CN106460497B - 井下电子装置承载件 - Google Patents

Abstract

一种钻柱部段，该钻柱部段接纳电子装置组件。流通道延伸穿过电子装置组件中的孔。流通道运送通过钻柱部段的钻井流体流。流通道被密封至钻柱部段的本体。电子装置组件不需要具有额定压力。

Description

井下电子装置承载件

技术领域

本申请涉及地下钻探，特别地涉及在钻探中使用的井下工具以及用于在井下环境中容纳和保护电子装置的物理结构。实施方式适用于开采烃类用钻井。

背景技术

从地下区域开采烃类通常涉及钻制井筒。

井筒是使用对钻柱进行驱动的定位于地面的钻探设备形成的，钻柱从地面设备最终延伸至感兴趣的地层或地下区域。钻柱可以在地面下方延伸数千英尺或数千米。钻柱的末端包括用于钻制井筒(或使井筒延伸)的钻头。通常呈钻井“泥浆”形式的钻井流体通常被泵送通过钻柱。钻井流体对钻头进行冷却和润滑并且还将钻屑运回至地面。钻井流体还可以用于帮助控制井底压力以阻止烃类从地层涌入井筒以及潜在地在地面处喷出。

井底组件(BHA)是赋予钻柱的末端处的设备的名称。除了钻头以外，BHA可以包括如下元件如：用于控制钻探方向的装置(例如，可控井下泥浆马达或旋转可控系统)；用于测量周围地质层的特性的传感器(例如，用于在测井中使用的传感器)；用于在钻探进行时测量井下状况的传感器；用于将数据遥测传送至地面的一个或更多个系统；稳定装置；加重钻铤；脉冲装置等。BHA通常通过一系列的金属管(钻杆)而前进至井筒中。

现代钻探系统可能在BHA中或其他井下位置处包括各种机械/电子装置系统中的任意机械/电子装置系统。这样的电子装置系统可以被封装为井下探头的一部分。井下探头可以包括井下进行操作的任何有源机械系统、电子装置系统和/或机电系统。探头可以提供众多功能中的任意功能，包括但不限于：数据获取；测量周围地质层的特性(例如，测井)；在钻探进行时测量井下状况；控制井下设备；监测井下设备的状态；定向钻探应用；随钻测量(MWD)应用；随钻测井(LWD)应用；测量井下流体的特性等。探头可以包括用于下述方面的一个或更多个系统：将数据遥测传送至地面；通过传感器(例如，用于测井的传感器)收集数据，所述传感器可以包括振动传感器、磁力计、倾斜计、加速度计、核粒子检测器、电磁检测器、声学检测器以及其他传感器中的一者或更多者；捕获图像；测量流体流量；确定方向；通过其他装置发出用于检测的信号、粒子或场；与其他井下设备接合；对井下流体进行采样等等。井下探头通常悬挂在钻柱的在钻头附近的孔中。一些井下探头是高度专业化的且昂贵的。

井下条件可能是恶劣的。探头可能经历高温；振动(包括轴向、横向和扭转振动)；冲击；浸泡在钻井流体中；高压(20,000p.s.i或在一些情况下更大)；钻井流体流经探头的湍流和脉动；流体引发的谐振；以及由可能致使探头侧向运动和/或扭转运动的滑动引起的扭转加速度事件。在使用中，这些条件会缩短井下探头的寿命并且可能增加井下探头失效的可能性。钻探时更换失效的井下探头可能涉及非常大的费用。

井下探头可以通过遥测技术将各种信息传送至地面。遥测信息对高效钻探操作可能是非常宝贵的。例如，钻机操作人员可以使用遥测信息来做出有关对钻头进行控制以及使钻头转向的决定，以基于包括法定边界、现有井的位置、地层特性、烃类容量和位置等众多因素来优化钻探速度和轨迹。操作人员可以基于在钻探过程期间从井下传感器收集到的并且通过遥测技术传送至地面的信息而在必要时做出与设计路径的有意偏离。从井下位置获得并且传送可靠数据的能力允许相对更经济并且更有效的钻探操作。

存在几种已知的遥测技术。这些遥测技术包括通过在钻孔中的流体中产生振动(例如，声学遥测技术或泥浆脉冲(MP)遥测技术)来传送信息以及通过至少部分地通过大地传播电磁信号的方式来传送信息(EM遥测技术)。其他遥测技术系统使用硬接线的钻杆、光纤线缆或钻铤声学遥测来将数据传送至地面。

EM遥测技术相对于MP遥测技术的优点通常包括更快的波特率、由于没有移动井下部件而增大的可靠性、对堵漏材料(LCM)使用的高抗性以及对空气/欠平衡钻探的适用性。EM系统可以在没有连续流体柱的情况下传送数据；因此，EM系统在不存在流动的钻井流体时是有用的。这在钻探人员正在添加钻杆的新部段时是有利的，因为EM信号能够在钻探人员正在添加新钻杆的同时传送信息(例如，方向信息)。EM遥测技术的缺点包括较低的深度能力、与一些地层(例如，高盐地层和相反的高电阻率地层)的不兼容性、以及由于接受较旧的已有方法而存在的一些市场阻力。此外，由于EM传送在长距离穿过地层中强烈地衰减，则需要相对较大的功率使得信号能够在地面处被检测到。可用于产生EM信号的电力可以通过电池或具有有限容量的另一个电源来提供。

电磁遥测技术的常规设置使用钻柱的多个部分作为天线。通过在钻柱中包括绝缘接头或连接器(“间隙短节”)，钻柱可以被分成两个导电部段。间隙短节通常安置在井底组件的顶部处使得位于BHA上方的钻柱中的金属钻杆用作一个天线元件，而位于BHA中的金属部段用作另一个天线元件。然后能够通过在两个天线元件之间应用电信号来传送电磁遥测信号。信号通常包括以对信息进行编码以便传送至地面的方式应用的非常低频的AC信号。(高频信号比低频信号衰减更快)。电磁信号可以例如通过测量延伸进入地下的钻柱或金属套管与一个或更多个接地棒之间的电位差而在地面处被检测到。

仍存在对用于提供井下电子装置系统的实用的、方便的及可靠的装置的需要。

本发明的其他方面和示例性实施方式的特征在附图中示出并且/或者在下面的说明中被描述。

发明内容

结合意在示例性的和说明性的而非限制范围的系统、工具和方法来描述和说明以下实施方式和方面。在各种实施方式中，已经减少或消除了上述问题中的一个或更多个问题，而一些实施方式涉及其他改进。

本发明的一个方面提供了一种井下电子装置系统，该井下电子装置系统包括壳体、钻井流体流管以及电子装置组件，其中，该壳体限定有腔并且具有用于以可移除的方式联接至钻柱的套接端部及销接端部，该钻井流体流管延伸穿过腔，并且该电子装置组件以可移除的方式配装到腔中。电子装置组件限定有孔，所述孔定位成使得钻井流体流管穿过所述孔。电子装置组件包括支承结构，该支承结构定位在孔与壳体的内壁之间，并且电子部件由支承结构支承。

在一些实施方式中，电子部件由支承结构弹性地支承在腔内。

在一些实施方式中，电子装置组件包括多个电子装置模块，所述多个电子装置模块各自由支承结构支承。

在一些实施方式中，系统包括在腔中的互连板。电子装置模块中的每个电子装置模块联接至互连板上的对应连接器，并且系统包括在多个电子装置模块之间的电互连件。

在一些实施方式中，电子装置组件包括安装板，并且电子装置模块中的每个电子装置模块附接至安装板使得安装板和电子装置模块能够一体地从腔移除。

在一些实施方式中，电子装置模块各自包括连接至安装板的壳体以及安装在壳体的远离壳体板的端部上的连接器。

在一些实施方式中，安装板呈环状并且流管延伸穿过安装板中的中央开口。

在一些实施方式中，所述电子装置模块中的不同电子装置模块包含提供与多个模块中的其他模块不同的功能的不同的电子电路。

在一些实施方式中，电子装置模块包括圆形截面。

在一些实施方式中，电子装置模块包括具有小面的外表面。

在一些实施方式中，电子装置模块包括多边形截面。

在一些实施方式中，承载件是筒形的。

在一些实施方式中，电子装置组件被键接至腔中以固定电子装置组件相对于钻柱的其余部分的旋转取向。

在一些实施方式中，套接端部构造成接纳柱塞以接合电子装置组件，从而减小电子装置组件在腔内的振动。

在一些实施方式中，钻井流体流管的外侧被密封以防止钻井流体进入腔中。

在一些实施方式中，腔以抗压的方式密封。

在一些实施方式中，支承结构的截面为U形、C形、弧形或圆形。

在一些实施方式中，电子装置组件包括EM遥测发射器和EM遥测接收器中的至少一者。

在一些实施方式中，钻井流体流管与在钻柱的间隙部段中的间隙部段流管流体连通，间隙部段包括下述间隙：该间隙在钻柱的从间隙向井上的部分与从间隙向井下的部分之间提供电隔离。间隙流管被密封至钻柱的在间隙的每一侧的部分。

在一些实施方式中，间隙部段流管是电绝缘的。

在一些实施方式中，系统包括在间隙部段流管与钻柱之间的电绝缘材料层。

在一些实施方式中，间隙部段流管由陶瓷材料或塑料材料制成。

在一些实施方式中，孔与壳体的外表面同轴。

在一些实施方式中，系统包括一个或更多个定位销，所述一个或更多个定位销布置成使电子装置组件在腔内对准，以具有预定的旋转对准。

在一些实施方式中，承载件的长度不超过60cm。

在一些实施方式中，壳体的邻接腔的壁足够薄，使得壁两侧的6000psi(约42兆帕)或更小的压力差足以在不存在电子装置组件的情况下使壁扭曲，其中，电子装置组件构造成在所述电子装置组件接纳在室中时对壁提供机械支承。

本发明的另一方面提供了一种套件，该套件包括根据本文中所描述的任何实施方式的井下电子装置系统以及用于插入支承结构中的多个不同的电子装置模块。

除了以上描述的示例性方面和实施方式以外，另一些方面和实施方式将通过参照附图和通过研究以下详细描述而变得明显。

附图说明

附图示出本发明的非限制性示例性实施方式。

图1是钻探操作的示意图。

图2是钻柱部段的截面图，其中，该钻柱部段包括穿过电子装置组件中的孔的流通道。

图3是示出了定向成待被导入到钻柱部段中的电子装置组件和柱塞的分解图。

图4是示出了包括流管和示例性间隙组件的钻柱部段的部件的分解图。

图5是包括承载多个电子装置模块的安装板的组件的立体图。

图6是从设置有电连接器的端部观察的图5的组件的立体图。

图7是根据示例性实施方式的装置的分解图。

图8是包括高侧标记的短节的图示。

图9是具有用于使电子装置组件相对于联接件旋转的机构的短节的示意图。

图10是根据示例性实施方式的钻柱的底部部分的截面图。

具体实施方式

贯穿以下说明，对具体细节进行阐明以为本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，公知的元件可能没有被示出或进行详细地描述以避免不必要地使本公开内容不清楚。本技术的示例的以下说明不趋于是详尽的或将系统限制成任何示例性实施方式的确切形式。因此，要在说明性的意义上而不是在限制性的意义上来看待说明书和附图。

图1示意性地示出示例性钻探操作。钻机10驱动钻柱12，该钻柱12包括延伸至钻头14的钻杆的部段。图示的钻机10包括用于支承钻柱的井架10A、钻台10B和绞车10C。钻头14的直径大于钻头上方的钻柱的直径。环绕钻柱的环形区域15通常填充有钻井流体。钻井流体泵送通过钻柱中的孔眼到达钻头并且携带由钻探操作产生的钻屑通过环形区域15返回至地面。在钻制井时，可以在井筒中制成套管16。在套管的顶端部处支承有防喷器17。图1中所示的钻机仅为示例。本文中所描述的方法和装置不特定于任何特定类型的钻头。

本发明的一个方面提供了一种井下电子装置组件，该井下电子装置组件具有穿过井下电子装置组件的中央孔，使得钻井流体的流可以引导通过具有额定压力的中央通道(中央通道可以穿过中心孔)。电子装置组件可以具有环状构型。电子装置可以围绕通道定位。通道可以被限定在流套筒中，该流套筒运送钻井流体通过电子装置组件中的中央孔。流套筒可以由具有高耐腐蚀和/或耐磨的材料制成。适于流通道的材料可以包括耐腐蚀金属、陶瓷和碳化物。

图2示出了简单的示例性实施方式。钻柱部段具有中央孔眼22。中央孔眼22从钻柱部段的套接端部20A延伸穿过钻柱部段至钻柱部段的销接端部20B。流管24延伸穿过钻柱部段。流管使所有的孔眼或一些孔眼22排成一行。钻柱部段构造成使得在流管24与钻柱部段的内壁之间具有间隙。该间隙形成环绕流管的环状室21。电子装置组件25被接纳在室21中。流管24穿过电子装置组件25中的孔23。

在示例性实施方式中，钻柱部段的一个端部——在图示的实施方式中的套接端部20A——以可移除的方式联接至钻柱部段的其余部分。移除钻柱部段的所述端部提供了至电子装置组件25的入口。

在所示实施方式中，钻柱部段的套接端部20A设置在柱塞27上，柱塞27能够以可移除的方式插入到钻柱部段的钻孔腔20C中。柱塞27上的螺纹与钻柱部段内部的螺纹接合，使得柱塞可以在钻柱部段的端部处被拧紧到位。

电子装置组件25可以首先被接纳在钻孔腔20C中并且然后在柱塞已经拧紧到位之后通过柱塞保持到位。电子装置组件25的轴向尺寸可以选择成使得电子装置组件25在柱塞27完全接合时紧密地保持和/或压缩在柱塞27和钻孔腔20C的相反端上的表面之间。

可以设置O形圈或其他密封件29以防止钻井流体经过柱塞27进入。

流管24通过在柱塞27以及在钻柱部段的另一端部(例如，销接端部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防止钻井流体进入定位有电子装置组件25的室21中。

柱塞27外侧的螺纹可以例如包括爱克姆螺纹。在图示的实施方式中，柱塞27的承靠电子装置组件的一个端部的内表面具有大的表面积。这允许在柱塞27与电子装置组件25之间形成高的摩擦力以防止柱塞27在已经安装好之后旋转。电子装置组件25在柱塞27与定位有电子装置组件25的钻孔腔20C的另一端部20B之间的压缩确保了电子装置组件的可重复的轴向放置并且避免或减小了电子装置组件在钻柱部段的腔内的振动。

在一些实施方式中，电子装置组件键接至接纳电子装置组件的室中，使得电子装置组件的旋转取向相对于钻柱部段保持固定。例如，键接可以通过一个或更多个销、键槽、键或其他接合装置特征提供，从而使电子装置组件25在其已经被安装之后保持在固定取向或角度取向，并且使得电子装置组件25能够仅沿一个旋转取向插入。

该构造的一个优点在于钻柱部段的容纳电子装置组件25的部分可以以抗压的方式密封，使得电子装置组件25本身不需要其自身以具有额定压力的方式构造。

在一些替代性实施方式中，接纳有电子装置组件的室具有一个或更多个平的侧部或另外地为非圆形部，并且电子装置组件25具有以非旋转的方式接合在室中的形状。

在图示的实施方式中，钻柱部段包括用于EM遥测技术的间隙部段。在该实施方式中，钻柱部段的密封流管24的部分位于间隙的每一侧并且彼此电绝缘。在这样的实施方式中，流管24不会形成跨过间隙的电短路。这可以通过下述方式中的一者或更多者来实现：·由电绝缘材料制造流管24；

·由电绝缘材料制造流管24的部段；

·在流管24与钻柱部段的密封流管24的部分中的至少一个部分之间提供电绝缘材料层。

在所描绘的实施方式中，流管24包括电绝缘部分24A。电绝缘部分24A防止流管24短路由间隙部段提供的间隙35。流管的电绝缘的部分可以包括例如适合的塑料(例如，30％玻璃填充的PEEK(聚醚醚酮))、陶瓷和/或适合的复合材料。

在一些实施方式中，钻柱部段的壁至少在其围绕钻孔腔20C的部分中被制成为相对较薄。所述壁可以制造得足够薄，使得在缺少内部支承的情况下在井下时作用在钻柱部段外侧上的压力使壁向内变形或移动。在这样的实施方式中，电子装置组件25可以在壁的内侧提供支承，以防止壁在井下经受压力下坍缩。在一些井中，井下压力可以等于或超过3000磅每平方英寸(约21兆帕)。

例如，电子装置组件25可以包括壳体或承载件25A，壳体或承载件25A可以由刚性材料比如适合的挤出材料(例如，塑料或金属)制成。承载件25A可以包括本体，该本体在电子装置组件25被接纳在钻孔腔20C中时抵靠部段的壁紧密地配合。在一些实施方式中，本体包括挤出形状。电子装置承载件可以转动配合到安置其的钻孔腔20C中。

在钻孔腔20C中提供薄壁增大了内部可用于容纳电子装置的体积。电子装置组件25的接触柱塞27的部分的材料可以为非卡滞性(non-galling)材料和/或不同于柱塞27的材料以减小或避免柱塞与电子装置组件之间的卡滞的可能性。例如，电子装置组件25可以由铍铜合金制成。

在一些实施方式中，电子装置承载件包括支承结构，支承结构构造成支承多个独立的电子装置模块40。图5和图6示出了这种承载件的示例。支承结构可以将电子装置模块保持到位并且可以提供用于使电子装置模块电互连的机构。在图示的实施方式中，支承结构包括板25B、电子装置承载件25A和互连构件25C。电子装置模块40至板25B的附接将电子装置模块40保持在期望的相对位置和取向中并且便于将电子装置模块40一体地取回。板25B将每个电子装置模块40保持在期望取向中。互连构件25C提供模块之间的针对电力和/或数据的电互连。在图示的实施方式中，电子装置模块40的截面为圆形。这是方便的但不是强制性的。模块40可以具有其他形状比如矩形、椭圆形、六边形、类似环形扇面的形状等。

在一些实施方式中，电子装置组件25包括用于连接至外部部件的电接触件。例如，电接触件可以包括第一接触件和第二接触件，所述第一接触件和第二接触件连接至电子装置组件中的EM遥测信号发生器的输出端。在一些实施方式中，一个接触件被定位成接合柱塞27并且第二接触件被定位成接合在电子装置组件25的相反端部上的导电体。例如，第二接触件可以与穿过间隙以接触销接端部20B的导电体电连接。在图2中所示的实施方式中，该接触件可以通过螺栓或从室21延伸穿过电绝缘套筒以提供与间隙的远离室21一侧的销接端部20B的电连接的其他导电体28而提供。

在一些替代性实施方式中，电子装置组件25为U形或C形以允许流管24经过电子装置组件25。在另一些实施方式中，电子装置组件25由能够围绕流管24封装的多个可分开的区段组成。例如，区段的截面可以是弧形的。

图5和图6示出了包括板25B的组件，板25B附接至多个电子装置模块40。

可以提供不同的电子装置模块40。例如，一些模块可以包括不同种类的井下传感器。一些模块可以包括电池。一些模块可以包括控制系统。一些模块可以包括遥测系统。一些模块可以包括上述这些的组合。不同的模块40可以根据需要配装到承载件25A中的不同隔室42中。

在图示的实施方式中，电子装置隔室42和电子装置模块40的截面都是圆形的。圆的横截面有利于成本有效地制造，但不是强制性的。

在一些实施方式中，每个电子装置模块40具有电连接器41A，并且互连构件25C包括互连板44和与连接器41A相对应并且构造成与连接器41A相配合的互连的电连接器41B。电连接器41A、41B中的每一者可以包括多个引脚。例如，可以使用MDM连接器。这种构造允许通过将适合的电子装置模块40插入到可用的隔室42中直到每个模块40上的连接器接合互连板44上相应的连接器为止来组装电子装置组件。这可以提供相对简单的组装以及整体更结实的电子装置组件25。隔室42可以被设计成仅允许单向加载模块并且保持每个电子装置模块40相对于电子装置组件25的期望取向。

图7示出了电子装置承载件，电子装置承载件包括具有用于运送通过流通道(在该图中未示出)的钻井流体流的中央孔52的本体。中央孔环绕有多个孔眼，所述多个孔眼各自提供用于接纳对应的电子装置模块40的隔室42。每个电子装置模块40在其一个端部上具有电连接器41A。模块40可以插入对应的隔室42中直到电连接器41A与互连板44中的对应连接器41B接合为止。

板25B安装至电子装置承载件的相反端部。在一些实施方式中，所有的电子装置模块安装至板25B并且然后一起滑入本体50中直到电子装置模块上的电连接器与互连板44上的电连接器配合为止。然后，整个电子装置组件可以插入到钻柱部段的钻孔腔20C中。流管可以在安装电子装置组件之前或之后被安装。

定位销可以设置在电子装置承载件上，使得定位销可以仅沿一个取向完全插入钻柱部段中。在一些实施方式中，定位销相对于钻柱部段的高侧定位。例如，钻柱部段的外侧表面上可以设置有标记55(参见图8)，标记55可以在钻柱部段已经结合成钻柱之后与泥浆马达或弯接头上的弯曲部的高侧对准。该标记可以位于能够相对于定位销固定的位置中。

钻井流体在轴向上流动穿过电子装置承载件的一个优点在于这样的电子装置承载件比坐置在钻井流体流内的类型的电子装置承载件受钻井流体中的碎屑和/或LCM的影响更小。本文所述类型的电子装置承载件可以沿着钻柱安置在任何地方。例如，这样的电子装置承载件可以安置在：BHA上方、BHA内、马达与钻头之间。

在一些实施方式中，如本文所述的电子装置承载件设置在短节中，该短节配备有构造成允许电子装置承载件相对于短节的一个端部或两个端部上的联接件旋转的机构。例如，这个功能可以被应用于将电子装置组件中的某些传感器的轴线与钻柱中的弯曲部分的高侧对准。

图9示出了容纳电子装置组件25的示例性短节60。孔眼22在短节60的相反端部20A、20B上的联接件之间延伸。短节60具有锁定旋转机构62A和锁定旋转机构62B，锁定旋转机构62A和锁定旋转机构62B分别允许短节60的端部20A和端部20B相对于电子装置组件25旋转。短节60的一些实施方式仅具有机构62A和机构62B中的一者。

机构62A和机构62B可以例如包括旋转接头，该旋转接头可以通过使用销、螺栓、锁定套环、能够轴向地滑动以接合机构的相反侧的齿的齿形套环等以期望的旋转角度定位。在PCT专利公开第WO 2014/094161中公开了一种可行的机构62A和/或62B。

在另一些实施方式中，如本文所述的电子装置承载件设置在钻柱的弯曲部分的隔室中并且因此可以具有相对于弯曲部分的高侧的固定取向。例如，短节60可以设置在这种钻柱中。这种短节(例如短节60)可以是长度上紧凑的，其长度不超过两英尺(约60cm)并且不包括突出销连接件——如果存在的话——的长度。

图10是根据示例性实施方式的弯曲钻柱70的底部部分的放大图。钻柱70包括泥浆马达71，泥浆马达71具有联接以驱动钻头72的旋转输出心轴71A。短节73在心轴71A与钻头72之间联接到钻柱中。在图示的实施方式中，短节73在其井上端部处直接联接至心轴71A并且在其井下端部处直接联接至钻头72。

钻柱70还包括与钻头72间隔开距离D的弯曲部76。钻柱70的钻探方向可以通过使钻柱70旋转而改变。由于钻柱70具有弯曲部76，因此所述旋转改变了钻头72应对的其正在钻进的地层的角度。

通过制造如上所述非常短的短节73，与钻头72直接联接至泥浆马达71的心轴71A相比，将短节73添加到钻柱中使弯曲部76与钻头72之间的距离增大了至多两英尺(约60cm)。由于增大的D趋向于减小控制钻头72的容易性并且还增大了钻头能够改变由钻柱70钻出的孔的方向而经过的最小转动半径，因此通过使用短的短节73保持距离D较小有助于提升钻柱的控制。此外，保持距离D较小有助于更快且更有效地钻探井眼的直线部段。

具有弯曲部的钻柱可以用于通过在钻头转动时使钻柱连续旋转来钻探井眼的直线部段。在距离D相对较大的情况下，井眼的直线部段的直径将相对较大并且因此钻探将相对较慢且效率较低。保持距离D相对较小还可以有利地减小钻柱相对于井眼的壁的阻力。这些优点可以与减少钻头72上的磨损相结合。此外，保持短的弯曲部到钻头的距离D允许使用弯曲部76具有适当大的角度(例如，高达4°)的钻柱。在一些实施方式中，弯曲部在7°至4°的范围内，然而可以设置更小的弯曲角度。如果弯曲部到钻头的距离D明显地增大，则需要减小弯曲部76的角度。这进而将需要使用较不常见的专用钻探装备(例如，固定弯曲部的马达)。提供短的短节73(在此，与本公开中的短节相关的“短”指的是将短节引入到钻柱中使钻柱的长度增加了不超过2英尺(约60cm))方便以上所述的情况。有时，使用具有固定的钻头至弯曲部的壳体(而不是更常见的可调节弯曲部壳体)的泥浆马达来减小钻头到弯曲部的距离D。固定的钻头至弯曲部的壳体可以与本文描述的短的短节一起使用以在提供短节70的MWD能力的同时进一步减小距离D。

在一些实施方式中，短节73可以包括基本上如上面参照图2所述的短的钻柱部段。便于使钻柱部段变短的一个特征在于电子装置可以围绕孔眼22封装。在图示的实施方式中，电子装置组件25的截面是环形的。此外，在钻柱部段的封装有电子装置的区域中，钻柱部段的壁制造得较薄，由此增大用于容纳电子装置组件的可用体积。电子装置组件构造成对钻柱部段的壁提供机械支承，由此形成了钻柱部段的壁可以承受由井下压力施加在其上的力的结构。在图示的实施方式中，电子装置组件25具有截面为圆形的外表面并且与环绕电子装置组件25的钻孔腔20C的壁完全接触。在一些实施方式中，钻柱部段的直径略大于心轴71A的直径。

便于使钻柱部段变短的另一个特征在于钻柱部段可以不包括用于重新切割在相反端部20A、20B上的联接件的任何显著公差。在一些实施方式中，这样的联接件中的一个或两个制造成可更换的使得如果联接件在使用中损坏，则可以在不影响短节的功能的情况下更换联接件(与使用具有额外长度的短节使得联接件可以被再加工(导致短节的长度损失)的情况相反)。通过使这样的联接件可更换，可以省去为将来重新切割联接件而另外提供的长度。

有助于使钻柱部段变短的另一个特征是设置用于通过EM遥测技术传输数据的装置。数据可以通过使用电绝缘间隙由钻柱部段发送或接收，该电绝缘间隙使钻柱部段的连接至钻柱的钻头或其他井下部件的部分与钻柱的与钻柱部段联接的泥浆马达或其他井上部件电绝缘。在图示的实施方式中，提供了延伸到钻柱部段的销接端部中的间隙35并且因此间隙35非常紧凑。

尽管上面已经讨论了多个示例性方面和实施方式，但是本领域中的普通技术人员将认识到本发明的特定修改、排列、添加和其子组合。因此，意欲使文中所附权利要求和此后引入的权利要求被解释为包括在权利要求的真实精神和范围内的所有这样的修改、排列、添加及子组合。

术语的解释

除非上下文另外明确地要求，否则在整个说明书和权利要求书中：

·“包括”、“包含”等要在包容性意义上来解释，而不是在排他性意义或穷举性意义上来解释；也就是说，要从“包括，但不限于”的意义上来解释。

·“连接”、“联接”或其任何变型意为在两个或更多个元件之间的任何直接的或间接的连接或联接；在元件之间的联接或连接可以是物理的、逻辑的或者其组合。

·“本文中”、“以上”、“以下”以及类似含义的措辞在被用于描述本说明书时应指本说明书整体而不是本说明书的任何特定部分。

·与两个或更多个项目的列表有关的“或”覆盖该措辞的以下全部解释：列表中的项目中的任意项、列表中的项目中的全部项以及列表中的项目的任意组合。

·单数形式“一”、“一种”以及“该”也包括任意适当的复数形式的含义。

在本说明书中和任意所附权利要求书中(在存在的情况下)使用的指示方向的措辞如“竖向”、“横向“、”水平”、“向上”、“向下”“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“下方”、“上方”、“下面”等取决于所描述和说明的装置的具体取向。本文中所描述的主题可以采取多种替代性取向。相应地，这些方向术语并未严格限定并且不应做狭义解释。

当上面提及部件(例如，电路、模块、组件、装置、钻柱部件、钻机系统等)时，除非另有说明，否则对该部件的提及(包括对“装置”的提及)应被解释为包括该部件的等同替代、执行所描述的部件的功能的任意部件(即，功能性等同替代)，包括执行本发明所例示的示例性实施方式中的功能的在结构上不等同于所公开结构的部件。

出于说明的目的已经在本文中对系统、方法及装置的特定示例进行了描述。这些仅仅是示例。本文中提供的技术可以应用于除了以上所描述的示例系统以外的系统。在本发明的实施范围内许多变更、修改、添加、省略及排列是可能的。本发明包括对本领域技术人员而言是明显的所描述的实施方式的变型，包括通过以下方式获得的变型：用等同特征、元件和/或动作替换特征、元件和/或动作；混合和匹配不同实施方式的特征、元件和/或动作；将本文中所描述的实施方式的特征、元件和/或动作与其他技术的特征、元件和/或动作组合；以及/或者，省略所描述实施方式的组合特征、元件和/或动作。

因此，意欲使文中所附权利要求和此后引入的权利要求被解释为包括可以合理地推断出的所有这样的修改、排列、添加、省略及子组合。权利要求书的范围不应局限于示例中阐述的优选实施方式，而是应该给予与作为整体的说明书相一致的最广义的解释。

Claims (26)

1.一种井下电子装置系统，包括：

壳体，所述壳体限定有腔并且具有用于以可移除的方式联接至钻柱的套接端部和销接端部，所述壳体包括提供所述壳体的所述套接端部与所述销接端部之间的电隔离的间隙；

钻井流体流管，所述钻井流体流管延伸穿过所述腔；

间隙部段流管，所述间隙部段流管延伸横穿所述间隙；

导电体，所述导电体从所述腔延伸穿过电绝缘套筒，所述导电体跨过所述间隙；以及

电子装置组件，所述电子装置组件以可移除的方式配装到所述腔中，所述电子装置组件限定有孔，所述孔定位成使得所述钻井流体流管穿过所述孔，并且所述电子装置组件包括：

支承结构，所述支承结构定位在所述孔与所述壳体的内壁之间；以及

电子部件，所述电子部件由所述支承结构支承；

其中，

所述钻井流体流管与所述间隙部段流管流体连通；

所述间隙部段流管被密封至所述钻柱的在所述间隙的每一侧的部分；

所述电子部件通过所述导电体而横穿所述间隙被电连接。

2.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述电子部件由所述支承结构弹性地支承在所述腔内。

3.根据权利要求1或2所述的井下电子装置系统，其中，所述电子装置组件包括多个电子装置模块，所述多个电子装置模块各自均由所述支承结构支承。

4.根据权利要求3所述的井下电子装置系统，包括位于所述腔中的互连板，所述电子装置模块中的每个电子装置模块联接至所述互连板上的对应连接器，并且所述系统包括在所述多个电子装置模块之间的电互连件。

5.根据权利要求4所述的井下电子装置系统，其中，所述电子装置组件包括安装板，并且所述电子装置模块中的每个电子装置模块附接至所述安装板，使得所述安装板和所述电子装置模块能够一体地从所述腔移除。

6.根据权利要求5所述的井下电子装置系统，其中，所述电子装置模块各自均包括连接至所述安装板的壳体以及安装在所述壳体的远离所述安装板的端部上的连接器。

7.根据权利要求5或6所述的井下电子装置系统，其中，所述安装板呈环状并且所述钻井流体流管延伸穿过所述安装板中的中央开口。

8.根据权利要求3所述的井下电子装置系统，其中，所述电子装置模块中的不同的电子装置模块包括提供与所述多个模块中的其他模块不同的功能的不同的电子电路。

9.根据权利要求3所述的井下电子装置系统，其中，所述电子装置模块包括圆形截面。

10.根据权利要求3所述的井下电子装置系统，其中，所述电子装置模块包括具有小面的外表面。

11.根据权利要求3所述的井下电子装置系统，其中，所述电子装置模块包括多边形截面。

12.根据权利要求9所述的井下电子装置系统，其中，所述支承结构呈圆筒形。

13.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述电子装置组件被键接至所述腔中以固定所述电子装置组件相对于所述钻柱的其余部分的旋转取向。

14.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述套接端部构造成接纳柱塞以接合所述电子装置组件，从而减弱所述电子装置组件在所述腔内的振动。

15.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述钻井流体流管的外侧被密封以防止所述钻井流体进入所述腔中。

16.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述腔以抗压的方式密封。

17.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述支承结构的截面为U形、C形、弧形或圆形。

18.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述电子装置组件包括电磁遥测发射器和电磁遥测接收器中的至少一者。

19.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述间隙部段流管是电绝缘的。

20.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，包括在所述间隙部段流管与所述钻柱之间的电绝缘材料层。

21.根据权利要求19所述的井下电子装置系统，其中，所述间隙部段流管由陶瓷材料或塑料材料制成。

22.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述孔与所述壳体的外表面同轴。

23.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，包括一个或更多个定位销，所述一个或更多个定位销布置成使所述电子装置组件在所述腔内对准，以具有预定的旋转对准。

24.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述支承结构的长度不超过60cm。

25.根据权利要求1所述的井下电子装置系统，其中，所述壳体的邻接所述腔的壁足够薄，使得在不存在所述电子装置组件的情况下，所述壁两侧的6000psi或更小的压力差足以使所述壁变形，其中，所述电子装置组件构造成在所述电子装置组件接纳在所述腔中时对所述壁提供机械支承。

26.一种套件，包括：

根据权利要求3所述的井下电子装置系统；以及

用于插入所述支承结构中的多个不同的电子装置模块。

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