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一種用于井眼信號傳輸?shù)倪B接裝置的制作方法

文檔序號:7098549閱讀:152來源:國知局
專利名稱:一種用于井眼信號傳輸?shù)倪B接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于井筒中信號傳輸?shù)倪B接裝置,特別地,本發(fā)明涉及用于井筒內(nèi)與地面之間建立信號傳輸通道的連接裝置。
背景技術(shù)
在石油、礦山、地質(zhì)勘探等鉆探作業(yè)過程中,需要獲得大量的井下地層參數(shù)、和井眼狀況等信息,一般利用傳感器獲取這些信息,并實(shí)時的傳輸?shù)降孛?。伴隨著隨鉆測量技術(shù)(MWD)、隨鉆測井技術(shù)(LWD)、地震成像技術(shù)以及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用,所需要傳輸?shù)男畔⒘吭絹碓酱蟆?
目前,鉆井過程中數(shù)據(jù)信號的傳輸方式主要有無線傳輸和有線傳輸兩種形式。無線信號傳輸技術(shù)主要包括泥衆(zhòng)脈沖、聲波和電磁波三種形式。其中泥衆(zhòng)脈沖技術(shù)商業(yè)應(yīng)用最為廣泛,技術(shù)比較成熟,但是傳輸速率低,信息量小,脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,影響因素多,并且不適用于氣體或者氣液混相的鉆井液中,不能滿足大量信息實(shí)時快速傳輸?shù)囊?,也不能建立地面與井下雙向閉環(huán)信息傳輸?shù)母咚偻ǖ馈B暡夹g(shù)是利用鉆柱為通道進(jìn)行信號的傳輸,該技術(shù)成本低,傳輸速率快,但是傳輸距離太短,不適用于深井,并且受周圍環(huán)境影響較大,該技術(shù)的實(shí)例,如PCT專利No. W02004085796中所述的聲學(xué)井筒遙測系統(tǒng)。電磁波技術(shù)是利用鉆桿、井壁和它們之間的空間,以及周圍地層共同組成的傳輸通道進(jìn)行信號的傳輸。該技術(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定性好,對欠平衡鉆井具有更好的適應(yīng)性,但是受地層的影響很大,隨著井深的增加,逐漸衰弱,適應(yīng)性較差,成本高。有線傳輸技術(shù)是以獨(dú)立的電纜作為傳輸通道,因此不受鉆井液類型、地層及井深的影響。其中以整根的電纜或者光纖作為傳輸通道的信號傳輸技術(shù)具有傳輸速率高,影響因素小等優(yōu)點(diǎn),但是不適用于旋轉(zhuǎn)鉆井,并且操作繁瑣,成本高。在鉆桿內(nèi)布設(shè)分段的電纜,通過連接裝置將分段電纜連接在一起,可以實(shí)現(xiàn)地面和井下儀器間信號的傳輸,可以稱為分段式電纜傳輸技術(shù)。該技術(shù)需要將幾百根電纜通過接頭的形式進(jìn)行連接,整個傳輸通道上有幾百個接頭,因此如何保證接頭的可靠性是該技術(shù)的關(guān)鍵。根據(jù)連接裝置的連接方式可以分為“軟連接”和“硬連接”兩種,“軟連接”是指通過感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)電纜間連接,具有結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高等優(yōu)點(diǎn)?!坝策B接”就是通過使電纜導(dǎo)線的直接或者間接接觸在一起,達(dá)到電纜間連通的目的,目前多應(yīng)用于井下儀器間的連接。在保證電纜對接的準(zhǔn)確性極其絕緣性上非常困難,可靠性低。利用電流耦合的感應(yīng)耦合技術(shù)進(jìn)行電纜間的“軟連接”從而達(dá)到井內(nèi)信號傳輸?shù)难芯吭缫延兄?,題為“互感型電纜連接器”的美國專利No. 4602468,介紹了固定在鉆桿內(nèi)表面的感應(yīng)耦合器的應(yīng)用。關(guān)于智能鉆桿和電流耦合感應(yīng)連接器實(shí)例如題為“鉆桿組遙測系統(tǒng)”的美國專利No. 4126848、題為“傳輸信號的管道和方法”的美國專利No. 20080106433,題為“用于傳輸信號的管道和方法的”中國專利No. 200610071982,題為“井下遙測系統(tǒng)和方法”的中國專利No. 200410087051。主要是利用電磁感應(yīng)原理利用線圈和高導(dǎo)磁率材料實(shí)現(xiàn)電纜間信號的傳輸,其中高導(dǎo)磁材料主要為鐵氧體。由于各自線圈、耦合元件以及與鉆桿間的作用方式等不同使得連接裝置的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多種形式。目前比較成熟的智能鉆桿技術(shù)是將電纜埋設(shè)在鉆桿內(nèi)部,在鉆桿接頭處埋設(shè)對接裝置,利用“軟連接”或者“硬連接”實(shí)現(xiàn)相鄰鉆桿內(nèi)電纜的連接,在井下和地面之間實(shí)現(xiàn)信號或者電力的高效傳輸。其中,在鉆桿接頭之間實(shí)現(xiàn)電纜的“軟連接”的智能鉆桿技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了商業(yè)應(yīng)用,可以達(dá)到2Mbit/s的傳輸速率。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信號傳輸速率方面的極大的提高,但是需要在鉆桿接頭中敷設(shè)線圈來實(shí)現(xiàn)電纜間的“軟連接”,加工制造過程復(fù)雜,檢修困難,成本高,并需要使用特種鉆桿。

發(fā)明內(nèi)容
提出了一種可用于井眼信號傳輸?shù)倪B接裝置,該連接裝置通過電磁感應(yīng)的方式實(shí) 現(xiàn)信號的傳遞。在一個實(shí)施例中連接裝置包括第一連接器和第二連接器,其中第一連接器包括第一線圈和第一耦合元件,第一線圈纏繞并至少部分包住第一耦合元件;第二連接器包括第二線圈和第二耦合元件,第二線圈纏繞并至少部分包住第二耦合元件;連接第一連接器和第二連接器,電磁耦合第一線圈和第二線圈。在另一個實(shí)施例中連接裝置包括第一連接器,所述第一連接器包括第一導(dǎo)磁殼體,第一導(dǎo)磁殼體的凹腔內(nèi)有第一導(dǎo)磁柱形體,第一導(dǎo)磁殼體的內(nèi)壁上固定有第一線圈繞組;第二連接器,所述第二連接器包括第二導(dǎo)磁殼體,第二導(dǎo)磁殼體的凹腔內(nèi)有第二導(dǎo)磁柱形體,第二線圈繞組沿圓周方向纏繞第二導(dǎo)磁柱形體;其中,各導(dǎo)磁殼體和導(dǎo)磁柱形體的材料為軟磁材料,第一線圈繞組的內(nèi)徑大于所述第二線圈繞組的外徑;連接所述第一連接器和第二連接器,使所述第一導(dǎo)磁殼體與所述第二導(dǎo)磁殼體配合在一起,第一導(dǎo)磁柱形體與所述第二導(dǎo)磁柱形體配合在一起,其中第一線圈繞組套在所述第二線圈繞組上,電磁耦合第一線圈和第二線圈。在又一個實(shí)施例中連接裝置包括第一連接器,所述第一連接器包括第一導(dǎo)電殼體,和固定安裝在第一導(dǎo)電殼體凹腔內(nèi)的第一線圈;第二連接器,所述第二連接器包括第二導(dǎo)電殼體,和固定安裝在第二導(dǎo)電殼體凹腔內(nèi)的第二線圈;其中各線圈具有沿殼體軸向的截面;連接所述第一連接器與第二連接器,使第一導(dǎo)電殼體與第二導(dǎo)電殼體配合在一起,包住第一線圈和第二線圈,電磁耦合第一線圈與第二線圈。本發(fā)明利用電磁感應(yīng)原理,在不需要電導(dǎo)體直接接觸的情況下,實(shí)現(xiàn)兩電纜間的信號的傳輸,裝置可靠性高,易于操作,便于檢修,更適應(yīng)惡劣的井下環(huán)境。


圖I是具有連接裝置的井眼信號傳輸系統(tǒng)的局部示意圖。圖2是本發(fā)明連接裝置的第一優(yōu)選實(shí)施例的左視圖。圖3是圖2所示連接裝置的全剖視圖。圖4是第一優(yōu)選實(shí)施例的感應(yīng)耦合裝置的局部剖視圖。圖5A是第一優(yōu)選實(shí)施例的連接裝置的工作原理圖。圖5B是第一優(yōu)選實(shí)施例的連接裝置的電磁感應(yīng)耦合圖。
圖6A是第二實(shí)施例的連接裝置半剖視圖。圖6B是第二實(shí)施例中耦合裝置主視圖。圖6C為圖6B所示的耦合裝置左視圖。圖7A是第三實(shí)施例的連接裝置的第一耦合元件的主視圖。圖7B是第三實(shí)施例的連接裝置的全剖視圖。圖8是第四實(shí)施例的連接裝置的全剖視圖。
圖9是圖8所示的連接裝置的第一連接器的半剖示圖。圖10是第四實(shí)施例的連接裝置的原理圖。圖11是第五實(shí)施例的連接裝置的主視圖。圖12是圖11中A-A線的剖視圖。圖13是第五實(shí)施例第一種變化的連接裝置的剖視圖。圖14是第六實(shí)施例的連接裝置的第一連接器的剖視圖。圖15是第六實(shí)施例的連接裝置的第二連接器的剖視圖。圖16是第六實(shí)施例的連接裝置的半剖視圖。圖17是第七實(shí)施例的連接裝置的全剖視圖。圖18是圖17所示的連接裝置的第一連接器的全剖視圖。圖19是圖18中B-B線的剖視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種可靠、堅(jiān)固、易于操作的,用于井眼信號傳輸系統(tǒng)的連接裝置,可以作為油氣井鉆探和開采過程中井眼內(nèi)傳輸信號的電纜段之間的連接裝置。優(yōu)選的實(shí)施例包括兩個連接在一起的電磁感應(yīng)連接器,每個連接器都包括線圈繞組,當(dāng)兩個連接器連接在一起的時候,通過電磁感應(yīng)原理將信號從一個線圈傳遞到另一個線圈。為了提高效率,降低感應(yīng)損耗,每個連接器還包括導(dǎo)磁材料制作的耦合元件。圖3所示的實(shí)施例中,連接器包括感應(yīng)線圈和耦合元件。圖8所示的實(shí)施例中,連接器包括感應(yīng)線圈以及包住感應(yīng)線圈的導(dǎo)電層。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述,為了實(shí)現(xiàn)一致性,在這些附圖中使用類似的附圖標(biāo)號表示類似的元件。文中對大量的具體細(xì)節(jié)進(jìn)行了闡述,以便提供對本發(fā)明的更全面地理解,但是,本發(fā)明不受這些具體的細(xì)節(jié)的限定。第一優(yōu)選實(shí)施例
連接裝置的第一實(shí)施例具體的顯示于圖I-圖4中,示意性地顯示于圖5A、圖5B。圖I為具有連接裝置的井眼信號傳輸系統(tǒng)的局部示意圖。在鉆桿段111、112等的軸向孔內(nèi)下入分段的電纜段11、21等,電纜的末端分別連有對應(yīng)的連接器,如電纜21兩端分別連接連接器20和連接器10’,在連接鉆桿段來增長鉆柱時,電纜11 一端的連接器10與電纜21對應(yīng)端的連接器20相配合成連接裝置,將電纜連接在一起,建立井下儀器與地面裝置之間的信號傳輸,可以實(shí)現(xiàn)地面與井下儀器間信號的雙向傳輸。其中電纜21及兩端的連接器20和10’構(gòu)成一個信號傳輸單兀A。圖2為連接裝置的左視圖,圖3為連接裝置的全剖視圖,圖2和圖3顯示了井眼信號傳輸裝置由第一連接器10和第二連接器20組成,第一連接器10主要由第一外殼12和第一感應(yīng)耦合器15組成,第一外殼12具有圓柱形內(nèi)腔,其圓柱形凹進(jìn)表面12a處具有絕緣保護(hù)層17,第一感應(yīng)耦合器15位于層17所形成的圓柱形內(nèi)腔中。第二連接器20由第二外殼22和第二感應(yīng)耦合器25組成,第二外殼22具有圓柱形內(nèi)腔,其圓柱形凹進(jìn)表面22a處具有絕緣保護(hù)層27,第二感應(yīng)耦合器25位于層27所形成的圓柱形內(nèi)腔中。圖4為感應(yīng)耦合裝置局部剖面圖,如圖2和圖4所示,第一感應(yīng)耦合器15包括第一率禹合兀件13和第一線圈14,第一稱合兀件13具有第一圓柱形殼體13a和第一柱形體13b,二者形成環(huán)狀凹槽,第一線圈14沿圓周方向纏繞并至少部分包住第一柱形體13b,并通過填充材料16固定在凹槽中,凹槽的開口端具有高強(qiáng)度耐磨絕緣保護(hù)材料18。
第二感應(yīng)耦合器25包括第二耦合元件23和第二線圈24,第二耦合元件23具有第二圓柱形殼體23a和第二柱形體23b,二者形成環(huán)形凹槽,第二線圈24沿圓周方向纏繞并至少部分包住第二柱形體23b,并通過填充材料26固定在凹槽內(nèi),凹槽的開口端具有高強(qiáng)度耐磨絕緣保護(hù)材料28。電纜11穿過第一外殼12與第一線圈14相連,電纜21穿過第二外殼22與第二線圈24相連。第一外殼12表面加工有螺紋,通過鎖緊元件19與第二外殼22鎖定在一起,使得第一連接器和第二連接器器結(jié)合在一起。第一稱合兀件13與第二稱合兀件23軸向?qū)R放置,使得第一柱形體13b和第二柱形體23b軸向?qū)R配合在一起,第一圓柱形殼體13a和第二圓柱形殼體23a軸向?qū)R配合在一起,形成封閉的磁傳導(dǎo)路徑,包住并耦合第一線圈繞組和第二線圈繞組。如圖5A所示為本發(fā)明的工作原理圖,本發(fā)明的工作原理類似于變壓器,兩個螺旋管線圈14c和24c軸向?qū)R平行放置,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,電路14b中通入變化的電流,線圈14c就會產(chǎn)生變化的磁場,磁場的方向垂直于電場,置于變化的磁場中的線圈24c中就會產(chǎn)生變化的電流,電流方向垂直于磁場方向。線圈14c和線圈24c組成簡單的耦合裝置。為了提高線圈磁路的磁通密度,降低損耗,增加電磁感應(yīng)強(qiáng)度,提高效率,在耦合裝置中增加了磁芯14e,使線圈14c和線圈24c軸向?qū)R纏繞在磁芯上,磁芯可以為形狀簡單的導(dǎo)磁材料,如柱形。為了減小漏感提高效率,理想情況下選擇閉合的磁芯,或者盡量減小間隙,使磁力線約束在磁芯內(nèi),如圖5B所示。如圖5B所示為連接裝置的電磁感應(yīng)耦合圖,第一耦合元件13和第二耦合元件23配合在一起組成了封閉的磁路Q,磁力線被約束在磁路中,一個線圈主要沿閉合的磁芯來感應(yīng)另一個線圈中的電流,耦合元件通過減少磁路Q的磁阻降低了能量損失,提高了效率。盡管理想的磁路Q是封閉的路徑,但是路徑完全封閉也是不必要的。由于磁芯間的磨損以及加工配合的原因會產(chǎn)生一些間隙,這些間隙的出現(xiàn)不會帶來很大的功率損失,影響也不會很大。耦合元件選擇高磁導(dǎo)率材料,材料磁導(dǎo)率越高導(dǎo)磁性能越好,磁通密度越大,因此選擇磁導(dǎo)率比鋼更高地材料,但是磁通密度高的材料其磁滯損耗也高,另外為了減小渦流損耗,需要選擇電阻率高的材料,因此需要根據(jù)工作參數(shù)進(jìn)行材料的優(yōu)選??梢赃x擇常用的軟磁材料,如硅鋼薄片、坡莫合金、鈷鐵合金、非晶態(tài)金屬合金、鐵氧體、鐵粉末等。本實(shí)施例中耦合元件包括殼體和柱形體,優(yōu)選磁導(dǎo)率高、電阻率高的軟磁材料。柱形體的截面可以是圓形、矩形、六邊形等其它閉合曲線構(gòu)成的圖形。柱形體與圓柱形殼體為一體,也可以是接觸在一起的兩部分。在第一優(yōu)選實(shí)施例中柱形體的橫截面為圓形,柱形體與圓柱形殼體為一體結(jié)構(gòu)。耦合元件可以利用磁性粉末經(jīng)過成型、高溫?zé)Y(jié)制成。線圈最好圍繞柱形體均勻地密集地纏繞,使各圈之間間隔最小,可以使用圓線或者扁線,并將繞組置于保護(hù)材料中以免受環(huán)境影響。線圈的導(dǎo)電材料最好選擇銅,然后利用漆、陶瓷或者聚合物進(jìn)行絕緣處理,絕緣材料最好選用具有良好的韌性和彈性的聚合物材料,如高密度聚乙烯或者聚四氟乙烷。另外可以通過增加冗余的線圈繞組來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,如第一連接器包括第一線圈和第三線圈,每個線圈連接到同一根電纜或者同一電纜內(nèi)的不同導(dǎo)線或者不同的電纜;第二連接器包括第二線圈和第四線圈,每個線圈連接到同一根電纜或者同一電纜內(nèi)的不同導(dǎo)線或者不同的電纜;這樣一個線圈繞組或者與線圈連接的導(dǎo)線出現(xiàn)問題,系統(tǒng)仍能夠正常的工作。電纜要求具有一定的強(qiáng)度和韌性,在受到一定的拉力作用下能夠有效的保護(hù)內(nèi)部的導(dǎo)線,并要求具有一定的耐磨性,可以選擇鎧裝電纜,電纜在鉆井管柱的軸向孔內(nèi)延伸。圖3所不的第一優(yōu)選實(shí)施例中,第一I禹合兀件13的圓柱形殼體13a和第二f禹合兀件23的圓柱形殼體23a都有相同的圓柱形腔體結(jié)構(gòu),從而結(jié)合成一個完全包圍線圈的耦合裝置,不同的耦合元件結(jié)構(gòu)可以設(shè)計多種不同結(jié)構(gòu)的耦合裝置。耦合元件結(jié)構(gòu)可以選擇現(xiàn)在常用的高頻變壓器的磁芯的結(jié)構(gòu),如通過改變形狀來改變磁芯性能的E型、ER型、EFD型、ETD型、EER型、EC型、PQ型、EP型、罐型等,以及U型、C型等環(huán)狀磁芯。第二實(shí)施例
圖6A-6C顯示了第二優(yōu)選實(shí)施例。其中圖6A為連接裝置半剖視圖,圖6B為耦合裝置示意圖,圖6C為耦合裝置左視圖。在該優(yōu)選實(shí)施例中,耦合元件為E型。第一耦合元件33為E型,由四塊截面為矩形的柱形體構(gòu)成,分別為第一柱形體33a、第二柱形體33b、第三柱形體33c和第四柱形體33d構(gòu)成,第一柱形體33a、第二柱形體33b和第三柱形體33c分別等距布置在第四柱形體33d上并和第四柱形體結(jié)合在一起,第二柱形體33b上纏繞著第一線圈34形成第一感應(yīng)耦合器,第二感應(yīng)耦合器的結(jié)構(gòu)與第一感應(yīng)耦合器的結(jié)構(gòu)類似。兩感應(yīng)耦合器分別通過絕緣填充材料37、38和47、48固定在第一外殼32和第二外殼42的凹槽中,形成第一連接器30和第二連接器40。兩連接器通過鎖緊元件39鎖定在一起構(gòu)成連接裝置,使第一耦合元件33和第二耦合元件43配合在一起,形成閉合的磁力線路徑,如圖6B所示。該耦合元件的結(jié)構(gòu)使得兩耦合元件配合在一起時只能部分包圍兩線圈繞組。第三實(shí)施例
圖7A、7B顯示了第三優(yōu)選實(shí)施例,其中,圖7A為第一耦合元件主視圖,圖7B為連接裝置的全剖視圖。如圖7A示,第一耦合元件53包括第一圓柱形殼體53a和第一管狀柱形體53b,第一殼體53a上對稱開有兩個第一間隙53c,第一管狀柱形體53b上開有第一通孔58,第二耦合元件63的結(jié)構(gòu)與第一耦合元件53相同。圖7B所示,第一線圈54沿圓周方向纏繞第一管狀柱形體53b,并通過絕緣填充材料56固定在第一耦合元件53的環(huán)形凹槽中,構(gòu)成第一感應(yīng)稱合器。第二感應(yīng)稱合器的結(jié)構(gòu)與第一感應(yīng)稱合器相似。第一感應(yīng)稱合器通過填充材料57固定在第一外殼52的內(nèi)腔中形成第一連接器50,第二感應(yīng)稱合器通過填充材料67固定在第二外殼62的內(nèi)腔中形成第二連接器60,第一連接器50與第二連接器60通 過鎖緊元件59鎖定在一起,使兩耦合元件的柱形體與殼體分別配合在一起,包圍兩線圈繞組,形成閉合的磁力線路徑,耦合第一、第二線圈繞組。
第四實(shí)施例
用于井眼信號傳輸系統(tǒng)的連接裝置的第四實(shí)施例在圖8、圖9、圖10中顯示。如圖8所示為本發(fā)明連接裝置的全剖視圖,圖9為連接裝置的第一連接器210的半剖不圖,圖10為原理圖。在該實(shí)施例中,第一外殼212內(nèi)具有第一柱形體214,從而形成環(huán)形槽,在環(huán)形槽的內(nèi)壁上固定有第一導(dǎo)電層213。第一線圈216沿軸向纏繞并至少部分包住第一耦合元件217,其中第一耦合元件217為管狀體并沿軸向套在第一柱形體214上,通過填充材料215固定在環(huán)形槽內(nèi)。第二連接器310和第一連接器210具有類似的結(jié)構(gòu)。第一外殼212和第二外殼312上加工有螺栓孔。兩個連接器軸向?qū)R,通過螺栓218將第一外殼212和第二外殼312密封鎖定,從而構(gòu)成井眼信號傳輸裝置。第一導(dǎo)電層213和第二導(dǎo)電層313結(jié)合在一起,二者形成的環(huán)形槽包住兩個線圈繞組,形成閉合的電流回路,如圖10所示。電纜211、311分別穿過外殼與線圈相連。 其中,第一、第二線圈具有沿外殼軸向的截面。作為耦合元件的磁性材料能夠使滯后損失和渦流損失減小。導(dǎo)電層的材料為電阻率較小、磁導(dǎo)率較低材料,可以選擇鋼、銅合金、銀、鋁、金、鎢和鋅以及這些金屬的合金等。另外,第一外殼和第二外殼也可以選擇與導(dǎo)電層一樣的材料,從而使導(dǎo)電層與殼體成為一體,然后通過在導(dǎo)電層上加工螺栓孔或者螺紋等連接形式,將兩個連接器連接在一起。第五實(shí)施例用于井眼信號傳輸系統(tǒng)的連接裝置的第五實(shí)施例如圖11、12所示。圖11為連接裝置的主視圖,圖12為連接裝置的A-A方向剖視圖。通過圖11、圖12可以看出連接裝置的兩端為錐體,中間為矩形體。第一外殼412包括開有通孔的錐體和矩形殼體,電纜411通過外殼412的通孔與第一線圈414相連,第一線圈414均勻纏繞在半環(huán)形稱合兀件415上,構(gòu)成第一稱合器419,第一稱合器419通過填充材料413、416和417固定在第一外殼412的矩形凹腔中,從而構(gòu)成第一連接器410。第二連接器510具有與第一連接器410類似的結(jié)構(gòu)。第二線圈514均勻纏繞耦合元件515,從而構(gòu)成第二耦合器519。填充的絕緣材料417和517最好具有一定的強(qiáng)度、硬度、彈性以及耐磨性。第一外殼412和第二外殼512的四個角各有一個相互配合的螺栓孔,兩殼體通過螺栓418鎖定在一起,第一稱合器410與第二稱合器510組成稱合裝置,如圖11所不,第一耦合元件415和第二耦合元件515結(jié)合在一起組成完整的閉合的環(huán)形體,形成封閉的磁力線路徑,將磁力線約束在環(huán)形體內(nèi)部。第五實(shí)施例的第一種變化
圖13是第五實(shí)施例的第一種變化的剖視圖,在該變化中,兩耦合器的耦合元件415、515都成U形,線圈均勻纏繞并至少包住耦合元件的一部分,兩個耦合元件結(jié)合在一起形成封閉的磁力線路徑,另外第一連接器填充的絕緣材料413、416和417,第二連接器填充的絕緣材料513、516和517不同于第五實(shí)施例中相同構(gòu)件的位置和結(jié)構(gòu)。第六實(shí)施例
一種用于井眼信號傳輸系統(tǒng)的連接裝置的第六優(yōu)選實(shí)施例如圖14-16所示,其中圖14為第一連接器剖視圖,圖15為第二連接器剖視圖,圖16為連接裝置的半剖視圖。兩連接器為圓錐體與圓柱體的組合形狀。圖14中,第一電纜611穿過第一外殼612的孔道與第一線圈繞組616相連,第一線圈繞組616沿圓周方向均勻纏繞第一環(huán)形絕緣材料618,絕緣材料618的內(nèi)徑大于等于絕緣材料718的外徑。并通過第一環(huán)形絕緣層615固定在第一耦合元件614的腔體的內(nèi)表面,其中線圈繞組的軸向長度小于等于腔體的軸向長度。第一線圈繞組616與第一耦合元件614共同組成第一感應(yīng)耦合器610,第一耦合元件614包括第一圓柱形導(dǎo)磁殼體624和第一導(dǎo)磁柱形體634,其中第一導(dǎo)磁柱形體634位于第一圓柱形導(dǎo)磁殼體624的圓盤形底部的圓心處。第一耦合元件614通過絕緣填充材料613固定在第一外殼612的圓柱形凹槽中,形成第一連接器。在圖15中,第二電纜711穿過第二外殼712的孔道 與第二線圈716相連接,第二線圈沿圓周方向均勻纏繞第二柱形體734,通過表面覆蓋的環(huán)形絕緣材料718固定在耦合元件的凹槽中,與第二耦合元件714構(gòu)成第二感應(yīng)耦合器710,其中第二線圈繞組的軸向長度小于等于第二柱形體的長度。第二耦合元件714包括軸向上延伸的第二圓柱形殼體724和第二柱形體734,第二耦合元件714固定在第二外殼712的凹槽中,二者之間填充絕緣材料713,形成第二連接器。圖16中,為連接裝置的半剖視圖。第一連接器與第二連接器通過環(huán)形殼719鎖定在一起,使第一感應(yīng)稱合器610與第二感應(yīng)稱合器710軸向?qū)R,第一導(dǎo)磁殼體624與第二導(dǎo)磁殼體724結(jié)合在一起,第一線圈繞組616套在第二線圈繞組716上,第一導(dǎo)磁柱形體634與第二導(dǎo)磁柱形體734結(jié)合在一起,包住兩線圈繞組,形成封閉的磁力線路徑。優(yōu)選的,第一線圈繞組616與第二線圈繞組716的軸向長度最好相等,并保證第一導(dǎo)磁殼體624的長度dl與第二導(dǎo)磁殼體724的長度d2之和基本等于第一導(dǎo)磁柱形體634長度d3和第二導(dǎo)磁柱形體734的長度d4之和,即:dl+d2=d3+d4,其中d2彡D2 ;d3彡Dl, Dl為第一耦合元件底部圓盤的厚度;D2為第二耦合元件底部圓盤的厚度。從而使兩個連接器連接在一起時,兩個耦合元件間的間隙盡量減小,兩個柱形體和兩個殼體分別接觸在一起,盡量減小磁力線路徑上的氣隙,形成閉合的路徑。優(yōu)選的,當(dāng)d2=D2, d3=Dl時,第一稱合元件614變?yōu)閳A柱形的殼體結(jié)構(gòu),第二f禹合元件為圓柱體與盤狀體的結(jié)合體,連接器連接在一起時,第一殼體與第二耦合元件的底部圓盤接觸,第二柱形體與第一耦合元件的底部圓盤接觸,形成閉合的磁傳導(dǎo)路徑。第七實(shí)施例
連接裝置的第七優(yōu)選實(shí)施例如圖17-19所示,其中圖17為連接裝置的全剖視圖,圖18為第一連接器的全剖視圖,圖19為第一連接器的B-B方向剖視圖,其中耦合元件為半管狀體。第一線圈816沿軸向纏繞并至少部分包住第一耦合元件818形成第一耦合器,第一耦合器的內(nèi)弧處孔道內(nèi)填充絕緣保護(hù)材料820,外弧處有絕緣保護(hù)材料815,并覆有保護(hù)層814,第一耦合器通過填充材料和保護(hù)層固定在第一外殼812的凹槽中,形成半個圓柱形凹槽819。第二耦合器與第一耦合器結(jié)構(gòu)類似,并通過保護(hù)層和填充材料固定在第二外殼912中。利用螺栓通過第一外殼和第二外殼上的螺栓孔817和917將兩個連接器配合在一起構(gòu)成連接裝置。第一耦合元件818的凸出端進(jìn)入第二連接器910的凹槽919中,第二耦合元件的凸出端918進(jìn)入第一連接器810的凹槽819中,第一耦合元件818的兩個矩形截面分別與第二耦合元件918的兩個矩形截面配合在一起,形成管狀閉合的磁力線 路徑,耦合第一、
第二線圈繞組。
權(quán)利要求
1.一種用于井眼信號傳輸?shù)倪B接裝置,其特征在于,包括 第一連接器,所述第一連接器包括第一線圈,所述第一線圈纏繞并至少部分包住第一奉禹合兀件; 第二連接器,所述第二連接器包括第二線圈,所述第二線圈纏繞并至少部分包住第二率禹合元件; 連接所述第一連接器和第二連接器,電磁耦合所述第一線圈和第二線圈。
2.如權(quán)利要求I所述的連接裝置,其特征在于,還包括電纜段,所述電纜段在鉆井管柱的軸向孔內(nèi)延伸,所述電纜段的一端電連接所述第一連接器中的所述第一線圈,所述電纜段的另一端電連接所述第二連接器的所述第二線圈,連接相鄰電纜段的相鄰端的所述第一連接器和第二連接器。
3.如權(quán)利要求I所述的連接裝置,其特征在于,所述第一連接器包括第一外殼,所述第一外殼至少部分包圍所述第一線圈;所述第二連接器包括第二外殼,所述第二外殼至少部分包圍所述第二線圈;連接所述第一外殼和第二外殼。
4.如權(quán)利要求I所述的連接裝置,其特征在于,所述第一耦合元件包括第一柱形體,所述第二耦合元件包括第二柱形體;所述第一線圈沿圓周方向纏繞并至少部分包住所述第一柱形體,所述第二線圈沿圓周方向纏繞并至少部分包住所述第二柱形體,所述第一柱形體與所述第二柱形體配合在一起。
5.如權(quán)利要求4所述的連接裝置,其特征在于,所述第一耦合元件還包括第一殼體,所述第一殼體與所述第一柱形體接觸或?yàn)橐惑w;所述第二耦合元件還包括第二殼體,所述第二殼體與所述第二柱形體接觸或?yàn)橐惑w;所述第一殼體與所述第二殼體配合在一起,形成包圍兩個線圈的磁路。
6.如權(quán)利要求I所述的連接裝置,其特征在于,所述第一耦合元件和第二耦合元件為半環(huán)形、U型或者半管狀體,所述第一線圈沿軸向纏繞所述第一耦合元件,所述第二線圈沿軸向纏繞第二耦合元件,所述第一耦合元件與所述第二耦合件配合在一起。
7.如權(quán)利要求I至6任一項(xiàng)所述的連接裝置,其特征在于,所述耦合元件的材料為軟磁材料。
8.一種用于井眼信號傳輸?shù)倪B接裝置,其特征在于,包括 第一連接器,所述第一連接器包括第一導(dǎo)磁殼體,所述第一導(dǎo)磁殼體的凹腔內(nèi)有第一導(dǎo)磁柱形體,所述第一導(dǎo)磁殼體的內(nèi)壁上固定有第一導(dǎo)電線圈繞組; 第二連接器,所述第二連接器包括第二導(dǎo)磁殼體,所述第二導(dǎo)磁殼體的凹腔內(nèi)有第二導(dǎo)磁柱形體,第二導(dǎo)電線圈繞組沿圓周方向纏繞所述第二導(dǎo)磁柱形體; 所述各導(dǎo)磁殼體和柱形體的材料為軟磁材料; 所述第一導(dǎo)電線圈繞組的內(nèi)徑大于所述第二導(dǎo)電線圈繞組的外徑; 連接所述第一連接器和第二連接器,使所述第一導(dǎo)磁殼體與所述第二導(dǎo)磁殼體配合在一起,所述第一導(dǎo)磁柱形體與所述第二導(dǎo)磁柱形體配合在一起,所述第一線圈繞組套在所述第二線圈繞組上,電磁耦合所述第一線圈和第二線圈。
9.一種用于井眼信號傳輸?shù)倪B接裝置,其特征在于,包括 第一連接器,所述第一連接器包括第一導(dǎo)電殼體,和固定安裝在所述第一導(dǎo)電殼體凹腔內(nèi)的第一線圈;第二連接器,所述第二連接器包括第二導(dǎo)電殼體,和固定安裝在所述第二導(dǎo)電殼體凹腔內(nèi)的第二線圈; 所述第一線圈和第二線圈具有沿所述導(dǎo)電殼體軸向的截面; 連接所述第一連接器與第二連接器,使第一導(dǎo)電殼體與第二導(dǎo)電殼體配合在一起,包住所述第一線圈和第二線圈,耦合所述第一線圈與第二線圈。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置,其特征在于,所述導(dǎo)電殼體材料包括從金、銀、銅、鋁、鶴、鋅、銅鈹合金組成的材料中選取。
全文摘要
提出一種用于井眼信號傳輸?shù)倪B接裝置,所述的連接裝置可以將電纜連接在一起在油井鉆探或者操作時建立地面與井下之間的信號傳輸通道。所述的連接裝置由第一連接器和第二連接器組成,連接器內(nèi)的線圈繞組通過電磁感應(yīng)原理,將信號從一個線圈傳遞到另一個線圈,實(shí)現(xiàn)信號的傳輸,線圈纏繞并至少部分包住耦合元件,當(dāng)兩個連接器連接在一起時,耦合元件構(gòu)成封閉的磁路,包圍電磁耦合的各線圈繞組,耦合元件通過減少各連接器的磁通損失減少了信號功率的損失,所述連接裝置及電纜在鉆井管柱的軸向孔內(nèi)延伸,連接器是堅(jiān)固的,耦合元件間存在間隙仍能工作。
文檔編號H01F38/14GK102704918SQ20121013128
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者王傳偉 申請人:王傳偉
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