多通道旋轉電連接器的制造方法
【技術領域】
[0001]—般而言，本發明涉及結合地下井來使用的設備和所執行的操作，而在下面描述的一個示例中，更具體地提供一種多通道旋轉電連接器。
【背景技術】
[0002]有時，有益的是能夠在一個鉆井工具的旋轉節段和非旋轉節段之間或在兩個旋轉節段之間、或在兩個鉆井工具之間等傳遞電信號、功率等。例如，在鉆井作業中，傳感器和/或致動器可被設置于鉆井馬達的下方或鉆井馬達中，并且會期望將傳感器的測量值傳遞到非旋轉的隨鉆測量(MWD)工具以進行地面遙測，或可期望越過鉆井馬達將指令和/或電功率傳輸到致動器(例如，用以調節導向工具)。
[0003]因此應理解，在鉆井工具的多個相對于彼此旋轉的節段之間傳遞電信號、功率等的領域中，需要進行不斷的改進。
【附圖說明】
[0004]圖1是能夠實施本發明的原理的井系統和相關方法的代表性局部剖視圖。
[0005]圖2是能夠實施本發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是能夠實施本發明的原理的多通道旋轉電連接器的端視圖和側視圖。
[0007]圖5是沿圖3中的線5-5剖開的多通道旋轉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剖開的多通道旋轉電連接器的進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電連接器的觸頭構造的代表性剖視圖。
[0011]圖10是多通道旋轉電連接器的其他構造的剖視圖。
[0012]詳細說明
[0013]圖1中代表性地示出的是能夠實施本發明的原理的系統10和相關方法。然而，應清楚地理解，系統10和方法僅僅是本發明的原理在實踐中應用的一個示例，還可以有多種多樣的其他示例。因此，本發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10和方法的細節。
[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18來旋轉，鉆井馬達18例如可為單螺桿型(Moineau-type) “泥楽”馬達、鉆孔禍輪機等等。
[0015]鉆井工具20用于為鉆頭16導向，以便沿預定方向(例如，以預定方位角、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18來旋轉，并由工具20偏轉，以使得鉆頭沿預定方向鉆出井眼。
[0016]在該示例中，工具20包括旋轉節段和非旋轉節段(例如，旋轉軸和非旋轉外殼)兩者。期望的是在工具20的旋轉節段和非旋轉節段之間傳遞電信號(例如，數據、指令、功率等)。例如，傳感器數據可被傳遞到用于針對遠程位置進行處理和遙測的隨鉆測量(MWD)和遙測工具22 (例如，在地面、海底位置、浮動鉆井平臺等的數據采集系統)；和/或電功率可被供應到工具20的一個或多個致動器以便使工具中的軸偏轉。
[0017]為此，工具20包括多通道旋轉電連接器24。然而，應清楚地理解，連接器24并非必須被用在為鉆頭16導向的鉆井工具20中，或任何特定類型的電信號并非必須在一個或多個鉆井工具的任何特定的旋轉節段或非旋轉節段之間被傳遞。
[0018]多通道例如可被期望用以使電功率、數據和指令通道分開。多通道的另一用途是可用以提供冗余度。
[0019]本發明的范圍完全不限于鉆井工具在鉆柱中的特定設置，且完全不限于在鉆井作業中的用途。系統10、鉆柱12和工具20僅為對本文描述的原理的多種不同用途的一個示例。
[0020]鉆井工具的多個節段之間的相對旋轉可以是間歇性的、周期性的、連續性的，等等。當鉆井工具的多個節段之間沒有相對旋轉時，多通道旋轉連接器24還能夠用于在鉆井工具的多個節段之間傳輸電信號(功率、數據、指令等)。
[0021]現在額外地參照圖2，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在大多數方面類似于由美國德克薩斯州休斯頓的哈里伯頓能源服務公司推向市場的GEO-PILOT?旋轉式可導向工具，但是其他類型的鉆井工具(例如，圖1所示出的鉆井馬達18或軸承封裝件26、定向工具等)也能夠與本發明的原理結合。
[0022]在圖2的示例中，軸28由鉆井馬達18驅動。外殼30相對于井眼14的旋轉運動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，但是可設置任何數量的這些元件，且這些元件的任何一個均可由多個部件的組合來形成。因此，本發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目、布置或構造。
[0024]流道46穿過軸28縱向地延伸。在典型的鉆井作業中，鉆井液通過工具20中的流道46向下流動。
[0025]軸28包括管道或通路34，用于從旋轉電連接器24向上進行布線(例如，電線或其他導體)。連接器24提供了一種將旋轉軸28上的通路34中的電線64電連接到非旋轉外殼30中的電線66的方式。
[0026]然而，外殼30并非一定是旋轉的，或軸28并非一定是旋轉的。在其他示例中，夕卜部元件能夠相對于內部元件旋轉，或一個元件相對于另一元件可以不是“內部”或“外部”的(例如，這些元件可以尺寸相同且被同軸對齊，等等)。因此，本發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的任何特定的細節。
[0027]圖2的示例中的連接器24聯接到壓力補償器36。連接器24和壓力補償器36的詳細視圖分別在圖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的節段40固定到軸28，使得該節段隨軸旋轉。連接器24的另一節段42相對于外殼30固定，且不旋轉。節段42包括用于從連接器24向下布線66 (例如，電線或其他導體)的管道或通路44。
[0029]節段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和補償器36的剖視圖在圖5和圖6中被代表性地示出。壓力補償器36對潤滑油池(連接器24被容納在潤滑油池中)中的壓力變化進行補償。該油池對連接器24的接觸面進行潤滑，且有助于節段40、42之間的相對旋轉。
[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，一系列環形且徑向間隔開的電觸頭48與另一系列環形且徑向間隔開的電觸頭50電性接觸。觸頭48相對于非旋轉節段42固定(例如，被固定在絕緣體52中)，觸頭50相對于旋轉節段40固定(例如，被固定在絕緣體54中)。以此，觸頭50相對于觸頭48旋轉。
[0032]為了延長使用壽命，該示例中的觸頭48、50優選地受到滲碳處理。絕緣體52、54優選地包括聚醚醚酮(PEEK)材料。然而，本發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，并且還傳導觸頭48和通路44中的電線之間的電信號。彈簧56理想地阻止例如因鉆井工具20在鉆井作業期間所造成的振動或沖擊而導致的電接觸損失。然而，本發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電信號的偏置裝置的使用。
[0034]在圖7的示例中，觸頭48、50具有互補形的傾斜面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]這類傾斜面的一個優點是它們起到使觸頭48、50相對于彼此對中、使得相應各組的觸頭維持彼此同軸的作用。傾斜面58、60的另一優點是即使連接器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。
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