CN106170602A - 用于井下工具构件的湿连接的电气弹簧接触件的保持 - Google Patents
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Abstract
一种可在井下环境中操作的湿连接装置包括环形电气接触件(20)，该环形电气接触件包括由使其端部熔合在一起的螺旋弹簧构造的弹性外部部件(50)，且还包括由嵌入或安装在弹性外部部件(50)内的赠环构造的内保持部件(52)。内保持部件(52)提供径向偏置以在湿连接装置的安装或组装期间将环形电气接触件保持在电气传导凹槽(28)内。
Description
相关申请的交叉引用
本国际申请要求享有2014年2月13日提交的序列号为61/939623的共同未决的美国临时专利申请的优先权，该专利申请通过引用以其全部并入本文中。
本发明的背景。
发明领域
本发明大体涉及在井下环境中建立电气连接。更特别地，本发明的实施例涉及保持配置成用于在湿环境中连接井下工具构件的电气连接器的环形接触件。
相关技术的描述
器具和工具通常定位在井眼内的井下位置以探测井条件且控制井的操作。例如，通常提供传感器和钻井工具，其接收功率且与地面传递指令或数据信号。通常，与这些传感器和钻井工具的电气电路在井下环境中完成，该井下环境可包括钻井流体或其它液体。配合构件在湿的井下环境中的连接通常称作湿连接。
用于湿连接的一种类型的电气接触件是弹簧接触件，其在两个配合构件与彼此接合时从一个配合构件突出且表现出足够的弹性和柔性以维持与相应的第二配合构件的接触。影响湿连接的一个关注是在安装或操纵工具期间突出的电气接触件将从其合适位置挤出或被迫离开的可能性。这可导致用以建立合适操作所需的电气电路的工具的失效，且可通过造成电气短路破坏工具。本发明人已经认识到用在井下环境的湿连接装置的配合构件内的弹性电气接触的保持的需求。
发明概要
本文描述了湿连接装置的示例性实施例，其包括由螺旋弹簧形成的环形电气接触件。螺旋弹簧配置成环，例如，通过使圈的相对端部焊接或以其他方式彼此连接。环布置在限定于一个配合构件上的凹槽内，使得螺旋弹簧从凹槽突出以便于与相应配合构件的电气接触。径向保持部件布置在螺旋弹簧内以对螺旋弹簧提供径向偏置来将螺旋弹簧保持在凹槽内。
在一个实施例中，一种可在井下环境中操作的湿连接装置包括：阴构件，其限定具有至少一个限定于其上的电极的环形内壁，该至少一个电极与和阴构件相关联的井下工具电气连通；至少部分地布置在环形内壁内的阳构件，该阳构件与井上设备电气连通；以及在阳构件和阴构件之间建立电气连续性的环形电气接触件。环形电气接触件包括：由使其端部熔合在一起的螺旋弹簧构造的弹性外部部件；以及内保持部件，其布置在弹性外部部件内且可操作成向弹性外部部件提供径向偏置，内保持部件由赠环构造，该赠环限定沿与限定螺旋弹簧的圈的方向大体正交的方向延伸的圈。
在另一实施例中，一种用于可在井下环境中操作的湿连接装置的环形电气接触件包括：由使其端部熔合在一起的螺旋弹簧构造的弹性外部部件；以及内保持部件，其布置在弹性外部部件内且可操作成向弹性外部部件提供径向偏置，内保持部件由环构造，该环限定沿与螺旋弹簧的圈的方向大致正交的方向延伸的圈。环形电气接触件建立井下设备和井上设备之间的电气连续性。
附图的简要描述
为了获得本发明的上述特征、方面和优点以及其它方面将变得明显的方式且可对其详细地理解，通过参照形成本说明书的一部分的附图图示的其实施例可得到上面简要概述的发明的更具体的描述。然而，将要注意的是，附图仅图示了本发明的优选实施例且因而不被认为是本发明范围的限制，因为本发明可容许其它同等有效的实施例。
图1是根据本发明的示例实施例的包括安装在阴构件内的阳构件的湿连接装置的示意性截面图。
图2是图1的阳构件的局部透视图，其图示了布置在相应凹槽内的多个环形电气接触件。
图3是图1的阳构件的局部透视图，其图示了环形电气接触件中的一个被挤出使得该环形电气接触件从相应凹槽部分地移位。
图4是图2的环形电气接触件的示意性透视图。
图5是安装在相应凹槽中的图2的环形电气接触件的示意性截面图。
示例性实施例的详细描述
大体参照图1，根据本发明的示例性实施例，湿连接装置10包括安装在阴构件14内的阳构件12。阳构件12包括沿纵向轴线“A”延伸穿过其中的轴向孔16。轴向孔16提供用于将钻井流体或其它液体向下泵送到井眼中或从其抽取的通路。这些流体可促成湿井眼环境。
阳构件12包括在轴向方向上延伸的电气管道18，使得阳构件12可电气联接至相对于湿连接装置10在井上布置的地面设备(未示出)或其它井眼设备。电气管道18与沿阳构件12的外周向壁22轴向地间隔开的五(5)个环形电气接触件20电气连通以建立与阴构件14的电气连通。在其它实施例中，提供了较多或较少环形电气接触件20。外周向壁22由传导环24和电气绝缘环26限定，它们沿轴向方向与彼此间隔开。环形电气接触件20通过传导环24与电气管道18电气连通。环形凹槽28限定在传导环24中，传导环提供将环形电气接触件20保持在其中的承座部。环形电气接触件20径向地从环形凹槽28弹性地突出超过外周向壁22以接合阴构件14的内周向壁30。
内周向壁30由阴构件14的周向电极34和中间电气绝缘部分36限定。电极34可由铜或其它电气传导材料构造，且电气绝缘部分36可由PEEK聚合物(聚醚醚酮)、其它热塑性塑料、陶瓷材料或本领域技术人员所了解的其它大体非传导的材料构造。电极34与沿阴构件14在轴向方向上延伸的电气管道38电气连通。电气管道38可与相对于湿连接装置10在井下布置的多个传感器、马达或其它井下工具(未示出)电气联接。因此，通过经由环形电气接触件20在阳构件12和阴构件14之间建立电气连续性，湿连接装置10促进地面设备和与其联接的井下设备之间的电气连通。
一对上O型环42和一对下O型环44在环形电气接触件20的上方和下方设在阳构件12上。O型环42、44接合阴构件的环形内壁30以将环形电气接触件20从湿连接装置10的外部部分流体地隔离。各个环形电气接触件20由布置在各个环形电气接触件上方和下方的流体密封件46彼此流体地隔离。流体密封件46在阴构件14的电气绝缘部分36和电气绝缘环26之间延伸以接合环形内壁30。流体密封件可由弹性体或另一绝缘材料构造，使得流体密封件容许各个环形电气接触件20和电极34通过湿连接装置10传输不同的功率和/或数据信号。在将阳构件12安装到阴构件14中期间，在任何井眼流体或其它流体截留在流体密封件46之间的情况中，流体维持在电气隔离腔48中，且因此截留的流体不会通过邻近的电气隔离腔48干扰功率和/或数据信号的传输。
现在参照图2，阳构件12描绘为带有布置在环形凹槽28内的环形电气接触件20。环形电气接触件20包括从外周向壁22径向地突出的弹性外部部件50。在图示的实施例中，弹性外部部件50由使其端部焊接或以其它方式彼此联接的金属螺旋弹簧构造，使得外部弹性部件50维持环形构造。由螺旋弹簧的端部维持的环形构造可表现出比环形凹槽28的外径略小的内径，使得弹性外部部件50表现出径向向内的偏置以维持与传导环24的物理和电气接触。在其它实施例(未示出)中，外部弹性部件50可由柔性金属网或其它弹性且电气传导的结构构造。
如图3中所示，一(1)个弹性外部部件50图示为带有施加到其上的力“F”，该力使弹性外部部件50挤出且从而使弹性外部部件50从环形凹槽28部分地移位。如本领域技术人员了解的那样，力“F”可在阳构件12接合阴构件14(图1)之前插入井眼期间由井眼中的支架、肩部或其它突出障碍物施加至外部的弹性外部部件50。如果没有合适地处理，这些力“F”可导致外部弹性部件50滚出凹槽28，从而导致电气短路、降低电气连续性和/或使得湿连接装置10(图1)至少部分地不可操作。
如图4中所示，内保持部件52嵌入弹性部件50的螺旋结构内以便于将环形电气接触件20维持在凹槽28内。为了清楚起见，仅图示了弹性外部部件50的少许圈，但将认识的是弹性外部部件围绕内保持部件52延伸完整的360度。内保持部件52由“赠环”构造，其可被称作“钥匙环”。内保持部件52表现出比弹性外部部件50更大的刚度，且包括配置成带有重叠区段56的一个完整圈的金属条或线54。重叠区段56延伸越过径向角度“α”，其中线54的第一部分60布置得邻近线54的第二部分62。在一些实施例中，径向角度“α”是在约90度到约150度的范围中的角度。在一些实施例中，角度“α”约为120度。在一些实施例中，线54的第一部分60和第二部分62在无应力状态下彼此邻接，且可轴向地分开以容许弹性外部部件50围绕内保持部件52安装。
如图5中所示，弹性外部部件50和内保持部件52的圈大体在正交的方向上延伸。内保持部件52的圈大体沿轴线“A”延伸且内保持部件52的圈围绕纵向轴线“A”在环形方向上延伸。在图示的实施例中，限定在传导环24中的凹槽28具有内径ID1且内保持部件52在无应力状态下具有内径ID2。限定外部弹性部件50的圈的厚度足够小，使得内保持部件52的内径ID2不迫使弹性外部部件50与凹槽28的内径ID1邻接。因此，弹性外部部件50维持在凹槽28内滑动、弯曲和/或移动的一些能力，但由内保持部件52捕获在凹槽28内。在其它实施例中，内保持部件的内径ID2足够小，使得内保持部件52邻接弹性外部部件50且对其提供径向偏置使得外部弹性部件50有效地偏置得与凹槽28接触。
在图示的实施例中，内保持部件52的内径ID2比凹槽28的外径OD1小。因此，为了将环形电气接触件20安装在凹槽28内或从凹槽28移位，可暂时充分地克服内保持部件52的径向偏置以容许内保持部件52扩展越过凹槽28的外径OD1。此后，内保持部件52可返回到无应力状态(或应力较小的状态)以将环形电气接触件20捕获在凹槽28内。外径OD2由弹性外部部件50限定，其比凹槽28的外径OD1大以容许外部部件50与限定在阴构件14(图1)上的电极34(图1)建立电气接触。
在其它备选的实施例(未示出)中，可提供延伸少于完整圈的内保持部件使得不存在重叠区段。例如，内保持部件可延伸大约150度的径向角度，容许内保持部件提供径向偏置且将弹性外部部件50捕获在凹槽28内。在其它备选的实施例中，内保持部件可为端部结合或熔合在一起的柔性铜线圈，使得柔性铜线圈限定带有比凹槽28的外径OD1小的内径的环。在还有其它备选的实施例中，可提供由弹性或弹性体的带构造的内保持部件，且可包括电气传导或电气绝缘材料。
在使用的一个示例性实施例中，弹性外部部件50通过将螺旋弹簧的相对端部彼此焊接形成来形成环结构。内保持部件52然后通过轴向地分开线54的第一部分60和第二部分62安装以容许弹性外部部件50的圈插入第一部分60和第二部分62之间。在将内保持部件52完全嵌入弹性外部部件50之前或之后，环形电气接触件20可安装在凹槽28内。阳构件12可然后下降到阴构件14所布置的湿井眼环境中。在阳构件下降时力“F”施加至弹性外部部件50的情况中，内保持部件52将环形电气接触件20保持在凹槽28中。即使在施加的力“F”切断弹性外部部件50的圈的情况中，在两端之间的焊接连接处或在另一位置处，内保持部件52将环形电气接触件20保持在凹槽28中。因此，当阳构件14安装在阴构件14的内周向壁30内时，即使当外部弹性部件50被破坏时，仍可建立与相应电极34的电气连续性。
因此，本文描述的本发明很适于实现目标和达到提到的目的和优点，以及其中内在的其它方面。虽然为了公开的目的已经给出了本发明的现有优选的实施例，但多种变化存在于过程的细节中以用于实现期望的结果。这些和其它相似的变型将容易使其自身由本领域技术人员想到，且意在包含在本文公开的本发明的精神和所附权利要求的范围内。
Claims (20)
1.一种可在井下环境中操作的湿连接装置，所述湿连接装置包括：
阴构件，其限定具有至少一个限定于其上的电极的环形内壁，所述至少一个电极与和所述阴构件相关联的井下工具电气连通；
至少部分地布置在所述环形内壁内的阳构件，所述阳构件与井上设备电气连通；以及
在所述阳构件和阴构件之间建立电气连续性的环形电气接触件，所述环形电气接触件包括：
由使其端部熔合在一起的螺旋弹簧构造的弹性外部部件；和
内保持部件，其布置在所述弹性外部部件内且可操作成向所述弹性外部部件提供径向偏置，所述内保持部件由赠环构造，所述赠环限定沿与限定所述螺旋弹簧的圈的方向大体正交的方向延伸的圈。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳构件包括所述环形电气接触件。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹性外部部件围绕所述内保持部件延伸至少360度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内保持部件比所述弹性外部部件表现出更大的刚度。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括所述阴构件和所述阳构件之间的电气隔离的腔。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内保持部件包括配置为至少一个完整的圈的金属线。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述至少一个完整的圈包括延伸越过径向角度的重叠区段，在所述径向角度中所述金属线的第一部分布置得邻近所述线的第二部分。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述线的第一部分和第二部分在无应力状态下彼此邻接，且可轴向地分开以容许所述弹性外部部件围绕所述内保持部件安装。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括流体密封件，其中所述环形电气接触件包括至少两个环形电气接触件且所述流体密封件使所述至少两个环形电气接触件与彼此流体地隔离。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述阳构件还包括绝缘环，所述阴构件还包括绝缘部分，且所述流体密封件在所述阳构件的绝缘环和所述阴构件的绝缘部分之间延伸，所述流体密封件接合所述阴构件的环形内壁。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳构件还包括一对上O型环和一对下O型环，它们接合所述阴构件的环形内壁以流体地隔离所述环形电气接触件。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳构件还包括由至少一个传导环和至少一个电气绝缘环限定的外周向壁。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述至少一个传导环和所述至少一个电气绝缘环在轴向方向上间隔开。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述至少一个传导环限定环形凹槽，所述环形凹槽提供所述环形电气接触件保持在其中的承座部。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述螺旋弹簧具有比所述至少一个环形凹槽的外径略小的内径，且所述环形电气接触件布置在所述环形凹槽内。
16.根据权利要求15所述的构件，其特征在于，所述环形电气接触件从所述环形凹槽径向地突出超过所述外周向壁以接合所述阴构件。
17. 一种用于可在井下环境中操作的湿连接装置的环形电气接触件，包括：
由使其端部熔合在一起的螺旋弹簧构造的弹性外部部件；和
内保持部件，其布置在所述弹性外部部件内且可操作成向所述弹性外部部件提供径向偏置，所述内保持部件由环构造，所述环限定沿与所述螺旋弹簧的圈的方向大致正交的方向延伸的圈，
其中，所述环形电气接触件在井下设备和井上设备之间建立电气连续性。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述内保持部件包括配置为至少一个完整的圈的金属线。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述至少一个完整的圈包括延伸越过径向角度的重叠区段，在所述径向角度中所述金属线的第一部分布置得邻近所述线的第二部分。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述径向角度是在约90度到约150度的范围中的角度。
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