专利名称：井下泥浆循环系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于油井中带有遥距接合的电气连接器的绳索起下钻井工具。
一旦钻开油井之后，通常是用电气仪器来记录油井的各特定部分。有时称这些仪器为“绳索起下”仪表，因为它们通过它们配置的电线或电缆而与钻井地面的测井单元通讯连通。在竖直井中，通常只是简单地将仪器随测井缆下到井内。但是，在横向井或高偏离井中，重力往往不足以将仪器下到待测的地层深度。在这些情况下，有时是需要用钻杆推动仪器下井。
但是，因为有电缆，使得用钻杆进行绳索起下测井变得困难。在将仪器下井之前将电缆预先穿线通过所有钻杆，既累赘又危险。因此，已经开发了一些配置系统，例如Schlumberger的困难测井条件系统(TLCS)，使得在将仪器下到井内的所需深度后，可以在仪器与井底电缆之间进行电气连接。在这些系统中，能很容易地用标准钻杆配置该电气仪器。然后在钻杆内将电缆下井并将器连接起来。完成检测后，可以容易地将电缆从测井仪器上拆开，并在收回该测井仪器之前，将之移除。TLCS系统十分有效，在商业上广泛地为人接受。
在TLCS与其他系统时里，该电缆遥距地用井下连接器连接到检测仪器上。该连接器的一个半部分连接在该检测仪器上并在钻杆上下到井内。连接器的另一个半部分连接到电缆的端部，并用在钻杆底部开孔流出而进入井孔的循环流动的钻井泥浆流沿钻杆将该连接器的该另一个半部分泵送下井。该连接器有时亦称为“湿式连接器”，因为其是在挑战电气连接的可靠性的条件下在流动的钻井泥浆中进行连接的。
在这种系统的更复杂野外实地使用中，井液的偶然涌浪会通过靠近钻杆底部的泥浆循环孔进入该钻杆，迫使电缆连接器散开，或更恶劣时，将钻杆朝操作人员爆开。通过相同的循环孔进入的碎屑亦可影响连接器的接合。
本发明的目的在于提供一种井下工具，该工具为用于油井中带有遥距接合的电气连接器的绳索起下钻井工具。
在本发明的一个方面，本发明提供的井下工具构造成用以通过钻杆吊悬在钻井中，其包括一个外套壳、一个讯环活塞、一个偏置元件和一个压力补偿系统。该外套壳确定一个与钻杆内部敞开液体连通的液流腔、一个在液流腔与钻井之间供液体流动通过的旁通口、一个与钻井敞开连通的泥浆腔和一个用密封的交界面将液流腔分隔开的密封腔。该循环活塞将该液流腔与该泥浆腔分隔开，并设置成用以响应液流腔内的压力而在第一位置和第二位置之间运动，该第一位置为旁通口-阻挡位置，而该第二位置为旁通口-暴露位置。偏置元件使循环活塞室偏置到第一位置，而压力补偿系统便限制在液流腔与密封腔之间的压力差，从而限制跨越密封交界面的压力差。
在某些实施例中，该压力补偿系统有一个浮动活塞，该浮动活塞设置在液流腔与密封腔之间，以便转移液流腔与密封腔之间的压力。
在某些实例中，该井下工具在密封腔中有一个导电体并有绝缘液体围绕该导电体灌满在该密封腔中。在某些情况下，绝缘液体可包括硅或其他电绝缘压力油。
在特别有利的实施例中，个交界面包括一个该导电体电气连通的电气接触部。在该实施例中，该压力补偿系统限制跨越该接触部的压力差。在某些设计中，该交界面包括一系列的电接触部。
在某些实施例中，该泥浆腔设置在该液流腔与该密封腔之间。这个工具也包括一个液流腔压力管，该压力管延伸通过该泥浆腔，以将该钻杆内部的压力传递至该浮动活塞；还有一个导电体管，该导电体管延伸通过该浮动活塞与该泥浆腔，用以将导体在密封腔压力下铺设通过该泥浆腔而到该接触部。在某些情况下，该导电体管沿液流腔压力管的内部延伸。
对某些应用而言，该偏置元件包括一个压缩弹簧。
在某些实施例中，该压力补偿系统还具有一个止回阀，该止回阀用以限制密封腔的压力超过液流腔的压力。在某些情况下，该止回阀限制该液流腔与该密封腔之间的压力差，使该压力差少于约每6.895×105。
该井下工具有的某些实施例，更包括一个传感器，该传感器用以测量钻井的特性。
本发明的另一个方面，对井下工具提供改进，该井下工具构造成用以通过该钻杆吊悬在井内。该井下工具包括一个外套壳，该外套壳确定一个与钻杆内部敞开液体连通的液流腔、一个在该液流腔与该钻井之间的液体流动旁通道、和一个灌满电绝缘液体的导电腔。该井下工具还具有一个暴露于该液流腔的密封电气接触部，一个通过该导电腔延伸到电气接触部的导电体。在这个方面，该井下工具的改进包括该外套壳更进一步确定一个泥浆腔，而该井下工具则更进一步包括以下结构a.一个隔开该液流与该泥浆腔的循环活塞，其设置成用以响应液流腔内的压力而在第一位置和第二位置之间运动，该第一位置为旁通口-阻挡位置，而该第二位置为旁通口-暴露位置；b.一个偏置元件，其用以将个循环活塞偏置到第一位置；c.一个压力补偿系统，其用以限制该液流腔与该导电腔之间的压力差，从而限制跨越个密封的电气接触部的压力差。
在本发明的不同方面，上文叙述的特征，可安排成不同的结合形式。
本发明的另一个方面，本发明提供一种方法，个该方法用以在井内执行井下功能。该方法包括以下的步骤
1.提供上文叙述的井下工具；2.将在钻杆上的井下工具下到井内；3.执行井下功能。
在某些实施例中，该方法还包括在完成将井下工具下到井内的步骤后，将一个在电缆上连接工具泵下钻杆以便以在该井下钻杆和钻井地面之间提供一种电气连接的方式机械地耦合到该井下工具。当循环活塞因该钻杆压力推动至第二位置即旁通口-暴露位置时，该连接工具则在通过该井下工具的旁通口循环流动的液体中泵下钻杆内。
在某些设计中，该井下功能包括测量钻井井下井特性。
在某些情况下，该井下功能包括沿钻井移动该井下工具，并在移动工具时，记录钻井井下特性质的测量结果。
本发明通过阻止碎屑和井液的流入该钻杆改进在潮湿的环境下井下连接的可靠性，因而改进了连接器建立良好电气连接的能力，并保持连接直至需要断开该连接为止。如果适当地实施及使用，本发明也可以通过减少非所需的钻井液体爆开钻杆的风险而改进钻井内工具操作的安全性。
图1-5顺序地示出油井测井仪器与遥距接合的电气连接器的应用情况。
图6A-6C示出图1的井下湿式连接器头(下文简称DWCH)的井下一半部分的构造。
图6D为取自沿图6B之6D-6D截线的剖面图。
图7A-7C示出图1中的泵送-下井湿式连接器头(下文简称PWCH)一半部分的电缆的构造。
图7D为取自沿图7B之7D-7D截线的剖面图。
图8示出该PWCH的上端部的另一种设计。
图9示出在钻杆中的抽吸杯的功能。
图9A示出一个安排在仪器下端部的抽吸杯。
图10为该抽吸杯与相关部件的放大及分解图。
图11为图7B中示出的连接器插座组件的放大图。
图12为图11中所示的连接器插座部分组件的分解透视图。
图13为图11中的区域13的放大图。
图14为图7B所示的多插销连接器的放大图。
图15为从图14的方向15-15观看的连接器的端视图。
请先参看图1至5，所示的井下连接系统适用在裸眼井或下套管井12与绳索起下测井仪器10一起使用，在钻井有所偏离和/或待测井的区域(例如，区域14)相当深的时候，特别有用。在这些图中，钻井12具有一个待在区域14中进行测井的水平段16，并从钻井地面用套管18延伸下套直到套管鞋20。
如图1所示，测井仪器10配备以井下湿式连接器头(为行文简洁起见，下文中将之简称为DWCH)22，该DWCH22连接在测井仪器的上端部及钻杆24之间。正如下文将更详细的说明的那样，该DWCH22提供一个井下电气连通的插头部分，用以在测井仪器10与流动记录单位26之间作电气连通。在测井过程的第一个步骤中，该测井仪器10与该DWCH22均下到钻井12中标准钻杆的连接长度处，直至仪器10抵达待测井的钻井段部的上端部为止(例如，区域14的顶部)。用标准的方法将钻杆24下井，由于该钻杆没有打开以让钻液从钻井流入，并到一定间隔距离(例如，每二千至三千尺)以钻液(即是，泥浆)灌满该钻杆。
如图2所示，当仪器10已抵达区域14的顶部时，将一个泵送下井湿式连接器头(PWCH)28在一条从该记录单位26退出的电缆30上下降在钻杆的内镗。该PWCH28有一个连接器插座部分用以与该DWCH的连接器插头部分衔接。一个电缆侧入接头(下文简称CSES)32预先卷绕以电缆30，再连接到钻杆24的上端部，以给电缆提供一个从组成的钻杆的旁通出口；还有一个泥浆盖帽34(例如，钻井装置上部驱动装置或Kelly泥浆循环流动系统)则连接到CSES 32上方，以便将泥浆泵下钻杆镗内。使用标准泥浆泵设备(未示出)进行此项目的。正如下文将要讨论到的那样，在该PWCH上一个特别构造的抽吸杯因为泥浆从钻杆向下流动而协助在该PWCH28建立压力，推动该PWCH下井，并将之锁定在该DWCH32上，从而形成一个电气连通。在该DWCH22中的一个特制的阀(将在下面说明)让泥浆流从钻杆循环流动而进入井孔。
如图3所示，该PWCH 28在钻杆24内泵下，直至它与该DWCH22锁定为止，以便形成一个在测井仪器10与记录单位26之间的电气连通。在这一点上，可以停止泥浆的流动，并从钻杆的顶部取走泥浆盖帽34。当测井仪器降至井底时，可以将测井仪器10可以接通电源以检查其系统功能或进行初步测井。
如图4所示，用标准的钻杆方法，加上所需的钻杆24的附加段部，将测井仪器10，DWCH22及PWCH28降下或推动至井底。在这过程中，CSES32保持连接在钻杆上，为电缆30提供一个旁通出口。在CSES32上方，电缆30伸展在钻杆24的外面，避免需将该电缆30预先穿线通过钻杆的任何部分，但CSES32除外。记录单位操作员与钻杆操作员彼此协调下降程序，使钻杆与电缆同时下降。
在井底，测井仪器的传感器触臂或衬垫器36(如果配备的话)便展开，然后，在记录单位26记录好传感器读数时，将测井仪器拉上到区域14的顶部。正如下降程序一样，记录单位操作员应与钻杆操作员协调，同时升起电缆和钻杆。
参看图5，在完成测井后，关上接通井下的电源，将PWCH28从DWCH22分开，并从井底将之拉上。从钻杆及钻杆其他部分移取CSES32与PWCH28，将包括DWCH与测井仪器在内的设备一一收回。
参看图6A至6C，DWCH22有两个主要子配件，即井下湿式连接器补偿筒(下称DWCC)38与井下湿式连接器锁定组件(下称DWCL)40。DWCC38的下端部41连接到上测井仪器10(参看图1)。
DWCL40是DWCH22的上端部，并具有一个外套壳42，在其下端部连接到DWCC38的车有螺纹的接口44(图6B)。连接到DWCL套壳42内表面的密封的、车有螺纹的紧固件46是一个锁定组件，该锁定组件具有三个悬臂锁定爪48，该锁定爪径向向内并朝DWCC延伸，以便固定PWCH28。两个轴向分开的扶正器50也固定在环绕DWCL套壳42的内面，引领该PWCH的下端部，以便衔接DWCC的连接器插头组件52。
DWCC38包括DWCH的电气和液压部件。它有一个外套壳54，经过车有螺纹接口55连接到下闷头组件56；该闷头组件在其下端部具有内部螺纹57，以便可松开地将DWCH连接到测井仪器。在外套壳54的上端部有一个车有螺纹的接口58以将该外套壳54连接到联接器60。在接口44、55及58处的车有螺纹的开缝套筒62使DWCH套壳部件54、60、42和56能接合起来而无须转动DWCH的任何一个端部。闷头组件56包含一个密封的闷头电气连通器64，其用以将DWCH与测井仪器电气连通。
DWCC38的一个功能是提供暴露的电气接触部(以连接器插头组件52形式提供)，其通过闷头连接器64电气耦合到该测井仪器。通过多条电线电缆66向上延伸穿过一个密封电线腔68达到连接器组件52的各独立接触部102提供这种电气耦合。电缆66通过一个油管71穿过DWCH中心向上延伸。电线腔68用连接器组件52的各独立O-形环接触密封圈70、油管71上的O-形密封圈72、活塞77的O-形密封圈74与76及闷头组件56的O-形密封圈78密封，并灌满电的绝缘液体，例如硅油。通过压力补偿系统保持电线腔68的压力，使之大约相当于在DWCH22的顶部接近该钻杆24(图1)的内部的压力。下文将更详细地说明该压力补偿系统。
一个泥浆泵活塞组件80(图6B)，其包括活塞82、活塞圈84、活塞挡决86、密封件88及滑动摩阻减低器90，该泥浆泵活塞组件由一个泥浆活塞弹簧94向上偏置而抵靠活塞挡块螺帽92。以图中所示该泥浆泵活塞组件的位置，在活塞挡块86抵靠在活塞挡块螺帽92上，该活塞82便可有效地阻塞液体在钻井的环形件96(即钻杆与井孔之间的区域；参看图1)与钻杆内部(即内部区域98)之间流动而通过间隔在围绕DWCH直径的三个侧面出口100。在作业时，该泥浆泵活塞组件80保持在这个出口-阻塞的位置，直至内部区域98的压力足以超过钻井环形件96(作用在抵靠活塞82的上端部)的压力，以便克服弹簧94的偏置预定加载力，并将泥浆泵活塞组件向下移动，压缩弹簧94而暴露该出口100。一旦暴露之后，该出口100可容许泥浆在钻杆内向下正常前向循环流动，并通过该出口100流入钻井内。一旦停止泥浆泵压力，该泥浆活塞弹簧94会迫使泥浆泵活塞组件80返回到其出口-阻塞的位置。在钻杆中没有泥浆泵压力时，通过阻塞DWCL套壳42的出口100，泥浆泵活塞组件80可有效地阻止非所需的入流钻杆而来自钻井的液体。这对避免钻井通过钻杆漏气并在防止泥浆携带来自钻井的碎屑干扰系统的锁定和电气部分的正常功能特别有用。还可帮助防止形成“U形弯曲管”情况的出现，在这个情况下，井液的突然涌入和造成的泥浆在钻杆中的向上流动，会导致该DWCH与PWCH过早分离开。
连接器插头组件52由一系列的包含九个接触环102组成，每个接触环均用两个O-形密封圈70密封，并由绝缘体104分隔开。接触环的这组件的内部及绝缘体承受腔68内的压力，而这组件的外部则暴露于钻干的压力(即是，内部区域98的压力)。为了保持这个连接器组件的结构完整性，以及密封圈70的可靠性，将跨越该连接器组件的压力差(即是，在腔68与区域98之间的压力差)保持在低值，是一件极为重要的事。压力差太大(例如，超过6.895×105帕)可以造成密封圈70失效，或者，在某种极端情况下，可损坏该接连器组件。即使电导性钻井泥浆从密封圈70的轻微漏泄而流入腔68，部分地由于在钻杆与该腔68之间大的压力差，亦可能影响电起系统的可靠性。
该压力补偿系统保持跨越该连接器插头组件的压力差在一个合理值的范围内，并偏移压力差，使得腔68的压力比区域98的压力略高(可高至3.447×105帕至6.895×105帕)。这种在腔68的压力的“过量补偿”使得发生泄漏的各种倾向可造成非导电性的硅油从腔68渗出并进入区域98，而不是使导电的钻井泥浆流入腔68内。一个环绕油管71并形成在油管71与同心地包围该油管71的泥浆柱108之间的环形件106，其将钻井泥浆压力从区域98传递，以便通过孔110作用在活塞77的上侧边部。该泥浆压力通过由O-形密封圈74与76密封的活塞77传递到含油的腔68内。
在装配DWCC时，通过一个例如商标为Lee牌的止回阀CKFA1876015A的单程的灌油止回阀112(图6D)将例如为硅油的电绝缘液体灌满电线腔68。为正确地将油灌满电线腔68，必须先通过一个排泄出口114用真空抽气装置对该电线腔68进行抽气。进行抽气并达到真空后，通过该排泄出口114将硅油回灌入腔68内。经多次重复灌注直至完全灌满该电线腔为止。然后将该真空抽气装置移除，用插塞116密封排泄出口114，再通过止回阀112，将更多油泵入腔68内以伸展补偿弹簧118，直至在活塞77内一个单程的压力限制止回阀119打开，指示出该腔68的压力已经达到所需求超出电线腔98的压力值的水平(该压力值在灌注的过程中，通常是大气压力的值)。当阀119指示出已经达到所需求的压力值时(典型情况，最好在3.447×105帕至6.895×105帕之间)，从单程止回阀112移除灌油管线，任由腔68加压。
在连接器60中的泥浆腔灌注口120容许泥浆环形件106与在活塞77上方的内部容积，在野外实地使用之前，预先灌注满推荐的润滑液体，例如机油。在钻井内使用时，润滑液体通常停留在DWCH中(具体地说，在环形件106与活塞77上方的容积停留)，不会即时为钻井泥浆所置换，因此简化了仪器维修程序。除润滑液体外，建议在所有滑动接触表面上大量使用摩阻减低材料，例如LUBRIPLATETM。
参看图7A至7C，PWCH28包含一个连接器插座组件140，以便在井下衔接DWCH22的连接器插头组件52。当将PWCH下井时，在接合该DWCH之前，一个用电绝缘材料制成的滑闸142偏置向PWCH的下端部。一个方形密封环144密封滑闸142的外径，以保持钻井液体流出PWCH外，直至该滑闸由DWCH的连接器插头组件替换为止。一个锥形的底部钻头端部146协助调校PWCH，以便与该DWCH对接。
当由足够的惯性或泥浆压力载荷推动PWCH进入DWCH时，PWCH的下端部延伸通过DWCH的锁定爪48(图6A)，直至锁定爪接扣在PWCH的一个易卸锁定环148后面为止。一旦由DWCH的锁定爪接合该锁定环148，它将阻碍解除DWCH与PWCH的接合，例如，因为钻杆运动，震荡或形成U形弯曲管造成的DWCH与PWCH接合的解除。锁定环148可从多种具有不同抗最大剪切负荷(例如，7117。2牛顿至17,792.88牛顿，须根据预期的野外实地条件而定)的锁定环中选择，使得在收集资料数据后，通过将展开的电缆拉上，直至锁定环148剪切及释放PWCH，从而可解除PWCH与该DWCH的接合。
PWCH有一个外套壳150，和一个由连接器154与适当的车有螺纹开缝环件156连接的绳帽套壳焊件152。在外套壳150内有一个包括上心杆158和下心杆160的电线心杆子配件。在上心杆的插槽162和孔163(图7D)通过外套壳形成一个在电线心杆子配件内的从钻杆内部到泥浆腔164的流动路径。从连接器插座组件140的讯号电线165铺设在外套壳150与电线心杆之间沿在下心杆的外表面的轴向槽中，穿过上心杆158中的孔166，还穿过电线腔168，并独立地连接到连接器组件170的下销件。
像DWCH一样，PWCH有一个用以平衡跨越滑闸142的压力的压力补偿系统，同时，保持电绝缘液体例如硅油包围电气部件，直到替换该滑闸为止。下心杆160内确定一个油腔172，该油腔由一个有O-形密封圈175的补偿活塞174与泥浆腔164分隔开。活塞174可在下心杆160内自由运动，因而泥浆腔与油腔的压力大致相等。上弹簧176及下弹簧178分别配置在泥浆腔164及油腔172内，并将滑闸142向下偏置。油腔172经过在下心杆160的电线铺设槽和上心杆158的电线孔166与电线腔168液体连通，并通过环绕上心杆用密封件180密封钻杆压力。所以，当滑闸定位于图示位置时，钻杆液体作用在补偿活塞174上端部，该补偿活塞174向油腔172及滑闸174的上端部传递压力，平衔逼迫滑闸上液体压力。位于PWCH的灌油部分的上端部和下端部处的灌油口182和灌油口184可在组装后用以向油腔172及电线腔168灌油。在补偿活塞内的一个减压阀186容许在组装时将油腔加压至比泥浆腔164的压力高至6.895×105帕(即是，在组装时的大气压力)。
PWCH的上端部为电线电缆30提供机械和电气连接(图2)。连接器组件170有九个电绝缘的销件，每个销件有相应的用以电气连接电缆30的独立电线的绝缘软辫线电缆188。一个连接器夹持器189穿过耦合器154暴露端部以便支承该连接器。下文将更详细地讨论连接器组件170的结构。
为在电缆上组装PWCH的上端部，先将绳帽套壳焊件152与开缝电缆密封件190、密封螺帽192和上抽吸杯心杆194与下抽吸杯心杆196一起穿过电缆的端部。将一个标准的、自拉紧的绳盖帽套壳电缆夹持器197放置在围绕电缆的端部位置，以便电缆的端部固定在抵靠内部台肩198的绳帽套壳上。电缆的电线连接到来自连接器组件软辫线电缆188，而绳帽套壳焊件152则连接到带有车有螺纹开缝环件156的耦合器154。绳帽套壳通过油脂孔200泵满以电绝缘的油脂，该油脂可例如为硅油脂。将在下文更详细讨论的抽吸杯202安装在上抽吸杯心杆194与下抽吸杯心杆196之间，用以限制流动通过PWCH周围的钻杆的液体，及建立压力以便沿钻杆驱动PWCH运动，并在井下将PWCH锁定在DWCH上。上抽吸杯心杆194穿过绳帽套壳焊件152，以便就位支持抽吸杯202，拧紧密封螺帽192。
参看图8，所示为PWCH上端部的另一种设计，该PWCH上端部具有两个抽吸杯202a和202b，两者相隔一距离L，用以限制在围绕PWCH的液体流动。当采用例如轻质和低粘滞性的泥浆进行泵送时，这个种设计极为有用。可将一个绳帽套壳延伸件204适当地连接以两个抽吸杯的心杆。也可用两个以上的抽吸杯。
参看图9，抽吸杯202起流动限制作用，并在点A产生一个相应的压力降。因为上游压力(例如，在B点的压力)比下游压力大(例如，在C点的压力)，在抽吸杯形成一股净力，该力将抽吸杯及其附设的仪器推向下游。如图9A所示，一个抽吸杯(例如，抽吸杯202C)可以另一种方式地定位在靠近仪器206底部处，以便将仪器在管或井内下拉。当例如将仪器对中调校以便保护靠近其下游底部的或带有大的钻杆/仪器直径比或小的仪器长度/直径比的延伸部件时，这种设计可能特别有用。抽吸杯外表面与钻杆内表面之间的理想径向间隙△r是多个因数的函数，该因数包括液体粘滞性在内。已经发现每边的径向间隙约为0.127厘米(即直径上的间隙0.254厘米)，适合于最常见的钻井泥浆。
参看图10，抽吸杯202是用弹性材料例如VITON或其他碳氟化合物弹性体用注射模制而成，并在一边有一条直下裂缝210，以便于安装或拆除，无须将览索从仪器上解开。抽吸杯的锥形部分214和216分别密接上抽吸杯心杆194下抽吸杯心杆196的相应的孔，且该锥形部分有相对于抽吸杯的纵向轴锥度约为7度的外表面。锥形部分的长度有助于将抽吸杯保持在套壳孔内。此外，有六个销件217延伸通过在上、下抽吸杯心杆之间的抽吸杯的孔218，以便于使用时保持该抽吸杯。圆环形整平导向装置219模制在抽吸杯的一个表面内，有助于将该抽吸杯剪切成不同的外直径，以便密接不同大小的钻杆管径。也可以用其他弹性材料制成抽吸杯，虽然，制成该抽吸杯的材料以能抵受沿杆壁产生的严峻的磨损并能抵受在井中可能遭遇的多种化学物质的侵袭最为理想。其他有用的非弹性材料是诸如黄铜和铝的软金属，或诸如聚四氟乙烯(TEFLONTM)或乙缩醛均聚物树脂(DELRINTM)的硬塑料。非弹性材料制成的抽吸杯可制成两个重叠件，以便安装在一个预先组装好的仪器上。
参看图11，PWCH的连接器插座组件140有一系列连接器插座接触部220，该连接器插座接触部配置成围绕一条共同轴线222。该接触部间具有一个线性间距d，该间距d与DWCH的连接器插头组件的连接器插头的间距相当(图6A)，其还具有刮子密封件224。该接触部220与刮子密封件224均各支承在相应的绝缘体226内。所包含的该接触部、刮子密封件和绝缘体以层叠方式盛装在外套筒228内，该外套筒位于尾端挡环230与上心杆232之间。
参看图12及图13，每个接触部220用一块导电材料加工，该材料可例如为铍铜，其并具有一个包括八个(最好是六个或以上)延伸的指形件236的套筒部分234。接触部220最好是镀金的。指形件236的形状呈径向向内弯曲状，换句话说，从套筒部分234至远端部237，具有由一个径向向内延伸的第一个部分238和一个径向向外延伸的第二个部分240形成的一个径向最内的部分242，该径向最内的部分的接触部长度dc约为0.38厘米。从一块材料加工的接触部220，在处于如所示的松弛状态下，指形件236没有使之倾向减少其抗疲劳性的残余弯曲应力。
按相对的指形件的接触表面242测量的触部接220的内径d1，比DWCH的连接器插头的接触环102的外直径略小(图6A)，因而在与连接器插头接合时，将指形件236向外推动，以便在接触表面242及插头的接触环102之间提供一种接触压力。每个指形件在其接触表面242退拔至最小的程度处，其在圆周界上的宽度为W。已经发现加工该接触部使接触表面242的长度dc约为指形件总长度df的四分一，而指形件的径向厚度t则约为套筒234内表面与接触表面242之间的径向距离r的百分之七十五，以致造成接触部的构造可能承受重复性的接合。
刮子密封件224最好是用具有弹性性能的碳氟化合物弹性体模制而成，该弹性体可例如为VITONTM。刮子密封件224的内径也略小于连接器插头的接触部的外径，因而在接合时，刮子密封件倾向于刮擦插头接触部表面的碎屑。接触部的内径d1与刮子密封件的的内径d2最好相等。刮子密封件224是用电绝缘材料模制而成的，以便在出现导电液体时，可以减少接触部之间短路的可能性。
接触部220有一个焊接凸片244，加工在套筒部分234的一侧面，该凸片用以电气连接电线246。正如图12所示，当将已接线的接触部220插入绝缘体226内时，电线246铺设通过绝缘体中的一个孔248。绝缘体另外的孔248的调校销250密接在刮子密封件224的外槽252内，以便调校该刮子密封件，使之与该电绝缘体校直。在刮子密封件224上的切口254密接地环绕凸片244。绝缘体226与刮子密封件224分别形成有足够数量的孔248和槽252，以便将来自连接器插座的每个接触部220的电线246铺设在连接器组件的上端部，以便连接到密封组件170(图7B)。
当接触部220插入绝缘体226后，接触指形件的远端部237处于由绝缘体的内唇部258形成的轴向槽256内。当从DWCH解除PWCH时，该内唇部258保护指形件的远端部，使之避免受连接器插头的组装表面所抓获。
参看图14，PWCH的连接器组件170有一个用诸如聚乙基酮(polyethylketone)、聚乙基醚酮(polyethyletherketone)或聚芳基醚酮(polyaryletherketone)的电绝缘材料模制而成的连接器主体280。连接器主体280设计成可抵受高的静压力差，例如在跨越O-形槽281的0-形密封件上该压力差最高可达至1.0343×108帕。该主体还具有贯穿孔282以将连接到导线286的导电销件284压插于其内。(导线286形成图7B所示的软辫线电缆188)。将镀黄金的17-4不锈钢质销件284就位压插，直至其下凸缘288抵靠在连接器主体的埋头孔290底为止。为密封该连接器主体与导线之间的交界面，在腐蚀清除每个电线上的绝缘材料以使密封材料可更好地黏附之后，围绕该电信号连接器主体将导线密封件292就位模制。密封件292必须能抵受连接器组件所能经受的达至最高为1.0343×108帕的高的压力差。已经发现诸如VITONTM与KALREZTM的某些高温度的碳氟化合物弹性体用以造刮子密封件292效果良好。
要在连接主体280的表层294上形成在相邻的销284件之间与该销件和耦合器154之间(图7B)的电弧屏障，分别在上凸缘288和下凸缘298之间环绕每个销件284就位模制独立销件绝缘体296。绝缘体296延伸通过在连接器主体的表层294的表平面约0.305厘米，且最好用诸如VITONTM或KALREZTM的高温的碳氟化合物弹性体模制而成。绝缘体296防止例如因潮湿空气或液体渗入PWCH的电线腔168(图7B)造成沿连接器主体表层294产生电弧。除了保护不需要电弧外，在存储及运输过程中，该绝缘体296还有助于将在连接器主体内部的销件284与导线286之间密封，以将潮湿的水分密封于其外。
参看图15，连接器主体280的外径db约为2.413厘米，以便可密接典型的小的井下仪器的内径(比如低于2.54厘米)。已组装的连接器有一个具有就个销件284的圆环形的阵列，每个销件各有相应的绝缘体296和导线286。
权利要求
1.一种构造成由钻杆吊悬于钻井内的井下工具，其特征在于，其包括一个外套壳，所述外套壳确定一个与所述钻杆内部敞开液体连通的液流腔；一个在所述液流腔和所述钻井之间的旁通口以供液体流通；一个与所述钻井敞开液体连通的泥浆腔；以及一个密封腔，所述密封腔由一个密封交界面将之与所述液流腔分隔开；一个循环活塞，所述循环活塞将所述液流腔和所述泥浆腔分隔开，并设置成用以响应液流腔内的压力而在第一位置和第二位置之间运动，所述第一位置为旁通口-阻挡位置，而所述第二位置为旁通口-暴露位置；一个偏置元件，所述偏置元件用以将所述循环活塞偏置到第一位置；及一个压力补偿系统，所述压力补偿系统用以限制所述液流腔和所述密封腔之间的压力差，从而限制所述密封交界面的压力差。
2.如权利要求1所述井下工具，其特征在于，所述压力补偿系统包括一个浮动活塞，所述浮动活塞设置在所述液流腔和所述密封腔之间，以将压力传递到所述液流腔和所述密封腔之间。
3.如权利要求1所述井下工具，其特征在于，所述井下工具还包括一个放置于密封腔内的电导体，并以绝缘体液体管环绕所述导电体灌满所述密封腔。
4.如权利要求3所述井下工具，其特征在于，所述交界面包括一个与所述电导体电气连接的电气接触部，而所述压力补偿系统则限制跨越所述接触部的压力差。
5.如权利要求4所述井下工具，其特征在于，所述泥浆腔放置于所述液流腔和所述密封腔之间，所述井下工具还包括一个延伸通过所述泥浆腔的液流腔压力管，所述压力管将所述钻杆内的压力传递到所述浮动活塞；及一个通过所述浮动活塞和所述泥浆腔的导电体管，所述导电体腔在所述密封腔的压力下，将所述电导体铺设通过所述泥将腔而连接到接触部。
6.如权利要求1段所述井下工具，其特征在于，所述井下工具还包括一个测量钻井特性的传感器。
7.一种采用如权利要求1所述井下工具在钻井中执行井下功能的方法，其特征在于，所述方法的步骤包括提供所述井下工具；将钻杆上将所述井下工具用下到所述钻井中；及执行所述井下功能。
8.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述方法的步骤还包括在完成将所述井下工具下到所述井内的步骤后，将一个在所述电缆上连接工具泵下所述钻杆以便以在所述井下钻杆和钻井地面之间提供一种电气连接的方式机械地耦合到所述井下工具；当循环活塞因该钻杆压力推动至其第二位置或旁通口-暴露位置时，所述连接工具则在通过所述井下工具的旁通口循环流动的液体中泵下钻杆内。
9.如权利要求8所述方法，其特征在于，所述井下功能包括测量钻井特性。
10.如权利要求8所述方法，其特征在于，所述井下功能还包括将所述井下工具沿所述钻井移动；及在移动所述进行工具的同时，记录钻井井下特性的测量结果。
全文摘要
构造成用钻杆吊悬在钻井内的井下工具,其包括外套壳、循环活塞、偏置元件和压力补偿系统。外套壳确定与钻杆内部敞开液体连通的液流腔,供液体在液流腔与钻井间流动的旁通口,与钻井敞开连通的泥浆腔,及由密封交界面从液流腔隔开的密封腔。循环活塞隔开液流腔与泥浆腔,并安排成响应液流腔压力而在旁通口阻挡位置与曝露位置间运动。偏置元件将循环活塞偏置在阻挡位置,压力补偿系统限制液流腔与密封腔间的压力差,从而限制跨越密封交界面压力差。
文档编号E21B21/10GK1192502SQ9810449
公开日1998年9月9日 申请日期1998年2月19日 优先权日1997年2月19日
发明者W·R·奔森, A·J·沙姆帕, D·A·拉文卡 申请人:施卢默格海外有限公司