多通道旋转电连接器的制造方法
【技术领域】
[0001]—般而言，本发明涉及结合地下井来使用的设备和所执行的操作，而在下面描述的一个示例中，更具体地提供一种多通道旋转电连接器。
【背景技术】
[0002]有时，有益的是能够在一个钻井工具的旋转节段和非旋转节段之间或在两个旋转节段之间、或在两个钻井工具之间等传递电信号、功率等。例如，在钻井作业中，传感器和/或致动器可被设置于钻井马达的下方或钻井马达中，并且会期望将传感器的测量值传递到非旋转的随钻测量(MWD)工具以进行地面遥测，或可期望越过钻井马达将指令和/或电功率传输到致动器(例如，用以调节导向工具)。
[0003]因此应理解，在钻井工具的多个相对于彼此旋转的节段之间传递电信号、功率等的领域中，需要进行不断的改进。
【附图说明】
[0004]图1是能够实施本发明的原理的井系统和相关方法的代表性局部剖视图。
[0005]图2是能够实施本发明的原理的钻井工具的放大比例的代表性剖视图。
[0006]图3和图4是能够实施本发明的原理的多通道旋转电连接器的端视图和侧视图。
[0007]图5是沿图3中的线5-5剖开的多通道旋转电连接器的代表性剖视图。
[0008]图6是沿图3中的线6-6剖开的多通道旋转电连接器的代表性剖视图。
[0009]图7是沿图3中的线7-7剖开的多通道旋转电连接器的进一步放大比例的代表性剖视图。
[0010]图8和图9是可被用于多通道旋转电连接器的触头构造的代表性剖视图。
[0011]图10是多通道旋转电连接器的其他构造的剖视图。
[0012]详细说明
[0013]图1中代表性地示出的是能够实施本发明的原理的系统10和相关方法。然而，应清楚地理解，系统10和方法仅仅是本发明的原理在实践中应用的一个示例，还可以有多种多样的其他示例。因此，本发明的范围完全不限于本文所描述的和/或附图所示出的系统10和方法的细节。
[0014]在图1的示例中，钻柱12用于将井眼14钻入地面。为此，钻柱12包括钻头16。钻头16由钻井马达18来旋转，钻井马达18例如可为单螺杆型(Moineau-type) “泥楽”马达、钻孔祸轮机等等。
[0015]钻井工具20用于为钻头16导向，以便沿预定方向(例如，以预定方位角、倾角等)钻出井眼14。一轴(图1中不可见，参见图2)连接到钻头16，该轴由钻井马达18来旋转，并由工具20偏转，以使得钻头沿预定方向钻出井眼。
[0016]在该示例中，工具20包括旋转节段和非旋转节段(例如，旋转轴和非旋转外壳)两者。期望的是在工具20的旋转节段和非旋转节段之间传递电信号(例如，数据、指令、功率等)。例如，传感器数据可被传递到用于针对远程位置进行处理和遥测的随钻测量(MWD)和遥测工具22 (例如，在地面、海底位置、浮动钻井平台等的数据采集系统)；和/或电功率可被供应到工具20的一个或多个致动器以便使工具中的轴偏转。
[0017]为此，工具20包括多通道旋转电连接器24。然而，应清楚地理解，连接器24并非必须被用在为钻头16导向的钻井工具20中，或任何特定类型的电信号并非必须在一个或多个钻井工具的任何特定的旋转节段或非旋转节段之间被传递。
[0018]多通道例如可被期望用以使电功率、数据和指令通道分开。多通道的另一用途是可用以提供冗余度。
[0019]本发明的范围完全不限于钻井工具在钻柱中的特定设置，且完全不限于在钻井作业中的用途。系统10、钻柱12和工具20仅为对本文描述的原理的多种不同用途的一个示例。
[0020]钻井工具的多个节段之间的相对旋转可以是间歇性的、周期性的、连续性的，等等。当钻井工具的多个节段之间没有相对旋转时，多通道旋转连接器24还能够用于在钻井工具的多个节段之间传输电信号(功率、数据、指令等)。
[0021]现在额外地参照图2，其代表性地示出了工具20的纵剖面的放大比例的剖视图。该示例中的工具20在大多数方面类似于由美国德克萨斯州休斯顿的哈里伯顿能源服务公司推向市场的GEO-PILOT?旋转式可导向工具，但是其他类型的钻井工具(例如，图1所示出的钻井马达18或轴承封装件26、定向工具等)也能够与本发明的原理结合。
[0022]在图2的示例中，轴28由钻井马达18驱动。外壳30相对于井眼14的旋转运动通过可向外延伸的夹持参考组件32而被限制。
[0023]虽然轴28、外壳30和参考组件32各自在图2中仅被示出一个，但是可设置任何数量的这些元件，且这些元件的任何一个均可由多个部件的组合来形成。因此，本发明的范围不限于如附图所示出的或本说明书所描述的钻井工具20的元件的任何特定的数目、布置或构造。
[0024]流道46穿过轴28纵向地延伸。在典型的钻井作业中，钻井液通过工具20中的流道46向下流动。
[0025]轴28包括管道或通路34，用于从旋转电连接器24向上进行布线(例如，电线或其他导体)。连接器24提供了一种将旋转轴28上的通路34中的电线64电连接到非旋转外壳30中的电线66的方式。
[0026]然而，外壳30并非一定是旋转的，或轴28并非一定是旋转的。在其他示例中，夕卜部元件能够相对于内部元件旋转，或一个元件相对于另一元件可以不是“内部”或“外部”的(例如，这些元件可以尺寸相同且被同轴对齐，等等)。因此，本发明的范围不限于附图所示出的或本说明书所描述的连接器24的任何特定的细节。
[0027]图2的示例中的连接器24联接到压力补偿器36。连接器24和压力补偿器36的详细视图分别在图3和图4中示出。在其他示例中，连接器24可联接到其他类型的装置，或连接器可与其他装置分开而被使用。
[0028]在图3和图4中，可以看到夹具38。夹具38用于将连接器24的节段40固定到轴28，使得该节段随轴旋转。连接器24的另一节段42相对于外壳30固定，且不旋转。节段42包括用于从连接器24向下布线66 (例如，电线或其他导体)的管道或通路44。
[0029]节段40、42可分别通过任何方式，包括但不限于粘合、墩粗(upset)、紧固件等方式，被固定到轴28和壳体30。
[0030]连接器24和补偿器36的剖视图在图5和图6中被代表性地示出。压力补偿器36对润滑油池(连接器24被容纳在润滑油池中)中的压力变化进行补偿。该油池对连接器24的接触面进行润滑，且有助于节段40、42之间的相对旋转。
[0031]连接器24的放大比例的剖视图在图7中被代表性地示出。在图7中可清楚地看出，一系列环形且径向间隔开的电触头48与另一系列环形且径向间隔开的电触头50电性接触。触头48相对于非旋转节段42固定(例如，被固定在绝缘体52中)，触头50相对于旋转节段40固定(例如，被固定在绝缘体54中)。以此，触头50相对于触头48旋转。
[0032]为了延长使用寿命，该示例中的触头48、50优选地受到渗碳处理。绝缘体52、54优选地包括聚醚醚酮(PEEK)材料。然而，本发明的范围不限于任何特定的用于触头48、50或绝缘体52、54的材料。
[0033]触头48通过波形弹簧56而被偏置成接触触头50。波形弹簧56理想地阻止触头48的与触头50脱离接触的轴向位移，并且还传导触头48和通路44中的电线之间的电信号。弹簧56理想地阻止例如因钻井工具20在钻井作业期间所造成的振动或冲击而导致的电接触损失。然而，本发明的范围不限于任何特定类型的偏置装置的使用，或不限于任何特定类型的也传导电信号的偏置装置的使用。
[0034]在图7的示例中，触头48、50具有互补形的倾斜面58、60，这些倾斜面彼此电性接触。倾斜面58、60在形状上为截头圆锥形。
[0035]这类倾斜面的一个优点是它们起到使触头48、50相对于彼此对中、使得相应各组的触头维持彼此同轴的作用。倾斜面58、60的另一优点是即使连接器24变得扭曲(例如，由于外壳30的弯曲、轴28的弯曲等)，这些倾斜面也将趋于保持彼此接触。
[0036]