本申請涉及地下鉆探，特別地涉及在鉆探中使用的井下工具以及用于在井下環(huán)境中容納和保護(hù)電子裝置的物理結(jié)構(gòu)。實(shí)施方式適用于開采烴類用鉆井。

背景技術(shù)：

從地下區(qū)域開采烴類通常涉及鉆制井筒。

井筒是使用對鉆柱進(jìn)行驅(qū)動的定位于地面的鉆探設(shè)備形成的，鉆柱從地面設(shè)備最終延伸至感興趣的地層或地下區(qū)域。鉆柱可以在地面下方延伸數(shù)千英尺或數(shù)千米。鉆柱的末端包括用于鉆制井筒(或使井筒延伸)的鉆頭。通常呈鉆井“泥漿”形式的鉆井流體通常被泵送通過鉆柱。鉆井流體對鉆頭進(jìn)行冷卻和潤滑并且還將鉆屑運(yùn)回至地面。鉆井流體還可以用于幫助控制井底壓力以阻止烴類從地層涌入井筒以及潛在地在地面處噴出。

井底組件(BHA)是賦予鉆柱的末端處的設(shè)備的名稱。除了鉆頭以外，BHA可以包括如下元件如：用于控制鉆探方向的裝置(例如，可控井下泥漿馬達(dá)或旋轉(zhuǎn)可控系統(tǒng))；用于測量周圍地質(zhì)層的特性的傳感器(例如，用于在測井中使用的傳感器)；用于在鉆探進(jìn)行時測量井下狀況的傳感器；用于將數(shù)據(jù)遙測傳送至地面的一個或更多個系統(tǒng)；穩(wěn)定裝置；加重鉆鋌；脈沖裝置等。BHA通常通過一系列的金屬管(鉆桿)而前進(jìn)至井筒中。

現(xiàn)代鉆探系統(tǒng)可能在BHA中或其他井下位置處包括各種機(jī)械/電子裝置系統(tǒng)中的任意機(jī)械/電子裝置系統(tǒng)。這樣的電子裝置系統(tǒng)可以被封裝為井下探頭的一部分。井下探頭可以包括井下進(jìn)行操作的任何有源機(jī)械系統(tǒng)、電子裝置系統(tǒng)和/或機(jī)電系統(tǒng)。探頭可以提供眾多功能中的任意功能，包括但不限于：數(shù)據(jù)獲?。粶y量周圍地質(zhì)層的特性(例如，測井)；在鉆探進(jìn)行時測量井下狀況；控制井下設(shè)備；監(jiān)測井下設(shè)備的狀態(tài)；定向鉆探應(yīng)用；隨鉆測量(MWD)應(yīng)用；隨鉆測井(LWD)應(yīng)用；測量井下流體的特性等。探頭可以包括用于下述方面的一個或更多個系統(tǒng)：將數(shù)據(jù)遙測傳送至地面；通過傳感器(例如，用于測井的傳感器)收集數(shù)據(jù)，所述傳感器可以包括振動傳感器、磁力計(jì)、傾斜計(jì)、加速度計(jì)、核粒子檢測器、電磁檢測器、聲學(xué)檢測器以及其他傳感器中的一者或更多者；捕獲圖像；測量流體流量；確定方向；通過其他裝置發(fā)出用于檢測的信號、粒子或場；與其他井下設(shè)備接合；對井下流體進(jìn)行采樣等等。井下探頭通常懸掛在鉆柱的在鉆頭附近的孔中。一些井下探頭是高度專業(yè)化的且昂貴的。

井下條件可能是惡劣的。探頭可能經(jīng)歷高溫；振動(包括軸向、橫向和扭轉(zhuǎn)振動)；沖擊；浸泡在鉆井流體中；高壓(20,000p.s.i或在一些情況下更大)；鉆井流體流經(jīng)探頭的湍流和脈動；流體引發(fā)的諧振；以及由可能致使探頭側(cè)向運(yùn)動和/或扭轉(zhuǎn)運(yùn)動的滑動引起的扭轉(zhuǎn)加速度事件。在使用中，這些條件會縮短井下探頭的壽命并且可能增加井下探頭失效的可能性。鉆探時更換失效的井下探頭可能涉及非常大的費(fèi)用。

井下探頭可以通過遙測技術(shù)將各種信息傳送至地面。遙測信息對高效鉆探操作可能是非常寶貴的。例如，鉆機(jī)操作人員可以使用遙測信息來做出有關(guān)對鉆頭進(jìn)行控制以及使鉆頭轉(zhuǎn)向的決定，以基于包括法定邊界、現(xiàn)有井的位置、地層特性、烴類容量和位置等眾多因素來優(yōu)化鉆探速度和軌跡。操作人員可以基于在鉆探過程期間從井下傳感器收集到的并且通過遙測技術(shù)傳送至地面的信息而在必要時做出與設(shè)計(jì)路徑的有意偏離。從井下位置獲得并且傳送可靠數(shù)據(jù)的能力允許相對更經(jīng)濟(jì)并且更有效的鉆探操作。

存在幾種已知的遙測技術(shù)。這些遙測技術(shù)包括通過在鉆孔中的流體中產(chǎn)生振動(例如，聲學(xué)遙測技術(shù)或泥漿脈沖(MP)遙測技術(shù))來傳送信息以及通過至少部分地通過大地傳播電磁信號的方式來傳送信息(EM遙測技術(shù))。其他遙測技術(shù)系統(tǒng)使用硬接線的鉆桿、光纖線纜或鉆鋌聲學(xué)遙測來將數(shù)據(jù)傳送至地面。

EM遙測技術(shù)相對于MP遙測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)通常包括更快的波特率、由于沒有移動井下部件而增大的可靠性、對堵漏材料(LCM)使用的高抗性以及對空氣/欠平衡鉆探的適用性。EM系統(tǒng)可以在沒有連續(xù)流體柱的情況下傳送數(shù)據(jù)；因此，EM系統(tǒng)在不存在流動的鉆井流體時是有用的。這在鉆探人員正在添加鉆桿的新部段時是有利的，因?yàn)镋M信號能夠在鉆探人員正在添加新鉆桿的同時傳送信息(例如，方向信息)。EM遙測技術(shù)的缺點(diǎn)包括較低的深度能力、與一些地層(例如，高鹽地層和相反的高電阻率地層)的不兼容性、以及由于接受較舊的已有方法而存在的一些市場阻力。此外，由于EM傳送在長距離穿過地層中強(qiáng)烈地衰減，則需要相對較大的功率使得信號能夠在地面處被檢測到?？捎糜诋a(chǎn)生EM信號的電力可以通過電池或具有有限容量的另一個電源來提供。

電磁遙測技術(shù)的常規(guī)設(shè)置使用鉆柱的多個部分作為天線。通過在鉆柱中包括絕緣接頭或連接器(“間隙短節(jié)”)，鉆柱可以被分成兩個導(dǎo)電部段。間隙短節(jié)通常安置在井底組件的頂部處使得位于BHA上方的鉆柱中的金屬鉆桿用作一個天線元件，而位于BHA中的金屬部段用作另一個天線元件。然后能夠通過在兩個天線元件之間應(yīng)用電信號來傳送電磁遙測信號。信號通常包括以對信息進(jìn)行編碼以便傳送至地面的方式應(yīng)用的非常低頻的AC信號。(高頻信號比低頻信號衰減更快)。電磁信號可以例如通過測量延伸進(jìn)入地下的鉆柱或金屬套管與一個或更多個接地棒之間的電位差而在地面處被檢測到。

仍存在對用于提供井下電子裝置系統(tǒng)的實(shí)用的、方便的及可靠的裝置的需要。

本發(fā)明的其他方面和示例性實(shí)施方式的特征在附圖中示出并且/或者在下面的說明中被描述。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

結(jié)合意在示例性的和說明性的而非限制范圍的系統(tǒng)、工具和方法來描述和說明以下實(shí)施方式和方面。在各種實(shí)施方式中，已經(jīng)減少或消除了上述問題中的一個或更多個問題，而一些實(shí)施方式涉及其他改進(jìn)。

本發(fā)明的一個方面提供了一種井下電子裝置系統(tǒng)，該井下電子裝置系統(tǒng)包括殼體、鉆井流體流管以及電子裝置組件，其中，該殼體限定有腔并且具有用于以可移除的方式聯(lián)接至鉆柱的套接端部及銷接端部，該鉆井流體流管延伸穿過腔，并且該電子裝置組件以可移除的方式配裝到腔中。電子裝置組件限定有孔，所述孔定位成使得鉆井流體流管穿過所述孔。電子裝置組件包括支承結(jié)構(gòu)，該支承結(jié)構(gòu)定位在孔與殼體的內(nèi)壁之間，并且電子部件由支承結(jié)構(gòu)支承。

在一些實(shí)施方式中，電子部件由支承結(jié)構(gòu)彈性地支承在腔內(nèi)。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置組件包括多個電子裝置模塊，所述多個電子裝置模塊各自由支承結(jié)構(gòu)支承。

在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)包括在腔中的互連板。電子裝置模塊中的每個電子裝置模塊聯(lián)接至互連板上的對應(yīng)連接器，并且系統(tǒng)包括在多個電子裝置模塊之間的電互連件。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置組件包括安裝板，并且電子裝置模塊中的每個電子裝置模塊附接至安裝板使得安裝板和電子裝置模塊能夠一體地從腔移除。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置模塊各自包括連接至安裝板的殼體以及安裝在殼體的遠(yuǎn)離殼體板的端部上的連接器。

在一些實(shí)施方式中，安裝板呈環(huán)狀并且流管延伸穿過安裝板中的中央開口。

在一些實(shí)施方式中，所述電子裝置模塊中的不同電子裝置模塊包含提供與多個模塊中的其他模塊不同的功能的不同的電子電路。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置模塊包括圓形截面。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置模塊包括具有小面的外表面。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置模塊包括多邊形截面。

在一些實(shí)施方式中，承載件是筒形的。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置組件被鍵接至腔中以固定電子裝置組件相對于鉆柱的其余部分的旋轉(zhuǎn)取向。

在一些實(shí)施方式中，套接端部構(gòu)造成接納柱塞以接合電子裝置組件，從而減小電子裝置組件在腔內(nèi)的振動。

在一些實(shí)施方式中，鉆井流體流管的外側(cè)被密封以防止鉆井流體進(jìn)入腔中。

在一些實(shí)施方式中，腔以抗壓的方式密封。

在一些實(shí)施方式中，支承結(jié)構(gòu)的截面為U形、C形、弧形或圓形。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置組件包括EM遙測發(fā)射器和EM遙測接收器中的至少一者。

在一些實(shí)施方式中，鉆井流體流管與在鉆柱的間隙部段中的間隙部段流管流體連通，間隙部段包括下述間隙：該間隙在鉆柱的從間隙向井上的部分與從間隙向井下的部分之間提供電隔離。間隙流管被密封至鉆柱的在間隙的每一側(cè)的部分。

在一些實(shí)施方式中，間隙部段流管是電絕緣的。

在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)包括在間隙部段流管與鉆柱之間的電絕緣材料層。

在一些實(shí)施方式中，間隙部段流管由陶瓷材料或塑料材料制成。

在一些實(shí)施方式中，孔與殼體的外表面同軸。

在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)包括一個或更多個定位銷，所述一個或更多個定位銷布置成使電子裝置組件在腔內(nèi)對準(zhǔn)，以具有預(yù)定的旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)。

在一些實(shí)施方式中，承載件的長度不超過60cm。

在一些實(shí)施方式中，殼體的鄰接腔的壁足夠薄，使得壁兩側(cè)的6000psi(約42兆帕)或更小的壓力差足以在不存在電子裝置組件的情況下使壁扭曲，其中，電子裝置組件構(gòu)造成在所述電子裝置組件接納在室中時對壁提供機(jī)械支承。

本發(fā)明的另一方面提供了一種套件，該套件包括根據(jù)本文中所描述的任何實(shí)施方式的井下電子裝置系統(tǒng)以及用于插入支承結(jié)構(gòu)中的多個不同的電子裝置模塊。

除了以上描述的示例性方面和實(shí)施方式以外，另一些方面和實(shí)施方式將通過參照附圖和通過研究以下詳細(xì)描述而變得明顯。

附圖說明

附圖示出本發(fā)明的非限制性示例性實(shí)施方式。

圖1是鉆探操作的示意圖。

圖2是鉆柱部段的截面圖，其中，該鉆柱部段包括穿過電子裝置組件中的孔的流通道。

圖3是示出了定向成待被導(dǎo)入到鉆柱部段中的電子裝置組件和柱塞的分解圖。

圖4是示出了包括流管和示例性間隙組件的鉆柱部段的部件的分解圖。

圖5是包括承載多個電子裝置模塊的安裝板的組件的立體圖。

圖6是從設(shè)置有電連接器的端部觀察的圖5的組件的立體圖。

圖7是根據(jù)示例性實(shí)施方式的裝置的分解圖。

圖8是包括高側(cè)標(biāo)記的短節(jié)的圖示。

圖9是具有用于使電子裝置組件相對于聯(lián)接件旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)的短節(jié)的示意圖。

圖10是根據(jù)示例性實(shí)施方式的鉆柱的底部部分的截面圖。

具體實(shí)施方式

貫穿以下說明，對具體細(xì)節(jié)進(jìn)行闡明以為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供更透徹的理解。然而，公知的元件可能沒有被示出或進(jìn)行詳細(xì)地描述以避免不必要地使本公開內(nèi)容不清楚。本技術(shù)的示例的以下說明不趨于是詳盡的或?qū)⑾到y(tǒng)限制成任何示例性實(shí)施方式的確切形式。因此，要在說明性的意義上而不是在限制性的意義上來看待說明書和附圖。

圖1示意性地示出示例性鉆探操作。鉆機(jī)10驅(qū)動鉆柱12，該鉆柱12包括延伸至鉆頭14的鉆桿的部段。圖示的鉆機(jī)10包括用于支承鉆柱的井架10A、鉆臺10B和絞車10C。鉆頭14的直徑大于鉆頭上方的鉆柱的直徑。環(huán)繞鉆柱的環(huán)形區(qū)域15通常填充有鉆井流體。鉆井流體泵送通過鉆柱中的孔眼到達(dá)鉆頭并且攜帶由鉆探操作產(chǎn)生的鉆屑通過環(huán)形區(qū)域15返回至地面。在鉆制井時，可以在井筒中制成套管16。在套管的頂端部處支承有防噴器17。圖1中所示的鉆機(jī)僅為示例。本文中所描述的方法和裝置不特定于任何特定類型的鉆頭。

本發(fā)明的一個方面提供了一種井下電子裝置組件，該井下電子裝置組件具有穿過井下電子裝置組件的中央孔，使得鉆井流體的流可以引導(dǎo)通過具有額定壓力的中央通道(中央通道可以穿過中心孔)。電子裝置組件可以具有環(huán)狀構(gòu)型。電子裝置可以圍繞通道定位。通道可以被限定在流套筒中，該流套筒運(yùn)送鉆井流體通過電子裝置組件中的中央孔。流套筒可以由具有高耐腐蝕和/或耐磨的材料制成。適于流通道的材料可以包括耐腐蝕金屬、陶瓷和碳化物。

圖2示出了簡單的示例性實(shí)施方式。鉆柱部段20具有中央孔眼22。中央孔眼22從鉆柱部段的套接端部20A延伸穿過鉆柱部段至鉆柱部段的銷接端部20B。流管24延伸穿過鉆柱部段。流管使所有的孔眼或一些孔眼22排成一行。鉆柱部段20構(gòu)造成使得在流管24與鉆柱部段的內(nèi)壁之間具有間隙。該間隙形成環(huán)繞流管的環(huán)狀室21。電子裝置組件25被接納在室21中。流管24穿過電子裝置組件25中的孔23。

在示例性實(shí)施方式中，鉆柱部段20的一個端部——在圖示的實(shí)施方式中的套接端部20A——以可移除的方式聯(lián)接至鉆柱部段20的其余部分。移除鉆柱部段的所述端部提供了至電子裝置組件25的入口。

在所示實(shí)施方式中，鉆柱部段20的套接端部20A設(shè)置在柱塞27上，柱塞27能夠以可移除的方式插入到鉆柱部段20的鉆孔部分20C中。柱塞27上的螺紋26A與鉆柱部段內(nèi)部的螺紋26B接合，使得柱塞可以在鉆柱部段20的端部處被擰緊到位。

電子裝置組件25可以首先被接納在孔眼20C中并且然后在柱塞已經(jīng)擰緊到位之后通過柱塞保持到位。電子裝置組件25的軸向尺寸可以選擇成使得電子裝置組件25在柱塞27完全接合時緊密地保持和/或壓縮在柱塞27和鉆孔腔20C的相反端上的表面20D之間。

可以設(shè)置O形圈或其他密封件29以防止鉆井流體經(jīng)過柱塞27進(jìn)入。

流管24通過在柱塞27以及在鉆柱部段20的另一端部(例如，銷接端部20B)中的O形圈或其他密封件32被密封到位。密封件29和密封件32防止鉆井流體進(jìn)入定位有電子裝置組件25的室21中。

柱塞27外側(cè)的螺紋可以例如包括愛克姆螺紋。在圖示的實(shí)施方式中，柱塞27的承靠電子裝置組件的一個端部的內(nèi)表面具有大的表面積。這允許在柱塞27與電子裝置組件25之間形成高的摩擦力以防止柱塞27在已經(jīng)安裝好之后旋轉(zhuǎn)。電子裝置組件25在柱塞27與定位有電子裝置組件25的孔眼20C的另一端部20A之間的壓縮確保了電子裝置組件的可重復(fù)的軸向放置并且避免或減小了電子裝置組件在鉆柱部段的腔內(nèi)的振動。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置組件鍵接至接納電子裝置組件的室中，使得電子裝置組件的旋轉(zhuǎn)取向相對于鉆柱部段20保持固定。例如，鍵接可以通過一個或更多個銷、鍵槽、鍵或其他接合裝置特征提供，從而使電子裝置組件25在其已經(jīng)被安裝之后保持在固定取向或角度取向，并且使得電子裝置組件25能夠僅沿一個旋轉(zhuǎn)取向插入。

該構(gòu)造的一個優(yōu)點(diǎn)在于鉆柱部段20的容納電子裝置組件25的部分可以以抗壓的方式密封，使得電子裝置組件25本身不需要其自身以具有額定壓力的方式構(gòu)造。

在一些替代性實(shí)施方式中，接納有電子裝置組件的室具有一個或更多個平的側(cè)部或另外地為非圓形部，并且電子裝置組件25具有以非旋轉(zhuǎn)的方式接合在室中的形狀。

在圖示的實(shí)施方式中，鉆柱部段20包括用于EM遙測技術(shù)的間隙部段。在該實(shí)施方式中，鉆柱部段20的密封流管24的部分位于間隙的每一側(cè)并且彼此電絕緣。在這樣的實(shí)施方式中，流管24不會形成跨過間隙的電短路。這可以通過下述方式中的一者或更多者來實(shí)現(xiàn)：

·由電絕緣材料制造流管24；

·由電絕緣材料制造流管24的部段；

·在流管24與鉆柱部段20的密封流管24的部分中的至少一個部分之間提供電絕緣材料層。

在所描繪的實(shí)施方式中，流管24包括電絕緣部分24A。電絕緣部分24A防止流管24短路由間隙部段提供的間隙35。流管的電絕緣的部分可以包括例如適合的塑料(例如，30％玻璃填充的PEEK(聚醚醚酮))、陶瓷和/或適合的復(fù)合材料。

在一些實(shí)施方式中，鉆柱部段20的壁至少在其圍繞鉆孔部分20C的部分中被制成為相對較薄。所述壁可以制造得足夠薄，使得在缺少內(nèi)部支承的情況下在井下時作用在鉆柱部段外側(cè)上的壓力使壁向內(nèi)變形或移動。在這樣的實(shí)施方式中，電子裝置組件25可以在壁的內(nèi)側(cè)提供支承，以防止壁在井下經(jīng)受壓力下坍縮。在一些井中，井下壓力可以等于或超過3000磅每平方英寸(約21兆帕)。

例如，電子裝置組件25可以包括殼體或承載件25A，殼體或承載件25A可以由剛性材料比如適合的擠出材料(例如，塑料或金屬)制成。承載件25A可以包括本體，該本體在電子裝置組件25被接納在鉆孔部分20C中時抵靠部段20的壁緊密地配合。在一些實(shí)施方式中，本體包括擠出形狀。電子裝置承載件可以轉(zhuǎn)動配合到安置其的孔眼20C中。

在部段20C中提供薄壁增大了內(nèi)部可用于容納電子裝置的體積。電子裝置組件25的接觸柱塞27的部分的材料可以為非卡滯性(non-galling)材料和/或不同于柱塞27的材料以減小或避免柱塞與電子裝置組件之間的卡滯的可能性。例如，板25可以由鈹銅合金制成。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置承載件包括支承結(jié)構(gòu)，支承結(jié)構(gòu)構(gòu)造成支承多個獨(dú)立的電子裝置模塊40。圖5和圖6示出了這種承載件的示例。支承結(jié)構(gòu)可以將電子裝置模塊保持到位并且可以提供用于使電子裝置模塊電互連的機(jī)構(gòu)。在圖示的實(shí)施方式中，支承結(jié)構(gòu)包括板25B、電子裝置承載件25A和互連構(gòu)件25C。電子裝置模塊40至板25B的附接將電子裝置模塊40保持在期望的相對位置和取向中并且便于將電子裝置模塊40一體地取回。板25B將每個電子裝置模塊40保持在期望取向中?；ミB構(gòu)件25C提供模塊之間的針對電力和/或數(shù)據(jù)的電互連。在圖示的實(shí)施方式中，電子裝置模塊40的截面為圓形。這是方便的但不是強(qiáng)制性的。模塊40可以具有其他形狀比如矩形、橢圓形、六邊形、類似環(huán)形扇面的形狀等。

在一些實(shí)施方式中，電子裝置組件25包括用于連接至外部部件的電接觸件。例如，電接觸件可以包括第一接觸件和第二接觸件，所述第一接觸件和第二接觸件連接至電子裝置組件中的EM遙測信號發(fā)生器的輸出端。在一些實(shí)施方式中，一個接觸件被定位成接合柱塞27并且第二接觸件被定位成接合在電子裝置組件25的相反端部上的導(dǎo)電體。例如，第二接觸件可以與穿過間隙以接觸銷接端部20B的導(dǎo)電體電連接。在圖2中所示的實(shí)施方式中，該接觸件可以通過螺栓或從室21延伸穿過電絕緣套筒以提供與間隙的遠(yuǎn)離室21一側(cè)的銷接端部20B的電連接的其他導(dǎo)電體28而提供。

在一些替代性實(shí)施方式中，電子裝置組件25為U形或C形以允許流管24經(jīng)過電子裝置組件25。在另一些實(shí)施方式中，電子裝置組件25由能夠圍繞流管24封裝的多個可分開的區(qū)段組成。例如，區(qū)段的截面可以是弧形的。

圖5和圖6示出了包括板25B的組件，板25B附接至多個電子裝置模塊40。

可以提供不同的電子裝置模塊40。例如，一些模塊可以包括不同種類的井下傳感器。一些模塊可以包括電池。一些模塊可以包括控制系統(tǒng)。一些模塊可以包括遙測系統(tǒng)。一些模塊可以包括上述這些的組合。不同的模塊40可以根據(jù)需要配裝到承載件25A中的不同隔室42中。

在圖示的實(shí)施方式中，電子裝置隔室42和電子裝置模塊40的截面都是圓形的。圓的橫截面有利于成本有效地制造，但不是強(qiáng)制性的。

在一些實(shí)施方式中，每個電子裝置模塊40具有電連接器41A，并且互連構(gòu)件25C包括互連板44和與連接器41A相對應(yīng)并且構(gòu)造成與連接器41A相配合的互連的電連接器41B。電連接器41A、41B中的每一者可以包括多個引腳。例如，可以使用MDM連接器。這種構(gòu)造允許通過將適合的電子裝置模塊40插入到可用的隔間42中直到每個模塊40上的連接器接合互連板44上相應(yīng)的連接器為止來組裝電子裝置組件。這可以提供相對簡單的組裝以及整體更結(jié)實(shí)的電子裝置組件25。隔室42可以被設(shè)計(jì)成僅允許單向加載模塊并且保持每個電子裝置模塊40相對于電子裝置承載件25的期望取向。

圖7示出了電子裝置承載件，電子裝置承載件包括具有用于運(yùn)送通過流通道(在該圖中未示出)的鉆井流體流的中央孔52的本體。中央孔環(huán)繞有多個孔眼54，所述多個孔眼54各自提供用于接納對應(yīng)的電子裝置模塊40的隔室42。每個電子裝置模塊40在其一個端部上具有電連接器41A。模塊40可以插入對應(yīng)的隔室42中直到電連接器41A與互連板44中的對應(yīng)連接器41B接合為止。

安裝板25B安裝至電子裝置承載件的相反端部。在一些實(shí)施方式中，所有的電子裝置模塊安裝至板25B并且然后一起滑入本體50中直到電子裝置模塊上的電連接器與互連板44上的電連接器配合為止。然后，整個電子裝置組件可以插入到鉆柱部段20的腔20C中。流管可以在安裝電子裝置組件之前或之后被安裝。

定位銷可以設(shè)置在電子裝置承載件上，使得定位銷可以僅沿一個取向完全插入鉆柱部段中。在一些實(shí)施方式中，定位銷相對于鉆柱部段20的高側(cè)定位。例如，鉆柱部段20的外側(cè)表面上可以設(shè)置有標(biāo)記55(參見圖8)，標(biāo)記55可以在鉆柱部段已經(jīng)結(jié)合成鉆柱之后與泥漿馬達(dá)或彎接頭上的彎曲部的高側(cè)對準(zhǔn)。該標(biāo)記可以位于能夠相對于定位銷固定的位置中。

鉆井流體在軸向上流動穿過電子裝置承載件的一個優(yōu)點(diǎn)在于這樣的電子裝置承載件比坐置在鉆井流體流內(nèi)的類型的電子裝置承載件受鉆井流體中的碎屑和/或LCM的影響更小。本文所述類型的電子裝置承載件可以沿著鉆柱安置在任何地方。例如，這樣的電子裝置承載件可以安置在：BHA上方、BHA內(nèi)、馬達(dá)與鉆頭之間。

在一些實(shí)施方式中，如本文所述的電子裝置承載件設(shè)置在短節(jié)中，該短節(jié)配備有構(gòu)造成允許電子裝置承載件相對于短節(jié)的一個端部或兩個端部上的聯(lián)接件旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。例如，這個功能可以被應(yīng)用于將電子裝置組件中的某些傳感器的軸線與鉆柱中的彎曲部分的高側(cè)對準(zhǔn)。

圖9示出了容納電子裝置組件25的示例性短節(jié)60。通孔22在短節(jié)60的相反端部20A、20B上的聯(lián)接件之間延伸。短節(jié)60具有鎖定旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)62A和鎖定旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)62B，鎖定旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)62A和鎖定旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)62B分別允許短節(jié)60的端部20A和端部20B相對于電子裝置組件25旋轉(zhuǎn)。短節(jié)60的一些實(shí)施方式僅具有機(jī)構(gòu)62A和機(jī)構(gòu)62B中的一者。

機(jī)構(gòu)62A和機(jī)構(gòu)62B可以例如包括旋轉(zhuǎn)接頭，該旋轉(zhuǎn)接頭可以通過使用銷、螺栓、鎖定套環(huán)、能夠軸向地滑動以接合機(jī)構(gòu)的相反側(cè)的齒的齒形套環(huán)等以期望的旋轉(zhuǎn)角度定位。在PCT專利公開第WO 2014/094161中公開了一種可行的機(jī)構(gòu)62A和/或62B。

在另一些實(shí)施方式中，如本文所述的電子裝置承載件設(shè)置在鉆柱的彎曲部分的隔室中并且因此可以具有相對于彎曲部分的高側(cè)的固定取向。例如，短節(jié)60可以設(shè)置在這種鉆柱中。這種短節(jié)(例如短節(jié)60)可以是長度上緊湊的，其長度不超過兩英尺(約60cm)并且不包括突出銷連接件——如果存在的話——的長度。

圖10是根據(jù)示例性實(shí)施方式的彎曲鉆柱70的底部部分的放大圖。鉆柱70包括泥漿馬達(dá)71，泥漿馬達(dá)71具有聯(lián)接以驅(qū)動鉆頭72的旋轉(zhuǎn)輸出心軸71A。短節(jié)73在心軸71A與鉆頭72之間聯(lián)接到鉆柱中。在圖示的實(shí)施方式中，短節(jié)73在其井上端部處直接聯(lián)接至心軸71A并且在其井下端部處直接聯(lián)接至鉆頭72。

鉆柱70還包括與鉆頭72間隔開距離D的彎曲部76。鉆柱70的鉆探方向可以通過使鉆柱70旋轉(zhuǎn)而改變。由于鉆柱70具有彎曲部76，因此所述旋轉(zhuǎn)改變了鉆頭72應(yīng)對的其正在鉆進(jìn)的地層的角度。

通過制造如上所述非常短的短節(jié)73，與鉆頭72直接聯(lián)接至泥漿馬達(dá)71的心軸71A相比，將短節(jié)73添加到鉆柱中使彎曲部76與鉆頭72之間的距離增大了至多兩英尺(約60cm)。由于增大的D趨向于減小控制鉆頭70的容易性并且還增大了鉆頭能夠改變由鉆柱70鉆出的孔的方向而經(jīng)過的最小轉(zhuǎn)動半徑，因此通過使用短的短節(jié)73保持距離D較小有助于提升鉆柱的控制。此外，保持距離D較小有助于更快且更有效地鉆探井眼的直線部段。

具有彎曲部的鉆柱可以用于通過在鉆頭轉(zhuǎn)動時使鉆柱連續(xù)旋轉(zhuǎn)來鉆探井眼的直線部段。在距離D相對較大的情況下，井眼的直線部段的直徑將相對較大并且因此鉆探將相對較慢且效率較低。保持距離D相對較小還可以有利地減小鉆柱相對于井眼的壁的阻力。這些優(yōu)點(diǎn)可以與減少鉆頭72上的磨損相結(jié)合。此外，保持短的彎曲部到鉆頭的距離D允許使用彎曲部76具有適當(dāng)大的角度(例如，高達(dá)4°)的鉆柱。在一些實(shí)施方式中，彎曲部在7°至4°的范圍內(nèi)，然而可以設(shè)置更小的彎曲角度。如果彎曲部到鉆頭的距離D明顯地增大，則需要減小彎曲部76的角度。這進(jìn)而將需要使用較不常見的專用鉆探裝備(例如，固定彎曲部的馬達(dá))。提供短的短節(jié)73(在此，與本公開中的短節(jié)相關(guān)的“短”指的是將短節(jié)引入到鉆柱中使鉆柱的長度增加了不超過2英尺(約60cm))方便以上所述的情況。有時，使用具有固定的鉆頭至彎曲部的殼體(而不是更常見的可調(diào)節(jié)彎曲部殼體)的泥漿馬達(dá)來減小鉆頭到彎曲部的距離D。固定的鉆頭至彎曲部的殼體可以與本文描述的短的短節(jié)一起使用以在提供短節(jié)70的MWD能力的同時進(jìn)一步減小距離D。

在一些實(shí)施方式中，短節(jié)73可以包括基本上如上面參照圖2所述的短的鉆柱部段20。便于使鉆柱部段20變短的一個特征在于電子裝置可以圍繞孔眼22封裝。在圖示的實(shí)施方式中，電子裝置組件25的截面是環(huán)形的。此外，在鉆柱部段20的封裝有電子裝置的區(qū)域中，鉆柱部段20的壁制造得較薄，由此增大用于容納電子裝置組件的可用體積。電子裝置組件構(gòu)造成對鉆柱部段20的壁提供機(jī)械支承，由此形成了鉆柱部段20的壁可以承受由井下壓力施加在其上的力的結(jié)構(gòu)。在圖示的實(shí)施方式中，電子裝置組件25具有截面為圓形的外表面并且與環(huán)繞電子裝置組件25的部段20C的壁完全接觸。在一些實(shí)施方式中，鉆柱部段20的直徑略大于心軸71A的直徑。

便于使鉆柱部段20變短的另一個特征在于鉆柱部段20可以不包括用于重新切割在相反端部20A、20B上的聯(lián)接件的任何顯著公差。在一些實(shí)施方式中，這樣的聯(lián)接件中的一個或兩個制造成可更換的使得如果聯(lián)接件在使用中損壞，則可以在不影響短節(jié)的功能的情況下更換聯(lián)接件(與使用具有額外長度的短節(jié)使得聯(lián)接件可以被再加工(導(dǎo)致短節(jié)的長度損失)的情況相反)。通過使這樣的聯(lián)接件可更換，可以省去為將來重新切割聯(lián)接件而另外提供的長度。

有助于使鉆柱部段20變短的另一個特征是設(shè)置用于通過EM遙測技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)的裝置。數(shù)據(jù)可以通過使用電絕緣間隙由鉆柱部段20發(fā)送或接收，該電絕緣間隙使鉆柱部段20的連接至鉆柱的鉆頭或其他井下部件的部分與鉆柱的與鉆柱部段20聯(lián)接的泥漿馬達(dá)或其他井上部件電絕緣。在圖示的實(shí)施方式中，提供了延伸到鉆柱部段20的銷接端部中的間隙35并且因此間隙35非常緊湊。

盡管上面已經(jīng)討論了多個示例性方面和實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明的特定修改、排列、添加和其子組合。因此，意欲使文中所附權(quán)利要求和此后引入的權(quán)利要求被解釋為包括在權(quán)利要求的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這樣的修改、排列、添加及子組合。

術(shù)語的解釋

除非上下文另外明確地要求，否則在整個說明書和權(quán)利要求書中：

·“包括”、“包含”等要在包容性意義上來解釋，而不是在排他性意義或窮舉性意義上來解釋；也就是說，要從“包括，但不限于”的意義上來解釋。

·“連接”、“聯(lián)接”或其任何變型意為在兩個或更多個元件之間的任何直接的或間接的連接或聯(lián)接；在元件之間的聯(lián)接或連接可以是物理的、邏輯的或者其組合。

·“本文中”、“以上”、“以下”以及類似含義的措辭在被用于描述本說明書時應(yīng)指本說明書整體而不是本說明書的任何特定部分。

·與兩個或更多個項(xiàng)目的列表有關(guān)的“或”覆蓋該措辭的以下全部解釋：列表中的項(xiàng)目中的任意項(xiàng)、列表中的項(xiàng)目中的全部項(xiàng)以及列表中的項(xiàng)目的任意組合。

·單數(shù)形式“一”、“一種”以及“該”也包括任意適當(dāng)?shù)膹?fù)數(shù)形式的含義。

在本說明書中和任意所附權(quán)利要求書中(在存在的情況下)使用的指示方向的措辭如“豎向”、“橫向“、”水平”、“向上”、“向下”“向前”、“向后”、“向內(nèi)”、“向外”、“沿豎向”、“沿橫向“、“左”、“右”、“前”、“后”、“頂部”、“底部”“下方”、“上方”“下面”等取決于所描述和說明的裝置的具體取向。本文中所描述的主題可以采取多種替代性取向。相應(yīng)地，這些方向術(shù)語并未嚴(yán)格限定并且不應(yīng)做狹義解釋。

當(dāng)上面提及部件(例如，電路、模塊、組件、裝置、鉆柱部件、鉆機(jī)系統(tǒng)等)時，除非另有說明，否則對該部件的提及(包括對“裝置”的提及)應(yīng)被解釋為包括該部件的等同替代、執(zhí)行所描述的部件的功能的任意部件(即，功能性等同替代)，包括執(zhí)行本發(fā)明所例示的示例性實(shí)施方式中的功能的在結(jié)構(gòu)上不等同于所公開結(jié)構(gòu)的部件。

出于說明的目的已經(jīng)在本文中對系統(tǒng)、方法及裝置的特定示例進(jìn)行了描述。這些僅僅是示例。本文中提供的技術(shù)可以應(yīng)用于除了以上所描述的示例系統(tǒng)以外的系統(tǒng)。在本發(fā)明的實(shí)施范圍內(nèi)許多變更、修改、添加、省略及排列是可能的。本發(fā)明包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯的所描述的實(shí)施方式的變型，包括通過以下方式獲得的變型：用等同特征、元件和/或動作替換特征、元件和/或動作；混合和匹配不同實(shí)施方式的特征、元件和/或動作；將本文中所描述的實(shí)施方式的特征、元件和/或動作與其他技術(shù)的特征、元件和/或動作組合；以及/或者，省略所描述實(shí)施方式的組合特征、元件和/或動作。

因此，意欲使文中所附權(quán)利要求和此后引入的權(quán)利要求被解釋為包括可以合理地推斷出的所有這樣的修改、排列、添加、省略及子組合。權(quán)利要求書的范圍不應(yīng)局限于示例中闡述的優(yōu)選實(shí)施方式，而是應(yīng)該給予與作為整體的說明書相一致的最廣義的解釋。