专利名称：模块化连接器和方法
技术领域：
本发明涉及用于在地下地层评价中使用的井下工具，并且更具体地，本发明涉及 用于在随钻环境中使用的井下工具中的部件的模块化。
背景技术：
钻井眼(又称作为井筒)用于油气勘探和开采。通常理想的是在钻井操作期间 (例如，在当实际钻井已经暂时停止时的时间期间)对被井眼穿过的地层执行各种评价。 在一些情况下，钻柱可以设置有用于对周围地层进行测试和/或取样的一个或多个钻井工 具。在其它情况下，在称作“起下钻”中的程序中，可以从井眼移除钻柱，并且可以将电缆测 井仪部署到井眼内以对地层进行测试和/或取样。由这种井下工具执行的取样或测试可以 例如用于定位有价值的油气生产层并且操纵从所述有价值的油气生产层对碳氢化合物的 开采。在挠性管、钻杆、套管或其它输送装置上输送的这种钻井工具和电缆测井仪以及 其它井眼工具在这里也被称作为“井下工具”。这种井下工具本身可以包括多个集成模块， 每一个用于执行单独的功能，并且可以单独使用井下工具，或者可以与井下工具串中的其 它井下工具结合使用井下工具。更具体地，地层评价通常要求将来自地层的流体吸入到井下工具(或所述井下工 具的模块)中，用于在现场进行测试和/或取样。诸如探头和/或封隔器的各种装置从井 下工具伸出以隔离井眼壁的区域，并藉此建立与包围井眼的地层的流体通路。然后使用探 头和/或封隔器将流体吸入到井下工具内。理想地，利用集成取样/压力工具执行在钻井的同时对这种地层流体样品的采 集，所述集成取样/压力工具包括多个模块，每一个用于执行诸如电源供给、液压动力供 给、流体取样(例如、探头或双管封隔器)、流体分析、和取样采集(例如，槽)的不同功能。 例如，在美国专利No. 4，860，581和No. 4，936，139中说明了这种模块。因此，通常将诸如地 层流体的井下流体吸入到井下工具内用于进行测试和/或取样。这种及其它类型的井下流 体(除了被泵送通过钻柱的钻井泥浆之外)以下被称作为“辅助流体”。这种辅助流体可以 是被取样的地层流体、或用于注入到地下地层内的专用流体(例如，修井液)。除了仅润滑 钻头和/或将钻屑带到地面之外，辅助流体通常在井下作业中具有实用性。这种辅助流体 可以在诸如取样工具的集成工具模块之间被输送，和/或在工具串中相互连接的工具之间 被输送。此外，电力和/或电子信号(例如，用于传输的数据)还可以在这种工具的模块之 间被传输。因此，在工具的模块之间执行必要流体和电传送的同时保持工具的可操作长度 (例如，30英尺)是一个复杂的问题。还要认识的是多个其它应用将在电缆和“随钻”操作中需要在井下工具串的按顺 序定位的模块或工具之间进行流体连通和电信号的通信。“随钻”操作通常被表征为随钻 测量(MWD)和/或随钻测井(LWD)操作的一部分，在所述随钻测量和/或随钻测井中，需 要在被连接的工具或集成工具模块两端进行电力通信(电力和信号)。已经研制了各种装置用于指导这种随钻操作，例如，授予Cobern的美国专利No. 5，242，020、授予Berger 等人的No. 5803186、授予Smith等人的No. 6026915、授予Berger等人的No. 647239、授予 Berger 等人的 No. 6，157，893、授予 Nasr 等人的 No. 6，179，066 和授予 Ciglenec 等人的 No. 6，230，557。这些专利公开了用于从地下地层采集数据和在一些情况下从地下地层采集 流体样品的各种井下工具和方法。尽管井下工具的取样和测试性能的进步，但是现有系统-具体地为随钻系统通常 受限于用于在工具或工具模块两端传输电信号的方案。具体的方案包括在其中转让给斯伦 贝谢的美国专利No. 6，641，434中描述的被连接管状构件(例如，有线钻杆“ (WDP))的接头 处的各种环型连接器。这种WDP连接器已知为不能提供被连接管状构件之间的电信号传输。连接器还已经被设置成用于使流体通过井下电缆测井仪。转让给Halliburton的 美国专利No. 5，577，925和美国专利申请No. 10/721,026中示出了这种连接器的示例。然 而，没有公开用于连接延伸通过被连接井眼管材的相对的端部并在所述相对的端部处或在 所述相对的端部附近终止的辅助流动管线或用于有助于被连接部件之间的连接的连接器。 此外，已知的连接器或连接器系统没有面临涉及钻铤、钻井泥浆、空间限制和恶劣的钻井问 题的钻井工具的另外的复杂问题。因此，需要一种适于在井下工具串中的工具模块和/或工具之间连通辅助流体和 /或通信电信号的连接器。理想的是这种连接器显示长度调节功能以补偿将被连接的模块 /工具之间的间隔。此外，理想的是这种连接器显示当断开连接模块/工具时自动密封流动 通过所述连接器的辅助流体的功能。此外，理想的是可与连接器连接的部件是模块化的，并 且适于在不同环境和条件中使用。定义当一些术语第一次使用时在整个说明书中对所述术语进行限定，同时在本说明书 中使用的一些其它术语被限定如下“辅助流体”表示井下流体(除了被泵送通过钻柱的钻井泥浆之外)，例如，通常吸 入到井下工具内用于进行测试和/或取样的地层流体、或用于注入到地下地层内的专用流 体(例如，修井液)。辅助流体还可以包括例如用于致动液压马达、活塞、或位移单元的工具 部件的液压流体。辅助流体还可以包括用于在底部钻具组合中进行热操纵的诸如冷却液的 流体。除了仅润滑钻头和/或将钻屑带到地面之外，辅助流体通常在井下作业中具有实用 性。“部件(一个或多个)”表示一个或多个井下工具或一个或多个井下工具模块(一 个或多个)，特别是当这种工具模块在井下工具串中使用时。“电”和“电地”表示用于传输电子信号的连接(一个或多个)和/或线(一个或 多个)。“电子信号”表示能够传输电力和/或数据(例如，二进制数据)的信号。“模块”表示井下工具的一部分，具体地为具有两个或更多个相互连接模块的多功 能或集成井下工具，用于执行单独或分开功能。“模块化的”表示适于(相互)连接模块和/或工具，并且可以被构造成具有标准 单位或尺寸，以便在使用中具有灵活性和多样性。
发明内容
根据本发明的一方面，公开了一种用于在地下地层中使用的模块化工具，包括第 一模块、第二模块、和用于连接第一和第二模块的一个或多个连接器。第一模块包括第一钻 铤，所述第一钻铤至少部分地限定模块化工具的外部、并且包括在第一钻铤的第一端部处 的第一接合机构和在第一钻铤的第二端部处的第二接合机构以及流体通路，所述流体通路 用于使钻井流体通过所述流体通路。第二模块包括第二钻铤，所述第二钻铤至少部分地限 定模块化工具的外部、并且包括在第二钻铤的第一端部处的用于接合第一钻铤的第二端部 处的第一接合机构和在第二钻铤的第二端部处的第二接合机构以及流体通路，所述流体通 路延伸模块的长度，用于使钻井流体通过流体通路。一个或多个连接器提供用于在模块之 间传输电力和/或数据的辅助管线连接和电缆连接。根据本公开的另一方面，公开了一种用于钻井眼的系统。所述系统包括钻柱，所 述钻柱用于从地面提供钻井流体流；地层测试仪，所述地层测试仪具有第一端部，所述第一 端部可操作地连接到钻柱；钻头，所述钻头可操作地连接到工具的第二端，其中，钻头通过 地层测试仪接收来自钻柱的钻井流体。地层测试仪包括多个模块，每一个都包括至少一个 流动管线和钻井流体通路。多个模块中的第一模块可操作地连接到多个模块的第一端部或 第二端部，藉此允许在第一模块与第二模块之间在流动管线和钻井流体通路中输送流体。根据本公开的另一方面，公开了一种将井下工具安装在施工现场的方法。所述方 法包括以下步骤提供第一模块和第二模块，所述第一模块和所述第二模块每一个都具有 至少部分地限定工具的外部的钻铤；以及将第一模块的流动管线连接到第二模块的流动管 线，且流动管线流体连接到工具的外部。第一模块的钻铤包括钻铤的第一端部处的第一螺 纹部分和在所述钻铤的第二端部处的第二螺纹部分；和流体通路，所述流体通路延伸所述 模块的长度用于使钻井流体通过所述流体通路。第二模块的钻铤包括在钻铤的第一端部 处的第一螺纹部分和在钻铤的第二端部处的第二螺纹部分；和流体通路，所述流体通路延 伸模块的长度，用于使钻井流体通过所述流体通路。根据本公开的另一个方面，公开了一种对随钻工具重构多个模块以获得多个工具 的方法。所述方法包括以下步骤提供多个模块，其中，每一个模块都包括至少一个流动管 线和钻井流体通路；连接第一结构中的多个模块以获得第一井下工具；以及连接第二结构 中的多个模块以获得第二井下工具。
为了可以详细地理解本发明的上述特征和优点，参照本发明的在附图中示出的实 施例说明在以上简短概括的本发明的更具体的说明。然而，要注意的是附图仅示出了本发 明的典型实施例，因此不认为是对本发明的保护范围的限制，而是本发明可以允许其它等 效的实施例。图1是从进入到井眼内的钻机伸出的传统的钻柱的示意性局部横截面视图，所述 钻柱具有包括多个模块的地层测试器组件，所述多个模块由在其间的连接器(一个或多 个)连接；图2A是图1中的钻柱的一部分的示意性截面图，其中更详细地示出了地层测试器组件和所述地层测试器组件的相互连接的模块中的一些；图2B更详细地示出了图2A中所示的示例性探头模块的局部横截面示意性视图；图2C是在钻柱中使用的示例性泵出模块的局部横截面示意性视图；图2D是在钻柱中使用的示例性井下流体分析模块的局部横截面示意性视图；图3A是具有使用图2A-2D中所示的两个或更多个模块的第一结构的钻柱的示意 性视图；图3B是具有使用图2A-2D中所示的两个或更多个模块的第二结构的钻柱的示意 性视图；图3C是具有使用图2A-2D中所示的两个或更多个模块的第三结构的钻柱的示意 性视图；图3D是示出了模块化工具的操作的流程图；图4A由普通模块化连接器连接的井下工具串的两个部件的示意性横截面图；图4B是由具有中心轴向定向流体导管、和中心径向定向导电通路的连接器连接 的井下工具串的两个部件的示意性横截面图；图5是由具有轴向定向环形流体导管、和中心径向定向导电通路的连接器连接的 井下工具串的两个部件的示意性横截面图；图6是由类似于图5的连接器的连接器连接的两个井下部件的示意性横截面图， 且更详细地示出了连接器与连接部件之间的接触面；图7是由具有用于调节连接器的长度的组件的连接器连接的井下工具串的两个 部件的示意性横截面图；图8是由具有设置有用于调节连接器的长度的可选组件的连接器连接的井下工 具串的两个部件的示意性横截面图；图9是由具有内径向对称流体导管、和中心径向定向导电通路的连接器连接的井 下工具串的两个部件的示意性横截面图；图10是由具有中心轴向定向流体导管、和非中心轴向定向导电通路的连接器连 接的井下工具串的两个部件的示意性横截面图；图11A-11B是由图10的轴向定向导电连接器通路使用的有线钻杆系统的一部分 的示意性横截面图；图12是由具有外径向对称流体导管、和中心径向定向导电通路的连接器连接的 井下工具串的两个部件的示意性横截面图；图13是由具有非中心轴向定向流体导管、和轴向定向导电通路的连接器连接的 井下工具串的两个部件的示意性横截面图；图14A-B是具有用于当断开连接器主体组件的第一和第二管状构件时自动关闭 相互连接的部件的流动管线的阀的连接器的示意性横截面图；图15是由具有多个电连接件的连接器连接的井下工具串的两个部件的示意性横 截面图，所述电连接件具有同心设置的环和流体连接件。
具体实施例方式本公开提供一种允许流体以及电信号在相邻工具或模块之间被传输同时保持标准钻井操作的连接器和模块化系统。因此，例如，通过使用本发明公开的内容，两个LWD或 电缆测井仪或模块可以被连接成用于在所述LWD或电缆测井仪模块之间进行流体(液压) 连通和电通信。在需要这种连通(通信)的情况下，连接器可适于放置在井下工具串的任 何地方。图1示出了可以有利地使用本发明的普通钻机和钻柱。陆上平台和井架组件110 位于穿过地下地层F的井眼W的上方。在所述实施例中，井眼W通过旋转钻井以公知的方 式形成。然而，得益于本公开的本领域的技术人员将认识到还发现本公开可在定向钻井应 用以及旋转钻井、LWD、和MWD应用中使用，并且不限于陆上钻机。钻柱112悬挂在井眼W内并且包括在其下端的钻头115。钻柱112由转盘116旋 转，所述转盘由未示出的装置提供能量，所述转盘116接合在钻柱上端的方钻杆117。钻柱 112从大钩118悬挂，大钩118通过方钻杆117和转环119连接到游动滑车(也未示出)所 述转环允许钻柱相对于大钩旋转。钻井流体或泥浆126储存在形成在井位处的槽127内。泵129通过转环119的端 口将钻井流体(还被公知为泥浆)126输送到钻柱112的内部，从而使钻井流体由方向箭头 109所示向下流动通过钻柱112。钻井流体126通过钻头115内的端口离开钻柱112，然后 如方向箭头132所示向上循环通过钻柱外部与井壁之间的环空。以此方式，当钻井流体返 回到槽127用于再循环时，所述钻井流体润滑钻头115并且将岩屑带到地面。钻柱112还包括靠近钻头115 (换句话说，在距离钻头几个钻铤长度的范围内) 的、通常由附图标记100表示的底部钻具组合。底部钻具组合或BHA100包括用于测量、处 理、和存储信息以及与地面进行通信的能力。BHA100还包括用于执行各种其它测量功能的 钻铤输送工具、稳定器等、和用于执行遥测功能的地面/局部通信组件150。在图1的实施例中，钻柱112还安装有钻铤130，所述钻铤容纳具有例如用于执行 不同相应的功能(例如，提供电源或液压动力、流动控制、流体取样、流体分析、和流体取样 储存)的不同连接模块130a、130b、和130c的地层测试仪。以下参照图2A-3C更详细地论 述用于BHA的另外的模块和结构。模块130b是如本领域的普通技术人员通常所公知的具 有用于接合井眼W的壁和从地层F抽取流体的代表性样品的探头232的探头模块。另一个 模块(例如，模块130c)安装有用于储存通过探头模块130b连通的代表性或“清洁的”流 体样品的PVT质量室(又被公知为罐或圆筒)。图2A更详细地示出了图1的地层测试器组件130，具体地示出了探头模块130b和 样品储存模块130c。探头模块130b安装有用于接合井眼W的壁并且通过探头管线234将 来自地层F的流体吸入到中心流动管线236内的探头组件232。(其中的)阀238、240、和 242被操纵以将探头232流体连接到流动控制模块(未示出)，用于将地层流体吸入到流动 管线236内并且将取样的流体泵送到地层测试器130内适当的模块内，以便进行分析、朝向 井眼环状空间进行排放、或储存等。样品存储模块130c安装有用于容纳和储存PVT质量流 体样品以便随后在地面上进行分析的一个或多个样品储存室244。采用连接器210用于在相邻模块(如图2中所示，所述模块实际上可以不邻接，并 且在以下进一步说明)之间传输取样流体和用于传导电信号通过电线250，所述电线还延 伸通过模块用于在地层测试器130的不同模块(130a、130b、130c)之间通信电力、和可能的 数据。然而，如下所述，基于BHA中所使用的模块，连接器210 (和这里所述的所有其它连接器)可以连通一个或多个液压管线和/或一个或多个流体管线。此外，一个或多个压力计 246可以与一个或多个取样探头(仅显示了探头232)结合使用以有助于流体取样和压力测 量以及压力梯度确定及其它储层测试操作。此外，连接器210的集成可以通过适当地使用 诸如压力计246的传感器来验证。因此，如对得益于本公开的本领域的技术人员显而易见 的本发明的连接器适于许多结构和应用，并且此外不局限于地层测试仪图2B详细地显示了图2A的探头模块。例如，除了上述各种部件或组件之外，探头 模块130b可以包括电子组件151和用于将BHA100固定在井眼W内的安置或支撑活塞150。 电子组件151可以以可通信的方式耦合到电线250，用于在所述电子组件与所述电线之间 通信数据和/或电力。此外，电子组件151可以以可通信的方式耦合到设置在模块130b内 并围绕所述模块130b设置的用于采集和通信相应信息的一个或多个传感器(例如，压力计 246)。然而，其它压力传感器和/或其它传感器(未示出)可以设置在探头232、流动管线 236、安置活塞150等内。电子组件还可以可操作地连接到诸如图2B中示出的示例中的阀 238和240的阀。在固定BHA100期间，安置活塞150可以与探头232 —起操作。安置活塞150可以 通过液压管线152流体连接到液压管线154。液压管线154可以连接到泵156，所述泵156 提供充足的动力以使安置活塞150和探头232伸出。更具体地，泵156还可以通过液压管线154流体连接到液压管线158，以能够使探 头232抵靠在井眼壁上而伸出。可选地，可以使用除了液压装置之外的装置(例如，电动机 械装置)使安置活塞150伸出或致动所述安置活塞。在可选的实施例中，操作探头232和/或安置活塞150所需的动力可以由位于BHA 内的其它位置的泵或位移单元提供。例如，动力可以由图3a和3B中所示的液压模块130h 提供。液压模块130h可以包括用于提供所需的液压动力的泵(未示出)。因此，一个或多 个液压管线160可以延伸通过模块130b，用于给模块130b内的组件提供动力，或者用于给 地层测试器组件130的其它模块中的其它组件提供动力。例如，液压管线162可以通过管线 154将管线160流体连接到探头232和安置活塞150。值得注意的是为了使本申请简单和 清楚，液压管线(不管两个或更多个)在本公开和附图中由单个管线表示。例如，在泵156 与探头232之间延伸的管线156和158实际上可以是两个液压管线，其中，例如，管线中的 一个提供动力或压力，而另一个是回流管线。除了相对于图2A所述的部件或组件之外，探头模块130b还可以包括预测试活塞 163，所述预测试活塞流体连接到探头232，并且在本实施例中所述预测试活塞通过流动管 线236和234流体连接。活塞163可以利用辊状螺钉和电动机或利用其它公知的装置来致 动。用于操作探头模块130b的电力可以由在模块130b内部的电源产生，但是可以诸如通 过连接器210中的一个或多个由另一个模块130来提供。如本领域的普通技术人员所理解 的，预测试活塞163可以用于获得诸如地层压力的地层参数。此外，探头模块130b可以包 括流体连接到探头232的第二流动管线164。虽然在图中未示出，但是第二流动管线164可 以流体(选择性地或以其它方式)连接到与流动管线236相同的部件或组件。可选地，第 二流动管线164可以流体连接到其本身的部件或组件，以实现与流体连接到流动管线236 的功能相同或类似的功能。因此，探头模块130b、连接器和工具总体上将包括用于支撑至 少两个样品流动管线以及因此双入口或防护取样部的基础结构。例如，双入口可以被定位
10成并适于提供通过第一流动管线236的被污染流体的取样和通过第二流动管线164的清洁 或原始地层流体的取样。然而，流动管线164和236可以结合使用以提供其它特征或优点。 更具体地，流动管线164和236可以用于提供被污染流体的通过、或者可以操纵以例如携带 钻井流体。图2C显示可与一个或多个其它模块130a_i —起使用的泵出模块130d。泵出模块 包括具有位移单元168和致动器170(例如，直线电动机或液压泵)的泵166。泵166流体 连接到探头232，并且提供用于对地层流体进行取样、和将各种流体输送通过工具的不同模 块所需的压力和流量。泵166还可以包括设置在位移单元168与流动管线236之间用于调 节进入和离开位移单元168的流体的流动的阀系统172。(其中的)阀174、176、和178被 操纵以将泵166流体连接到探头232和不同的其它模块，用于控制流体的流动并且将取样 流体泵送到地层测试器130内适当的模块内以便进行分析、排放到井眼环状空间、或储存 等。例如，阀178设置在流动管线236与出口 180之间，所述出口提供用于使流动管线236 内的流体进入井眼W内的出口。如图2B和2C中所示，这里还考虑的是这里所述的工具的一个或多个部件与工具 的内部(例如，内部环状空间或流动孔179)流体连接或流体连通。当钻井泥浆流体126从 钻柱112流动到钻头115时，内部环状空间或流动孔179为钻井泥浆流体126提供管道。例 如，如图2b中所示，探头模块130b可以包括从流动管线236通过一个或多个阀延伸到环状 空间179的流动管线181。在此结构中，流动管线181可以用于将来自流动管线236的流体 倾卸、释放、或排出进入到向下流动的钻井流体126内。类似地，如图2C中所示，泵出模块 130d可以包括从阀178延伸到环状空间179内的流动管线183。进入到环状空间内一个或 多个流动管线(一个或多个)(不管设置在模块130b、130d、或任意其它模块130内)不限 于如上所述的功能和位置，而是可以将不同的其它部件/流动管线连接到内部环状空间或 流动孔179。例如而不是限制性的，即使未示出，但是图2A中的一个或多个样品储存室244 和图2b中的预测试活塞163每一个都可以流体连接到内部环状空间或流动孔179。电子组件182可以以可通信的方式耦合到电线250，用于在所述电子组件与所述 电线之间通信数据和/或电力。此外，电子组件182可以以可通信的方式连接到一个或多 个传感器(未示出)，所述一个或多个传感器设置在模块130d内并绕所述模块设置，用于采 集和通信数据。例如，位置传感器、流量传感器和/或压力传感器可以被设置成与泵166相 邻以确定泵送参数。电子组件182还可以可操作地耦合到阀174、176和/或178。电子组 件优选地可操作地连接到泵166(例如，连接到马达170)，用于控制取样操作。任选地，电子 组件提供泵166的闭环控制。此外，泵出模块130d可以包括第二流动管线164，所述第二流动管线可以选择性 地或以其它方式流体连接到与流动管线236相同的部件或组件。可选地，第二流动管线164 可以流体连接到其自身的部件或组件，以实现与流体连接到流动管线236的功能相同或类 似的功能。泵出模块130d还可以包括液压管线160，所述液压管线可以简单地通过泵出模 块130d进行供给和/或可以例如用于驱动泵166。图2D显示可与其它模块130a_i —起使用的井下流体分析“DFA”模块130e。DFA模 块130e包括用于确定不同流体参数的一个或多个流体传感器184。例如，DFA模块130e可 以包括但不局限于压力传感器184a、光学传感器184b、粘度传感器184c、密度传感器184d、电阻率传感器184e和H20传感器184f。传感器184流体连接到流动管线236，并且可以以 可通信的方式连接到电子组件186，用于采集和通信相对应的信息。电子组件186还可以通 信的方式耦合到电线250，用于在测试工具组件130的其它模块之间通信数据和/或连通 电力。此外，DFA模块130e可以包括第二流动管线164，所述第二流动管线可以选择性地或 以其它方式流体连接到与流动管线236相同的部件或组件。可选地，第二流动管线164可 以流体连接到其自身的部件或组件以实现与流体连接到流动管线236的功能相同或类似 的功能。DFA模块130e还可以包括液压管线160，所述液压管线可以简单地通过DFA模块 130e被供给。图3A-3C显示可以通过组合一个或多个模块130a_i实现的多种可能结构中的一 些。此外，图3A-3C显示例如控制模块130i、电力模块130f、和液压模块130h的另外的模 块130。更具体地，控制模块130i可以包括用于存储信息和数据的一个或多个存储器，适于 控制测试工具的其它模块并且分析数据、和适于与地面操作器(未示出)通信的一个或多 个控制器。例如，电力模块130f可以通过涡轮机和/或可充电电池(未示出)生成用于测 试工具的电力。发电机构可以通过电子线250将电力通信给其它模块，但是可以包括用于 提供电力的整体分开线。虽然不是必需的，但是控制模块130i和/或电力模块130f可以 包括用于在模块130之间通过流体(例如，液压流体)的一个或多个流体连接件。当控制 模块130i和/或电力模块130f分别可以设置在需要流体连接的模块之间时，这提供另外 的模块化。液压模块130h可以将液压动力提供给一个或多个模块及其它们相应的部件或组 件，并因此需要至少一个流体管线。例如，所述工具可以连接并且被构造成使得液压模块 130h将动力提供给泵166、探头232和/或安置活塞150。具体地，液压模块130h可以包括 液压补偿装置、用于提供液压动力的泵、控制电子设备、电源、传感器、阀(未示出)及其它 在液压生成系统中发现的通用部件。更具体地，图3A示出了 BHA100'，所述BHA具有在其末端的钻头115。从钻头115 按照顺序向上是探头模块130b、DFA模块130e、泵出模块130d、液压模块130h、样品载体模 块130c、发电模块130f、和控制模块130i，可以使用液压和电延伸器或连接器210或以下所 述的连接器中的任一个连接所述模块。连接器210允许将地层/井内流体从一个模块130 输送到另一个模块，和/或输送液压流体用于启动系统部件。电延伸器210可以在模块130 之间传输信号和电力，用于在模块之间共享数据或控制来自一个主模块的操作。即使未示 出，但是BHA100'可以包括用于将数据发送到地面和/或从操作器接收下行链路指令的遥 测工具，如图1中所示。具体地，一个或多个流动管线(图2A-2D中的164、236)(例如，先前所述的取样和 防护管线)可以从探头232延伸(所述探头被设置成临近或靠近钻头115)通过用于流体 分析的DFA模块130e，并且进入到其中泵166 (图2C)可以将压力提供给管线的泵出模块 130d。类似地，一个或更多个液压管线(图2B-2D的160)可以从液压模块130h延伸到用 于操作工作泵166的泵出模块130d(图2C)。此外，一个或多个液压管线160可以延伸通过 DFA模块130e并且进入到用于操作探头232和/或安置活塞150的探头模块130b。一个 或多个数据和/或电力管线250可以从电力模块130f和控制模块130i延伸到BHA100'的 模块130的其余模块，以提供用于运行各种组件和在模块130之间通信数据所需的电力。
一个或多个框架壳体可以用于封装模块130a_i的各种部件和组件，并且连接器 210被布置成允许从地面到钻头115的钻井流体通路。利用这种结构，当钻井时、在起下钻 时，或在刮拭起下钻期间，可以执行不同的地层测试，并且提供例如可以用于操纵(steer) 井、控制井、适应泥浆系统、和表征储层的实时信息。除了执行上述及其它测试之外，这种模 块化系统提供可以合并以获得具有减小尺寸的工具的工具之间的公共特征，并且提供可以 根据工程(例如，压力测试、流体取样、流体分析、和所述压力测试、流体取样、流体分析的 组合)的需要构造而成的测试工具。此外，由于长度限制，单个工具的复杂性非常受限制。利用模块化工具，每一个模 块仍然可以保持允许在钻机上被输送和操纵的模块的合理长度。因此，模块130的长度应 该是使得所述模块的长度可以被标准钻机设备容易操纵，例如，小于大约35-40英尺。此 外，模块化工具允许将更多特征并且更大的复杂性并入到BHA内以满足客户的利益。在一 些情况下，例如，在油基泥浆系统中(图3A)，DFA模块103e优选地位于泵出模块130d之前。 在其它情况下，例如在水基泥浆系统中(图3C)，DFA模块103e优选地位于泵出模块130d 之后。图3B和图3C分别示出了产生BHA100"和100'‘‘的模块130的不同结构。具体 地，图3B的BHA100〃包括邻近钻头115设置的第一探头模块130b和远离钻头115设置的 第二探头模块130b。在这种结构中，BHA100"适合于同时控制样品和压力测试或适于利用 两个探头同时控制样品或压力测试。类似地，BHA100“适于实施本领域技术人员所公知的 干扰测试，所述干扰测试需要由两个探头模块130b提供的基础结构。用于将液压动力提供 给两个探头模块的部件可以在单个模块130h中重新组合并且在两个探头模块之间共享。图3C的BHAlOO' 〃包括邻近钻头115设置的探头模块130b、设置在泵出模块 130d的每一侧的第一和第二 DFA模块130e。在这种结构中，BHA100 ‘“能够分析泵之后和 泵之前的流体，并且检测可能发生在泵模块中的凝析作用和/或破乳。在操作中，BHA可以安装在钻台或在实际地方受限的情况下邻近钻机安装。例如， 如图3D中所示，可以防止BHA的底部滑移。然后可以根据将要运行的具体工程或测试选择 模块130，然后可以将所述模块拧到BHA或以其它方式连接到所述BHA。然后，将钻柱下入 到另一个模块130可以添加到BHA的点。在增加或连接不同模块130期间，可以使用这里 所述的连接器中的一个连接一个或多个数据线和/或一个或多个流体管线。此外，当连接 不同模块130时，完成了用于钻井流体通过BHA的通路。图4A示出了用于连接延伸通过设置在穿过地下地层F的井眼W内的井下工具串 (由连接的钻铤306、308表示)的两个相应部件360、380的相对的端部361、381并在所述 相对的端部或在所述相对的端部附近终止的电线364a/b、384a/b和辅助流动管线362、382 的普通模块化连接器310。部件360、380可以不同于井下工具，并且不必是用于图2的上述 单个工具的分开模块。连接器310包括用于流体连接辅助流动管线362、382并且电连接相应的两个部件 360,380的电线364a/b、384a/b的主体组件312。主体组件可以大致是一体的，或者包括如 以下各种实施例中所述的两个或更多个补充部分。主体组件312限定用于流体连接两个部 件的辅助流动管线362、382的至少一个流体管道。在以下的实施中说明各种其它流体管道 方案。主体组件通常安装有用于密封在连接的部件360、380的端部361、381之间的流体连接的0形环密封件324a/b、326a/b。将要认识的是如本领域所公知的0形环可以在其它地 方类似地用于流体流动整体性。还要认识的是虽然在本公开中限定0形环用于有助于各种 流体连接两端的密封件，但是可以有利地使用其它公知的密封机构。此外，在至少一些实施 例中，连接器主体组件将执行例如防止相互连接的部件中的一个溢出传播到其它连接部件 (一个或多个)的气密隔板的功能。主体组件还安装有用于电连接两个部件360、380的电线364a/b、384a/b的至少一 个导电通路(在图4A中未示出)。这种电通路用于引导电信号通过主体组件，并且可以以 多种方式限定由如下所述的各种实施例的例证。连接器主体组件可以大致由金属制成，且玻璃用于密封连接销、接触件等。可选 地，连接器主体组件可以由绝缘热塑性塑料(例如，PEEKTM热塑性塑料)制成，或者所述连 接器主体组件可以由金属、绝缘热塑性材料、和玻璃的适当的组合物制成。可以装入套管构件(未示出)的长度调节组件314还可以被设置成用于调节主体 组件312的长度以适应将被连接的工具串部件360、380的端部361、381之间的不同距离d。 如以下进一步所述，主体组件312可以包括可通过螺纹相互连接的(例如，相互连接或通过 共用套管或接头)第一和第二构件。在这种情况下，长度调节组件314可以可操作以允许 或有助于第一和第二主体组件中的一个或两个都旋转以调节主体组件的总长度。将要认识 的是在这种情况下长度调节组件的操作由于将主体组件312的相当大的一部分轴向设置 在两个部件360、380的相对的端部361、381而被简化，虽然在不是必需的。图4B-14示出了可在连接部件中使用的连接器(例如，井下工具串的最近模块和 /或工具)的不同变型。每一个连接器具有主体组件，所述主体组件通常包括可连接的第 一和第二管状构件。第一和第二管状构件可以包括相应的管状公接头(或销)和母接头部 分，并且在一些实施例中，第一和第二管状构件可以包括如下所述的钻柱内的相邻钻铤。图4B是在支承在各个钻铤406、408中的两个部件460、480的轴向定向、居中定位 的辅助流动管线462、482中具有实用性的连接器410的截面视图。连接器410的主体组件 412包括可连接的第一和第二管状构件412a/b。第一管状构件412a被支承成用于与上部 件460 (所述上部件与上钻铤406 —起移动)一起移动，并且限定主体组件412的公接头部 分。第二管状构件412B被支承成用于与下部件480 (所述下部件与下钻铤408 —起移动) 一起移动，并且限定主体组件412的母接头部分。当钻铤406、408通过其之间的相对旋转 组成时，主体组件412的公接头部分和母接头部分也旋转并且被驱动成连接结合，以限定 用于流体连接两个部件460、480的辅助流动管线462、482的轴向定向的流体管道422。0 形环415a/b通常绕第一管状构件412a的套管部分413支承，而0形环419a/b通常绕第二 管状构件412B的套管部分417支承，用于密封连接部件460、480的端部461、481两端的流 体连接。如本领域所公知的，将要认识的是0形环或其它密封装置可以类似地在别处用于 流体流动整体性。第一和第二管状构件412a、412b还可协作以限定用于电连接两个部件460、480的 电线464a/b、484a/b的至少一个导电通路474。电线经由公接头(或销)485连接到主体组 件412的导电通路474，但是也可以被焊接或卷边(或以其它公知的连接手段)在适当的 位置。导电通路474经由补充径向(环形)电接触件490a(内)、490b (外)被径向定向成 (即，所述导电通路包括径向定向段)横过第一和第二管状构件412a、412b，所述径向电接触件由相应的第一和第二管状构件的公接头和母接头部分支承。虽然用于调节主体组件412的长度的组件在图4B中没有示出，但是为了简化起 见，本领域的技术人员应该认识这种另外的组件在许多应用中至少是期望的。以下参照图 7-8论述这种组件的具体示例。图5是在支承在相应的钻铤506、508中的两个部件560、580的轴向定向、环形辅 助流动管线562、582中具有实用性的具体连接器实施例510的截面视图。连接器510的主 体组件512包括可连接的第一和第二管状构件512a/b。第一管状构件512a被支承成用于 与上部件560 (所述上部件固定到上钻铤506并且与所述上钻铤一起移动)一起移动，并且 限定主体组件512的公接头部分。第二管状构件512b被支承成用于与下部件580 (所述下 部件固定到下钻铤508并且与所述下钻铤一起移动)一起移动，并且限定主体组件512的 母接头部分。因此，当钻铤506、508由其之间的相对旋转连接在一起时，主体组件512的公 接头部分和母接头部分也旋转并且被驱动成连接接合，以限定用于流体连接两个部件560、 580的辅助流动管线的轴向定向的环形流体管道522。0形环515a/b通常绕主体组件512 的公接头部分支承，用于密封第一和第二管状构件512a/b两端的流体连接。将要认识的是 如本领域所公知的0形环或其它密封装置可以在别处类似地用于流体流动整体性。第一和第二管状构件512a、512b还可协作以限定用于电连接两个部件560、580 的电线564a/b、584a/b的至少一个导电通路574。电线564、584经由互补的径向(环形) 电接触件583a(内)、583b (外)和销585，以插针-插孔设计的方式(类似于湿式刺(wet stab))，轴向连接到主体组件512的导电通路574，但是也可以被焊接或卷边(或其他公知 的连接手段)在适当的位置。导电通路574经由互补的径向(环形)电接触件590a(内)、 590b(外)被径向定向成(即，所述导电通路包括径向定向段)横过第一和第二管状构件 512a、512b，所述径向电接触件由相应的第一和第二管状构件512a/b的公接头和母接头部 分支承。虽然用于调节主体组件512的长度的组件在图5中没有示出，但是为了简化起见， 本领域的技术人员应该认识这种另外的组件在许多应用中至少是期望的。以下参照图7-8 论述这种组件的具体示例。图6是在支承在相应的钻铤606、608中的两个部件660、680的轴向定向、环形辅 助流动管线662、682中具有实用性的具体连接器实施例610的截面视图。连接器610的主 体组件612包括可连接的第一和第二管状构件612a/b。第一管状构件612a被支承成用于 与上部件660 (所述上部件固定到上钻铤606并且与所述上钻铤一起移动)一起移动，并且 限定主体组件612的公接头部分。第二管状构件612b被支承成用于与下部件680 (所述下 部件固定到下钻铤608并且与所述下钻铤一起移动)一起移动，并且限定主体组件612的 母接头部分。因此，当钻铤606、608由其之间的相对旋转连接在一起时，主体组件612的母 接头部分和公接头部分也旋转并且被驱动成连接接合，以限定用于流体连接两个部件660、 680的辅助流动管线662、682的轴向定向、环形流体管道622。0形环615a/b通常绕主体组 件612的公接头部分支承，用于密封第一和第二管状构件612a/b两端的流体连接。将要认 识的是如本领域所公知的0形环或其它密封装置可以在别处类似地用于流体流动整体性。第一和第二管状构件612a、612b还可协作以限定用于电连接两个部件660、680的 电线664a/b、684a/b的至少一个导电通路674。电线664、684经由销685、687，以插针-插孔设计的方式(类似于湿式刺(wet stab))，轴向连接到主体组件612的导电通路674，但 是也可以被焊接或卷边(或其他公知的连接手段)在适当的位置。导电通路674经由一对 上下互补的径向(环形)电接触件690a(内)、690b(外)被径向定向成(S卩，所述导电通 路包括径向定向段)横过第一和第二管状构件612a、612b，所述径向电接触件由相应的第 一和第二管状构件612a/b的公接头和母接头部分支承。虽然用于调节主体组件612的长度的组件在图6中没有示出，但是为了简化起见， 本领域的技术人员应该认识这种另外的组件在许多应用中至少是期望的。以下参照图7-8 论述这种组件的具体示例。图7显示了在支承在相应的钻铤706、708中的两个部件760、780的轴向定向辅助 流动管线(未示出)中具有实用性的具体连接器实施例710的截面视图。连接器710的主 体组件712包括可连接的第一和第二管状构件712a/b。第一管状构件712a被支承成用于 与上部件760 (所述上部件固定到上钻铤706并且与所述上钻铤一起移动)一起移动，并且 限定主体组件712的母接头部分。第二管状构件712b被支承成用于与下部件780 (所述下 部件固定到下钻铤708并且与所述下钻铤一起移动)一起移动，并且限定主体组件712的 公接头部分。因此，当钻铤706、708由其之间的相对旋转连接在一起时，主体组件712的母 接头部分和公接头部分也旋转并且被驱动成连接接合，以限定用于流体连接两个部件760、 780的辅助流动管线(未示出)的轴向定向流体管道，所述流体管道具有直线部分722a和 环形部分722b。0形环715a/b通常绕主体组件712的公接头部分支承，用于密封第一和第 二管状构件712a/b两端的流体连接。将要认识的是如本领域所公知的0形环或其它密封 装置可以在别处类似地用于流体流动整体性。第一和第二管状构件712a、712b还可协作以限定用于电连接两个部件760、780的 电线764、784的至少一个导电通路774。电线764、784经由插针-插孔设计件785a/b (类 似于湿式刺(wet stab))轴向连接到主体组件712的导电通路774，但是也可以被焊接或卷 边(或其他公知的连接手段)在适当的位置。导电通路774经由互补的电插孔785a (内) 和电插针785b(外)被径向定向成(即，所述导电通路包括径向定向段)横过第一和第二 管状构件712a、712b，所述径向电插孔和电插针由相应的第一和第二管状构件712a/b的母 接头和公接头部分支承。图7还相当详细地显示了用于调节连接器的长度的组件714。调节长度的过程基 本上包括以下步骤确定两个部件760、780的相对的端部之间的距离，以及根据确定的距 离缩短或加长相应的两个部件的辅助流动管线之间的流体连接以及相应的两个部件的电 线之间的电连接。长度调节组件714包括套管730，所述套管通过多个锁紧螺钉732可移除 地绕下部件780锁定。下部件780具有配合在连接器主体组件712的第二管状构件712b 的下部(没有单独由附图标记表示)内的直径减小上部780a。部件上部780a和第二管状 构件712b安装有用于可螺纹结合的互补螺纹表面(由附图标记734表示)。第二管状构件 712b包括在其螺纹表面区内用于容纳键738的键槽736，所述键(与套管730协作)防止 第二管状构件712b旋转。因此，当移除套管730和键738时，第二管状构件712b可在所施 加的扭矩下自由旋转。在第一和第二管状构件712a、712b部件760、780和长度调节组件714设置在钻铤 706,708内之前优选地执行连接器710的长度调节。基本上，下部件780克服旋转而被保持，同时将扭矩施加到第二管状构件712b，从而使第二管状构件712b相对于下部件780旋 转。这种相对旋转的作用在于第二管状构件712b根据需要沿下部件部分780a轴向移动 (向上或向下)，用于当第二管状构件712b与第一管状构件712a都安装在其相应的钻铤 706,708内并且通过这些钻铤之间的相对旋转而连接在一起时，在第二管状构件712b与第 一管状构件712a之间适当的接合。因此，通过沿下部件780操纵第二管状构件712b的位 置执行长度调节。虽然电插孔785a可以向下弹簧偏置以有助于所述电插孔与电插销785b 接合，但是第一管状构件712a通常保持在沿上部件760的一个位置上。将要认识的是0形 环或其它密封装置可以用在不同位置(没有由附图标记表示)用于流体流动整体性。图8显示了在支承在相应的钻铤806、808中的两个部件860、880的轴向定向辅助 流动管线(未示出)中具有实用性的具体连接器实施例810的截面视图。连接器810的主 体组件812包括可连接的第一、第二和第三管状构件812a/b/c。第一和第二管状构件812a/ b被支承成用于与上部件860 —起移动，所述上部件固定到上钻铤806并且与所述上钻铤一 起移动。第一管状构件812a包括限定主体组件812的外母接头部分812 和内公接头部分 812a2的同中心管状部分。第二管状构件812b使用0形环815c可滑动地连接到第三管状 构件812c (即，允许所述第二管状构件与所述第三管状构件之间的相对旋转)，并且包括限 定主体组件812的外母接头部分8121^和内公接头部分812b2的同中心管状部分。第三管 状构件812c被支承成用于与下部件880 —起移动，所述下部件固定到下钻铤808并且与所 述下钻铤一起移动。因此，当上钻铤806、下钻铤808由其之间的相对旋转连接在一起时，主 体组件812的母接头部分和公接头部分(所述母接头部分和所述公接头部分分别由第二和 第二管状构件812b/c限定)也旋转并且被驱动成连接接合，以限定用于流体连接两个部件 860、880的辅助流动管线862的轴向定向、环形流体管道822。0形环815a/b通常绕主体组 件812的公接头部分支承，用于密封第一和第二管状构件812a/b两端的流体连接。将要认 识的是如本领域所公知的0形环或其它密封装置可以在别处类似地用于流体流动整体性。第一和第二管状构件812a、812b还可协作以限定用于电连接两个部件860、880的 电线864、884的至少一个导电通路874。电线864、884经由相应的上/下湿式刺885a/b轴 向连接到主体组件812的导电通路874，但是也可以被焊接或卷边(或其他公知的连接手 段)在适当的位置。导电通路874由中心管道891内的导线(一个或多个)890 (注意盘绕 区域890c)的整体长度部分提供，所述中心管道891由第一和第二管状构件812a、812b限 定。图8还相当详细地显示了用于调节连接器810的长度的组件814。调节长度的过 程基本上包括以下步骤确定两个部件860、880的相对的端部之间的距离，以及根据确定 的距离缩短或加长相应的两个部件的辅助流动管线之间的流体连接与相应的两个部件的 电线之间的电连接。长度调节组件814包括凸缘或帽830，所述凸缘或帽可通过锁紧垫圈 831和楔形环832绕下部件880锁定，所述锁紧垫圈和所述楔形环可通过旋转凸缘830 (见 螺纹区域829)以与外母接头部分812&1的下肩状部接合而驱动。割裂外螺纹环827绕外 公接头部分SUb1的直径减小部分设置。外公接头部分SUb1和环827配合在外母接头部 分812%内，所述外母接头部分配备有与环827的螺纹互补的内螺纹。因此，当从与外母接 头部分812%的锁定接合移除楔形环832时，第一管状构件812a在所施加的扭矩下自由旋 转。
在将第一、第二和第三管状构件812a/b/c、部件860、880、和长度调节组件设置在 钻铤860、880内之前，优选地执行连接器810的长度调节。将扭矩施加到第一管状构件812a 将使第一管状构件812a相对于螺纹环827旋转。这种相对旋转的作用在于根据需要第二 管状构件812b沿第一管状构件812a轴向移动(向上或向下)，用于当第二管状构件812b 与第三管状构件812c安装在其各自的钻铤806、808内并且通过在所述钻铤之间进行相对 旋转而连接在一起时，在第二管状构件812b与第三管状构件812c之间进行适当的接合。因 此，通过操纵第二管状构件812b沿第一管状构件812a的位置来实施长度调节。第三管状 构件812c通常沿下部件880保持在一位置。图7-8中所示的实施例使用了有助于通常第一和第二管状构件之间的相对旋转 以调节主体组件712、812的长度的长度调节组件714、814。然而，本领域的普通技术人员将 要认识的是可以有利地使用其它长度调节组件。示例包括如适当地有助于第一和第二管状 构件之间的相对滑动、可伸缩、或其它平移运动以调节连接器主体组件的长度的组件。图9是在支承在相应的钻铤906、908中的两个部件960、980的轴向定向、环形辅 助流动管线962、982中具有实用性的可选连接器实施例910的截面视图。连接器910的主 体组件912包括可连接的第一和第二管状构件912a/b。第一管状构件912a被支承成用于 与上部件960 —起移动(所述上部件固定到上钻铤906并且与所述上钻铤一起移动)一起 移动，并且限定主体组件912的公接头部分。第二管状构件912b被支承成用于与下部件 980 (所述下部件固定到下钻铤908并且与所述下钻铤一起移动)一起移动，并且限定主体 组件912的母接头部分。因此，当钻铤906、908由其之间的相对旋转连接在一起时，主体组 件912的母接头部分和公接头部分也旋转并且被驱动成连接接合，以限定用于流体连接两 个部件960、980的辅助流动管线962、982的轴向定向流体管道922a/b，所述流体管道具有 在第一和第二管状构件912a/b两端(即，在连接构件的接触面处)的环形空间922c。0形 环915通常绕主体组件912的公接头部分支承，并且一个或多个表面密封件917通常绕第 一和第二管状构件912a/b的限定环形空间922c的端部设置，用于密封第一和第二管状构 件912a/b两端的流体连接。将要认识的是如本领域所公知的0形环或其它密封装置可以 在别处类似地用于流体流动整体性。第一和第二管状构件912a、912b还可协作以限定用于电连接两个部件960、980的 电线964、984的至少一个导电通路974。电线964、984经由互补的上径向(环形)电接触 件991a(内)、991b (外)、互补的下径向(环形)电接触件993a(内)、993b (外)、插针985 和插针-插孔设计(类似于湿式刺)轴向连接到导电通路974，但是也可以被焊接或卷边 (或其他公知的连接手段)在适当的位置。更具体地，导电通路974经由一对上下互补的径 向(环形)电接触件990a(内)、990b (外)被径向定向成(即，所述导电通路包括径向定 向段)横过第一和第二管状构件912a、912b，所述径向电接触件由相应的第一和第二管状 构件912a/b的公接头和母接头部分支承。虽然用于调节主体组件912的长度的组件在图9中没有示出，但是为了简化起见， 本领域的技术人员应该认识这种另外的组件在许多应用中至少是期望的。以上参照图7-8 论述这种组件的具体示例。图10是在支承在相应的钻铤1006、1008中的两个部件1060、1080的轴向定向、环 形辅助流动管线1062、1082中具有实用性的可选连接器实施例1010的截面视图。连接器1010的主体组件1012包括安装有0形环1015的单个液压锥1013。液压锥1013安装有 用于流体接合部件1060、1080 (所述两个部件与相应的钻铤1006、1008 —起移动)的两个 或更多个0形环1015。因此，当钻铤1006、1008由其之间的相对旋转连接在一起时，部件 1060、1080也通过液压锥和在其相应端部内的中心孔1060、1080旋转并且被驱动成流体接 合，以限定用于流体连接两个部件1060、1080的辅助流动管线1062、1082的轴向定向的流 体管道1022。将要认识的是如本领域所公知的0形环或其它密封装置可以在别处类似地用 于流体流动整体性。连接器1010的主体组件1012还包括用于电连接与两个相应的部件1060、1080相 关联的钻铤1006,1008的电线1064,1084的导电通路1120。图11A-11B详细地示出了图10的轴向定向的导电通路1120的截面视图。有线钻 杆(WDP)接头1110表示用于使导电通路1120进入到钻铤1006、1008内的适当结构。接头 1110类似于转让给本公开的受让人的授予Boyle等人的美国专利No. 6，641，434中公开的 接头类型，并且利用通信耦合器(具体地为电感耦合器)以在WDP接头两端发射信号。根 据Boyle等人的WDP接头中的电感耦合器包括变压器，所述变压器具有由诸如镍铁钼超高 导磁合金(镍铁钼超高导磁合金是被处理成用于异常高的初始磁导率并适于低电平信号 变压器应用的镍-铁合金)的高磁导率、低损耗材料制成的圆环柱心。由多匝绝缘线构成 的绕组绕圆环柱心盘绕以形成环芯变压器。在一种结构中，环芯变压器包覆在橡胶或其它 绝缘材料内，并且安装的变压器凹入到位于钻杆连接内的沟槽内。更具体地，WDP接头1110被示出为具有在其母接头端1122的相应端部1141和公 接头端1132的端部1134处或附近的通信耦合器1121、1131(具体地为电感耦合器元件)。 第一电缆1114延伸通过管道1113以以如下进一步所述的方式连接通信耦合器1121、1131。WDP接头1110安装有细长管状主体1111，所述细长管状主体具有轴向孔1112、母 接头端1122、公接头端1132、和从母接头端1122延伸到公接头端1132的第一电缆1114。 第一电流环路电感耦合器元件1121 (例如，环芯变压器)和类似的第二电流环路电感耦合 器元件1131分别设置在母接头端1122和公接头端1132处。第一电流环路电感耦合器元 件1121、第二电流环路电感耦合器元件1131、和第一电缆1114 一起提供每一个WDP接头长 度之间的通信管道。两个WDP接头之间的耦合界面处的电感耦合器(或通信连接件)1120 被示出为由来自WDP接头1110的第一电感耦合器元件1121和来自下一个管状构件的第二 电流环路电感耦合器元件1131'构成，所述下一个管状构件可以是另一个WDP接头。本领 域的技术人员将认识到在本公开的一些实施例中，电感耦合器元件可以被具有类似通信的 功能的诸如授予Denison的美国专利No. 4，126，848中公开的直接电接触连接件类型的其 它通信耦合器替换。图IlB更详细地示出了图IlA的电感耦合器或通信连接件1120。母接头端1122 包括内螺纹1123和具有第一槽1125的环形内接触肩状部1124，第一环芯变压器1126设置 在所述第一槽内。环芯变压器1126连接到电缆1114。类似地，相邻有线管状构件(例如， 另一个WDP接头)的公接头端1132'包括外螺纹1133'和具有第二槽1135'的环形内接 触管端1134'，第二环芯变压器1136'设置在所述第二槽内。第二环芯变压器1136'连接 到相邻管状构件9a的第二电缆1114'。槽1125和1135'可以涂覆有高电导率、低磁导率 材料(例如，铜)以增加电感耦合的效率。当一个WDP接头的母接头端1122与相邻管状构件(例如，另一个WDP接头)的公接头端1132'安装时，通信连接件形成。因此，图11B显 示了所产生的接触面的一部分的横截面，其中一对面对的电感耦合器元件(即，环芯变压 器1126、1136')被锁定在一起以形成可操作通信链路内的通信连接件。这种横截面图还 显示出闭合环形通路1140和1140'分别包围环芯变压器1126和1136'，以及导管1113 和1113'形成用于内电缆1114和1114'(所述内电缆用作图10的导体1064、1084)的通 路，所述内电缆连接设置在每一个WDP接头的两个端部处的两个电感耦合器元件。上述电感耦合器装入由双环状线圈制成的电耦合器。双环形耦合器使用公接头端 和母接头端的内肩状部作为电接触件。当公接头和母接头端部装配时，内肩状部在极端压 力下结合，从而确保公接头端与母接头端之间的电连接。电流通过放置在槽内的环芯变压 器在连接件的金属内而感生。在给定频率(例如，100kHz)下，这些电流通过趋肤深度效应 而被限制到槽的表面。公接头端和母接头端构成相应的变压器的两个回路，并且两个第二 回路通过配合的内肩状部表面背对背连接。虽然图11A-11B示出了通信耦合器类型，但是本领域的技术人员要认识的是不同 的耦合器可以用于在相互连接的管状构件两端进行通信信号。例如，这种系统可以包括诸 如授予Hall等人的国际专利申请No.W002/06716中所述的磁耦合器。还可考虑其它系统 和/或耦合器。此外，虽然用于调节主体组件1012的长度的组件在图10和图11A-11B中没有示 出，但是为了简化起见，本领域的技术人员应该认识这种另外的组件在许多应用中至少是 期望的。这种组件的具体示例以上参照图7-8进行论述。图12是在支承在相应的钻铤1206、1208内的两个部件1260、1280的轴向定向、环 形辅助流动管线1262、1282中具有实用性的可选连接器1210的截面视图。连接器1210的 主体组件1212包括可连接的第一和第二子组件1212a/b。第一子组件1212a被支承成用于与上部件1260 —起移动，并且包括钻铤1206和 固定(例如，通过螺纹啮合)在钻铤1206内的上芯轴1213a。上芯轴1213a包括流动管 线1221a，所述流动管线在向外突出以接合在钻铤1206内的流动管线1223a的环形区域 1223a,之前轴向延伸通过芯轴(从上连接部件1260)。当第一主体组件1212a通过将上芯 轴1213a接合在上钻铤1206内(例如，通过在其之间进行螺纹旋转)而组成时，流动管线 1221a的径向突出端部将与流动管线1223a的环形区域1223a,垂直接合以建立上流动链 路。第二子组件1212b被支承成用于与下部件1280 —起移动，并且包括钻铤1208和 固定(例如，通过螺纹啮合)在钻铤1208内的下芯轴1213b。下芯轴1213b包括流动管 线1221b，所述流动管线在向外突出以接合在钻铤1208内的流动管线1223b的环形区域 1223b,之前轴向延伸通过芯轴(从下连接部件1280)。当第二主体组件1212b通过将下芯 轴1213b接合在下钻铤1208内(例如，通过在其之间进行螺纹旋转)而组成时，流动管线 1221b的径向突出端部与流动管线1223b的环形区域1223b,垂直接合以建立下流动链路。钻铤1206、1208通过其之间的相对旋转连接在一起。如箭头所示，钻井泥浆109通 过延伸通过钻铤1206和1208的通路1207。主体组件1212的第一和第二组件1212a/b也 旋转并且被驱动成连接接合以限定外径向定向(更具体地，径向对称)的流体管道1222，用 于流体连接相应的第一和第二主体组件的上下流动链路。此过程使两个部件1260、1280相
20互流体连接。0形环1215通常绕上下芯轴1213a/b支承以密封第一和第二主体组件1212a/ b两端的流体连接。将要认识的是如本领域所公知的0形环或其它密封装置可以类似地在 别处使用用于流体流动整体性。第一和第二管状构件1212a、1212b还可协作以限定用于电连接两个部件1260、 1280的电线1264、1284的至少一个导电通路1274。电线1264、1284经由互补的上径向 (环形)电接触件1291a(内)、1291b(外)、互补的下径向(环形)电接触件1293a(内)、 1293b(外)、插针-插孔设计件1285(类似于湿式刺)、和互补的径向(环形)电接触件 1290a (内)、1290b (外)轴向连接到导电通路1274，但是也可以与其它公知的连接装置。将 要认识的是可以使用其它公知电连接方法。导电通路1274经由一对上下互补的径向(环 形)电接触件1290a(内)、1290b(外)被径向定向成(即，所述导电通路包括径向定向段) 横过第一和第二管状构件1212a、1212b，所述径向电接触件由设计件1285相应的插针和插 孔支承。虽然用于调节主体组件1212的长度的组件在图12中没有示出，但是为了简化起 见，本领域的技术人员应该认识这种另外的组件在许多应用中至少是期望的。以上参照图 7-8论述了这种组件的具体示例。图13是在支承在相应的钻铤1306、1308内的两个部件1360、1380的轴向定向环 形辅助流动管线1362、1382中具有实用性的可选连接器1310的截面视图。连接器1310的 主体组件1312包括安装有0形环1315的单个液压稳定器1313。液压稳定器1313安装有 用于流体接合部件1360、1380 (所述部件固定到相应的钻铤1306、1308并与所述钻铤一起 移动)的两个或更多个0形环1315。将要认识的是如本领域所公知的0形环或其它密封装 置可以类似地在别处使用用于流体流动整体性。连接接头1307设置在钻铤1306、1308之间，用于相互连接钻铤。接头1307使用 公接头母接头端螺纹组，所述公接头母接头端螺纹组适于啮合钻铤1306、1308的相对的端 部相应的螺纹组，并且用于当接头旋转时朝向接头1307拉钻铤以进行螺纹啮合。因此，在 接头1307的螺纹已经初始啮合相应的钻铤的螺纹并且钻铤已经在钻井环台面处克服旋转 地保持(例如，以传统的方式)之后，在钻铤本身没有进行旋转(仅平移)的情况下，接头 1307的旋转将影响钻铤1306、1308的连接。因为流动管线1362、1382没有径向对称(即， 所述流动管线的接合取决于适当的径向对准)，因此这是需要的。因此，当钻铤1306、1308通过旋转连接接头1307组成时，部件1360、1380通过液 压稳定器1313和在其相应端部中的中心孔1361、1381形成流体接合，以限定用于流体连接 两个部件1360、1380的辅助流动管线1362、1382的轴向定向的流体管道1322。主体组件1312还包括多个互补的插针-插孔电接触件1390a (上插针)、1390b (下 插孔)，所述电接触件协作以限定用于电连接两个部件1360、1380的电线1364、1384的至少 一个导电通路1374。电线1364、1384经由插针-插孔设计中的插针1385轴向连接到主体 组件1312的导电通路1374，但是也可以被焊接或卷边(或以其它公知的连接手段)在适当 的位置。导电通路1374径向定向(即，所述导电通路包括径向定向段)在上下对互补的插 针_插孔电接触件1390a (上插针)、1390b (下插孔)的两端。虽然用于调节主体组件1312的长度的组件在图13中没有示出，但是为了简化起 见，本领域的技术人员应该认识这种另外的组件在许多应用中至少是期望的。以上参照图7-8论述了这种组件的具体示例。图14A-14B是连接器1410的具体实施例的连续截面视图，所述连接器具有用于在 主体组件1412的第一和第二管状构件断开时自动闭合连接部件的流动管线的装置。连接 器实施例1410在支承在相应的钻铤1406、1408内的两个部件(未示出)的轴向定向的辅 助流动管线(未示出)中具有实用性。连接器1410的主体组件包括可连接的第一和第二 管状构件1412a/b。第一管状构件1412a被支承成用于与固定到上钻铤1406并与所述上钻 铤一起移动的上部件(未示出)一起移动，并且包括限定主体组件的外母接头部分1412ai 和内母接头部分1412a2的同心管状部分。第二管状构件1412b被支承成用于与和下钻铤1408—起移动的下部件(未示出) 一起移动，并且包括限定主体组件1412的外公接头部分1412bi和内公接头部分1412b2的 同心管状部分。因此，当上下钻铤1406、1408通过在其之间进行相对旋转而装配(图14b 中所示的装配接合)时，主体组件1412的母接头部分也旋转，并且被驱动成进行连接接合 以限定用于流体连接两个部件(未示出)的辅助流动管线(未示出)的轴向定向的环形流 体管道。环形流体管道包括在第一管状构件1412a中形成的第一管道部分1422a、在第二 管状构件1412b中形成的第二管道部分1422b、和当主体组件1412的第一和第二管状构件 1412a/b接合时所形成的中间第三管道部分1422c。第一和第二管状构件1412a/b中的每一 个都包括阀，在此实施例中，所述阀由相应的环形活塞1423a/b限定，所述环形活塞可移动 通过由环状空间1425a/b(见图14A)在其内限定的室，用于当第一和第二管状构件1412a/ b连接时自动打开接头流动管线的第三管道部分1422c，和当第一和第二管状构件1412a/b 断开时自动闭合第三管道部分1422c。因此，当第一和第二管状构件1412a/b分离时，通过与外公接头部分1412bl接合 而从关闭位置移动到打开位置(见从图14A到图14B的顺序)的活塞1423a将由于在第一 管道部分1422a和第四管道部分1422d内施加的流体压力(或诸如线圈弹簧的可选的力施 加装置)自动返回到关闭位置。类似地，当第一和第二管状构件1412a/b分离时，通过与内 母接头部分1412a2接合而从关闭位置移动到打开位置(见从图14A到图14B的顺序)的活 塞1423b将由于在第二管道部分1422b和第五管道部分1422e内施加的流体压力(或诸如 线圈弹簧的可选的力施加装置)自动返回到关闭位置。0形环组(没有由附图标记表示) 通常绕主体组件1412相应的公接头部分支承，用于密封第一和第二管状构件1412a/b两端 的流体连接。将要认识的是如本领域所公知的0形环或其它密封装置可以类似地在别处使 用用于流体流动整体性。第一和第二管状构件1412a、1412b还可协作以限定用于电连接两个部件1460、 1480的电线1464、1484的至少一个导电通路1474。电线1464、1484经由相应的上(母接 头)和下(公接头)湿式刺1484a/b轴向连接到导电通路1474，但是也可以与其它公知的
连接装置。虽然用于调节主体组件1412的长度的组件在图14中没有示出，但是为了简化起 见，本领域的技术人员应该认识这种另外的组件在许多应用中至少是期望的。以上参照图 7-8论述了这种组件的具体示例。图15是用于在延伸通过并在井下工具串(由连接的钻铤1560、1580表示)的两个相应部件1560、1580的相对的端部1561、1581处或所述端部附近终止的连接电线1564a/ b、1584a/b中使用的可选连接器1510的截面视图。部件1560、1580可以不同于井下工具， 并且不必是一体式工具的分离模块。连接器1510包括用于流体连接流动管线1562的内主体组件1512、和用于电连接 相应的两个部件1560、1580的电线1564a/b、1584a/b的第一和第二外主体组件1513a和 1513b。两个部件1560、1580的内主体组件1512和外主体组件1513的各种部分可以整体 布置在不同结构中。例如，内主体组件1512可以与外主体组件1513a和部件1560成一体。 然而，如图15中所示，内主体组件1512、外主体组件1513a和1513b、以及两个部件1560、 1580每一个都可以是完全分离部件。内主体组件1512限定用于流体连接两个部件的流动管线1562、1582的至少一个 流体管道1522。内主体组件通常配备有用于密封连接部件1560、1580的端部1561、1581两 端的流体连接的0形环封闭件1524、1526。将要认识的是如本领域所公知的0形环可以类 似地在别处使用用于流体流动整体性。具体地，内主体组件1512接合部件1560内的靠近 端部1561的凹部。内主体组件1512的相对的端部接合部件1580的靠近端部1581的凹部。如图所 示，内主体组件1512可以相对于部件1560、1580、和外主体组件1513b移动，藉此允许连接 器1510的灵活性。外主体组件1513安装有用于电连接电线1564a/b、1584a/b的至少两个导电通路。 这种电通路用于引导电信号通过主体组件1513。电信号可以包括在部件1560与1580之间 输送的和/或输送通过所述部件的电力，和/或可以包括可以是数字和/或模拟的数据传 输，或可以是上述任一个的组合。具体地，外主体组件1513a和1513b具有用于确保管线1584与1564之间的良好 电接触的配合表面。具体地，组件1513a包括接触圈1515和1517的部分1515a和1517a， 而组件1513b包括配合部分1515b和1517b。配合表面可以成阶梯状以提供稳定性、多个 止动件等，并且可以包括如图所示的多个0形环密封件。在操作中，两个部件1560、1580例 如与所示的螺纹部分连接。在这种情况下，内主体组件1512将接合部件1560、1580的端部 1561、1581，藉此在1562、1522和1526两端构造流体管道。此外，部分1515a和1515b、以 及部分1517a和1517b将一起产生电连接器1515和1517，藉此提供电线1564a/b、1584a/b 之间的电通路。从上述说明将理解的是在不背离本公开的真实精神的情况下可以对本公开的优 选和可选的实施例做各种修改和改变。本说明旨在仅仅进行说明，并且不会被解释为限制意义。本公开的保护范围应该 仅由随后的权利要求的措辞确定。权利要求中的术语“包括”旨在表示“至少包括”，使得权 利要求中的所列元件是开放式集合或群。类似地，术语“含有”、“具有”和“包括”都旨在表 示元素的开放式集合或群。除非专门排除，“一(a/an)”和其它单数术语旨在包括所述术语 的复数形式。
权利要求
一种用于在地下地层中使用的模块化工具，包括第一模块，所述第一模块包括第一钻铤，所述第一钻铤至少部分地限定所述模块化工具的外部，其中，所述第一钻铤包括在所述第一钻铤的第一端部处的第一接合机构；在所述第一钻铤的第二端部处的第二接合机构；以及流体通路，所述流体通路用于使钻井流体通过所述流体通路；第二模块，所述第二模块包括第二钻铤，所述第二钻铤至少部分地限定所述模块化工具的外部，其中，所述第二钻铤包括在所述第二钻铤的第一端部处的第一接合机构，用于接合所述第一钻铤的第二端部；在所述第二钻铤的第二端部处的第二接合机构；以及流体通路，所述流体通路延伸所述第二模块的长度，用于使所述钻井流体通过所述流体通路；和一个或多个连接器，所述一个或多个连接器用于连接所述第一模块和所述第二模块，所述一个或多个连接器连接来自所述第一模块的至少一个流动管线和来自所述第二模块的一个流动管线，用于使辅助流体在所述第一模块与所述第二模块之间流动，并且连接来自所述第一模块的至少一个电缆和来自所述第二模块的一个电缆，用于在所述第一模块与所述第二模块之间传送电力和/或数据，并且所述一个或多个连接器被构造成用于使钻井流体在所述第一模块与所述第二模块之间通过。
2.根据权利要求1所述的模块化工具，其中，所述第一模块的接合机构和所述第二模 块的接合机构包括位于所述钻铤的第一端部处的阳螺纹部分和位于所述钻铤的第二端部 处的阴螺纹部分。
3.根据权利要求1所述的模块化工具，其中，所述流体通路从所述模块的第一端部延伸到第二端部。
4.根据权利要求1所述的模块化工具，其中，所述第一模块和所述第二模块的接合机 构是相对的螺纹部分。
5.根据权利要求4所述的模块化工具，其中，所述第一模块是探头模块，所述探头模块 包括用于隔离井眼壁的一部分的组件。
6.根据权利要求5所述的模块化工具，其中，所述探头模块邻近钻头设置。
7.根据权利要求5所述的模块化工具，其中，所述组件包括入口，所述入口流体连接到 所述工具的外部，并且所述至少一个流动管线流体连接到所述入口。
8.根据权利要求7所述的模块化工具，其中，所述第二模块是泵出模块，所述泵出模块 连接到所述探头模块，所述泵出模块包括流体连接到所述入口的泵。
9.根据权利要求8所述的模块化工具，其中，所述探头模块包括用于接收原生流体的 第一入口和用于接收被污染流体的第二入口，所述第一入口和所述第二入口中的至少一个 流体连接到所述泵出模块。
10.根据权利要求5所述的模块化工具，其中，所述第二模块是液压模块和DFA模块中 的一个。
11.一种用于钻井眼的系统，包括钻柱，所述钻柱用于从地面提供钻井流体流；地层测试仪，所述地层测试仪具有能够操作地连接到所述钻柱的第一端部，所述地层 测试仪包括多个模块，多个模块中的每一个都包括钻井流体通路和至少一个流动管线，其 中，所述多个模块中的第一模块能够操作地连接到所述多个模块中的第二模块的第一端部 或第二端部，藉此允许在所述第一模块与所述第二模块之间在所述流动管线和所述钻井流 体通路中输送流体；和钻头，所述钻头能够操作地连接到所述地层测试仪的第二端部，所述钻头通过所述第 一模块和所述第二模块从所述钻柱接收钻井流体。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述多个模块中的第一模块是探头模块，所述 探头模块以螺纹的方式连接到所述多个模块中的第二模块。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个模块中的第二模块是泵出模块、DFA 模块和液压模块中的一个。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述流动管线流体连接到所述工具的外部。
15.根据权利要求14所述的系统，还包括第二流动管线，其中，所述第一流动管线适于 接收原始地层流体，而所述第二流动管线流体连接到所述地层测井仪的外部并且适于接收 被污染的地层流体。
16.根据权利要求11第一所述的系统，还包括在所述第一模块与所述第二模块之间的 至少一个电连接件。
17.—种在施工现场组装井下工具的方法，所述方法包括以下步骤提供第一模块，所述第一模块具有至少部分地限定所述工具的外部的钻铤，其中，所述 钻铤包括位于所述钻铤的第一端部处的第一螺纹部分；位于所述钻铤的第二端部处的第二螺纹部分；和流体通路，所述流体通路延伸所述第一模块的长度，用于使钻井流体通过所述流体通路；提供第二模块，所述第二模块具有至少部分地限定所述工具的外部的钻铤，其中，第二 模块的所述钻铤包括位于第二模块的钻铤的第一端部处的第一螺纹部分；位于第二模块的钻铤的第二端部处的第二螺纹部分；和流体通路，所述流体通路延伸所述第二模块的长度，用于使钻井流体通过所述流体通 路；以及将所述第一模块的流动管线连接到所述第二模块的流动管线。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一模块的流动管线流体连接到所述井 下工具的外部或所述井下工具的内部。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括以下步骤将所述第一模块的电通路连接到所述第二模块的电通路，第一模块和第二模块的所述 电通路适于传输电力和数据中的至少一种。
20.根据权利要求17的方法，还包括以下步骤将所述第一模块的第二流动管线连接到所述井下工具的外部。
21.—种重构用于随钻工具的多个模块以获得多个工具的方法，所述方法包括以下步提供多个模块，其中，每一个模块都包括钻井流体通路和至少一个流动管线； 连接第一结构中的所述多个模块以获得第一井下工具；以及 连接第二结构中的所述多个模块以获得第二井下工具。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，提供多个模块的步骤包括从由泵出模块、探头模块、液压模块、DFA模块、和取样瓶模块构成的组中提供至少两个 模块。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，连接所述多个模块的步骤包括 至少连接所述泵出模块和所述取样瓶模块以获得取样工具。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，连接所述多个模块的步骤包括 至少连接所述泵出模块和所述探头模块以获得压力工具。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括以下步骤 连接所述取样瓶以获得取样工具。
全文摘要
本发明公开了一种用于在地下地层中使用的模块化工具，包括第一模块、第二模块、和用于连接第一和第二模块的一个或多个连接器。具体地，第一模块包括第一钻铤，所述第一钻铤至少部分地限定模块化工具的外部，并且包括在钻铤的第一端部处的第一接合机构和在钻铤的第二端部处的第二接合机构。第一模块还包括流体通路，所述流体通路用于使钻井流体通过所述流体通路。第二模块具有类似于的结构并且包括类似的体系结构。一个或多个连接器有助于流体连接到工具的外部的至少一个流动管线的连接、和用于在模块之间传输电力和/或数据电通路。
文档编号E21B49/10GK101896684SQ200880119981
公开日2010年11月24日 申请日期2008年9月30日 优先权日2007年10月9日
发明者阿金斯·帕涛切 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司