多通道旋轉(zhuǎn)電連接器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]—般而言，本發(fā)明涉及結(jié)合地下井來使用的設(shè)備和所執(zhí)行的操作，而在下面描述的一個(gè)示例中，更具體地提供一種多通道旋轉(zhuǎn)電連接器。
【背景技術(shù)】
[0002]有時(shí)，有益的是能夠在一個(gè)鉆井工具的旋轉(zhuǎn)節(jié)段和非旋轉(zhuǎn)節(jié)段之間或在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)節(jié)段之間、或在兩個(gè)鉆井工具之間等傳遞電信號(hào)、功率等。例如，在鉆井作業(yè)中，傳感器和/或致動(dòng)器可被設(shè)置于鉆井馬達(dá)的下方或鉆井馬達(dá)中，并且會(huì)期望將傳感器的測(cè)量值傳遞到非旋轉(zhuǎn)的隨鉆測(cè)量(MWD)工具以進(jìn)行地面遙測(cè)，或可期望越過鉆井馬達(dá)將指令和/或電功率傳輸?shù)街聞?dòng)器(例如，用以調(diào)節(jié)導(dǎo)向工具)。
[0003]因此應(yīng)理解，在鉆井工具的多個(gè)相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)的節(jié)段之間傳遞電信號(hào)、功率等的領(lǐng)域中，需要進(jìn)行不斷的改進(jìn)。
【附圖說明】
[0004]圖1是能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的原理的井系統(tǒng)和相關(guān)方法的代表性局部剖視圖。
[0005]圖2是能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的原理的鉆井工具的放大比例的代表性剖視圖。
[0006]圖3和圖4是能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的原理的多通道旋轉(zhuǎn)電連接器的端視圖和側(cè)視圖。
[0007]圖5是沿圖3中的線5-5剖開的多通道旋轉(zhuǎn)電連接器的代表性剖視圖。
[0008]圖6是沿圖3中的線6-6剖開的多通道旋轉(zhuǎn)電連接器的代表性剖視圖。
[0009]圖7是沿圖3中的線7-7剖開的多通道旋轉(zhuǎn)電連接器的進(jìn)一步放大比例的代表性剖視圖。
[0010]圖8和圖9是可被用于多通道旋轉(zhuǎn)電連接器的觸頭構(gòu)造的代表性剖視圖。
[0011]圖10是多通道旋轉(zhuǎn)電連接器的其他構(gòu)造的剖視圖。
[0012]詳細(xì)說明
[0013]圖1中代表性地示出的是能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的原理的系統(tǒng)10和相關(guān)方法。然而，應(yīng)清楚地理解，系統(tǒng)10和方法僅僅是本發(fā)明的原理在實(shí)踐中應(yīng)用的一個(gè)示例，還可以有多種多樣的其他示例。因此，本發(fā)明的范圍完全不限于本文所描述的和/或附圖所示出的系統(tǒng)10和方法的細(xì)節(jié)。
[0014]在圖1的示例中，鉆柱12用于將井眼14鉆入地面。為此，鉆柱12包括鉆頭16。鉆頭16由鉆井馬達(dá)18來旋轉(zhuǎn)，鉆井馬達(dá)18例如可為單螺桿型(Moineau-type) “泥楽”馬達(dá)、鉆孔禍輪機(jī)等等。
[0015]鉆井工具20用于為鉆頭16導(dǎo)向，以便沿預(yù)定方向(例如，以預(yù)定方位角、傾角等)鉆出井眼14。一軸(圖1中不可見，參見圖2)連接到鉆頭16，該軸由鉆井馬達(dá)18來旋轉(zhuǎn)，并由工具20偏轉(zhuǎn)，以使得鉆頭沿預(yù)定方向鉆出井眼。
[0016]在該示例中，工具20包括旋轉(zhuǎn)節(jié)段和非旋轉(zhuǎn)節(jié)段(例如，旋轉(zhuǎn)軸和非旋轉(zhuǎn)外殼)兩者。期望的是在工具20的旋轉(zhuǎn)節(jié)段和非旋轉(zhuǎn)節(jié)段之間傳遞電信號(hào)(例如，數(shù)據(jù)、指令、功率等)。例如，傳感器數(shù)據(jù)可被傳遞到用于針對(duì)遠(yuǎn)程位置進(jìn)行處理和遙測(cè)的隨鉆測(cè)量(MWD)和遙測(cè)工具22 (例如，在地面、海底位置、浮動(dòng)鉆井平臺(tái)等的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))；和/或電功率可被供應(yīng)到工具20的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器以便使工具中的軸偏轉(zhuǎn)。
[0017]為此，工具20包括多通道旋轉(zhuǎn)電連接器24。然而，應(yīng)清楚地理解，連接器24并非必須被用在為鉆頭16導(dǎo)向的鉆井工具20中，或任何特定類型的電信號(hào)并非必須在一個(gè)或多個(gè)鉆井工具的任何特定的旋轉(zhuǎn)節(jié)段或非旋轉(zhuǎn)節(jié)段之間被傳遞。
[0018]多通道例如可被期望用以使電功率、數(shù)據(jù)和指令通道分開。多通道的另一用途是可用以提供冗余度。
[0019]本發(fā)明的范圍完全不限于鉆井工具在鉆柱中的特定設(shè)置，且完全不限于在鉆井作業(yè)中的用途。系統(tǒng)10、鉆柱12和工具20僅為對(duì)本文描述的原理的多種不同用途的一個(gè)示例。
[0020]鉆井工具的多個(gè)節(jié)段之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)可以是間歇性的、周期性的、連續(xù)性的，等等。當(dāng)鉆井工具的多個(gè)節(jié)段之間沒有相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，多通道旋轉(zhuǎn)連接器24還能夠用于在鉆井工具的多個(gè)節(jié)段之間傳輸電信號(hào)(功率、數(shù)據(jù)、指令等)。
[0021]現(xiàn)在額外地參照?qǐng)D2，其代表性地示出了工具20的縱剖面的放大比例的剖視圖。該示例中的工具20在大多數(shù)方面類似于由美國(guó)德克薩斯州休斯頓的哈里伯頓能源服務(wù)公司推向市場(chǎng)的GEO-PILOT?旋轉(zhuǎn)式可導(dǎo)向工具，但是其他類型的鉆井工具(例如，圖1所示出的鉆井馬達(dá)18或軸承封裝件26、定向工具等)也能夠與本發(fā)明的原理結(jié)合。
[0022]在圖2的示例中，軸28由鉆井馬達(dá)18驅(qū)動(dòng)。外殼30相對(duì)于井眼14的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過可向外延伸的夾持參考組件32而被限制。
[0023]雖然軸28、外殼30和參考組件32各自在圖2中僅被示出一個(gè)，但是可設(shè)置任何數(shù)量的這些元件，且這些元件的任何一個(gè)均可由多個(gè)部件的組合來形成。因此，本發(fā)明的范圍不限于如附圖所示出的或本說明書所描述的鉆井工具20的元件的任何特定的數(shù)目、布置或構(gòu)造。
[0024]流道46穿過軸28縱向地延伸。在典型的鉆井作業(yè)中，鉆井液通過工具20中的流道46向下流動(dòng)。
[0025]軸28包括管道或通路34，用于從旋轉(zhuǎn)電連接器24向上進(jìn)行布線(例如，電線或其他導(dǎo)體)。連接器24提供了一種將旋轉(zhuǎn)軸28上的通路34中的電線64電連接到非旋轉(zhuǎn)外殼30中的電線66的方式。
[0026]然而，外殼30并非一定是旋轉(zhuǎn)的，或軸28并非一定是旋轉(zhuǎn)的。在其他示例中，夕卜部元件能夠相對(duì)于內(nèi)部元件旋轉(zhuǎn)，或一個(gè)元件相對(duì)于另一元件可以不是“內(nèi)部”或“外部”的(例如，這些元件可以尺寸相同且被同軸對(duì)齊，等等)。因此，本發(fā)明的范圍不限于附圖所示出的或本說明書所描述的連接器24的任何特定的細(xì)節(jié)。
[0027]圖2的示例中的連接器24聯(lián)接到壓力補(bǔ)償器36。連接器24和壓力補(bǔ)償器36的詳細(xì)視圖分別在圖3和圖4中示出。在其他示例中，連接器24可聯(lián)接到其他類型的裝置，或連接器可與其他裝置分開而被使用。
[0028]在圖3和圖4中，可以看到夾具38。夾具38用于將連接器24的節(jié)段40固定到軸28，使得該節(jié)段隨軸旋轉(zhuǎn)。連接器24的另一節(jié)段42相對(duì)于外殼30固定，且不旋轉(zhuǎn)。節(jié)段42包括用于從連接器24向下布線66 (例如，電線或其他導(dǎo)體)的管道或通路44。
[0029]節(jié)段40、42可分別通過任何方式，包括但不限于粘合、墩粗(upset)、緊固件等方式，被固定到軸28和殼體30。
[0030]連接器24和補(bǔ)償器36的剖視圖在圖5和圖6中被代表性地示出。壓力補(bǔ)償器36對(duì)潤(rùn)滑油池(連接器24被容納在潤(rùn)滑油池中)中的壓力變化進(jìn)行補(bǔ)償。該油池對(duì)連接器24的接觸面進(jìn)行潤(rùn)滑，且有助于節(jié)段40、42之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
[0031]連接器24的放大比例的剖視圖在圖7中被代表性地示出。在圖7中可清楚地看出，一系列環(huán)形且徑向間隔開的電觸頭48與另一系列環(huán)形且徑向間隔開的電觸頭50電性接觸。觸頭48相對(duì)于非旋轉(zhuǎn)節(jié)段42固定(例如，被固定在絕緣體52中)，觸頭50相對(duì)于旋轉(zhuǎn)節(jié)段40固定(例如，被固定在絕緣體54中)。以此，觸頭50相對(duì)于觸頭48旋轉(zhuǎn)。
[0032]為了延長(zhǎng)使用壽命，該示例中的觸頭48、50優(yōu)選地受到滲碳處理。絕緣體52、54優(yōu)選地包括聚醚醚酮(PEEK)材料。然而，本發(fā)明的范圍不限于任何特定的用于觸頭48、50或絕緣體52、54的材料。
[0033]觸頭48通過波形彈簧56而被偏置成接觸觸頭50。波形彈簧56理想地阻止觸頭48的與觸頭50脫離接觸的軸向位移，并且還傳導(dǎo)觸頭48和通路44中的電線之間的電信號(hào)。彈簧56理想地阻止例如因鉆井工具20在鉆井作業(yè)期間所造成的振動(dòng)或沖擊而導(dǎo)致的電接觸損失。然而，本發(fā)明的范圍不限于任何特定類型的偏置裝置的使用，或不限于任何特定類型的也傳導(dǎo)電信號(hào)的偏置裝置的使用。
[0034]在圖7的示例中，觸頭48、50具有互補(bǔ)形的傾斜面58、60，這些傾斜面彼此電性接觸。傾斜面58、60在形狀上為截頭圓錐形。
[0035]這類傾斜面的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們起到使觸頭48、50相對(duì)于彼此對(duì)中、使得相應(yīng)各組的觸頭維持彼此同軸的作用。傾斜面58、60的另一優(yōu)點(diǎn)是即使連接器24變得扭曲(例如，由于外殼30的彎曲、軸28的彎曲等)，這些傾斜面也將趨于保持彼此接觸。
[0036]