專(zhuān)利名稱(chēng)：旋轉(zhuǎn)式電連接裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)式電連接裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)電在井底鉆井環(huán)境中一直面臨巨大挑戰(zhàn)。從地面?zhèn)鬏旊娔芡ǔ２⒉粚?shí)際。因此， 泥漿馬達(dá)經(jīng)常用于產(chǎn)生井下電能。泥漿馬達(dá)由旋轉(zhuǎn)件(轉(zhuǎn)子)和靜止件(定子)構(gòu)成。在這兩個(gè)構(gòu)件之間或在轉(zhuǎn)子與另一裝置之間傳輸電能面臨巨大難題。通常，滑環(huán)或滑環(huán)組件用于保持靜止件與旋轉(zhuǎn)件之間的接觸?；h(huán)由加裝到一個(gè)件(靜止件或旋轉(zhuǎn)件)上的連續(xù)環(huán)構(gòu)成，其中，環(huán)的軸線(xiàn)與旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)一致。刷或彈簧片位于另一件上，使得在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，刷或彈簧片在環(huán)表面上滑動(dòng)?；h(huán)的一個(gè)缺點(diǎn)是，摩擦?xí)鹉p，這會(huì)限制滑環(huán)的壽命。而且，滑環(huán)組件必須被設(shè)計(jì)成防止滑環(huán)與刷或彈簧片之間的分離。因此，需要一致更可靠的電連接裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了旋轉(zhuǎn)式電連接裝置及其使用方法。本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種旋轉(zhuǎn)式電連接裝置。旋轉(zhuǎn)式電連接裝置包括旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)。所述旋轉(zhuǎn)件包括接觸表面，且被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面相交。所述銷(xiāo)被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面的相交處接觸旋轉(zhuǎn)件。該方面可具有多個(gè)實(shí)施例。所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置可包括連接到旋轉(zhuǎn)件的第一電線(xiàn)和連接到銷(xiāo)的第二電線(xiàn)。所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置可包括彈簧，所述彈簧被構(gòu)造成用于使銷(xiāo)與旋轉(zhuǎn)件的接觸表面保持接觸。所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置可包括套筒，其中，銷(xiāo)和彈簧被接收在所述套筒內(nèi)。套筒可包括內(nèi)部槽，且銷(xiāo)可包括被構(gòu)造成與所述槽配合以防止銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的凸臺(tái)?？蛇x地，銷(xiāo)可被構(gòu)造成能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)可由流體包圍著。旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)可被接收在鉆柱中。所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置可包括環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)件的絕緣體。銷(xiāo)的與旋轉(zhuǎn)件接觸的部分可為圓錐形。旋轉(zhuǎn)件的接觸表面可大致平坦。旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)分別包括相應(yīng)的同心布置的導(dǎo)體和絕緣體。旋轉(zhuǎn)件與銷(xiāo)之間的接觸可以是低摩擦接觸。旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)是可以耐磨損的。本發(fā)明的另一方面提供了一種旋轉(zhuǎn)式電連接裝置。旋轉(zhuǎn)式電連接裝置包括旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)。所述旋轉(zhuǎn)件包括內(nèi)導(dǎo)體、環(huán)繞著內(nèi)導(dǎo)體的絕緣層、環(huán)繞著絕緣層的外導(dǎo)體以及接觸表面。旋轉(zhuǎn)件被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面相交。所述銷(xiāo)被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面的相交處接觸旋轉(zhuǎn)件。所述銷(xiāo)包括內(nèi)導(dǎo)體、環(huán)繞著內(nèi)導(dǎo)體的絕緣層以及環(huán)繞著絕緣層的外導(dǎo)體。該方面可具有多個(gè)實(shí)施例。所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置可包括彈簧，所述彈簧被構(gòu)造成用于使銷(xiāo)與旋轉(zhuǎn)件的接觸表面保持接觸。所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置可包括套筒，其中，銷(xiāo)和彈簧被接收在所述套筒內(nèi)。套筒可包括內(nèi)部槽，且銷(xiāo)可包括被構(gòu)造成與所述槽配合以防止銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的凸臺(tái)。
本發(fā)明的另一方面提供了一種旋轉(zhuǎn)式電連接裝置。所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置包括旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)。所述旋轉(zhuǎn)件包括多個(gè)導(dǎo)體、多個(gè)絕緣體以及接觸表面。旋轉(zhuǎn)件可被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面相交。導(dǎo)體和絕緣體可以同心環(huán)形層設(shè)置。 多個(gè)絕緣體中的一個(gè)可隔開(kāi)每個(gè)導(dǎo)體。所述銷(xiāo)被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面的相交處接觸旋轉(zhuǎn)件。所述銷(xiāo)包括多個(gè)導(dǎo)體、多個(gè)絕緣體以及接觸表面。旋轉(zhuǎn)件可被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)可與接觸表面相交。導(dǎo)體和絕緣體可以同心環(huán)形層設(shè)置。多個(gè)絕緣體中的一個(gè)可隔開(kāi)每個(gè)導(dǎo)體。旋轉(zhuǎn)件中的多個(gè)絕緣體和多個(gè)導(dǎo)體的布置和厚度可與銷(xiāo)中的多個(gè)絕緣體和多個(gè)導(dǎo)體的布置和厚度大致對(duì)應(yīng)。該方面可具有多個(gè)實(shí)施例。所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置可包括彈簧，所述彈簧被構(gòu)造成用于使銷(xiāo)與旋轉(zhuǎn)件的接觸表面保持接觸。所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置可包括套筒，其中，銷(xiāo)和彈簧被接收在所述套筒內(nèi)。套筒包括可內(nèi)部槽，且銷(xiāo)可包括被構(gòu)造成與所述槽配合以防止銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的凸臺(tái)。本發(fā)明的又一方面提供了一種傳輸電流的方法。所述方法包括提供旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置包括旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)；轉(zhuǎn)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)件；以及使電流傳送經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)式電連接裝置。所述旋轉(zhuǎn)件包括接觸表面。所述旋轉(zhuǎn)件被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面相交。所述銷(xiāo)被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面的相交處接觸旋轉(zhuǎn)件。


為了更全面地理解本發(fā)明的特征和期望目標(biāo)，請(qǐng)參看下面結(jié)合附圖所作的詳細(xì)描述，其中，在所有的附圖中，相同的附圖標(biāo)記均表示相應(yīng)的部件，附圖包括圖1示出了可應(yīng)用本發(fā)明的井場(chǎng)系統(tǒng)。圖2示出了可應(yīng)用本發(fā)明的井底組件。圖3A和IBB示出了旋轉(zhuǎn)式電連接裝置。圖4示出了使用旋轉(zhuǎn)式電連接裝置的方法。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了旋轉(zhuǎn)式電連接裝置和使用該旋轉(zhuǎn)式電連接裝置的方法。本發(fā)明的一些實(shí)施例可用于井場(chǎng)系統(tǒng)中。井場(chǎng)系統(tǒng)圖1示出了可應(yīng)用本發(fā)明的井場(chǎng)系統(tǒng)。井場(chǎng)可以是陸地上的或海底上的。在該示例性系統(tǒng)中，井眼11以眾所周知的方式通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉆井形成在地下的地層中。本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例也可使用定向鉆探，這將在下面進(jìn)行描述。鉆柱12懸置在井眼11內(nèi)，且具有井底組件100，所述井底組件100在其下端包括鉆頭105。地面系統(tǒng)包括定位在井眼11上方的平臺(tái)和鉆塔組件10，所述組件10包括轉(zhuǎn)臺(tái) 16、方鉆桿(kelly)17、鉤18和旋轉(zhuǎn)接頭19。鉆柱12通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)16轉(zhuǎn)動(dòng)，所述轉(zhuǎn)臺(tái)由未示出的裝置驅(qū)動(dòng)，且在鉆柱的上端處接合方鉆桿17。鉆柱12通過(guò)方鉆桿17和旋轉(zhuǎn)接頭19懸置于加裝到游動(dòng)滑車(chē)(也未示出)的鉤18，所述旋轉(zhuǎn)接頭19允許鉆柱相對(duì)于鉤轉(zhuǎn)動(dòng)。眾所周知，可替代性地使用頂驅(qū)系統(tǒng)。
在該實(shí)施方式的示例中，地面系統(tǒng)還包括儲(chǔ)存在形成于井場(chǎng)處的坑27中的鉆井流體或泥漿26。泵四經(jīng)由旋轉(zhuǎn)接頭19中的端口將鉆井流體沈給送到鉆柱12的內(nèi)部，從而，使得鉆井流體如方向箭頭8所示地向下流經(jīng)鉆柱12。鉆井流體經(jīng)由鉆頭105中的端口排出鉆柱12，然后通過(guò)鉆柱的外側(cè)與井壁之間的環(huán)形區(qū)域向上循環(huán)，如方向箭頭9所示。以該眾所周知的方式，鉆井流體潤(rùn)滑鉆頭105，并在它返回到坑27以再循環(huán)時(shí)將巖屑上送到地面。示出的實(shí)施例的井底組件100包括隨鉆測(cè)井(LWD)模塊120、隨鉆測(cè)量(MWD)模塊 130、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(roto-steerable system)和馬達(dá)以及鉆頭105。LffD模塊120如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的那樣容納在一種特殊類(lèi)型的鉆鋌中，且可包含一種或多種現(xiàn)有類(lèi)型的測(cè)井工具。還可以理解，可采用一個(gè)以上的LWD和/或MWD模塊， 例如如圖中的附圖標(biāo)記120A所示(在整個(gè)申請(qǐng)中，對(duì)附圖標(biāo)記120的位置處的一個(gè)模塊的描述同樣適用于附圖標(biāo)記120A的位置處的一個(gè)模塊)。LWD模塊具有用于測(cè)量、處理和儲(chǔ)存信息以及用于與地面儀器通信的能力。在本實(shí)施例中，LffD模塊包括壓力測(cè)量裝置。MWD模塊130也如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的那樣容納在一種特殊類(lèi)型的鉆鋌中，且可包含一個(gè)或多個(gè)用于測(cè)量鉆柱和鉆頭的特性的裝置。MWD工具還包括用于向井底系統(tǒng)產(chǎn)生電能的裝置(未示出)。這通?？砂ㄓ摄@井流體流驅(qū)動(dòng)的泥漿渦輪發(fā)電機(jī)(也稱(chēng)作“泥漿馬達(dá)”)，可以理解，也可采用其他電能和/或電池系統(tǒng)。在本實(shí)施例中，MWD模塊包括以下類(lèi)型的測(cè)量裝置中的一種或多種鉆壓測(cè)量裝置、扭矩測(cè)量裝置、振動(dòng)測(cè)量裝置、沖擊測(cè)量裝置、粘滑測(cè)量裝置、方向測(cè)量裝置和傾斜測(cè)量裝置。該系統(tǒng)的特別有利的應(yīng)用是與受控導(dǎo)向或“定向鉆探”相結(jié)合。在該實(shí)施例中，設(shè)有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向子系統(tǒng)150(圖1)。定向鉆探有意地使井眼偏離自然所取的路徑。換言之，定向鉆探對(duì)鉆柱進(jìn)行導(dǎo)向，使得鉆柱沿期望的方向行進(jìn)。定向鉆探例如在海底鉆探中是有利的，這是因?yàn)樗軌蚴乖S多井從單個(gè)平臺(tái)鉆探。定向鉆探還使得能夠進(jìn)行通過(guò)儲(chǔ)層的水平鉆探。水平鉆探能夠使更長(zhǎng)的井眼穿過(guò)儲(chǔ)層， 這增大了井的產(chǎn)率。定向鉆探系統(tǒng)還可用于垂直鉆探操作中。通常，鉆頭會(huì)由于穿過(guò)的地層的不可預(yù)測(cè)的特性或鉆頭經(jīng)受的力的變化而偏離計(jì)劃的鉆探軌跡。當(dāng)出現(xiàn)這種偏離時(shí)，定向鉆探系統(tǒng)可用于將鉆頭帶回到計(jì)劃軌跡上?，F(xiàn)有的定向鉆探方法包括使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(“RSS”)。在RSS中，鉆柱從地面轉(zhuǎn)動(dòng)，且井底裝置使得鉆頭沿期望方向鉆探。轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱大大地降低了鉆柱在鉆探過(guò)程中擱淺或卡住的發(fā)生。用于在地中鉆探偏斜井眼的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆探系統(tǒng)通?？煞譃椤爸赶蚴姐@頭”系統(tǒng)或“推靠式鉆頭”系統(tǒng)。在指向式鉆頭系統(tǒng)中，鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)偏離新井孔的走向上的井底組件的局部軸線(xiàn)。井孔根據(jù)由上、下穩(wěn)定器接觸點(diǎn)和鉆頭限定的常規(guī)三點(diǎn)幾何關(guān)系延伸。與鉆頭和下穩(wěn)定器之間的有限距離關(guān)聯(lián)的鉆頭軸線(xiàn)的偏斜角度導(dǎo)致要產(chǎn)生的曲線(xiàn)所需的非共線(xiàn)的條件。具有許多種可實(shí)現(xiàn)此點(diǎn)的方式，包括在井底組件中的與下穩(wěn)定器接近的點(diǎn)處的固定彎曲部或分布在上、下穩(wěn)定器之間的鉆頭驅(qū)動(dòng)軸的撓曲。在其理想化的形式下，鉆頭不需要向側(cè)旁切割，這是因?yàn)殂@頭軸線(xiàn)在彎曲井孔的方向上連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)。指向式鉆頭型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的多種示例以及它們?nèi)绾尾僮髅枋鲇诿绹?guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2002/0011359 ；2001/0052428和美
7國(guó)專(zhuān)利 No. 6，394，193 ；6，364，034 ；6，244，361 ；6，158，529 ；6，092，610 ；以及 5，113，953 中。在推靠式鉆頭旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)中，通常不具有特別確定的機(jī)構(gòu)來(lái)使鉆頭軸線(xiàn)偏離局部井底組件軸線(xiàn)；相反，必需的非線(xiàn)性條件通過(guò)使上、下穩(wěn)定器中的任一個(gè)或兩者沿一個(gè)方向施加偏心力或移位實(shí)現(xiàn)，所述方向優(yōu)選相對(duì)于孔的延伸方向定向。此外，具有許多種可實(shí)現(xiàn)此點(diǎn)的方式，包括不轉(zhuǎn)動(dòng)的(相對(duì)于井眼)偏心穩(wěn)定器(基于位移的方法)和沿期望的導(dǎo)向方向向鉆頭施加力的偏心致動(dòng)器。而且，導(dǎo)向通過(guò)在鉆頭與至少兩個(gè)其他接觸點(diǎn)之間產(chǎn)生非共線(xiàn)性實(shí)現(xiàn)。在其理想化的形式下，鉆頭需要向旁側(cè)切割，以產(chǎn)生彎曲的井孔。 推靠式鉆頭型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的多個(gè)示例和它們?nèi)绾尾僮髅枋鲇诿绹?guó)專(zhuān)利No. 5，265, 682 ； 5，553，678 ；5，803，185 ；6，089，332 ；5，695，015 ；5，685，379 ；5，706，905 ；5，553，679 ； 5，673，763 ；5，520，255 ；5，603，385 ；5，582，259 ；5，778，992 ；5，971，085 中。參看圖2，提供了一種井底組件100，所述井底組件100包括井底馬達(dá)202、軸區(qū)段 204和旋轉(zhuǎn)鉆頭區(qū)段206。井底馬達(dá)202可以是眾多種現(xiàn)在公知的或者后來(lái)開(kāi)發(fā)的井底馬達(dá)(也稱(chēng)作“泥漿馬達(dá)”)中的任何一個(gè)。這種裝置包括渦輪馬達(dá)、容積式馬達(dá)、單螺桿型(Moineau-type) 容積式馬達(dá)等。單螺桿型容積式馬達(dá)示于圖2中。泥漿馬達(dá)在多個(gè)公開(kāi)物中被描述，例如，作者為 G. Robello Samuel 的 Downhole DrillinR Tools Theory & Practice for EnRineers & Students 288-333 (2007) Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas EnRineerinR 4-276-4-299 (William C. Lyons & Gary J. Plisga eds. 2006)；以及作者為 1 Yakov A. Gelfgat 等人的 Advanced Drilling Solutions :Lessons from the FSU 154-72(2003)。通常，井底馬達(dá)202包括轉(zhuǎn)子208和定子210。在鉆井過(guò)程中，高壓流體通過(guò)鉆柱 12泵送到井底馬達(dá)202的頂端212中，以充注到第一組凹腔214A?？缭较噜彴记?14A和 214B的壓力差促使轉(zhuǎn)子208轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，相鄰凹腔被打開(kāi)，使得流體可行進(jìn)通過(guò)井底馬達(dá)202。轉(zhuǎn)子208連接到軸216，以便傳遞由轉(zhuǎn)子208的轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)力。轉(zhuǎn)子208和旋轉(zhuǎn)鉆頭軸218可撓性地通過(guò)萬(wàn)向接頭220A和220B連接到軸216。旋轉(zhuǎn)鉆頭軸218通過(guò)軸承222A-H支撐在井底組件100內(nèi)。軸216使鉆頭軸218轉(zhuǎn)動(dòng)，所述鉆頭軸連接到鉆頭224。在鉆井過(guò)程中，流體流過(guò)井底馬達(dá)202、并繞著軸216流入鉆頭軸218中，然后鄰近于鉆頭2M地從鉆頭軸218流出，以潤(rùn)滑鉆頭224。鉆頭2M包括一個(gè)或多個(gè)傳感器226A、226B來(lái)測(cè)量鉆探特性和/或鉆頭位置。傳感器226A、226B可包括一個(gè)或多個(gè)裝置、例如三軸線(xiàn)式加速計(jì)和/或磁力計(jì)傳感器，以探測(cè)鉆頭224的傾度和方位角。傳感器226A、226B也可提供地層特征或鉆探動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。地層特征可包括由超聲裝置或核成像裝置、例如美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No. 2007/0154341中描述的裝置收集的有關(guān)相鄰地層的信息，該專(zhuān)利公開(kāi)文獻(xiàn)的內(nèi)容通過(guò)引用包括在此。鉆探動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)可包括井底組件100和/或鉆頭224的振動(dòng)、加速度、速度和溫度的測(cè)量結(jié)果。一個(gè)或多個(gè)電線(xiàn)2 被提供，以便從井上系統(tǒng)(未示出)傳輸電能和/或向井上系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。這些電線(xiàn)2 可連接到定位于井底馬達(dá)202的頂端212附近的傳感器。然而，這些傳感器具有有限的效用，這是因?yàn)榫遵R達(dá)202的頂端212和鉆頭2M之間的距離可在大約40英尺與大約60英尺之間。CN 102265468 A
說(shuō)明書(shū)
5/6頁(yè)將電線(xiàn)穿過(guò)井底馬達(dá)202、軸區(qū)段204和鉆頭區(qū)段206通常也并不實(shí)際可行，這是因?yàn)榫哂卸鄠€(gè)運(yùn)動(dòng)部件。而且，典型的轉(zhuǎn)子208為大約20英尺長(zhǎng)，且不能被加工出孔。最后，電線(xiàn)2 不能簡(jiǎn)單地連接到轉(zhuǎn)子208，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子208與電線(xiàn)228以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)， 且最終會(huì)纏繞和/或剪切電線(xiàn)228。因此，需要一種用于將一個(gè)或多個(gè)電線(xiàn)2 與旋轉(zhuǎn)元件、例如轉(zhuǎn)子208連接的裝置 (被示為元件230)。旋轉(zhuǎn)式電連接裝置參看圖3，提供了一種旋轉(zhuǎn)式電連接裝置300。該連接裝置包括旋轉(zhuǎn)件302和銷(xiāo) 304。旋轉(zhuǎn)件302繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)306 (通過(guò)虛線(xiàn)所示)轉(zhuǎn)動(dòng)，且具有接觸表面308。銷(xiāo)304被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面的相交處接觸旋轉(zhuǎn)件302。旋轉(zhuǎn)式電連接裝置300A可用于傳遞電流和/或以電數(shù)據(jù)編碼的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，銷(xiāo)304具有如圖3所示的圓錐形或角形末端。這種實(shí)施方式有利地使與旋轉(zhuǎn)件302的接觸最小化，從而，降低摩擦和磨損。而且，角形末端將具有最低的旋轉(zhuǎn)速度。然而，本發(fā)明并不局限于角形末端。相反，末端可也為圓的，或可與旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)306 垂直。在一些實(shí)施例中，接觸表面308大致為平的。在其他實(shí)施例中，接觸表面308為彎曲的或角形的。接觸表面308可被專(zhuān)門(mén)地設(shè)計(jì)成與銷(xiāo)304配合。旋轉(zhuǎn)件302和銷(xiāo)304可連接到電線(xiàn)3IOA和310B。銷(xiāo)304可被接收在套筒312中，以允許產(chǎn)生受控的運(yùn)動(dòng)量。彈簧314或壓縮裝置可被接收在套筒312內(nèi)，以將銷(xiāo)304保持成抵靠著接觸表面308以及吸收施加給銷(xiāo)304的力。這種壓縮裝置可包括液壓室或氣動(dòng)室或液壓或氣動(dòng)囊體。其他壓縮裝置可包括向著接觸表面308推動(dòng)銷(xiāo)304的磁力。銷(xiāo)304可包括被構(gòu)造成與套筒312中的槽配合的凸臺(tái)314，以防止銷(xiāo)304轉(zhuǎn)動(dòng)?？蛇x地，銷(xiāo)304也可允許轉(zhuǎn)動(dòng)，使得動(dòng)力通過(guò)銷(xiāo)與套筒之間的接觸和/或通過(guò)彈簧314傳遞到套筒312。在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)件302和銷(xiāo)304可由導(dǎo)電材料、例如金屬(例如，銅、金、銀、 鎳、鐵和它們的合金)，石墨或?qū)щ姌?shù)脂構(gòu)成。導(dǎo)電樹(shù)脂例如可從羅得島州的公司總部設(shè)在 Warwick的冷聚合物公司獲得。旋轉(zhuǎn)件302和銷(xiāo)304可被覆蓋有耐磨損材料例如“高速鋼”或碳鋼或由該材料構(gòu)成。高速鋼是i^e-C-X多組分合金，其中，X表示鉻、鎢、鉬、釩和/或鈷。通常，X組分超過(guò) 7%，同時(shí)碳高于0. 60%。碳鋼是主要合金成分是碳的鋼。旋轉(zhuǎn)件302和銷(xiāo)304可由絕緣層318環(huán)繞。合適的絕緣體包括、但不限于聚四氟乙烯(PTFE)、熱塑性聚合物、聚合物化合物、樹(shù)脂、二氧化硅、玻璃、瓷料、陶瓷、聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯、乙烯-丙烯橡膠、硅橡膠、聚氯乙烯(PVC)、紙、油浸漬紙、乙烯四氟乙烯(ETFE)以及三元乙丙(EPDM)橡膠。旋轉(zhuǎn)件302和銷(xiāo)304可被包圍在流體中。在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)件302和銷(xiāo)304 可被包圍在潤(rùn)滑劑中，以降低摩擦、傳遞熱量和保護(hù)該連接裝置免受腐蝕。合適的潤(rùn)滑劑包括油，例如礦物油、合成油和油脂，例如硅脂、氟醚基脂和鋰基脂。可選地，旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)也可被包圍在氣體中，例如惰性氣體(例如，氮?dú)狻⒑?、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣?或氡氣)。
在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)件302和銷(xiāo)304未被包圍在流體或氣體中，而是敞開(kāi)于井下鉆探環(huán)境。在這種實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)件302和銷(xiāo)304可與鉆井流體例如泥漿接觸。在許多實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)式電連接裝置300可被容納。例如，連接裝置300可被容納在圓柱體316中。圓柱體316可為鉆柱?？蛇x地，圓柱體316可以為泥漿馬達(dá)。在這種實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)件302可以是轉(zhuǎn)子，而圓柱體316是定子。旋轉(zhuǎn)式電連接裝置300可包括一個(gè)或多個(gè)電子裝置，以去除引入電流和/或數(shù)據(jù)中的任何噪聲。這種裝置可以是本領(lǐng)域的技術(shù)人員知曉的快速傅里葉變換(FFT)裝置。參看圖:3B，提供了一種多通道旋轉(zhuǎn)式電連接裝置300B。旋轉(zhuǎn)件302B和304B包含內(nèi)導(dǎo)體320和外導(dǎo)體324，所述內(nèi)導(dǎo)體由絕緣層322包圍。這種布置形式使得兩個(gè)或多個(gè)通道可同時(shí)傳輸電流和/或數(shù)據(jù)。另外的電線(xiàn)310C和310D被提供用于向連接裝置輸送電和從連接裝置輸送電。圖;3B中示出的原理不限于兩個(gè)通道的實(shí)施例。相反，多通道旋轉(zhuǎn)式連接裝置也可通過(guò)組合多個(gè)同心導(dǎo)體和絕緣層制作。在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)件302B和銷(xiāo)304被構(gòu)造成使內(nèi)導(dǎo)體320、絕緣層322和外導(dǎo)體324的厚度和布置是相同的或大致相同的。在一些實(shí)施例中，接觸表面308B被構(gòu)造成防止銷(xiāo)304偏離旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)306。例如，接觸表面可包括與銷(xiāo)304的末端的角形幾何形狀相配的角形凹陷部。旋轉(zhuǎn)式電連接裝置300A、300B可被設(shè)計(jì)成用于載送多種電壓和電流強(qiáng)度。例如， 旋轉(zhuǎn)式電連接裝置載送的電流可為大約4-8安培。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，被選擇用于旋轉(zhuǎn)式電連接裝置300A、300B、電線(xiàn)310A、310B、310C、310D和其他構(gòu)件的材料和規(guī)格可被調(diào)節(jié)成應(yīng)對(duì)增大的電負(fù)荷。合適的電線(xiàn)規(guī)格可通過(guò)計(jì)算、或通過(guò)參看標(biāo)準(zhǔn)例如美國(guó)電線(xiàn)規(guī)格(也稱(chēng)作布朗沙普線(xiàn)徑規(guī))和國(guó)家電氣法規(guī)(NEC)確定。參看圖4，提供一種利用旋轉(zhuǎn)式電連接裝置的方法。在步驟402中，提供旋轉(zhuǎn)式電連接裝置。在步驟404中，旋轉(zhuǎn)件被轉(zhuǎn)動(dòng)。在步驟406中，電被傳送通過(guò)旋轉(zhuǎn)式電連接裝置。通過(guò)引用加入所有專(zhuān)利、公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)以及其他在此公開(kāi)的參考文獻(xiàn)整體上通過(guò)引用包括在本說(shuō)明書(shū)中。等同替換本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到或能夠在僅利用常規(guī)實(shí)驗(yàn)的情況下獲得此處描述的本發(fā)明的特定的實(shí)施例的許多等同替換。這種等同替換意欲由權(quán)利要求涵蓋。具體地講，盡管在井底鉆井環(huán)境的情況下進(jìn)行描述，但在此提供的本發(fā)明同樣適用于其他實(shí)施例。例如，本發(fā)明可被結(jié)合到傳統(tǒng)的AC或DC電機(jī)中。同樣，旋轉(zhuǎn)式電連接裝置可被結(jié)合到延長(zhǎng)線(xiàn)卷筒中。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，包括具有接觸表面的旋轉(zhuǎn)件，所述旋轉(zhuǎn)件被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面相交；以及銷(xiāo)，所述銷(xiāo)被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面的相交處接觸旋轉(zhuǎn)件。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置還包括連接到旋轉(zhuǎn)件的第一電線(xiàn)；以及連接到銷(xiāo)的第二電線(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置還包括彈簧，所述彈簧被構(gòu)造成用于使銷(xiāo)與旋轉(zhuǎn)件的接觸表面保持接觸。
4.如權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置還包括套筒；其中，銷(xiāo)和彈簧被接收在所述套筒內(nèi)。
5.如權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，套筒包括內(nèi)部槽，且銷(xiāo)包括被構(gòu)造成與所述槽配合以防止銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的凸臺(tái)。
6.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，銷(xiāo)被構(gòu)造成能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)由油包圍著。
8.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)被接收在鉆柱中。
9.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置還包括環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)件的絕緣體。
10.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，銷(xiāo)的與旋轉(zhuǎn)件接觸的部分為圓錐形。
11.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)件的接觸表面大致平坦。
12.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)分別包括相應(yīng)的同心布置的導(dǎo)體和絕緣體。
13.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)件與銷(xiāo)之間的接觸是低摩擦接觸。
14.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)是耐磨損的。
15.一種旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，包括 旋轉(zhuǎn)件，所述旋轉(zhuǎn)件包括內(nèi)導(dǎo)體；環(huán)繞著內(nèi)導(dǎo)體的絕緣層； 環(huán)繞著絕緣層的外導(dǎo)體；以及接觸表面；其中，旋轉(zhuǎn)件被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面相交；以及銷(xiāo)，所述銷(xiāo)被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面的相交處接觸旋轉(zhuǎn)件，所述銷(xiāo)包括 內(nèi)導(dǎo)體；環(huán)繞著內(nèi)導(dǎo)體的絕緣層；以及環(huán)繞著絕緣層的外導(dǎo)體。
16.如權(quán)利要求15所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置還包括彈簧，所述彈簧被構(gòu)造成用于使銷(xiāo)與旋轉(zhuǎn)件的接觸表面保持接觸。
17.如權(quán)利要求15所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置還包括套筒；其中，銷(xiāo)和彈簧被接收在所述套筒內(nèi)。
18.如權(quán)利要求15所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，套筒包括內(nèi)部槽，且銷(xiāo)包括被構(gòu)造成與所述槽配合以防止銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的凸臺(tái)。
19.一種旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，包括 旋轉(zhuǎn)件，所述旋轉(zhuǎn)件包括多個(gè)導(dǎo)體； 多個(gè)絕緣體；以及接觸表面；其中，旋轉(zhuǎn)件被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面相交； 其中，導(dǎo)體和絕緣體以同心環(huán)形層設(shè)置；以及其中，多個(gè)絕緣體中的一個(gè)隔開(kāi)每個(gè)導(dǎo)體；以及銷(xiāo)，所述銷(xiāo)被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面的相交處接觸旋轉(zhuǎn)件，所述銷(xiāo)包括 多個(gè)導(dǎo)體； 多個(gè)絕緣體；以及接觸表面；其中，旋轉(zhuǎn)件被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面相交； 其中，導(dǎo)體和絕緣體以同心環(huán)形層設(shè)置；以及其中，多個(gè)絕緣體中的一個(gè)隔開(kāi)每個(gè)導(dǎo)體；其中，旋轉(zhuǎn)件中的多個(gè)絕緣體和多個(gè)導(dǎo)體的布置和厚度與銷(xiāo)中的多個(gè)絕緣體和多個(gè)導(dǎo)體的布置和厚度大致對(duì)應(yīng)。
20.如權(quán)利要求19所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置還包括彈簧，所述彈簧被構(gòu)造成用于使銷(xiāo)與旋轉(zhuǎn)件的接觸表面保持接觸。
21.如權(quán)利要求19所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置還包括套筒；其中，銷(xiāo)和彈簧被接收在所述套筒內(nèi)。
22.如權(quán)利要求21所述的旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，其特征在于，套筒包括內(nèi)部槽，且銷(xiāo)包括被構(gòu)造成與所述槽配合以防止銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的凸臺(tái)。
23. 一種傳輸電流的方法，所述方法包括 提供旋轉(zhuǎn)式電連接裝置，所述旋轉(zhuǎn)式電連接裝置包括具有接觸表面的旋轉(zhuǎn)件，所述旋轉(zhuǎn)件被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面相交；以及銷(xiāo)，所述銷(xiāo)被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面的相交處接觸旋轉(zhuǎn)件；轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)件；以及使電流傳送經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)式電連接裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了旋轉(zhuǎn)式電連接裝置及其使用方法。本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種旋轉(zhuǎn)式電連接裝置。旋轉(zhuǎn)式電連接裝置包括旋轉(zhuǎn)件和銷(xiāo)。所述旋轉(zhuǎn)件包括接觸表面，且被構(gòu)造成能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面相交。所述銷(xiāo)被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與接觸表面的相交處接觸旋轉(zhuǎn)件。
文檔編號(hào)H01R13/533GK102265468SQ200980152672
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者H·S·黃, J·西勒爾 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司