CN108884708A - 用于钻柱的密封部件和牺牲部件 - Google Patents

Abstract

一种与用于电磁遥测的间隙器件一起使用的间隙接头。间隙接头在阳间隙接头部件上具有可替换的井上肩部，该可替换的井上肩部可以由牺牲材料组成，以延长其中存在部件外径电解的间隙接头的使用寿命。间隙接头还具有较厚的外径密封件，以降低潜在的O形环挤压和失效的风险，再次延长了间隙接头的使用寿命。较厚的密封件还可以在无支撑区域塌陷或经历刺穿之前承受较高的压力。可替换肩部和外径密封件可以在间隙接头中单独使用或一起使用。

Description

用于钻柱的密封部件和牺牲部件

相关申请和优先权

本申请要求于2016年12月9日提交的序列号为62/431,969的美国临时申请的优先权，其内容通过引用以其整体明确并入本文。

发明领域

本发明涉及用于井下钻井的在电磁遥测器件(electromagnetic telemetry sub)内的间隙接头(gap joint)。更具体地，包括可替换零件和/或磨损指示器的间隙接头。

发明背景

从地下区域回收碳氢化合物依赖于钻井眼的工艺。井眼使用地面定位钻井设备得到，该地面定位钻井设备驱动钻柱，钻柱最终从地面设备延伸到感兴趣的地层或地下区域。钻柱可以延伸到地面以下几千英尺或几千米处。钻柱的末端包括用于钻井眼(或延伸井眼)的钻头。通常为钻井“泥浆”形式的钻井流体通常被泵送通过钻柱。钻井流体冷却并润滑钻头且将钻屑带回地面。钻井流体也可用于帮助控制井底压力，以抑制碳氢化合物从地层涌入井眼中以及潜在的地面井喷。

井底组件(bottom hole assembly)(BHA)是给在钻柱末端的设备起的名字。除了钻头之外，BHA还可以包括一些元件，例如：用于操纵钻井方向的装置(例如，可操纵的井下泥浆马达或旋转可操纵系统)；用于测量周围地质结构层性能的传感器(例如，用于测井的传感器)；用于在钻井过程中测量井下条件的传感器；向地面遥测数据的系统；稳定器；和加重钻铤、脉冲器等。BHA通常通过一串金属管状件(钻管)推到井眼中。

遥测信息对于有效的钻井操作来说是宝贵的。例如，钻井队可以使用遥测信息来做出关于控制和操纵钻头的决策，以基于许多因素优化钻井速度和轨迹，这些因素包括合法的边界、现有井的位置、地层性能、碳氢化合物尺寸和位置等。在钻井过程中，基于从井下传感器收集并通过遥测传输到地面的信息，队员可以根据需要有意地偏离计划路径。获取实时数据的能力允许相对更经济和更有效的钻井操作。已经使用各种技术将信息从钻孔中的位置传输到地面。这些技术包括通过在钻孔中的流体中产生振动来传输信息(例如声学遥测或泥浆脉冲遥测)，以及通过至少部分传播通过地球的电磁信号来传输信息(电磁遥测或“EM”遥测)。其他遥测系统使用硬连线钻管或纤维光缆将数据带到地面。

电磁遥测的典型布置使用钻柱的一部分作为天线。通过在钻柱中包括隔离接头或隔离连接器(“间隙器件(gap sub)”)，钻柱可被分成两个导电区段。间隙器件通常放置在BHA内，使得钻柱中的在BHA以上的金属钻管用作一个天线元件，而BHA中的金属区段用作另一个天线元件。然后，电磁遥测信号可以通过在两个天线元件之间施加电信号来传输。这些信号通常包括以对信息进行编码进而传输到地面的方式施加的非常低的频率的AC信号。例如，可以在地面通过测量钻柱和一个或更多个接地杆之间的电势差来检测电磁信号。

在一些EM遥测系统中，遥测探头设置有间隙接头，这是一种用作隔离接头以确保探头不会在间隙器件上产生导电路径的组件。

发明概述

除其他方面外，本发明提供了本文公开的改进的间隙接头设计。

根据本文所述的一个广泛的方面，提供了一种包括可替换的井上或井下肩部(replaceable uphole or downhole shoulder)的间隙接头。肩部可以位于导电材料的第一点处，因为这可能是首先表现出电解的点。井上肩部可以是安置在阳间隙接头部件的井上端上的环形部件。井下肩部也可以是安置在阴间隙接头部件的井下端上的环形部件。肩部可以由容易失去电子的材料构成，且因此用作牺牲阳极或磨损型指示器。

根据本文所述的另一个广泛的方面，提供了一种外径密封件，以覆盖内部O形环并且安置在间隙接头外部中的周向凹槽内。外径密封件可以比常规的密封件厚，并且外径密封件可以包括至少一个肩部以邻接凹槽的内表面，且从而提高密封功能。外径密封件可由聚醚醚酮(PEEK)组成。

根据本文所述的另一个广泛的方面，提供了一种磨损型指示器，其被配置成沿着钻柱放置在各个点处。磨损型指示器可以在钻柱发生损坏之前表现出磨损，从而允许在实际损坏发生之前对钻柱进行维护和/或预防措施。

下面给出了本发明示例性方面的详细描述。然而，应当理解，本发明不应被解释为限于这些方面。示例性方面涉及本发明的应用，而本领域技术人员将清楚，本发明具有在本文所阐述的示例性方面之外的适用性。

附图简述

在示出本发明的示例性实施例的附图中：

图1a是带有电解迹象的间隙接头的摄影图像；

图1b是如何发生O形环挤压的示意图；

图2a是没有可替换肩部或增强外径密封件的间隙接头的侧视正面图；

图2b是图2a的间隙接头的侧视横截面图；

图3a是具有可替换肩部和增强外径密封件的间隙接头的侧视正面图；

图3b是图3a的间隙接头的侧视横截面图；

图3c是与在阳配合端上具有可替换肩部的间隙接头结合使用的着落支架(landing spider)的侧视横截面图；

图4a是具有增强外径密封件和位于阴配合端处的可替换肩部的间隙接头的侧视正面图；

图4b是图4a的间隙接头的侧视横截面图；

图5是井下遥测工具的流体压力脉冲发生器的后透视图；

图6a是根据一个方面的井下遥测工具的流体压力脉冲发生器的侧视图；

图6b是根据另一方面的井下遥测工具的流体压力脉冲发生器的侧视图；

图7a是井底组件的一部分的侧视图；

图7b是图7a的井底组件的一部分的侧视横截面图；以及

图7c是具有一个或更多个腐蚀环试片的槽顶螺母的放大侧视横截面图。

现在，将参照附图描述本发明的示例性方面。

示例性实施例的详细描述

在下面的整个描述中，阐述了具体细节以便为本领域的技术人员提供更透彻的理解。然而，为了避免不必要地模糊本公开，可能没有详细示出或描述众所周知的元件。以下对技术方面的描述并不旨在穷举或将本发明限制于任何示例性方面的精确形式。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的意义。

通过除其他部件之外使用间隙接头，在操作过程中可能会受到有害影响。例如，在间隙的前边缘，电磁电流传输可能会导致在间隙接头的外径处的电解(和电子损失)。这种电解可能会将间隙接头的外表面分解成溶液。这种类型的劣化可能发生在接头、端部、间隙接头、着落支架和/或脉冲器的部分。特别地，劣化可能发生在钻柱的金属部件上。这种劣化可能对降低间隙接头和/或其它部件的使用寿命有影响。劣化可能是由大型井下电源引起的，并且可能产生能够电解的环境。电解可局限于金属暴露的区域和/或两种不同金属可能在钻柱上相遇的位置。图1a是正在经历电解900的间隙接头井上端的照片。

在另一个示例中，当外部密封件覆盖在内部O形环密封件上时，这些外部密封件可能由于来自静压头和泵压力的环向应力而变形。当外部密封件变形并且压靠和横压在O形环表面上时，O形环受到剪切，挤压到任何间隙中并且可能完全失效。如在图1b中可以看出，O形环1安置在压盖(gland)2中。左边的图像100示出了O形环1适当地密封压盖2。在中间的图像102中随着压力增加，O形环1被压靠在压盖2的一侧上，并且右边的图像104示出了当O形环1被挤压到间隙3中时由于剪切导致的最终变形。这种变形引起O形环1的损坏，并且随着时间的推移可能导致O形环1完全失效。如本文进一步描述的，结构修改可以抵消这种有害的影响。

根据一个方面，图2a和2b示出了间隙接头10，该间隙接头10可以包括单件式阳间隙接头部件12和覆盖O形环20的薄的外径密封件24。

间隙接头10可以包括部分接纳在阴间隙接头部件14内的阳间隙接头部件12。在间隙接头部件12、14的接口处，一系列通道填充有电绝缘球16(其可替代地为其它几何形状，例如杆或圆柱体)和塑料18(例如热塑性塑料)，该塑料18可在球16插入后注射。O形环22可以插入部件12、14的内表面上的压盖30中，并且内径密封件26可以插入以覆盖阴间隙接头部件14的内表面和阳间隙接头部件12的内表面的一部分。内径密封件26还可以用作轴向间隔件，以在电磁遥测期间将阳部件12和阴部件14保持在电磁(EM)效率所需的间距，从而能够插入球16和注射塑料18。压盖28可以设置在部件12、14的外表面上，以接纳O形环20，并且外径密封件24可以接纳在O形环20的顶部上。阳间隙接头部件12可以包括具有井下边缘34的井上肩部区段32，并且外径密封件24可邻接该井下边缘34。

图2a和2b的设计可以在一些操作环境中(例如可能具有固有的低导电性能的油基钻井流体)提供合适的密封。在这样的环境中，如果发生流体进入，油基流体可能不会引起电磁(EM)效率损失。然而，外部密封在某些条件下以及在具有导电流体的环境中(例如在盐水基钻井流体中)可能会失效，这可能会引起电磁效率的显著损失。外径密封件24由于来自静压头和泵压力的环向应力可能在井下环境中变形。随着密封件24变形并且压靠和/或横压在O形环20表面上(和/或变形到O形环压盖28中，允许泄漏路径)，O形环20可能受剪切和/或挤压到密封件24和部件12、14之间的任何间隙中，潜在地导致密封件失效。密封件的失效又可以允许流体进入和/或对间隙接头10的功能产生负面影响。此外，如果薄密封件没有被完全支撑，薄密封件可能很容易被流体压力刺穿，且从而完全绕过O形环20。

此外，电解可以在间隙接头10的外径处发生，在这方面，在肩部32和外径密封件24的接口处发生。这种电解可能具有降低间隙接头的使用寿命的影响，并且可能需要完全替换间隙接头10，这对于解决电解造成的损坏可能是复杂和不经济的。在其它方面，电解可以在阴间隙接头部件14上发生，如下面参考图4a和4b所描述的。

现在转到图3a和3b，示出了间隙接头设计300，其具有靠近阳间隙接头部件112定位的可替换肩部132。间隙接头110可以包括例如在着落支架或脉冲器上的配合地接纳在阴间隙接头部件114中的阳间隙接头部件112。阳部件112和阴部件114的电绝缘以及用于机械负载(例如轴向力和/或扭转力负载)的结构支撑可以部分地由接纳在通道内的电绝缘球116、分离部件112、114以及可以注射到部件112、114之间的空间中的隔离塑料118来实现。间隙接头110的强度可以通过球116和通道布置来增强，而隔离塑料注射物118可以填充空隙空间以减少任何流体导电路径。球填充端口塞(未示出)可以是实心的，这可以减少注射工艺期间的空气和/或注射塑料的再循环，从而导致更少的空隙和更一致和均匀的塑料性能。

部件112、114的内表面可以设置有用于接纳O形环122的压盖130。一旦O形环122安置在压盖130中，就可以插入内径密封件126，从而覆盖O形环122、覆盖阴间隙接头部件114的所有内表面和阳间隙接头部件112的一部分。在这方面，尽管在图3a和3b中未示出，但是密封件126可以具有六边形外表面，在该六边形外表面处，密封件126可以与注射的塑料118接触。密封件126可以具有圆形内表面。六边形外表面的平坦表面可有助于防止密封件126在间隙接头110的使用寿命和操作期间和/或在间隙接头110从配合部件拆卸以进行维修期间旋转，从而延长密封件126的有效寿命。多个螺钉125，在这个方面是四个螺钉125(其中两个在截面图3b中示出)，将井下板127抵靠阴间隙接头部件114的井下端固定在适当位置。井下板127和螺钉125可以有助于将内径套筒126保持在适当位置，并阻止密封件126因压力变化而轴向移动。这种保持可提高O形环122的有效寿命。移除螺钉125的能力还可以允许转换成双接地布置，在该双接地布置中，螺钉125可以被移除，并且板127可以用金属变型替换，该金属变型在间隙接头110的井下端具有倾斜的螺旋弹簧和压盖。

间隙接头部件112、114的外表面可以设置有用于接纳O形环(未示出)的压盖128。图3a和3b所示的方面可以包括在间隙接头部件112、114的外表面上的周向凹槽138。压盖128可以位于凹槽138内，并且凹槽138可以允许插入外径密封件124，该外径密封件124可以比图2a和2b的密封件24更厚。密封件124可以是但不必须是图2a和2b所示的较薄密封件24的厚度的至少三倍。实际厚度可以因应用而异和/或可以部分取决于技术人员已知的几何限制。技术人员可以选择厚度以降低密封刺穿的风险。在一个方面，密封件124可以在大约0.100英寸至大约0.500英寸厚的范围内，并且在一些方面，可以是大约0.140英寸厚。密封件124的井下端可以抵靠凹槽138的井下端140。密封件124的井上端也可以被保持，如下面所描述的。密封件124可以由电隔离材料组成，例如由聚醚醚酮(PEEK)组成。由于使用更大的PEEK密封件124，所以整个电磁间隙可以更长，这可以提高电磁效率。

如在图3b中可以看出，在电隔离在密封件124的顶部停止的第一点处，单独的肩部部件132可以放置在阳间隙接头部件112的井上凸台136上。不是如图2a和2b所示的与阳间隙接头部件12为一体构造的肩部32，该肩部132可以是当损坏时可以被替换和/或可以用作磨损指示器的环形部件。例如，如果观察到电解，则可以移除肩部132并用新的肩部132替换。这种替换可以有助于简单且经济地解决电解问题。环形部件132可以通过几何特征，例如六边形、方形或任何其它键接特征(keying feature)扭转地固定到间隙接头300，和/或可以螺纹地接合。环形部件132可以通过卡环、螺母、压配合、定位螺钉或本领域技术人员熟知的任何其他功能上相当的布置保持在适当位置。

在另一方面，可替换肩部132可以由牺牲材料组成，该牺牲材料可更容易电子损失(例如形成阳极环)，以减少在工具上其他导电点处因电解产生的电子损失。例如，肩部132可以由铜、铍铜、锌基材料(或合金)、铝合金、铁、低碳钢等组成。

可替换肩部132可以包括径向延伸超过凸台136的井下边缘134，以提供密封件124可以抵靠的表面。这样，密封件124可以比先前的密封件24厚，但是也可以保持在凹槽138内的两个壁(例如，凹槽端部140和肩部边缘134)之间。由于密封件124较厚并且能够更好地保持其圆柱形形状，所以容纳在压盖128中的O形环可以更好地防止剪切力。密封件124可以在压力下液压成形并向下压在O形环上，同时封闭任何潜在的挤压间隙。可以降低密封件124下方流体侵入的风险。此外，较厚的密封件124可以更能抵抗来自流体压力的刺穿。

在图3c所示的方面，示出了使用中的可替换肩部132。间隙接头110在阳配合区段112处联接到着落支架740的阴端部。着落支架740的端帽阴配合区段159的壁可构造成使得壁的厚度在室158附近减小。室158可容纳无线传输装备(未示出，但在2014年8月12日提交的转让给本发明受让人Evolution Engineering Inc.的第2016/0194952号美国公开中有更详细的描述，该公开的内容通过引用以其整体明确并入本文)。在阴配合区段159与间隙接头110的阳配合区段112连接的点处，该壁可以是较厚的，以提供牢固的连接。端帽阴配合区段159通常可以被额定为大约38,000psi的压力，以承受井下压力环境。端帽151通常可以由金属制成，以提供结构强度来承受井下恶劣的环境条件并保护探头中的部件。金属端帽主体152可以用作无线天线，用于向地面计算机或其他电子界面发送信号。

着落支架740可以通过盖形螺母(acorn nut)154或本领域已知的一些其它连接器固定到端帽151上的适当位置。着落支架740可以具有多个孔口(未示出)并且可以用于将工具正确地定位在钻铤(未示出)内，同时当工具定位在井下时，允许钻井流体(泥浆)流过孔口以及流过外壳的外表面和钻铤的内表面之间。在一方面，盖形螺母154或其他连接器可以可释放地连接到端帽151，使得盖形螺母154或其他连接器可以被移除以用于修理或替换易于被流过孔口的钻井流体中的碎屑损坏的着落支架740。在可替代的方面，盖形螺母154或其它类型的连接器可以固定地连接到端帽151。

盖形螺母154或其它连接器的将着落支架740固定到端帽151的部分或全部可以由非金属材料制成。可以设置金属保持或锁定环153以将着落支架740固定在端帽151上的适当位置。金属保持或锁定环153可以包括磨损型指示器和/或可替换肩部，如本文关于其它方面所描述的。

在传动杆162的一端可以是电连接器164，在传动杆162的另一端可以是一根或更多根电线166。电线166可以将传动杆162电联接到电池组710。电连接器164因此可以与电池组710以及工具的主电路板(未示出)电连通。

转向图4a和4b，示出了间隙接头400，其具有靠近阴间隙接头部件414的可替换肩部432。间隙接头410可以包括配合地接纳在阴间隙接头部件414中的阳间隙接头部件412。阳部件412和阴部件414的电绝缘以及用于机械负载(例如轴向力和/或扭转力负载)的结构支撑可以部分地通过接纳在通道内的电绝缘球416、通过分离部件412、414以及通过可以注射到部件412、414之间的空间中的隔离塑料418来实现。间隙接头410的强度可以通过球416和通道布置来增强，而隔离塑料注射物418可以填充空隙空间以减少任何流体导电路径。球填充端口塞(未示出)可以是实心的，这可以减少注射工艺期间的空气和/或注射塑料的再循环，从而导致更少的空隙和更一致且均匀的塑料性能。

与在图2a和2b中所示的间隙接头10一样，部件412、414的内表面可以设置有用于接纳O形环422的压盖430。一旦O形环422安置在压盖430中，就可以插入内径密封件426，从而覆盖O形环422、阴间隙接头部件414的所有内表面和阳间隙接头部件412的一部分。在这方面，尽管在图4a和4b中未示出，但是密封件426可以具有六边形外表面，在该六边形外表面处，密封件426可以与注射的塑料418接触。密封件的内径可以在形状上是圆形的。六边形外表面的平坦表面可有助于防止密封件426在间隙接头410的使用寿命和操作期间和/或在间隙接头从配合部件拆卸以进行维修期间旋转，从而延长密封件426的有效寿命。多个螺钉425，在这个方面是四个螺钉425(其中两个在截面图4b中示出)，将井下板427抵着阴间隙接头部件414的井下端固定在适当位置。井下板427和螺钉425可以有助于将内径套筒426保持在适当位置，并阻止密封件426的因压力变化而引起的轴向移动。这种保持可提高O形环422的有效寿命。移除螺钉425的能力还可以允许转换成双接地布置，其中螺钉425可以被移除，并且板427可以被金属变型替代，该金属变型在间隙接头410的井下端具有倾斜的螺旋弹簧和压盖。

间隙接头部件412、414的外表面可以设置有用于接纳O形环(未示出)的压盖428。图4a和4b所示的方面可以包括在间隙接头部件412、414的外表面上的周向凹槽438。压盖428可以位于凹槽438内，并且凹槽438可以允许插入外径密封件424，该外径密封件424可以比图2a和2b的密封件24更厚。密封件424可以是但不必须是图2a和2b所示的较薄密封件24的厚度的至少三倍。实际厚度可以因应用而异和/或可以部分取决于技术人员已知的几何限制。技术人员可以选择厚度以降低密封件刺穿的风险。在一个方面，密封件424可以在大约0.100英寸至大约0.500英寸厚的范围内，并且在一些方面，可以是大约0.140英寸厚。密封件424的井下端可以抵靠凹槽438的井下端440。密封件424的井下端也可以被保持，如下面所描述的。密封件424可以由电隔离材料组成，例如由聚醚醚酮(PEEK)组成。由于使用更大的PEEK密封件424，整个电磁间隙可以更长，这可以提高长度超过大约半英寸的间隙的电磁效率。

如在图4b中可以看出，在电隔离在密封件424的底部停止的第一点处，单独的肩部部件432可以放置在阴间隙接头部件414的井下凸台436上。不是如图2a和2b所示的与阴间隙接头部件14为一体构造的肩部32，该肩部432可以是当损坏时可以被替换和/或可以用作磨损指示器的环形部件。例如，如果观察到电解，则可以移除肩部432并用新的肩部432替换。这种替换可有助于简单且经济地解决电解问题。环形部件可以通过几何特征如六边形、方形或任何其它键接特征扭转地固定到间隙接头，和/或可以螺纹接合。环形部件可以通过卡环、螺母、压配合、定位螺钉或本领域技术人员已知的任何其他功能上相当的布置保持在适当位置。

在另一方面，可替换肩部432可以由牺牲材料组成，该牺牲材料可更容易电子损失(例如，形成阳极环)，以减少在工具上其他导电点处因电解产生的电子损失。例如，肩部432可以由铜、铍铜或锌基材料组成。

可替换肩部432可以包括径向延伸超过凸台436的井下边缘434，以提供密封件424可以抵靠的表面。这样，密封件424可以比先前的密封件24厚，但是也可以保持在凹槽438内的两个壁(例如，凹槽端部440和肩部边缘434)之间。因为密封件424可以更厚并且能够更好地保持其圆柱形形状，所以容纳在压盖428中的O形环可以更好地防止剪切力。密封件424可以在压力下液压成形并向下压在O形环上，同时封闭任何潜在的挤压间隙。可以降低密封件424下方流体侵入的风险。此外，较厚的密封件424可以更能抵抗来自流体压力的刺穿。

尽管图3a、3b和4a、4b的方面在本文中独立地呈现，但是其他方面可以既在阳间隙接头部件112上(例如在井下端)具有可替换肩部132又在阴间隙接头部件114上(例如在井上端)具有可替换肩部432。

现在转到图5，井下遥测工具500在本发明的受让人Evolution Engineering Inc.的第2017/0268331号美国公开中更详细地描述，该公开的内容通过引用以其整体明确并入本文。流体压力脉冲发生器可以包括定子540，定子540具有纵向延伸的定子主体541，定子主体541具有穿过其中的中心孔眼。定子主体541可以包括在井上端处的圆柱形区段和在井下端处的大致截头圆锥形区段，该截头圆锥形区段沿井下方向纵向地逐渐成锥形。定子主体541的圆柱形区段可以与脉冲器组件外壳(未示出)联接。定子540围绕环形密封件(未示出)。脉冲器组件外壳的外表面可以与定子主体541的圆柱形区段的外表面齐平，以使泥浆沿其平滑流动。

多个径向延伸的突起542可以围绕定子主体541的井下端等距地间隔开。每个定子突起542可以是逐渐变细的，并且在附接到定子主体541的近端比在远端更窄。定子突起542可以具有径向轮廓，该径向轮廓具有井上端或面546和井下端或面545，其中两个相对的侧面547在井上端或面546和井下端或面545之间延伸。每个定子突起542的径向轮廓的截面朝向井上端或面546逐渐变细，使得井上端或面546比井下端或面545窄。定子突起542可以具有倒圆的井上端546，并且定子突起542的大部分朝向倒圆的井上端546逐渐变细。

沿着定子主体541的外表面流动的泥浆可以接触定子突起542的井上端或面546并且可以沿着该定子的侧面流过由相邻定位的定子突起542的侧面547限定的定子流动通道。定子流动通道在其最靠近定子主体541的近端可以是弯曲的或倒圆的。定子突起542以及由此在定子突起542之间限定的定子流动通道可以是任何形状并且被设定尺寸，以引导泥浆流过定子流动通道543。

转子560可以包括具有穿过其中的中心孔眼的大致圆柱形的转子主体和多个径向延伸的突起562。转子主体569可以接纳在定子主体541的孔眼中。驱动轴(未示出)的井下轴可以接纳在转子主体569的孔眼的井上端中，并且联接键(未示出)可以延伸穿过驱动轴并且可以接纳在转子主体569的井上端处的联接键插座(未示出)中，以使驱动轴与转子主体联接。转子帽可以包括帽主体561，并且帽轴(未示出)可定位在流体压力脉冲发生器的井下端处。帽轴可以延伸穿过转子主体569的孔眼的井下端并且螺纹连接到驱动轴的井下轴上，以将转子560锁定(施以转矩)到驱动轴。

径向延伸的转子突起562可以围绕转子主体569的井下端等距地间隔开并且可以相对于定子突起542轴向定位在井下。转子突起562可旋转以与定子流动通道流体连通和不与定子流动通道流体连通，以产生压力脉冲。每个转子突起562可以具有径向轮廓，该径向轮廓包括井上端或面和井下端或面565，两个相对的侧面567和端面592在井上端或面和井下端或面565之间延伸。转子突起562可以从端面592朝向转子主体569逐渐变细，使得转子突起562可以在接合转子主体569的点处比在端面592处更窄。每个侧面567可以具有倾斜的或倒棱的井上边缘568，该井上边缘568可以朝向井上面向内成角度，使得每个转子突起562的径向轮廓的井上区段在朝向井上面的井上方向上逐渐变细。

为了产生流体压力脉冲，电子子组件(未示出)中的控制器(未示出)可以向马达和齿轮箱子组件(未示出)发送马达控制信号，以便以受控模式转动驱动轴和转子560。

靠近井下遥测工具500的井上端(例如，在其附近或在其处)定位的可以是磨损零件指示器596。磨损零件指示器596可以包括由类似于上面参照图3a、3b、4a和4b描述的可替换肩部132、432的材料构成的可替换环。当磨损零件指示器596(也称为磨损型指示器)经受井下环境时，磨损零件指示器596可表现出能够被分析的磨损类型，例如冲蚀、点蚀、电解、腐蚀等。磨损类型可以指示局部流动状况，例如湍流、流速等。

磨损型指示器596可以构造成使得它可以放置在沿着钻柱定位的许多不同的周向凹槽中。在一些方面，凹槽可以具有等于磨损零件指示器596的厚度的深度，使得当磨损型指示器596被放置在凹槽中时，磨损型指示器596的外表面可以与钻柱的外表面齐平。在其他方面，凹槽可以具有小于磨损型指示器596的厚度的深度，使得磨损型指示器596可以从凹槽突出。磨损型指示器596然后可以放置在这些不同的凹槽处，并且可以分析磨损以确定工具设计如何影响磨损模式。设计变化可有助于减少在可能具有增加的磨损或损坏的区域中的局部湍流。可以分析磨损指示器596，以确定与现有设计相比，新设计是否会引入额外的磨损。例如，如果引入新的脉冲器组件来提供改进的压力脉冲，则磨损指示器596可以确定新的脉冲器组件的几何形状是否引入了显著或不可预见的磨损。然而，磨损指示器不能确定来自新组件的压力脉冲是否得到改进。如果磨损型指示器596在用于特定测试的位置不是必需的，则磨损型指示器596可以用填充器环或占位器环(placeholder ring)代替，该填充器环或占位器环由与凹槽周围的材料具有类似性能的材料构成，以限制填充器环对工具500的影响。

在一些方面，磨损型指示器596可以分析工具500中的设计变化，如图6a和6b所示的工具500中的设计变化。图6a所示的工具500包括两位置工具500，该工具500具有大致平坦的井下端565和相对较短的定子突起542。图6b所呈现的工具500包括与通道585交错的多个锥形部575以及相对较长和较宽的定子突起542。在两个工具上的相同位置处使用磨损指示器596可以允许比较两个工具500的磨损指示器596上的磨损，以确定设计变化对流动状况的影响。在一些方面，设计变化可以包括工具500中的不同台阶、锥形和/或槽。尽管被公开为两个工具500的比较，但是其他方面可以比较多个工具500上的任何数量的磨损指示器596，以便确定多个工具500中的每一个之间的设计变化的影响。

在一些方面，磨损型指示器596可用作工具维修指示器。例如，如果磨损型指示器596已经减小到特定外径，则可能需要对工具500进行维护。该磨损指示器596可以考虑钻井条件，而不是仅仅使用设定的小时数。在其他方面，磨损型指示器596可以改变颜色来指示工具500上可能需要维护。

尽管图5、6a和6b示出了在井下遥测工具500上的特定位置处的磨损零件指示器596，但是其他方面可以具有位于沿着工具500的不同位置处的一个或更多个磨损零件指示器596，例如，在一个或更多个接头处、在一个或更多个接头上的套筒处、工具的阶梯直径附加处等。在其他方面，一个或更多个磨损零件指示器596可以位于沿着钻柱的不同点处，例如在不同套环之间、在泥浆马达附近和/或在钻头附近。

现在转到图7a至7c，示出了内部井底组件(BHA)700的一部分。扶正器套环的插入部(pin)702可以旋转地联接到接地套环704。插入部702可以拧入接地套环704的相应的螺纹中。槽顶螺母706的外径可以拧入接地套环704的锥形部分中的相应的螺纹中。孔眼712可以储存遥测探头，遥测探头可以联接到着落支架740，着落支架740可以保持探头与孔眼712同心。槽顶螺母706可以使支架740抵着套环中的肩部720轴向地锁定在适当位置。槽顶螺母706可以向前拧，直到它接触支架740。槽顶螺母706可以使支架740压靠在肩部720上，这又将整个遥测探头轴向地锁定。

在槽顶螺母706和扶正器套环的插入部702之间可以存在间隙或空隙708。在使用期间，由于井下可能发生的强烈振动，槽顶螺母706可以从着落支架740后退并进入空隙708。槽顶螺母706使支架轴向锁定，这又轴向锁定遥测探头。如果槽顶螺母706后退，遥测探头可能会移动，导致许多问题，例如整个探头的显著振动，从而损坏储存在其中的电气部件等。

在图7c所示的方面，在扶正器套环的插入部702拧入接地套环704之前，一个或更多个环间隔件714可以邻近槽顶螺母706放置在接地套环704内。环间隔件714可以基本上填充插入部702和槽顶螺母706之间的空隙708，从而防止槽顶螺母706从着落支架740后退。环间隔件714的一部分或整个环间隔件714可以包括腐蚀试片，该腐蚀试片可指示钻井流体的酸性或其它恶劣性。腐蚀试片可以定期评估，以确定在恶劣井眼环境下井底组件的维护计划(例如，损坏超出修复范围)。环间隔件714可以提供防止槽顶螺母706后退并且证实恶劣井眼状况的双重好处。

尽管术语“肩部”可以贯穿全文使用，但是肩部可以被称为环、阳极环、锁定环、环形带和/或环形圆柱体。尽管术语“环”可以贯穿全文使用，但是在某些情况下，该环可能不是完整的环，而可以是新月形的，或者缺少一部分的环。

如从前面将清楚的，本发明的方面可以提供优于现有技术的许多期望的优点。例如，替换经受电解的肩部部分的能力可以提高器材的使用寿命，并且可以使器材更容易使用。此外，使用增强的外径密封件布置不仅更好地防止在外表面处的密封件失效，还可以增加接头的有效电间隙。此外，可以增加密封件在可能需要替换之前的磨损极限。

除非上下文明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中：

·“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等应被解释为包含性意义，与排他性或穷尽性意义相反；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。

·“连接”、“联接”或其任何变体是指两个或更多个元件之间的任何直接或间接的连接或联接；元件之间的联接或连接可以是物理的、逻辑的或其组合。

·“在此(herein)”、“上面(above)”、“下面(below)”和类似含义的词语当用于描述本说明书时，应指整个说明书，而不是本说明书的任何特定部分。

·“或”，指两个或更多个项目的列举，涵盖了对该词的所有以下解释：列举中的任何项目、列举中的所有项目以及列举中的项目的任何组合。

·单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也包括任何适当的复数形式的含义。

在本说明书和任何所附权利要求(如果存在)中使用的指示方向的词语，诸如“垂直的”、“横向的”、“水平的”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“竖直的”、“横向于”、“左边”、“右边”、“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“下方”、“上方”、“下面”取决于所描述和图示的装置的具体方位。本文描述的主题可以采用各种可替代的方位。因此，这些方向性术语没有被严格地定义，且不应被狭义地解释。

除非另有说明，否则在本文所指的部件(例如电路、模块、组件、装备、钻柱部件、钻机系统等)中，对部件的引用(包括对“器具”的引用)应解释为包括执行所述部件的功能的任何部件的等同物(即功能上等同)，包括结构上不等同于执行本发明所示的示例性实施例中的功能的所公开的结构的部件。

出于说明的目的，本文已经描述了方法和装置的特定方面。这些只是示例。本文提供的技术可应用于除上述示例性情况之外的情况。在本发明的实践中，许多改变、修改、添加、省略和置换可以是可能的。本发明包括对本领域技术人员而言可能是明显的所述实施例的变型，包括通过以下方式获得的变型：用等效的特征、元件和/或动作替换特征、元件和/或动作；来自不同实施例的特征、元素和/或动作的混合和匹配；将来自本文描述的实施例的特征、元件和/或动作与其他技术的特征、元件和/或动作相组合；和/或从所描述的实施例中省略组合的特征、元件和/或动作。

上述内容被认为对本发明的原理仅是说明性的。权利要求的范围不应该受到在前述内容中陈述的示例性方面的限制，而是应该给予与整个说明书一致的最广泛的解释。

Claims (50)

1.一种用于电磁遥测应用的间隙接头，所述间隙接头包括：

阴间隙接头部件；

阳间隙接头部件，其包括相对的第一端和第二端，所述第一端构造成用于至少部分插入到所述阴间隙接头部件中；

电绝缘材料，其设置在所述阴间隙接头部件和所述阳间隙接头部件之间；和

可替换构件，其构造成用于连接到所述阳间隙接头部件的所述第二端。

2.根据权利要求1所述的间隙接头，其中，所述可替换构件是环形的，并且覆盖所述阳间隙接头部件的表面。

3.根据权利要求1所述的间隙接头，其中，所述可替换构件由在使用期间优先于所述间隙接头的与所述可替换构件轴向偏离开的其他部分损失电子的材料组成。

4.根据权利要求3所述的间隙接头，其中所述材料选自包括铜、铍铜和锌基材料的组。

5.根据权利要求1所述的间隙接头，其中，所述可替换构件扭转地固定到所述阳间隙接头部件的所述第二端。

6.根据权利要求5所述的间隙接头，其中，所述可替换构件通过键接特征、螺纹接合、压配合接合和卡环中的一种扭转地固定到所述阳间隙接头部件的所述第二端。

7.一种用于电磁遥测应用的间隙接头，所述间隙接头包括：

阴间隙接头部件；

阳间隙接头部件，其构造成至少部分插入到所述阴间隙接头部件中；

电绝缘材料，其设置在所述阴间隙接头部件和所述阳间隙接头部件之间；

周向凹槽，其在所述阳间隙接头部件和所述阴间隙接头部件的外表面中；和

密封构件，其构造成接纳在所述周向凹槽中。

8.根据权利要求7所述的间隙接头，还包括至少一个O形环密封件，所述至少一个O形环密封件设置在所述周向凹槽中并被所述密封构件覆盖。

9.根据权利要求8所述的间隙接头，其中，所述至少一个O形环设置在所述周向凹槽中的压盖中。

10.根据权利要求7所述的间隙接头，其中所述密封构件由聚醚醚酮组成。

11.根据权利要求7所述的间隙接头，其中，所述密封构件包括用于与所述周向凹槽的井上内表面邻接的井上边缘。

12.根据权利要求11所述的间隙接头，其中，所述密封构件还包括用于与所述周向凹槽的井下内表面邻接的井下边缘。

13.根据权利要求7所述的间隙接头，其中，所述密封构件在0.100至0.500英寸厚的范围内。

14.根据权利要求13所述的间隙接头，其中，所述密封构件为0.140英寸厚。

15.一种用于电磁遥测应用的间隙接头，所述间隙接头包括：

阴间隙接头部件；

阳间隙接头部件，其包括相对的第一端和第二端，所述第一端构造成用于至少部分插入到所述阴间隙接头部件中；

电绝缘材料，其设置在所述阴间隙接头部件和所述阳间隙接头部件之间；

可替换构件，其构造成用于连接到所述阳间隙接头部件的所述第二端；

周向凹槽，其在所述阳间隙接头部件和所述阴间隙接头部件的外表面中；和

密封构件，其构造成接纳在所述周向凹槽中。

16.根据权利要求15所述的间隙接头，其中，所述可替换构件包括肩部，并且所述密封构件的边缘邻接所述肩部。

17.根据权利要求16所述的间隙接头，其中，所述密封构件邻接所述可替换构件的所述肩部和所述周向凹槽的内表面。

18.根据权利要求15所述的间隙接头，其中，所述可替换构件由在使用期间优先于所述间隙接头的与所述可替换构件轴向偏离开的其他部分损失电子的材料组成。

19.根据权利要求18所述的间隙接头，其中所述材料选自包括铜、铍铜和锌基材料的组。

20.根据权利要求15所述的间隙接头，其中所述密封构件由聚醚醚酮组成。

21.一种用于电磁遥测应用的间隙接头，所述间隙接头包括：

阴端；

与所述阴端相对的阳端；

电绝缘材料，其设置在所述阴端和所述阳端之间；和

可替换构件，其联接到所述间隙接头的至少一部分。

22.根据权利要求21所述的间隙接头，其中，所述可替换构件包括表现出在使用期间以与所述阴端或所述阳端相比更高的速率劣化的至少一部分。

23.根据权利要求22所述的间隙接头，其中所述劣化选自冲蚀、点蚀、电解和腐蚀。

24.根据权利要求22所述的间隙接头，其中，所述可替换构件上的所述劣化充当用于至少一个井下工具的磨损指示器。

25.根据权利要求24所述的间隙接头，其中，用于所述至少一个井下工具的所述磨损指示器与用于至少一个不同的井下工具的另一磨损指示器进行比较。

26.根据权利要求25所述的间隙接头，其中，所述可替换构件位于所述阴端上。

27.根据权利要求25所述的间隙接头，其中，所述可替换构件位于所述阳端上。

28.根据权利要求27所述的间隙接头，其中，所述可替换构件形成肩部，密封构件邻接所述肩部。

29.根据权利要求28所述的间隙接头，其中，所述密封构件在所述肩部和所述阴端之间保持在所述阳端的外表面中的周向凹槽内。

30.根据权利要求29所述的间隙接头，其中，所述密封构件覆盖设置在所述周向凹槽上的至少一个O形环。

31.根据权利要求30所述的间隙接头，其中，所述至少一个O形环设置在所述周向凹槽中的压盖中。

32.根据权利要求31所述的间隙接头，其中所述密封构件由聚醚醚酮组成。

33.根据权利要求28所述的间隙接头，其中，所述密封构件包括在0.100英寸至0.500英寸范围内的厚度。

34.根据权利要求28所述的间隙接头，其中，所述密封构件包括0.140英寸的厚度。

35.根据权利要求21所述的间隙接头，其中所述材料选自包括铜、铍铜、锌基材料、铝合金、铁和低碳钢的组。

36.一种用于在钻井流体中传输压力脉冲遥测信号的井下遥测工具，包括：

压力脉冲发生器，其能够操作以在钻井流体中产生压力脉冲；所述压力脉冲发生器包括转子和定子阀机构；和

在所述压力脉冲发生器上的至少一个周向凹槽，所述至少一个周向凹槽构造成接纳磨损零件指示器。

37.根据权利要求36所述的井下遥测工具，其中，所述至少一个周向凹槽具有等于所述磨损零件指示器的厚度的深度。

38.根据权利要求36所述的井下遥测工具，其中，所述至少一个周向凹槽具有等于所述磨损零件指示器的厚度的深度。

39.根据权利要求36所述的井下遥测工具，其中，所述磨损零件指示器包括表现出在使用期间以相比于所述压力脉冲发生器更高的速率劣化的至少一部分。

40.根据权利要求39所述的井下遥测工具，其中所述劣化选自冲蚀、点蚀、电解和腐蚀。

41.根据权利要求36所述的井下遥测工具，其中所述磨损零件指示器与用于不同的井下遥测工具的另一磨损零件指示器进行比较。

42.根据权利要求36所述的井下遥测工具，其中磨损零件指示器位于所述井下遥测工具的井上端附近。

43.根据权利要求36所述的井下遥测工具，其中，所述磨损零件指示器由选自包括铜、铍铜、锌基材料、铝合金、铁和低碳钢的组的材料构成。

44.根据权利要求36所述的井下遥测工具，其中，所述至少一个周向凹槽中的一个接纳由与所述压力脉冲发生器类似的材料构成的占位器。

45.一种井底组件，包括：

扶正器套环，其具有螺纹插入部；

接地套环，其具有内孔眼，所述内孔眼用于在其中接纳所述螺纹插入部；

槽顶螺母，其由所述接地套环的锥形部分螺纹地接纳并邻接所述螺纹插入部；

着落支架，其通过所述槽顶螺母锁定在所述接地套环内的适当位置；和

环间隔件，其在所述槽顶螺母和所述螺纹插入部之间放置在所述接地套环的内部。

46.根据权利要求45所述的井底组件，其中，所述环间隔件防止所述槽顶螺母后退。

47.根据权利要求46所述的井底组件，其中，所述环间隔件还包括磨损零件指示器。

48.根据权利要求47所述的井底组件，其中所述磨损零件指示器包括表现出在使用期间以比所述槽顶螺母、所述着落支架以及所述螺纹插入部中的至少一个更高的速率劣化的至少一部分。

49.根据权利要求48所述的井下遥测工具，其中所述劣化选自冲蚀、点蚀、电解和腐蚀。

50.根据权利要求47所述的井底组件，其中，所述磨损零件指示器由选自包括铜、铍铜、锌基材料、铝合金、铁和低碳钢的组的材料构成。