專利名稱：探測器殼體及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改進的探測器殼體及其制造方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有不同用途的探測器殼體及其制造方法。
背景技術：
水平方向鉆探是一種通常用于形成在地下使用的裝置用的井孔的工藝。該工藝涉及鉆機、鉆柱和鉆頭。鉆柱通常由單獨的中空鉆桿組成，并在地面上方被連接在鉆機和鉆頭之間。鉆機通常能夠轉動，并縱向推進和推動鉆柱，同時，通過所述鉆柱同步地泵送流體，鉆頭通常由接頭組件和鉆頭尖(drill bit)組成。存在包括靜態(tài)和動態(tài)的多種類型的接頭組件，每種接頭組件通常在一端與鉆柱相連，另一端與鉆頭尖相連。存在多種鉆頭尖，每種鉆頭尖與特定類型的接頭相連。
所述工藝始于在地面上將鉆頭安裝到一個單個的鉆桿上，該鉆桿在另一端與鉆機相連。鉆機轉動并將鉆桿和鉆頭推進進入地面。同時，通過鉆桿泵送流體，并將流體引導到鉆頭尖的切削表面，以便有助于對地面材料進行切削。
被泵送的流體具有多種用途。一種主要用途是移走材料，產(chǎn)生鉆孔。在這種應用中，流體將由鉆頭尖產(chǎn)生的切屑沿所述鉆孔傳送回地面。在大多數(shù)設備中，通過隨著轉動而擾亂土壤構成，鉆頭尖切削出比鉆桿直徑大的孔。美國專利US5,799,740和US5,899,283介紹了這種鉆頭尖的示例。同時，水基流體通過鉆柱被泵送，并通過鉆頭尖與被擾動的土壤充分混合，產(chǎn)生泥漿。泥漿隨后沿著最小阻力路徑流動，通常是沿著鉆柱向回流動，從鉆柱進入地面那一點出來。在這種應用中，接頭組件是靜態(tài)的，簡單地由較小直徑的鉆桿螺紋接頭通向較大直徑的鉆頭尖，切削出適合傳送切削物的較大的孔。
在其它一些應用中，不要求傳送切削物，地面是簡單緊密的，形成沒有任何材料被移走的鉆孔。鉆頭尖上的沖擊或錘擊負載增加鉆探生產(chǎn)率。對于這種類型的應用，除了靜態(tài)元件之外，接頭組件還包括動態(tài)元件，通常是氣動錘(例如參考美國專利文獻US4,858,704)。被泵送到鉆柱內的流體是壓縮空氣，其傳送能量，驅動氣動錘。流體流動路徑包括鉆柱、接頭組件的靜態(tài)元件和錘。
在其它應用中，也就是典型的高致密土壤和/或巖石，一個利用井下振動錘的類似設備可以與不同的鉆頭尖組合使用，產(chǎn)生傳送的切削物。所述錘可以是氣動錘或水錘。鉆頭尖被設計成通過從錘接收到的沖擊負載，使土壤或巖石破裂。一旦巖層破裂，需要從切削面將切削物傳送走。
通過鉆柱和鉆頭尖的轉動，隨著流體流動幫助傳送切削物。所述流體通常是氣體，或氣體和水基流體或其它懸浮材料的混合物，所述懸浮材料幫助氣體傳送切削物。在這種類型應用中，使用流體傳送能量，驅動錘子傳送切削物。流體流動路徑包括鉆柱、接頭組件和鉆頭尖。
在另一種涉及切削高致密土壤或巖石的設計中，鉆頭尖適合于轉動。這樣一種設計包括使用能夠將流體能(來自泵送的流體)轉換成轉動能以便旋轉鉆頭尖的泥漿馬達。在這種類型的應用中，接頭組件包括動態(tài)元件、泥漿馬達與上述靜態(tài)元件。流體通常是水基的，流體流動路徑包括鉆柱、接頭組件和鉆頭尖。
在所有這些應用中，流體的傳送有助于鉆頭尖的功能有效地發(fā)揮和/或切削物的傳送，可能要求相對大的流動速率。在所有情況下，流體流動路徑都是通過接頭。從而，接頭的關鍵特征是流體的傳送能力。
水平方向鉆探的另一個關鍵是檢測鉆頭的位置和方位。需要上述信息以適當?shù)乜刂沏@探過程，從而將鉆孔適合地定位。通常通過在鉆頭上安裝跟蹤電子器件而實現(xiàn)這一目的，所述電子件通常是探測器。探測器隨制造商的不同而具有各種尺寸，并具有兩種基本類型由電池提供能量的類型和由電線提供能量的類型，所述電線通過鉆柱連到地面上的電源上。美國專利US5,633,589介紹了一種由電池提供能量的探測器以及所述探測器在鉆頭內的安裝結構，專利’589的圖4顯示帶有接頭組件的鉆頭，所述接頭組件的一端與鉆柱相連，另一端與鉆頭尖相連。該圖是主要表示電子儀器組件的示意圖。這種布置顯示，接頭組件被構造成用于保持探測器或傳送裝置，其通常是圓柱形的，其直徑相對于鉆桿直徑是很顯著的。接頭組件的靜態(tài)部分作為探測器殼體是公知的。
美國專利US5,799,740(下文簡稱為’740)、US5,253,721(下文簡稱為’721)和US6,260,634(下文簡稱為’634)介紹了探測器殼體的其它例子。專利’740的圖11舉例說明典型的探測器殼體的設計。所述殼體的結構用于接受一個探測器、與鉆頭尖匹配、與鉆桿匹配，提供流體通道。機械結構是這樣的，即，探測器的空穴偏離中心，盡可能地靠近接頭的邊緣，由最小材料厚度約束。給流體通道提供最大的橫截面面積，也受圍繞所述通道的最小材料厚度約束。流體通道的方位靠近探測器殼體的外徑。
為了制造典型的探測器殼體通道，探測器殼體由兩個元件制成。專利’740的圖11所示的圓柱形主要部分包括螺紋部分，所述螺紋部分的內徑非常大，足以允許利用正常的鉆削制造流體通道。該螺紋比鉆桿上用的螺紋大很多。圖10所示的第二元件在一端被擰入這些大螺紋，另一端與鉆柱上的螺紋嚙合。采用這種方式，探測器殼體由多個螺紋連接在一起的元件構成。通過使兩個元件在該螺紋連接部分分開，將探測器安裝在所述探測器殼體內。由于探測器從探測器殼體的一端被插入，這種類型的探測器殼體被稱作端部負載探測器殼體。
專利’634所示的圓柱形探測器殼體也利用兩個元件的結構。圖2顯示類似的用于接受探測器的主要部分，將鉆頭尖安裝在一端上，將第二接頭安裝在相反端，在主要部分和接頭之間不使用螺紋連接，該探測器殼體利用花鍵連接。美國專利US6,148,935(簡稱為’935)的圖22顯示了這樣一種接頭，該美國專利的內容被結合在本發(fā)明內?；ㄦI連接的內徑使得利用正常鉆加工技術，可以鉆出流體傳送孔。由于探測器殼體包括一個門，所述門覆蓋安裝在探測器殼體側面上的探測器空穴，探測器從側面進入，因而專利’634所示的探測器殼體通常被稱作側負載殼體。
專利’935的圖1和專利’721的圖3顯示了制造單件探測器殼體的困難。在專利’935內，以一個角度鉆削流體傳送孔，增加了裝置的成本和復雜性。在專利’721中，流體傳送孔要求4個分開的、相交的鉆孔，在流體路徑上形成90度角。這種結構導致對流動造成顯著的限制。
除了提供流動路徑之外，探測器殼體也用于支撐探測器，并對探測器進行定位。美國專利US6,260,634和US6,148,935介紹在探測器殼體和鉆頭尖之間使用花鍵連接，這僅可以沿一個轉動方向被組裝。與探測器的轉動方向控制結合，調整探測器和鉆頭尖之間的方向。這種布置依賴于花鍵連接，導致可以被用于殼體的鉆頭尖的種類受到限制，這是由于并不是所有鉆頭尖都包括這種花鍵。
特別是當接頭組件包括錘和/或準備一個用于帶電線的探測器的電線通路時，探測器的其它安裝要求包括振動隔離。探測器殼體靠近鉆頭尖，承受嚴峻的負載條件。機械剛度和裝置特性影響探測器殼體的壽命。利用現(xiàn)有的某些鉆探元件的工業(yè)標準，對壽命的要求被舉例說明。例如，美國石油協(xié)會提出了適合于鉆探元件的特殊螺紋結構，其提出額外的物理限制，影響探測器殼體的機械結構。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個方面涉及一種用于水平鉆探工業(yè)的改進的探測器殼體。本發(fā)明的另一個方面涉及一種制造上述增強探測器殼體的方法。


圖1是一個根據(jù)本發(fā)明的鉆頭組件的一個實施例的側視圖，所述鉆頭組件被安裝在第一裝置的鉆柱上，該裝置具有適合于在軟巖石鉆孔的鉆頭；圖2是一個根據(jù)本發(fā)明的鉆頭組件的另一個實施例的側視圖，所述鉆頭組件被安裝在第二裝置的鉆柱上，該裝置具有適合于在土壤中鉆孔的鉆頭尖；圖3是一個根據(jù)本發(fā)明的鉆頭組件的另一個實施例的側視圖，所述鉆頭組件被安裝在第三裝置的鉆柱上，該裝置具有適合于在硬巖石上鉆孔的錘和鉆頭尖；圖4是一個根據(jù)本發(fā)明的探測器殼體組件的分解視圖；圖5是一個根據(jù)本發(fā)明的探測器殼體的端視圖；圖6是一個沿圖5中6-6線所作的探測器殼體的橫截面視圖；圖7A是一個根據(jù)本發(fā)明的探測器殼體在焊接之前的分解視圖；圖7B是圖7A中探測器殼體的俯視圖；圖8是一個圖6所示探測器門保持銷部分的放大的橫截面視圖；圖9是一個根據(jù)本發(fā)明的探測器安裝塊的等角圖；圖10是一個根據(jù)本發(fā)明的探測器安裝裝置的橫截面視圖；圖11是一個典型探測器的等角圖；圖12是另一種根據(jù)本發(fā)明的探測器安裝裝置的分解視圖；圖13是一個根據(jù)本發(fā)明的測井電纜的測井電纜路徑的橫截面視圖；圖14是一個探測器轉動朝向控制器的第二實施例的等角圖，其包括與探測器上的齒輪嚙合的門上的調整片；圖15A是一個探測器轉動朝向控制器的第三實施例的縱向橫截面視圖，其包括與栓塞嚙合的門上的調整片；圖15B是圖15A的轉動朝向控制部分的放大視圖；圖16A是一個包括門上的調整片的探測器轉動朝向控制器的第四實施例的縱向橫截面視圖，所述門與和探測器接觸的O形環(huán)結合；圖16B是圖16A的轉動朝向控制部分的放大視圖；圖17A是一個包括門上的調整片的探測器轉動朝向控制器的第五實施例的縱向橫截面視圖，所述門與和栓塞接觸的O形環(huán)結合，所述栓塞與探測器嚙合；圖17B是一個圖17A的轉動朝向控制部分的放大視圖；圖18是一個沿圖15B中的18-18線所作的徑向橫截面視圖，代表殼體內的探測器門和栓塞；圖19A～19E是顯示本發(fā)明探測器殼體的另一種制造方法的制造工序的視圖。
具體實施例方式
下文參考各個附圖介紹本發(fā)明的不同方面，其中，在所有附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件。圖中顯示和介紹了本發(fā)明優(yōu)選實施例，但是應該理解的是，這些實施例僅示意性代表本發(fā)明，本發(fā)明并不受這些實施例的限制。
參考附圖，圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的具有探測器殼體組件50的鉆頭裝配。其中，鉆柱10終止于鉆頭組件14的第一端，并在相反端與能夠提供轉動和縱向動力的鉆床(未示)相連。鉆柱10通常由空心管構成，并能傳送壓力流體。在圖1所示的結構中，鉆頭尖12與鉆頭組件14的相反端相連。
鉆頭組件14由后過渡部分16、后接頭部分18、前接頭部分20以及探測器殼體組件50組成。在這種結構中，后接頭部分18被構造成與后過渡部分16匹配，以便利用一個接合件24。美國專利US6,148,935介紹了這種類型結構中所使用的示例性的一個接合件，該專利的內容被結合在本申請中。一個接合件24允許鉆柱10與鉆頭其它部分之間便利地分離，具體地說，后過渡部分16保持被連接到鉆柱10上，同時，鉆頭組件14的保持部分和鉆頭尖12被拆下。在使用時，當鉆出導向孔后，這種結構不需要工具就可拆卸鉆頭組件部位和鉆頭尖，并連接一具有類似過渡部分的鉸刀。在圖1所示實施例中，無需探測器殼體組件50，可以完成倒鉸。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有探測器殼體組件50的鉆頭裝配。在本說明書中，鉆頭組件14’不包括圖1所示的后過渡部分16，但是包括構造有接合件24’的前過渡部分22和前接頭部分20’。該結構允許采用最少的工具拆卸鉆頭尖12’和前過渡部分22。配備有花鍵過渡部分的鉸刀(未示)可以被連接，所述花鍵過渡部分可以與過渡部分22上的接合件24’匹配。在圖2所示實施例中，在倒鉸期間，探測器殼體組件50被左手安裝(left installed)。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有探測器殼體組件50的鉆頭裝配。這種類型結構中所使用的示例性接合件在美國專利US6,148,935中被披露，所述美國專利的內容被結合在本發(fā)明中。鉆頭組件14”包括后接頭部分18”、探測器殼體50、前接頭部分20”和錘26。所述錘包括能夠支撐鉆頭尖12”的前軸28。
從上述三個實施例中可以明顯看到，具有多種可能的裝配，每種裝配均影響探測器殼體組件50的結構。上述三個實施例僅是典型示例，還可以具有很多其它結構和實施例。因而，作為很多不同應用和要求的結果，具有多種特定的探測器殼體的結構。希望提供一種萬能的探測器殼體，其可以在多種鉆頭結構中使用，所述多種鉆頭結構也提供用于改變在安裝布置中探測器的最小的流動限制、最大的機械剛度、靈活性，以及在殼體和鉆頭之間或鉆柱之間接收接頭的靈活性。此外，可以在倒鉸期間使用探測器，具有接收接頭的靈活性且可以處理相對大流速的探測器殼體將成為一種改進。
圖4顯示了根據(jù)所介紹原理的探測器殼體組件50內所發(fā)現(xiàn)的元件。主要元件是主殼體100。通過拆下探測器門52，可以進入空穴102。探測器門52的一端由調整片58保持，調整片58與主殼體100的槽104(參考圖6)結合。探測器門52的另一端由被安裝到孔106內的門閂鎖銷54保持。圖6所示的表面120支撐探測器門52。利用被驅動進入通孔108內的保持器銷56，門閂鎖銷54被保持在主殼體100內，如圖6和8所示，通孔108與孔106相交。為了拆卸探測器門52，利用諸如錘和沖床的標準工具，輕易地拆卸保持器銷56。然后通過在圍繞調整片58轉動的角運動中提升探測器門52，直到探測器門和保持器銷離開探測器空穴為止，門閂鎖銷54可自由地被拆卸。
探測器60被裝配到空穴102內。如圖6所示，空穴102的深度是112，如圖7B所示，空穴102的寬度是110。探測器60被分別位于兩端的安裝塊64A、64B支撐。如圖9所示，安裝塊64A、64B包括空穴65，相對于探測器60的外徑，選擇空穴65的內徑，以便對探測器60進行定位和支撐?？昭?5可以包括用于安裝O形環(huán)151的槽，以便支撐探測器60，并對其定中心。
安裝塊64A、64B被支撐在空穴102內?？昭?02由主殼體100和探測器門52確定。安裝塊64A、64B的構造使得它們的寬度111稍微比空穴寬度110小。在所示實施例中，如圖10所示，探測器門52包括深度為154的槽，該槽與空穴102配合，保持所述安裝塊64A、64B。安裝塊64A、64B的高度113比空穴深度112和槽深度154之和稍小。采用這種方式，所述塊被安裝，從而，所述塊可以自由運動，特別是相對于探測器殼體100和探測器門52縱向滑動，當安裝探測器門52時，被牢固地支撐。
安裝塊64A、64B由有助于適合于支撐所述探測器60的任何材料構成。優(yōu)選材料是一種類型的塑料，從而，在不導致傷害探測器60的前提下，使空穴65的尺寸可相對緊密地裝配探測器60。安裝塊64A、64B可以被制造的具有幾種結構，每種安裝塊64A、64B具有適合于特定類型探測器的空穴65，并具有相同的外形尺寸(即寬度111和高度113)。采用這種方式，主殼體100保持不變，同時該裝置可以接收具有不同直徑或結構的探測器60。
空穴102的底面114和探測器門52的底面沿徑向軸線支撐安裝塊64A、64B。它們沿垂直于徑向軸線和縱向軸線的軸線被空穴102的側面118支撐。沿縱向軸線，安裝塊64A、64B被軸向振動隔離器66支撐，所述隔離器被端面120支撐，由于在所述塊中出現(xiàn)的安裝間隙，它們是有效的。該裝置如圖10所示。
軸向振動隔離器66可以由根據(jù)動態(tài)壓縮特性所選擇的多種材料構成，從而降低傳送到探測器60上的振動負載。在使用主要產(chǎn)生縱向振動的敲擊錘的應用中，這非常有效。通過由具有適合壓縮特性的材料制造安裝塊64A、64B，或在安裝塊64A、64B與表面118和114之間設置無軸向振動隔離器，可以提供其它兩條軸線上的隔離。
圖9和10顯示了隔離器的一種可能實施例。將外O形環(huán)152裝配到在安裝塊64A、64B外表面上機加工出的槽內。為了有效地實現(xiàn)振動隔離，在塊尺寸111和113與空穴尺寸110和(112+154)之間適當間隙需要被確定。
除了沿縱向軸線被支撐之外，探測器60的縱向軸線與探測器殼體50的縱向軸線對齊。在諸如重力下水道的安裝等要求精確控制孔等級的某些應用中，這一點非常有用。通常，傳統(tǒng)探測器包括能夠測量縱向軸線間距的間距傳感器，例如，當探測器殼體水平時，所測量的間距是0。然而，存在固有的制造公差以及安裝元件的疊加問題，從而，導致一些角度誤差。通過提供一種可以用于補償探測器固有誤差的機械調整，希望改善帶探測器的鉆探工藝。通常探測器殼體被構造成探測器的縱向軸線與探測器殼體的縱向軸線對齊。然而，探測器在探測器殼體內安裝的朝向精度也可以導致不希望的對齊誤差。為了糾正這種誤差。可以使用圖12所示的調整裝置171，校正所述對齊。
在使用所述調整裝置171時，由圖12所示裝置171替代塊64B。該調整裝置包括能夠使支撐蓋174的中心線相對于底座176的外表面178沿第一方向移動的調整螺釘170。調整螺釘170擰入上底座184并抵靠著下底座176的上表面186，從而如果螺釘170被擰入上底座184內，上底座184將離開下底座176。支撐蓋174與上底座184嚙合，從而被移動。一旦達到適合的設置，利用螺釘182將上底座184鎖定在下底座176上。下底座176將設置在空穴102中并由表面114支撐。
在組裝上述元件時，探測器在一端將位于支撐塊64內，在另一端位于調整裝置171內(例如，支撐蓋174內的與支撐塊空穴65的尺寸類似的空穴(未示))。該裝置然后被插入空穴102內，支撐探測器。探測器殼體組件通常以一個間距水平設置。檢查來自探測器的讀數(shù)。螺釘182和170可以被操作，直到探測器間距讀數(shù)為正確時為止。一旦正確，隔離器塊180被安裝在螺釘182和上底座184的頂部。當探測器門52被安裝時，該裝置被輕微地壓縮，確保下底座176相對于探測器殼體100的表面114保持適合地定位。
螺釘172還用于將支撐蓋174相對于上底座184定位，以便在其它平面提供調整。
參考圖10和13，圓柱形栓塞62、朝向調整片68和螺釘70確定了在所述組件內的探測器轉動朝向。安裝塊64A和64B的橫截面是矩形的，并被安裝在空穴102內，空穴102的橫截面也是矩形的。從而，安裝塊64A和64B相對于主殼體100被固定。栓塞62是圓柱形的，并被裝在安裝塊64A內的圓柱形空穴65內。探測器60通常是圓柱形的，也被裝配到安裝塊64A的圓柱形空穴65內。
在一個實施例中，如圖11所示，探測器60包括有助于確定其轉動朝向的窄槽61。一旦將栓塞62、安裝塊64A和64B、朝向調整片68、探測器60和隔離器66安裝到空穴102內，探測器60可以在安裝塊64A和64B的孔穴65內轉動。隨著探測器60的轉動，栓塞62也相對于安裝塊64A和64B轉動。一旦，探測器60被設置在適合的轉動朝向上，螺釘70通過安裝塊64A被安裝到栓塞62內，將栓塞鎖定定位，從而，相對于安裝塊64A和64B、最終相對于主殼體100確定探測器60的轉動朝向。該實施例要求在安裝塊64A和64B上簡單地設置用于螺釘通過的通孔。在另一個未示的實施例中，安裝塊64A可以包括螺紋孔。一組螺釘可以與這些螺紋嚙合，然后簡單地接觸栓塞，但并不延伸進入所述栓塞，從而將栓塞鎖定到位。
圖14顯示了轉動地確定探測器方向的另一個實施例。在該實施例中，探測器門52包括向下突出與齒輪156嚙合的肋158。齒輪156被固定在探測器60上。在這種結構中，一旦安裝了探測器門，探測器60的轉動朝向將被設定或鎖定。圖15A～B、16A～B和17A～B顯示了其它的實施例，其中如圖15A～B所示，肋與栓塞62嚙合；如圖16A～B所示，肋與和探測器60接觸的O形環(huán)153嚙合；如圖17A～B所示，肋與被安裝在栓塞62上的嚙合嚙合的O形環(huán)155嚙合。在所有這些實施例中，一旦所述門52被安裝，所述肋將保持探測器的轉動。
探測器的轉動朝向最終需要相對于鉆頭的方向控制元件被確定。在水平方向鉆探工序中，控制鉆探方向的能力是鉆頭尖的一些物理特性的結果，或鉆頭的一些物理特性的結果。存在多種提供方向控制的設計方案，每種方案具有與不同土壤或裝置相關的自己的優(yōu)點。操作者通常知道如何在地面上操縱裝置，能夠在轉動方向上對裝配后的鉆頭進行定位，從而沿一定的方向進行操縱。例如，操作者希望能夠組裝鉆頭，并將鉆頭設置在轉動位置上，以便向上操縱鉆頭。通常在12:00進行操縱。同樣，操作者希望能夠在轉動位置中定位鉆頭，以便向右、3:00，向下、6:00，或向左、9:00操縱。
根據(jù)本說明書原理在鉆頭內設定探測器轉動方向的方法如下1)除了探測器門52的安裝之外，完全由操作者裝配鉆頭，包括鉆頭尖；2)操作者將鉆頭定位在任何所希望的轉動位置(例如12點)；3)操作者通過探測器信號接收器/解碼器檢查來自探測器60的信號，通過在空穴102內轉動探測器60直到讀出正確的朝向為止，修改探測器60的轉動朝向，從而確定鉆頭先前如何被定位；4)利用圖14～17所示任一個實施例，操作者隨后通過安裝塊64a安裝螺釘70，使螺釘70進入圓柱形栓塞62內，將裝置鎖定到位，或簡單地安裝探測器門。
該種方法的一個優(yōu)點是，其允許探測器相對于探測器殼體非常準確地取向，允許操作者在空穴內改變探測器的位置。該種方法的另一個優(yōu)點是，允許探測器殼體適用于任何鉆頭組件。在很多情況下，相對于探測器殼體組件的鉆頭方向控制元件將由諸如位于探測器殼體組件50上的前接頭部分20的轉動朝向確定，這種連接很少被改變。在此情況下，當改變鉆頭尖或探測器時，安裝塊64A、栓塞62和螺釘70可以被左裝配(left assembled)，從而，無需鉆頭每次工作時確定探測器的朝向。希望一旦裝配時，鉆頭專用于某種類型的裝置，無需頻繁調整。優(yōu)點是一種探測器適用于任何類型公知的鉆頭裝置。
除了鉆頭物理特性中的振動之外，針對探測器振動，具有兩種基本類型的探測器，電池提供能量的探測器以及用電線提供能量的探測器。圖13顯示了本發(fā)明的用電線提供能量的探測器。
在圖13中，采用任何公知方式將電線從地面通過鉆柱到達鉆頭。這種鉆頭結構設有電線路徑，其允許電線與探測器相連。如圖13所示，這種路徑通常涉及溢流冒口插塞74、溢流冒口76和螺紋孔150。螺紋孔150從主殼體100的一端突出到空穴102內。當使用由電池提供能量的探測器時，不需要任何物品突出穿過該孔，因而安裝塞子72(圖4所示)。然而，當使用電線提供能量的探測器時，將塞子72拆下，安裝一類似塞子(例如，應力釋放插塞74)。
應力釋放插塞74包括一空穴，所述空穴的尺寸足夠安裝溢流冒口76。溢流冒口76是圓柱形的，并包括一與溢流冒口的外圓柱表面的軸線對齊的通孔。所述通孔的尺寸使得從電線探測器突出的電線25被過盈地安裝在該通孔內。來自電線探測器的電線25穿過64a或64b上的孔160，然后，通過隔離器60上的孔162，通過主殼體100上的槽164(圖7B中也表示出了槽164)。電線25從槽164穿過螺紋孔150。然后溢流冒口76滑過電線，進入溢流冒口插塞74內。
一旦這些元件被組裝后，將溢流冒口插塞74裝配到螺紋孔150內并擰緊。螺紋孔150包括較大的螺紋部分和較小的通孔部分，從而溢流冒口76可以插入所述螺紋直徑內，但是不能穿過所述小通孔部分。隨著溢流冒口插塞74被固定，溢流冒口76被壓縮，從而限制電線25的運動，對電線進行密封，阻止流體流入空穴102。采用這種方式，探測器殼體組件可以適用于電池供能的探測器或電線供能的探測器。
使探測器殼體適用的另一個因素是在主殼體100的每一端使用螺紋連接。參考圖6，主殼體100是一個具有三個部分的單件設計。在每一端，這三個部分可以具有標準API(美國石油學院)螺紋。主殼體100的三個部分是中心部分130、頂端部分132和底端部分134。圖7A顯示如何將這三個部分組裝在一起。
所示實施例的頂端部分132和底端部分134的螺紋連接是陰螺紋連接?？梢灶A料的是，頂端部分132和底端部分134的螺紋連接也可以包括陽螺紋連接。通常，螺紋連接部分優(yōu)選包括具有主要直徑和次要直徑的標準API錐形螺紋連接部分。
頂端部分132包括長度由標號141指出的突起140。中心部分130包括深度由143指出的圓柱形空穴142?？昭ㄉ疃?43比突起長度141大，從而出現(xiàn)圖6所示的間隙或空隙。所述空隙被用作流體流動通道。底端部分134具有類似特征，也就是包括長度由141’指出的突起140’，中心部分130包括深度由143指出的圓柱形空穴142。突起140無需具有與圓柱形空穴142匹配的結構。突起140的一部分可以用于使所述元件合適地取向，所述部分是隨意的。這種結構的一個關鍵之處是形成由中心部分130上的空穴142所產(chǎn)生的空隙136，其被用作流體流動通道。
如圖6所示，通過主殼體100的完整的流體流動路徑是從左至右，從可以由鉆柱10接收流體的頂端部分132通過圖2所示的后接頭部分18被傳送。流體被傳送到所述空隙136內，然后被傳送到所鉆的孔138內。離開所鉆的孔138，所述流體遇到另一個空隙136，并被引導通過底端部分134。利用這種結構，中心部分130中的鉆孔138的位置不受頂端部分132或底端部分134的螺紋連接部分的尺寸影響。兩個部分具有如圖6和7所示的陰螺紋，但是對所選擇結構沒有限制。螺紋可以具有任何尺寸、可以是陽螺紋或陰螺紋。
這種結構的流體流動優(yōu)點是鉆孔138的尺寸以及流體流入這些孔所需的流動過渡。與普通結構中發(fā)現(xiàn)的90度轉彎相比，空隙136提供給流體平穩(wěn)的過渡。所述空隙所提供的平穩(wěn)過渡減少了流體流動限制。
此外，由于孔的位置不受螺紋部分的物理特性影響，所以鉆孔138的尺寸可以輕易和有效地被優(yōu)化。該結構允許中心部分被構造成使其具有最大的強度，同時，使流動路徑最大。
通過制造頂端部分132、中心部分130和底端部分134，構成完整的主殼體100。構造中心部分，從而，提供用于安裝探測器的空穴102，同時通過鉆孔138和空穴142提供流體流動通道。頂端部分132和底端部分134被構造的具有螺紋連接，并優(yōu)選通過焊接與中心部分130相連。
主殼體的一種制造方法包括如下步驟1)在殼體部分130上加工孔138；2)在殼體部分130的兩端加工穴142；3)除了螺紋連接之外，加工端件134和132；4)在元件132、134和130的外徑上留下余量(overstock)，以便于清理加工；5)元件132的滑動端140進入穴142，元件134的滑動端140進入元件130上相反的穴142；6)將這三個元件夾持在一起，保持朝向；7)在元件132、130和134的配合位置上所形成的V形槽內進行焊接操作；8)后續(xù)熱處理；a)應力釋放裝置b)整體硬化至Rc28～32’9)后續(xù)熱處理，機加工下述幾何特征a)螺紋端b)外徑c)探測器穴和相關幾何形狀圖19A～19E顯示了制造探測器殼體的另一種方法。這種方法從單件的棒料開始，在圖19A所示的步驟1，加工流體傳送孔，在圖19B所示的步驟2，采用下述方式堵塞那些流體傳送孔，也就是所述栓塞基本上與所述棒料為一體，該工序可以使用幾種可選擇的方法，所示方法包括將比所述孔大的栓塞壓配進入所述孔內。通過將所述栓塞加熱到幾乎熔化的溫度，所述栓塞可以被進一步保持，從而將所述栓塞與棒料焊接在一起?？梢允褂迷S多其它技術。在圖19C所示步驟3中，加工螺紋，在圖19D所示步驟4中，加工環(huán)形圓柱形空隙，其外徑比上述螺紋的內徑大，從而，初始被鉆加工的流體傳送孔與從所述螺紋向外延伸的所述環(huán)形圓柱形空隙流體相通。在圖19E所示的步驟5，加工探測器空穴。
本說明書中的實施例可以在很多領域中被使用。例如，探測器殼體被設計的在多種鉆探應用中被利用，例如包括泥土鉆孔、巖石鉆孔、下水道產(chǎn)品安裝、倒鉸、沖擊鉆進和其它鉆探應用。
在上述教導下，對本發(fā)明可以進行許多其它改進和變化。應該理解的是，除了上述限定之外，在所附的權利要求書范圍內，可以實施本發(fā)明。
權利要求
1.一種探測器殼體包括a)具有第一端和第二端的主體；b)位于所述主體內的流體通道，其在主體的第一端和第二端之間提供流體連通；c)第一端件和第二端件，所述第一端件和第二端件具有流體通道，第一端件被焊接到主體的第一端，第二端件被焊接到主體的第二端，第一端件和第二端件的流體通道與主體內的流體通道相對應，以提供通過所述探測器殼體的連續(xù)的流體通道；d)位于所述探測器殼體的主體內的凹入部分，用于徑向容納探測器，所述凹入部分與所述流體通道隔離開。
2.如權利要求1所述探測器殼體，還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與主體之間，第一空隙和第二空隙在主體的流動通道與第一端件和第二端件的流動通道之間提供流體連通。
3.如權利要求1所述探測器殼體，還包括封閉主體的凹入部分的殼體門。
4.如權利要求3所述探測器殼體，還包括用于安裝探測器的第一和第二安裝塊，第一和第二安裝塊的尺寸使其可以被容納在所述主體的凹入部分內。
5.如權利要求4所述探測器殼體，還包括位于所述凹入部分內并鄰近所述第一和第二安裝塊的隔離器，以便隔絕由探測器承受的縱向力。
6.如權利要求4所述探測器殼體，其特征在于所述安裝塊還包括至少一個O形環(huán)，所述凹入部分和殼體門被構造成與第一和第二安裝塊的O形環(huán)配合，以隔絕探測器所承受的徑向力。
7.如權利要求6所述探測器殼體，其特征在于所述安裝塊包括一個內O形環(huán)。
8.如權利要求6所述探測器殼體，其特征在于所述安裝塊包括一個外O形環(huán)。
9.如權利要求6所述探測器殼體，其特征在于所述安裝塊包括一個內O形環(huán)和一個外O形環(huán)。
10.如權利要求1所述探測器殼體，其特征在于所述第一端件和第二端件包括突起，所述突起被裝配在位于所述主體的第一端和第二端的開口內。
11.如權利要求1所述探測器殼體，在所述主體內還包括多個流體通道，每個流體通道在所述主體的第一端和第二端之間提供流體連通。
12.如權利要求1所述探測器殼體，還包括一個被安裝在所述探測器殼體的凹入部分內的探測器，所述探測器具有縱向軸線，其中，被安裝的探測器縱向軸線可以相對于探測器殼體的縱向軸線對齊。
13.如權利要求1所述探測器殼體，還包括一個被安裝在所述探測器殼體的凹入部分內的探測器，所述被安裝的探測器可以被旋轉朝向一個所選擇的轉動位置，所選擇的轉動位置是多個轉動位置中的一個位置。
14.如權利要求13所述探測器殼體，還包括將探測器固定在所選擇的轉動位置上的鎖定設備。
15.如權利要求1所述探測器殼體，其特征在于第一端件和第二端件包括用于將鉆探元件與每個端件相連的螺紋連接部分。
16.一種探測器殼體包括a)一種殼體結構，具有從殼體結構的第一端延伸至第二端的流體通道，所述殼體結構還包括i)位于所述殼體結構內用于接收探測器的腔室；ii)位于所述殼體結構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徑b)第一端元件和第二端元件，所述每個端元件包括i)被裝配在殼體結構的第一和第二凹入部分之一內的突起；ii)錐形螺紋部分，所述錐形螺紋部分具有主直徑和次直徑，錐形螺紋部分的次直徑比凹入部分的第一直徑小。
17.一種探測器殼體包括a)具有相反端的整體殼體，所述每端的構造提供一個將鉆探元件與所述殼體相連的連接部分，每端還具有開口，用以在所述殼體的端部和連接的鉆探元件之間提供流體連通；b)所述流體通道延伸通過所述整體殼體；c)與各端部開口相鄰的第一圓柱形空間和第二圓柱形空間，第一和第二圓柱形空間從所述開口徑向向外延伸，從而所述圓柱形空間在殼體的流體通道和端部開口之間提供流體連通；d)位于所述殼體內用于容納探測器的凹入部分，所述凹入部分與所述流體通道隔離。
全文摘要
一種改進殼體剛性的單件設計的探測器(發(fā)送器)殼體(100)。所述殼體包括適用于多種探測器(60)應用的機械可調整安裝結構。一種制造整體探測器殼體并最終使探測器電子計時的方法。
文檔編號E21B47/01GK1633542SQ03804072
公開日2005年6月29日 申請日期2003年1月14日 優(yōu)先權日2002年1月14日
發(fā)明者托德·邁克爾, 理查德·史密斯, 馬克·費西勒 申請人:維米爾制造公司