本國際申請要求享有2014年2月13日提交的序列號為61/939623的共同未決的美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)，該專利申請通過引用以其全部并入本文中。

本發(fā)明的背景。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及在井下環(huán)境中建立電氣連接。更特別地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及保持配置成用于在濕環(huán)境中連接井下工具構(gòu)件的電氣連接器的環(huán)形接觸件。

相關(guān)技術(shù)的描述

器具和工具通常定位在井眼內(nèi)的井下位置以探測井條件且控制井的操作。例如，通常提供傳感器和鉆井工具，其接收功率且與地面?zhèn)鬟f指令或數(shù)據(jù)信號。通常，與這些傳感器和鉆井工具的電氣電路在井下環(huán)境中完成，該井下環(huán)境可包括鉆井流體或其它液體。配合構(gòu)件在濕的井下環(huán)境中的連接通常稱作濕連接。

用于濕連接的一種類型的電氣接觸件是彈簧接觸件，其在兩個(gè)配合構(gòu)件與彼此接合時(shí)從一個(gè)配合構(gòu)件突出且表現(xiàn)出足夠的彈性和柔性以維持與相應(yīng)的第二配合構(gòu)件的接觸。影響濕連接的一個(gè)關(guān)注是在安裝或操縱工具期間突出的電氣接觸件將從其合適位置擠出或被迫離開的可能性。這可導(dǎo)致用以建立合適操作所需的電氣電路的工具的失效，且可通過造成電氣短路破壞工具。本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到用在井下環(huán)境的濕連接裝置的配合構(gòu)件內(nèi)的彈性電氣接觸的保持的需求。

發(fā)明概要

本文描述了濕連接裝置的示例性實(shí)施例，其包括由螺旋彈簧形成的環(huán)形電氣接觸件。螺旋彈簧配置成環(huán)，例如，通過使圈的相對端部焊接或以其他方式彼此連接。環(huán)布置在限定于一個(gè)配合構(gòu)件上的凹槽內(nèi)，使得螺旋彈簧從凹槽突出以便于與相應(yīng)配合構(gòu)件的電氣接觸。徑向保持部件布置在螺旋彈簧內(nèi)以對螺旋彈簧提供徑向偏置來將螺旋彈簧保持在凹槽內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，一種可在井下環(huán)境中操作的濕連接裝置包括：陰構(gòu)件，其限定具有至少一個(gè)限定于其上的電極的環(huán)形內(nèi)壁，該至少一個(gè)電極與和陰構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的井下工具電氣連通；至少部分地布置在環(huán)形內(nèi)壁內(nèi)的陽構(gòu)件，該陽構(gòu)件與井上設(shè)備電氣連通；以及在陽構(gòu)件和陰構(gòu)件之間建立電氣連續(xù)性的環(huán)形電氣接觸件。環(huán)形電氣接觸件包括：由使其端部熔合在一起的螺旋彈簧構(gòu)造的彈性外部部件；以及內(nèi)保持部件，其布置在彈性外部部件內(nèi)且可操作成向彈性外部部件提供徑向偏置，內(nèi)保持部件由贈環(huán)構(gòu)造，該贈環(huán)限定沿與限定螺旋彈簧的圈的方向大體正交的方向延伸的圈。

在另一實(shí)施例中，一種用于可在井下環(huán)境中操作的濕連接裝置的環(huán)形電氣接觸件包括：由使其端部熔合在一起的螺旋彈簧構(gòu)造的彈性外部部件；以及內(nèi)保持部件，其布置在彈性外部部件內(nèi)且可操作成向彈性外部部件提供徑向偏置，內(nèi)保持部件由環(huán)構(gòu)造，該環(huán)限定沿與螺旋彈簧的圈的方向大致正交的方向延伸的圈。環(huán)形電氣接觸件建立井下設(shè)備和井上設(shè)備之間的電氣連續(xù)性。

附圖的簡要描述

為了獲得本發(fā)明的上述特征、方面和優(yōu)點(diǎn)以及其它方面將變得明顯的方式且可對其詳細(xì)地理解，通過參照形成本說明書的一部分的附圖圖示的其實(shí)施例可得到上面簡要概述的發(fā)明的更具體的描述。然而，將要注意的是，附圖僅圖示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例且因而不被認(rèn)為是本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可容許其它同等有效的實(shí)施例。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的包括安裝在陰構(gòu)件內(nèi)的陽構(gòu)件的濕連接裝置的示意性截面圖。

圖2是圖1的陽構(gòu)件的局部透視圖，其圖示了布置在相應(yīng)凹槽內(nèi)的多個(gè)環(huán)形電氣接觸件。

圖3是圖1的陽構(gòu)件的局部透視圖，其圖示了環(huán)形電氣接觸件中的一個(gè)被擠出使得該環(huán)形電氣接觸件從相應(yīng)凹槽部分地移位。

圖4是圖2的環(huán)形電氣接觸件的示意性透視圖。

圖5是安裝在相應(yīng)凹槽中的圖2的環(huán)形電氣接觸件的示意性截面圖。

示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述

大體參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，濕連接裝置10包括安裝在陰構(gòu)件14內(nèi)的陽構(gòu)件12。陽構(gòu)件12包括沿縱向軸線“A”延伸穿過其中的軸向孔16。軸向孔16提供用于將鉆井流體或其它液體向下泵送到井眼中或從其抽取的通路。這些流體可促成濕井眼環(huán)境。

陽構(gòu)件12包括在軸向方向上延伸的電氣管道18，使得陽構(gòu)件12可電氣聯(lián)接至相對于濕連接裝置10在井上布置的地面設(shè)備(未示出)或其它井眼設(shè)備。電氣管道18與沿陽構(gòu)件12的外周向壁22軸向地間隔開的五(5)個(gè)環(huán)形電氣接觸件20電氣連通以建立與陰構(gòu)件14的電氣連通。在其它實(shí)施例中，提供了較多或較少環(huán)形電氣接觸件20。外周向壁22由傳導(dǎo)環(huán)24和電氣絕緣環(huán)26限定，它們沿軸向方向與彼此間隔開。環(huán)形電氣接觸件20通過傳導(dǎo)環(huán)24與電氣管道18電氣連通。環(huán)形凹槽28限定在傳導(dǎo)環(huán)24中，傳導(dǎo)環(huán)提供將環(huán)形電氣接觸件20保持在其中的承座部。環(huán)形電氣接觸件20徑向地從環(huán)形凹槽28彈性地突出超過外周向壁22以接合陰構(gòu)件14的內(nèi)周向壁30。

內(nèi)周向壁30由陰構(gòu)件14的周向電極34和中間電氣絕緣部分36限定。電極34可由銅或其它電氣傳導(dǎo)材料構(gòu)造，且電氣絕緣部分36可由PEEK聚合物(聚醚醚酮)、其它熱塑性塑料、陶瓷材料或本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的其它大體非傳導(dǎo)的材料構(gòu)造。電極34與沿陰構(gòu)件14在軸向方向上延伸的電氣管道38電氣連通。電氣管道38可與相對于濕連接裝置10在井下布置的多個(gè)傳感器、馬達(dá)或其它井下工具(未示出)電氣聯(lián)接。因此，通過經(jīng)由環(huán)形電氣接觸件20在陽構(gòu)件12和陰構(gòu)件14之間建立電氣連續(xù)性，濕連接裝置10促進(jìn)地面設(shè)備和與其聯(lián)接的井下設(shè)備之間的電氣連通。

一對上O型環(huán)42和一對下O型環(huán)44在環(huán)形電氣接觸件20的上方和下方設(shè)在陽構(gòu)件12上。O型環(huán)42、44接合陰構(gòu)件的環(huán)形內(nèi)壁30以將環(huán)形電氣接觸件20從濕連接裝置10的外部部分流體地隔離。各個(gè)環(huán)形電氣接觸件20由布置在各個(gè)環(huán)形電氣接觸件上方和下方的流體密封件46彼此流體地隔離。流體密封件46在陰構(gòu)件14的電氣絕緣部分36和電氣絕緣環(huán)26之間延伸以接合環(huán)形內(nèi)壁30。流體密封件可由彈性體或另一絕緣材料構(gòu)造，使得流體密封件容許各個(gè)環(huán)形電氣接觸件20和電極34通過濕連接裝置10傳輸不同的功率和/或數(shù)據(jù)信號。在將陽構(gòu)件12安裝到陰構(gòu)件14中期間，在任何井眼流體或其它流體截留在流體密封件46之間的情況中，流體維持在電氣隔離腔48中，且因此截留的流體不會通過鄰近的電氣隔離腔48干擾功率和/或數(shù)據(jù)信號的傳輸。

現(xiàn)在參照圖2，陽構(gòu)件12描繪為帶有布置在環(huán)形凹槽28內(nèi)的環(huán)形電氣接觸件20。環(huán)形電氣接觸件20包括從外周向壁22徑向地突出的彈性外部部件50。在圖示的實(shí)施例中，彈性外部部件50由使其端部焊接或以其它方式彼此聯(lián)接的金屬螺旋彈簧構(gòu)造，使得外部彈性部件50維持環(huán)形構(gòu)造。由螺旋彈簧的端部維持的環(huán)形構(gòu)造可表現(xiàn)出比環(huán)形凹槽28的外徑略小的內(nèi)徑，使得彈性外部部件50表現(xiàn)出徑向向內(nèi)的偏置以維持與傳導(dǎo)環(huán)24的物理和電氣接觸。在其它實(shí)施例(未示出)中，外部彈性部件50可由柔性金屬網(wǎng)或其它彈性且電氣傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

如圖3中所示，一(1)個(gè)彈性外部部件50圖示為帶有施加到其上的力“F”，該力使彈性外部部件50擠出且從而使彈性外部部件50從環(huán)形凹槽28部分地移位。如本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的那樣，力“F”可在陽構(gòu)件12接合陰構(gòu)件14(圖1)之前插入井眼期間由井眼中的支架、肩部或其它突出障礙物施加至外部的彈性外部部件50。如果沒有合適地處理，這些力“F”可導(dǎo)致外部彈性部件50滾出凹槽28，從而導(dǎo)致電氣短路、降低電氣連續(xù)性和/或使得濕連接裝置10(圖1)至少部分地不可操作。

如圖4中所示，內(nèi)保持部件52嵌入彈性部件50的螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)以便于將環(huán)形電氣接觸件20維持在凹槽28內(nèi)。為了清楚起見，僅圖示了彈性外部部件50的少許圈，但將認(rèn)識的是彈性外部部件圍繞內(nèi)保持部件52延伸完整的360度。內(nèi)保持部件52由“贈環(huán)”構(gòu)造，其可被稱作“鑰匙環(huán)”。內(nèi)保持部件52表現(xiàn)出比彈性外部部件50更大的剛度，且包括配置成帶有重疊區(qū)段56的一個(gè)完整圈的金屬條或線54。重疊區(qū)段56延伸越過徑向角度“α”，其中線54的第一部分60布置得鄰近線54的第二部分62。在一些實(shí)施例中，徑向角度“α”是在約90度到約150度的范圍中的角度。在一些實(shí)施例中，角度“α”約為120度。在一些實(shí)施例中，線54的第一部分60和第二部分62在無應(yīng)力狀態(tài)下彼此鄰接，且可軸向地分開以容許彈性外部部件50圍繞內(nèi)保持部件52安裝。

如圖5中所示，彈性外部部件50和內(nèi)保持部件52的圈大體在正交的方向上延伸。內(nèi)保持部件52的圈大體沿軸線“A”延伸且內(nèi)保持部件52的圈圍繞縱向軸線“A”在環(huán)形方向上延伸。在圖示的實(shí)施例中，限定在傳導(dǎo)環(huán)24中的凹槽28具有內(nèi)徑ID₁且內(nèi)保持部件52在無應(yīng)力狀態(tài)下具有內(nèi)徑ID₂。限定外部彈性部件50的圈的厚度足夠小，使得內(nèi)保持部件52的內(nèi)徑ID₂不迫使彈性外部部件50與凹槽28的內(nèi)徑ID₁鄰接。因此，彈性外部部件50維持在凹槽28內(nèi)滑動(dòng)、彎曲和/或移動(dòng)的一些能力，但由內(nèi)保持部件52捕獲在凹槽28內(nèi)。在其它實(shí)施例中，內(nèi)保持部件的內(nèi)徑ID₂足夠小，使得內(nèi)保持部件52鄰接彈性外部部件50且對其提供徑向偏置使得外部彈性部件50有效地偏置得與凹槽28接觸。

在圖示的實(shí)施例中，內(nèi)保持部件52的內(nèi)徑ID₂比凹槽28的外徑OD₁小。因此，為了將環(huán)形電氣接觸件20安裝在凹槽28內(nèi)或從凹槽28移位，可暫時(shí)充分地克服內(nèi)保持部件52的徑向偏置以容許內(nèi)保持部件52擴(kuò)展越過凹槽28的外徑OD₁。此后，內(nèi)保持部件52可返回到無應(yīng)力狀態(tài)(或應(yīng)力較小的狀態(tài))以將環(huán)形電氣接觸件20捕獲在凹槽28內(nèi)。外徑OD₂由彈性外部部件50限定，其比凹槽28的外徑OD₁大以容許外部部件50與限定在陰構(gòu)件14(圖1)上的電極34(圖1)建立電氣接觸。

在其它備選的實(shí)施例(未示出)中，可提供延伸少于完整圈的內(nèi)保持部件使得不存在重疊區(qū)段。例如，內(nèi)保持部件可延伸大約150度的徑向角度，容許內(nèi)保持部件提供徑向偏置且將彈性外部部件50捕獲在凹槽28內(nèi)。在其它備選的實(shí)施例中，內(nèi)保持部件可為端部結(jié)合或熔合在一起的柔性銅線圈，使得柔性銅線圈限定帶有比凹槽28的外徑OD₁小的內(nèi)徑的環(huán)。在還有其它備選的實(shí)施例中，可提供由彈性或彈性體的帶構(gòu)造的內(nèi)保持部件，且可包括電氣傳導(dǎo)或電氣絕緣材料。

在使用的一個(gè)示例性實(shí)施例中，彈性外部部件50通過將螺旋彈簧的相對端部彼此焊接形成來形成環(huán)結(jié)構(gòu)。內(nèi)保持部件52然后通過軸向地分開線54的第一部分60和第二部分62安裝以容許彈性外部部件50的圈插入第一部分60和第二部分62之間。在將內(nèi)保持部件52完全嵌入彈性外部部件50之前或之后，環(huán)形電氣接觸件20可安裝在凹槽28內(nèi)。陽構(gòu)件12可然后下降到陰構(gòu)件14所布置的濕井眼環(huán)境中。在陽構(gòu)件下降時(shí)力“F”施加至彈性外部部件50的情況中，內(nèi)保持部件52將環(huán)形電氣接觸件20保持在凹槽28中。即使在施加的力“F”切斷彈性外部部件50的圈的情況中，在兩端之間的焊接連接處或在另一位置處，內(nèi)保持部件52將環(huán)形電氣接觸件20保持在凹槽28中。因此，當(dāng)陽構(gòu)件14安裝在陰構(gòu)件14的內(nèi)周向壁30內(nèi)時(shí)，即使當(dāng)外部彈性部件50被破壞時(shí)，仍可建立與相應(yīng)電極34的電氣連續(xù)性。

因此，本文描述的本發(fā)明很適于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和達(dá)到提到的目的和優(yōu)點(diǎn)，以及其中內(nèi)在的其它方面。雖然為了公開的目的已經(jīng)給出了本發(fā)明的現(xiàn)有優(yōu)選的實(shí)施例，但多種變化存在于過程的細(xì)節(jié)中以用于實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。這些和其它相似的變型將容易使其自身由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到，且意在包含在本文公開的本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。