環(huán)68在彈簧56和電線66之間傳輸功率、數(shù)據(jù)、指令等。螺接式和/或壓接式連接器70 (參加圖5)可用于將電線66連接到環(huán)68。相似的連接器70可用于將觸頭50連接到電線64。
[0037]現(xiàn)在額外地參照圖8和圖9，其代表性地示出了觸頭48、50的布置的附加示例。這些示例說明連接器24的各種不同構造是可行的，因此本發(fā)明的范圍不限于觸頭48、50的任何特定的數(shù)目、布置或構造。
[0038]在圖8中，觸頭48、50的面58、60不傾斜。例如，這種布置可被用在旋轉殼體的中心處(例如用以通過殼體的孔來傳輸功率、數(shù)據(jù)、指令等)。
[0039]在圖9中，面58、60是傾斜的，且被設置成圓錐形。此外，觸頭48、50沿徑向彼此接觸，而不是如圖7和圖8的示例中那樣沿軸向彼此接觸。
[0040]圖9示例中的圓錐形布置的一個優(yōu)點是圓錐形趨于使所有觸頭48、50 —起同軸地對齊。然而，本發(fā)明的范圍不限于同軸對齊的觸頭。
[0041]圖9構造可被用于兩個殼體之間的接觸面，且上述殼體之間存在相對旋轉。在另一示例中，內側觸頭48可被固定到軸，外側觸頭50可被固定到殼體，且軸和殼體之間存在相對旋轉。在該示例中，觸頭48、50將用于經(jīng)由連接器24沿徑向傳輸功率、數(shù)據(jù)、指令等。
[0042]現(xiàn)在額外地參照圖10，其代表性地示出電連接器24的另一示例。在該示例中，連接器24包括多組觸頭48、50。
[0043]在該示例中，多組觸頭48、50沿徑向和軸向兩者相對于彼此偏移。該示例說明任何數(shù)目或布置的成組的觸頭48、50均可被使用，且符合本發(fā)明的范圍。
[0044]現(xiàn)在可充分理解的是，上述內容為在鉆井工具的相對于彼此旋轉的多個節(jié)段之間傳遞電信號、功率等的領域提供了顯著的益處。在上述工具20中，連接器24以能夠承受相對高的沖擊或振動載荷(例如，借助牢固地將觸頭48、50偏置成彼此接觸的波形彈簧)、和能夠承受工具的相關元件(例如，外殼30和軸28)的變形的方式，來提供旋轉節(jié)段40和非旋轉節(jié)段42之間進行電子通訊的多個通道。
[0045]連接器24能夠在多個鉆井工具節(jié)段之間(這些節(jié)段之間具有相對旋轉)傳輸電信號(功率、數(shù)據(jù)、指令等)。這些節(jié)段可對應于軸和外殼、兩個殼體、兩個軸，或任何其他相對旋轉的鉆井工具節(jié)段(無論是在單個鉆井工具中或在多個鉆井工具中)。
[0046]電信號傳輸優(yōu)選地通過金屬與金屬面接觸進行。可使用一組金屬接觸環(huán)、盤或套筒，配以一組匹配的環(huán)、盤或套筒。
[0047]每組連接器包括預載荷(因為彈簧56)以確保在旋轉時正壓接觸。彈簧56還允許阻止沖擊或振動。金屬觸頭可由滲碳鋼制成，以產生高的耐磨性和良好的電性接觸。
[0048]在上述的一個示例中，多通道電連接器24的一側被安裝到靜止的隔板內，且由一組滲碳鋼圓錐形觸頭48組成，這組滲碳鋼圓錐形觸頭經(jīng)由彈簧56連接至一組銅環(huán)68。銅環(huán)68設有壓接式連接器70，以有助于連接到鉆井工具20的其他電部件。壓接式連接器70優(yōu)選地被擰入環(huán)68內。
[0049]在連接器24的另一側上，滲碳鋼圓錐“杯”形觸頭50被安裝在絕緣體54中，絕緣體54被固定到旋轉軸28上?！氨毙斡|頭50中擰入有壓接式連接器70。彈簧56在觸頭48、50之間施加預載荷，以確保良好的電性接觸。
[0050]可提供焊接接頭代替壓接式連接器70。然而，這種焊接接頭應能夠承受預期的操作溫度。
[0051]優(yōu)選地，觸頭48、50設有通道以允許潤滑油池使位于觸頭之間的金屬對金屬表面冷卻。觸頭48、50，彈簧56和/或環(huán)68可設有墩粗部或壓入部，以允許因觸頭48、50之間的相對旋轉和金屬對金屬的面接觸所造成的力矩的傳送。
[0052]連接器24可用于在任何鉆井工具節(jié)段之間沿縱向和/或徑向傳輸電信號。例如，連接器24可用在外殼中、工具的孔中、兩殼體之間的表面上、或軸和外殼之間。連接器24能夠用于將不同的多個工具電連接在一起，或者用于僅當兩個殼體被擰在一起時發(fā)生相對旋轉的場合，或者用于兩個殼體相對于彼此周期地旋轉或連續(xù)地旋轉的時候。
[0053]錐形件、盤形件或套筒的形狀應允許居中化和被施加預載荷，用以確保正壓接觸。面對面接觸優(yōu)選地用于高度耐磨損的滲碳鋼對滲碳鋼觸頭(接觸)。
[0054]在連接器24主要包括鋼和PEEK成分，且電線64、66經(jīng)由連接器70被壓接的情況下，一些示例中的連接器24應該能夠承受高于200攝氏度的井下溫度。由彈簧56提供的預載荷在一些示例中能夠承受由于沖擊和振動造成的高達約200g的載荷。
[0055]優(yōu)選地，如果連接器24的一側是靜止的，則該側設有圓錐觸頭50，這些圓錐觸頭50使“杯”形觸頭48居中并包圍這些“杯”形觸頭48以確保正壓接觸。在一些示例中，在高達每分鐘300轉的轉速和高達200g的振動載荷的條件下，電信號能夠被可靠地傳輸，且?guī)缀鯖]有電氣噪聲產生。
[0056]借助由滲碳鋼制成的觸頭48、50，以及保持相對較低的預載荷力，觸頭表面上的磨損將優(yōu)選地最小化(甚至在經(jīng)過200小時的操作之后)。觸頭48、50優(yōu)選地具有相對簡單的幾何形狀，以便進行廉價且相對快速的制造?？傮w上，連接器24需要很少的維修，且緊湊耐用。
[0057]盡管上述示例用于井中，但本發(fā)明的原理的其他應用也是可行的。例如，連接器24可被用于電力和通信行業(yè)。
[0058]上述發(fā)明為本領域提供了一種鉆井工具20。在一個示例中，工具20可包括:第一節(jié)段40，其相對于鉆井工具的第二節(jié)段42旋轉；以及多通道旋轉電連接器24，其包括多個環(huán)形第一觸頭50，這些第一觸頭相對于多個環(huán)形第二觸頭48旋轉。
[0059]鉆井工具20也可包括流道46，流道46穿過鉆井工具20縱向地延伸。第一觸頭48和第二觸頭50可環(huán)繞流道46。
[0060]每個第一觸頭50可包括第一傾斜面60，第一傾斜面接觸多個第二觸頭48中相應的一個第二觸頭的第二傾斜面58。第一傾斜面60可被設置成圓錐構造。
[0061]多個第一觸頭50可被徑向地和/或軸向地間隔開。
[0062]多個第一觸頭50可既徑向地彼此偏移又軸向地彼此偏移(例如，如圖9中示例那樣)。
[0063]多個第一觸頭50中的至少一個第一觸頭可環(huán)繞多個第一觸頭50中的另一個第一觸頭。
[0064]第一節(jié)段40可被固定到由鉆井馬達18驅動的軸28。
[0065]第一節(jié)段40和第二節(jié)段42可被包括在旋轉導向工具20中，旋轉導向工具20為鉆頭16進行導向。
[0066]偏置裝置(例如彈簧56)可使第一和第二觸頭48、50偏置而彼此接觸。電流可流過偏置裝置56。
[0067]上述發(fā)明還為本領域提供了一種多通道旋轉電連接器24。在一個示例中，電連接器24可包括:多個第一觸頭48，徑向地彼此間隔開；以及多個第二觸頭50，當?shù)谝挥|頭48和第二觸頭50之間存在相對旋轉時，多個第二觸頭電性接觸多個第一觸頭48中相應的那些第一觸頭。這些第二觸頭50可徑向地彼此間隔開。
[0068]上文還描述了一種在地下井中操作鉆井工具20的方法。在一個示例中，該方法可包括以下步驟:在鉆井工具20的第一節(jié)段40和第二節(jié)段42之間產生相對旋轉；當?shù)谝还?jié)段40和第二節(jié)段42之間存在相對旋轉時，在第一節(jié)段40和第二節(jié)段42之間傳遞多通道的電信號。傳遞步驟可包括使多個環(huán)形第一觸頭48與多個環(huán)形第二觸頭50中相應的一個第二觸頭電性接觸。
[0069]雖然以上借助具有特定特征的每個示例描述了各種不同的示例，但應理解的是，一個示例的某一特定特征并非必須專門地與該示例一起使用。反之，以上描述的和/或附圖中示出的多個特征中的任何一個特征均可與那些示例的多個其它特征中的任何一個特征結合、作為那些示例的多個其它特征中的任何一個特征的補充、或者替代那些示例的多個其它特征中的任何一個特征。一個示例的特征對于另一示例的特征不是相互排斥的。并且反之，本發(fā)明的范圍涵蓋這些特征中的任何特征的任何組合。
[0070]盡管上述每個示例包括多個特征的一定組合，但應理解的是，并非一個示例中的所有特