通用的井下探头系统.pdf

一种井下探头，该井下探头适于通过使用一组可互换的扶正器而支承在具有不同内径的钻柱区段中。每个扶正器均定尺寸为紧密地接纳井下探头并且承靠在钻柱区段的孔壁上。还可以在组中设置可互换的轴向支承件、比如多脚件。井下探头可以包括光滑的本体。随着钻探的进行，井下探头可以适于被接纳在变化直径的钻柱区段中。

1.  一种用于钻探井眼的方法，所述方法包括：
将第一扶正器和井下探头插入至包括具有第一直径的孔的第一钻柱区段中，所述第一扶正器在所述第一钻柱区段的所述孔的壁与所述井下探头之间延伸并由此将所述井下探头机械地联接至所述第一钻柱区段并且对在所述第一钻柱区段中居中的所述井下探头进行支承；
将所述钻柱区段联接至包括构造成以第一直径进行钻探的第一钻头的钻柱并且通过所述第一钻头使井眼延伸；
从所述井眼移除所述钻柱区段并且从所述钻柱区段移除所述井下探头；
将第二扶正器和所述井下探头插入至包括具有与所述第一直径不同的第二直径的孔的第二钻柱区段中，所述第二扶正器在所述第二钻柱区段的所述孔的壁与所述井下探头之间延伸并由此将所述井下探头机械地联接至所述第二钻柱区段并且对在所述第二钻柱区段中居中的所述井下探头进行支承；以及
将所述第二钻柱区段联接至包括构造成以第二直径进行钻探的第二钻头的钻柱并且通过所述第二钻头使所述井眼进一步延伸。

2.  根据权利要求1所述的方法，包括在将所述井下探头插入至所述第一扶正器之前将所述第一扶正器插入至所述第一钻柱区段中。

3.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一扶正器和所述第二扶正器各自构造成在所述扶正器与所述井下探头之间提供纵向通道，并且所述方法包括使钻探流体流动通过所述通道。

4.  根据权利要求1所述的方法，其中：
将所述井下探头插入至所述第一钻柱区段中包括将联接至所述井下探头的第一轴向支承件与所述第一钻柱区段中的第一停靠部接合；
所述方法包括：在将所述井下探头插入至所述第二钻柱区段中之 前，将所述第一轴向支承件改换为第二轴向支承件，所述第二轴向支承件定尺寸为接合所述第二钻柱区段中的第二停靠部；以及
将所述井下探头插入至所述第二钻柱区段中包括将所述第二轴向支承件与所述第二停靠部接合。

5.  根据权利要求4所述的方法，其中：
所述第一轴向支承件和所述第二轴向支承件分别包括第一多脚件和第二多脚件，所述第一多脚件和所述第二多脚件具有不同的外径并且各自具有定尺寸为配合至从所述井下探头轴向地突出的轴上的孔；以及
将所述第一轴向支承件改换为第二轴向支承件包括使所述第一多脚件从所述轴滑动离开并且使所述第二多脚件滑动至所述轴上。

6.  根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一多脚件和所述第二多脚件以非旋转的方式接合所述轴。

7.  一种用于在地下钻探中使用的设备，所述设备包括：
井下探头；
多个不同尺寸的管状扶正器，所述多个不同尺寸的管状扶正器各自具有中央开口和外轮廓，所述中央开口定尺寸为紧密地接纳所述井下探头，所述管状扶正器中的每个管状扶正器均与对应尺寸的钻柱区段相关联，其中，所述多个扶正器中的每个扶正器的所述外轮廓均构造成接合所述对应尺寸的钻柱区段的孔壁。

8.  根据权利要求7所述的设备，其中，所述扶正器包括定尺寸为与具有选自下述尺寸的两个或更多个外径的标准的钻柱区段的孔壁接合的扶正器：4³/₄英寸、6¹/₂英寸、8英寸、9¹/₂英寸和11英寸。

9.  根据权利要求7所述的设备，其中，所述扶正器包括多个扶正器，其中，所述多个扶正器中的每个扶正器均定尺寸为与具有不同内径的钻 柱区段的孔壁接合，所述内径与为符合API规范7-1的钻铤指定的内径相对应。

10.  根据权利要求7所述的设备，还包括多个不同尺寸的轴向支承件，所述轴向支承件中的每个轴向支承件均与所述对应尺寸的钻柱区段中的一个钻柱区段相关联并且定尺寸为接合所述对应尺寸的钻柱区段中的停靠部。

11.  根据权利要求10所述的设备，其中，所述多个轴向支承件各自包括多脚件，所述多脚件具有毂部、周缘部和将所述毂部连接至所述周缘部的多个辐状部，所述多脚件的所述毂部被钻孔以接纳从所述井下探头延伸出的轴。

12.  根据权利要求7至11中的任一项所述的设备，其中，所述管状扶正器各自由非磁性材料制成。

13.  根据权利要求7至11中的任一项所述的设备，其中，所述管状扶正器各自由热塑性材料制成。

14.  根据权利要求13所述的设备，其中，所述热塑性材料包括纤维填充的热塑性材料。

15.  根据权利要求7至14中的任一项所述的设备，其中，所述多个管状扶正器是刚性的。

16.  根据权利要求7至15中的任一项所述的设备，其中，所述多个管状扶正器中的每个管状扶正器均形成为提供用于支承所述井下探头的轴向延伸的内支承表面，并且形成为将在所述钻柱区段中的对应的一个钻柱区段中围绕所述井下探头的环形空间划分成在所述扶正器与所 述井下探头之间限定的第一多个轴向的通道。

17.  根据权利要求16所述的设备，其中，所述多个管状扶正器进一步构造成提供第二多个轴向延伸的通道，所述第二多个轴向延伸的通道是在所述扶正器的所述外轮廓与对应的钻柱区段的所述孔壁之间限定的。

18.  根据权利要求7至16中的任一项所述的设备，其中，所述多个管状扶正器中的每个管状扶正器均定尺寸为沿着所述井下探头的大致整个长度延伸。

19.  根据权利要求18所述的设备，其中，所述井下探头具有在2米至20米范围内的长度。

20.  根据权利要求7至19中的任一项所述的设备，其中，所述多个管状扶正器中的每个管状扶正器均是能够弹性变形的，以将所述井下探头接纳在所述中央开口中。

21.  根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个管状扶正器中的每个管状扶正器的所述外轮廓均呈筒形并且定尺寸为能够以可滑动的方式插入至对应的钻柱区段的孔中。

22.  根据权利要求7至21中的任一项所述的设备，对于所述多个管状扶正器中的每个管状扶正器，所述设备均包括定尺寸为接纳所述管状扶正器的对应的钻柱区段。

23.  根据权利要求22所述的设备，其中，所述钻柱区段中的每个钻柱区段均包括用于支承所述井下探头的停靠部。

通用的井下探头系统
技术领域
本申请涉及地下钻探，具体地涉及井下探头系统。井下探头例如可以用于随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)。实施方式可适用于钻井以开采烃类。
背景技术
从地下区域开采烃类依靠对井眼进行钻探。
通过使用驱动钻柱的位于地面的钻探设备来形成井眼，钻柱从地面设备最终延伸至关注的地层或地下区域。钻柱可以延伸至地面下方数千英尺或数千米。钻柱的末端包括用于钻探井眼(或使井眼延伸)的钻头。通常呈钻探“泥浆”形式的钻探流体一般是通过钻柱来泵送的。钻探流体对钻头进行冷却和润滑并且还将钻屑运送回地面。钻探流体还可以用于帮助控制井底压力以抑制烃类从地层流入井眼并且在地面处潜在地喷出。
现代的钻探系统利用井下探头。井下探头可以包括在井下操作的任何有源的机械系统、电子系统和/或机电系统。探头可以提供包括但不限于下述宽范围的功能中的任何功能：数据采集；感测；数据遥测；井下设备的控制；井下设备的状态监测；通过可以包括振动传感器、磁力计、核粒子检测器、电磁检测器、声学检测器等中的一者或多者的传感器(例如，用于在测井中使用的传感器)来收集数据；发射由其他装置检测的信号、粒子或场；对井下流体采样；等。一些井下探头是高度专业化且昂贵的。
井下条件可能非常恶劣。暴露于这些井下条件——这些井下条件可以包括高温、振动、冲击以及浸泡在各种处在高压下的钻探流体——会缩短井下探头的寿命。支承和保护井下探头是很重要的，这是因为伴随着严重的冲击和振动，井下探头可能经受高压 (20,000p.s.i.或者在一些情况下更大)。更换在钻探时出故障的井下探头会涉及很大的代价。
利用不同直径的钻头来钻探井眼的不同区段是常见的。例如，井眼的最接近地表的区段可以用较大直径的钻头来钻探。井眼的紧邻的部分可以用较小钻头来钻探。井眼的最深部分可以用更小的钻头钻探。
如例如在定向钻井应用、随钻测量(MWD)应用、和/或随钻测井(LWD)应用中使用的井下探头可以设置有对中翅片，该对中翅片用于对在钻柱的孔中居中的探头进行保持。在这种探头于具有不同直径的孔的钻柱区段中使用的情况下，翅片可能并不总是很好地支承探头，其结果是，探头可能会遭受钻柱的破坏性振动或冲击。
该问题的一个解决方案是在需要使用具有不同直径的钻柱的探头时改变扶正器。然而，探头可以包括若干扶正器。改变扶正器可能是劳动密集型的、昂贵的并且可能要求拆卸探头或探头的一部分。拆卸位于井场处的探头会导致可靠性问题。
在一些现有探头中，扶正器包括翅片，该翅片可以修整成配装到较小直径的钻柱区段中。对翅片进行修整通常用刀完成。这可能是危险的并且还可能导致扶正器到其应配装到的钻柱区段的尺寸不准确。不准确的尺寸进而可能导致探头损坏。
一些钻铤包括设计成保护井下探头的向内突出的对中特征。例如，US 5520246公开了用于对放置在钻柱内的仪表装置进行保护的设备。该设备包括多个弹性垫，所述多个弹性垫绕纵向轴线隔开并且在径向于轴线的方向上凸出。US 2005/0217898描述了具有纵向轴线以及面向该纵向轴线的内表面的钻铤。多个长形肋状件安装至该内表面并且平行于该纵向轴线延伸。
由于钻井是极其昂贵的，因此可能需要在井场处具有备用探头以及用以支承探头的备用的成组钻铤。这可能意味着不期望的大量资本支出以及同样用于将探头和相关联的成组钻铤运输至井场的大的成本。一些探头的长度是15米或更长。11英寸或更大直径的钻铤并不少见。
存在对于以更好的方式来提供用于在钻柱中使用的井下探头的 需求、尤其是在需要在不同直径的钻柱区段中使用相同的探头的情况下。
发明内容
本发明具有若干方面。一个方面提供了用于使井下探头适于在不同尺寸的钻柱区段中使用的系统。一个方面提供了钻探方法，在该钻探方法中，随着钻探的进行，井下探头被支承以在不同尺寸的钻柱区段中使用。
根据一个方面的实施方式提供了用于钻探井眼的方法。所述方法包括将第一扶正器和井下探头插入至包括具有第一直径的孔的第一钻柱区段中。在一些实施方式中，将扶正器插入至钻柱区段中，并且然后将井下探头插入至扶正器中。在其他实施方式中，将井下探头插入至扶正器中并且将井下探头和扶正器一起插入至钻柱区段中。第一扶正器在第一钻柱区段的孔的壁与井下探头之间延伸并由此将井下探头机械地联接至第一钻柱区段。第一扶正器对在第一钻柱区段中居中的井下探头进行支承。然后，可以将第一钻柱区段联接至包括构造成以第一直径进行钻探的第一钻头的钻柱中。该方法涉及通过第一钻头使井眼延伸。
该方法通过从井眼移除钻柱区段并且从钻柱区段移除井下探头而继续。然后，该方法将第二扶正器和井下探头插入至包括具有与第一直径不同的第二直径的孔的第二钻柱区段中。再次，可以将扶正器和井下探头同时或不同时插入至第二钻柱区段中。第二扶正器在第二钻柱区段的孔的壁与井下探头之间延伸并由此将井下探头机械地联接至第二钻柱区段。第二扶正器对在第二钻柱区段中居中的井下探头进行支承。然后，可以将第二钻柱区段联接至包括构造成以第二直径进行钻探的第二钻头的钻柱中。该方法通过第二钻头使井眼进一步延伸。该方法还可以包括使用其他直径的钻柱区段使井眼延伸，每次使用对应的扶正器使井下探头适应于钻柱区段。
在一些实施方式中，第一扶正器和第二扶正器各自构造成在扶正器与井下探头之间提供纵向通道，并且该方法包括使钻探流体流动通过通道。
在一些实施方式中，井下探头由除扶正器之外的可互换的轴向支承件来支承。轴向支承件例如可以包括多脚件。方法可以涉及将定尺寸为与第一钻柱区段中的停靠部接合的轴向支承件改换为定尺寸为与第二钻柱区段中的停靠部接合的轴向支承件。
另一示例性方面提供了用于在地下钻探中使用的设备。该设备包括多个不同尺寸的管状扶正器，所述多个不同尺寸的管状扶正器各自具有中央开口和外轮廓，中央开口定尺寸为紧密地接纳井下探头。管状扶正器中的每个管状扶正器均与对应尺寸的钻柱区段相关联。多个扶正器中的每个扶正器的外轮廓构造成接合对应尺寸的钻柱区段的孔壁。井下探头可以任选地包括为设备的一部分。该设备在钻探现场处可以以套件或组的形式设置并且适用于使井下探头适应各种直径的钻柱区段。有利地，在一些实施方式中，这可以在不拆卸井下探头的情况下完成。扶正器例如可以包括定尺寸为与标准的钻柱区段的孔壁接合的扶正器。钻柱区段可以具有例如由API规范7-1指定的尺寸(API规范7-1旋转钻柱元件的规范，第一版——与ISO 10424-1:2004相同，包括增补1(2007年)，增补2(2009年)，增补3(2011)，美国石油学会2006年，该文献在此通过参引并入本文用于所有目的)。例如，钻柱区段可以具有选自下述尺寸的两个或更多个外径：4³/₄英寸、6¹/₂英寸、8英寸、9¹/₂英寸和11英寸。在一些实施方式中，钻柱区段包括具有更大直径、比如13英寸或16英寸的钻柱区段。
该设备还可以包括多个不同尺寸的轴向支承件，轴向支承件中的每个轴向支承件均与对应尺寸的钻柱区段中的一个钻柱区段相关联并且轴向支承件中的每个轴向支承件均定尺寸为接合对应尺寸的钻柱区段中的停靠部。在一些实施方式中，多个轴向支承件各自包括多脚件，多脚件具有毂部、周缘部和将毂部连接至周缘部的多个辐状部。多脚件的毂部可以被钻孔以接纳从井下探头延伸出的轴。在一些实施方式中，多脚件和井下探头构造成(例如，通过键、花键、槽或构型的其他特征)使得多脚件相对于井下探头不能自由转动。
本发明的其他方面以及示例性实施方式的特征在附图中示出并且/或者在以下说明中描述。
附图说明
附图图示了本发明的非限制性的示例性实施方式。
图1为钻探操作的示意图。
图2示出了由扶正器支承在钻柱的区段中的井下探头。
图3A、图3B和图3C分别示出了三种不同尺寸的钻柱区段中的井下探头。
图4A、图4B和图4C分别示出了在穿过井下探头和支承井下探头的扶正器的平面中通过不同外径的钻柱区段的截面。
图5图示了用于将多脚件或其他支承件以可移除的方式联接至井下探头的结构。
图5A至图5C分别示出了可以设置在用于使井下探头适用于不同尺寸的钻柱区段中的组中的不同尺寸的多脚件。
图6示出了可以设置在使井下探头适合于支承在钻柱区段的孔中的组中的替代类型的示例性扶正器。
图7为钻柱区段内的环的示意图。
具体实施方式
贯穿以下描述提出了具体细节，以向本领域技术人员提供更透彻地理解。然而，未详细地示出或描述公知的元件，以避免不必要地使本公开内容不清楚。对技术的示例的以下描述并非意在排他性的或将系统限制为任何示例性实施方式的精确形式。因此，这种描述和附图在某种意义上应视为示例性的而非限制性的。
图1示意性地示出了示例性钻探操作。钻机10驱动钻柱12，该钻柱12包括延伸至钻头14的钻杆的区段。图示的钻机10包括用于支承钻柱的井架10A、钻台10B和绞车10C。钻头14在直径上大于钻头上方的钻柱。环绕钻柱的环形区域15通常填充有钻探流体。钻探流体经由钻柱中的孔被泵送至钻头并且经由从钻探操作运送钻屑的环形区域15返回至地面。随着井被钻探，套管16可以形成在井眼中。在套管 的顶端处支承有防喷器17。图1中图示的钻头仅作为示例。本文所述的方法和装置不特定于任何特别类型的钻头。
如图2中所示，井下探头22可以由扶正器28支承在钻柱的区段26中。还可以设置一个或更多个轴向支承件40。扶正器28防止井下探头22在区段26的孔27中径向地移动，并且轴向支承件40防止井下探头22在孔27中轴向地移动。扶正器28和轴向支承件40中的一者或更多者可以任选地进一步构造成防止或限制井下探头22在孔27中旋转。
扶正器28构造成提供一个或更多个通路，流体可以经由一个或更多个通路流过孔27中的井下探头22。
扶正器28可以由适于暴露于井下条件的从金属至塑料的各种材料制成。扶正器28可以方便地包括相对轻质材料比如适当的塑料。扶正器28例如可以包括塑料挤压件。例如，扶正器28可以由适当的热塑性塑料比如适当等级的PEEK(聚醚醚酮)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)塑料制成。在扶正器28由塑料制成的情况下，塑料可以是纤维填充的(例如用玻璃纤维)，以增强抗腐蚀性、结构稳定性和强度。
扶正器28可以任选地包括其他材料，例如，适当的弹性聚合物、橡胶、铝或其他金属。
扶正器28的材料应当能够经受井下条件而不劣化。理想的材料可以经受高达至少150℃(优选地175℃或200℃或更高)的温度，理想的材料在化学上对于其将暴露至的钻探流体是有抗性的或呈惰性的，理想的材料不任何显著程度地吸收流体并且抵抗钻探流体的侵蚀。在扶正器28接触井下探头22和/或孔27的金属的情况下(例如，在井下探头22和孔27中的一者或两者未被涂覆的情况下)，扶正器28的材料优选地不硬于扶正器28接触的井下探头22和/或区段26的金属。扶正器28应当是刚性的以抵抗变形，使得电子器件封装22被同心地保持在孔27内。扶正器28的材料特性可以是一致的。
扶正器28的材料也可以被选择，以便与同电子器件封装22相关联的传感器兼容。例如，在电子器件封装22包括磁力计的情况下，期望的是，扶正器28由非磁性材料比如适当的热塑性塑料制成。
在扶正器28由相对不易弯曲的材料制成的情况中，可以在电子器 件封装22与扶正器28之间和/或在扶正器28与孔27之间设置由振动阻尼材料比如橡胶、弹性体、热塑性塑料等制成的层。振动阻尼材料可以有助于防止“发出砰的声音”(由冲击导致的电子器件封装22的高频振动)。
扶正器28是可以通过挤压、注射成型、铸造、机械加工或任何其他适当的加工来形成的。
在一些情况下，期望的是，对井眼的不同部分钻探以具有不同的直径。在这样的应用中，可以期望的是，在对井眼的不同部分钻探的同时使用相同的井下探头(或具有相同尺寸的井下探头)。本发明的一些实施方式提供了在这样的应用中有用的成组的扶正器。例如，可以提供一组包括多个不同尺寸的扶正器28。该组中的每个扶正器28均可以定尺寸为保持相同的井下探头22。可以提供不同的扶正器以用于在具有不同内径的孔的钻柱区段中使用。扶正器可以设置成已经插入至钻柱区段中或尚未插入至钻柱区段中。在一些实施方式中，该组包括适于接纳井下探头的不同外径的钻柱区段。例如，该组中的钻柱区段可以包括能够为井下探头提供轴向支承的停靠部。
该组还可以包括多个轴向支承件，所述多个轴向支承件定尺寸为将井下探头22轴向地支承在钻柱区段的具有不同直径的孔中。在一些实施方式中，该组包括井下探头，并且对于多个尺寸的钻柱区段中的每个钻柱区段而言，该组包括扶正器和构造成用于附接至井下探头的一个或更多个多脚件。每组两个或更多个多脚件包括定尺寸为用于在给定尺寸的钻柱区段中使用的多个多脚件。
在设置有这种组的情况下，随着钻探的进行以及钻柱的部件的外径改变，相同的井下探头可以和与具有不同直径的孔的钻柱区段中的该组中的扶正器和轴向支承件不同的扶正器和轴向支承件一起使用。
使井下探头从被支承在一种尺寸的钻柱区段中移动至被支承在不同尺寸的钻柱区段中可以在井场处通过下述操作容易地执行：从第一钻柱区段移除电子器件封装、将多脚件或其他轴向支承装置改变为适于第二钻柱区段的尺寸、并且将电子器件封装插入至第二钻柱区段中的适当尺寸的扶正器中。
例如，组包括：可提供的不同尺寸的其他轴向支承装置或多脚件 以及不同尺寸的扶正器，其中，多脚件和扶正器定尺寸为在许多不同的标准尺寸中的任何尺寸的钻铤的孔中支承给定的探头。例如，该组可以包括一系列的扶正器，该一系列的扶正器有助于将探头支承在具有如下外径的钻铤中，该外径比如为4³/₄英寸、6¹/₂英寸、8英寸、9¹/₂英寸和11英寸中的两个或更多个。钻铤可以总体地包括两个、三个或更多个不同的孔直径的钻铤。扶正器可以以非限制性示例的方式在长度上定尺寸为支承具有在2米至20米范围内的长度的探头。
在一些实施方式中，对于多个不同尺寸的钻柱区段中的每个钻柱区段而言，该组包括多个不同区段的扶正器，所述多个不同区段的扶正器可以一起使用，以支承期望的长度的井下探头。通过非限制性示例的方式，可以为多个不同尺寸的孔中的每个孔设置两个3米长的区段的扶正器。所述扶正器可以用于支承6米的井下探头。
图3A、图3B和图3C示出了位于具有三种不同尺寸的钻柱区段26A、26B和26C中的井下探头22。在每种情况下，井下探头由扶正器支承。扶正器28A、28B和28C分别设置在钻柱区段26A、26B和26C中。
井下探头22由多脚件附加地支承。多脚件40A、40B和40C分别定尺寸为接合钻柱区段26A、26B和26C中的特征。例如，多脚件40A、40B和40C的周缘部可以各自被夹靠在对应的钻柱区段26A、26B和26C的孔中的停靠部上。多脚件40A、40B和40C的周缘部例如可以通过与表面42中的对应的螺纹接合的外螺纹环形螺母(未示出)而保持就位。
图4A、图4B和图4C分别示出了在穿过井下探头22的平面中通过钻柱区段26A、26B和26C的截面。在该示例中，扶正器28A、28B和28C中的每个扶正器均具有相似的构造。
在图示的实施方式中，扶正器28A、28B和28C中的每个扶正器(整体上或总体上为“扶正器28’”)均包括管状本体29，该管状本体29具有用于接纳井下探头22的孔30并且形成为提供用于支承井下探头22的轴向延伸的内支承表面32以及用于承靠在区段26A、26B、26C中的对应的一个区段的孔27的壁上的外支承表面33。这些扶正器28中的每个扶正器将围绕井下探头22的环形空间划分成多个轴向通道。 这些轴向通道包括限定在扶正器28与井下探头22之间的内通道34和限定在扶正器28与区段26的壁之间的外通道36。
扶正器28可以设置在一个或更多个区段中并且可以沿着井下探头22大致连续地延伸任何期望的长度。在一些实施方式中。扶正器28延伸了井下探头22的大致整个长度。在一些实施方式中，扶正器28沿着井下探头22的未支承部(例如，井下探头22的从电子器件封装22联接至区段26的点处延伸至井下探头22的端部的部分)的至少60％或70％或80％大致连续地延伸以支承井下探头22。在一些实施方式中，扶正器28接合井下探头22的未支承部中的大致全部未支承部。这里，“大致全部”指至少95％。
在图示的实施方式中，内支承表面32是由向内指向的纵向延伸的瓣状部37的端部提供的，并且外支承表面33是由向外指向的纵向延伸的瓣状部38的端部提供的(参见图3A至图3C)。瓣状部的数量可以变化。图示的实施方式具有四个瓣状部37和四个瓣状部38。然而，其他实施方式可以具有更多的或更少的瓣状部。例如，一些替代性实施方式具有三个至八个瓣状部38。
方便地但并非强制性地，使扶正器28的瓣状部相互对称。同样方便地但并非强制性地，使扶正器28的截面关于穿过瓣状部中的一个瓣状部的轴线镜像对称。方便地但并非强制性地，瓣状部37和38平行于扶正器28的纵向轴线延伸。在替代方案中，扶正器28可以形成为使得瓣状部37和38呈螺旋形式。
如在图3A至图3C中示出的扶正器28是可以通过挤压、注射成型、铸造、机械加工、或任何其他适当的加工来形成的。有利地，每个扶正器28的壁厚可以是基本恒定的。这有助于通过挤压而制造。在图3A至图3C中图示的实施方式中，没有尖锐拐角减小了应力裂纹的可能性、尤其是在扶正器28具有恒定的壁厚或仅缓慢变化的壁厚时。在示例性实施方式中，每个扶正器28的壁具有在0.1英寸至0.3英寸(2¹/₂mm至7¹/₂mm)范围内的厚度。在更具体的示例性实施方式中，扶正器28的壁由热塑性塑料(例如PET或PEEK)制成并且具有约0.2英寸(约5mm)的厚度。
每个扶正器28均优选地定尺寸为紧密地握持井下探头22。优选 地，将井下探头22插入至扶正器28A至28C中的任何扶正器中使扶正器28弹性变形，使得扶正器28牢固地握持井下探头22的外侧。井下探头22在直径上可以略微大于介于扶正器28的最内部之间的空间(至少当扶正器28被插入至对应的钻柱区段的孔中时)，以在井下探头与扶正器28之间提供过盈配合。过盈配合的尺寸是工程细节，但是例如可以是例如1/2mm左右(英寸的百分之几)。
从图4A至图4C可以看出，在截面中，每个扶正器28的管状壁29围绕井下探头22延伸。壁29定形状为提供向外凸出且向内凹入的向外突出的瓣状部38以及向内凸出且向外凹入的向内突出的瓣状部37。在图示的实施方式中，每个向外突出的瓣状部38位于两个相邻的向内突出的瓣状部37之间并且每个向内突出的瓣状部37位于两个相邻的向外突出的瓣状部38之间。扶正器28的壁是曲折的并且在厚度上可以是恒定的，以形成向内突出的瓣状部37和向外突出的瓣状部38。
在图示的实施方式中，扶正器28的壁29的多个部分承靠在井下探头22的外侧并且扶正器28的壁29的其他部分承靠在对应的区段26的孔27的内壁上。当一者围绕每个扶正器28的圆周行进时，扶正器28与扶正器28的壁29的内部方面上的井下探头22以及与扶正器28的外部方面上的区段26交替地接触。扶正器28的壁29在井下探头22与对应的区段26的孔27的壁之间以之字形来回移动。在图示的实施方式中，扶正器28的壁29的、在该壁接触井下探头22的区域与该壁29接触区段26的部分之间延伸的部分是弯曲的。这些弯曲的壁部分被预加载成使得扶正器28对井下探头22施加压缩力并且对在孔27中居中的井下探头22进行保持。
当区段26经历横向冲击时，扶正器28缓冲对井下探头22的冲击的作用并且也防止井下探头22移开孔27的中心太多。在冲击已过去之后，扶正器28迫使井下探头22返回到孔27内的中心位置。扶正器28的壁29的、在该壁接触井下探头22的区域与该壁接触区段26的区域之间延伸的部分能够使来自冲击和振动的能量消散到围绕该部分的钻探流体中。此外，这些壁区段被预加载且施加恢复力，这些恢复力作用为在井下探头22被移位之后将井下探头22返回其居中位置。
如图4A至图4C中所示，每个扶正器28均将围绕井下探头22的 孔27内的环形空间划分成位于扶正器28的壁29内侧的第一多个内通道34和位于扶正器28的壁29外侧的第二多个外通道36。内通道34中的每个内通道均位于外通道36中的两个外通道之间并且通过扶正器28的壁的一部分而与外通道36分隔开。该构型的一个优点在于：在井下探头22由于任何原因而被移出其平衡(居中)位置的情况下，该壁的弯曲的、预张紧的弯曲部倾向于施加恢复力，该恢复力迫使井下探头22返回其平衡位置。由于井下探头22的横向运动导致扶正器28的壁的一部分运动并且这些运动将能量传递到通道34和36中的流体，因此通道34和36中的钻探流体的存在倾向于衰减井下探头22的运动。另外，流体通过通道34和36的动态流动可以通过带走由扶正器28扩散到流体中的能量而协助使扶正器28稳定。
壁29的预加载部提供了井下探头22与电子器件封装22支承在其中的钻柱区段26的良好的机械联接。扶正器28可以提供沿着井下探头22的长度的这种联接。这种与钻柱区段26的良好的联接——这通常是非常稳固的——能够增大井下探头22的谐振频率，从而使井下探头22对于由通常伴随钻探操作的高幅低频振动损坏有更强的抵抗力。
井下探头22可以以任何适当的方式被锁定以防止在不同的区段26中的孔27内作轴向移动。在图3A至图3C中图示的实施方式中，井下探头由适当尺寸的多脚件40A、40B或40C(整体上或总体上为多脚件40)轴向地支承。如图5中所示，每个多脚件40均具有由臂40-2支承的周缘部40-1，臂40-2延伸至毂部40-3，毂部40-3附接至井下探头22。臂40-2之间的开口40-4为钻探流体流过多脚件40提供了空间。
周缘部40-1定尺寸为接合停靠凸部41(例如参见图2)，该停靠凸部41形成在对应的区段26中的孔27内的扩孔的端部处。周缘部40-1可以通过适当的螺母或其他夹紧结构抵着停靠凸部41紧密地夹紧。
图5图示了以可移除的方式将多脚件40联接至井下探头22的一种方式。在图示的实施方式中，井下探头22包括轴46，该轴46定尺寸为接合多脚件40的毂部40-3中的孔40-5。螺母47接合螺纹48以将多脚件40紧固在轴46上。在图示的实施方式中，轴46包括花键46A，该花键46A接合孔40-5中的对应的槽40-6，以防止多脚件40相对于轴46转动。井下探头22的相反端(未在图5中示出)可以类似地构 造成支承多脚件40。
图5A至图5C分别示出了可以设置在用于使井下探头22适于在不同尺寸的钻柱区段中使用的组中的多脚件40A、40B和40C。多脚件40A至40C中的每个多脚件的孔40-5可以具有相同的尺寸，使得多脚件40A至40C可以互换地固定至轴46。多脚件40A、40B和40C的周缘部40-1具有不同的直径。
在一些实施方式中，扶正器28从多脚件40或用于电子器件封装22的其他纵向支承系统连续地延伸至井下探头22的相反的端部。在其他实施方式中，扶正器28的一个或更多个区段延伸成在从纵向支承件至井下探头22的相反的端部的距离的至少70％或至少80％或至少90％或至少95％上握持井下探头22。
在一些实施方式中，井下探头22具有相对于区段26的固定的转动取向。例如，在一些实施方式中，多脚件40构造成例如通过周缘部40-1的面或边缘的键、花键、成形部等以非旋转的方式接合对应的区段26，该周缘部40-1的面或边缘的成形部接合孔27内的对应的成形部。在一些实施方式中，在井下探头22由两个多脚件40支承的情况下，多脚件中的一个多脚件构造成轴向地锚固在对应的区段26的孔27中(例如，构造成具有与孔27中的停靠部接合的直径)，并且多脚件中的另一个多脚件构造成以非旋转的方式联接至对应的区段26(例如，构造有布置成与孔27内的对应的特征接合的一个或更多个键、槽、花键等)。一组可互换多脚件可以包括一对多脚件，一个多脚件构造为轴向锚固件并且一个多脚件构造为旋转锚固件，用于与多个不同尺寸的钻柱区段中的每个钻柱区段一起使用。
图3A至图3C以及图4A至图4C中图示的扶正器28仅为一个示例。可以提供其他可互换扶正器来代替图3A至图3C中示出的类型的扶正器，或者除了图3A至图3C中示出的类型的扶正器之外可以提供其它可互换扶正器。例如，图6示出了示例性扶正器128。扶正器128具有筒形外表面128-1和非圆形孔128-2，该非圆形孔128-2定形状为提供向内突出的脊部128-3，该向内突出的脊部128-3定尺寸为支承井下探头。一组可以包括如同扶正器128的具有不同外径用于以可移除的方式插入至不同直径的钻柱区段中的扶正器或由如同扶正器128的具有不同外径用于以可移除的方式插入至不同直径的钻柱区段中的扶 正器构成。
在一些实施方式中，可以设置用于防止扶正器相对于探头或钻柱的区段轴向地移动的装置。在一些实施方式中，可以设置用于防止扶正器相对于探头或钻柱区段转动的装置。
在钻柱的区段的内表面上可以设置有停靠边缘。该停靠边缘可以定尺寸为与扶正器接合，从而防止扶正器轴向地移动经过停靠边缘。在停靠边缘上可以设置有用于与扶正器接合的特征，从而防止扶正器相对于停靠边缘(及钻柱的区段)转动。例如，在定尺寸为与扶正器28的壁29接合的停靠边缘上可以设置有槽，或者在停靠边缘上或附近可以设置有脊部或键等，以与扶正器28中的对应的纵向延伸的狭槽或槽接合。在一些实施方式中，停靠边缘由环提供，该环被压配合、销接、螺栓连接或以其他方式固定在钻柱的区段的孔内。在一些实施方式中，停靠边缘定位成接纳扶正器的井下端部。
在一些实施方式中，可以设置用于防止探头相对于扶正器或钻柱的区段轴向地移动的装置。在一些实施方式中，可以设置用于防止探头相对于扶正器或钻柱区段转动的装置。
图7示出了可以用于防止探头(未示出)轴向运动和转动运动的环50。环50定尺寸为接合停靠边缘41，该停靠边缘41形成在区段26的孔27内的扩孔的端部处。
环50可以具有一个或更多个特征50A。特征50A例如可以包括纵向延伸的狭槽、键槽、键、脊部等。当探头被插入孔27内时，探头接合特征50A上的对应的特征使得探头不能够相对于环50转动。如果环50被防止相对于区段26转动，则探头将类似地被防止相对于区段26转动。在一些优选实施方式中，特征50A和探头上的对应的特征是不对称的，使得当探头在区段26内具有一个具体的旋转对准时探头可以仅接合特征50A。由此，探头能够可重复地插入至区段26中，以接合特征50A以及从区段26移除，并且探头每次在区段26内将具有固定的旋转对准。
在一些实施方式中，环50可以定尺寸为使得其“紧配合”在区段26的孔27内。区段26的内壁与环50的内壁之间的摩擦力可以足以防止环50相对于区段26转动。在一些实施方式中，环50可以通过其他 手段、例如通过被销接或螺栓连接到位、通过沿着区段26的内壁与螺纹接合等而被防止相对于区段26转动。
术语解释
除非上下文明确地要求，否则在整个说明书和权利要求书中：
·“包括”、“包含”等被解释为包括在内的意义，而不是排他性的或穷举性的意义；也就是说，为“包括，但不限于”的意义。
·“连接”、“联接”或其任何变型意为在两个或更多个元件之间的直接的或间接的任何连接或联接；在元件之间的这种联接或连接可以是物理上的、逻辑上的或其组合。
·“本文中”、“以上”、“以下”以及类似含义的措辞当用于描述本说明书时应指的是整个本说明书而不是本说明书的任何特定部分。
·在引用两个或更多项的列表时，“或”覆盖措辞的以下全部解释：列表中的任意项、列表中的全部项、以及列表中的项的任意组合。
·单数形式“一”、“一个”以及“该”也包括任何适当的复数形式的含义。
在本说明书中和任何所附权利要求书中(如果存在的情况下)使用的指示方向的措辞、比如“竖向”、“横向”、“水平”、“向上”、“向下”“向前”、“向后”、“向内”、“向外”“竖向”、“横向”、“左”“右”“前”、“后”、“顶部”、“底部”“下方”、“上方”“下面”等取决于描述和图示的装置的具体取向。本文描述的主题可以采取多种替代的取向。相应地，这些方向术语并未严格限定并且不应被狭义地解释。
当上面提及部件(例如，电路、模块、组件、装置、钻柱部件、钻机系统等)时，除非另有说明，提及的部件(包括提及的“装置”)应被解释为包括作为该部件等同物的执行所描述的部件的功能(即，功能上等同的)的任何部件、包括执行本发明的示例性实施方式中的功能但在结构上不同于所公开结构的部件。
出于说明的目的已经在本文对系统、方法及装置的特定示例进行了描述。这些仅仅是示例。本文提供的技术可以应用于除了上述示例系统以外的系统。在本发明的实施范围内许多变更、修改、添加、省 略及置换是可能的。本发明包括对本领域技术人员而言是明显的对所述实施方式的变型，包括通过以下方式获得的变型：用等同特征、元件和/或作用替换特征、元件和/或作用；混合和匹配不同实施方式的特征、元件和/或作用；将本文描述的实施方式的特征、元件和/或作用与其他技术的特征、元件和/或作用组合；以及/或者省略所描述实施方式的组合特征、元件和/或作用。
虽然以上已讨论了大量的示例性方面和实施方式，但是本领域技术人员将认识到其某些改型、替换、添加和子组合。因此，应当将所附权利要求和下文中引入的权利要求解释为包括在权利要求的真实精神和范围内的所有这些改型、替换、添加和子组合。
因此，以下所附权利要求和此后引入的权利要求意在被解释为包括可以合理地推断出的所有这样的修改、置换、添加、省略及子组合。权利要求书的范围不应局限于示例中阐述的优选实施方式，而是应该作为整体被赋予与说明一致的最宽泛的解释。