WO2014194621A1 - 一种用于井下电气模块连接的非旋转接头 - Google Patents

一种用于井下电气模块连接的非旋转接头 Download PDF

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WO2014194621A1
WO2014194621A1 PCT/CN2013/088571 CN2013088571W WO2014194621A1 WO 2014194621 A1 WO2014194621 A1 WO 2014194621A1 CN 2013088571 W CN2013088571 W CN 2013088571W WO 2014194621 A1 WO2014194621 A1 WO 2014194621A1
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joint
positioning surface
connector
connecting sleeve
electrical module
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PCT/CN2013/088571
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English (en)
French (fr)
Inventor
张弭
姚宇翔
单代伟
夏宏克
胡晓君
钟萍萍
张波
Original Assignee
四川宏华石油设备有限公司
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/028—Electrical or electro-magnetic connections

Definitions

  • the present invention relates to the field of oil drilling equipment, and more particularly to a non-rotating joint for connection of downhole electrical modules. Background technique
  • sensors with similar functions are often integrated to form a Downhole electrical modules, because the downhole radial space is limited, the underground electrical modules tend to appear as a cylinder, the axial length can reach several meters, the radial diameter is controlled at several tens of millimeters, and then, if the length allows, several
  • the downhole electrical modules are connected together to form an electrical module group that is then loaded into the drill (eg, without a magnetic drill collar:).
  • the connection between the electrical modules of different wells needs to consider the connection of the mechanical structure and the power signal channel at the same time, avoiding the line. Stranded wire problem when cable is connected.
  • a continuous tube drilling non-rotating joint as shown in Figs. 1 and 2, a continuous tube drilling non-rotating joint, including an upper non-rotating joint 01 and The lower non-rotating joint 02, the upper end of the non-rotating joint 01 is designed with a drill rod female buckle, the lower end is designed as a drill rod male buckle, and the upper end of the upper non-rotating joint 01 is designed to be round tubular and the round tube is processed into a circumference.
  • the lower non-rotating joint 02 includes an upper joint 03, a center tube 04, a rotating body 05 and a lower joint 06, and the upper joint 03 is screwed with the rotating body 05, and the upper end of the upper joint 03 is a drill rod female buckle, and the outer wall is designed There are two symmetrical round holes, and the center tube 04 and the lower joint 06 are threadedly connected, the center The specification tube 04 can rotate relative to the upper joint 03 and the rotating body 05, and the inner wall of the upper end of the center tube 04 is designed with a spline groove matched with the spline of the upper non-rotating joint 01; the central tube 04 and the upper joint 03, the rotating body 05, the lower The joints 06 are sealed by a sealing ring; the upper joint 3 and the rotating body 5 are sealed by a sealing ring.
  • the upper end of the upper non-rotating joint 01 is connected with the continuous pipe drilling tool
  • the lower joint 06 of the lower non-rotating joint 02 is connected with the upper end of another continuous pipe drilling tool
  • the special joint hook 03 is used to rotate the upper joint 03, and the drill pipe buckle between the upper non-rotating joint 01 and the lower non-rotating joint 02 is connected to each other.
  • the lower joint 06 and the continuous pipe supporting tool connected thereto are not rotated. of.
  • the continuous pipe drilling non-rotating joint prevents the rotation of the continuous pipe, the drilling tool and the built-in cable, and avoids the problem of the twisted wire when the cable is connected to some extent, but the lower non-rotating joint 02 needs to be connected by a screw connection or a threaded connection.
  • the corresponding four components are assembled into the lower non-rotating joint 02, and then threadedly connected with the upper non-rotating joint 01 to form a continuous tube drilling non-rotating joint, which is complicated in structure design and inconvenient in assembly.
  • a non-rotating joint for connection of a downhole electrical module comprising a male connector and a female connector, wherein the male connector is provided with a cavity, and further includes a stopper.
  • the connecting sleeve is disposed on the male connector, and the connecting sleeve and the blocking block are coupled to the male connector and the female connector.
  • one end of the male connector is a mounting neck, and the other end is a connector that can be connected to a downhole electrical module.
  • the mounting neck surface is provided with a stopper positioning surface; the stopper is sleeved on the mounting neck, and the stopper and the stopper positioning surface cooperate with each other.
  • the mounting neck surface is provided with a sealing ring mounting groove, and the sealing ring mounting groove is provided with a sealing ring.
  • a sealing ring mounting groove and a sealing ring are provided on the surface of the mounting neck to prevent drilling fluid from penetrating into the underground electrical module from the non-rotating joint after the male connector and the female connector are installed.
  • the male connector is connected to the female connector by a spline, and the relative rotation of the male connector and the female connector after reconnection is prevented.
  • the male connector is provided with an external spline at the end
  • the female connector is provided with an internal spline that cooperates with the external spline.
  • one end surface of the female connector adjacent to the internal spline is provided with an external thread, and the other end is a joint 2 that can be connected to the underground electrical module;
  • the connecting sleeve is provided with an internal thread and a positioning surface 5, the block
  • the block is provided with a positioning surface 3 and a positioning surface 4; the internal thread cooperates with the external thread, and the positioning surface 5 and the positioning surface 4 cooperate with each other.
  • the stopper is a two-half-section ring, and the half-section ring is not only convenient for processing, but also convenient for loading and unloading and tightening.
  • the surface of the female connector is provided with an annular groove
  • the connecting sleeve is provided with a screw hole.
  • the annular groove and the screw hole are mutually adapted by a set screw. Match. After the female connector and the connecting sleeve are screwed, the two are fixed radially by the tightening bolts to prevent the female connector and the connecting sleeve from falling off due to the failure of the threaded connection, thereby increasing the connection strength of the entire non-rotating joint.
  • a volume of the cavity of the cavity near one end of the joint is larger than that of the mounting neck Explain the volume of the lumen at one end of the book.
  • a non-rotating joint for a downhole electrical module according to the present invention, the female connector and the male connector are connected by internal splines, external splines, and then through the stopper After the connecting sleeves cooperate with each other, only one threaded connection is required to be mounted on the female joint, and finally a non-rotating joint is formed.
  • the non-rotating joint has a simple structure and is convenient to install; and a set screw is also radially connected between the connecting sleeve and the female joint.
  • FIG. 1 is a schematic structural view of an upper non-rotating joint according to the prior art
  • FIG. 2 is a schematic structural view of a lower non-rotating joint according to the prior art
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view of the male connector of the present invention
  • Figure 5 is a schematic structural view of the female connector of the present invention
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view of the female connector of the present invention
  • 8 is a schematic cross-sectional view of the connecting block of the present invention
  • FIG. 9 is a schematic structural view of the connecting sleeve of the present invention
  • FIG. 10 is a cross-sectional structural view of the connecting sleeve of the present invention
  • FIG. 12 is a schematic structural view of the non-rotating joint of the present invention. Marked in the figure:
  • a non-rotating joint for connecting a downhole electrical module includes a male connector 1, a female connector 2, a stopper 3, and a connecting sleeve 4, and the male connector 1 is processed.
  • the female connector 2 is formed with a positioning surface 21, an internal spline 22, a joint 23 and an annular groove 24.
  • the female connector 2 is further provided with an external thread 25; the stopper 3 is
  • the two half-section ring is formed with a positioning surface 31 and a positioning surface 43.
  • the connecting sleeve 4 has a cylindrical sleeve shape, and is formed with a positioning surface 51, a screw hole 42 and an internal thread 43.
  • the connecting sleeve 4 is first pre-fitted on the mounting neck 14 of the male joint 1, and the sealing ring 6 is mounted on the sealing ring of the surface of the male joint 1
  • the drilling fluid is prevented from entering the inside of the male connector 1 and the female connector 2 from the non-rotating joint, and then flows into the interior of the underground electrical module 7, and then the cable penetrating from the inside of the male connector 1 and the female connector 2 is 81.
  • the cable 2 82 is wired; after the connection of the cable 81 and the cable 82 is completed, the external spline 12 of the male connector 1 is inserted into the internal spline 22 of the female connector 2 to cooperate, thereby preventing the male connector 1 and
  • the female connector 2 is relatively rotated until the positioning surface 11 on the male connector 1 and the positioning surface 21 on the female connector 2 are in contact with each other; and the two-half annular-shaped stopper 3 is placed on the mounting neck 14 of the male connector 1.
  • the disconnection between the sleeve 4 and the female connector 2 due to the failure of the thread has thus completed the connection of the non-rotating joint.
  • the volume of the cavity of the male connector 1 near the 16-end of the connector is larger than the volume of the cavity at the end of the non-rotating connector, which facilitates the disk placement of the overlength cable in the cavity 15 of the male connector 1 and the female connector. , to avoid the problem of stranding.
  • the male joint 1 and the female joint 2 are connected to the underground electrical module 71 through the joint 16 on the male joint 1 and the joint 2 on the female joint 2, respectively.
  • the inner cavity of 2 is worn out.
  • the mounting neck 14 on the male joint 1 must have a sufficient installation length L to ensure the retaining block 3 and the connecting sleeve 4 Installation; the maximum outer diameter ⁇ at the outer spline 12 of the male connector 1 should not be larger than the aperture D at the positioning surface 5 of the connecting sleeve 4, and the aperture D at the positioning surface 5 of the connecting sleeve 4 should be smaller than the stopper
  • the outer diameter d 2 at the positioning surface 31 of 3 is 3.

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Abstract

一种用于井下电气模块连接的非旋转接头，包括公接头（1）、母接头（2）、挡块（3）、连接套（4），公接头（1）上加工有定位面一（11）、外花键（12）、挡块定位面（13）、安装颈（14）、容线腔（15）、接头一（16）和密封圈安装槽（17）；母接头（2）上加工有定位面二（21）、内花键（22）、接头二（23）和环形槽（24），母接头（2）一端还设有外螺纹（25）；挡块（3）为两半剖圆环，其上加工有定位面三（31）、定位面四（32）；连接套（4）为圆柱形套筒状，且加工有定位面五（41）、螺钉孔（42）以及内螺纹（43）；挡块（3）、连接套（4）将公接头（1）、母接头（2）套装在一起形成非旋转接头；非旋转接头用于井下电气模块的连接，结构简单，安装方便；连接套（4）和母接头（2）之间的紧定螺钉（5）可增强非旋转接头的连接强度，公接头（1）内的容线腔（15）还可以盘放过多线缆，可以避免内部线缆绞线。

Description

说 明 书
一种用于井下电气模块连接的非旋转接头 技术领域
本发明涉及石油钻采设备领域， 特别涉及一种用于井下电气模块连接的非 旋转接头。 背景技术
随着钻井技术和传感器技术的不断发展， 越来越多的传感器被应用于复杂 钻井工况中， 为了加工制造装配以及功能实现上的便利， 往往将具有类似功能 的传感器集成在一起， 组成一个井下电气模块， 由于井下径向空间受限， 井下 电气模块往往呈现为一个圆筒状， 轴向长度能达到数米， 径向直径控制在几十 毫米， 而后， 如果长度允许， 则将几个井下电气模块连接在一起， 组成一个电 气模块组， 再装入钻具中 (如无磁钻铤：)。 由于井下电气模块的电源线以及信号线 一般均以散线的形式从井下电气模块出线口引出， 因此， 不同井下电气模块之 间的连接， 需要同时考虑机械结构和电源信号通道的连接， 避免线缆连接时的 绞线问题。
中国专利号申请号 CN201220370442.1、 授权公开号 CN202810685U公开了 一种连续管钻井非旋转接头，如附图 1、图 2所示，一种连续管钻井非旋转接头， 包括上非旋转接头 01和下非旋转接头 02， 上非旋转接头 01上端设计有钻杆母 扣， 下端设计成钻杆公扣， 上非旋转接头 01的钻杆公扣末端设计成圆管状并将 圆管加工成圆周均布的花键； 下非旋转接头 02包括上接头 03、 中心管 04、 旋 转体 05和下接头 06， 上接头 03与旋转体 05螺纹连接， 上接头 03上端为钻杆 母扣， 外壁上设计有两个对称的圆孔， 中心管 04与下接头 06丝扣连接， 中心 说 明 书 管 04能够与上接头 03和旋转体 05相对旋转， 中心管 04上端内壁设计有与上 非旋转接头 01的花键相配合的花键槽； 中心管 04与上接头 03、 旋转体 05、 下 接头 06之间均通过密封圈进行密封； 上接头 3与旋转体 5之间通过密封圈进行 密封。
使用该连续管钻井非旋转接头时， 将上非旋转接头 01上端母扣与连续管钻 井工具公扣相连， 下非旋转接头 02的下接头 06与另一个连续管钻井工具上端 母扣相连， 再用专用勾搬手旋转上接头 03， 便将上非旋转接头 01、 下非旋转接 头 02之间的钻杆扣相互连接， 此时其下接头 06及与之相连的连续管配套工具 是不旋转的。 该连续管钻井非旋转接头虽然防止了连续管、 钻井工具及内置电 缆的旋转， 在一定程度上避免线缆连接时的绞线问题， 但是下非旋转接头 02需 要通过螺紋连接、 丝扣连接才能将相应四个部件组装成为下非旋转接头 02， 然 后再和上非旋转接头 01螺纹连接才能形成连续管钻井非旋转接头， 其结构设计 较为复杂、 组装有些不便。 发明内容 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的连续管钻井非旋转接头结构较 为复杂、 组装有些不便的上述不足， 提供一种用于井下电气模块连接的非旋转 接头。 为了实现上述发明目的， 本发明提供了以下技术方案： 一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 包括公接头、 母接头， 所述公 接头内设有容线腔， 还包括挡块、 连接套； 所述挡块套装在所述公接头上， 所 述连接套与所述挡块配合连接所述公接头、 所述母接头。 优选地， 所述公接头一端为安装颈， 另一端为可连接井下电气模块的接头 说 明 书 一， 所述安装颈表面设有挡块定位面； 所述挡块套装在所述安装颈上， 且所述 挡块与所述挡块定位面相互配合。 优选地， 所述安装颈表面设有密封圈安装槽， 所述密封圈安装槽内设有密 封圈。 在安装颈表面设有密封圈安装槽和密封圈， 防止公接头和母接头安装完成 之后， 钻井液从该非旋转接头处渗入井下电气模块内部。 优选地， 所述公接头通过花键连接所述母接头， 可以防止公接头、 母接头 再连接之后发生相对转动。 优选地， 所述公接头末端设有外花键， 所述母接头设有与所述外花键相配 合的内花键。 优选地， 靠近所述内花键的所述母接头一端表面设有外螺纹， 另一端为可 连接井下电气模块的接头二； 所述连接套内设有内螺紋和定位面五， 所述挡块 设有定位面三和定位面四； 所述内螺纹与所述外螺纹相配合， 所述定位面五与 所述定位面四相互配合。 优选地， 所述挡块为两半剖圆环， 半剖圆环不仅方便加工， 而且利于装卸 和收紧。 优选地， 所述母接头表面设有环形槽， 所述连接套设有螺钉孔， 所述连接 套套装在所述母接头上时， 所述环形槽、 螺钉孔之间用紧定螺钉相互适配。 在母接头和连接套通过螺纹连接后， 在用紧定螺栓将二者径向固定， 防止 母接头和连接套因螺紋连接失效造成的脱落， 增加整个非旋转接头的连接强度。 优选地， 所述容线腔靠近所述接头一一端的内腔体积大于靠近所述安装颈 说 明 书 一端的内腔体积。 公接头和母接头连接好之后的非旋转接头内腔穿过线缆， 接头一连接井下 电气模块， 所以将公接头靠近接头一一端的容线腔体积较大， 可以将过长的线 缆盘卷在此处位置的容线腔内， 可以有效防止线缆过长出现的绞线问题。 与现有技术相比， 本发明的有益效果： 本发明所述的一种用于井下电气模块的非旋转接头， 其母接头、 公接头用 内花键、 外花键连接， 再通过挡块、 连接套相互配合后只需要一次螺紋连接便 可以安装在母接头上， 最终形成非旋转接头， 该非旋转接头结构简单， 安装方 便； 连接套和母接头之间还径向连接有紧定螺钉， 可增强非旋转接头的连接强 度， 同时非旋转接头两端连接的井下电气模块一、 井下电器模块二之间不会产 生相对转动和轴向运动； 公接头内容线腔具有较大容腔体积的部分可以盘放过 多的线缆， 可以避免内部线缆的绞线问题。 附图说明： 图 1为现有技术所述一种上非旋转接头的结构示意图； 图 2为现有技术所述一种下非旋转接头的结构示意图； 图 3为本发明所述公接头结构示意图； 图 4为本发明所述公接头剖面结构示意图； 图 5为本发明所述母接头结构示意图； 图 6为本发明所述母接头剖面结构示意图； 图 7为本发明所述挡块其中一半的结构示意图； 说 明 书 图 8为本发明所述挡块的剖面结构示意图； 图 9为本发明所述连接套结构示意图； 图 10为本发明所述连接套的剖面结构示意图； 图 11为本发明所述公接头、母接头连接形成非旋转接头之前的结构示意图； 图 12为本发明所述非旋转接头连接完毕的结构示意图。 图中标记：
01、 上非旋转接头， 02、 下非旋转接头， 03、 上接头， 04、 中心管， 05、 旋转体， 06、 下接头；
1、 公接头， 11、 定位面一， 12、 外花键， 13、 挡块定位面， 14、 安装颈， 15、 容线腔， 16、 接头一， 17、 密封圈安装槽， 2、 母接头， 21、 定位面二， 22、 内花键， 23、 接头二， 24环形槽， 25、 外螺纹， 3、 挡块， 31、 定位面三， 32、 定位面四， 4、 连接套， 41、 定位面五， 42、 螺钉孔， 43、 内螺紋， 5、 紧定螺 钉， 6、 密封圈， 71、 井下电气模块一， 72、 井下电气模块二， 81、 线缆一， 82、 线缆二。 具体实施方式 下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。 但不应将 此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例， 凡基于本发明内容所实 现的技术均属于本发明的范围。
如图 3-10所示， 本发明所述的一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 包括公接头 1、 母接头 2、 挡块 3、 连接套 4， 所述公接头 1上加工有定位面一 11、 外花键 12、 挡块定位面 13、 安装颈 14、 容线腔 15、 接头一 16和密封圈安 说 明 书 装槽 17; 所述母接头 2上加工有定位面二 21、 内花键 22、 接头二 23和环形槽 24, 母接头 2—端还设有外螺纹 25 ; 所述的挡块 3为两半剖圆环， 其上加工有 定位面三 31和定位面四 32; 所述的连接套 4为圆柱形套筒状， 且加工有定位面 五 41、 螺钉孔 42以及内螺紋 43。 在对非旋转接头进行安装时， 如图 11、 12所示， 先将连接套 4预先套装在 公接头 1上的安装颈 14上， 并将密封圈 6安装在公接头 1表面的密封圈安装槽 17中， 防止钻井液从非旋转接头处进入公接头 1和母接头 2内部， 进而流入井 下电气模块 7内部， 再将分别从公接头 1和母接头 2内部穿出的线缆一 81、 线 缆二 82进行接线； 完成线缆一 81、 线缆二 82的连接后， 将公接头 1的外花键 12插入到母接头 2的内花键 22中进行配合，可以防止公接头 1和母接头 2产生 相对转动， 直到公接头 1上定位面一 11和母接头 2上的定位面二 21相互接触； 再将两半剖圆环状的挡块 3套在公接头 1的安装颈 14上， 并将挡块 3的定位面 三 31紧靠在公接头 的挡块定位面 13上； 再将连接套 4的内螺紋 43和母接头 2的内螺紋 25相互配合旋紧，直到连接套 4上的定位面五 41和挡块 3上的定位 面四 32相互紧靠， 从而限制了公接头 1和母接头 2沿轴向产生相对运动； 然后 再将紧定螺钉 5旋入连接套 4上的螺钉孔 42中， 并卡入母接头 2上环形槽 24 中， 可以防止螺紋连接的连接套 4和母接头 2之间因为螺紋失效造成的脱落， 至此， 便完成了非旋转接头的连接。 此外， 公接头 1的靠近接头一 16—端内部 的容线腔体积较大于非旋转接头一端的容腔体积， 便于公接头 1 和母接头的容 线腔 15内的过长线缆的盘放， 避免绞线的问题。
当所述非旋转接头在接入井下电气模块时， 分别通过公接头 1 上的接头一 16和母接头 2上的接头二 23将公接头 1和母接头 2连接在井下电气模块一 71、 井下电气模块二 72的出线端， 然后再将连接好的线缆分别从公接头 1和母接头 说 明 书
2的内腔穿出。
需要说明的是， 如图 4、 8、 10所示， 为了保证非旋转接头的顺利安装， 公 接头 1上的安装颈 14须具有足够的安装长度 L, 才能保证挡块 3和连接套 4的 安装； 公接头 1上外花键 12处的最大外径 ^应不大于连接套 4的定位面五 41 处的孔径 D,上述的连接套 4的定位面五 41处的孔径 D应小于挡块 3的定位面 三 31处的外圆直径 d2。

Claims

权 利 要 求 书 、 一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 包括公接头 (1)、 母接头 (2)， 所 述公接头 内设有容线腔 15)， 其特征在于， 还包括挡块 (：3：)、 连接套 (4 所述挡块 (3)套装在所述公接头 (1)上， 所述连接套 (4)与所述挡块 (3)配合连 接所述公接头 (1)、 所述母接头 (2)。 、 根据权利要求 1所述的一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 其特征 在于， 所述公接头 (1)一端为安装颈 (14)， 另一端为接头一 (16)， 所述安装 颈 (14)表面设有挡块定位面 (13：); 所述挡块 (3)套装在所述安装颈 (14)上， 且 所述挡块 C3)与所述挡块定位面 13)相互配合。 、 根据权利要求 2所述的一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 其特征 在于， 所述安装颈 (14)表面设有密封圈安装槽 (17)， 所述密封圈安装槽 (17) 内设有密封圈 (6)。 、 根据权利要求 1所述的一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 其特征 在于， 所述公接头 (1)通过花键连接所述母接头 (2)。 、 根据权利要求 4所述的一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 其特征 在于， 所述公接头 (1)末端设有外花键 (12)， 所述母接头 (2)设有与所述外花 键 12)相配合连接的内花键 (22)。 、 根据权利要求 5所述的一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 其特征 在于， 靠近所述内花键 (22)的所述母接头 (2)—端表面设有外螺紋 (25)， 另 一端为接头二 (23); 所述连接套 (4)内设有内螺纹 (43)和定位面五 (41)， 所述 挡块 (3)设有定位面三 (31)和定位面四 (32) ; 所述内螺紋 (43)与所述外螺紋 (25)相配合， 所述定位面五 (41)与所述定位面四 (32；)相互配合。 权 利 要 求 书 、 根据权利要求 1-6任一所述的一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 其特征在于， 所述挡块 (3)为两半剖圆环。 、 根据权利要求 Ί所述的一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 其特征 在于， 所述母接头 (2)表面设有环形槽 (24)， 所述连接套4)设有螺钉孔 (4 所述连接套 (4)套装在所述母接头 (2)上时，所述环形槽 (24)、所述螺钉孔 (4) 之间用紧定螺钉5)相互适配。 、 根据权利要求 7所述的一种用于井下电气模块连接的非旋转接头， 其特征 在于，所述容线腔 (15)靠近所述接头一 (16)—端的内腔体积大于靠近所述安 装颈 (14)一端的内腔体积。
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