¿Es posible conectar algunos servicios a través de Wi-Fi (sin conexión a Internet) mientras se está conectado a 3G/4G?

No está permitido.

En Android, el sistema es que, cuando se enciende WiFi, los datos móviles se apaga, o si lo desea y cambiar la configuración de redes duales, a continuación, el teléfono puede alternar entre los datos móviles y WiFi cuando la intensidad de la señal de uno nosotros mayor que el otro. Pero eso se hace así: si la intensidad de WiFi es baja, WiFi es apagado y, a continuación, se utilizan los datos móviles. Una vez que la intensidad es mayor, vuelve a activar el WiFi automáticamente, pero desactiva los datos móviles .

En resumen no puede utilizar ambos simultáneamente.

En el enlace que mencionó @lzzy, se menciona una aplicación. No la he usado, así que no puedo decir si funciona. Sin embargo, requiere un teléfono rooteado. Tendrás que sopesar los pros y los contras de rootear el teléfono antes de hacerlo, en caso de que no seas desarrollador.