СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ИЗ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛМАЗА

1. Долото для вращательного бурения, предназначенное для спуска в скважину и разбуривания подземной породы и содержащее по меньшей мере один резец из поликристаллического алмаза (ПКА), включающий:
по меньшей мере один режущий элемент и
по меньшей мере один преобразователь, предназначенный для генерирования сигнала, характеризующего по меньшей мере один параметр из группы, включающей (i) эксплуатационное состояние бурового долота, (ii) свойство флюида в скважине и (iii) свойство окружающего пласта.
2. Долото для вращательного бурения по п.1, в котором по меньшей мере один режущий ПКА-элемент содержит защитный слой на одной из сторон по меньшей мере одного преобразователя, расположенной напротив по меньшей мере одного режущего элемента, причем этот защитный слой выполнен с возможностью защиты чувствительного слоя, включая преобразователь, от абразивного истирания.
3. Долото для вращательного бурения по п.1, в котором по меньшей мере один преобразователь включает набор преобразователей, расположенных на контактной площадке.
4. Долото для вращательного бурения по п.1, в котором по меньшей мере один преобразователь выбран из группы, включающей (i) тензодатчик, (ii) акселерометр, (iii) инклинометр, (iv) магнитометр, (v) датчик температуры, (vi) датчик на основе углеродных нанотрубок, (vii) электропотенциальный датчик, (viii) датчик для углеродно-кислородного анализа, (ix) акустический датчик, (х) химический датчик на основе полевого транзистора, (xi) ионочувствительный датчик, (xii) датчик угловой скорости, (xiii) датчик радиоактивного излучения, (xiv) датчик давления, (xv) вибратор и (xvi) электромеханический акустический преобразователь.
5. Долото для вращательного бурения по п.1, в котором по меньшей мере один ПКА-резец содержит пассивационный слой, расположенный между по меньшей мере одним режущим элементом и по меньшей мере одним преобразователем.
6. Долото для вращательного бурения по п.5, содержащее электронные схемы, расположенные между пассивационным слоем и по меньшей мере одним преобразователем.
7. Долото для вращательного бурения по п.1, в котором по меньшей мере один режущий элемент снабжен каналом, обеспечивающим прохождение потока флюида к по меньшей мере одному преобразователю.
8. Долото для вращательного бурения по п.1, в котором по меньшей мере один преобразователь расположен по меньшей мере в одном из следующих мест: (i) в полости в корпусе долота, снабженной каналом для прохождения потока флюида, (ii) в по меньшей мере одном режущем элементе, (iii) в подложке по меньшей мере одного режущего элемента и (iv) в матрице корпуса долота.
9. Долото для вращательного бурения по п.1, содержащее:
электромагнитное приемопередающее устройство в корпусе долота; и
антенну на по меньшей мере одном ПКА-резце,
причем электромагнитное приемопередающее устройство выполнено с возможностью отправки сигнала-запроса на антенну и получения данных, относящихся к этому сигналу.
10. Долото для вращательного бурения по п.1, в котором по меньшей мере один режущий элемент включает первый режущий элемент, содержащий первый преобразователь, и второй режущий элемент, содержащий второй преобразователь, реагирующий на сигнал, генерированный первым преобразователем.
11. Способ проведения буровых операций, включающий спуск долота для вращательного бурения в скважину и разбуривание подземной породы, и использование по меньшей мере одного преобразователя на ПКА-резце, соединенном с корпусом долота для генерирования сигнала, характеризующего по меньшей мере один параметр из группы, включающей (i) эксплуатационное состояние бурового долота, (ii) свойство флюида в скважине и (iii) свойство пласта.
12. Способ по п.11, включающий использование бурового долота, содержащего защитный слой на одной из сторон по меньшей мере одного преобразователя, расположенной напротив по меньшей мере одного режущего элемента, и использование этого защитного слоя для защиты чувствительного слоя, включая по меньшей мере один преобразователь, от абразивного истирания.
13. Способ по п.11, в котором в качестве упомянутого по меньшей мере одного преобразователя используют преобразователь, выбираемый из группы, включающей (i) тензодатчик, (ii) акселерометр, (iii) инклинометр, (iv) магнитометр, (v) датчик температуры, (vi) датчик на основе углеродных нанотрубок, (vii) электропотенциальный датчик, (viii) датчик для углеродно-кислородного анализа, (ix) акустический датчик, (х) химический датчик на основе полевого транзистора, (xi) ионочувствительный датчик, (xii) датчик угловой скорости, (xiii) датчик радиоактивного излучения и (xiv) датчик давления.
14. Способ по п.11, в котором в качестве по меньшей мере одного ПКА-резца используется ПКА-резец, содержащий пассивационный слой, расположенный между по меньшей мере одним режущим элементом и по меньшей мере одним преобразователем.
15. Способ по п.14, включающий передачу сигнала в электронные схемы, расположенные между защитным слоем и по меньшей мере одним преобразователем.
16. Способ по п.11, включающий использование канала для прохождения флюида из скважины к по меньшей мере одному преобразователю.
17. Способ по п.11, включающий размещение по меньшей мере одного преобразователя в одном из следующих мест: (i) в полости в корпусе долота, снабженной каналом для прохождения потока флюида, (ii) в по меньшей мере одном режущем элементе, (iii) в подложке по меньшей мере одного режущего элемента и (iv) в матрице корпуса долота.
18. Способ по п.11, включающий:
размещение электромагнитного приемопередающего устройства в корпусе долота;
размещение антенны на по меньшей мере одном ПКА-резце; и
использование электромагнитного приемопередающего устройства для отправки сигнала-запроса на антенну и получения данных, относящихся к этому сигналу.
19. Способ по п.11, включающий генерирование сигнала посредством преобразователя на первом режущем элементе долота и получение сигнала, характеризующего одно из свойств подземного пласта, посредством преобразователя на втором режущем элементе долота.
20. Способ изготовления долота для вращательного бурения, включающий:
изготовление по меньшей мере одного ПКА-резца, включающего по меньшей мере один режущий элемент;
соединение с режущим элементом чувствительного слоя, включающего по меньшей мере один преобразователь;
соединение по меньшей мере одного ПКА-резца с корпусом бурового долота.
21. Способ по п.20, в котором соединение чувствительного слоя включает нанесение этого чувствительного слоя.
22. Способ по п.20, в котором по меньшей мере один преобразователь выполнен с возможностью генерирования сигнала, характеризующего по меньшей мере один параметр из группы, включающей (i) эксплуатационное состояние бурового долота, (ii) свойство флюида в скважине и (iii) свойство пласта.
23. Способ по п.20, включающий нанесение защитного слоя для защиты чувствительного слоя от абразивного истирания во время буровых операций.
24. Способ по п.20, в котором изготовление по меньшей мере одного ПКА-резца включает:
установку нескольких режущих элементов на пластине-основе;
добавление материала-наполнителя в зазоры между режущими элементами;
нанесение пассивационного слоя на верхнюю поверхность материала-наполнителя и режущие элементы;
формирование электронных схем на верхней поверхности пассивационного слоя;
размещение преобразователя над электронными схемами и соединение выводов преобразователя с этими электронными схемами;
формирование защитного слоя над преобразователем;
удаление пластины-основы; и
удаление материала-наполнителя.
3
4
25. Способ по п.24, в котором нанесение пассивационного слоя включает использование SiN.
26. Способ по п.24, в котором нанесение пассивационного слоя включает по меньшей мере одно из следующего: (i) химическое осаждение из паровой фазы (ХОПФ), (ii) химическое осаждение из паровой фазы при низком давлении (ХОПФНД), (iii) атомно-слоевое осаждение (АСО) и (iv) использование золегелевого процесса.
27. Способ по п.24, в котором формирование электронных схем на верхней поверхности пассивационного слоя включает по меньшей мере одно из следующего: (i) напыление покрытия, (ii) термовакуумное испарение, (iii) АСО, (iv) нанесение гальванического покрытия, (v) плазменное травление и (vi) мокрое травление.
28. Способ по п.24, в котором размещение преобразователя над электронными схемами включает по меньшей мере одно из следующего: (i) ХОПФ, (и) ХОПФНД, (iii) плазменное травление, (iv) АСО и (v) радиочастотное распыление.
29. Способ по п.24, в котором формирование защитного слоя над преобразователем включает использование твердых материалов, таких как алмазоподобный углерод.
30. Способ по п.24, в котором формирование защитного слоя над преобразователем включает использование конформного материала.
31. Способ по п.24, в котором формирование защитного слоя над преобразователем включает использование по меньшей мере одного из следующего: (i) химического осаждения из паровой фазы, (ii) спекания, (iii) напыления, (iv) термовакуумного испарения и (v) трафаретной печати и отверждения.