专利名称：探测器壳体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的探测器壳体及其制造方法。更具体地说，本发明涉及一种具有不同用途的探测器壳体及其制造方法。
背景技术：
水平方向钻探是一种通常用于形成在地下使用的装置用的井孔的工艺。该工艺涉及钻机、钻柱和钻头。钻柱通常由单独的中空钻杆组成，并在地面上方被连接在钻机和钻头之间。钻机通常能够转动，并纵向推进和推动钻柱，同时，通过所述钻柱同步地泵送流体，钻头通常由接头组件和钻头尖(drill bit)组成。存在包括静态和动态的多种类型的接头组件，每种接头组件通常在一端与钻柱相连，另一端与钻头尖相连。存在多种钻头尖，每种钻头尖与特定类型的接头相连。
所述工艺始于在地面上将钻头安装到一个单个的钻杆上，该钻杆在另一端与钻机相连。钻机转动并将钻杆和钻头推进进入地面。同时，通过钻杆泵送流体，并将流体引导到钻头尖的切削表面，以便有助于对地面材料进行切削。
被泵送的流体具有多种用途。一种主要用途是移走材料，产生钻孔。在这种应用中，流体将由钻头尖产生的切屑沿所述钻孔传送回地面。在大多数设备中，通过随着转动而扰乱土壤构成，钻头尖切削出比钻杆直径大的孔。美国专利US5,799,740和US5,899,283介绍了这种钻头尖的示例。同时，水基流体通过钻柱被泵送，并通过钻头尖与被扰动的土壤充分混合，产生泥浆。泥浆随后沿着最小阻力路径流动，通常是沿着钻柱向回流动，从钻柱进入地面那一点出来。在这种应用中，接头组件是静态的，简单地由较小直径的钻杆螺纹接头通向较大直径的钻头尖，切削出适合传送切削物的较大的孔。
在其它一些应用中，不要求传送切削物，地面是简单紧密的，形成没有任何材料被移走的钻孔。钻头尖上的冲击或锤击负载增加钻探生产率。对于这种类型的应用，除了静态元件之外，接头组件还包括动态元件，通常是气动锤(例如参考美国专利文献US4,858,704)。被泵送到钻柱内的流体是压缩空气，其传送能量，驱动气动锤。流体流动路径包括钻柱、接头组件的静态元件和锤。
在其它应用中，也就是典型的高致密土壤和/或岩石，一个利用井下振动锤的类似设备可以与不同的钻头尖组合使用，产生传送的切削物。所述锤可以是气动锤或水锤。钻头尖被设计成通过从锤接收到的冲击负载，使土壤或岩石破裂。一旦岩层破裂，需要从切削面将切削物传送走。
通过钻柱和钻头尖的转动，随着流体流动帮助传送切削物。所述流体通常是气体，或气体和水基流体或其它悬浮材料的混合物，所述悬浮材料帮助气体传送切削物。在这种类型应用中，使用流体传送能量，驱动锤子传送切削物。流体流动路径包括钻柱、接头组件和钻头尖。
在另一种涉及切削高致密土壤或岩石的设计中，钻头尖适合于转动。这样一种设计包括使用能够将流体能(来自泵送的流体)转换成转动能以便旋转钻头尖的泥浆马达。在这种类型的应用中，接头组件包括动态元件、泥浆马达与上述静态元件。流体通常是水基的，流体流动路径包括钻柱、接头组件和钻头尖。
在所有这些应用中，流体的传送有助于钻头尖的功能有效地发挥和/或切削物的传送，可能要求相对大的流动速率。在所有情况下，流体流动路径都是通过接头。从而，接头的关键特征是流体的传送能力。
水平方向钻探的另一个关键是检测钻头的位置和方位。需要上述信息以适当地控制钻探过程，从而将钻孔适合地定位。通常通过在钻头上安装跟踪电子器件而实现这一目的，所述电子件通常是探测器。探测器随制造商的不同而具有各种尺寸，并具有两种基本类型由电池提供能量的类型和由电线提供能量的类型，所述电线通过钻柱连到地面上的电源上。美国专利US5,633,589介绍了一种由电池提供能量的探测器以及所述探测器在钻头内的安装结构，专利’589的图4显示带有接头组件的钻头，所述接头组件的一端与钻柱相连，另一端与钻头尖相连。该图是主要表示电子仪器组件的示意图。这种布置显示，接头组件被构造成用于保持探测器或传送装置，其通常是圆柱形的，其直径相对于钻杆直径是很显著的。接头组件的静态部分作为探测器壳体是公知的。
美国专利US5,799,740(下文简称为’740)、US5,253,721(下文简称为’721)和US6,260,634(下文简称为’634)介绍了探测器壳体的其它例子。专利’740的图11举例说明典型的探测器壳体的设计。所述壳体的结构用于接受一个探测器、与钻头尖匹配、与钻杆匹配，提供流体通道。机械结构是这样的，即，探测器的空穴偏离中心，尽可能地靠近接头的边缘，由最小材料厚度约束。给流体通道提供最大的横截面面积，也受围绕所述通道的最小材料厚度约束。流体通道的方位靠近探测器壳体的外径。
为了制造典型的探测器壳体通道，探测器壳体由两个元件制成。专利’740的图11所示的圆柱形主要部分包括螺纹部分，所述螺纹部分的内径非常大，足以允许利用正常的钻削制造流体通道。该螺纹比钻杆上用的螺纹大很多。图10所示的第二元件在一端被拧入这些大螺纹，另一端与钻柱上的螺纹啮合。采用这种方式，探测器壳体由多个螺纹连接在一起的元件构成。通过使两个元件在该螺纹连接部分分开，将探测器安装在所述探测器壳体内。由于探测器从探测器壳体的一端被插入，这种类型的探测器壳体被称作端部负载探测器壳体。
专利’634所示的圆柱形探测器壳体也利用两个元件的结构。图2显示类似的用于接受探测器的主要部分，将钻头尖安装在一端上，将第二接头安装在相反端，在主要部分和接头之间不使用螺纹连接，该探测器壳体利用花键连接。美国专利US6,148,935(简称为’935)的图22显示了这样一种接头，该美国专利的内容被结合在本发明内。花键连接的内径使得利用正常钻加工技术，可以钻出流体传送孔。由于探测器壳体包括一个门，所述门覆盖安装在探测器壳体侧面上的探测器空穴，探测器从侧面进入，因而专利’634所示的探测器壳体通常被称作侧负载壳体。
专利’935的图1和专利’721的图3显示了制造单件探测器壳体的困难。在专利’935内，以一个角度钻削流体传送孔，增加了装置的成本和复杂性。在专利’721中，流体传送孔要求4个分开的、相交的钻孔，在流体路径上形成90度角。这种结构导致对流动造成显著的限制。
除了提供流动路径之外，探测器壳体也用于支撑探测器，并对探测器进行定位。美国专利US6,260,634和US6,148,935介绍在探测器壳体和钻头尖之间使用花键连接，这仅可以沿一个转动方向被组装。与探测器的转动方向控制结合，调整探测器和钻头尖之间的方向。这种布置依赖于花键连接，导致可以被用于壳体的钻头尖的种类受到限制，这是由于并不是所有钻头尖都包括这种花键。
特别是当接头组件包括锤和/或准备一个用于带电线的探测器的电线通路时，探测器的其它安装要求包括振动隔离。探测器壳体靠近钻头尖，承受严峻的负载条件。机械刚度和装置特性影响探测器壳体的寿命。利用现有的某些钻探元件的工业标准，对寿命的要求被举例说明。例如，美国石油协会提出了适合于钻探元件的特殊螺纹结构，其提出额外的物理限制，影响探测器壳体的机械结构。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于水平钻探工业的改进的探测器壳体。本发明的另一个方面涉及一种制造上述增强探测器壳体的方法。
图1是一个根据本发明的钻头组件的一个实施例的侧视图，所述钻头组件被安装在第一装置的钻柱上，该装置具有适合于在软岩石钻孔的钻头；图2是一个根据本发明的钻头组件的另一个实施例的侧视图，所述钻头组件被安装在第二装置的钻柱上，该装置具有适合于在土壤中钻孔的钻头尖；图3是一个根据本发明的钻头组件的另一个实施例的侧视图，所述钻头组件被安装在第三装置的钻柱上，该装置具有适合于在硬岩石上钻孔的锤和钻头尖；图4是一个根据本发明的探测器壳体组件的分解视图；图5是一个根据本发明的探测器壳体的端视图；图6是一个沿图5中6-6线所作的探测器壳体的横截面视图；图7A是一个根据本发明的探测器壳体在焊接之前的分解视图；图7B是图7A中探测器壳体的俯视图；图8是一个图6所示探测器门保持销部分的放大的横截面视图；图9是一个根据本发明的探测器安装块的等角图；图10是一个根据本发明的探测器安装装置的横截面视图；图11是一个典型探测器的等角图；图12是另一种根据本发明的探测器安装装置的分解视图；图13是一个根据本发明的测井电缆的测井电缆路径的横截面视图；图14是一个探测器转动朝向控制器的第二实施例的等角图，其包括与探测器上的齿轮啮合的门上的调整片；图15A是一个探测器转动朝向控制器的第三实施例的纵向横截面视图，其包括与栓塞啮合的门上的调整片；图15B是图15A的转动朝向控制部分的放大视图；图16A是一个包括门上的调整片的探测器转动朝向控制器的第四实施例的纵向横截面视图，所述门与和探测器接触的O形环结合；图16B是图16A的转动朝向控制部分的放大视图；图17A是一个包括门上的调整片的探测器转动朝向控制器的第五实施例的纵向横截面视图，所述门与和栓塞接触的O形环结合，所述栓塞与探测器啮合；图17B是一个图17A的转动朝向控制部分的放大视图；图18是一个沿图15B中的18-18线所作的径向横截面视图，代表壳体内的探测器门和栓塞；图19A～19E是显示本发明探测器壳体的另一种制造方法的制造工序的视图。
具体实施例方式
下文参考各个附图介绍本发明的不同方面，其中，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。图中显示和介绍了本发明优选实施例，但是应该理解的是，这些实施例仅示意性代表本发明，本发明并不受这些实施例的限制。
参考附图，图1显示了根据本发明的具有探测器壳体组件50的钻头装配。其中，钻柱10终止于钻头组件14的第一端，并在相反端与能够提供转动和纵向动力的钻床(未示)相连。钻柱10通常由空心管构成，并能传送压力流体。在图1所示的结构中，钻头尖12与钻头组件14的相反端相连。
钻头组件14由后过渡部分16、后接头部分18、前接头部分20以及探测器壳体组件50组成。在这种结构中，后接头部分18被构造成与后过渡部分16匹配，以便利用一个接合件24。美国专利US6,148,935介绍了这种类型结构中所使用的示例性的一个接合件，该专利的内容被结合在本申请中。一个接合件24允许钻柱10与钻头其它部分之间便利地分离，具体地说，后过渡部分16保持被连接到钻柱10上，同时，钻头组件14的保持部分和钻头尖12被拆下。在使用时，当钻出导向孔后，这种结构不需要工具就可拆卸钻头组件部位和钻头尖，并连接一具有类似过渡部分的铰刀。在图1所示实施例中，无需探测器壳体组件50，可以完成倒铰。
图2显示了根据本发明另一实施例的具有探测器壳体组件50的钻头装配。在本说明书中，钻头组件14’不包括图1所示的后过渡部分16，但是包括构造有接合件24’的前过渡部分22和前接头部分20’。该结构允许采用最少的工具拆卸钻头尖12’和前过渡部分22。配备有花键过渡部分的铰刀(未示)可以被连接，所述花键过渡部分可以与过渡部分22上的接合件24’匹配。在图2所示实施例中，在倒铰期间，探测器壳体组件50被左手安装(left installed)。
图3显示了根据本发明另一实施例的具有探测器壳体组件50的钻头装配。这种类型结构中所使用的示例性接合件在美国专利US6,148,935中被披露，所述美国专利的内容被结合在本发明中。钻头组件14”包括后接头部分18”、探测器壳体50、前接头部分20”和锤26。所述锤包括能够支撑钻头尖12”的前轴28。
从上述三个实施例中可以明显看到，具有多种可能的装配，每种装配均影响探测器壳体组件50的结构。上述三个实施例仅是典型示例，还可以具有很多其它结构和实施例。因而，作为很多不同应用和要求的结果，具有多种特定的探测器壳体的结构。希望提供一种万能的探测器壳体，其可以在多种钻头结构中使用，所述多种钻头结构也提供用于改变在安装布置中探测器的最小的流动限制、最大的机械刚度、灵活性，以及在壳体和钻头之间或钻柱之间接收接头的灵活性。此外，可以在倒铰期间使用探测器，具有接收接头的灵活性且可以处理相对大流速的探测器壳体将成为一种改进。
图4显示了根据所介绍原理的探测器壳体组件50内所发现的元件。主要元件是主壳体100。通过拆下探测器门52，可以进入空穴102。探测器门52的一端由调整片58保持，调整片58与主壳体100的槽104(参考图6)结合。探测器门52的另一端由被安装到孔106内的门闩锁销54保持。图6所示的表面120支撑探测器门52。利用被驱动进入通孔108内的保持器销56，门闩锁销54被保持在主壳体100内，如图6和8所示，通孔108与孔106相交。为了拆卸探测器门52，利用诸如锤和冲床的标准工具，轻易地拆卸保持器销56。然后通过在围绕调整片58转动的角运动中提升探测器门52，直到探测器门和保持器销离开探测器空穴为止，门闩锁销54可自由地被拆卸。
探测器60被装配到空穴102内。如图6所示，空穴102的深度是112，如图7B所示，空穴102的宽度是110。探测器60被分别位于两端的安装块64A、64B支撑。如图9所示，安装块64A、64B包括空穴65，相对于探测器60的外径，选择空穴65的内径，以便对探测器60进行定位和支撑。空穴65可以包括用于安装O形环151的槽，以便支撑探测器60，并对其定中心。
安装块64A、64B被支撑在空穴102内。空穴102由主壳体100和探测器门52确定。安装块64A、64B的构造使得它们的宽度111稍微比空穴宽度110小。在所示实施例中，如图10所示，探测器门52包括深度为154的槽，该槽与空穴102配合，保持所述安装块64A、64B。安装块64A、64B的高度113比空穴深度112和槽深度154之和稍小。采用这种方式，所述块被安装，从而，所述块可以自由运动，特别是相对于探测器壳体100和探测器门52纵向滑动，当安装探测器门52时，被牢固地支撑。
安装块64A、64B由有助于适合于支撑所述探测器60的任何材料构成。优选材料是一种类型的塑料，从而，在不导致伤害探测器60的前提下，使空穴65的尺寸可相对紧密地装配探测器60。安装块64A、64B可以被制造的具有几种结构，每种安装块64A、64B具有适合于特定类型探测器的空穴65，并具有相同的外形尺寸(即宽度111和高度113)。采用这种方式，主壳体100保持不变，同时该装置可以接收具有不同直径或结构的探测器60。
空穴102的底面114和探测器门52的底面沿径向轴线支撑安装块64A、64B。它们沿垂直于径向轴线和纵向轴线的轴线被空穴102的侧面118支撑。沿纵向轴线，安装块64A、64B被轴向振动隔离器66支撑，所述隔离器被端面120支撑，由于在所述块中出现的安装间隙，它们是有效的。该装置如图10所示。
轴向振动隔离器66可以由根据动态压缩特性所选择的多种材料构成，从而降低传送到探测器60上的振动负载。在使用主要产生纵向振动的敲击锤的应用中，这非常有效。通过由具有适合压缩特性的材料制造安装块64A、64B，或在安装块64A、64B与表面118和114之间设置无轴向振动隔离器，可以提供其它两条轴线上的隔离。
图9和10显示了隔离器的一种可能实施例。将外O形环152装配到在安装块64A、64B外表面上机加工出的槽内。为了有效地实现振动隔离，在块尺寸111和113与空穴尺寸110和(112+154)之间适当间隙需要被确定。
除了沿纵向轴线被支撑之外，探测器60的纵向轴线与探测器壳体50的纵向轴线对齐。在诸如重力下水道的安装等要求精确控制孔等级的某些应用中，这一点非常有用。通常，传统探测器包括能够测量纵向轴线间距的间距传感器，例如，当探测器壳体水平时，所测量的间距是0。然而，存在固有的制造公差以及安装元件的叠加问题，从而，导致一些角度误差。通过提供一种可以用于补偿探测器固有误差的机械调整，希望改善带探测器的钻探工艺。通常探测器壳体被构造成探测器的纵向轴线与探测器壳体的纵向轴线对齐。然而，探测器在探测器壳体内安装的朝向精度也可以导致不希望的对齐误差。为了纠正这种误差。可以使用图12所示的调整装置171，校正所述对齐。
在使用所述调整装置171时，由图12所示装置171替代块64B。该调整装置包括能够使支撑盖174的中心线相对于底座176的外表面178沿第一方向移动的调整螺钉170。调整螺钉170拧入上底座184并抵靠着下底座176的上表面186，从而如果螺钉170被拧入上底座184内，上底座184将离开下底座176。支撑盖174与上底座184啮合，从而被移动。一旦达到适合的设置，利用螺钉182将上底座184锁定在下底座176上。下底座176将设置在空穴102中并由表面114支撑。
在组装上述元件时，探测器在一端将位于支撑块64内，在另一端位于调整装置171内(例如，支撑盖174内的与支撑块空穴65的尺寸类似的空穴(未示))。该装置然后被插入空穴102内，支撑探测器。探测器壳体组件通常以一个间距水平设置。检查来自探测器的读数。螺钉182和170可以被操作，直到探测器间距读数为正确时为止。一旦正确，隔离器块180被安装在螺钉182和上底座184的顶部。当探测器门52被安装时，该装置被轻微地压缩，确保下底座176相对于探测器壳体100的表面114保持适合地定位。
螺钉172还用于将支撑盖174相对于上底座184定位，以便在其它平面提供调整。
参考图10和13，圆柱形栓塞62、朝向调整片68和螺钉70确定了在所述组件内的探测器转动朝向。安装块64A和64B的横截面是矩形的，并被安装在空穴102内，空穴102的横截面也是矩形的。从而，安装块64A和64B相对于主壳体100被固定。栓塞62是圆柱形的，并被装在安装块64A内的圆柱形空穴65内。探测器60通常是圆柱形的，也被装配到安装块64A的圆柱形空穴65内。
在一个实施例中，如图11所示，探测器60包括有助于确定其转动朝向的窄槽61。一旦将栓塞62、安装块64A和64B、朝向调整片68、探测器60和隔离器66安装到空穴102内，探测器60可以在安装块64A和64B的孔穴65内转动。随着探测器60的转动，栓塞62也相对于安装块64A和64B转动。一旦，探测器60被设置在适合的转动朝向上，螺钉70通过安装块64A被安装到栓塞62内，将栓塞锁定定位，从而，相对于安装块64A和64B、最终相对于主壳体100确定探测器60的转动朝向。该实施例要求在安装块64A和64B上简单地设置用于螺钉通过的通孔。在另一个未示的实施例中，安装块64A可以包括螺纹孔。一组螺钉可以与这些螺纹啮合，然后简单地接触栓塞，但并不延伸进入所述栓塞，从而将栓塞锁定到位。
图14显示了转动地确定探测器方向的另一个实施例。在该实施例中，探测器门52包括向下突出与齿轮156啮合的肋158。齿轮156被固定在探测器60上。在这种结构中，一旦安装了探测器门，探测器60的转动朝向将被设定或锁定。图15A～B、16A～B和17A～B显示了其它的实施例，其中如图15A～B所示，肋与栓塞62啮合；如图16A～B所示，肋与和探测器60接触的O形环153啮合；如图17A～B所示，肋与被安装在栓塞62上的啮合啮合的O形环155啮合。在所有这些实施例中，一旦所述门52被安装，所述肋将保持探测器的转动。
探测器的转动朝向最终需要相对于钻头的方向控制元件被确定。在水平方向钻探工序中，控制钻探方向的能力是钻头尖的一些物理特性的结果，或钻头的一些物理特性的结果。存在多种提供方向控制的设计方案，每种方案具有与不同土壤或装置相关的自己的优点。操作者通常知道如何在地面上操纵装置，能够在转动方向上对装配后的钻头进行定位，从而沿一定的方向进行操纵。例如，操作者希望能够组装钻头，并将钻头设置在转动位置上，以便向上操纵钻头。通常在12:00进行操纵。同样，操作者希望能够在转动位置中定位钻头，以便向右、3:00，向下、6:00，或向左、9:00操纵。
根据本说明书原理在钻头内设定探测器转动方向的方法如下1)除了探测器门52的安装之外，完全由操作者装配钻头，包括钻头尖；2)操作者将钻头定位在任何所希望的转动位置(例如12点)；3)操作者通过探测器信号接收器/解码器检查来自探测器60的信号，通过在空穴102内转动探测器60直到读出正确的朝向为止，修改探测器60的转动朝向，从而确定钻头先前如何被定位；4)利用图14～17所示任一个实施例，操作者随后通过安装块64a安装螺钉70，使螺钉70进入圆柱形栓塞62内，将装置锁定到位，或简单地安装探测器门。
该种方法的一个优点是，其允许探测器相对于探测器壳体非常准确地取向，允许操作者在空穴内改变探测器的位置。该种方法的另一个优点是，允许探测器壳体适用于任何钻头组件。在很多情况下，相对于探测器壳体组件的钻头方向控制元件将由诸如位于探测器壳体组件50上的前接头部分20的转动朝向确定，这种连接很少被改变。在此情况下，当改变钻头尖或探测器时，安装块64A、栓塞62和螺钉70可以被左装配(left assembled)，从而，无需钻头每次工作时确定探测器的朝向。希望一旦装配时，钻头专用于某种类型的装置，无需频繁调整。优点是一种探测器适用于任何类型公知的钻头装置。
除了钻头物理特性中的振动之外，针对探测器振动，具有两种基本类型的探测器，电池提供能量的探测器以及用电线提供能量的探测器。图13显示了本发明的用电线提供能量的探测器。
在图13中，采用任何公知方式将电线从地面通过钻柱到达钻头。这种钻头结构设有电线路径，其允许电线与探测器相连。如图13所示，这种路径通常涉及溢流冒口插塞74、溢流冒口76和螺纹孔150。螺纹孔150从主壳体100的一端突出到空穴102内。当使用由电池提供能量的探测器时，不需要任何物品突出穿过该孔，因而安装塞子72(图4所示)。然而，当使用电线提供能量的探测器时，将塞子72拆下，安装一类似塞子(例如，应力释放插塞74)。
应力释放插塞74包括一空穴，所述空穴的尺寸足够安装溢流冒口76。溢流冒口76是圆柱形的，并包括一与溢流冒口的外圆柱表面的轴线对齐的通孔。所述通孔的尺寸使得从电线探测器突出的电线25被过盈地安装在该通孔内。来自电线探测器的电线25穿过64a或64b上的孔160，然后，通过隔离器60上的孔162，通过主壳体100上的槽164(图7B中也表示出了槽164)。电线25从槽164穿过螺纹孔150。然后溢流冒口76滑过电线，进入溢流冒口插塞74内。
一旦这些元件被组装后，将溢流冒口插塞74装配到螺纹孔150内并拧紧。螺纹孔150包括较大的螺纹部分和较小的通孔部分，从而溢流冒口76可以插入所述螺纹直径内，但是不能穿过所述小通孔部分。随着溢流冒口插塞74被固定，溢流冒口76被压缩，从而限制电线25的运动，对电线进行密封，阻止流体流入空穴102。采用这种方式，探测器壳体组件可以适用于电池供能的探测器或电线供能的探测器。
使探测器壳体适用的另一个因素是在主壳体100的每一端使用螺纹连接。参考图6，主壳体100是一个具有三个部分的单件设计。在每一端，这三个部分可以具有标准API(美国石油学院)螺纹。主壳体100的三个部分是中心部分130、顶端部分132和底端部分134。图7A显示如何将这三个部分组装在一起。
所示实施例的顶端部分132和底端部分134的螺纹连接是阴螺纹连接。可以预料的是，顶端部分132和底端部分134的螺纹连接也可以包括阳螺纹连接。通常，螺纹连接部分优选包括具有主要直径和次要直径的标准API锥形螺纹连接部分。
顶端部分132包括长度由标号141指出的突起140。中心部分130包括深度由143指出的圆柱形空穴142。空穴深度143比突起长度141大，从而出现图6所示的间隙或空隙。所述空隙被用作流体流动通道。底端部分134具有类似特征，也就是包括长度由141’指出的突起140’，中心部分130包括深度由143指出的圆柱形空穴142。突起140无需具有与圆柱形空穴142匹配的结构。突起140的一部分可以用于使所述元件合适地取向，所述部分是随意的。这种结构的一个关键之处是形成由中心部分130上的空穴142所产生的空隙136，其被用作流体流动通道。
如图6所示，通过主壳体100的完整的流体流动路径是从左至右，从可以由钻柱10接收流体的顶端部分132通过图2所示的后接头部分18被传送。流体被传送到所述空隙136内，然后被传送到所钻的孔138内。离开所钻的孔138，所述流体遇到另一个空隙136，并被引导通过底端部分134。利用这种结构，中心部分130中的钻孔138的位置不受顶端部分132或底端部分134的螺纹连接部分的尺寸影响。两个部分具有如图6和7所示的阴螺纹，但是对所选择结构没有限制。螺纹可以具有任何尺寸、可以是阳螺纹或阴螺纹。
这种结构的流体流动优点是钻孔138的尺寸以及流体流入这些孔所需的流动过渡。与普通结构中发现的90度转弯相比，空隙136提供给流体平稳的过渡。所述空隙所提供的平稳过渡减少了流体流动限制。
此外，由于孔的位置不受螺纹部分的物理特性影响，所以钻孔138的尺寸可以轻易和有效地被优化。该结构允许中心部分被构造成使其具有最大的强度，同时，使流动路径最大。
通过制造顶端部分132、中心部分130和底端部分134，构成完整的主壳体100。构造中心部分，从而，提供用于安装探测器的空穴102，同时通过钻孔138和空穴142提供流体流动通道。顶端部分132和底端部分134被构造的具有螺纹连接，并优选通过焊接与中心部分130相连。
主壳体的一种制造方法包括如下步骤1)在壳体部分130上加工孔138；2)在壳体部分130的两端加工穴142；3)除了螺纹连接之外，加工端件134和132；4)在元件132、134和130的外径上留下余量(overstock)，以便于清理加工；5)元件132的滑动端140进入穴142，元件134的滑动端140进入元件130上相反的穴142；6)将这三个元件夹持在一起，保持朝向；7)在元件132、130和134的配合位置上所形成的V形槽内进行焊接操作；8)后续热处理；a)应力释放装置b)整体硬化至Rc28～32’9)后续热处理，机加工下述几何特征a)螺纹端b)外径c)探测器穴和相关几何形状图19A～19E显示了制造探测器壳体的另一种方法。这种方法从单件的棒料开始，在图19A所示的步骤1，加工流体传送孔，在图19B所示的步骤2，采用下述方式堵塞那些流体传送孔，也就是所述栓塞基本上与所述棒料为一体，该工序可以使用几种可选择的方法，所示方法包括将比所述孔大的栓塞压配进入所述孔内。通过将所述栓塞加热到几乎熔化的温度，所述栓塞可以被进一步保持，从而将所述栓塞与棒料焊接在一起。可以使用许多其它技术。在图19C所示步骤3中，加工螺纹，在图19D所示步骤4中，加工环形圆柱形空隙，其外径比上述螺纹的内径大，从而，初始被钻加工的流体传送孔与从所述螺纹向外延伸的所述环形圆柱形空隙流体相通。在图19E所示的步骤5，加工探测器空穴。
本说明书中的实施例可以在很多领域中被使用。例如，探测器壳体被设计的在多种钻探应用中被利用，例如包括泥土钻孔、岩石钻孔、下水道产品安装、倒铰、冲击钻进和其它钻探应用。
在上述教导下，对本发明可以进行许多其它改进和变化。应该理解的是，除了上述限定之外，在所附的权利要求书范围内，可以实施本发明。
权利要求
1.一种探测器壳体包括a)具有第一端和第二端的主体；b)位于所述主体内的流体通道，其在主体的第一端和第二端之间提供流体连通；c)第一端件和第二端件，所述第一端件和第二端件具有流体通道，第一端件被焊接到主体的第一端，第二端件被焊接到主体的第二端，第一端件和第二端件的流体通道与主体内的流体通道相对应，以提供通过所述探测器壳体的连续的流体通道；d)位于所述探测器壳体的主体内的凹入部分，用于径向容纳探测器，所述凹入部分与所述流体通道隔离开。
2.如权利要求1所述探测器壳体，还包括第一空隙和第二空隙，所述第一空隙和第二空隙被限定在焊接后的第一端件和第二端件与主体之间，第一空隙和第二空隙在主体的流动通道与第一端件和第二端件的流动通道之间提供流体连通。
3.如权利要求1所述探测器壳体，还包括封闭主体的凹入部分的壳体门。
4.如权利要求3所述探测器壳体，还包括用于安装探测器的第一和第二安装块，第一和第二安装块的尺寸使其可以被容纳在所述主体的凹入部分内。
5.如权利要求4所述探测器壳体，还包括位于所述凹入部分内并邻近所述第一和第二安装块的隔离器，以便隔绝由探测器承受的纵向力。
6.如权利要求4所述探测器壳体，其特征在于所述安装块还包括至少一个O形环，所述凹入部分和壳体门被构造成与第一和第二安装块的O形环配合，以隔绝探测器所承受的径向力。
7.如权利要求6所述探测器壳体，其特征在于所述安装块包括一个内O形环。
8.如权利要求6所述探测器壳体，其特征在于所述安装块包括一个外O形环。
9.如权利要求6所述探测器壳体，其特征在于所述安装块包括一个内O形环和一个外O形环。
10.如权利要求1所述探测器壳体，其特征在于所述第一端件和第二端件包括突起，所述突起被装配在位于所述主体的第一端和第二端的开口内。
11.如权利要求1所述探测器壳体，在所述主体内还包括多个流体通道，每个流体通道在所述主体的第一端和第二端之间提供流体连通。
12.如权利要求1所述探测器壳体，还包括一个被安装在所述探测器壳体的凹入部分内的探测器，所述探测器具有纵向轴线，其中，被安装的探测器纵向轴线可以相对于探测器壳体的纵向轴线对齐。
13.如权利要求1所述探测器壳体，还包括一个被安装在所述探测器壳体的凹入部分内的探测器，所述被安装的探测器可以被旋转朝向一个所选择的转动位置，所选择的转动位置是多个转动位置中的一个位置。
14.如权利要求13所述探测器壳体，还包括将探测器固定在所选择的转动位置上的锁定设备。
15.如权利要求1所述探测器壳体，其特征在于第一端件和第二端件包括用于将钻探元件与每个端件相连的螺纹连接部分。
16.一种探测器壳体包括a)一种壳体结构，具有从壳体结构的第一端延伸至第二端的流体通道，所述壳体结构还包括i)位于所述壳体结构内用于接收探测器的腔室；ii)位于所述壳体结构的第一和第二端的第一凹入部分和第二凹入部分，所述第一和第二凹入部分具有第一直径b)第一端元件和第二端元件，所述每个端元件包括i)被装配在壳体结构的第一和第二凹入部分之一内的突起；ii)锥形螺纹部分，所述锥形螺纹部分具有主直径和次直径，锥形螺纹部分的次直径比凹入部分的第一直径小。
17.一种探测器壳体包括a)具有相反端的整体壳体，所述每端的构造提供一个将钻探元件与所述壳体相连的连接部分，每端还具有开口，用以在所述壳体的端部和连接的钻探元件之间提供流体连通；b)所述流体通道延伸通过所述整体壳体；c)与各端部开口相邻的第一圆柱形空间和第二圆柱形空间，第一和第二圆柱形空间从所述开口径向向外延伸，从而所述圆柱形空间在壳体的流体通道和端部开口之间提供流体连通；d)位于所述壳体内用于容纳探测器的凹入部分，所述凹入部分与所述流体通道隔离。
全文摘要
一种改进壳体刚性的单件设计的探测器(发送器)壳体(100)。所述壳体包括适用于多种探测器(60)应用的机械可调整安装结构。一种制造整体探测器壳体并最终使探测器电子计时的方法。
文档编号E21B47/01GK1633542SQ03804072
公开日2005年6月29日 申请日期2003年1月14日 优先权日2002年1月14日
发明者托德·迈克尔, 理查德·史密斯, 马克·费西勒 申请人:维米尔制造公司