專利名稱：電氣連接器插頭銷件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣連接器插頭銷件，具體地說(shuō)，涉及適用于在油井工具中應(yīng)用的這類連接器。
一旦鉆開(kāi)油井之后，通常是用電氣儀器來(lái)記錄油井的各特定部分。有時(shí)稱這些儀器為“繩索起下”儀表，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)它們配置的電線或電纜而與鉆井地面的測(cè)井單元通訊連通。在豎直井中，通常只是簡(jiǎn)單地將儀器隨測(cè)井纜下到井內(nèi)。但是，在橫向井或高偏離井中，重力往往不足以將儀器下到待測(cè)的地層深度。在這些情況下，有時(shí)是需要用鉆桿推動(dòng)儀器下井。
但是，因?yàn)橛须娎|，使得用鉆桿進(jìn)行繩索起下測(cè)井變得困難。在將儀器下井之前將電纜預(yù)先穿線通過(guò)所有鉆桿，既累贅又危險(xiǎn)。因此，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一些配置系統(tǒng)，例如Schlumberger的困難測(cè)井條件系統(tǒng)(TLCS)，使得在將儀器下到井內(nèi)的所需深度后，可以在儀器與井底電纜之間進(jìn)行電氣連接。在這些系統(tǒng)中，能很容易地用標(biāo)準(zhǔn)鉆桿配置該電氣儀器。然后在鉆桿內(nèi)將電纜下井并將器連接起來(lái)。完成檢測(cè)后，可以容易地將電纜從測(cè)井儀器上拆開(kāi)，并在收回該測(cè)井儀器之前，將之移除。TLCS系統(tǒng)十分有效，在商業(yè)上廣泛地為人接受。
在TLCS與其他系統(tǒng)時(shí)里，該電纜遙距地用井下連接器連接到檢測(cè)儀器上。該連接器的一個(gè)半部分連接在該檢測(cè)儀器上并在鉆桿上下到井內(nèi)。連接器的另一個(gè)半部分連接到電纜的端部，并用在鉆桿底部開(kāi)孔流出而進(jìn)入井孔的循環(huán)流動(dòng)的鉆井泥漿流沿鉆桿將該連接器的該另一個(gè)半部分泵送下井。該連接器有時(shí)亦稱為“濕式連接器”，因?yàn)槠涫窃谔魬?zhàn)電氣連接的可靠性的條件下在流動(dòng)的鉆井泥漿中進(jìn)行連接的。
用在此類鉆井工具的內(nèi)部連接器，例如用以從該工具將內(nèi)部導(dǎo)線連接到濕式連接器，其必須能承受艱難的野外實(shí)地條件。最好的工具密封技術(shù)有時(shí)也可能無(wú)法防止導(dǎo)電的井液滲入內(nèi)部連接區(qū)域。在某些應(yīng)用中，跨越連接器的極大的壓力差(例如，有時(shí)可高達(dá)1.0343×102兆帕)可能傾向迫使液體沿不同連接器部件之間的交界面或甚至內(nèi)部電導(dǎo)體絕緣體的交界面之間遷移。井下溫度也可能達(dá)到極端程度，使某些商品連接器所用的通用密封和連接器材料無(wú)法使用。內(nèi)連接器必須緊密地密封并適當(dāng)構(gòu)造，以便保護(hù)已知和未預(yù)見(jiàn)的井下環(huán)境和狀況。
此外，井下工具必須設(shè)計(jì)成可適配下到小直徑的鉆井，有時(shí)該鉆井直徑可能只有10.16厘米或更小。這種尺寸限制也對(duì)該內(nèi)部連接器也起一樣的作用，該內(nèi)部連接器有時(shí)則必須適配下到井孔直徑僅為約2.54厘米或更小些。在此包裝尺寸之內(nèi)，該內(nèi)部連接器必須根據(jù)其使用情況提供達(dá)至八個(gè)或更多的導(dǎo)電體的獨(dú)立絕緣的連接，以便能從工具向鉆井地面提供電能和訊號(hào)。因?yàn)榇祟愡B接器是典型地安裝在載荷元件內(nèi)(因此最好是用鋼或其他金屬制造)，在緊密地間隔的連接器鎖件與如此靠近的金屬表面之間是可能出現(xiàn)短路現(xiàn)象的。
此類內(nèi)部連接器必須容易組裝，有時(shí)，如果需要檢查故障或修理時(shí)，必須容易在野外實(shí)地組裝。此外，多鎖件連接器最好有迅速插接-斷開(kāi)再組合的特性，以便能克服未預(yù)見(jiàn)到的野外實(shí)地問(wèn)題，例如該電纜內(nèi)電導(dǎo)體發(fā)生的內(nèi)部故障。要符合這些要求，必須使該井下工具的分開(kāi)的電線可獨(dú)立地連接到內(nèi)部連接器。這種獨(dú)立地連接的要求排除使用單一的多銷件連接器插座。相反，此類井下工具通常在每個(gè)井下工具電線上構(gòu)造成帶有獨(dú)立的銷件插座，以便與內(nèi)部連接器的銷件連接。這種構(gòu)造，在使組裝和再組合容易的同時(shí)，還提供密封和阻止短路的額外的任務(wù)，而這種密封和阻止短路任務(wù)通常在單一銷連接器插座較為容易解決。
本發(fā)明的目的在于提供一種電氣連接器插頭銷件。
本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供的一種連接器插頭適用于接合一個(gè)連接器插座，以便形成一種電氣連接。該接連器插頭有一個(gè)絕緣主體、一個(gè)固定在該主體上的導(dǎo)電銷件，該導(dǎo)電銷件延伸通過(guò)該主體的一個(gè)表面，以便與連接器插座電氣接觸，一個(gè)設(shè)置在環(huán)繞該銷件并延伸通過(guò)該主體的圓柱形銷件絕緣體、一條與該銷件電氣連通的電線，該電線從該連接器(該電線在其電線導(dǎo)體周圍有一個(gè)電線套)延伸，及一個(gè)在圍繞該電線套處就位形成的電線密封，該電線密封設(shè)置成可密封在該電線與該主體之間的區(qū)域。
在某些實(shí)施例中，該鎖件具有兩個(gè)凸緣和在兩個(gè)凸緣之間配置的一個(gè)銷件絕緣體。
在某些優(yōu)先的設(shè)計(jì)中，該連接器插頭絕緣至少三條電線，三個(gè)相應(yīng)的銷件和三個(gè)相應(yīng)的銷件絕緣體。對(duì)于某些應(yīng)用而言，該連接器插頭至少具有八條電線，八個(gè)相應(yīng)的銷件和八個(gè)相應(yīng)的銷件絕緣體。
在某些情況下，該電線密封包含單一元件，用以就位密封圍繞所有的電線。
該銷件絕緣體最好從該主體表面延伸至少0.127厘米，以延伸至少0.254厘米為佳。
在某些實(shí)施例中，該銷件絕緣體由一種彈性材料制成。在某些情況下，該銷件絕緣體由一種碳氟化合物彈性體制成。
在某些實(shí)施例中，該電線密封由一種彈性材料制成。在某些情況下，該電線密封由一種碳氟化合物彈性體制成。
該主體最好包括一種從包括聚乙基酮(polyethylketone)、聚乙基醚酮(polyethyletherketone)或聚芳基醚酮(polyaryletherketone)的一組材料中選擇的材料制成，尤以由聚乙基酮制成為最佳。
在某些實(shí)施例中，該主體確定一個(gè)用以保持O-形密封件的圓周界槽。該連接器插頭最好構(gòu)造成能在跨越該O-形密封件承受至少為68.95兆帕的靜壓力差(尤以能承受至少1.0343×102兆帕為最佳)而不遭受結(jié)構(gòu)上的損壞。
該連接器插頭最好構(gòu)造成能通過(guò)一個(gè)直徑為2.54厘米的圓形開(kāi)口。
上文敘述特征根據(jù)需要可以結(jié)合在不同的實(shí)施例中，以滿足給定應(yīng)用的要求。
本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種在電纜的端部上繩索起下測(cè)井工具，其用以在鉆井中進(jìn)行井下測(cè)井，其包括一個(gè)用以測(cè)量鉆井的井下特性的傳感器，其具有一個(gè)連接器插座和與該連接器插座接合的上文敘述的連接器插頭，以便將該傳感器連接到該電纜。
本發(fā)明的該連接器插頭的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)能對(duì)一個(gè)或更多的導(dǎo)電體提供可靠的密封和電絕緣的連接，即使在油井下使用時(shí)的典型惡劣情況下也能提供可靠的密封與電絕緣的連接。


圖1-5順序地示出油井測(cè)井儀器與遙距接合的電氣連接器的應(yīng)用情況。
圖6A-6C示出圖1的井下濕式連接器頭(下文簡(jiǎn)稱DWCH)的井下一半部分的構(gòu)造。
圖6D為取自沿圖6B之6D-6D截線的剖面圖。
圖7A-7C示出圖1中的泵送-下井濕式連接器頭(下文簡(jiǎn)稱PWCH)一半部分的電纜的構(gòu)造。
圖7D為取自沿圖7B之7D-7D截線的剖面圖。
圖8示出該P(yáng)WCH的上端部的另一種設(shè)計(jì)。
圖9示出在鉆桿中的抽吸杯的功能。
圖9A示出一個(gè)安排在儀器下端部的抽吸杯。
圖10為該抽吸杯與相關(guān)部件的放大及分解圖。
圖11為圖7B中示出的連接器插座組件的放大圖。
圖12為圖11中所示的連接器插座部分組件的分解透視圖。
圖13為圖11中的區(qū)域13的放大圖。
圖14為圖7B所示的多插銷連接器的放大圖。
圖15為從圖14的方向15-15觀看的連接器的端視圖。
請(qǐng)先參看圖1至5，所示的井下連接系統(tǒng)適用在裸眼井或下套管井12與繩索起下測(cè)井儀器10一起使用，在鉆井有所偏離和/或待測(cè)井的區(qū)域(例如，區(qū)域14)相當(dāng)深的時(shí)候，特別有用。在這些圖中，鉆井12具有一個(gè)待在區(qū)域14中進(jìn)行測(cè)井的水平段16，并從鉆井地面用套管18延伸下套直到套管鞋20。
如圖1所示，測(cè)井儀器10配備以井下濕式連接器頭(為行文簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，下文中將之簡(jiǎn)稱為DWCH)22，該DWCH22連接在測(cè)井儀器的上端部及鉆桿24之間。正如下文將更詳細(xì)的說(shuō)明的那樣，該DWCH22提供一個(gè)井下電氣連通的插頭部分，用以在測(cè)井儀器10與流動(dòng)記錄單位26之間作電氣連通。在測(cè)井過(guò)程的第一個(gè)步驟中，該測(cè)井儀器10與該DWCH22均下到鉆井12中標(biāo)準(zhǔn)鉆桿的連接長(zhǎng)度處，直至儀器10抵達(dá)待測(cè)井的鉆井段部的上端部為止(例如，區(qū)域14的頂部)。用標(biāo)準(zhǔn)的方法將鉆桿24下井，由于該鉆桿沒(méi)有打開(kāi)以讓鉆液從鉆井流入，并到一定間隔距離(例如，每二千至三千尺)以鉆液(即是，泥漿)灌滿該鉆桿。
如圖2所示，當(dāng)儀器10已抵達(dá)區(qū)域14的頂部時(shí)，將一個(gè)泵送下井濕式連接器頭(PWCH)28在一條從該記錄單位26退出的電纜30上下降在鉆桿的內(nèi)鏜。該P(yáng)WCH28有一個(gè)連接器插座部分用以與該DWCH的連接器插頭部分銜接。一個(gè)電纜側(cè)入接頭(下文簡(jiǎn)稱CSES)32預(yù)先卷繞以電纜30，再連接到鉆桿24的上端部，以給電纜提供一個(gè)從組成的鉆桿的旁通出口；還有一個(gè)泥漿蓋帽34(例如，鉆井裝置上部驅(qū)動(dòng)裝置或Kelly泥漿循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng))則連接到CSES 32上方，以便將泥漿泵下鉆桿鏜內(nèi)。使用標(biāo)準(zhǔn)泥漿泵設(shè)備(未示出)進(jìn)行此項(xiàng)目的。正如下文將要討論到的那樣，在該P(yáng)WCH上一個(gè)特別構(gòu)造的抽吸杯因?yàn)槟酀{從鉆桿向下流動(dòng)而協(xié)助在該P(yáng)WCH 28建立壓力，推動(dòng)該P(yáng)WCH下井，并將之鎖定在該DWCH 32上，從而形成一個(gè)電氣連通。在該DWCH22中的一個(gè)特制的閥(將在下面說(shuō)明)讓泥漿流從鉆桿循環(huán)流動(dòng)而進(jìn)入井孔。
如圖3所示，該P(yáng)WCH28在鉆桿24內(nèi)泵下，直至它與該DWCH22鎖定為止，以便形成一個(gè)在測(cè)井儀器10與記錄單位26之間的電氣連通。在這一點(diǎn)上，可以停止泥漿的流動(dòng)，并從鉆桿的頂部取走泥漿蓋帽34。當(dāng)測(cè)井儀器降至井底時(shí)，可以將測(cè)井儀器10可以接通電源以檢查其系統(tǒng)功能或進(jìn)行初步測(cè)井。
如圖4所示，用標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿方法，加上所需的鉆桿24的附加段部，將測(cè)井儀器10，DWCH22及PWCH28降下或推動(dòng)至井底。在這過(guò)程中，CSES32保持連接在鉆桿上，為電纜30提供一個(gè)旁通出口。在CSES32上方，電纜30伸展在鉆桿24的外面，避免需將該電纜30預(yù)先穿線通過(guò)鉆桿的任何部分，但CSES32除外。記錄單位操作員與鉆桿操作員彼此協(xié)調(diào)下降程序，使鉆桿與電纜同時(shí)下降。
在井底，測(cè)井儀器的傳感器觸臂或襯墊器36(如果配備的話)便展開(kāi)，然后，在記錄單位26記錄好傳感器讀數(shù)時(shí)，將測(cè)井儀器拉上到區(qū)域14的頂部。正如下降程序一樣，記錄單位操作員應(yīng)與鉆桿操作員協(xié)調(diào)，同時(shí)升起電纜和鉆桿。
參看圖5，在完成測(cè)井后，關(guān)上接通井下的電源，將PWCH28從DWCH22分開(kāi)，并從井底將之拉上。從鉆桿及鉆桿其他部分移取CSES32與PWCH28，將包括DWCH與測(cè)井儀器在內(nèi)的設(shè)備一一收回。
參看圖6A至6C，DWCH22有兩個(gè)主要子配件，即井下濕式連接器補(bǔ)償筒(下稱DWCC)38與井下濕式連接器鎖定組件(下稱DWCL)40。DWCC38的下端部41連接到上測(cè)井儀器10(參看圖1)。
DWCL40是DWCH22的上端部，并具有一個(gè)外套殼42，在其下端部連接到DWCC38的車有螺紋的接口44(圖6B)。連接到DWCL套殼42內(nèi)表面的密封的、車有螺紋的緊固件46是一個(gè)鎖定組件，該鎖定組件具有三個(gè)懸臂鎖定爪48，該鎖定爪徑向向內(nèi)并朝DWCC延伸，以便固定PWCH28。兩個(gè)軸向分開(kāi)的扶正器50也固定在環(huán)繞DWCL套殼42的內(nèi)面，引領(lǐng)該P(yáng)WCH的下端部，以便銜接DWCC的連接器插頭組件52。
DWCC38包括DWCH的電氣和液壓部件。它有一個(gè)外套殼54，經(jīng)過(guò)車有螺紋接口55連接到下悶頭組件56；該悶頭組件在其下端部具有內(nèi)部螺紋57，以便可松開(kāi)地將DWCH連接到測(cè)井儀器。在外套殼54的上端部有一個(gè)車有螺紋的接口58以將該外套殼54連接到聯(lián)接器60。在接口44、55及58處的車有螺紋的開(kāi)縫套筒62使DWCH套殼部件54、60、42和56能接合起來(lái)而無(wú)須轉(zhuǎn)動(dòng)DWCH的任何一個(gè)端部。悶頭組件56包含一個(gè)密封的悶頭電氣連通器64，其用以將DWCH與測(cè)井儀器電氣連通。
DWCC38的一個(gè)功能是提供暴露的電氣接觸部(以連接器插頭組件52形式提供)，其通過(guò)悶頭連接器64電氣耦合到該測(cè)井儀器。通過(guò)多條電線電纜66向上延伸穿過(guò)一個(gè)密封電線腔68達(dá)到連接器組件52的各獨(dú)立接觸部102提供這種電氣耦合。電纜66通過(guò)一個(gè)油管71穿過(guò)DWCH中心向上延伸。電線腔68用連接器組件52的各獨(dú)立O-形環(huán)接觸密封圈70、油管71上的O-形密封圈72、活塞77的O-形密封圈74與76及悶頭組件56的O-形密封圈78密封，并灌滿電的絕緣液體，例如硅油。通過(guò)壓力補(bǔ)償系統(tǒng)保持電線腔68的壓力，使之大約相當(dāng)于在DWCH22的頂部接近該鉆桿24(圖1)的內(nèi)部的壓力。下文將更詳細(xì)地說(shuō)明該壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。
一個(gè)泥漿泵活塞組件80(圖6B)，其包括活塞82、活塞圈84、活塞擋塊86、密封件88及滑動(dòng)摩阻減低器90，該泥漿泵活塞組件由一個(gè)泥漿活塞彈簧94向上偏置而抵靠活塞擋塊螺帽92。以圖中所示該泥漿泵活塞組件的位置，在活塞擋塊86抵靠在活塞擋塊螺帽92上，該活塞82便可有效地阻塞液體在鉆井的環(huán)形件96(即鉆桿與井孔之間的區(qū)域；參看圖1)與鉆桿內(nèi)部(即內(nèi)部區(qū)域98)之間流動(dòng)而通過(guò)間隔在圍繞DWCH直徑的三個(gè)側(cè)面出口100。在作業(yè)時(shí)，該泥漿泵活塞組件80保持在這個(gè)出口-阻塞的位置，直至內(nèi)部區(qū)域98的壓力足以超過(guò)鉆井環(huán)形件96(作用在抵靠活塞82的上端部)的壓力，以便克服彈簧94的偏置預(yù)定加載力，并將泥漿泵活塞組件向下移動(dòng)，壓縮彈簧94而暴露該出口100。一旦暴露之后，該出口100可容許泥漿在鉆桿內(nèi)向下正常前向循環(huán)流動(dòng)，并通過(guò)該出口100流入鉆井內(nèi)。一旦停止泥漿泵壓力，該泥漿活塞彈簧94會(huì)迫使泥漿泵活塞組件80返回到其出口-阻塞的位置。在鉆桿中沒(méi)有泥漿泵壓力時(shí)，通過(guò)阻塞DWCL套殼42的出口100，泥漿泵活塞組件80可有效地阻止非所需的入流鉆桿而來(lái)自鉆井的液體。這對(duì)避免鉆井通過(guò)鉆桿漏氣并在防止泥漿攜帶來(lái)自鉆井的碎屑干擾系統(tǒng)的鎖定和電氣部分的正常功能特別有用。還可幫助防止形成“U形彎曲管”情況的出現(xiàn)，在這個(gè)情況下，井液的突然涌入和造成的泥漿在鉆桿中的向上流動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致該DWCH與PWCH過(guò)早分離開(kāi)。
連接器插頭組件52由一系列的包含九個(gè)接觸環(huán)102組成，每個(gè)接觸環(huán)均用兩個(gè)O-形密封圈70密封，并由絕緣體104分隔開(kāi)。接觸環(huán)的這組件的內(nèi)部及絕緣體承受腔68內(nèi)的壓力，而這組件的外部則暴露于鉆干的壓力(即是，內(nèi)部區(qū)域98的壓力)。為了保持這個(gè)連接器組件的結(jié)構(gòu)完整性，以及密封圈70的可靠性，將跨越該連接器組件的壓力差(即是，在腔68與區(qū)域98之間的壓力差)保持在低值，是一件極為重要的事。壓力差太大(例如，超過(guò)6.895×105帕)可以造成密封圈70失效，或者，在某種極端情況下，可損壞該接連器組件。即使電導(dǎo)性鉆井泥漿從密封圈70的輕微漏泄而流入腔68，部分地由于在鉆桿與該腔68之間大的壓力差，亦可能影響電起系統(tǒng)的可靠性。
該壓力補(bǔ)償系統(tǒng)保持跨越該連接器插頭組件的壓力差在一個(gè)合理值的范圍內(nèi)，并偏移壓力差，使得腔68的壓力比區(qū)域98的壓力略高(可高至3.447×105帕至6.895×105帕)。這種在腔68的壓力的“過(guò)量補(bǔ)償”使得發(fā)生泄漏的各種傾向可造成非導(dǎo)電性的硅油從腔68滲出并進(jìn)入?yún)^(qū)域98，而不是使導(dǎo)電的鉆井泥漿流入腔68內(nèi)。一個(gè)環(huán)繞油管71并形成在油管71與同心地包圍該油管71的泥漿柱108之間的環(huán)形件106，其將鉆井泥漿壓力從區(qū)域98傳遞，以便通過(guò)孔110作用在活塞77的上側(cè)邊部。該泥漿壓力通過(guò)由O-形密封圈74與76密封的活塞77傳遞到含油的腔68內(nèi)。
在裝配DWCC時(shí)，通過(guò)一個(gè)例如商標(biāo)為L(zhǎng)ee牌的止回閥CKFA1876015A的單程的灌油止回閥112(圖6D)將例如為硅油的電絕緣液體灌滿電線腔68。為正確地將油灌滿電線腔68，必須先通過(guò)一個(gè)排泄出口114用真空抽氣裝置對(duì)該電線腔68進(jìn)行抽氣。進(jìn)行抽氣并達(dá)到真空后，通過(guò)該排泄出口114將硅油回灌入腔68內(nèi)。經(jīng)多次重復(fù)灌注直至完全灌滿該電線腔為止。然后將該真空抽氣裝置移除，用插塞116密封排泄出口114，再通過(guò)止回閥112，將更多油泵入腔68內(nèi)以伸展補(bǔ)償彈簧118，直至在活塞77內(nèi)一個(gè)單程的壓力限制止回閥119打開(kāi)，指示出該腔68的壓力已經(jīng)達(dá)到所需求超出電線腔98的壓力值的水平(該壓力值在灌注的過(guò)程中，通常是大氣壓力的值)。當(dāng)閥119指示出已經(jīng)達(dá)到所需求的壓力值時(shí)(典型情況，最好在3.447×105帕至6.895×105帕之間)，從單程止回閥112移除灌油管線，任由腔68加壓。
在連接器60中的泥漿腔灌注口120容許泥漿環(huán)形件106與在活塞77上方的內(nèi)部容積，在野外實(shí)地使用之前，預(yù)先灌注滿推薦的潤(rùn)滑液體，例如機(jī)油。在鉆井內(nèi)使用時(shí)，潤(rùn)滑液體通常停留在DWCH中(具體地說(shuō)，在環(huán)形件106與活塞77上方的容積停留)，不會(huì)即時(shí)為鉆井泥漿所置換，因此簡(jiǎn)化了儀器維修程序。除潤(rùn)滑液體外，建議在所有滑動(dòng)接觸表面上大量使用摩阻減低材料，例如LUBRIPLATETM。
參看圖7A至7C，PWCH28包含一個(gè)連接器插座組件140，以便在井下銜接DWCH22的連接器插頭組件52。當(dāng)將PWCH下井時(shí)，在接合該DWCH之前，一個(gè)用電絕緣材料制成的滑閘142偏置向PWCH的下端部。一個(gè)方形密封環(huán)144密封滑閘142的外徑，以保持鉆井液體流出PWCH外，直至該滑閘由DWCH的連接器插頭組件替換為止。一個(gè)錐形的底部鉆頭端部146協(xié)助調(diào)校PWCH，以便與該DWCH對(duì)接。
當(dāng)由足夠的慣性或泥漿壓力載荷推動(dòng)PWCH進(jìn)入DWCH時(shí)，PWCH的下端部延伸通過(guò)DWCH的鎖定爪48(圖6A)，直至鎖定爪接扣在PWCH的一個(gè)易卸鎖定環(huán)148后面為止。一旦由DWCH的鎖定爪接合該鎖定環(huán)148，它將阻礙解除DWCH與PWCH的接合，例如，因?yàn)殂@桿運(yùn)動(dòng)，震蕩或形成U形彎曲管造成的DWCH與PWCH接合的解除。鎖定環(huán)148可從多種具有不同抗最大剪切負(fù)荷(例如，7117.2牛頓至17,792.88牛頓，須根據(jù)預(yù)期的野外實(shí)地條件而定)的鎖定環(huán)中選擇，使得在收集資料數(shù)據(jù)后，通過(guò)將展開(kāi)的電纜拉上，直至鎖定環(huán)148剪切及釋放PWCH，從而可解除PWCH與該DWCH的接合。
PWCH有一個(gè)外套殼150，和一個(gè)由連接器154與適當(dāng)?shù)能囉新菁y開(kāi)縫環(huán)件156連接的繩帽套殼焊件152。在外套殼150內(nèi)有一個(gè)包括上心桿158和下心桿160的電線心桿子配件。在上心桿的插槽162和孔163(圖7D)通過(guò)外套殼形成一個(gè)在電線心桿子配件內(nèi)的從鉆桿內(nèi)部到泥漿腔164的流動(dòng)路徑。從連接器插座組件140的訊號(hào)電線165鋪設(shè)在外套殼150與電線心桿之間沿在下心桿的外表面的軸向槽中，穿過(guò)上心桿158中的孔166，還穿過(guò)電線腔168，并獨(dú)立地連接到連接器組件170的下銷件。
像DWCH一樣，PWCH有一個(gè)用以平衡跨越滑閘142的壓力的壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，同時(shí)，保持電絕緣液體例如硅油包圍電氣部件，直到替換該滑閘為止。下心桿160內(nèi)確定一個(gè)油腔172，該油腔由一個(gè)有O-形密封圈175的補(bǔ)償活塞174與泥漿腔164分隔開(kāi)?；钊?74可在下心桿160內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，因而泥漿腔與油腔的壓力大致相等。上彈簧176及下彈簧178分別配置在泥漿腔164及油腔172內(nèi)，并將滑閘142向下偏置。油腔172經(jīng)過(guò)在下心桿160的電線鋪設(shè)槽和上心桿158的電線孔166與電線腔168液體連通，并通過(guò)環(huán)繞上心桿用密封件180密封鉆桿壓力。所以，當(dāng)滑閘定位于圖示位置時(shí)，鉆桿液體作用在補(bǔ)償活塞174上端部，該補(bǔ)償活塞174向油腔172及滑閘174的上端部傳遞壓力，平銜逼迫滑閘上液體壓力。位于PWCH的灌油部分的上端部和下端部處的灌油口182和灌油口184可在組裝后用以向油腔172及電線腔168灌油。在補(bǔ)償活塞內(nèi)的一個(gè)減壓閥186容許在組裝時(shí)將油腔加壓至比泥漿腔164的壓力高至6.895×105帕(即是，在組裝時(shí)的大氣壓力)。
PWCH的上端部為電線電纜30提供機(jī)械和電氣連接(圖2)。連接器組件170有九個(gè)電絕緣的銷件，每個(gè)銷件有相應(yīng)的用以電氣連接電纜30的獨(dú)立電線的絕緣軟辮線電纜188。一個(gè)連接器夾持器189穿過(guò)耦合器154暴露端部以便支承該連接器。下文將更詳細(xì)地討論連接器組件170的結(jié)構(gòu)。
為在電纜上組裝PWCH的上端部，先將繩帽套殼焊件152與開(kāi)縫電纜密封件190、密封螺帽192和上抽吸杯心桿194與下抽吸杯心桿196一起穿過(guò)電纜的端部。將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、自拉緊的繩蓋帽套殼電纜夾持器197放置在圍繞電纜的端部位置，以便電纜的端部固定在抵靠?jī)?nèi)部臺(tái)肩198的繩帽套殼上。電纜的電線連接到來(lái)自連接器組件軟辮線電纜188，而繩帽套殼焊件152則連接到帶有車有螺紋開(kāi)縫環(huán)件156的耦合器154。繩帽套殼通過(guò)油脂孔200泵滿以電絕緣的油脂，該油脂可例如為硅油脂。將在下文更詳細(xì)討論的抽吸杯202安裝在上抽吸杯心桿194與下抽吸杯心桿196之間，用以限制流動(dòng)通過(guò)PWCH周圍的鉆桿的液體，及建立壓力以便沿鉆桿驅(qū)動(dòng)PWCH運(yùn)動(dòng)，并在井下將PWCH鎖定在DWCH上。上抽吸杯心桿194穿過(guò)繩帽套殼焊件152，以便就位支持抽吸杯202，擰緊密封螺帽192。
參看圖8，所示為PWCH上端部的另一種設(shè)計(jì)，該P(yáng)WCH上端部具有兩個(gè)抽吸杯202a和202b，兩者相隔一距離L，用以限制在圍繞PWCH的液體流動(dòng)。當(dāng)采用例如輕質(zhì)和低粘滯性的泥漿進(jìn)行泵送時(shí)，這個(gè)種設(shè)計(jì)極為有用?？蓪⒁粋€(gè)繩帽套殼延伸件204適當(dāng)?shù)剡B接以兩個(gè)抽吸杯的心桿。也可用兩個(gè)以上的抽吸杯。
參看圖9，抽吸杯202起流動(dòng)限制作用，并在點(diǎn)A產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的壓力降。因?yàn)樯嫌螇毫?例如，在B點(diǎn)的壓力)比下游壓力大(例如，在C點(diǎn)的壓力)，在抽吸杯形成一股凈力，該力將抽吸杯及其附設(shè)的儀器推向下游。如圖9A所示，一個(gè)抽吸杯(例如，抽吸杯202C)可以另一種方式地定位在靠近儀器206底部處，以便將儀器在管或井內(nèi)下拉。當(dāng)例如將儀器對(duì)中調(diào)校以便保護(hù)靠近其下游底部的或帶有大的鉆桿/儀器直徑比或小的儀器長(zhǎng)度/直徑比的延伸部件時(shí)，這種設(shè)計(jì)可能特別有用。抽吸杯外表面與鉆桿內(nèi)表面之間的理想徑向間隙Δr是多個(gè)因數(shù)的函數(shù)，該因數(shù)包括液體粘滯性在內(nèi)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)每邊的徑向間隙約為0.127厘米(即直徑上的間隙0.254厘米)，適合于最常見(jiàn)的鉆井泥漿。
參看圖10，抽吸杯202是用彈性材料例如VITON或其他碳氟化合物彈性體用注射模制而成，并在一邊有一條直下裂縫210，以便于安裝或拆除，無(wú)須將覽索從儀器上解開(kāi)。抽吸杯的錐形部分214和216分別密接上抽吸杯心桿194下抽吸杯心桿196的相應(yīng)的孔，且該錐形部分有相對(duì)于抽吸杯的縱向軸錐度約為7度的外表面。錐形部分的長(zhǎng)度有助于將抽吸杯保持在套殼孔內(nèi)。此外，有六個(gè)銷件217延伸通過(guò)在上、下抽吸杯心桿之間的抽吸杯的孔218，，以便于使用時(shí)保持該抽吸杯。圓環(huán)形整平導(dǎo)向裝置219模制在抽吸杯的一個(gè)表面內(nèi)，有助于將該抽吸杯剪切成不同的外直徑，以便密接不同大小的鉆桿管徑。也可以用其他彈性材料制成抽吸杯，雖然，制成該抽吸杯的材料以能抵受沿桿壁產(chǎn)生的嚴(yán)峻的磨損并能抵受在井中可能遭遇的多種化學(xué)物質(zhì)的侵襲最為理想。其他有用的非彈性材料是諸如黃銅和鋁的軟金屬，或諸如聚四氟乙烯(TEFLONTM)或乙縮醛均聚物樹(shù)脂(DELRINTM)的硬塑料。非彈性材料制成的抽吸杯可制成兩個(gè)重疊件，以便安裝在一個(gè)預(yù)先組裝好的儀器上。
參看圖11，PWCH的連接器插座組件140有一系列連接器插座接觸部220，該連接器插座接觸部配置成圍繞一條共同軸線222。該接觸部間具有一個(gè)線性間距d，該間距d與DWCH的連接器插頭組件的連接器插頭的間距相當(dāng)(圖6A)，其還具有刮子密封件224。該接觸部220與刮子密封件224均各支承在相應(yīng)的絕緣體226內(nèi)。所包含的該接觸部、刮子密封件和絕緣體以層疊方式盛裝在外套筒228內(nèi)，該外套筒位于尾端擋環(huán)230與上心桿232之間。
參看圖12及圖13，每個(gè)接觸部220用一塊導(dǎo)電材料加工，該材料可例如為鈹銅，其并具有一個(gè)包括八個(gè)(最好是六個(gè)或以上)延伸的指形件236的套筒部分234。接觸部220最好是鍍金的。指形件236的形狀呈徑向向內(nèi)彎曲狀，換句話說(shuō)，從套筒部分234至遠(yuǎn)端部237，具有由一個(gè)徑向向內(nèi)延伸的第一個(gè)部分238和一個(gè)徑向向外延伸的第二個(gè)部分240形成的一個(gè)徑向最內(nèi)的部分242，該徑向最內(nèi)的部分的接觸部長(zhǎng)度dc約為0.38厘米。從一塊材料加工的接觸部220，在處于如所示的松弛狀態(tài)下，指形件236沒(méi)有使之傾向減少其抗疲勞性的殘余彎曲應(yīng)力。
按相對(duì)的指形件的接觸表面242測(cè)量的觸部接220的內(nèi)徑d1，比DWCH的連接器插頭的接觸環(huán)102的外直徑略小(圖6A)，因而在與連接器插頭接合時(shí)，將指形件236向外推動(dòng)，以便在接觸表面242及插頭的接觸環(huán)102之間提供一種接觸壓力。每個(gè)指形件在其接觸表面242退拔至最小的程度處，其在圓周界上的寬度為w。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)加工該接觸部使接觸表面242的長(zhǎng)度dc約為指形件總長(zhǎng)度df的四分一，而指形件的徑向厚度t則約為套筒234內(nèi)表面與接觸表面242之間的徑向距離r的百分之七十五，以致造成接觸部的構(gòu)造可能承受重復(fù)性的接合。
刮子密封件224最好是用具有彈性性能的碳氟化合物彈性體模制而成，該彈性體可例如為VITONTM。刮子密封件224的內(nèi)徑也略小于連接器插頭的接觸部的外徑，因而在接合時(shí)，刮子密封件傾向于刮擦插頭接觸部表面的碎屑。接觸部的內(nèi)徑d1與刮子密封件的的內(nèi)徑d2最好相等。刮子密封件224是用電絕緣材料模制而成的，以便在出現(xiàn)導(dǎo)電液體時(shí)，可以減少接觸部之間短路的可能性。
接觸部220有一個(gè)焊接凸片244，加工在套筒部分234的一側(cè)面，該凸片用以電氣連接電線246。正如圖12所示，當(dāng)將已接線的接觸部220插入絕緣體226內(nèi)時(shí)，電線246鋪設(shè)通過(guò)絕緣體中的一個(gè)孔248。絕緣體另外的孔248的調(diào)校銷250密接在刮子密封件224的外槽252內(nèi)，以便調(diào)校該刮子密封件，使之與該電絕緣體校直。在刮子密封件224上的切口254密接地環(huán)繞凸片244。絕緣體226與刮子密封件224分別形成有足夠數(shù)量的孔248和槽252，以便將來(lái)自連接器插座的每個(gè)接觸部220的電線246鋪設(shè)在連接器組件的上端部，以便連接到密封組件170(圖7B)。
當(dāng)接觸部220插入絕緣體226后，接觸指形件的遠(yuǎn)端部237處于由絕緣體的內(nèi)唇部258形成的軸向槽256內(nèi)。當(dāng)從DWCH解除PWCH時(shí)，該內(nèi)唇部258保護(hù)指形件的遠(yuǎn)端部，使之避免受連接器插頭的組裝表面所抓獲。
參看圖14，PWCH的連接器組件170有一個(gè)用諸如聚乙基酮(polyethylketone)、聚乙基醚酮(polyethyletherketone)或聚芳基醚酮(polyaryletherketone)的電絕緣材料模制而成的連接器主體280。連接器主體280設(shè)計(jì)成可抵受高的靜壓力差，例如在跨越O-形槽281的O-形密封件上該壓力差最高可達(dá)至1.0343×108帕。該主體還具有貫穿孔282以將連接到導(dǎo)線286的導(dǎo)電銷件284壓插于其內(nèi)。(導(dǎo)線286形成圖7B所示的軟辮線電纜188)。將鍍黃金的17-4不銹鋼質(zhì)銷件284就位壓插，直至其下凸緣288抵靠在連接器主體的埋頭孔290底為止。為密封該連接器主體與導(dǎo)線之間的交界面，在腐蝕清除每個(gè)電線上的絕緣材料以使密封材料可更好地黏附之后，圍繞該電信號(hào)連接器主體將導(dǎo)線密封件292就位模制。密封件292必須能抵受連接器組件所能經(jīng)受的達(dá)至最高為1.0343×108帕的高的壓力差。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)諸如VITONTM與KALREZTM的某些高溫度的碳氟化合物彈性體用以造刮子密封件292效果良好。
要在連接主體280的表層294上形成在相鄰的銷284件之間與該銷件和耦合器154之間(圖7B)的電弧屏障，分別在上凸緣288和下凸緣298之間環(huán)繞每個(gè)銷件284就位模制獨(dú)立銷件絕緣體296。絕緣體296延伸通過(guò)在連接器主體的表層294的表平面約0.305厘米，且最好用諸如VITONTM或KALREZTM的高溫的碳氟化合物彈性體模制而成。絕緣體296防止例如因潮濕空氣或液體滲入PWCH的電線腔168(圖7B)造成沿連接器主體表層294產(chǎn)生電弧。除了保護(hù)不需要電弧外，在存儲(chǔ)及運(yùn)輸過(guò)程中，該絕緣體296還有助于將在連接器主體內(nèi)部的銷件284與導(dǎo)線286之間密封，以將潮濕的水分密封于其外。
參看圖15，連接器主體280的外徑db約為2.413厘米，以便可密接典型的小的井下儀器的內(nèi)徑(比如低于2.54厘米)。已組裝的連接器有一個(gè)具有就個(gè)銷件284的圓環(huán)形的陣列，每個(gè)銷件各有相應(yīng)的絕緣體296和導(dǎo)線286。
權(quán)利要求
1.一種適用于與一個(gè)連接器插座接合而形成電氣連接的連接器插頭，其特征在于，所述連接器插頭包括一個(gè)電絕緣的主體；一個(gè)固定于所述主體的電導(dǎo)銷件，所述銷件延伸通過(guò)所述主體的一個(gè)表面，以便與所述連接器插座電氣接觸；一個(gè)圓柱形銷件絕緣體，就位設(shè)置在圍繞所述銷件處，所述圓柱形銷件絕緣體延伸通過(guò)所述主體的所述表面；一根與所述銷件電氣連通的電線，所述電線由所述連接器延伸，所述電線具有一個(gè)圍繞所述電線電導(dǎo)體的電線套；一個(gè)電線密封，就位圍繞所述電線套制成，所述電線密封設(shè)置成用以密封所述電線與所述主體之間。
2.如權(quán)利要求1所述連接器插頭，其特征在于，所述銷件有兩個(gè)凸緣，而所述銷件絕緣體則配置于所述兩個(gè)凸緣之間。
3.如權(quán)利要求1所述連接器插頭，其特征在于，所述連接器插頭包括至少三條電線、三個(gè)相應(yīng)的所述銷件和三個(gè)相應(yīng)的所述銷件絕緣體。
4.如權(quán)利要求3所述連接器插頭，其特征在于，所述連接器插頭包括至少八條電線、八個(gè)相應(yīng)的所述銷件和八個(gè)相應(yīng)的所述銷件絕緣體。
5.如權(quán)利要求3或4所述連接器插頭，其特征在于，所述電線密封包括一個(gè)單一元件，所述單一元件就位地圍繞所有電線以將之密封。
6.如權(quán)利要求1所述連接器插頭，其特征在于，所述主體形成有用以保持一個(gè)O-形封封件的圓周界槽。
7.如權(quán)利要求6所述連接器插頭，其特征在于，所述連接器插頭在結(jié)構(gòu)上能跨越所述O-形密封件承受至少為68.95兆帕的靜壓力差而不遭受損壞。
8.如權(quán)利要求1所述連接器插頭，其特征在于，所述連接器插頭構(gòu)造成能通過(guò)一個(gè)直徑為2.54厘米的圓形開(kāi)口。
9.如權(quán)利要求8所述連接器插頭，其特征在于，所述連接器插頭可以接合至少八個(gè)連接器插座，以構(gòu)成一種電氣連接，所述連接器插頭還包括一個(gè)具有一個(gè)用以保持一個(gè)O-形密封件的電絕緣的主體；至少八個(gè)導(dǎo)電銷件，每個(gè)所述銷件具有兩個(gè)凸緣，所述電銷件固定于所述主體并延伸通過(guò)所述主體的一個(gè)表面，以便于所述連接器插座電氣連通；至少八個(gè)彈性銷件絕緣體，每個(gè)所述銷件絕緣體就位形成在圍繞一個(gè)相應(yīng)的所述銷件，從該主體表面延伸而超出所述主體的所述表面至少0.127厘米；一個(gè)單一的，彈性的電線密封，所述電線密封就位形成在圍繞所有所述至少八條電線，并設(shè)置成密封所述電線與所述主體之間；及所述連接器插頭構(gòu)構(gòu)成可承受跨越所述O-形密封件的68.95兆帕的靜壓力差而不遭受結(jié)構(gòu)上的損壞。
10.一件在鉆井內(nèi)使用的安裝在電纜的端部的井下的繩索起下測(cè)井工具，其包括一個(gè)具有一個(gè)連接器插座的用以測(cè)量井下特性的傳感器；及與所述連接器插座接合的權(quán)利要求1中所述連接器插頭，以將所述傳感器接連到所述電纜。
全文摘要
可通過(guò)2.54厘米圓形開(kāi)口的連接器插頭,其適于接合連接器插座而電氣連接,其具有電絕緣主體、固定在主體上并延伸通過(guò)其表面以與連接器插座電氣接觸的導(dǎo)電銷件、放置在圍繞銷件就位形成的圓柱形銷件絕緣體,延伸通過(guò)主體表面、就位形成在圍繞電線套的電線密封,以密封電線與主體之間。實(shí)施例中,銷件密封體放置在銷件的兩凸緣間。連接器插頭有各九個(gè)電線、銷件和銷件絕緣體。主體有保持O形密封件的槽且可承受1.0343x10
文檔編號(hào)E21B17/02GK1199254SQ9810449
公開(kāi)日1998年11月18日 申請(qǐng)日期1998年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月19日
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