包括多芯片模块壳体的井下工具的制作方法

本申请要求享有于2014年5月20日提交的申请号为No.14/282792的美国申请的权益，这里作为参考引用其全部内容。

背景技术：

在地下钻井中，井下工具被经常提供有各种传感器以检测各种井下参数。传感器可以用于测量、测井、遥测、导向等等。传感器测量数据可以由电子部件处理以评估该数据、发送该数据或使用该测量值进行直接控制。电子部件必须能够承受高温、加速度以及其它井下环境条件。电子部件通常以设置在凹槽内的多芯片模块(MCM)电子设备的形式构造，该凹槽设置在井下工具内。MCM电子设备由晶片(集成电路)组成。这些晶片对各种气体敏感，例如氟和氯，并且因此需要单独的壳体。MCM壳体设计为保护MCM电子设备免于有害气体损害。套管或盖板，通常覆盖MCM壳体。套管或盖板封装该MCM壳体以提供保护而免受流体静力钻井负荷力和钻井泥浆影响。

技术实现要素：

根据示例性实施例的井下工具包括工具主体，其具有内表面部分和外表面部分。外表面部分包括凹槽，其具有周壁和内表面。多芯片模块(MCM)壳体限定在该凹槽内。MCM壳体包括一个或多个强化构件和一个或多个电子设备容纳区域，该一个或多个强化构件支撑井下工具的轴向和径向负荷。

附图说明

现在参照附图，其中将相同的元件在若干个附图中进行相同地编号：

图1示出了根据某一示例性实施例的包括多芯片模块(MCM)壳体的井下工具的部分的透视图；

图2示出了图1的MCM壳体；

图3示出了图1的井下工具的横截面侧视图；

图4示出了图1的井下工具的横截面轴向端视图；

图5示出了根据某一示例性实施例的另一方面的包括MCM壳体的井下工具的横截面侧视图；

图6示出了图5的MCM壳体的详细视图，图示了提供至井下工具的连接的密封件；

图7示出了图5的井下工具的横截面轴向端视图；

图8示出了根据某一示例性实施例的另一方面的包括多芯片模块(MCM)壳体的井下工具的部分的透视图；

图9示出了图8的井下工具的横截面侧视图；

图10示出了根据某一示例性实施例的另一方面的图8的井下工具的横截面侧视图；

图11示出了具有联接至图8的MCM壳体的连接器的井下工具的横截面侧视图；以及

图11示出了根据某一示例性实施例的具有可拆卸电子部件接入构件的井下工具的横截面侧视图；

图12示出了根据某一示例性实施例的方面的可拆卸电子部件接入构件的详细视图；以及

图13示出了根据某一示例性实施例的采用具有可拆卸电子部件接入构件的井下工具的井下系统。

具体实施方式

根据某一示例性实施例，井下工具在图1中通常标示为2；井下工具2包括工具主体4，该工具主体4具有内表面部分6和外表面部分8。工具主体4包括具有边缘13的凹槽12(图3)。凹槽12还由周壁16包围并且包括内表面18。根据某一示例性实施例的一方面，工具主体4包括布置在凹槽12内的多芯片模块(MCM)壳体24。如将在下面更充分详细的，MCM壳体24设计为保护电子部件(未示出)免于有害气体、磨损和液流损害，并且承载来自工具主体4的负荷。此外，在工具主体4和凹槽12上面设置了外盖30。外盖30以套管32的形式示出，该套管32完全围绕工具主体4延伸并且提供额外的支撑以承受流体静力负荷。当然，应当理解的是，外盖30还可以采取仅仅部分围绕工具主体4延伸的舱盖或盖的形式。

如图2至图4所示，MCM壳体24包括具有部分45的壳体主体42，该部分45包括第一表面47和第二相对表面48。部分45可以包括大体对应于外表面部分8的形状。周壁50围绕部分45延伸。周壁50包括将内表面18和边缘13接合的外周缘53。MCM壳体24还可以包括多个强化构件，其中两个标示为56和57，从第二表面48突出。强化构件57还可以从周壁50突出。强化构件56和57可以与MCM壳体24整体地形成或者可以构成单独的部件。每个强化构件56、57包括对应的悬臂式端部58和59，它们与第二表面48和周壁50一起限定了一个或多个电子设备容纳区域60。电子设备容纳区域60容纳传感器和/或工具主体4内的其它电子部件。

根据某一示例性方面，MCM壳体24支撑在凹槽12中在内表面18上并且由此可以形成冗余组件(未单独地标记)的部分，其可以对内部布置的部件提供除了可以由外盖30提供的保护之外额外的保护。具体地，外周缘53和悬臂式端部58、59抵靠内表面18并且支撑部分45。以此方式，MCM壳体24能够承受流体静力负荷并且保护内部的电子部件。另外，MCM壳体24为电子部件提供保护而不增加井下工具2的总体径向厚度。一旦处于合适位置，外周缘53可以结合至工具主体4。例如，外周缘53可以焊接或以其它方式熔接至边缘13，如图3和图4所示。当然，应当理解的是，还可以采用其它形式的结合。一个或多个连接器，诸如在63处示出的，可以安装至MCM壳体24。连接器63以压力馈通65的形式示出，然而，应当理解的是，可以采用其它形式的连接器，有线和无线两者都可。一旦处于合适位置，外套管30跨过MCM壳体24定位。不再需要适应所有的流体静力负荷，外套管30现在可以具有更薄的截面。压力馈送一般包括陶瓷或玻璃密封件，其围绕连接器63的内导体。连接器63还可以具有多于一个的导体和末端。

现在将参考图5至7，在描述根据示例性实施例的另一个方面的MCM壳体70中，其中相同的附图标记代表相应视图中对应的部件。MCM壳体70包括具有部分76的壳体主体74，该部分76包括第一表面78和第二相对表面79。部分76可以包括大体对应于外表面部分8的形状。周壁82围绕部分76延伸。周壁82包括将内表面18和边缘13接合的外周缘84。MCM壳体70还可以包括多个强化构件，其中两个标示为86和87，从第二表面79突出。强化构件87还可以从周壁82突出。如上所述，强化构件86和87可以与MCM壳体70整体地形成或者可以构成单独的部件。每个强化构件86、87包括对应的悬臂式端部88和89，它们与第二表面79和周壁82一起限定了一个或多个电子设备容纳区域60。电子设备容纳区域60容纳传感器和/或工具主体4内的其他电子部件。

根据示例性实施例所示，MCM壳体70通过第一密封件91可拆卸地安装在凹槽12内并且可以形成冗余组件(未单独地标记)的部分，其可以对内部布置的部件提供除了可以由外盖30提供的保护之外额外的保护。第一密封件91采取弹簧加载径向密封件92的形式，具有大体C形横截面。当然，应当理解的是，第一密封件91可以采取多种几何结构并且可以是或可以不是弹簧加载的。MCM壳体70还包括第二密封件94。第二密封件94采取弹簧加载径向密封件96的形式，类似于结合弹簧加载径向密封件92所描述的。第一密封件91和第二密封件94可以为由不锈钢、金属合金、银、铜和金形成的金属密封件，或者可以拥有诸如不锈钢、金属合金、银、铜和金的金属涂层。金属涂层的具体类型可以变化。金属涂层通常选择为不与井下地形物质和/泥浆反应。还应当理解的是，MCM壳体70可以包括兼轴向且径向延伸的单个连续密封件。还应当理解的是，MCM壳体70可以包括整体式密封件。相反，密封件可以构建到工具主体4内。一旦安装，MCM壳体70可以由外套管30覆盖。不再需要适应所有的流体静力负荷，外套管30现在可以具有更薄的截面。

根据示例性实施例的另一个方面，现在将参考附图8至9对井下工具112进行描述。井下工具112包括工具主体114，其具有内表面部分116和外表面部分118。工具主体114包括限定了MCM壳体121的凹槽120。MCM壳体121包括周壁122和内表面124。在所示的示例性方面中，MCM壳体121包括多个从内表面124向外延伸的强化构件130。强化构件130可以与内表面124整体地形成或可以为单独的部件。多个强化构件130的每一个包括在外表面部分118下方的悬臂式端部132。以与以上描述的方式相类似的方式，强化构件130与内表面124和周壁122一起，限定了多个电子设备容纳区域134。

进一步根据所示的示例性实施例，井下工具2包括跨过MCM壳体121延伸的加强元件140。加强元件140包括第一表面部分142和相对第二表面部分143。第二表面部分143包括多个加强构件，其中一个在145处示出，其对应于多个强化构件130的每一个。加强元件140为MCM壳体121提供盖，以及提供可以适应流体静力负荷的结构。一旦处于合适位置，加强元件140可以由套管(未示出)覆盖。不再需要适应所有的流体静力负荷，外套管30现在可以具有更薄的截面。加强元件140可以通过诸如焊接或密封以金属密封件结合至强化构件130，以保护在电子设备容纳区域134中的电子部件(未示出)免于暴露于除气。

图10，其中相同的附图标记代表相应的视图中的对应部件，示出了盖147的使用，示出为舱盖148，其具有第一表面部分150和相对第二表面部分151。舱盖148仅仅部分地绕工具主体114延伸，并且套在设置在MCM壳体121处的凹槽(未单独地标记)内。第二表面部分151包括加强构件154。以此布置，套管148既起到外密封件又起到强化结构的作用，使得MCM壳体121能够承受流体静力负荷而不需要附加的加强元件。此外，可以绕套管148设置诸如在159处示出的密封件，同时阻止除气进入MCM壳体121。

图11和12示出了井下工具160，其具有工具主体162。工具主体162包括容纳电子部件(未示出)的凹槽168。工具主体162还示出为包括沿第一方向从凹槽168轴向地向外延伸的第一连接器容纳区域172和沿相对的第二方向从凹槽168轴向地向外延伸的第二连接器容纳区域174。连接器容纳区域172还可以从凹槽168或以相对于凹槽168的任何角度径向地向外延伸。第一连接器容纳区域172包括第一密封件棱面177，并且第二连接器容纳区域174包括第二密封件棱面178。在所示的示例性实施例中，可拆卸电子部件接入构件179被安装至工具主体162。术语“可拆卸”应当理解为用于描述：电子部件接入构件179可以与工具主体162分离而不需要切割或将导致井下工具160或接入构件179破坏的其它过程。

根据示例性实施例的一方面，可拆卸电子部件接入构件179可以采取可拆卸连接器180的形式。可拆卸连接器180可以采取压力馈通184的形式，其布置在第一连接器容纳区域172内。通过“可拆卸”，应当理解的是，连接器180可以从连接器容纳区域172移除而不需要切断焊接或其它结合，并且该可拆卸连接器180可以在移除后再次使用。例如，可拆卸连接器180可以螺纹地与连接器容纳区域170接合，或可以采用成形记忆合金材料，当暴露于诸如在井下环境遇到的升高的温度、夹紧等时，该成形记忆合金材料能够接合连接器容纳区域170。可拆卸连接器180还可以为易于安装进入第一连接器容纳区域172而不需要焊接或其它永久的附接手段。例如，可拆卸连接器180可以螺纹地与连接器容纳区域170接合。

压力馈通184连接至通向相邻井下部件(未示出)的导管190。如图12中最佳示出的，压力馈通184还包括主体193，该主体193具有设置有销198的末端196。随着销198向凹槽168延伸，末端196接合在第一连接器容纳区域172内。以此方式，销198可以提供对布置在一个电子设备容纳区域134内的电子部件的连接。

根据某一示例性实施例，主体193包括阶梯段201和凹槽204。凹槽204绕主体193周向地延伸并且容纳电触点207。电触点207径向地向外偏置以在压力馈通184和工具主体4之间提供连接，该连接可以为其它信号建立电接地或传导通路。根据某一示例性方面，电触点207限定了弹簧触点。压力馈通184还包括布置在主体193的阶梯段201处的密封件210。密封件210位于阶梯段201和第一密封件棱面177之间，以在允许连接器180从工具主体4移除的同时防止气体进入凹槽168。根据示例性实施例的一方面，密封件可以由诸如不锈钢、金属合金、银、铜和金的金属形成，或者可以拥有诸如不锈钢、金属合金、银、铜和金的金属涂层。金属涂层通常选择为基本上不与井下地层物质反应。

根据示例性实施例的一方面，可拆卸连接器180不仅利于容易和重复安装及移除，而且提供对容纳在工具主体114中的凹槽168内的电子部件(未示出)的接入。进一步根据示例性实施例的一方面，工具主体114可以包括可拆卸电子部件接入构件300，其以设置在凹槽168内的可拆卸多芯片模块(MCM)壳体310的形式。MCM壳体310可以通过金属密封件320在凹槽168内紧固至工具主体114。

在这一点上应当理解的是，示例性实施例描述的MCM壳体能够承载相当大比例的施加在井下工具上的流体静力压力以及其它施加的负荷，诸如那些由螺纹连接、钻柱扭力、钻头重量、钻头扭矩等提供的。MCM壳体还保护电子部件免于暴露于除气或其它井下条件。此外，MCM壳体由耐于暴露于潜在腐蚀性的井下地层的材料形成。应当理解的是，MCM壳体的具体形状和内部几何结构可以变化并且可以适用于大量应用。

应当进一步理解的是，根据示例性实施例的井下工具可以形成整个井下系统400的部分，如图13中示出的。例如，示例性实施例可以可操作地与导向装置420、泥浆马达430或诸如钻井同时测井元件440的其它井下电子装置相关联，或者利于它们之间的通信。示例性实施例还可以利于在井下部件和诸如控制器460的井上部件之间进行通信。

尽管已经示出和描述了一个或多个实施例，在不背离本发明主旨和范围的条件下可以对其进行修改和替换。因此，应当理解的是，本发明仅是说以示例的方式进行了描述，而并不是以限制的方式。