包括多芯片模塊殼體的井下工具的制作方法

本申請要求享有于2014年5月20日提交的申請號為No.14/282792的美國申請的權益，這里作為參考引用其全部內容。

背景技術：

在地下鉆井中，井下工具被經常提供有各種傳感器以檢測各種井下參數。傳感器可以用于測量、測井、遙測、導向等等。傳感器測量數據可以由電子部件處理以評估該數據、發送該數據或使用該測量值進行直接控制。電子部件必須能夠承受高溫、加速度以及其它井下環境條件。電子部件通常以設置在凹槽內的多芯片模塊(MCM)電子設備的形式構造，該凹槽設置在井下工具內。MCM電子設備由晶片(集成電路)組成。這些晶片對各種氣體敏感，例如氟和氯，并且因此需要單獨的殼體。MCM殼體設計為保護MCM電子設備免于有害氣體損害。套管或蓋板，通常覆蓋MCM殼體。套管或蓋板封裝該MCM殼體以提供保護而免受流體靜力鉆井負荷力和鉆井泥漿影響。

技術實現要素：

根據示例性實施例的井下工具包括工具主體，其具有內表面部分和外表面部分。外表面部分包括凹槽，其具有周壁和內表面。多芯片模塊(MCM)殼體限定在該凹槽內。MCM殼體包括一個或多個強化構件和一個或多個電子設備容納區域，該一個或多個強化構件支撐井下工具的軸向和徑向負荷。

附圖說明

現在參照附圖，其中將相同的元件在若干個附圖中進行相同地編號：

圖1示出了根據某一示例性實施例的包括多芯片模塊(MCM)殼體的井下工具的部分的透視圖；

圖2示出了圖1的MCM殼體；

圖3示出了圖1的井下工具的橫截面側視圖；

圖4示出了圖1的井下工具的橫截面軸向端視圖；

圖5示出了根據某一示例性實施例的另一方面的包括MCM殼體的井下工具的橫截面側視圖；

圖6示出了圖5的MCM殼體的詳細視圖，圖示了提供至井下工具的連接的密封件；

圖7示出了圖5的井下工具的橫截面軸向端視圖；

圖8示出了根據某一示例性實施例的另一方面的包括多芯片模塊(MCM)殼體的井下工具的部分的透視圖；

圖9示出了圖8的井下工具的橫截面側視圖；

圖10示出了根據某一示例性實施例的另一方面的圖8的井下工具的橫截面側視圖；

圖11示出了具有聯接至圖8的MCM殼體的連接器的井下工具的橫截面側視圖；以及

圖11示出了根據某一示例性實施例的具有可拆卸電子部件接入構件的井下工具的橫截面側視圖；

圖12示出了根據某一示例性實施例的方面的可拆卸電子部件接入構件的詳細視圖；以及

圖13示出了根據某一示例性實施例的采用具有可拆卸電子部件接入構件的井下工具的井下系統。

具體實施方式

根據某一示例性實施例，井下工具在圖1中通常標示為2；井下工具2包括工具主體4，該工具主體4具有內表面部分6和外表面部分8。工具主體4包括具有邊緣13的凹槽12(圖3)。凹槽12還由周壁16包圍并且包括內表面18。根據某一示例性實施例的一方面，工具主體4包括布置在凹槽12內的多芯片模塊(MCM)殼體24。如將在下面更充分詳細的，MCM殼體24設計為保護電子部件(未示出)免于有害氣體、磨損和液流損害，并且承載來自工具主體4的負荷。此外，在工具主體4和凹槽12上面設置了外蓋30。外蓋30以套管32的形式示出，該套管32完全圍繞工具主體4延伸并且提供額外的支撐以承受流體靜力負荷。當然，應當理解的是，外蓋30還可以采取僅僅部分圍繞工具主體4延伸的艙蓋或蓋的形式。

如圖2至圖4所示，MCM殼體24包括具有部分45的殼體主體42，該部分45包括第一表面47和第二相對表面48。部分45可以包括大體對應于外表面部分8的形狀。周壁50圍繞部分45延伸。周壁50包括將內表面18和邊緣13接合的外周緣53。MCM殼體24還可以包括多個強化構件，其中兩個標示為56和57，從第二表面48突出。強化構件57還可以從周壁50突出。強化構件56和57可以與MCM殼體24整體地形成或者可以構成單獨的部件。每個強化構件56、57包括對應的懸臂式端部58和59，它們與第二表面48和周壁50一起限定了一個或多個電子設備容納區域60。電子設備容納區域60容納傳感器和/或工具主體4內的其它電子部件。

根據某一示例性方面，MCM殼體24支撐在凹槽12中在內表面18上并且由此可以形成冗余組件(未單獨地標記)的部分，其可以對內部布置的部件提供除了可以由外蓋30提供的保護之外額外的保護。具體地，外周緣53和懸臂式端部58、59抵靠內表面18并且支撐部分45。以此方式，MCM殼體24能夠承受流體靜力負荷并且保護內部的電子部件。另外，MCM殼體24為電子部件提供保護而不增加井下工具2的總體徑向厚度。一旦處于合適位置，外周緣53可以結合至工具主體4。例如，外周緣53可以焊接或以其它方式熔接至邊緣13，如圖3和圖4所示。當然，應當理解的是，還可以采用其它形式的結合。一個或多個連接器，諸如在63處示出的，可以安裝至MCM殼體24。連接器63以壓力饋通65的形式示出，然而，應當理解的是，可以采用其它形式的連接器，有線和無線兩者都可。一旦處于合適位置，外套管30跨過MCM殼體24定位。不再需要適應所有的流體靜力負荷，外套管30現在可以具有更薄的截面。壓力饋送一般包括陶瓷或玻璃密封件，其圍繞連接器63的內導體。連接器63還可以具有多于一個的導體和末端。

現在將參考圖5至7，在描述根據示例性實施例的另一個方面的MCM殼體70中，其中相同的附圖標記代表相應視圖中對應的部件。MCM殼體70包括具有部分76的殼體主體74，該部分76包括第一表面78和第二相對表面79。部分76可以包括大體對應于外表面部分8的形狀。周壁82圍繞部分76延伸。周壁82包括將內表面18和邊緣13接合的外周緣84。MCM殼體70還可以包括多個強化構件，其中兩個標示為86和87，從第二表面79突出。強化構件87還可以從周壁82突出。如上所述，強化構件86和87可以與MCM殼體70整體地形成或者可以構成單獨的部件。每個強化構件86、87包括對應的懸臂式端部88和89，它們與第二表面79和周壁82一起限定了一個或多個電子設備容納區域60。電子設備容納區域60容納傳感器和/或工具主體4內的其他電子部件。

根據示例性實施例所示，MCM殼體70通過第一密封件91可拆卸地安裝在凹槽12內并且可以形成冗余組件(未單獨地標記)的部分，其可以對內部布置的部件提供除了可以由外蓋30提供的保護之外額外的保護。第一密封件91采取彈簧加載徑向密封件92的形式，具有大體C形橫截面。當然，應當理解的是，第一密封件91可以采取多種幾何結構并且可以是或可以不是彈簧加載的。MCM殼體70還包括第二密封件94。第二密封件94采取彈簧加載徑向密封件96的形式，類似于結合彈簧加載徑向密封件92所描述的。第一密封件91和第二密封件94可以為由不銹鋼、金屬合金、銀、銅和金形成的金屬密封件，或者可以擁有諸如不銹鋼、金屬合金、銀、銅和金的金屬涂層。金屬涂層的具體類型可以變化。金屬涂層通常選擇為不與井下地形物質和/泥漿反應。還應當理解的是，MCM殼體70可以包括兼軸向且徑向延伸的單個連續密封件。還應當理解的是，MCM殼體70可以包括整體式密封件。相反，密封件可以構建到工具主體4內。一旦安裝，MCM殼體70可以由外套管30覆蓋。不再需要適應所有的流體靜力負荷，外套管30現在可以具有更薄的截面。

根據示例性實施例的另一個方面，現在將參考附圖8至9對井下工具112進行描述。井下工具112包括工具主體114，其具有內表面部分116和外表面部分118。工具主體114包括限定了MCM殼體121的凹槽120。MCM殼體121包括周壁122和內表面124。在所示的示例性方面中，MCM殼體121包括多個從內表面124向外延伸的強化構件130。強化構件130可以與內表面124整體地形成或可以為單獨的部件。多個強化構件130的每一個包括在外表面部分118下方的懸臂式端部132。以與以上描述的方式相類似的方式，強化構件130與內表面124和周壁122一起，限定了多個電子設備容納區域134。

進一步根據所示的示例性實施例，井下工具2包括跨過MCM殼體121延伸的加強元件140。加強元件140包括第一表面部分142和相對第二表面部分143。第二表面部分143包括多個加強構件，其中一個在145處示出，其對應于多個強化構件130的每一個。加強元件140為MCM殼體121提供蓋，以及提供可以適應流體靜力負荷的結構。一旦處于合適位置，加強元件140可以由套管(未示出)覆蓋。不再需要適應所有的流體靜力負荷，外套管30現在可以具有更薄的截面。加強元件140可以通過諸如焊接或密封以金屬密封件結合至強化構件130，以保護在電子設備容納區域134中的電子部件(未示出)免于暴露于除氣。

圖10，其中相同的附圖標記代表相應的視圖中的對應部件，示出了蓋147的使用，示出為艙蓋148，其具有第一表面部分150和相對第二表面部分151。艙蓋148僅僅部分地繞工具主體114延伸，并且套在設置在MCM殼體121處的凹槽(未單獨地標記)內。第二表面部分151包括加強構件154。以此布置，套管148既起到外密封件又起到強化結構的作用，使得MCM殼體121能夠承受流體靜力負荷而不需要附加的加強元件。此外，可以繞套管148設置諸如在159處示出的密封件，同時阻止除氣進入MCM殼體121。

圖11和12示出了井下工具160，其具有工具主體162。工具主體162包括容納電子部件(未示出)的凹槽168。工具主體162還示出為包括沿第一方向從凹槽168軸向地向外延伸的第一連接器容納區域172和沿相對的第二方向從凹槽168軸向地向外延伸的第二連接器容納區域174。連接器容納區域172還可以從凹槽168或以相對于凹槽168的任何角度徑向地向外延伸。第一連接器容納區域172包括第一密封件棱面177，并且第二連接器容納區域174包括第二密封件棱面178。在所示的示例性實施例中，可拆卸電子部件接入構件179被安裝至工具主體162。術語“可拆卸”應當理解為用于描述：電子部件接入構件179可以與工具主體162分離而不需要切割或將導致井下工具160或接入構件179破壞的其它過程。

根據示例性實施例的一方面，可拆卸電子部件接入構件179可以采取可拆卸連接器180的形式。可拆卸連接器180可以采取壓力饋通184的形式，其布置在第一連接器容納區域172內。通過“可拆卸”，應當理解的是，連接器180可以從連接器容納區域172移除而不需要切斷焊接或其它結合，并且該可拆卸連接器180可以在移除后再次使用。例如，可拆卸連接器180可以螺紋地與連接器容納區域170接合，或可以采用成形記憶合金材料，當暴露于諸如在井下環境遇到的升高的溫度、夾緊等時，該成形記憶合金材料能夠接合連接器容納區域170。可拆卸連接器180還可以為易于安裝進入第一連接器容納區域172而不需要焊接或其它永久的附接手段。例如，可拆卸連接器180可以螺紋地與連接器容納區域170接合。

壓力饋通184連接至通向相鄰井下部件(未示出)的導管190。如圖12中最佳示出的，壓力饋通184還包括主體193，該主體193具有設置有銷198的末端196。隨著銷198向凹槽168延伸，末端196接合在第一連接器容納區域172內。以此方式，銷198可以提供對布置在一個電子設備容納區域134內的電子部件的連接。

根據某一示例性實施例，主體193包括階梯段201和凹槽204。凹槽204繞主體193周向地延伸并且容納電觸點207。電觸點207徑向地向外偏置以在壓力饋通184和工具主體4之間提供連接，該連接可以為其它信號建立電接地或傳導通路。根據某一示例性方面，電觸點207限定了彈簧觸點。壓力饋通184還包括布置在主體193的階梯段201處的密封件210。密封件210位于階梯段201和第一密封件棱面177之間，以在允許連接器180從工具主體4移除的同時防止氣體進入凹槽168。根據示例性實施例的一方面，密封件可以由諸如不銹鋼、金屬合金、銀、銅和金的金屬形成，或者可以擁有諸如不銹鋼、金屬合金、銀、銅和金的金屬涂層。金屬涂層通常選擇為基本上不與井下地層物質反應。

根據示例性實施例的一方面，可拆卸連接器180不僅利于容易和重復安裝及移除，而且提供對容納在工具主體114中的凹槽168內的電子部件(未示出)的接入。進一步根據示例性實施例的一方面，工具主體114可以包括可拆卸電子部件接入構件300，其以設置在凹槽168內的可拆卸多芯片模塊(MCM)殼體310的形式。MCM殼體310可以通過金屬密封件320在凹槽168內緊固至工具主體114。

在這一點上應當理解的是，示例性實施例描述的MCM殼體能夠承載相當大比例的施加在井下工具上的流體靜力壓力以及其它施加的負荷，諸如那些由螺紋連接、鉆柱扭力、鉆頭重量、鉆頭扭矩等提供的。MCM殼體還保護電子部件免于暴露于除氣或其它井下條件。此外，MCM殼體由耐于暴露于潛在腐蝕性的井下地層的材料形成。應當理解的是，MCM殼體的具體形狀和內部幾何結構可以變化并且可以適用于大量應用。

應當進一步理解的是，根據示例性實施例的井下工具可以形成整個井下系統400的部分，如圖13中示出的。例如，示例性實施例可以可操作地與導向裝置420、泥漿馬達430或諸如鉆井同時測井元件440的其它井下電子裝置相關聯，或者利于它們之間的通信。示例性實施例還可以利于在井下部件和諸如控制器460的井上部件之間進行通信。

盡管已經示出和描述了一個或多個實施例，在不背離本發明主旨和范圍的條件下可以對其進行修改和替換。因此，應當理解的是，本發明僅是說以示例的方式進行了描述，而并不是以限制的方式。