專利名稱：濕式連接器插座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連接器插座，其適用于與油井內(nèi)繩索起下的鉆具的插頭作井下連接。
一旦鉆開油井之后，通常是用電氣儀器來記錄油井的各特定部分。有時稱這些儀器為“繩索起下”儀表，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^它們配置的電線或電纜而與鉆井地面的測井單元通訊連通。在豎直井中，通常只是簡單地將儀器隨測井纜下到井內(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的地層深度。在這些情況下，有時是需要用鉆桿推動儀器下井。
但是，因?yàn)橛须娎|，使得用鉆桿進(jìn)行繩索起下測井變得困難。在將儀器下井之前將電纜預(yù)先穿線通過所有鉆桿，既累贅又危險。因此，已經(jīng)開發(fā)了一些配置系統(tǒng)，例如Schlumberger的困難測井條件系統(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。完成檢測后，可以容易地將電纜從測井儀器上拆開，并在收回該測井儀器之前，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)時里，該電纜遙距地用井下連接器連接到檢測儀器上。該連接器的一個半部分連接在該檢測儀器上并在鉆桿上下到井內(nèi)。連接器的另一個半部分連接到電纜的端部，并用在鉆桿底部開孔流出而進(jìn)入井孔的循環(huán)流動的鉆井泥漿流沿鉆桿將該連接器的該另一個半部分泵送下井。該連接器有時亦稱為“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的鉆井泥漿中進(jìn)行連接的。
濕式連接器的插座的各接觸部必須對插頭接觸部表面提供一個可靠的連接壓力，以確保電氣連接的可靠性。雖然提供的一種帶有懸臂指形件的插座證明在應(yīng)用此種壓力方面效果良好，但該指形件的外露遠(yuǎn)端部在解耦時偶然會阻礙插頭而損壞該插頭。這些指形件是通過彎曲薄片料形成的，該指形件傾向最后永久性徑向向移動，降低了它們提供可靠接觸壓力的能力，造成極差的、有時甚至是間歇性的接觸。
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于與油井內(nèi)繩索起下的測井儀器的插頭作井下連接的連接器插座。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供以一種電氣連接器插座，其適宜于在一根電纜上下到井內(nèi)，其與井下連接器插頭進(jìn)行遙距地連接，以便通過該電纜將連接器插頭與鉆井地面之間電氣連通。電氣連接器插座包括一個套殼，該套殼具有一個將電氣連接器插座固定到該電纜的連接件，一個在套殼內(nèi)的插座接觸部，及一個在該套殼與該插座電氣接觸部之間設(shè)置的、阻止該插座接觸部與該套殼之間產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象的絕緣體。該套殼確定一個具有用以接納連接器插頭的開口端部的內(nèi)腔。該插座電氣接觸部與該電纜電氣連通，并包括一個確定一條中央軸線的環(huán)形件及一個從該環(huán)形件大致軸向延伸的懸臂指形件。該指形件的第一個部分從該環(huán)形件徑向地向內(nèi)延伸，而其第二個部分則從第一個部分大致徑向地向外延伸直至其一個軸向定向的遠(yuǎn)端。該指形件的第一部分及第二個部分確定了在其間的徑向最內(nèi)的接觸表面。該絕緣體包括一個外殼體，其設(shè)置在該插座電氣接觸部的環(huán)形件及該套殼的內(nèi)腔之間，而一個內(nèi)唇件則軸向地重疊在該插座電氣接觸部的懸臂指形件的遠(yuǎn)端部。該內(nèi)唇件徑向向內(nèi)地設(shè)置在該懸臂指形件的遠(yuǎn)端部，以便遮掩該指形件端部，使得可避免與在該連接器插座內(nèi)運(yùn)動的該連接器插頭接合。
在某些實(shí)施例中，該插座電氣接觸部最好是如鈹銅的導(dǎo)電材料制成的單一元件。在某些情況下，該插座電氣接觸部需鍍以黃金。
在某些實(shí)施例中，該連接器插座具有一個設(shè)置在該套殼內(nèi)該開口端部及該插座電氣接觸部之間的刮子密封。該刮子密封安排成用以當(dāng)該連接器插頭插入該連接器插座時接合該連接器插頭暴露的表面，以便刮除該暴露表面的碎屑。該刮子密封的內(nèi)徑最好與該插座電氣接觸部的內(nèi)徑大致相等，該插座電氣接觸部的內(nèi)徑由該插座電氣接觸部的徑向最內(nèi)的接觸表面定義。
在某些實(shí)施例中，該插座電氣接觸部還包括一個與該環(huán)形件電氣連通并從該環(huán)形件徑向向外延伸的釬焊突耳。在某些設(shè)計中，該絕緣體確定一條貫穿通過其中的軸向?qū)Ь€孔，用以該電纜取徑通過而達(dá)到該釬焊突耳。
在某些實(shí)施例中，該插座電氣接觸部最少有六個懸臂指形件安排環(huán)繞該環(huán)形件處。
在某些實(shí)施例中，該指形件的寬度，在橫向于該環(huán)形件的半徑的方向上測量時，朝徑向最內(nèi)的接觸表面退拔。
在某些構(gòu)造中，該徑向最內(nèi)的接觸表面具有一個內(nèi)表面，其沿接觸部的軸線上測量的長度約為該指形件的長度的四分之一。
在某些情況下，該電氣插座接觸部的指形件具有一個徑向厚度，該厚度約為該徑向最內(nèi)的接觸表面與該環(huán)形件內(nèi)半徑之間的徑向距離之百分之七十五。
在某些實(shí)施例中，該連接器插座還包括一可置換的滑閘，該滑閘在該接觸部內(nèi)沿接觸部的軸線延伸至一個密封端部，以便密封該連接器插座的內(nèi)部，直至由該連接器插頭置換為止。
在某些實(shí)施例中，在用于具有多個導(dǎo)體的電纜時，該連接器插座有一系列的插座電氣接觸部同心地安排在沿一根共同的軸線上。每個插座電氣接觸部與電纜的相應(yīng)的導(dǎo)體電氣接觸，該插座電氣接觸部設(shè)置在套殼內(nèi)多個絕緣體之一內(nèi)，并與其他插座電氣接觸部和導(dǎo)體電絕緣。，這種構(gòu)造最好包括著上文敘述的設(shè)置在該套殼內(nèi)刮子密封，該刮子密封安排在該插座電氣接觸部之間，使得在該連接器插頭進(jìn)入該連接器插座時，該刮子密封能接合該連接器插頭的暴露的表面，從而能刮除在該暴露的表面上的碎屑。該一系列的插座電氣接觸部最好包括四個此類的接觸部，尤以具有八個此類的接觸部為佳。
該插座電氣接觸部最好由一種材料的單一件制成，并以機(jī)械加工方法制成其最終形狀。
不同的實(shí)施例中，可將上述特征結(jié)合在一起，以滿足特定應(yīng)用的需求。
根據(jù)發(fā)明的另一個方面，提供一種用于一種電氣連接器的連接器插座，該連接器插座適宜于與一個連接器插頭接合以實(shí)現(xiàn)一種電起連接。該連接器插座具有一個確定一條中央軸線的環(huán)形件，及一個從該環(huán)形件軸向延伸的懸臂指形件。該指形件的第一個部分從該環(huán)形件大致徑向向內(nèi)延伸，而其第二個部分則從該第一個部分徑向向外延伸至一個軸向定向的遠(yuǎn)端部。該第一及第二部分之間確定一個用以接觸該連接器插頭的一個外表面的徑向最內(nèi)的接觸表面。
根據(jù)發(fā)明的另一個方面，提供一種用以與在井內(nèi)的一個井下儀器的連接器插頭建立一種電氣連接的方法，以便該儀器與鉆井地面之間信息連通，其包括步驟如下1.在一根電纜上下井本發(fā)明的連接器插座，及2.將該連接器插座接合連接器插頭以便形成電氣接觸。
在某些實(shí)施例中，將該連接器插座下井的步驟包括用流動鉆液沿鉆井泵送該連接器插座。
本發(fā)明的連接器插座可以提供改善的連接可靠性和重復(fù)性，避免由于接觸部指形件接合著運(yùn)動的連接器插頭所致的接觸元件故障。連接器指形件的構(gòu)造可使之即使重復(fù)使用而指形件的永久性變形及所導(dǎo)致的接觸壓力缺乏的風(fēng)險仍然大為減少。該連接器組裝容易，還特別適用于如油井中存在的潮濕的環(huán)境。


圖1-5順序地示出油井測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。
圖9示出在鉆桿中的抽吸杯的功能。
圖9A示出一個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與繩索起下測井儀器10一起使用，在鉆井有所偏離和/或待測井的區(qū)域(例如，區(qū)域14)相當(dāng)深的時候，特別有用。在這些圖中，鉆井12具有一個待在區(qū)域14中進(jìn)行測井的水平段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，測井儀器10配備以井下濕式連接器頭(為行文簡潔起見，下文中將之簡稱為DWCH)22，該DWCH22連接在測井儀器的上端部及鉆桿24之間。正如下文將更詳細(xì)的說明的那樣，該DWCH22提供一個井下電氣連通的插頭部分，用以在測井儀器10與流動記錄單位26之間作電氣連通。在測井過程的第一個步驟中，該測井儀器10與該DWCH22均下到鉆井12中標(biāo)準(zhǔn)鉆桿的連接長度處，直至儀器10抵達(dá)待測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，由于該鉆桿沒有打開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，將一個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有一個連接器插座部分用以與該DWCH的連接器插頭部分銜接。一個電纜側(cè)入接頭(下文簡稱CSES)32預(yù)先卷繞以電纜30，再連接到鉆桿24的上端部，以給電纜提供一個從組成的鉆桿的旁通出口；還有一個泥漿蓋帽34(例如，鉆井裝置上部驅(qū)動裝置或Kelly泥漿循環(huán)流動系統(tǒng))則連接到CSES32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上一個特別構(gòu)造的抽吸杯因?yàn)槟酀{從鉆桿向下流動而協(xié)助在該P(yáng)WCH28建立壓力，推動該P(yáng)WCH下井，并將之鎖定在該DWCH32上，從而形成一個電氣連通。在該DWCH22中的一個特制的閥(將在下面說明)讓泥漿流從鉆桿循環(huán)流動而進(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，以便形成一個在測井儀器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，并從鉆桿的頂部取走泥漿蓋帽34。當(dāng)測井儀器降至井底時，可以將測井儀器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，將測井儀器10，DWCH22及PWCH28降下或推動至井底。在這過程中，CSES32保持連接在鉆桿上，為電纜30提供一個旁通出口。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，使鉆桿與電纜同時下降。
在井底，測井儀器的傳感器觸臂或襯墊器36(如果配備的話)便展開，然后，在記錄單位26記錄好傳感器讀數(shù)時，將測井儀器拉上到區(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)，同時升起電纜和鉆桿。
參看圖5，在完成測井后，關(guān)上接通井下的電源，將PWCH28從DWCH22分開，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與測井儀器在內(nèi)的設(shè)備一一收回。
參看圖6A至6C，DWCH22有兩個主要子配件，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連接到上測井儀器10(參看圖1)。
DWCL40是DWCH22的上端部，并具有一個外套殼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是一個鎖定組件，該鎖定組件具有三個懸臂鎖定爪48，該鎖定爪徑向向內(nèi)并朝DWCC延伸，以便固定PWCH28。兩個軸向分開的扶正器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。
DWCC 38包括DWCH的電氣和液壓部件。它有一個外套殼54，經(jīng)過車有螺紋接口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，以便可松開地將DWCH連接到測井儀器。在外套殼54的上端部有一個車有螺紋的接口58以將該外套殼54連接到聯(lián)接器60。在接口44、55及58處的車有螺紋的開縫套筒62使DWCH套殼部件54、60、42和56能接合起來而無須轉(zhuǎn)動DWCH的任何一個端部。悶頭組件56包含一個密封的悶頭電氣連通器64，其用以將DWCH與測井儀器電氣連通。
DWCC38的一個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)，其通過悶頭連接器64電氣耦合到該測井儀器。通過多條電線電纜66向上延伸穿過一個密封電線腔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通過一個油管71穿過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)地說明該壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。
一個泥漿泵活塞組件80(圖6B)，其包括活塞82、活塞圈84、活塞擋塊86、密封件88及滑動摩阻減低器90，該泥漿泵活塞組件由一個泥漿活塞彈簧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)之間流動而通過間隔在圍繞DWCH直徑的三個側(cè)面出口100。在作業(yè)時，該泥漿泵活塞組件80保持在這個出口-阻塞的位置，直至內(nèi)部區(qū)域98的壓力足以超過鉆井環(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，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，并通過該出口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。在鉆桿中沒有泥漿泵壓力時，通過阻塞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自鉆井的液體。這對避免鉆井通過鉆桿漏氣并在防止泥漿攜帶來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，會導(dǎo)致該DWCH與PWCH過早分離開。
連接器插頭組件52由一系列的包含九個接觸環(huán)102組成，每個接觸環(huán)均用兩個O-形密封圈70密封，并由絕緣體104分隔開。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，以便通過孔110作用在活塞77的上側(cè)邊部。該泥漿壓力通過由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，通過一個例如商標(biāo)為Lee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，必須先通過一個排泄出口114用真空抽氣裝置對該電線腔68進(jìn)行抽氣。進(jìn)行抽氣并達(dá)到真空后，通過該排泄出口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)一個單程的壓力限制止回閥119打開，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(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)先灌注滿推薦的潤滑液體，例如機(jī)油。在鉆井內(nèi)使用時，潤滑液體通常停留在DWCH中(具體地說，在環(huán)形件106與活塞77上方的容積停留)，不會即時為鉆井泥漿所置換，因此簡化了儀器維修程序。除潤滑液體外，建議在所有滑動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，在接合該DWCH之前，一個用電絕緣材料制成的滑閘142偏置向PWCH的下端部。一個方形密封環(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。一個錐形的底部鉆頭端部146協(xié)助調(diào)校PWCH，以便與該DWCH對接。
當(dāng)由足夠的慣性或泥漿壓力載荷推動PWCH進(jìn)入DWCH時，PWCH的下端部延伸通過DWCH的鎖定爪48(圖6A)，直至鎖定爪接扣在PWCH的一個易卸鎖定環(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，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，通過將展開的電纜拉上，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有一個外套殼150，和一個由連接器154與適當(dāng)?shù)能囉新菁y開縫環(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)通過外套殼形成一個在電線心桿子配件內(nèi)的從鉆桿內(nèi)部到泥漿腔164的流動路徑。從連接器插座組件140的訊號電線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，穿過上心桿158中的孔166，還穿過電線腔168，并獨(dú)立地連接到連接器組件170的下銷件。
像DWCH一樣，PWCH有一個用以平衡跨越滑閘142的壓力的壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，同時，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)確定一個油腔172，該油腔由一個有O-形密封圈175的補(bǔ)償活塞174與泥漿腔164分隔開?；钊?74可在下心桿160內(nèi)自由運(yùn)動，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，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)的一個減壓閥186容許在組裝時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有九個電絕緣的銷件，每個銷件有相應(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。一個連接器夾持器189穿過耦合器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196一起穿過電纜的端部。將一個標(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內(nèi)部臺肩198的繩帽套殼上。電纜的電線連接到來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縫環(huán)件156的耦合器154。繩帽套殼通過油脂孔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，用以限制流動通過PWCH周圍的鉆桿的液體，及建立壓力以便沿鉆桿驅(qū)動PWCH運(yùn)動，并在井下將PWCH鎖定在DWCH上。上抽吸杯心桿194穿過繩帽套殼焊件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，該P(yáng)WCH上端部具有兩個抽吸杯202a和202b，兩者相隔一距離L，用以限制在圍繞PWCH的液體流動。當(dāng)采用例如輕質(zhì)和低粘滯性的泥漿進(jìn)行泵送時，這個種設(shè)計極為有用。可將一個繩帽套殼延伸件204適當(dāng)?shù)剡B接以兩個抽吸杯的心桿。也可用兩個以上的抽吸杯。
參看圖9，抽吸杯202起流動限制作用，并在點(diǎn)A產(chǎn)生一個相應(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度/直徑比的延伸部件時，這種設(shè)計可能特別有用。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，無須將覽索從儀器上解開。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于抽吸杯的縱向軸錐度約為7度的外表面。錐形部分的長度有助于將抽吸杯保持在套殼孔內(nèi)。此外，有六個銷件217延伸通過在上、下抽吸杯心桿之間的抽吸杯的孔218，，以便于使用時保持該抽吸杯。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)或乙縮醛均聚物樹脂(DELRINTM)的硬塑料。非彈性材料制成的抽吸杯可制成兩個重疊件，以便安裝在一個預(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，其并具有一個包括八個(最好是六個或以上)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，從套筒部分234至遠(yuǎn)端部237，具有由一個徑向向內(nèi)延伸的第一個部分238和一個徑向向外延伸的第二個部分240形成的一個徑向最內(nèi)的部分242，該徑向最內(nèi)的部分的接觸部長度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沒有使之傾向減少其抗疲勞性的殘余彎曲應(yīng)力。
按相對的指形件的接觸表面242測量的觸部接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，將指形件236向外推動，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的長度dc約為指形件總長度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，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，可以減少接觸部之間短路的可能性。
接觸部220有一個焊接凸片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，電線246鋪設(shè)通過絕緣體中的一個孔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，以便將來自連接器插座的每個接觸部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，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)繞每個銷件284就位模制獨(dú)立銷件絕緣體296。絕緣體296延伸通過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，在存儲及運(yùn)輸過程中，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具有就個銷件284的圓環(huán)形的陣列，每個銷件各有相應(yīng)的絕緣體296和導(dǎo)線286。
權(quán)利要求
1.一種連接器插座，其適用于在電纜上吊下井底與井底的連接器插頭接合，使之與所述連接器插頭通過電纜與鉆井地面電氣連通，其特征在于，所述連接器插座包括一個帶有連接件以將所述連接器插座固定于電纜上的外套殼，所述外套殼有一個敞開端部的內(nèi)孔，以便接納所述連接器插頭；所述外套殼內(nèi)有一個連接器電氣接觸部，所述電氣接觸部與電纜電氣連通，并包括一個確定中央軸線的周界的環(huán)形件；一個由所述環(huán)形件沿軸向延伸的懸臂指形件，所述指形件的第一部分從所述環(huán)形件徑向向內(nèi)延伸，一個第二部分從所述第一部分徑向向外延伸，直到軸向定向的遠(yuǎn)端部，所述第一部分和所述第二部分之間構(gòu)成一個徑向最內(nèi)接觸表面；及一件絕緣體放置在所述外套殼與所述連接器插座電氣接觸部之間，使兩者彼此絕緣，所述絕緣體包括一個外殼，所述外殼設(shè)置于所述插座電氣接觸部的環(huán)形件和箱外套殼內(nèi)孔之間；一個內(nèi)唇件，所述內(nèi)唇件軸向地重疊所述插座電氣接觸部的懸臂指形件的遠(yuǎn)端部，所述內(nèi)唇件以屏蔽所述懸臂指形件與在所述連接器插座內(nèi)運(yùn)動的所述連接器插頭接合的方式而徑向向內(nèi)地設(shè)置在所述懸臂指形件的遠(yuǎn)端部處。
2.如權(quán)利要求1所述連接器插座，其特征在于，所述連接器插座還包括設(shè)置于外套殼內(nèi)的刮子密封件，所述刮子密封件設(shè)置在所述外套殼開口和所述插座電氣接觸部之間，當(dāng)所述連接器插頭插入所述連接器插座時，所述刮子密封件將清除在所述連接器插頭暴露部分粘附的碎屑。
3.如權(quán)利要求2所述連接器插座，其特征在于，其中所述刮子密封件的內(nèi)徑約等于所述插座電氣接觸部的內(nèi)徑，也就是電氣接觸部的接觸面。
4.如權(quán)利要求1所述連接器插座，其特征在于，其中所述插座電氣接觸部進(jìn)一步包括接線凸片，所述接線凸片用以電氣來連接通，并由環(huán)形件向外延伸。
5.如權(quán)利要求4所述連接器插座，其特征在于，所述絕緣體固定軸向電線孔的位置，所述孔貫穿整個所述連接器，使電纜得以連接到所述接線凸片上。
6.如權(quán)利要求1所述連接器插座，其特征在于，所述插座電氣接觸部包括至少六個連接于所述環(huán)形件的懸臂指形件。
7.如權(quán)利要求1所述連接器插座，其特征在于，所述電纜為有多個導(dǎo)線的電纜，所述連接器插座包括一系列插座電氣接觸部，所述插座電氣接觸部圍繞一條共同軸線疊置排列，所述插座電氣接觸部與其相應(yīng)的電纜電線接合，在所述外套殼中的所述插座電氣接觸部各自有絕緣體保護(hù)，使之與其他插座電氣接觸部及電線絕緣。
8.如權(quán)利要求7所述連接器插座，其特征在于，其還包括刮子密封件，所述刮子密封件設(shè)置在所述外套殼內(nèi)各所述插座電氣接觸部處，當(dāng)所述連接器插頭插入所述連接器插座時，所述刮子密封件可清除連所述接器插頭暴露部分上粘附的碎屑。
9.如權(quán)利要求8所述連接器插座，其特征在于，所述刮子密封件的內(nèi)徑等于所述插座電氣接觸部也就是所述插座電氣接觸部的接觸面的內(nèi)徑。
10.如權(quán)利要求1所述連接器插座，其特征在于，所述插座電氣接觸部由一件單一的材料經(jīng)機(jī)器加工切削而成的。
全文摘要
用以在電纜上下井與井下連接器插頭遙距連接的連接器插座,包括:有將插座連于電纜的連接件的套殼、套殼內(nèi)的插座接觸部、配置在套殼與接觸部間的絕緣體。插座接觸部與電纜電氣連通,并包括環(huán)形件,軸向延伸的懸臂指形件。指形件第一部分從環(huán)形件徑向向內(nèi)延伸,第二部分從第一部分向外延伸到軸向定向的遠(yuǎn)端部。第一及第二部分件確定徑向最內(nèi)接觸面。絕緣體在插座接觸部與套殼內(nèi)孔之間有外殼和內(nèi)唇件。內(nèi)唇件屏避免指形件與在插座中運(yùn)動的插頭接合。
文檔編號E21B23/00GK1199255SQ98104500
公開日1998年11月18日 申請日期1998年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月19日
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