井下探头的扶正器 |
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| 申请号 | CN201380058117.9 | 申请日 | 2013-11-06 | 公开(公告)号 | CN104919130A | 公开(公告)日 | 2015-09-16 |
| 申请人 | 开拓工程股份有限公司; | 发明人 | 阿伦·W·洛根; 贾斯廷·C·洛根; 帕特里克·R·德尔卡茨; | ||||
| 摘要 | 一种在地下钻探中使用的组件，该组件包括井下的由扶正器支承的井下 探头 。扶正器包括围绕井下探头延伸的管状构件。扶正器的壁带有凹槽以提供支承井下探头的内部 接触 点和抵靠 钻柱 的部段的孔壁进行支承的外部接触点。井下探头可以大致在其整个长度上被支承。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在地下钻探中使用的扶正器，所述扶正器包括： |
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| 说明书全文 | 井下探头的扶正器[0001] 相关申请的引用 [0002] 本申请要求于2012年11月6日提交的美国申请No.61/723,287的优先权。对于美国而言，本申请根据35 U.S.C.§119要求于2012年11月6日提交的、名为CENTRALIZER FOR DOWNHOLE PROBES(井下探头的扶正器)的美国申请No.61/723,287的权益，总体而言 上述申请在此通过引用并入本文中。 技术领域背景技术[0004] 从地下区域开采烃类依靠钻制井筒的过程。 [0005] 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。 [0006] 井底组件(BHA)是对钻柱的末端处的设备提供的名称。除了钻头以外，BHA还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性能的传感器(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；用于将遥测数据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。 [0007] 现代钻探系统可能在BHA中或在其他井下位置处包括各种电子装置系统中的任意电子装置系统。这样的电子装置可包括用于收集各种类型的数据的传感器、用于井下 设备的控制器、信号处理系统、数据遥测系统等。由于井下电子装置组件可能承受高压 (20,000p.s.i(磅每平方英寸)、或在某些情况下更大)以及剧烈冲击和振动，因此支承和 保护井下电子装置是重要的。 [0008] 存在对可用于将井下电子装置组件对中地支承在钻柱内的孔中的各种扶正器进行描述的参考文献。下面是一些这样的参考文献的列示。US2007/0235224； US2005/0217898；US6429653；US3323327；US4571215；US4684946；US4938299；US5236048； US5247990；US5474132；US5520246；US6429653；US6446736；US6750783；US7151466； US7243028；US2009/0023502；WO2006/083764；WO2008/116077；WO2012/045698；以 及 WO2012/082748。 [0009] 1996年5月28日授权的US 5,520,246公开了用于保护放置在钻柱内的仪器的装置。该装置包括绕纵向轴线间隔开并且沿相对于该轴线成径向方向的方向突出的多个弹性 垫。垫通过紧固件固定。 [0010] 2005年10月6日公开的US 2005/0217898描述了用于使在钻柱的工具容置区域中的井下振动减弱的钻铤。该钻铤具有中空的圆筒状套筒，中空的圆筒状套筒具有纵向轴 线和面向该纵向轴线的内表面。内表面上安装有多个细长肋，并且所述细长肋与纵向轴线 平行地延伸。 [0011] 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。 [0012] 已经使用各种技术来将信息从钻孔中的位置传送至地面。这些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遥测技术)来传送信息以及通过 至少部分地通过大地传播的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。 [0013] 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。间隙短节通常放置在井底 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。电磁遥测信号因而能够通过在两个天线元件之间应用电信 号而得以传送。信号通常包括以对信息进行编码以便传送至地面的方式来应用的非常低频 的AC信号。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。EM遥测技术的挑战在于，当所产生的信号向地 面传播时，该信号是显著衰减的。此外，可用于产生EM信号的电力可能是通过电池或具有 有限容量的其他电源来提供的。因此，需要提供高效生成EM信号的系统。 [0014] 间隙短节的设计在EM遥测系统中是重要的因素。间隙短节必须在钻柱的两个部分之间提供电气隔离并且承受在钻井期间引起的极端机械负荷以及发生在钻杆的中心与 外部之间的高压差。为了在不发生故障的情况下应对负荷，钻柱部件通常由高强度、高韧性 的金属合金制成。适于对间隙短节的不同部分进行电气隔离的大多数电绝缘材料都比金属 弱(例如，橡胶、塑料、环氧树脂)或十分易碎(陶瓷)。这使得难以设计出既构造成提供 EM遥测信号的高效传输又具有在钻柱中进行联接所需要的机械性能的间隙短节。 [0015] 仍存在对在井下位置处以对抗机械冲击和振动以及其他井下情况而提供至少一些保护的方式对电子系统进行支撑的方法的需要。 发明内容[0016] 本发明具有许多方面。一个方面提供了如可以例如在地下钻探中使用的井下探头用扶正器。这样的扶正器可以具有如本文中所描述的特征或特征的组合。本发明的其他方 面提供了包括扶正器的井下装置和系统以及相关方法。 [0017] 本发明的一个示例方面提供了适用于地下钻探的扶正器。扶正器包括细长管状构件，该细长管状构件具有形成为提供下述横截面的壁：所述横截面提供在外侧凸出且在内 侧凹陷的多个第一瓣状部。第一瓣状部设置成与钻柱的部段中的孔的孔壁在围绕孔壁的圆 周间隔开的多个点处相接触。扶正器还包括多个向内突出部分。所述多个向内突出部分中 的每一者都设置在多个第一瓣状部中的两个相邻的第一瓣状部之间。 [0018] 不同的实施方式可以设置不同数量的第一瓣状部。示例实施方式具有2个至8个第一瓣状部。第一瓣状部可以沿着扶正器延伸以提供纵向脊部。脊部可以是直的，但在替 代方案中可以形成为围绕扶正器的纵向轴线扭转成螺旋结构。 [0019] 在扶正器的相关实施方式中，向内突出部分包括在内侧凸出且在外侧凹陷的向内突出瓣状部。 [0020] 在扶正器的另一相关实施方式中，壁的厚度是大体均匀的。 [0021] 在扶正器的又一相关实施方式中，第一瓣状部围绕扶正器的纵向中心线等角度地间隔开。 [0022] 在扶正器的再一实施方式中，多个第一瓣状部中的每一者都具有比包围扶正器的最小圆的半径小的曲率半径。 [0023] 本发明的另一示例方面提供了井下组件。该组件包括：钻柱部段，该钻柱部段具有纵向延伸穿过钻柱部段的孔；定位于部段的孔中的电子装置组件或其他探头；以及位于孔 中的扶正器。扶正器包括管状构件，该管状构件具有围绕电子装置组件延伸的壁。所述壁 形成为用以与孔的内表面和电子装置组件的外表面相接触。壁的横截面依循围绕电子装置 组件在电子装置组件的外表面与孔壁的内表面之间来回呈Z字形弯曲的路径(例如，沿着 围绕横截面的路径，该路径具有与电子装置组件的外侧相接触但不与孔的内侧相接触的内 部部分，所述内部部分与和孔的内表面相接触的外部部分相交替。在这些部分之间是路径 的延伸穿过孔以对路径的内部部分和外部部分进行连接的各个部分)。 [0024] 在与井下组件相关的实施方式中，壁将孔内的围绕电子装置组件的环形区域划分成多个通道。有多个通道位于扶正器的壁的内侧并且有多个通道位于扶正器的壁的外侧。 [0025] 本发明的另一示例方面提供了井下组件。该组件包括：钻柱部段，该钻柱部段具有纵向延伸穿过钻柱部段的孔；定位于部段的孔中的电子装置组件或其他探头；以及位于孔 的围绕电子装置组件的环形区域中的扶正器。扶正器包括管状构件，管状构件具有壁，所述 壁设置成用以限定位于壁的内侧的第一多个通道以及位于壁的外侧的第二多个通道。 [0026] 本发明的另一示例方面提供了另一井下组件。该组件包括：钻柱部段，该钻柱部段具有纵向延伸穿过钻柱部段的孔；定位于部段的孔中的电子装置或其他探头；以及位于孔 中的扶正器。扶正器包括管状构件，该管状构件具有围绕电子装置组件延伸成封闭路径的 壁。所述壁形成为用以限定与孔的内表面接触的多个成角度间隔开的部分和与电子装置组 件的外表面接触的多个成角度间隔开的部分。与电子装置组件的外表面接触的多个成角度 间隔开的部分中的每一者都成角度地定位在与孔的内表面接触的多个成角度间隔开的部 分中的相邻两者之间。 附图说明[0028] 附图示出本发明的非限制性示例实施方式。 [0029] 图1是根据本发明的一个实施方式的钻探操作的示意图。 [0030] 图1A是根据本发明的另一个实施方式的钻探操作的示意图。 [0031] 图2是包含电子装置组件的井下组件的立体剖视图。 [0032] 图2A是在沿着图2的线2A-2A的横截面中截取的视图。 [0033] 图2B是未包含电子装置组件的井下组件的立体剖视图。 [0034] 图2C是在沿着图2B的线2C-2C的横截面中截取的视图。 [0035] 图3是电子装置组件支承在两个多脚件之间的本发明的一个实施方式的示意图示。 [0036] 图3A详细示出用于将井下探头锚固成抵抗纵向运动的一个组件。 [0037] 图3B是示出将扶正器锚固成抵抗钻柱的孔中的旋转的一种方式的分解图。 [0038] 图4是根据本发明的一个实施方式的扶正器的立体图。 [0039] 图4A是在沿着图4的线4A-4A的横截面中截取的视图。 [0040] 图5是包含由扶正器支承的电子装置组件的井下组件的横截面图。 [0041] 图5A是图5中示出的扶正器的立体图。 具体实施方式[0042] 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和附图。 [0043] 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的钻杆的多个部段。示出的钻机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。钻井流体由泵15A泵送通过钻柱中的孔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。在套管的顶端处支 承有防喷器17。图1中示出的钻机仅为示例。本文中所描述的方法和装置不特定于任何特 别类型的钻头。 [0044] 钻柱12包括井下探头。此处，术语“探头”包含任何有源(active)机械系统、电子系统和/或机电系统。探头可以提供如下包括(但不限于)在如下众多功能中的任意功能： 数据获取；感测；数据遥测；井下装备的控制；井下装备的状态监测；通过传感器来收集数 据，所述传感器可以包括振动传感器、磁力仪、核粒子检测器、电磁检测器、声检测器以及其 他传感器中的一者或更多者；发出通过其他装置来检测的信号、粒子或场，等等。一些井下 探头是高度专业化的以及昂贵的。井下条件可能是恶劣的。暴露于这些恶劣条件——可包 括高温、振动、冲击以及浸泡在各种钻井流体中——可能缩短井下探头的使用期限。 [0045] 以下说明描述了电子装置组件22，该电子装置组件22是井下探头的一个示例。然而，探头不限于电子装置组件，并且在一些实施方式中，探头可以包括机械的或其他非电子 系统。电子装置组件22包括封装提供期望功能的电路和部件的容置部。 [0046] 电子装置组件22通常具有细长的圆筒形本体。本体可以例如包括设计成用以经受井下条件的金属管。本体可以例如具有处于1米至20米范围内的长度。 [0047] 井下电子装置组件22可以可选地包括用于以任意合适的方式将信息传输至地面的遥测系统。在一些示例实施方式中，遥测系统是电磁(EM)遥测系统，然而，除了电磁(EM) 遥测系统之外或代替电磁(EM)遥测系统，可以设置其他的遥测模式。 [0048] 图1A示出示例性EM遥测系统，其中，电子装置组件22包括EM遥测信号发生器18，该EM遥测信号发生器18是越过间隙短节20的电气绝缘间隙而被电连接的。来自EM信号 发生器的信号引起能够在地面处检测到的电流19A和电场19B。在示出的实施方式中，信号 接收器13通过信号线缆13A连接以测量电气接地桩13B与钻柱12的顶端之间的电位差。 可以连接有显示器11以显示通过信号接收器13所接收到的数据。 [0049] 图2和图2A示出井下组件25，该井下组件25包括电子装置组件22，该电子装置组件22被支承在钻柱的部段26中的孔27内。部段26可以例如包括钻铤、间隙短节等。 电子装置组件22的直径小于孔27的直径。电子装置组件通过管状扶正器28在孔27内对 中。图2B和图2C示出没有电子装置组件22的井下组件25。 [0050] 扶正器28包括管状本体29，该管状本体29具有用于接纳电子装置组件22的孔30并且形成为提供用于支承电子装置组件22的轴向延伸内部支承表面32和用于抵靠部段 26的孔27的壁进行支承的外部支承表面33。如图2A中示出的，扶正器28将环绕电子装 置组件22的环形空间分成多个轴向通道。轴向通道包括限定于扶正器28与电子装置组件 22之间的内部通道34和限定于扶正器28与部段26的壁之间限定的外部通道36。 [0051] 扶正器28可以设置于一个或更多个部段中并且可以沿着电子装置组件22大致连续地延伸任何期望的长度。在一些实施方式中，扶正器28大致延伸电子装置组件22的整 个长度。在一些实施方式中，扶正器28延伸成用以沿着电子装置组件22的未被支承部分 (例如，电子装置组件22的从电子装置组件22联接至部段26的点延伸至电子装置组件22 的端部的部分)的至少60％、或70％、或80％大致连续地支承电子装置组件22。在一些实 施方式中，扶正器28接合电子装置组件22的大致所有的未被支承部分。此处，“大致所有 的”意为至少95％。 [0052] 在示出的实施方式中，内部支承表面32是通过向内指向的纵向延伸瓣状部37的端部来提供的，而外部支承表面33是通过向外指向的纵向延伸瓣状部38的端部来提供的。 瓣状部的数量可以改变。示出的实施方式具有四个瓣状部37和四个瓣状部38。然而，其他 实施方式可以具有更多的或更少的瓣状部。例如，一些替代实施方式具有3个至8个瓣状 部38。 [0053] 使扶正器28的瓣状部彼此对称是便利的、但不是强制的。使扶正器28的横截面关于穿过瓣状部中的一者的轴线成镜像对称也是便利的、但不是强制的。使瓣状部37和瓣 状部38与扶正器28的纵向轴线平行地延伸是便利的、但不是强制的。在替代的实施方式 中，扶正器28可以形成为使得瓣状部37和瓣状部38呈螺旋构型。 [0054] 扶正器28可以由适于暴露于井下条件的从金属到塑料的各种材料制成。一些非限制性示例是合适的热塑性塑料、弹性聚合物、橡胶、铜或铜合金、合金钢、以及铝。例如，扶 正器28可以由适当等级的PEEK(聚醚醚酮)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)塑料制成。 在扶正器28是由塑料制成的情况下，塑料可以是填充有纤维的(例如，具有玻璃纤维)以 用于增强抗腐蚀性、结构稳定性和强度。 [0055] 扶正器28的材料应当能够承受井下条件而不会劣化。理想的材料能够承受高达至少150℃(优选地为175℃、或200℃、或更高)的温度，是耐化学腐蚀的或对于该材料将 暴露于其中的任何钻井流体而言都是惰性的，不在任何显著程度上吸收流体，并且耐受因 为钻井流体引起的腐蚀。在扶正器28接触孔27和/或电子装置组件22的金属(例如，在 电子装置组件22和孔27中的一者或两者是未经涂覆的情况)的情况下，扶正器28的材料 优选为不比其所接触的部段26和/或电子装置组件22的金属更坚硬。扶正器28应当是 坚硬的以防止变形，使得电子装置组件22在孔27内保持同轴。扶正器28的材料特性可以 是均匀的。 [0056] 扶正器28的材料还可以是为了与和电子装置组件22相关联的传感器的相容性而选出的。例如，在电子装置组件22包括磁力仪的情况下，期望的是扶正器28由非磁性材料 比如铜、铍铜或合适的热塑性塑料制成。 [0057] 在扶正器28由相对较坚硬的材料制成的情况下，可以在电子装置组件22与扶正器28之间和/或在扶正器28与孔27之间设置一层诸如橡胶、弹性体、热塑性塑料等之类 的振动阻尼材料。振动阻尼材料可以有助于防止“砰砰作响”(由冲击导致的电子装置组件 22的高频振动)。 [0058] 扶正器28可以通过挤制、注射模制、铸造、机加工或任意其他合适的方法来形成。有利地，扶正器28的壁厚可以是大致恒定的。这便于通过挤制来制造。在示出的实施方式 中，没有尖锐拐角使应力开裂的可能性降低，特别是当扶正器28具有恒定的壁厚或仅缓慢 变化的壁厚时更是如此。在示例实施方式中，扶正器28的壁具有处于0.1英寸至0.3英寸 1 1 (2/2mm至7/2mm)范围内的厚度。在更具体的示例实施方式中，扶正器28的壁由热塑性材 料(例如，PET或PEEK)制成并且具有大约0.2英寸(大约5mm)的厚度。 [0059] 由于扶正器28可以与孔27内的钻井流体相配合来对电子装置组件22的不期望的运动进行阻尼，扶正器28可以参照将在钻井中使用的流体类型来设计。对于空气钻井而 言，扶正器28可以制成具有较厚的壁和/或由较坚硬的材料制成，使得扶正器28能够在不 存在不可压缩的钻井流体的情况下保持电子装置组件22以防止运动。反之，在通道34和 通道36中存在钻井流体趋于使高频振动减弱并且趋于缓冲电子装置组件22的横向运动。 因此，用于与钻井流体一起使用的扶正器28相比于设计成在进行空气钻井时使用的扶正 器28可以具有较薄的壁。 [0060] 扶正器28优选地设定尺寸成紧贴地夹持电子装置组件22。优选地，将电子装置组件22插入到扶正器28中使扶正器28的材料弹性变形，使得扶正器28牢固地夹持电子装 置组件22的外部。电子装置组件22的直径可以略大于扶正器28的最内侧的各部分之间 的空间以提供电子装置组件与扶正器28之间的过盈配合。过盈配合的尺寸是工程细节并 且可以是1/2mm左右(百分之几英寸)。 [0061] 在一些应用中，扶正器28的材料是电气绝缘的是有利的。例如，在电子装置组件22包括EM遥测系统的情况下，设置电气绝缘的扶正器28能够防止部段26与电子装置组件 22的外部之间发生短路的可能性，而且能够使通过电子装置组件22与部段26之间的钻井 流体的电流路径的阻抗增大。 [0062] 电子装置组件22可以以任何合适的方式锁定以防止在孔27内轴向运动。例如，通过销、螺栓、夹或其他合适的紧固件的方式。在图2中示出的实施方式中，具有由多个臂 部40B支撑的外缘件40A的多脚件40附接至电子装置组件22。边缘件40A与在孔27内的 沉孔的端部处形成的突台41相接合。边缘件40A通过与表面42上的内螺纹相接合的螺母 44(参见图3和图3A)而被牢固地夹持成抵靠突台41。 [0063] 在一些实施方式中，扶正器28从用于电子装置组件22的多脚件40或其他纵向支承系统连续地延伸至电子装置组件22的相反端部。在其他实施方式中，扶正器28的一个 或更多个部段延伸成在从纵向支承件至电子装置组件22的相反端部的间距的至少70％、 或至少80％、或至少90％、或至少95％的距离上夹持电子装置组件22。 [0064] 在一些实施方式中，电子装置组件22具有相对于部段26的固定的旋转方向。例如，在一些实施方式中，多脚件40是通过键连接至电子装置组件22、通过花键连接至电子 装置组件22、具有与电子装置组件22上的成形轴相接合的成形孔或者另外以非旋转的方 式安装至电子装置组件22。多脚件40还可以以非旋转的方式安装至部段26，例如，通过键、 花键、边缘件40A的面或边缘的与孔27内对应的成形部相接合的成形部等安装至部段26。 [0065] 在一些实施方式中，电子装置组件22具有直接与部段26相接合的两个或更多个多脚件、电极或其他元件。例如，电子装置组件22可以包括EM遥测系统，EM遥测系统具有 与部段26相接合的两个间隔开的电气接触件。在这种实施方式中，扶正器28可以延伸电 子装置组件22的位于与部段26相接合的两个元件之间的很大部分(例如，电子装置组件 22的至少50％、或至少65％、或至少75％、或至少80％、或大致整个长度)的距离。 [0066] 在图3中示出的示例实施方式中，电子装置组件22支承在两个多脚件40与43之间。每个多脚件40和43都与孔27内的对应的停靠突台相接合。每个多脚件40和43都 可以以非旋转的方式与电子装置组件22和孔27这两者相联接。扶正器28可以设置在多 脚件40与多脚件43之间。可选地，多脚件40和多脚件43各自与扶正器28的两个端部纵 向间隔开短距离(例如，最多大约1/2米(18英寸)左右)以促进经过电子装置组件22的 钻井流体的层流。 [0067] 从图2A中可以看出，在横截面上，扶正器28的壁29围绕电子装置组件22延伸。壁29成形为提供在外侧凸出而在内侧凹陷的向外突出瓣状部38以及在内侧凸出而在外侧 凹陷的向内突出瓣状部37。在示出的实施方式中，每个向外突出瓣状部38都位于两个相邻 的向内突出瓣状部37之间，并且每个向内突出瓣状部37都位于两个相邻的向外突出瓣状 部38之间。扶正器28的壁成曲线并且厚度可以是恒定的以形成向内突出瓣状部37和向 外突出瓣状部38这两者。 [0068] 在示出的实施方式中，扶正器28的壁29的多个部分抵靠电子装置组件22的外部进行支承，并且扶正器28的壁29的其他部分抵靠部段26的孔27的内壁进行支承。当围 绕扶正器28的周缘行进时，扶正器28交替地在扶正器28的壁29的内部方面上与电子装 置组件22相接触、以及在扶正器28的外部方面上与部段26相接触。扶正器28的壁29在 电子装置组件22与部段26的孔27的壁之间来回呈Z字形弯曲。在示出的实施方式中，扶 正器28的壁29的在所述壁的与电子装置组件22相接触的区域与壁29的与部段26相接 触的部分之间延伸的多个部分是弯曲的。这些弯曲的壁部分是经预加载的，使得扶正器28 将压缩力施加在电子装置组件22上并且对在孔27中对中设置的电子装置组件22进行保 持。 [0069] 当部段26经历横向冲击时，扶正器28对冲击在电子装置组件22上的冲击作用提供缓冲并且还防止电子装置组件22过多移动远离孔27的中心。在冲击过去之后，扶正器 28迫压电子装置组件22回到孔27内的中心位置。扶正器28的壁29的在所述壁的与电子 装置组件22相接触的区域与所述壁的与部段26相接触的区域之间延伸的多个部分能够使 来自冲击和振动的能量消散到环绕这些部分的钻井流体中。此外，这些壁部分是经预加载 的并且在电子装置组件22移位之后施加作用为用以使电子装置组件22回复至其对中位置 的回复力。 [0070] 如图2A中示出的，扶正器28将环绕电子装置组件22的孔27内的环形空间分成位于扶正器28的壁29的内侧的第一多个内部通道34和位于扶正器28的壁29的外侧的 第二多个外部通道36。内部通道34中的每一者都位于外部通道36中的两个外部通道36 之间并且通过扶正器28的壁的一部分而与所述外部通道36分离。这种构型的一个优点在 于：在由于任意原因电子装置组件22从其平衡位置移开的情况下，壁的弯曲的、预张紧的 屈曲部分趋于施加迫压电子装置组件22回到其平衡(对中)位置的回复力。由于电子装 置组件22的横向运动引起扶正器28的壁部分的运动并且这些运动将能量传递至通道34 和通道36中的钻井流体中，因而在通道34和通道36中存在钻井流体趋于对电子装置组件 22的运动进行阻尼。另外，经过通道34和通道36的流体流的动力可以通过带走由扶正器 28消散到流体中的能量而帮助使扶正器28稳定。 [0071] 壁29的预加载部分提供了电子装置组件22与电子装置组件22被支承于其中的钻柱部段26的良好的机械联接。扶正器28可以沿着电子装置组件22的长度提供这种联 接。这种与钻柱部段26的良好联接——通常是非常刚性的——能够使电子装置组件22的 谐振频率增大，从而使得电子装置组件22对于因通常伴随钻探操作而产生的高振幅低频 率振动而被毁坏更加有抵抗力。 [0072] 图4和图4A示出一种示例性扶正器60，该扶正器60形成有壁62，该壁62构造成提供围绕扶正器60的纵向中心线盘绕以形成螺旋构型的纵向脊部64。在示出的实施方式 中，扶正器60具有如下横截面形状：其中，壁62形成两个向外突出瓣状部66和两个向内突 出瓣状部68，所述两个向外突出瓣状部66各自在外侧凸出而在内侧凹陷。构造成具有其他 数量的瓣状部的扶正器也可以制成为具有螺旋形盘绕构型。例如，在横截面上提供3个至 8个瓣状部的扶正器可以构造成使得瓣状部沿着螺旋路径延伸。 [0073] 向内突出瓣状部68构造成通过螺旋盘绕电子装置组件的外表面来夹持电子装置组件。扶正器28的管状本体经历扭转，使得当沿着扶正器28的长度横切时，瓣状部变为以 旋转的方式或成角度的方式移位。在沿着电子装置组件22的每一点处，电子装置组件22 都被保持在两个相对的瓣状部68之间。瓣状部68的取向对于沿着电子装置组件的不同位 置而言是不同的，使得电子装置组件被保持以防止在扶正器60的孔内径向运动。每个瓣状 部64在扶正器60的长度上至少扭转半周。在一些实施方式中，每个瓣状部64在扶正器60 的长度上围绕扶正器60的纵向轴线至少扭转一整周。 [0074] 本文中所描述的扶正器可以根据需要而被锚固以防止在孔27内纵向运动和/或旋转运动。例如，扶正器可以通过键连接至孔27中的停靠肩部上并且通过对该扶正器进行 锁定的带螺纹特征而被轴向地保持到位。例如，扶正器可以被夹持在一个钻铤的端部与停 靠肩部之间。图3B示出示例实施方式，其中，扶正器28与被保持为抵靠部段26的孔27内 的停靠部41的环50的特征相接合。在示出的实施方式中，扶正器28的端部上的凹口54 与环50上的对应的齿相接合。环50可以通过合适的螺母、相邻的钻柱部段的端部、多脚件 或探头的其他部分等来抵靠停靠部41而被保持到位。在一些实施方式中，环50附接至在 孔27中支承井下探头的多脚件，或者环50是在孔27中支承井下探头的多脚件的一部分。 [0075] 本文中所描述的扶正器可以任选地以非旋转的方式与电子装置组件22接合(例如，电子装置组件22可以具有突出成用以在扶正器的向内突出瓣状部之间进行接合的特 征)，使得扶正器提供对电子装置组件22的扭转振动的增强的阻尼。 [0076] 本文中所描述的扶正器的一种使用方法是将扶正器插入至钻柱的诸如间隙短节、钻铤等之类的部段中。所述部段具有孔，该孔具有直径D1。扶正器在安装之前的没有外部 应力的未安装构型中具有位于具有直径D2的圆上的最外侧点，且D2＞D1。该方法包含将 扶正器插入到部段中。在此情况下，扶正器的最外侧点抵靠部段的孔的壁进行支承并且因 此被向内压缩。扶正器28的构型允许这种情况发生以使得扶正器28可以容易地被插入到 部段中。将扶正器28插入到部段中使扶正器28的最内侧点向内移动。 [0077] 在一些实施方式中，扶正器28被插入到部段中直到被插入到部段中的端部抵接部段的孔中的停靠阶梯部为止。因而可以通过设置抵靠扶正器的另一端进行支承的构件来 对扶正器进行约束以防止纵向运动。例如，部段可以包括能够联接在一起的多个部分(例 如，多个连接管)。扶正器可以保持在部段的一个连接管的端部或其他部分与停靠阶梯部之 间。 [0078] 在将扶正器安装至部段中之后，扶正器上的最内侧点位于具有直径D3的中心圆上。具有直径D4——且直径D4＞D3——的待对中设置的电子装置组件或其他细长物体可 以随后被纵向地引入至扶正器中。由此用力使扶正器的最内侧部分向外移动并且对扶正器 的壁的在扶正器的最内侧点与最外侧点之间延伸的部段进行预加载。在电子装置组件已经 被插入之后，电子装置组件可以被锚固以防止纵向运动。 [0079] 在一些应用中，随着钻井的进行，钻柱的部件的外径可能改变。例如，井筒可能具有阶梯，使得井筒的靠近地面的直径大于井筒的更深的部分中的直径。在钻制单个孔的不 同阶段中，可能希望将同一电子装置组件安装在具有不同尺寸的钻柱部段中。本文中所描 述的扶正器可以制成为不同的尺寸以在不同尺寸的孔内支承电子装置组件。本文中所描述 的扶正器可以在井场中成组地设置，所述扶正器组包括多个不同尺寸的扶正器。扶正器可 以设置成已被插入至钻柱部段中或尚未被插入至钻柱部段中。 [0080] 通过将电子装置组件从一个钻柱部段拆除、将多脚件或其他纵向保持装置改变成适合于新的钻柱部段的尺寸、以及将电子装置组件插入至位于新的钻柱部段中的扶正器 中，可以在井场容易地执行使井下探头或其他电子装置组件移动至不同尺寸的钻柱部段 中。 [0081] 例如，可以提供包括不同尺寸的多脚件或其他纵向保持装置以及不同尺寸的扶正器的组。所述组可以——通过非限制性示例的方式——包括定尺寸成用于与具有多个不同 尺寸的孔的钻铤一起使用的多脚件和扶正器。例如，多脚件和扶正器可以定尺寸成在具有 多个不同标准尺寸中的任意标准尺寸的钻铤的孔中支承给定的探头。该组扶正器可以例如 包括足以在所限定的多个不同尺寸的钻铤中的任意钻铤中支承给定的探头的扶正器。例 如，所述组可以包括对便于在具有如下外部直径的钻铤中支承探头的扶正器的选择：所述 3 1 1 外部直径如4/4英寸、6 /2英寸、8英寸、9 /2英寸和11英寸中的两者或更多者。钻铤可以 具有行业标准尺寸。钻铤可以总地包括具有两个、三个或更多个不同孔直径的钻铤。扶正 器的长度可以——通过非限制性示例的方式——定尺寸成用以支承具有处于2米至20米 的范围内的长度的探头。 [0082] 在一些实施方式中，对于多个不同的钻柱部段尺寸中的每一者而言，所述组包括可以一起使用以支承期望长度的井下探头的多个不同的扶正器部段。通过非限制性示例的 方式，两个3米长的扶正器部段可以被提供用于多个不同孔尺寸中的每一者。所述扶正器 可以用于支承6米的井下探头。 [0083] 以上所描述的实施方式可以提供以下优点中的一个或更多个。扶正器28可以延伸电子装置组件22的整个长度或该长度的任何期望的部分。扶正器28确实地防止电子装 置组件22接触孔27的内侧，甚至在剧烈冲击和振动的情况下亦是如此。由扶正器28占据 的截面面积可以相对较小，从而与将由占据较大截面面积的一些其他扶正器提供的用于流 经电子装置组件22的流体流的面积相比，允许用于流经电子装置组件22的流体流的更大 面积。扶正器28能够使来自冲击和振动的能量消散至孔27内的流体中。扶正器28的几 何形状在某些位移情况下是自校正的。例如，对于通过一个通道的流动的限制趋于引起被 定向以打开被限制通道的力。特别是在扶正器28具有四个或更多个向内瓣状部的情况下， 电子装置组件22在所有方向上都机械地联接至部段26，从而使电子装置组件22在剧烈冲 击和振动情况下局部弯曲的可能性减小。减小电子装置设备22的局部弯曲能够有助于延 长机械部件和电子部件的寿命并且能够使由于疲劳而引起的电子装置组件22的容置部或 电子装置组件22内部的部件的灾难性故障的可能性减小。扶正器28能够适应电子装置组 件22和/或部段26的孔27的尺寸的偏差。扶正器28能够容置光滑的电子装置组件22 并且能够允许电子装置组件22在井下时被拆除(因为扶正器28能够被制成使得其不干涉 电子装置组件22在纵向方向上的撤出)。扶正器28能够在定向钻探期间或者在孔27是水 平的或另外的非竖向的其他应用期间抵消重力下垂并且将电子装置组件22保持在孔27的 中心。 [0084] 本文中所描述的装置可以应用于众多的地下钻探应用。例如，该装置可以应用于支承如下井下电子装置：该井下电子装置在随钻测井(“LWD”)遥测应用和/或随钻测量 (“MWD”)遥测应用中提供遥测。然而，所描述的装置不限于在这些环境中使用。 [0085] 本文中所描述的装置的一个示例应用是定向钻井。在定向钻井中，钻柱的容纳井下探头的部段可以是非竖向的。本文中所描述的扶正器能够抵抗重力下垂而将井下探头保 持成在钻柱中对中设置，从而保持井下探头中的传感器相对于钻柱的孔适当对正。 [0086] 众多的替代方案是可能的。例如，部段26是单个部件是非强制的。在一些实施方式中，部段26包括被一起组装成钻柱的多个部件(例如，多个钻铤)。扶正器28不必完全 形成为一个件。在一些实施方式中，向扶正器28的壁添加附加的层以增强刚度、耐磨性或 其他机械性能。扶正器28的壁厚可以改变以调节扶正器28的机械性能。在扶正器的壁中 可以形成有孔口或孔以允许流体流动或以备其他部件穿过扶正器的壁。 [0087] 图5示出了井下组件125，该井下组件125包括被支承在钻柱的部段126中的孔127内的电子装置组件122。电子装置组件122通过扶正器128而在孔127内对中设置。扶 正器128与扶正器28相似，除了扶正器128的与电子装置组件122相接触的部分成形为用 以提供与电子装置组件122的外表面相接触的增大的接触面积。在所示实施方式中，扶正 器128的与电子装置组件122相接触的部分成形为与电子装置组件122的外表面相吻合。 在此处，电子装置组件122具有圆柱形外表面并且扶正器128具有与电子装置组件122相 接触的多个部分128A。多个部分128A形成为在面向电子装置组件122的表面上是凹陷的， 使得电子装置组件122被接纳在由扶正器128的各部分128A形成的纵向延伸的沟槽或凹 槽中。在一些实施方式中，部分128A具有与电子装置组件122的外表面的曲率半径相匹配 的曲率半径。在其他实施方式(未示出)中，扶正器128的与部段126相接触的部分128B 成形为与部段126的孔的内表面相吻合。 [0088] 图5A仅示出了扶正器128。 [0089] 扶正器128提供了与电子装置组件122相接触的相当大的接触面积，因此可以提供电子装置组件122与部段126的良好的机械联接。 [0090] 术语的解释 [0092] ·“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。 [0093] ·“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。 [0094] ·“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。 [0095] ·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。 [0096] ·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。 [0097] 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。 [0098] 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。 [0099] 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。 [0100] 因此，意欲使以下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。 |
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