用于井下组件中的电子装置的包装的制作方法
【专利摘要】一种配置成插入钻孔中的井下装置包括：装置主体，其具有外表面和在外表面中形成的凹槽；以及封盖，其覆盖凹槽以形成第一腔体，该封盖与装置主体形成不漏流体的密封。该装置包括配置成支撑第一腔体内的电模块的至少一个减震器，该至少一个减震器在腔体的基部和与基部相对的封盖的内表面之间延伸。该装置还包括位于腔体的基部和封盖的内表面中的至少一个上的振动阻尼层，该振动阻尼层配置成与电模块的表面接触以减弱电模块的振动。
【专利说明】用于井下组件中的电子装置的包装
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年3月5日提交的美国申请N0.14/198051的权益，其全部内容通过引用并入本文。
【背景技术】
[0003]本发明的实施例涉及用于钻孔中的井下组件的井下管段，并且特别涉及用于井下组件中的电子装置的包装。
[0004]电子装置用于所有类型的环境，包括温度极限、振动和冲击。在井下环境(诸如油井或钻孔)中，井下管道在钻井操作或完井操作期间经受机械冲击和振动。井下管道中的电子电路可以受到机械冲击和振动而损坏。此外，电气电路产生热量，并且在电气电路必须被封闭以保护电路免受钻孔中流体的影响的井下环境中，热量可能在没有充分散热的情况下积聚，这可损坏电路。
【发明内容】
[0005]本发明的实施例涉及配置成插入钻孔的井下装置。该装置包括装置主体，该装置主体具有外表面和在外表面中的凹槽；以及覆盖凹槽以形成第一腔体的封盖，该封盖与装置主体一起形成不漏流体的密封。该装置包括至少一个减震器，其配置成支撑第一腔体内的电模块，该至少一个减震器在腔体的基部和与基部相对的封盖的内表面之间延伸。该装置还包括振动阻尼层，其位于腔体的基部和封盖的内表面中的至少一个上，该振动阻尼层配置成与电模块的表面接触以减弱电模块的振动。
[0006]附加实施例涉及具有用于插入钻孔中的多个井下管段的井下组件。井下组件包括第一井下管段，该第一井下管段具有限定通过卡圈主体端对端延伸的第一腔体的卡圈主体，且在卡圈主体的外表面中的凹槽限定第二腔体。第一井下管段包括覆盖第二腔体以密封地封闭第二腔体的封盖。至少一个减震器配置成支撑第二腔体内的电模块，该至少一个减震器在腔体的基部和封盖的内表面之间延伸。振动阻尼层位于腔体的基部上并配置成与电模块的表面接触以减弱电模块的振动。
【附图说明】
[0007]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的编号:
[0008]图1A是根据本发明的实施例的井下管段的横截面；
[0009]图1B是根据实施例的井下管段的另一个横截面；
[0010]图2是根据本发明的实施例的井下组件的井下管段的横截面；
[0011]图3是根据本发明的实施例的井下探测器装置的横截面；
[0012]图4是根据本发明的实施例的钻孔系统；以及
[0013]图5是根据另一个实施例的井下管段的横截面。
【具体实施方式】
[0014]井孔系统包括位于井下管段和装置中的电气设备以执行各种操作，诸如感测功能、数据处理功能、井下组件控制功能或需要电气电路的任何其它功能。井下环境可以是极端的并可使电子设备经受可损坏电子设备的高温、机械冲击以及振动。本发明的实施例涉及用于支撑井下组件的井下管段或装置中的电气电路的减震器和振动阻尼层。
[0015]图1A示出了根据本发明的实施例的井下装置，具体地是管柱的井下管段100的横截面图。井下管段100包括卡圈主体101和封盖104，该卡圈主体101具有限定第一腔体102的卡圈主体101的外表面中的凹槽，该封盖104覆盖第一腔体102以形成密封。在本发明的实施例中，封盖104可具有任何形状并可以以任何适合的方式连接至卡圈主体101，使得在操作中当井下管段100位于钻孔中时，封盖104保持固定至卡圈主体101。因此，封盖104可以诸如通过焊接或可释放地附接至卡圈主体101(诸如通过一个或多个固定闩锁、螺钉或螺栓)而永久地附接至卡圈主体101。本发明的实施例不限于任何类型的固定机构，只要在操作中当卡圈主体101处于井下环境中(诸如在钻孔中的钻井操作)时封盖104保持固定至卡圈主体101。
[0016]封盖104可具有任何形状，包括具有如图1所示的弯曲外表面形状以对应于卡圈主体101的外表面的形状，或者封盖104可具有带有大致平坦的形状或任何其它期望形状的外表面。封盖104和卡圈主体1I可形成密封以防止流体流入腔体1 2中。该密封可以通过将封盖104焊接到卡圈主体，通过将密封部件(诸如粘弹性材料或橡胶)插入到卡圈主体101和封盖104之间或通过任何其它方式而形成。
[0017]在本发明的实施例中，第一腔体102配置成在腔体102内容纳电模块105。电模块105可以为任何类型的装置，包括感测设备或其它处理电路，诸如印刷线路板上的线路，和一个或多个处理器、存储器芯片以及安装至印刷线路板的其它逻辑电路。在一个实施例中，电模块105包括电气电路，其封闭在金属盒内用于保护电路并将来自电路的热量传递到周围环境。此外，实施例包含用于保护电路的任何类型的盒子，包括塑料、陶瓷或根据设计考虑而选择的其它任何适合的材料。
[0018]电模块105通过减震器106a和106b保持在腔体102中的适当位置。在一个实施例中，减震器106a和106b由弹性体材料制成。然而，实施例包含能够吸收冲击和支撑电模块105的任何材料。在一个实施例中，减震器106a和106b由预成形的弹性体制成，或由在被放置在腔体102中之前具有预定形状并且在腔体102中保持其形状的弹性体制成，仅仅经受由于腔体102的机械冲击和振动和压缩造成的少量压缩和膨胀。
[0019]在一个实施例中，减震器106a和106b成形为保持电模块105与腔体102的基部109间隔开以及与限定腔体102的内表面的封盖104的表面108间隔开。换句话说，减震器106a和106b配置成具有位于面向封盖104的电模块105的表面之间的部分以及位于电模块105的表面和腔体的基部109之间的部分。在本发明的实施例中，减震器106a和106b从腔体102的基部109延伸至封盖104的内表面108。
[°02°]如图1A所不，第一减震器106a支撑电模块105的第一端，而第二减震器106b支撑电模块105与第一端相对的第二端。在一个实施例中，两个减震器106a和106b的组合一起接触电模块105的每一个表面，包括面向封盖104的表面、面向腔体102的基部109的表面、在宽度方向(如图1A中的方向X所示)中的电模块105的端表面和在纵向方向(如图1A中的方向Z所不)中的电模块105的端表面。因此，减震器106a和106b接触电模块105的每一个表面以防止腔体102内的电模块的移动以及保持悬置在腔体102内的电模块105。
[0021]由于减震器106a和106b具有将电模块105保持于腔体102中位置的形状，所以不需要螺钉或其它附接装置来相对于卡圈主体101固定电模块105。在一个实施例中，井下管段100不包括螺丝，或包括其它附接机构，该其它附接机构附接到卡圈主体101，或通过电模块105来将电模块105附接到卡圈主体101。换句话说，在一个实施例中，减震器106a和106b不使用螺钉、螺栓、夹具、闩锁、销或任何其它连接装置来将电模块105保持于腔体102中的位置，以将减震器106a和106b连接到电模块105、将减震器106a和106b连接到卡圈主体101或封盖104，或将电模块105连接到卡圈主体1I或封盖104。
[0022]井下管段100进一步包括位于腔体102的基部109上的振动阻尼层107，并且配置成与电模块105的表面接触以减弱电模块105的振动。在一个实施例中，振动阻尼层107位于第一减震器106a和第二减震器106b之间。
[0023]井下管段100包括第二腔体103，该腔体从卡圈主体101的一端向相对端延伸通过卡圈主体101。在一个实施例中，井下管段100配置成具有流动通过第二腔体103的流体，诸如钻孔流体、钻井泥浆或任何其它流体。在一个实施例中，振动阻尼层107是热传递材料，用于将热量从电模块105传递至卡圈主体101，并从卡圈主体101传递至第二腔体103中的流体。
[0024]在一个实施例中，振动阻尼层107由粘弹性材料制成。粘弹性材料可以是诸如垫的预成形材料，或者粘弹性材料可以是沉积在腔体102中的糊剂或其它材料。然后电模块105可以放置在粘弹性材料上，并且粘弹性材料可以硬化成振动阻尼层107。
[0025]图1A示出了井下管段100的沿垂直于井下管段100的长度轴Z的平面的横截面。换句话说，在其中井下管段100形成为圆柱体的实施例中，长度轴Z对应于在圆柱体中心处通过腔体103的轴。为了描述的目的，轴Y被称为井下管段100的高度方向，轴X被称为井下管段100的宽度方向，并且轴Z被称为井下管段100的长度方向。
[0026]图1B是沿图1A的线Ι-Γ截取以示出井下管段100的长度或井下管段100的至少一部分长度的侧横截面视图。如图1B中所示，井下管段100包括位于电模块105的长度端处的第三和第四减震器112a和112b。虽然在图1A和图1B中示出了四个减震器106a、106b、112a和112b，但是本发明的实施例包含任何数量的减震器，包括具有通过沿电模块的顶部或一侧或多侧走向而足以支撑整个电模块105的形状(诸如以矩形框的形状)的一个减震器，两个、三个或五个或更多个减震器。在一个实施例中，仅用两个减震器，位于电模块105的宽度端，如图1A中所示，或位于电模块105的长度端，如图1B中所示。
[0027]减震器112a和112b包括与在卡圈主体105中的通道116对齐的通道115a和115b，以允许导线连接到电模块105并延伸通过井下管段100到另一井下管段或其它设备。
[0028]在图1A和图1B中所示的实施例中，电模块105具有大于其宽度的长度，其长度沿井下管段100的长度方向Z延伸，并且其宽度沿井下管段100的宽度方向X延伸。然而，本发明的实施例并不限于图1A和图1B中所示的配置。相反地，实施例包含相对于卡圈主体101的电模块105的任何布置，包括具有在井下管段100的宽度方向X中延伸的长度、具有在井下管段100的高度方向Y中延伸的长度、具有相同的宽度和高度、具有布置为与宽度方向X、高度方向Y和长度方向Z中的任何方向非同轴的不规则或非几何形状，或具有任何其它布置。
[0029]虽然图1A和图1B示出了四个减震器106a、106b、112a和112b，以及仅一个振动阻尼层107，但是本发明的实施例包含任何数量的减震器和振动阻尼层。图2示出了类似于图1A的本发明的实施例，但进一步包括在电模块105和封盖104的内表面108之间的第二振动阻尼层117。
[0030]图3示出了根据本发明的另一实施例的井下装置。在图3中，井下装置是探测器310，其配置成获得在地层320中形成的钻孔321中的测量结果。探测器310包括通过缆线312悬挂的外壳311。可替代地，探测器310可连接到井下管道或其它结构，来将探测器310推入到井孔321中，并在井孔321内支撑探测器310。当封盖314附接到外壳311的一端时，在外壳311的端表面形成凹槽313以形成腔体313。封盖314与外壳311形成不漏流体的密封，以防止流体流入或流出腔体313。
[0031 ]电模块315位于腔体313中，并可对应于结合图1A描述的电模块105。电模块315可包括一个或多个测量装置，诸如天线或其它发射器或接收器，和一个或多个处理电路来处理测量装置产生的信号，处理井上计算机产生的信号以控制或监测探测器310的操作，或处理与探测器310的操作结合产生的任何其它信号。探测器310包括减震器316a和316b以及振动阻尼层307和317。减震器可对应于结合图1A和图1B描述的减震器106a和106b，并且振动阻尼层可对应于结合图1A、图1B和图2描述的振动层107和117。
[0032]虽然已示出了诸如管道管段的井下管段和探测器以提供本发明实施例的示例，但实施例并不限于所公开的示例。相反地，本发明的实施例可以结合任何类型的设备或装置一起实施，该设备或装置配置成插入地层中的钻孔中。
[0033]此外，虽然图1A、图1B和图2示出了位于侧表面(或从井下管段中心沿径向向外的表面)上的封盖，并且图3示出了位于井下装置的一端(S卩，沿装置的轴向长度的表面)处的封盖，但是实施例包含位于井下装置的任何表面或多个表面(包括任一端和任何侧表面)上的封盖。
[0034]图4示出了根据本发明实施例的钻孔系统400。系统400包括连接到地上计算机420的井下组件410，该计算机可以执行井下组件410的一个或多个监测和控制。井下组件410包括地上的井架411和马达412，以及井下部分430，其包括在地层440的钻孔441中的一个或多个井下管段432。在图4中，井下管段432a代表图1A和图1B的井下管段100，包括腔体102、电模块105、减震器106a、106b、112a和112b以及振动阻尼层107。井下管段432a的电模块105与计算机420经由导线433通信，该导线433延伸通过井下管段432。导线433可以是任何类型的导线，包括铜或其它导电金属或光纤导线。此外，本发明的实施例包含在计算机420和电模块105之间的任何类型的通信，包括泥浆脉冲遥测、电磁遥测或任何其它类型的通信。
[0035]在本发明的实施例中，减震器和振动阻尼层在井下组件410的操作期间(诸如在钻井操作或完井操作期间)保护电模块。由于电模块紧固地安装在减震器中，所以不需要螺钉或其它固定机构来将电模块机械地固定至井下管段的卡圈主体。因此，当电模块遭受机械冲击和振动时，电模块不遭受在螺钉或其它固定装置相对于卡圈主体固定的某些点上的应力。
[0036]此外，减震器可以不附接至卡圈主体(S卩，不使用粘合剂、螺钉或其它固定手段)，并且相反，减震器可以贴合地安装在卡圈主体内的腔体空间内。因此，如果操作员需要接入电模块，则可以从腔体移除封盖且可以在不需要拧开、卸装或拆开任何固定机构的情况下移除电模块和减震器。
[0037]在本发明的一个实施例中，减震器是预成形材料，其具有设计为与由减震器支撑的电模块的形状对应的形状。减震器设计为具有这样的形状，使得当电模块位于减震器中以由减震器支撑时，减震器接触卡圈主体中腔体的内表面以防止电模块相对于卡圈主体的移动。例如，如果两个减震器用于支撑电模块的长度端，则减震器的高度为附接有封盖的腔体的高度，减震器的宽度为腔体的宽度，并且减震器的部分位于电模块的端部和腔体的壁之间，使得电模块的长度和位于电模块端部和腔体壁之间的减震器的部分具有与腔体长度相同的长度。因此，不需要螺钉或其它附接结构以将电模块保持在腔体内的适当位置，使得在电模块上不产生应力点并且比使用固定或附接机构时更便于或易于插入和移除电模块和减震器。
[0038]尽管已经提供了其中封盖覆盖具有凹槽的卡圈主体一部分的实施例，但是实施例包含相对于卡圈主体具有任何形状的封盖。例如，图5示出了根据本发明的实施例的井下装置并且特别是管柱的井下管段500的横截面视图。井下管段500包括卡圈主体501和封盖504，卡圈主体501具有限定第一腔体502的卡圈主体501的外表面中的凹槽，封盖504在图5所示的实施例中为套筒，其覆盖包括第一腔体502的卡圈主体501的整个外部径向表面以形成密封。
[0039]在本发明的实施例中，第一腔体502配置成在腔体502内容纳电模块505。电模块505可以为任何类型的装置，包括传感器设备或其它处理电路，诸如印刷线路板上的线路，以及一个或多个处理器、存储器芯片和安装至印刷线路板的其它逻辑电路。在一个实施例中，电模块505包括封闭在金属盒内的电气电路用于保护电路并且从电路向周围环境传递热量。此外，实施例包含用于保护电路的任何类型的盒子，包括塑料、陶瓷或根据设计考虑而选择的任何其它适合的材料。
[0040]电模块505由减震器506a和506b保持在腔体502中的适当位置。在一个实施例中，减震器506a和506b由弹性体材料制成。然而，实施例包含能够吸收冲击并支撑电模块505的任何材料。在一个实施例中，减震器506a和506b由预成形的弹性体制成，或由在被放置在腔体502中之前具有预定形状的弹性体制成，并且在腔体502中保持其形状，仅仅遭受由于腔体502的机械冲击和振动和压缩造成的少量压缩和膨胀。
[0041 ] 在一个实施例中，减震器506a和506b成形为保持电模块505与腔体502的基部509以及与限定腔体502的内表面的封盖504的表面508间隔开。换句话说，减震器506a和506b配置成具有位于面向封盖504的电模块505的表面之间的部分以及位于电模块505的表面和腔体基部509之间的部分。在本发明的实施例中，减震器506a和506b从腔体502的基部509延伸至封盖504的内表面508。
[0042]井下管段500进一步包括振动阻尼层507，其位于腔体502的基部上的并且配置成与电模块505的表面接触以减弱电模块505的振动。在一个实施例中，振动阻尼层507位于第一减震器506a和第二减震器506b之间。另一个振动阻尼层517位于电模块505和封盖504之间。
[0043]井下管段500包括第二腔体503，其从卡圈主体501的一端向相对端延伸通过卡圈主体501。在一个实施例中，井下管段500配置成具有流动通过第二腔体503的流体，例如钻孔流体、钻井泥浆或任何其它流体。在一个实施例中，振动阻尼层507是热传递材料，用于将热量从电模块505传递至卡圈主体501，以及从卡圈主体501传递至第二腔体503中的流体。
[0044]在一个实施例中，振动阻尼层507由粘弹性材料制成。粘弹性材料可以是诸如垫的预成形材料，或者粘弹性材料可以是沉积在腔体502中的糊剂或其它材料。然后电模块505可以放置在粘弹性材料上，并且粘弹性材料可以硬化为振动阻尼层107。
[0045]尽管已经示出和描述了一个或多个实施例，但是在不背离本发明精神和范围的情况下可以对这些实施例进行修改和替换。因此，要理解的是，本发明已经借助于说明而并非限制来进行描述。
【主权项】
1.一种井下装置(100)，其配置成插入钻孔(321)中，所述井下装置(100)包括: 装置主体(101)，其具有外表面和在所述外表面中形成的凹槽； 封盖(104)，其覆盖所述凹槽以形成第一腔体(102)，所述封盖(104)与所述装置主体(101)形成不漏流体的密封； 至少一个减震器(106)，其配置成支撑所述第一腔体(102)内的电模块(105)，所述至少一个减震器(106)在所述腔体的基部(109)和与所述基部(109)相对的所述封盖(104)的内表面(108)之间延伸；以及 振动阻尼层(107)，其位于所述腔体的基部(109)和所述封盖的内表面(108)中的至少一个上，所述振动阻尼层(107)配置成与所述电模块(105)的表面接触以减弱所述电模块(105)的振动。2.根据权利要求1所述的井下装置(100)，其中所述井下装置(100)是井下组件(410)的管段，以及 所述装置主体(101)是卡圈主体(101)，所述卡圈主体(101)限定端对端延伸通过所述卡圈主体(101)的第二腔体(103)。3.根据权利要求2所述的井下装置(100)，其中所述第二腔体(103)配置成具有通过其中的流体流动，并且所述振动阻尼层(107)由温度传递材料制成，所述温度传递材料配置成通过所述振动阻尼层(107)和所述卡圈主体(101)将热量从所述电模块(105)传递至所述流体。4.根据权利要求1所述的井下装置(100)，其中所述井下装置(100)是井下探测器(310)，所述井下探测器(310)配置成插入所述钻孔(321)中以获得所述钻孔(321)、所述钻孔(321)中的流体以及地层(320)中的一个或多个的特性的测量结果。5.根据权利要求1所述的井下装置(100)，其中所述至少一个减震器(106)包括第一减震器(106a)和第二减震器(106b)，所述第一减震器(106a)配置成支撑所述电模块(105)的第一端，而所述第二减震器(106b)配置成支撑所述电模块(105)的相对于所述第一端的第_-上山一栖。6.根据权利要求5所述的井下装置(100)，其中所述振动阻尼层(107)位于所述第一减震器(106)和所述第二减震器(106)之间。7.根据权利要求1所述的井下装置(100)，其中所述至少一个减震器(106)配置成通过接触面向所述第一腔体(102)的所述基部(109)的所述电模块(105)的第一表面、与所述第一表面相对并且面向所述封盖的所述电模块(105)的第二表面，将所述电模块(105)在所述第一腔体(102)内保持静止。8.根据权利要求7所述的井下装置(100)，其中所述至少一个减震器(106)配置成通过接触所述电模块(105)的每一个表面来将所述电模块(105)在所述第一腔体(102)内保持静止。9.根据权利要求1所述的井下装置(100)，其中所述至少一个减震器(106)配置成无需螺钉而将所述电模块(105)在所述第一腔体(102)内保持静止。10.根据权利要求1所述的井下装置(100)，其中所述减震器(106)是预成形的弹性体。11.根据权利要求1所述的井下装置(100)，其中所述振动阻尼层(107)由弹性材料制成。12.根据权利要求1所述的井下装置(500)，其中所述封盖(504)是覆盖所述装置主体(501)的整个外部径向表面的套筒(504)。13.—种井下组件(410)，其具有插入在钻孔(321)中的多个井下管段，所述井下组件(410)包括: 在所述多个井下管段(432)之间的第一井下管段(432a)，其具有在限定第一腔体(102)的卡圈主体以及限定端对端通过所述卡圈主体(101)延伸的第二腔体(103)的所述卡圈主体的外表面中的凹槽，所述第一井下管段包括覆盖所述第一腔体(102)以密封包围所述第一腔体(102)的封盖(104); 至少一个减震器(106)，其配置成支撑在所述第一腔体(102)内的电模块(105)，所述至少一个减震器(106)在所述第一腔体的基部(109)和所述封盖(104)的内表面(108)之间延伸；以及 振动阻尼层(107)，其位于所述第一腔体(102)的所述基部(109)上，并且配置成与所述电模块(105)的表面接触以减弱所述电模块(105)的振动。14.根据权利要求13所述的井下组件(410)，其中所述至少一个减震器(106)包括第一减震器(106)和第二减震器(106)，所述第一减震器(106)配置成支撑所述电模块(105)的第一端，而所述第二减震器(106)配置成支撑所述电模块(105)的相对于所述第一端的第二端。15.根据权利要求14所述的井下组件(410)，其中所述振动阻尼层(107)位于所述第一减震器(106)和所述第二减震器(106)之间。
【文档编号】E21B33/12GK106068363SQ201580011558
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年2月24日 公开号201580011558.2, CN 106068363 A, CN 106068363A, CN 201580011558, CN-A-106068363, CN106068363 A, CN106068363A, CN201580011558, CN201580011558.2, PCT/2015/17280, PCT/US/15/017280, PCT/US/15/17280, PCT/US/2015/017280, PCT/US/2015/17280, PCT/US15/017280, PCT/US15/17280, PCT/US15017280, PCT/US1517280, PCT/US2015/017280, PCT/US2015/17280, PCT/US2015017280, PCT/US201517280
【发明人】W·王, R·赖纳特森, E·G·伯勒斯, B·德雷尔, C·休伯
【申请人】贝克休斯公司