道，目的例如从地 下地层中提取油或气，或者从地下地层中提取地热。“井筒”和“井 孔”可以互换使用，除非另外规定。

作为此处使用的，术语“热塑性聚合物”表示和指的是聚烯烃、 乙烯树脂、聚乙烯醚、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚乙烯卤 化物、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚酰胺、聚芳酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚 酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酯、聚硫酯、聚酯合金、尼龙、聚(偏氟乙烯)、 聚醚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚砜、聚砜酰胺、聚芳砜、 聚醚砜、聚磺酸酯、多硫化物、聚丙烯酸酯、聚亚芳基硫、聚苯硫醚、 聚醇酸树脂、聚苯乙烯、聚脲、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚苯并噁唑、 聚噁二唑、聚苯并噻嗪吩噻嗪、聚苯并噻唑、聚吡嗪喹喔啉、聚均苯 四酰亚胺、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚羟吲哚、聚氧代异二氢吲哚、 聚二氧杂异二氢吲哚、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、 聚三唑、聚吡唑、聚碳硼烷、聚氧杂二环壬烷、聚二苯并呋喃、聚苯 酞、聚乙缩醛、聚酐、聚磷腈和聚硅氮烷，和进一步包括低聚物、共 聚物、嵌段共聚物、离聚物、聚合物共混物或者其组合。

作为此处使用的，术语“高温聚合物”表示和包括但不限于经配 制以经受至少24小时时间的超过200℃的温度，而不实质降解的聚 合物。高温聚合物包括但不限于高温热塑性聚合物和高温热固性塑料 聚合物。

作为此处使用的，术语“高温热塑性聚合物”表示和包括但不限 于PEEK(聚醚醚酮)；PEK(聚醚酮)；PFA(全氟烷氧基)；PTFE(聚 四氟乙烯)；FEP(氟化乙烯丙烯)；CTFE(聚氯三氟乙烯)；PVDF(聚 偏氟乙烯)；PA(聚酰胺)；PE(聚乙烯)；TPU(热塑性弹性体)；PPS(聚 苯硫醚)；PESU(聚醚砜)；PC(聚碳酸酯)；PPA(聚邻苯二酰胺)；PEKK (聚醚酮酮)；TPI(热塑性聚酰亚胺)；PAI(聚酰胺-酰亚胺)；和PI(聚 酰亚胺)；和进一步包括低聚物、共聚物、嵌段共聚物、离聚物、聚合 物共混物或者其组合。

作为此处使用的，术语“富勒烯”表示其中碳原子是以五边形和/ 或六边形排列的碳基分子。富勒烯以许多不同的构造存在，包括例如 平片(例如石墨烯)、纳米管(例如本领域中有时候也称作“巴基管 (buckytube)”)、球状体(例如本领域中有时候也称作“巴基球 (buckyball)”)、纳米芽、大型管(megatube)、聚合物、纳米“洋葱”、 连接的“球和链”二聚体、和环。

作为此处使用的，术语“微胶囊化材料”表示包含微胶囊的材料， 该微胶囊具有核、内相或者包含第一材料的填充物和包含第二材料的 壳、涂层或隔膜，该微胶囊化材料经配置以在破坏壳时，释放包封在 核中的第一材料。

作为这里使用的，术语“液体”表示和包括可倾倒的或者基本可 流动的材料，不考虑材料成分的具体粘度或者比例。例如，作为这里 使用的术语，液体可以包括熔融的材料和/或可以包括微粒或者悬浮液 中其他不溶材料，包括但不限于高体积不溶材料的悬浮液，通常称作 “浆料”。

这里给出的图示并不表示任何具体方法、工具、组件、结构、装 置或系统的实际图，而仅仅是理想化的图示，其用于描述本公开的实 施方案。

下面的说明提供了具体的细节，例如材料类型、材料百分比和加 工条件，目的是提供对于所公开的组合物和方法的实施方案的细致说 明。但是，本领域技术人员将理解所述组合物和方法的实施方案可以 不使用该具体的细节而付诸实践。事实上，所述组合物和方法的实施 方案可以结合工业上所用的常规技术来实践。

现在参考附图，其中类似的附图标记自始至终指的是类似的组件。 附图不必按照比例绘制。

图1A-5B显示了不同的井筒工具、其的段或者其组件，它们具有 根据本公开实施方案的涂层。该涂层可以使用至少一种聚合物和至少 一种填料的组合物来形成。通过加热，该组合物熔融，形成可喷涂的 液体组合物，其可以施涂到工具体的表面以在其上形成涂层。可选地， 通过加热，该组合物熔融，烧结该组合物以在工具体表面上形成涂层。

该组合物可以是热喷组合物，其经配制以用于热喷涂系统中。“热 喷涂”系统利用一种方法，其中涂料原料(例如热喷组合物)被加热和 作为单个小滴(其也可以表征为颗粒)被推进到体或者其他基底的表面 上。该涂料通过施涂器(例如热喷枪)来加热，使用可燃烧气体、等离 子体火焰或者电热空气以将材料原料的颗粒加热和熔融成小滴，其由 压缩气体推出喷枪。当涂料颗粒撞击到待涂覆的基底时，它们变平、 流动和混合到相邻颗粒中以形成连续膜。该膜涂覆表面，提供了涂层。 热喷方法包括但不限于这样的方法，在其中将金属材料、陶瓷材料、 金属陶瓷(即，陶瓷和金属的复合材料)材料、聚合物材料或者其组合 以粉末、丝或者棒的形式供给到施涂器中，用施涂器将它们加热到接 近或者稍高于它们的熔点。热喷可以包括在待涂覆的制品表面上喷涂 的涂料的一次或多次施涂。

该热喷组合物可以包括高温热塑性聚合物和填料。该高温热塑性 聚合物可以占组合物的10重量%-99.9重量%，和该填料可以占组合 物的0.1重量%-90重量%。该填料可以包含非导电材料。这种热喷组 合物可以经配制来为涂覆的工具提供电绝缘性。该填料可以替代地或 者另外地包含不导热的填料。这种热喷组合物可以经配制来为涂覆的 工具提供热绝缘性。可选地，该填料可以包含传导性材料。

该热喷组合物可以包含平均粒径小于或者等于250微米的粉末。 例如，该热喷组合物的颗粒的平均粒径可以基本等于180微米。该高 温热塑性聚合物可以包括聚四氟乙烯和该填料可以包括聚亚苯基砜。 聚四氟乙烯可以占热喷组合物的约70重量%-98重量%，和聚亚苯基 砜可以占热喷组合物的约2重量%-30重量%。例如但不限于，聚四氟 乙烯可以占热喷组合物的约88重量%-98重量%，和聚亚苯基砜可以 占热喷组合物的约2重量%-12重量%。另外，例如但不限于，聚四氟 乙烯可以占热喷组合物的约90重量%和聚亚苯基砜可以占约10重 量%。聚亚苯基砜可以包括以名称或CERAMERPLUS 销售的市售材料，可获自德国Bayreuth的Ceramer GmbH。因此， 该热喷组合物可以经配制以提高使用该组合物所形成的涂层的耐压 性、耐侵蚀性和耐磨损性。

该热喷组合物可以包括聚醚醚酮、高温热塑性聚合物和氧化铝、 非传导性填料。聚醚醚酮可以占热喷组合物的约10重量%-95重量%。 氧化铝可以占热喷组合物的约5重量%-90重量%。例如但不限于，聚 醚醚酮可以占热喷组合物的20重量%和氧化铝可以占80重量%。聚 醚醚酮可以包括以名称EVONIKAR1056销售的市售 材料，可获自德国Essen的Evonik Industries AG。因此，该热喷组 合物可以经配制以提高当涂层经历高压时，使用该组合物所形成的涂 层的耐磨和耐侵蚀性以及机械稳定性。已经发现，由包含20重量%聚 醚醚酮和80重量%氧化铝的组合物所形成的涂层经受1100MPa的负 荷而不损坏。具有由包含0.5-50重量%聚醚醚酮和50-99.5重量%氧 化铝的组合物所形成的涂层的工具会表现出与没有涂层的相同工具相 比2-10倍的耐磨性。

该热喷组合物可以包括聚合物和润滑剂填料。该润滑剂填料可以 包含干膜润滑剂。例如但不限于，该热喷组合物可以包含氮化硼，一 种非传导性润滑剂填料。该热喷组合物可以包含聚醚醚酮和氮化硼。 聚醚醚酮可以占热喷组合物的约70重量%-90重量%。氮化硼可以占 热喷组合物的约10重量%-30重量%。例如但不限于，聚醚醚酮可以 占热喷组合物的80重量%和氮化硼可以占20重量%。氮化硼可以是 六边形氮化硼。因此，该热喷组合物可以经配制以降低具有使用该组 合物所形成的涂层的表面与界面表面之间的摩擦。与没有涂层的相同 工具相比，具有由这种组合物形成的涂层的工具会表现出降低了2-5 倍的摩擦和磨损。

在该热喷组合物中的非传导性填料可以包含玻璃化转变温度大于 高温热塑性聚合物的熔点的填料。该玻璃化转变温度可以大于或等于 约350℃。例如但不限于，该填料可以包含玻璃化转变温度为360℃ 的聚亚苯基砜聚合物。在该实施方案中，该聚合物可以是聚醚醚酮， 其熔点是约343℃，由此聚亚苯基砜聚合物填料的玻璃化转变温度大 于聚醚醚酮的熔点。这种组合物经配制以提高使用该组合物所形成的 涂层的摩擦性能。因此，使用该组合物所形成的涂层会适用于保护打 算与另一表面对接的表面。与没有涂层的相同工具相比，具有由这种 组合物形成的涂层的工具会表现出降低了2-5倍的摩擦和磨损。

该热喷组合物的填料可以包含多于一种填料。例如但不限于，该 填料可以包括润滑剂填料和高玻璃化转变温度填料二者。例如但不限 于，该填料可以包括氮化硼和聚亚苯基砜二者。该填料可以包含占热 喷组合物约1重量%-10重量%的聚亚苯基砜和占热喷组合物约1重 量%-10重量%的氮化硼。例如但不限于，该热喷组合物可以包含约 90重量%的高温热塑性聚合物，约5重量%的氮化硼和约5重量%的 聚亚苯基砜。与没有涂层的相同工具相比，具有由这种组合物形成的 涂层的工具会表现出降低了2-5倍的摩擦和磨损。

该组合物可以替代地或者另外地包含多于一种聚合物。该组合物 内的聚合物可以包括热塑性聚合物。该组合物内的聚合物可以包括非 高温热塑性聚合物的热塑体。

该组合物可以替代地或者另外地包含多于一种填料。包含在该组 合物内的填料可以是导电的或者非导电的，导热的或者非导热的，金 属或者非金属的，有机的或者无机的等。传导性填料可以包括但不限 于未涂覆的富勒烯，包括构造成平片(例如石墨烯)、纳米管(例如巴基 管、碳纳米管)、球状体(例如巴基球)、纳米芽、大型管、聚合物、纳 米洋葱、连接的球和链二聚体、和环的那些。该组合物内的填料可以 包括碳纳米管。

该填料可以包括涂覆的材料，例如但不限于微胶囊化的材料。例 如，硅酸盐涂覆的铝片可以作为填料包含在涂料混合物中，以使得所 形成的涂层经配制以受到保护避免腐蚀。该填料可以替代地或者另外 地包含微胶囊化的润滑剂。微胶囊化的材料可以允许在组合物中包括 这样的物质，该物质在没有包封时会干扰组合物中的聚合物。例如， 在待涂覆的表面是与另一表面对接的表面的情况中，在该组合物中可 以包含微胶囊化的石墨润滑剂。在表面涂覆后，该涂覆的表面将与它 的配合表面对接，并且机械释放出包封的石墨，提供石墨润滑剂，而 没有石墨润滑剂材料与组合物中的聚合物或者其他填料的性质在施涂 到表面之前发生不期望的相互作用的风险。

该填料可以包含微粒，包含平均粒度小于1毫米的固体。例如， 该填料可以包含平均粒径150微米-200微米的粉末状固体。该填料可 以包含纳米颗粒，包含平均粒度小于1微米的固体。

另外地或者替代地，填料可以包括但不限于氧化铝、炭黑、二氧 化硅、硅酸盐、碳酸钙、碳酸镁、高岭土、白云石、白垩、长石、云 母、硫酸钡或者其组合。

参考图1A-5B，一种在制品(例如井筒工具)上形成涂层的方法， 其包括形成具有体表面的工具体。形成工具体可以包括形成井筒工具 或者其组件。例如但不限于，形成工具体可以包括形成图1A和1B所 示的钻探系统100的任何组件；图2和3分别所示的工具段200、300； 图4所示的测井仪器400；图5A和5B所示的MWD/LWD工具段等。

在制品上形成涂层的方法进一步包括形成包含热塑性聚合物和填 料的粉末热组合物。形成该粉末热组合物可以包括液化该热塑性聚合 物，例如但不限于通过加热该热塑性聚合物超过它的熔点，通过将该 热塑性聚合物溶解在溶剂中，或者通过将不溶的热塑性聚合物颗粒悬 浮在流体中。形成该粉末热组合物可以进一步包括将组合物的填料添 加到该液化的热塑性聚合物。

形成该粉末热组合物可以替代地或者另外地包括将热塑性聚合物 和填料聚结。聚结是一种方法，在其中使固体材料的单个微粒结合成 更大尺寸的聚集体颗粒。聚结可以包括将固体材料的单个微粒加入到 液体聚结剂(一种液体，其将在搅拌所述颗粒时以促进颗粒间附着的方 式润湿颗粒表面)。该液体聚结剂可以包含水或者另一溶剂，其作为喷 雾、细雾或者以蒸气的形式引入。

形成该粉末热组合物可以替代地或者另外地包括将该热塑性聚合 物和填料一起物理混合。例如，该热塑性聚合物和填料可以每个分别 研磨，然后粉末材料的固体物质可以一起混合以形成一定量的组合粉 末。

形成聚合物和填料的粉末热组合物可以包括将其彼此涂覆。例如， 该粉末热组合物可以通过将聚合物涂覆到填料的颗粒上来形成。作为 另一例子，该粉末热组合物可以通过用填料涂覆聚合物的颗粒来形成。 所形成的聚合物涂覆的填料或者填料涂覆的聚合物材料形成了聚合物 和填料的粉末热组合物。

形成粉末热组合物可以包括形成平均粒度150微米-200微米的微 细的特定固体。例如，形成该粉末热组合物可以包括形成平均粒度基 本等于180微米的粉末组合物。

在制品(例如井筒工具)上形成涂层的方法可以进一步包括加热待 涂覆的工具体的体表面和将该粉末热组合物施涂到体表面上。加热该 体表面可以在将该粉末热组合物施涂到体表面上之前和/或之后进行。

将该粉末热组合物施涂到工具的体表面上可以使用前述热喷技术 来完成。这可以包括将熔融的粉末热组合物火焰喷涂到体表面上。加 热该体表面可以在火焰喷涂该组合物到该表面上之前、期间和/或之后 完成。例如，在将组合物施涂到表面之前，该表面可以加热到低于组 合物内的聚合物熔点不超过10℃的温度。例如，该表面可以加热到 基本处于组合物内的聚合物熔点的温度，然后该热喷组合物可以火焰 喷涂到该表面上。

将该粉末热组合物施涂到工具的体表面上可以替代地或者另外地 通过将该粉末热组合物静电分散到体表面上来完成。静电分散该组合 物包括对该粉末颗粒提供电荷，将该带电的粉末注入到具有开放体积 的外壳中，将该工具的表面暴露于含有粉末的外壳的开放体积，其后 由于颗粒的电荷将该粉末沉积到工具表面上。该方法可以进一步包括 在将工具表面暴露于开放体积之前，使它带相反电荷。在将组合物静 电分散到体表面之后，该工具的体表面(包括分散的粉末热组合物)可 以加热来烧结或者熔融该粉末热组合物并且在工具体的表面上形成均 匀涂层。该静电分散可以替代地或者另外地包括在将工具的体表面暴 露于带电粉末颗粒之前，预热该表面。

施涂该粉末热组合物可以替代地或者另外地使用溶剂。除了形成 粉末热组合物之外，可以通过将粉末热组合物加入到溶剂(例如液体溶 剂)以形成液体涂料混合物。该溶剂可以包括甲乙酮、甲苯等。因此， 施涂该组合物可以包括将该粉末热组合物和溶剂的液体涂料混合物施 涂到工具的体表面上。将该液体涂料混合物施涂到工具的体表面上可 以通过常规涂覆方法来完成，例如但不限于涂漆、喷涂、浸涂等。其 后，加热工具的体表面能够烧结该粉末热组合物以在表面上形成均匀 的涂层。在加热之前或者加热过程中，可以允许该液体涂料混合物中 的溶剂蒸发或者驱使其从混合物中蒸发。

图1A显示了一种钻探系统，其包括具有涂层的井筒工具。该钻 探系统经配置以包括MWD/LWD系统。井孔102在包括旋转钻机的 地面装置的控制下钻入地中。根据常规的布置，该钻机包括起重机 104、起重机底板106、绞车108、挂钩110、方钻杆接头112、旋转台 114和钻柱116。钻柱116包括钻管118，其固定到方钻杆接头112的 下端和包括多个钻环的区域的上端。钻环可以包括上钻环、中间子钻 环和紧邻该中间子钻环下面布置的下钻环BHA120。下钻环BHA120 的下端带有井筒工具122和钻头124。

钻探流体126从泥浆坑128通过抽泥泵130，经过波动消除器132， 通过泥浆供给线134，并且进入转环136，进行循环。钻探流体126 向下流过方钻杆接头112，通过钻柱116中的纵向中心孔150(图1B)， 和通过钻头124的下部面的喷嘴(未示出)。含有钻探泥浆、切屑和地 层流体的返回流体138流回，向上穿过钻柱116的外表面和井孔102 的内表面之间的环隙，循环到地面，其中它通过泥浆返回线140返回 到泥浆坑128。在泥浆返回泥浆坑128之前，振动筛(未示出)将地层切 屑与钻探泥浆分离。

钻柱116可以包括井下钻探马达142，其用于旋转和运行钻头124。 钻探系统100和/或钻探系统100的钻柱116还可以包括不同的传感器 和LWD/MWD装置，其经配置以提供关于地层、井下钻探参数和/或 泥浆马达的信息。下钻环BHA120可以是模块结构的，表现在不同的 装置是互连的部分，在对接表面处连接，以使得在需要时单个部分可 以置换。

下钻环BHA120可以包括具有核装置的井筒工具122(例如图2 和3所示装置)，用于提供对于评价和测试沿着井孔102的地下地层有 用的信息。该核装置可以是LWD/MWD系统的一部分。

图1A的钻探系统100的组件的任何表面可以具有涂层，其通过 任何前述涂覆方法形成，并且包含包括任何前述组合物的组合物。例 如，描述为包括对接表面的组件可以具有由包含高温热塑性聚合物和 润滑剂填料的组合物所形成的涂层。

例如，图1B显示了位于图1A的虚线矩形区域A中的图1A的井 筒工具122一部分的横截面，在其中涂层已经提供到工具体152的某 些表面上。为了易于说明，没有显示井筒工具122和工具体152的中 心孔150内的内部工作。井筒工具122可以包括一个或多个工具体 152，例如可延长的元件144，其限定了中心孔150所穿过的非旋转的 套管148。可延长的元件144可以是包纳着检测器的可延长的探针或 者可延长的导引叶片。可延长的元件144可以经配置以使得检测器能 够朝着井孔102的壁移动。替代地或者另外地，MWD/LWD检测器可 以包括在非旋转的套管148中。

可延长的元件144和非旋转套管148的工具体152包括体表面 154。例如，井筒工具段146或者非旋转套管148包括内表面158和外 表面156。可延长的元件144与非旋转套管148的外表面156对接。 可延长的元件144还包括外表面156，其可以与井孔102中经过返回 井上的返回流体138接触。

非旋转套管148的内表面158和外表面156具有涂层160，其可 以根据用于形成涂层的方法的一种或多种前述实施方案来形成。可延 长的元件144的外表面156也具有涂层160。可延长的元件144的外 表面156上的涂层160可以由与非旋转套管148的外表面156上的涂 层160相同或不同的组合物形成。同样，非旋转套管148的内表面158 上的涂层160可以由与其他涂层160相同或者不同的组合物形成。非 旋转套管148和可延长的元件144每个的外表面156上的涂层160可 以配制成耐磨、耐侵蚀和耐压的，以在与向井上流到包括井筒工具122 和井孔102壁的环隙的返回流体138的持续接触过程中阻止涂层160 降解。非旋转套管148的内表面158上的涂层160可以配制成疏水的 或者耐水的，以在与向井下经过井筒工具122的中心孔150的钻探流 体126的持续接触过程中阻止涂层160降解。

钻探系统100内的其他组件或者组件表面也可以包括涂层。涂层 可以提供到组件的整个外表面或内表面上，或者组件或工具的仅部分 内表面和/或外表面上。

图2显示了具有涂层的井筒工具的另一例子，其可以根据任何前 述涂覆方法，利用根据任何前述组合物的组合物来形成。工具段200 可以包括来自图1所示的下钻环BHA120的段。工具段200包括具有 中心孔208的圆柱工具体202，中心孔208经配置以使钻探流体126 流过工具段200。工具段200可以经配置以用于MWD/LWD系统中。 工具段200包括位于工具体202中的脉冲中子源212和位于工具体202 中的一个或多个检测器210，其用于检测由来自脉冲中子源212的中 子在地球地层中的核散射所形成的γ射线。

工具体202包括外表面204和内表面206二者。内表面206限定 了穿过工具段200的中心孔208并是其边缘。涂层214是沿着外表面 204提供的。工具体202的内表面206不具有涂层214。涂层214可以 根据任何前述用于使用根据任何前述组合物的组合物来形成涂层的方 法来形成。

图3显示了具有涂层的井筒工具的另一例子。所示的工具段300 可以是与图2所示相同的工具段，沿着中心孔308取向观察，如在图 2中沿着线段3-3观察所示的中心孔208。检测器310(例如图2中所 示的检测器210之一)包括相对于中心孔308向外取向的基本平坦的检 测表面312，和基底314。工具段300的工具体302包括外表面304 和内表面306，内表面306是中心孔308的边缘，和外表面304朝着 井孔102的壁，工具段300可以位于井孔102中。涂层316沿着工具 段300的整个外表面304提供。相对于图2所示的实施方案，图3所 示的实施方案包括厚涂层316。厚涂层316可以使用任何前述用于形 成包括任何前述组合物的组合物的涂层的方法来形成。涂层316可以 在该组合物的单次施涂、该组合物的多次施涂和/或不同组合物的多层 中形成。

图4显示了具有涂层的井筒工具的另一例子。所示的是井筒监控 系统，包括测井仪器400，其经配置以检测井下位置中的参数或者条 件。该测井仪器400显示为下降到穿入地下地层的井筒402中。该测 井仪器400可以下降到井筒402中，并且通过铠装电缆404(如上所述， 通常称作钢缆)从其中抽出。缆404可以从绞盘406等上卷出。缆404 电连接到常规的地面记录系统408。地面记录系统408可以包括信号 解码和译码单元410和记录单元412。通过测井仪器400中的检测器 414传输的信号可以通过地面记录系统408中各自的单元来解码、译 码、记录和处理。测井仪器400可以另外地或者替代地包括井下数据 处理器。

测井仪器400的检测器414具有体表面418，包括外表面420，其 经配置来与井筒402的壁相互作用。例如，检测器414的外表面420 可以经配置来检测井筒402的直径。如图4所示，外表面420可以具 有涂层422。因此，在检测器414和井筒402之间重复的相互作用中， 将阻止检测器的工具体416的外表面420的损伤或者其他损坏。测井 仪器400和系统中的其他组件或者组件表面也可以具有涂层422。

图5A和5B显示了具有涂层的井筒工具的又一例子。图5A显示 了MWD/LWD通讯线路系统，图5B显示了图5A在通过虚线划界并 且由参考标记B指示的矩形区域内的放大部分。该系统包括至少一个 MWD/LWD工具段500。该MWD/LWD工具段500包括在 MWD/LWD工具段500的井下端的筒502，与筒502可操作地通讯的 可释放通讯连接器504，和泥浆筛506(其与通讯连接器504共轴布置， 并且在筒502的井上端固定到筒502上)。筒502包括位置保持部件 508(例如弯曲弹簧)。位置保持部件508经配置来临时保持筒502相对 于管510的位置，同时将管510在用于连续钻探作业的表面处加入到 所述系统中，以及来帮助在井孔中配置MWD/LWD工具段500的组 件后保持筒502相对于管510的位置。位置保持部件508的一个或多 个表面可以具有本公开的涂层。

筒502经由界面512连接到泥浆筛506。界面512可以包括环状 螺纹连接、一系列的螺栓或销钉、焊接连接等。电连接也提供在筒502 的井上端和井孔内配置的线区之间。电连接可以通过通讯连接器504 来提供，并且可以包括叶片连接、销钉连接等。实现这些连接的表面 可以具有本公开的涂层。

泥浆筛506在其井上端包括轴肩挡圈514，其经配置和确定尺寸 以可接收在钻管522的区域的井上端520处的母螺纹518的孔背 (boreback)区域516中。轴肩挡圈514嵌套到孔背区域516中，并且 通过接下来的井上钻管522区域的螺纹526的前沿524保持在其中。

参考图5B，轴肩挡圈514限定了具有体表面530的工具体528。 轴肩挡圈514的体表面530经配置以与母螺纹518的表面对接。轴肩 挡圈514的体表面530具有涂层532。涂层532可以按照任何上述用 于使用根据任何上述组合物的组合物来在表面提供涂层的方法来形 成。

图1A-5B所示的系统内的其他组件或工具也可以具有涂层，包括 位于和用于频繁接触钻探流体、地层切屑、地层流体、高温和其他苛 刻环境元素的那些组件和表面。

任何上述组件可以根据用于利用地下地层中的井筒工具的方法来 使用。该方法可以包括形成具有体表面的井筒工具，形成包含高温热 塑性聚合物和非金属的、非传导性填料的粉末热组合物；将该粉末热 组合物施涂到工具体表面的至少一部分上；和将该工具布置到井孔中。 形成工具可以包括形成随钻测井工具或者随钻测量工具，例如图 1A-5B所示的工具和系统。形成工具可以更具体地包括形成套管，例 如图1A和1B所示的钻探系统100的非旋转套管148。形成工具可以 包括形成具有环表面的轴肩挡圈，例如具有如图5A和5B所示的体表 面530的轴肩挡圈514。

该方法可以进一步包括通过纹理化待涂覆的表面来预处理所述表 面。所公开的粉末热喷组合物可以深深抓到它所施涂到的表面的缺陷 中，并且增加它所施涂到的表面的缺陷能够增强该热喷涂层的附着性。 增加表面缺陷的表面纹理化可以包括去油脂或者清洁该表面。也可以 使用喷砂处理或者喷砂清除法，随后清洁。去油脂和清洁会使得表面 上已经存在的缺陷更易于利用，以通过从这些缺陷上除去烃材料和其 他沉积物和碎屑，以及消除任何可能会干扰热喷组合物到体表面的化 学结合的化学品，从而结合到热组合物上。喷砂处理或喷砂清除法可 以增加待处理表面的缺陷，使得热喷深深附着到表面上的缺陷中。可 以使用用于对表面进行清洁和去油脂的化学方法。在施涂所述组合物 之前，可以替代地或者另外地施加预涂覆以预处理该表面。这种预涂 覆可以包括一种或多种通过任何常规涂覆技术施涂的预涂层，包括但 不限于物理或化学气相沉积、热喷、浸涂等。预涂层可以经配置来增 强组合物与体表面的附着，以降低热应力，或者来赋予另外的对于腐 蚀、磨损或者侵蚀的保护。替代地或者另外地，在组合物施涂到表面 上之前，其他常规的表面纹理化技术可以用于预处理所述表面。该工 具表面的平均表面粗糙度Ra在纹理化之后可以是至少5微米，例如 约为或者等于10微米。

下面描述本公开的另外的非限定性实施方案。

实施方案1：一种组合物，其包含高温热塑性聚合物；和填料； 其中该高温热塑性聚合物占该组合物的10重量%-99.9重量%；和该 填料占该组合物的0.1重量%-90重量%。

实施方案2：实施方案1的组合物，其中该组合物是热喷组合物。

实施方案3：实施方案1或2的组合物，其中该组合物是粉末， 该粉末的平均粒径小于或等于250微米。

实施方案4：实施方案3的组合物，其中该粉末组合物的平均粒 径是约180微米。

实施方案5：实施方案1-4任一项的组合物，其中该高温热塑性 聚合物包括占组合物约88重量%-98重量%的聚四氟乙烯；和该填料 包括占组合物约2重量%-12重量%的聚亚苯基砜。

实施方案6：实施方案1-4任一项的组合物，其中该高温热塑性 聚合物包括占组合物约10重量%-99.5重量%的聚醚醚酮；和该填料 包括占组合物约0.5重量%-90重量%的氧化铝。

实施方案7：实施方案1-4任一项的组合物，其中该高温热塑性 聚合物包括占热喷组合物约70重量%-90重量%的聚醚醚酮；和该填 料包括占组合物约10重量%-30重量%的氮化硼。

实施方案8：实施方案1-4任一项的组合物，其中该高温热塑性 聚合物包括聚醚砜。

实施方案9：实施方案1-4任一项的组合物，其中该填料包括玻 璃化转变温度大于高温热塑性聚合物的熔点的填料。

实施方案10：实施方案1-4任一项的组合物，其中该填料包括玻 璃化转变温度大于或等于约350℃的填料。

实施方案11：实施方案10的组合物，其中该玻璃化转变温度大 于或等于约350℃的填料是聚亚苯基砜。

实施方案12：实施方案1-4和9-11任一项的组合物，其中该填料 包括占组合物约1重量%-10重量%的聚亚苯基砜；和占组合物约1 重量%-10重量%的氮化硼。

实施方案13：实施方案1-12任一项的组合物，其进一步包含富 勒烯。

实施方案14：实施方案1-13任一项的组合物，其进一步包含微 胶囊化材料。

实施方案15：实施方案14的组合物，其中该微胶囊化材料包括 微胶囊化石墨润滑剂。

实施方案16：一种用于在井筒工具上形成涂层的方法，其包括形 成包含热塑性聚合物和填料的粉末组合物；和将该粉末组合物施涂到 井筒工具的体表面上。

实施方案17：实施方案16的方法，其进一步包括将体表面纹理 化到平均表面粗糙度是至少5微米。

实施方案18：实施方案16和17任一项的方法，其进一步包括加 热井筒工具的外表面和内表面的至少一个，该井筒工具井配置以用于 在钻探作业过程中测井或者测量数据；和将该粉末组合物施涂到井筒 工具的内表面和外表面的至少一个上。

实施方案19：实施方案16-18任一项的方法，其中形成该粉末组 合物包括液化该热塑性聚合物；和将填料加入到经液化的热塑性聚合 物。

实施方案20：实施方案16-18任一项的方法，其中形成该粉末组 合物包括将热塑性聚合物和填料聚结。

实施方案21：实施方案16-18任一项的方法，其中形成该粉末组 合物包括将该热塑性聚合物和非金属填料物理混合。

实施方案22：实施方案16-21任一项的方法，其中形成该粉末组 合物包括形成平均粒度是150微米-200微米的粉末组合物。

实施方案23：实施方案16-22任一项的方法，其进一步包括加热 该体表面到比热塑性聚合物的熔点低不超过10℃的温度。

实施方案24：实施方案16-23任一项的方法，其中形成该粉末组 合物包括混合热塑性聚合物和润滑剂填料。

实施方案25：实施方案16-24任一项的方法，其进一步包括加热 体表面；其中将该粉末组合物施涂到体表面上包括在加热体表面之后， 将熔融的粉末组合物火焰喷涂到体表面上。

实施方案26：实施方案16-24任一项的方法，其进一步包括加热 体表面；其中将该粉末组合物施涂到体表面上包括将该粉末组合物静 电分散到体表面上；和加热该体表面包括加热该体表面以熔融或烧结 该粉末组合物。

实施方案27：实施方案16-24任一项的方法，其进一步包括形成 包含粉末组合物和溶剂的液体涂层混合物；和加热该体表面；其中将 该粉末组合物施涂到体表面上包括将该液体涂层混合物施涂到体表面 上；和加热该体表面该加热该体表面以熔融或者烧结该粉末组合物。

实施方案28：一种利用地下地层中的井筒工具的方法，该方法包 括形成包括体表面的井筒工具；形成包含高温热塑性聚合物和非金属 的、非传导性填料的粉末组合物；将该粉末组合物施涂到体表面的至 少一部分；和将该井筒工具置于井孔中。

实施方案29：实施方案28的方法，其中形成包括体表面的井筒 工具包括形成随钻测井工具，或者形成随钻测量工具，其包括外体表 面。

实施方案30：实施方案28的方法，其中形成包括体表面的井筒 工具包括形成包括体表面的套管。

实施方案31：实施方案28的方法，其中形成包括体表面的井筒 工具包括形成包括环表面的轴肩挡圈，该轴肩挡圈经配置以与井筒工 具的其他组件对接。

实施方案32：一种井筒工具，其包括体表面；和覆盖体表面的至 少一部分的涂层，该涂层包含高温热塑性聚合物；和填料。

实施方案33：实施方案32的井筒工具，其中该体表面包括在随 钻测井系统或者随钻测量系统中的组件的表面。

实施方案34：实施方案32或33的井筒工具，其进一步包括包括 体表面的检测器。

实施方案35：实施方案32-34任一项的井筒工具，其进一步包括 包括体表面的轴肩挡圈。

虽然前面的说明包含了许多细节，但是它们不解释为限制本公开 的范围，而是仅仅提供了某些实施方案。类似地，可以设计不脱离本 发明范围的本公开的其他实施方案。例如，这里参考一个实施方案所 述的材料和技术也可以提供在这里所述的其他实施方案中。因此，本 发明的范围仅由所附权利要求书和它们的法律等价物，而不是前面的 说明，来指出和限定。这里公开的落入权利要求书的含义和范围内的 对本公开的全部添加、删除和改变均包括在本发明中。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种井筒工具，其具有包含组合物的涂层，该组合物包含：

高温热塑性聚合物；和

填料；

该高温热塑性聚合物占该组合物的10重量%-99.9重量%；和

该填料占该组合物的0.1重量%-90重量%。

2.权利要求1的井筒工具，其中：

该高温热塑性聚合物包括占该组合物约88重量%-98重量%的聚四 氟乙烯；和

该填料包括占该组合物约2重量%-12重量%的聚亚苯基砜。

3.权利要求1的井筒工具，其中：

该高温热塑性聚合物包括占该组合物约10重量%-99.5重量%的聚 醚醚酮；和

该填料包括占该组合物约0.5重量%-90重量%的氧化铝。

4.权利要求1的井筒工具，其中：

该高温热塑性聚合物包括占该组合物约70重量%-90重量%的聚醚 醚酮；和

该填料包括占该组合物约10重量%-30重量%的氮化硼。

5.权利要求1-4任一项的井筒工具，其中该填料包括玻璃化转变温 度大于该高温热塑性聚合物的熔点的填料。

6.权利要求1-4任一项的井筒工具，其中该填料包含：

占该组合物约1重量%-10重量%的聚亚苯基砜；和

占该组合物约1重量%-10重量%的氮化硼。

7.权利要求1-4任一项的井筒工具，其进一步包括体表面，该涂层 位于该体表面上。

8.权利要求1的井筒工具，其中该井筒工具包括随钻测井系统或者 随钻测量系统内的组件，该涂层位于该组件上。

9.权利要求1的井筒工具，其中该井筒工具包括检测器，该涂层位 于该检测器的表面上。

10.权利要求1的井筒工具，其中该井筒工具包括轴肩挡圈，该涂 层位于该轴肩挡圈的表面上。

11.一种用于在井筒工具上形成涂层的方法，其包括：

形成包含热塑性聚合物和填料的粉末组合物；和

将该粉末组合物施涂到该井筒工具的体表面上。

12.权利要求11的方法，其进一步包括：

加热该井筒工具的外表面和内表面的至少一个；

其中将该粉末组合物施涂到该井筒工具的体表面上包括将该粉末 组合物施涂到该井筒工具的内表面和外表面的至少一个上。

13.权利要求11和12任一项的方法，其中形成粉末组合物包括：

液化该热塑性聚合物；和

将该填料加入到经液化的热塑性聚合物。

14.权利要求11和12任一项的方法，其中形成粉末组合物包括将 该热塑性聚合物和该填料聚结。

15.权利要求11和12任一项的方法，其中形成粉末组合物包括形 成平均粒度在150微米-200微米范围内的粉末组合物。

16.权利要求11的方法，其进一步包括将该体表面加热到比该热塑 性聚合物的熔点低不超过10℃的温度。

17.权利要求11和12任一项的方法，其中形成粉末组合物包括将 该热塑性聚合物与润滑剂填料进行混合。

18.权利要求11的方法，其进一步包括：

由该粉末组合物形成熔融的组合物；和

加热该体表面；

其中将该粉末组合物施涂到体表面上包括在加热该体表面之后，将 该熔融的组合物火焰喷涂到该体表面上。

19.权利要求11的方法，

其中将该粉末组合物施涂到体表面上包括将该粉末组合物静电分 散到该体表面上；和

该方法进一步包括加热该体表面以熔融或者烧结该粉末组合物。

20.权利要求11的方法，

该方法进一步包括形成包含该粉末组合物和溶剂的液体涂料混合 物；

其中将该粉末组合物施涂到体表面上包括将该液体涂料混合物施 涂到该体表面上；和

该方法进一步包括加热该体表面以熔融或者烧结该粉末组合物。