Аппаратное средство, содержащее установочную пластину, и связанные с ним система и способ
Группа изобретений относится к области исследований и проведения измерений в нефтегазовых скважинах. Аппаратное средство и система содержат плоскую установочную пластину, содержащую первый углубленный участок, выполненный с возможностью получения печатной платы, и второй углубленный участок, выполненный с возможностью получения электронного компонента. Нижний уровень второго углубленного участка ограничивает первый конец стойки, проходящей в вертикальном направлении от установочной пластины для завершения на втором конце, причем второй конец стойки имеет форму, предусматривающую получение элемента крепления. Второй конец стойки может использоваться для крепления крышки и, соответственно, электронного компонента к установочной пластине. Уменьшается воздействие вибрации, оптимизируются температурные условия функционирования приборов для скважинных измерений. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 5 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Знание структуры и характеристик геологических пластов может обеспечить снижение затрат на бурение скважин для осуществления поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений. Измерения для получения указанных сведений обычно проводятся в стволе скважины (то есть выполняются скважинные измерения). Например, в результате проведения измерений могут быть получены данные состава и распределения пород, окружающих скважинное измерительное устройство.
[0002] Для проведения указанных скважинных измерений могут использоваться различные узлы и конструкции для установки электронных устройств. Однако такие узлы могут быть чувствительными к воздействию вибрации и температурных условий в скважине, влияющих на возможность функционирования указанных устройств.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0003] Фиг. 1 иллюстрирует вид в перспективе в направлении вниз аппаратного средства, содержащего установочную пластину, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
[0004] Фиг. 2 иллюстрирует вид в перспективе печатного узла, содержащего аппаратное средство, проиллюстрированное на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
[0005] Фиг. 3 иллюстрирует структурную схему способов изготовления указанного устройства в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
[0006] Фиг. 4 иллюстрирует чертеж кабельной системы в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
[0007] Фиг. 5 иллюстрирует чертеж буровой системы в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] В настоящем документе описаны аппаратное средство, системы и способы, которые могут способствовать повышению устойчивости различных компонентов электронных схем к воздействию вибрации и температурных условий в скважине, для обеспечения решения некоторых проблем, описанных выше, а также других проблем. В свою очередь, такое улучшение может повысить надежность предоставления различным клиентам услуг в процессе выполнения операций добычи нефти.
[0009] Для единообразного применения терминов по всему документу используется несколько конкретных терминов и словосочетаний. Эти термины и словосочетания определены далее. После указания данного списка определений будет представлено более подробное описание механизмов, использованных в нескольких вариантах реализации изобретения.
* «Корпус» содержит один или более следующих компонентов: утяжеленная бурильная труба, скважинный инструмент или корпус кабельного каротажного прибора (каждый из которых имеет наружную поверхность), выполненных с возможностью размещения или крепления печатных плат, вставных блоков, задающих устройств, усилителей, датчиков, передатчиков, приемников, логических схем сбора и обработки данных и систем сбора данных.
* «Углубленный участок» означает участок, по существу, плоской поверхности, содержащий углубление, расположенное ниже указанной поверхности и ограниченное дном, соответствующим основанию углубления. Углубление характеризуется наличием по меньшей мере одной стенки, которая может пересекать дно как криволинейная структура или как, по существу, прямолинейная структура. Если пересечение содержит ступенчатый переход (например, стенка образует, по существу, прямолинейную структуру), то указанное пересечение может быть дополнительно определено углом между дном и стенкой. Если пересечение содержит криволинейный переход (например, стенка образует криволинейную структуру), то пересечение может быть дополнительно определено типом кривой, например круговая, параболическая или экспоненциальная.
[0010] Фиг. 1 иллюстрирует вид в перспективе в направлении вниз аппаратного средства 100, содержащего установочную пластину, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Аппаратное средство 100 содержит первый углубленный участок 108 (который может использоваться для установки и крепления печатной платы) и второй углубленный участок 118 (который может использоваться для крепления одного или более компонентов 130).
[0011] Эта конструкция имеет преимущества по сравнению с другими конструкциями, используемыми для крепления компонентов и печатных плат к элементам, вставляемым в корпус скважинных инструментов, поскольку она обеспечивает более устойчивую и долговечную основу с точки зрения вибрации для крупных компонентов электрических схем. В результате аппаратное средство 100 может использоваться в различных ситуациях, например, для крепления плат электронных схем задающих устройств к соответствующим вставным блокам, в том числе вставным блокам печатных плат генераторов импульсов давления в буровом растворе, таким как вставной блок быстродействующего контроллера задающего устройства (БКЗУ) генератора отрицательных импульсов давления (ГОИД) с высокой скоростью передачи данных (ВСПД) компании Halliburton Energy Services, Inc., находящейся в Хьюстоне, штат Техас.
[0012] Воздействие вибрации на компоненты большого размера может быть уменьшено способом, непосредственно связанным с конструкцией аппаратного средства 100. Например, стойка 110, один конец которой прикреплен к дну 114 углубленного участка 118, возможно, вблизи центра углубленного участка 118 и которая проходит, по существу, в вертикальном направлении относительно, по существу, горизонтальной плоскости дна 114, может использоваться в качестве надежной опоры для одного или более компонентов 130. Указанная опора проходит в радиальном направлении 122 наружу относительно стойки 110, один конец которой находится на пересечении стойки 110 и дна 114 углубленного участка 118. Степень защиты компонентов может быть повышена при использовании крышки (см. крышку 212 на фиг. 2), прикрепленной к стойке 110, возможно, при помощи винта, для крепления компонента 130 на пластине 102 и фиксации в аксиальном направлении 126.
[0013] Между компонентом 130 и стойкой 110 может быть вставлена прокладка 134, возможно, содержащая силиконовый каучук, для обеспечения дополнительной устойчивости к вибрации. В одном из вариантов реализации изобретения аппаратное средство 100, собранное таким образом, позволило компоненту 130 (например, тороидальной катушке индуктивности) легко пройти лабораторные испытания на устойчивость к вибрации с амплитудой ускорения 10 g. Крепление компонентов 130 таким способом может также оказывать положительное воздействие на соответствующую печатную плату. То есть, если компонент 130 установлен непосредственно на плате, а не на пластине 102, то в этом случае в результате воздействия вибрации значительно повышается риск повреждения самой платы, а также указанного компонента. Любой их этих компонентов или оба компонента в большей степени подвергаются риску возникновения трещины или нарушения целостности. Наконец, комбинация углубленного участка 118 на пластине 102 со стойкой 110, крышкой (см. крышку 212 на фиг. 2) и прокладкой 134 позволяет создать систему для сохранения компонентов, обеспечивающую решение проблемы ограниченного пространства, которая может возникать в некоторых областях применения.
[0014] Еще одно преимущество аппаратного средства 100 заключается в обеспечении эффективного теплоотвода для компонента 130. Это преимущество может быть реализовано с использованием слоя 138 теплопроводящего материала, который в некоторых вариантах реализации изобретения может содержать монослой графена.
[0015] Характеристики графена могут повысить теплопроводность перехода между пластиной 102 и вставным блоком, на котором она закреплена. Комбинация пластины 102 и слоя 138 теплопроводящего материала образует непосредственный теплоотвод, обеспечивающий рассеяние тепла, выделяемого компонентом 130, которое, в противном случае, могло привести к ухудшению характеристик указанного компонента (например, при функционировании в условиях повышенных температур в скважине). Комбинация углубленного участка 118, стойки 110 и слоя 138 теплопроводящего материала позволяет обеспечить значительное преимущество по сравнению с известными конструкциями крепления компонентов на стойках, поскольку надежность компонента повышается по двум причинам одновременно: повышается устойчивость к повреждению вследствие воздействия вибрации, а также стойкость к повреждению в результате перегрева.
[0016] Фиг. 2 иллюстрирует вид в перспективе печатного узла 200, содержащего аппаратное средство 100, проиллюстрированное на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. В некоторых вариантах реализации изобретения установочная пластина 102 содержит сталь марки 17-4, например сталь марки 17-4PH (дисперсионно-твердеющая мартенситная нержавеющая сталь) или некоторые другие материалы для согласования с характеристиками теплового расширения вставного блока (не показан), к которому прикреплена пластина.
[0017] Как проиллюстрировано на этой фигуре, печатный узел 200 содержит пластину 102, прикрепленную к компоненту 130, как указано ранее (проиллюстрированы крышка 212 и винт 216, обеспечивающие крепление компонента 130, но прокладка 134 на этой фигуре не показана). Провода 220, проходящие от компонента 130 к печатной плате 224, присоединены к выводам 228.
[0018] Конструкция установочной пластины 102 позволяет использовать компоненты 130 электрической схемы, имеющие большие размеры, чем было бы возможно в противном случае, вследствие удовлетворения требований по размерам и теплоотводу, соответствующих потребностям в энергии данного скважинного инструмента. Повышается также эффективность использования монтажного пространства вставного блока, что позволяет уменьшить размеры соответствующих скважинных инструментов, поскольку может использоваться более короткая утяжеленная бурильная труба, или дополнительное пространство может использоваться для выполнения других функций. Таким образом, могут быть реализованы различные варианты осуществления изобретения.
[0019] Например, как проиллюстрировано на фиг. 1-2, в некоторых вариантах реализации изобретения аппаратное средство 100 содержит установочную пластину 102 с двумя углубленными участками 108, 118 и одной или более стоек 110, используемых для крепления электронного компонента 130 к пластине 130. Таким образом, аппаратное средство 100 содержит, по существу, плоскую установочную пластину 102, содержащую первый углубленный участок 108, выполненный с возможностью получения печатной платы 224, и второй углубленный участок 118, выполненный с возможностью получения электронного компонента 130. Второй углубленный участок 118 может ограничивать первый конец 142 стойки 110, проходящей в вертикальном направлении (например, в аксиальном направлении 126) от горизонтальной плоскости установочной пластины 102 и заканчивающейся вторым концом 146, форма которого может обеспечивать установку элемента крепления.
[0020] В некоторых вариантах реализации изобретения первый углубленный участок 108, который может использоваться для крепления пластины 102 к печатной плате 224, может быть ограничен ступенчатым переходом 150. Ступенчатый переход 150 во многих вариантах реализации изобретения может содержать перпендикулярный переход. В других вариантах реализации изобретения ступенчатый переход 150 может быть направлен под углом θ между стенкой 154 и дном 158 углубленного участка 108. Угол θ может быть меньшим 90 градусов, большим 90 градусов или, по существу, равным 90 градусов (то есть случай перпендикулярного перехода). Таким образом, первый углубленный участок 108 может содержать по меньшей мере одну, по существу, прямую стенку 154, образующую ступенчатый переход 150 от верхнего уровня 162 пластины 102 к нижнему уровню первого углубленного участка 108 (например, дну 158), причем нижний уровень (например, дно 158) соответствует меньшей высотной отметке, чем верхний уровень 162.
[0021] В некоторых вариантах реализации изобретения второй углубленный участок 118, который может использоваться для крепления одного или более электронных компонентов 130 к пластине 102, может быть ограничен ступенчатым переходом 166 или криволинейным переходом 166. Высота нижней высотной отметки (например, дна 114) второго углубленного участка 118 может не зависеть от высоты дна 158 первого углубленного участка 108, как и высота дна 158 первого углубленного участка 108, или может быть связана прямой или обратной зависимостью с высотой дна 158 первого углубленного участка 108. В некоторых вариантах реализации изобретения может быть предусмотрено несколько вторых углубленных участков 118, каждый из которых может иметь одну или более стоек 110, предназначенных для крепления компонентов 130 к пластине 102. Стойка (стойки) 110 может быть прикреплена ко дну 114 второго углубленного участка 118 как его составная часть (например, полученная посредством литья или механической обработки) или может представлять собой отдельную деталь, например, прикрепляемую ко дну 114 стойку 110, имеющую на конце отверстие с внутренней резьбой, которая крепится к резьбовой шпильке, прикрепленной ко дну 114.
[0022] Например, второй углубленный участок 118 может содержать, по существу, кольцевую стенку 160, образующую криволинейный переход 166 от верхнего уровня 162 пластины 102 к нижнему уровню (например, дну 114) второго углубленного участка 118, причем нижний уровень (например, дно 114) соответствует меньшей высотной отметке, чем верхний уровень 162.
[0023] В некоторых вариантах реализации изобретения на установочную пластину 102 может быть нанесен слой графита, например, в виде покрытия. Таким образом, аппаратное средство 100 может содержать слой 138 графита, нанесенный по меньшей мере на одну поверхность пластины 102. Графит может быть нанесен в виде моноатомного слоя, такого как слой графена, так что графит содержит графен.
[0024] В некоторых вариантах реализации изобретения одна или более крышек и элементов крепления используются в комбинации с одной или более стоек для крепления к пластине одного или более электронных компонентов. Таким образом, аппаратное средство 100 может содержать крышку 212 и элемент 216 крепления, выполненный с возможностью крепления крышки 212 к пластине 102 при помощи второго конца 146 стойки 110. Элемент 216 крепления может содержать резьбу, такую как ответная резьба, используемая для соединения с винтом или резьбовой шпилькой. Таким образом, элемент 216 крепления может содержать резьбовой элемент крепления.
[0025] В некоторых вариантах реализации изобретения аппаратное средство 100 содержит печатную плату 224. Соответственно, аппаратное средство 100 может содержать печатную плату 224, размещенную в первом углубленном участке 108.
[0026] В некоторых вариантах реализации изобретения печатная плата 224 может содержать теплопроводящие элементы 244 конструкции, такие как металлические полосы, присоединенные к теплопроводящему основанию 248 или теплопроводящему покрытию 252. Таким образом, аппаратное средство 100 может содержать печатную плату 224, содержащую по меньшей мере один теплопроводящий элемент 244 конструкции, соприкасающийся с поверхностью (например, дном 158) установочной пластины 102, для отвода тепла от печатной платы 224 к установочной пластине 102.
[0027] В пластине 102 могут быть предусмотрены дополнительные углубленные участки 174, 176. Например, эти участки могут использоваться для укладки проводов или теплоотводящих элементов, соединенных с электронными компонентами 130. Таким образом, аппаратное средство 100 может содержать дополнительные углубленные участки 174, 176, образующие канал для укладки проводов (например, углубленный участок 176) или канал для укладки теплоотводящих элементов (например, углубленный участок 174) в установочной пластине 102, причем канал для укладки проводов, выполненный с возможностью получения проводов, присоединенных к электронному компоненту 130, а канал для укладки теплоотводящих элементов, выполненный с возможностью получения одного или более теплоотводящих элементов 178, присоединенных к компонентам 180, размещенным на печатной плате 224.
[0028] Электронные компоненты 130, установленные на пластине, могут содержать любое количество компонентов любого типа, например транзисторы, интегральные схемы и одну или более катушек. Таким образом, аппаратное средство 100 может содержать один или более электронных компонентов 130, содержащих катушки, размещенные в одном или более вторых углубленных участков 118 соответственно. Эти катушки могут иметь тороидальную форму и являться частью тороидальной конструкции.
[0029] Аппаратное средство 100 может содержать прокладку 134, такую как полимер, содержащий эластомер (например, резина), или некоторые другие материалы. Таким образом, аппаратное средство 100 может содержать прокладку 134, размещенную в горизонтальном зазоре между тороидальной конструкцией катушки (такой как электронный компонент 130) и стойкой 110.
[0030] В некоторых вариантах реализации изобретения прокладка 134 содержит силикон. Следовательно, прокладка 134 может содержать смесь силикона и отверждающего агента, такую как смесь RTV на основе силиконового каучука, поставляемая компанией Momentive Performance Materials, Inc., расположенной в г. Уотерфорд, штат Нью-Йорк, США.
[0031] В некоторых вариантах реализации изобретения первый углубленный участок 108 имеет форму раздвоенной структуры (например, см., в частности, фиг. 1), обеспечивающей опору для боковых сторон печатной платы 224 и доступ к обоим торцам печатной платы 224, прикрепленной к пластине 102. Таким образом, аппаратное средство 100 может содержать первый углубленный участок 108, разделенный на два канала 184, проходящие в горизонтальном направлении от второго углубленного участка 118.
[0032] Примеры применения различных вариантов реализации новых аппаратных средств и систем содержат электронную схему, используемую в быстродействующих компьютерах, системах обмена данными и обработки сигналов, модемах, модулях процессоров, встроенных процессорах, коммутаторах данных и модулях, ориентированных на конкретные приложения. Такие аппаратные средства и системы могут дополнительно использоваться в качестве компонентов различных электронных систем, среди прочего, таких как телевизионные системы, мобильные телефоны, персональные компьютеры, рабочие станции, радиосистемы, видеопроигрыватели, транспортные средства и средства передачи телеметрических сигналов для скважинных инструментов. Некоторые варианты реализации изобретения предусматривают применение различных способов.
[0033] Например, фиг. 3 иллюстрирует структурную схему способов 311 изготовления устройства в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Способы 311 могут включать реализованные на основе процессора способы (например, возможно, реализованные при помощи робототехники), предназначенные для осуществления одного или более процессоров, выполняющих указанные способы. Способы 311 может применяться для реализации различных конструкций аппаратного средства 100 и узла 200, указанных на фиг. 1-2. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения способ 311 включает операции размещения на этапе 321 одного или более электронных компонентов в одном или более углубленных участков установочной пластины, добавления на этапе 325 прокладки между каждым компонентом и пластиной и прикрепления на этапе 329 крышек к стойкам на установочной пластине для крепления каждого компонента к пластине.
[0034] Таким образом, в некоторых вариантах реализации изобретения способ 311 может включать размещение на этапе 321 электронного компонента во втором углубленном участке, по существу, плоской установочной пластины, содержащей первый углубленный участок и второй углубленный участок, причем второй углубленный участок прикреплен к первому концу стойки, проходящей через отверстие в электронном компоненте, а второй конец стойки имеет форму, предусматривающую получение элемента крепления. Как указано ранее, электронный компонент может содержать катушку. Однако могут использоваться компоненты различных других типов.
[0035] Выполнение способа 311 может продолжаться на этапе 325, предусматривающем добавление прокладки для по меньшей мере частичного заполнения пространства, ограниченного электронным компонентом и стойкой. Как указано ранее, прокладка может содержать смесь силикона и отверждающего агента. Таким образом, операции на этапе 325 могут включать добавление смеси силикона и отверждающего агента.
[0036] В некоторых вариантах реализации изобретения выполнение способа 311 может завершаться на этапе 329 прикреплением крышки к стойке для крепления электронного компонента к установочной пластине.
[0037] В некоторых вариантах реализации изобретения способ 311 может включать крепление печатной платы к установочной пластине. Таким образом, способ 311 может включать прикрепление на этапе 337 печатной платы к установочной пластине, причем печатная плата размещена в первом углубленном участке.
[0038] Следует отметить, что описанные в настоящем документе способы необязательно должны выполняться в описанной последовательности или в какой-либо определенной последовательности. Кроме того, различные операции, описанные при рассмотрении указанных в настоящем документе способов, могут выполняться в итеративном режиме, последовательно или параллельно. Различные элементы каждого способа (например, способов, проиллюстрированных на фиг. 3) могут быть взаимно заменены в пределах способа или между различными способами. Информация, в том числе параметры, команды, операнды и прочие данные, может передаваться или приниматься в качестве одного или более несущих сигналов.
[0039] После ознакомления с содержимым настоящего описания для специалистов в данной области техники будет очевидным, каким образом с машиночитаемого носителя в компьютерной системе может быть запущена программа для выполнения функций, определенных в указанной программе. Кроме того, для специалистов в данной области техники будет очевидным, что написание одной или более программ, предназначенных для реализации и выполнения способов, описанных в настоящем документе, может быть выполнено с использованием различных языков программирования. Например, программы могут быть написаны в объектно-ориентированном формате с использованием объектно-ориентированных языков программирования, таких как Java или C#. В другом примере программы могут быть представлены в процедурно-ориентированном формате с использованием процедурного языка программирования, такого как язык ассемблера или Си. Компоненты программного обеспечения могут обмениваться данными с использованием механизмов, известных специалистам в данной области техники, таких как программные интерфейсы приложений или методы межпроцессного взаимодействия, в том числе удаленный вызов процедур. Принципы осуществления различных вариантов изобретения не ограничиваются каким-либо конкретным языком или средой программирования. Таким образом, могут быть реализованы различные варианты осуществления изобретения.
[0040] Например, фиг. 4 иллюстрирует чертеж кабельной системы 464 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Фиг. 5 иллюстрирует чертеж буровой установки 564 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Следовательно, системы 464, 564 могут содержать элементы корпуса 470 кабельного каротажного прибора, предназначенные для выполнения кабельного каротажа, или элементы скважинного инструмента 524, предназначенные для бурения в скважине. Системы 464 и 564 могут содержать один или более элементов аппаратного средства 100, проиллюстрированного на фиг. 1-2.
[0041] Таким образом, фиг. 4 иллюстрирует скважину в процессе выполнения операций кабельного каротажа. В этом случае буровая платформа 486 оборудована буровой вышкой 488, служащей опорой для подъемного устройства 490.
[0042] Бурение нефтяных и газовых скважин обычно осуществляется с использованием колонны бурильных труб, соединенных между собой для формирования бурильной колонны, которая опускается через стол 410 ротора в ствол скважины или скважину 412. В данном случае предполагается, что бурильная колонна временно извлечена из скважины 412, чтобы обеспечить спуск в скважину 412 на канате или каротажном кабеле 474 корпуса 470 кабельного каротажного прибора, такого как датчик или зонд. Обычно, корпус 470 кабельного каротажного прибора спускается в скважину до нижнего сегмента исследуемого участка и затем поднимается вверх, по существу, с постоянной скоростью.
[0043] Во время подъема различные приборы, содержащиеся в корпусе 470 прибора, могут использоваться на различных отметках глубины для выполнения измерений и передачи данных (например, передачи данных узлом генератора импульсов давления в буровом растворе, содержащим аппаратное средство 100, проиллюстрированное на фиг. 1-2), касающихся состава подземных геологических пластов 414, окружающих скважину 412 (и корпус 470 прибора). Скважина 412 может представлять собой одну или более соседних скважин или заданную скважину.
[0044] Данные измерений могут передаваться на систему 492 для геофизических исследований, расположенную на поверхности, для обработки, анализа и/или хранения. Система 492 для геофизических исследований может быть укомплектована электронным оборудованием, предназначенным для осуществления различных способов обработки сигналов. Аналогичные данные оценки пластов могут получаться, передаваться и анализироваться в процессе бурения (например, в процессе выполнения операций каротажа во время бурения и, если обобщать, отбора проб во время бурения).
[0045] В некоторых вариантах реализации изобретения корпус 470 прибора подвешен в скважине на каротажном кабеле 474, который соединяет прибор с расположенным на поверхности блоком управления (например, содержащим рабочую станцию 454). Прибор может быть размещен в скважине 412 на гибкой трубе, составной бурильной трубе, бурильной трубе с встроенным кабелем или с использованием любого другого приемлемого способа размещения.
[0046] Как указано на фиг. 5, система 564 может также представлять собой часть буровой установки 502, расположенной на поверхности 504 скважины 506. Буровая установка 502 может обеспечивать опору для бурильной колонны 508. Бурильная колонна 508 может проходить через стол 410 ротора для бурения скважины 412 в подземных пластах 414. Бурильная колонна 508 может содержать ведущую трубу 516, бурильную трубу 518 и компоновку 520 низа бурильной колонны, возможно, размещенную в нижнем сегменте бурильной трубы 518.
[0047] Компоновка 520 низа бурильной колонны может содержать утяжеленные бурильные трубы 522, скважинный инструмент 524 и буровое долото 526. Буровое долото 526 может служить для пробуривания скважины 412 посредством прохождения через поверхность 504 и подземные пласты 414. Скважинный инструмент 524 может содержать любое число приборов различных типов, в том числе приборов для измерения во время бурения, каротажа во время бурения и других приборов.
[0048] Во время бурения бурильная колонна 508 (возможно, содержащая ведущую трубу 516, бурильную трубу 518 и компоновку 520 низа бурильной колонны) может приводиться во вращение столом 410 ротора. Хотя это не показано, дополнительно к указанному вращению или вместо него компоновка 520 низа бурильной колонны может также приводиться во вращение двигателем (например, забойным двигателем), расположенным в скважине. Утяжеленные бурильные трубы 522 могут использоваться для увеличения нагрузки на буровое долото 526. Утяжеленные бурильные трубы 522 могут также служить для повышения жесткости компоновки 520 низа бурильной колонны, обеспечивая передачу компоновкой 520 низа бурильной колонны дополнительной нагрузки на буровое долото 526 и, в свою очередь, способствуя прохождению бурового долота 526 через поверхность 504 и подземные пласты 414.
[0049] Во время бурения буровой насос 532 может перекачивать промывочную жидкость (специалисты в данной области техники иногда называют ее «буровым раствором») при помощи шланга 536 из резервуара 534 для бурового раствора в бурильную трубу 518 и вниз к буровому долоту 526. Промывочная жидкость может вытекать из бурового долота 526 и возвращаться на поверхность 504 через кольцевое пространство между бурильной трубой 518 и стенкой скважины 412. Промывочная жидкость затем может возвращаться в резервуар 534 для бурового раствора, в котором проводится фильтрация промывочной жидкости. В некоторых вариантах реализации изобретения промывочная жидкость может использоваться для охлаждения бурового долота 526, а также для смазки бурового долота 526 во время бурения. Кроме того, промывочная жидкость может использоваться для удаления частиц выбуренной породы, образованных во время работы бурового долота 526.
[0050] Таким образом, как проиллюстрировано на фиг. 1-2 и 4-5, в некоторых вариантах реализации изобретения системы 464, 564 могут содержать утяжеленную бурильную трубу 522, скважинный инструмент 524 и/или корпус 470 кабельного каротажного прибора, которые используются для размещения одного или более аппаратных средств 100, подобных или идентичных аппаратному средству 100, описанному выше и проиллюстрированному на фиг. 1-2.
[0051] Инструмент 524 может содержать скважинный инструмент, такой как инструмент для каротажа во время бурения (КВБ) или инструмент для измерения во время бурения (ИВБ). Корпус 470 кабельного прибора может содержать кабельный каротажный прибор, содержащий датчик или зонд, например, присоединенный к каротажному кабелю 474. Таким образом, может быть реализовано значительное число различных вариантов осуществления изобретения.
[0052] Например, система 464, 564 может содержать корпус скважинного инструмента, прикрепленный к аппаратному средству 100, содержащему установочную пластину. То есть система 464, 565 может содержать корпус скважинного инструмента (например, в форме кабельного прибора (например, зонда 470) или прибора, установленного на бурильной колонне, возможно, с использованием корпуса утяжеленной бурильной трубы 522, скважинного инструмента 524 или компоновки 520 низа бурильной колонны) и одно или более аппаратных средств 100, прикрепленных к корпусу, причем аппаратное средство 100 содержит одну или более конструкций, описанных выше.
[0053] Печатная плата, прикрепленная к установочной пластине в аппаратном средстве 100, может содержать несколько схем, в том числе одну или более частей узла генератора телеметрических импульсов давления в буровом растворе и, предпочтительно, другие сравнительно мощные схемы генераторов, которые будут очевидными для специалистов в данной области техники после ознакомления с настоящим документом.
[0054] В настоящем документе аппаратное средство 100, печатная плата 224, системы 464, 564, стол 410 ротора, скважина 412, компьютерные рабочие станции 454, корпус 470 кабельного каротажного прибора, буровая платформа 486, буровая вышка 488, подъемное аппаратное средство 490, система 492 для геофизических исследований, дисплей 496, бурильная колонна 508, ведущая труба 516, бурильная труба 518, компоновка 520 низа бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы 522, скважинный инструмент 524, буровое долото 526, буровой насос 532, резервуар 534 для бурового раствора и шланг 536 могут быть определены как «модули».
[0055] Такие модули могут содержать схемы аппаратного обеспечения и/или схемы процессора и/или памяти, модули и объекты программного обеспечения и/или встроенного программного обеспечения и комбинации указанных схем в соответствии с требованиями разработчика аппаратного средства 100 и систем 464, 564, а также согласно соответствующим конкретным реализациям различных вариантов осуществления изобретения. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения такие модули могут содержаться в пакете средств моделирования функций аппаратного средства и/или системы, например, пакете программных средств моделирования электрических сигналов, пакете средств моделирования потребления и распределения электроэнергии, пакете средств моделирования рассеяния энергии/тепла, пакете средств моделирования вибрации и/или комбинации программного и аппаратного обеспечения, используемого для моделирования функций различных возможных вариантов реализации изобретения.
[0056] Следует также учитывать, что аппаратные средства и системы в соответствии с различными вариантами реализации изобретения могут использоваться в областях, не связанных с проведением геофизических исследований и, таким образом, различные варианты реализации изобретения не ограничиваются указанными примерами. Проиллюстрированные варианты устройства 100 и систем 464, 564 представлены для обеспечения общего понимания конструкции различных вариантов реализации изобретения и не содержат исчерпывающего описания всех элементов и признаков аппаратных средств и систем, в которых могут использоваться конструкции, описанные в настоящем документе.
[0057] Таким образом, могут быть реализованы различные варианты осуществления изобретения. Например, аппаратное средство может содержать, по существу, плоскую установочную пластину, содержащую первый углубленный участок, выполненный с возможностью получения печатной платы, и второй углубленный участок, выполненный с возможностью получения электронного компонента, причем нижний уровень второго углубленного участка ограничивает первый конец стойки, проходящей в вертикальном направлении от установочной пластины и заканчивающейся вторым концом, причем второй конец стойки имеет форму, предусматривающую установку элемента крепления.
[0058] Указанное аппаратное средство может содержать любое число блоков печатных плат, таких как узлы генераторов телеметрических сигналов, включающие часть узла генератора телеметрических импульсов давления в буровом растворе. На одну или более поверхностей пластины может быть нанесен слой теплопроводящего материала, например слой графита, который может содержать графен.
[0059] Первый углубленный участок содержит по меньшей мере одну, по существу, прямую стенку, образующую ступенчатый переход от верхнего уровня пластины к нижнему уровню первого углубленного участка, причем нижний уровень соответствует меньшей высотной отметке, чем верхний уровень. Первый углубленный участок может быть разделен на два канала, проходящие в горизонтальном направлении от второго углубленного участка.
[0060] Второй углубленный участок может содержать, по существу, кольцевую стенку, образующую криволинейный переход от верхнего уровня пластины к нижнему уровню второго углубленного участка, причем нижний уровень второго углубленного участка соответствует меньшей высотной отметке, чем верхний уровень. Одна или более стоек могут быть прикреплены к поверхности нижнего уровня второго углубленного участка как его составные части (например, полученные посредством литья или механической обработки) или могут представлять собой отдельные детали, например стойки, имеющие на конце отверстие с внутренней резьбой, которые фиксируются на поверхности нижнего уровня второго углубленного участка резьбовой шпилькой, прикрепленной к поверхности нижнего уровня второго углубленного участка.
[0061] Указанное аппаратное средство может дополнительно содержать печатную плату, размещенную в первом углубленном участке. Печатная плата может содержать один или более теплопроводящих элементов конструкции, соприкасающихся с поверхностью установочной пластины, для отвода тепла от печатной платы к установочной пластине.
[0062] Аппаратное средство может дополнительно содержать третий углубленный участок, образующий канал для укладки проводов или канал для укладки теплоотводящих элементов на установочной пластине. Канал для укладки проводов может быть выполнен с возможностью получения проводов, присоединенных к электронному компоненту. Канал для укладки теплоотводящих элементов может быть выполнен с возможностью получения одного или более теплоотводящих элементов, присоединенных к компонентам, размещенным на печатной плате.
[0063] Электронный компонент, размещенный во втором углубленном участке, может содержать любое количество элементов, таких как транзистор, конденсатор или катушку. Аппаратное средство может дополнительно содержать прокладку (которая может содержать резину, например силиконовую резину), размещенную в горизонтальном зазоре между электронным компонентом, таким как катушка, которая может содержать тороидальную конструкцию, и стойкой. Аппаратное средство может дополнительно содержать крышку и элемент крепления, предназначенный для крепления крышки к пластине при помощи второго конца стойки. Электронный компонент может быть частично или полностью размещен между крышкой и пластиной. Элемент крепления может содержать резьбовой элемент крепления, такой как винт или резьбовая шпилька.
[0064] Система может содержать корпус скважинного инструмента, прикрепленный к одной или более конструкций аппаратного средства, описанного ранее. Корпус скважинного инструмента, среди прочего, может содержать прибор, установленный на бурильной колонне, или кабельный прибор.
[0065] Способ может включать размещение электронного компонента во втором углубленном участке, по существу, плоской установочной пластины, содержащей первый углубленный участок и второй углубленный участок, причем второй углубленный участок прикреплен к первому концу стойки, проходящей через отверстие в электронном компоненте, а второй конец стойки имеет форму, предусматривающую получение элемента крепления. Электронный компонент может содержать катушку, транзистор или другое устройство.
[0066] Указанный способ может дополнительно включать добавление прокладки для по меньшей мере частичного заполнения пространства, ограниченного электронным компонентом и стойкой, и прикрепление крышки к стойке для крепления электронного компонента к установочной пластине. Добавление прокладки может включать добавление смеси силикона и отверждающего агента для по меньшей мере частичного заполнения пространства, ограниченного электронным компонентом и стойкой.
[0067] Способ может дополнительно включать крепление печатной платы к установочной пластине, причем печатная плата размещается в первом углубленном участке. Указанная плата может быть прикреплена к пластине, среди прочего, при помощи винтов, заклепок, клея и/или припоя.
[0068] Таким образом, аппаратное средство, системы и способы, описанные в настоящем документе, предусматривают механизм, который может использоваться для повышения надежности компонентов схем, подверженных воздействию условий повышенной интенсивности вибрации и повышенной температуры, которые часто имеют место в скважине. В результате выполнения работ в условиях сниженной частоты отказов оборудования, обычно обусловленных неблагоприятными условиями среды, эффективность предоставления услуг компанией, осуществляющей скважинные операции или геологоразведочные работы, значительно повышается.
[0069] Приложенные графические материалы, являющиеся частью данного документа, указывают на конкретные варианты реализации предмета изобретения на основе иллюстраций, не имеющих ограничительного характера. Проиллюстрированные варианты реализации изобретения описаны достаточно подробно для обеспечения возможности практического использования специалистами в данной области техники принципов, описанных в настоящем документе. Возможно использование других вариантов реализации изобретения и производных от них, предусматривающих замену или изменение структурных или логических элементов без выхода за пределы объема изобретения. Соответственно, настоящее подробное описание изобретения не имеет ограничительного характера и объем различных вариантов реализации изобретения определяется только приложенной формулой изобретения, а также полным набором эквивалентов, предусмотренных пунктами формулы изобретения.
[0070] Такие варианты реализации предмета изобретения могут быть определены в настоящем документы отдельно и/или совместно термином «изобретение» только для удобства и без намерения произвольного ограничения объема любого отдельного варианта реализации или принципа изобретения, если фактически был раскрыт более чем один принцип изобретения. Таким образом, хотя в настоящем документе были проиллюстрированы и описаны конкретные варианты реализации изобретения, очевидно, что любая конструкция, предназначенная для достижения подобной цели, может быть использована вместо указанных конкретных вариантов. Настоящий документ охватывает все модификации и изменения, внесенные в различные варианты реализации изобретения. После ознакомления с указанным выше описанием для специалистов в данной области техники будет очевидно, что могут быть использованы комбинации рассмотренных выше вариантов, а также другие варианты реализации изобретения, конкретно не описанные в настоящем документе.
[0071] Реферат изобретения представлен в соответствии с 1. 72(b) раздела 37 Свода федеральных нормативных актов США, требующих указания реферата, предоставляющего читателю возможность быстрого ознакомления с техническими принципами изобретения. Реферат представлен с учетом того, что его содержание не будет использоваться для интерпретации или ограничения объема или сущности изобретения, определенных формулой изобретения. Кроме того, из представленного выше подробного описания изобретения очевидно, что для целей упрощения описания в одном варианте реализации изобретения комбинируются различные признаки. Такой способ раскрытия изобретения не подразумевает, что указанные в формуле изобретения варианты реализации требуют большего количества признаков, чем явным образом указано в каждом пункте формулы изобретения. Напротив, как указано в представленной далее формуле изобретения, предмет изобретения характеризуется меньшим числом признаков, чем содержится в отдельном описанном варианте реализации. Таким образом, приложенная формула изобретения включена в настоящее подробное описание изобретения, причем каждый пункт формулы изобретения является независимым и представляет отдельный вариант реализации изобретения.
1. Аппаратное средство для проведения геофизических исследований и каротажа нефтегазодобывающих скважин, содержащее:
по существу, плоскую установочную пластину, содержащую первый углубленный участок, выполненный с возможностью получения печатной платы, и второй углубленный участок, выполненный с возможностью получения электронного компонента, причем нижний уровень указанного второго углубленного участка ограничивает первый конец стойки, проходящей в вертикальном направлении от указанной установочной пластины и заканчивающейся вторым концом, а указанный второй конец стойки имеет форму, предусматривающую получение элемента крепления.
2. Аппаратное средство по п. 1, отличающееся тем, что указанный первый углубленный участок содержит по меньшей мере одну, по существу, прямую стенку, образующую ступенчатый переход от верхнего уровня указанной пластины до нижнего уровня указанного первого углубленного участка, причем указанный нижний уровень соответствует меньшей высотной отметке, чем указанный верхний уровень.
3. Аппаратное средство по п. 1, отличающееся тем, что указанный второй углубленный участок содержит, по существу, кольцевую стенку, образующую криволинейный переход от верхнего уровня указанной пластины до нижнего уровня второго углубленного участка, причем указанный нижний уровень второго углубленного участка соответствует меньшей высотной отметке, чем указанный верхний уровень.
4. Аппаратное средство по п. 1, дополнительно содержащее:
слой графита, нанесенный по меньшей мере на одну поверхность указанной пластины.
5. Аппаратное средство по п. 4, отличающееся тем, что указанный графит содержит графен.
6. Аппаратное средство по п. 1, дополнительно содержащее:
крышку; и
элемент крепления, выполненный с возможностью крепления указанной крышки к указанной пластине при помощи указанного второго конца стойки.
7. Аппаратное средство по п. 6, отличающееся тем, что указанный элемент крепления содержит резьбовой элемент крепления.
8. Аппаратное средство по п. 1, дополнительно содержащее:
печатную плату, размещенную в указанном первом углубленном участке.
9. Аппаратное средство по п. 8, отличающееся тем, что указанная печатная плата содержит по меньшей мере один теплопроводящий элемент конструкции, соприкасающийся с поверхностью указанной установочной пластины, выполненный с возможностью отвода тепла от печатной платы к установочной пластине.
10. Аппаратное средство по п. 8, дополнительно содержащее:
третий углубленный участок, образующий канал для укладки проводов или канал для укладки теплоотводящих элементов в установочной пластине, причем указанный канал для укладки проводов выполнен с возможностью получения проводов, присоединенных к указанному электронному компоненту, а указанный канал для укладки теплоотводящих элементов выполнен с возможностью получения одного или более теплоотводящих элементов, прикрепленных к компонентам, размещенным на указанной печатной плате.
11. Аппаратное средство по п. 1, отличающееся тем, что указанный электронный компонент содержит:
катушку, размещенную в указанном втором углубленном участке.
12. Аппаратное средство по п. 11, отличающееся тем, что указанная катушка является частью тороидальной конструкции.
13. Аппаратное средство по п. 12, дополнительно содержащее:
прокладку, размещенную в горизонтальном зазоре между указанной тороидальной конструкцией и указанной стойкой.
14. Аппаратное средство по п. 13, отличающееся тем, что указанная прокладка содержат силикон.
15. Аппаратное средство по п. 1, отличающееся тем, что указанный первый углубленный участок разделен на два канала, проходящие в горизонтальном направлении от указанного второго углубленного участка.
16. Система для проведения геофизических исследований и каротажа нефтегазодобывающих скважин, содержащая:
корпус скважинного инструмента; и
аппаратное средство, прикрепленное к указанному корпусу и содержащее, по существу, плоскую установочную пластину, содержащую первый углубленный участок, выполненный с возможностью получения печатной платы, и второй углубленный участок, выполненный с возможностью получения электронного компонента, причем нижний уровень указанного второго углубленного участка ограничивает первый конец стойки, а второй конец указанной стойки имеет форму, предусматривающую получение элемента крепления.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что указанный корпус скважинного инструмента содержит прибор, установленный на бурильной колонне, или кабельный прибор.
18. Система по п. 16, отличающаяся тем, что указанное аппаратное средство содержит часть узла генератора телеметрических импульсов давления в буровом растворе.
19. Способ конструирования устройства для проведения геофизических исследований и каротажа нефтегазодобывающих скважин, включающий этапы, на которых:
размещают электронный компонент во втором углубленном участке, по существу, плоской установочной пластины, содержащей первый углубленный участок и указанный второй углубленный участок, причем второй углубленный участок прикреплен к первому концу стойки, проходящей через отверстие в указанном электронном компоненте, а второй конец указанной стойки имеет форму, предусматривающую получение элемента крепления;
добавляют прокладку для по меньшей мере частичного заполнения пространства, ограниченного указанным электронным компонентом и указанной стойкой; и
прикрепляют крышку к указанной стойке для крепления электронного компонента к указанной установочной пластине.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что добавление указанной прокладки включает добавление смеси силикона и отверждающего агента.
21. Способ по п. 19, дополнительно включающий этап, на котором:
прикрепляют печатную плату к указанной установочной пластине, причем указанная печатная плата размещена в указанном первом углубленном участке.
22. Способ по п. 19, отличающийся тем, что указанный электронный компонент содержит катушку.
