专利名称：安全装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于井下工具的井下安全装置，用于控制从功率装置向工具中的电部件的电力传送，包括包括多个导体的第一构件和包括多个导体的第二构件。另外，本发明涉及用于激活该安全装置的方法。
背景技术：
当在工具中的如继电器的电子部件出现故障时，存在太多的电力被传输给工具中 的其它部件的危险。许多电子部件可以承受接收过多的功率并且电子系统经常被设计为在类似的情况下切断功率。然而，当在井下工作时，向或从工具通信以及在工具内部通信很困难。在处理钻探单元、炸药或者水泥的工具中，更高的安全性尤其重要以便确保其不会执行不受控的操作，例如炸药没有被引爆、钻探工具在不控的方向上钻探或者水泥的非故意喷射，从而封闭井。
发明内容
本发明的一个目标是全部或者部分地克服现有技术的上述缺点和缺陷。更具体地，其一个目标是提供确保操作没有被非故意执行的用于井下工具的安全装置以便例如，如果在工具中存在故障，则不激活钻孔开关。上述目标与将从下面的描述变得更明白的大量其它目标、优点和特征一起将通过用于控制从功率装置向在工具中的电部件传送电力的井下工具的井下安全装置的根据本发明的方案实现，该井下安全装置包括第一构件，包括多个导体，以及第二构件，包括多个导体，以及移动装置，用于相对于所述第二构件移动所述第一构件，其中所述第一构件的所述导体为第一导体和第二导体，并且所述第一导体中的至少两个具有比所述第二导体大的表面积，使得所述第一导体比所述第二导体向所述第二构件的所述导体传输更多的功率。当第一导体具有比第二导体更大的表面积时，第一导体可以用于传输功率并且第二导体可以用于发送第一导体在正确位置的信号。直到存在对向电部件传输功率的需要时，一个构件才会相对于其它构件移动。因此，直到确认所述第一构件的所述第二导体在正确的位置时，所述第一构件的所述第一导体和所述第二构件的所述导体之间才开始。当所述第二导体的所述表面积较小时，虽然对发送关于安全装置的位置的信号足够大，但所述第一导体并不位于接触位置，直到在下一个电部件中需要功率时为止。以该方式，向安全装置传输太多的功率不能被非故意地传输到下一个电部件。在一个实施例中，表面积可以是其中有可能接触另一个导体的接触面积。另外，第二导体可以验证第一导体与第二构件的导体电接触还是未电接触。
同样，所述第一导体可以被电连接在第一电路中并且所述第二导体可以被电连接在第二电路中。另外，移动装置可以是电马达。另外，轴可以连接第一和第二构件。可以与所述轴连接的所述移动装置设置在第一或第二构件内部或在第一和第二构件外部。在本发明的实施例中，所述第二构件的导体可以具有与所述第一构件的所述第一导体的表面积基本相同或者更大的表面积。另外，所述第一导体的表面积是所述第二导体的所述面积的至少1.5倍，优选所述第二导体的所述面积的至少两倍。·另外，所述第一导体的所述表面积可具有至少20mm2，优选至少25mm2并且更优选至少30mm2的接触面积。另外，所述第二导体的所述表面积具有少于所述第一导体的接触面积的50%的接触面积，优选小于所述第一导体的所述接触面积的30%并且更优选小于所述第一导体的所述接触面积的15%。在一个实施例中，所述安全装置具有第一和第二位置，并且在所述第一位置中，所述第一构件的所述第一导体未与所述第二构件的所述导体接触，并且所述第二导体与所述第二构件的所述导体电接触，并且在第二位置中，所述第一构件的所述第一导体与所述第ニ构件的所述导体接触。另外，所述安全装置可以具有在所述第一和所述第二位置之间的其它位置。在另ー个实施例中，所述第一或者第二构件的所述导体是盘簧(coil spring)。另外，所述第一和所述第二构件之一的所述导体是盘簧，并且另ー构件的所述导体是导电环或者导电条。另外，所述结构由非导电材料构成。另外，所述第一或所述第二构件包括用于接收所述导体的周向或纵向沟槽。同样，所述第一构件通过在轴上的螺纹(threaded)连接与所述第二构件连接并且当轴相对于外壳旋转时，所述第一构件和所述第二构件相对彼此轴向移动。另外，所述第一和所述第二构件之ー是中空结构并且另ー构件是至少部分地在所述中空结构中延伸的体。如上所述的安全装置，还包括外壳，其包括所述第一和第二构件以及诸如电缆或者绳的导电装置，所述外壳的一个端部被连接到所述工具的功率装置并且在所述外壳的另一端部被连接到诸如钻头、冲孔枪或者固井単元的所述工具的操作単元。本发明还涉及包括如上所述的安全装置的井下工具，用于控制向冲孔单元、钻井単元或者固井単元的所述电カ传输。另外，本发明涉及ー种用于激活如上所述的安全装置的方法，所述方法包括如下步骤设置所述第一构件在第一位置，在所述第一位置中所述第一导体不与所述第二构件的所述导体导电接触，并且其中所述第二导体中的两个与所述第二构件的所述导体导电接触，
通过所述第二导体和所述第二构件的所述导体向操作单元发送信号，通过所述第二导体和所述第二构件的所述导体从所述操作单元发送信号，相对彼此将所述第一和第二构件从所述第一位置移动到所述第二位置，在所述第二位置中，所述第一导体与所述第二构件的所述导体导电接触并且所述两个其它第二导体与所述第二构件的所述导体导电接触，通过所述第二导体和所述第二构件的所述导体向操作单元发送信号，通过所述第二导体和所述第二构件的所述导体从所述操作单元发送信号，以及向所述操作单元传送功率。最后，本发明涉及另一中方法，用于如上激活上述安全装置，所述方法包括如下步 骤在第一位置中设置所述第一构件，其中所述第一导体不与所述第二构件的所述导体导电接触，并且其中所述第二导体中的两个与所述第二构件的所述导体导电接触，通过所述第二导体和所述导体发送信号，以确认所述安全装置的所述第一位置，发送返回信号，以确认所述安全装置的所述第一位置，相对彼此将所述第一和第二构件从所述第一位置移动到所述第二位置，在所述第二位置中，所述第一导体与所述第二构件的所述导体导电接触以及所述两个其它第二导体与所述第二构件的所述导体导电接触，通过所述第二导体和所述导体发送信号，以确认所述安全装置的所述第二位置，发送返回信号，以确认所述安全装置的所述第二位置，以及向所述操作单元传送功率。
下面参考用于示出目的的附图更详细的描述本发明及其众多优点，其示出了一些非限制实施例并且其中图I示出了在井下工具中设置的安全装置，图2示出了在打开位置的安全装置的截面图，图3示出了在闭合位置的安全装置的截面图，能够向工具的操作单元传输电功率，图4示出了在打开位置的安全装置的另一个实施例的截面图，图5示出了图4的安全装置处在闭合位置的截面图，能够向工具的操作单元传输电功率，图6示出了安全装置的另一个实施例的截面图，图7示出了横断图6的中空结构的截面图，并且图8示出了安全装置的另一个实施例的截面图，并且图9示出了横断图8的中空结构的截面图。所有这些图片都是高度简化的并且没有必要按比例，并且他们仅示出了为说明本发明所需的那些部件，其它部件被省略或者仅建议。
具体实施方式
本发明涉及安全装置，适合用于向井下工具传输电力以确保如果在井下工具中的电子装置损坏，则诸如钻头、冲孔枪或者固井单元(cementing unit)的操作单元没有非故
意激活。井下工具可以包括串联、并联或者在工具中的不同位置设置的几个安全装置，然而，在下面的描述中，工具被描述为仅具有ー个安全装置1，如在图1中所示。当工具连接到冲孔枪时，工具最经常具有至少两个串联的安全装置以便第一安全装置控制向第二安全装置的功率传输，第二安全装置控制向冲孔开关或者直接向冲孔枪的功率传输。在其输入侧12处，安全装置与通过如电缆或者绳的导电装置14在井下工具中的如电马达的功率装置(未示出)连接。在其输出侧13，安全装置1同样通过导电装置15与诸如冲孔枪的操作单元(未示出)电连接。安全装置1包括外壳11，其中设置第一构件3和第二构件6与导电装置14，15。在·图1中，通过虚线示出了外壳11和井下工具2。在图1中，第一构件3是中空结构，其中设置有体6形式的第二构件6。在安全装置1的一个端部16中，体6与中空结构3通过螺纹(threaded)连接10连接以便中空结构3或者体6相对另ー者的移动导致中空结构和体相对彼此轴向移动。为了相对于第二构件6移动第一构件3，安全装置1包括移动装置31，其可以被设置在体中，如图2中所示，或者在外壳的外部被设置在轴32的端部，如图4所示。移动装置31可以旋转螺纹连接第一和第二构件的轴以由此相对于第二构件移动第一构件。移动装置31可以是电马达。第一构件3和第二构件6包括多个导体4，7或者接触。第一构件3具有五个导体
4;两个第一导体8和三个第二导体9，所有的都是圆周接触环形式。第二构件6包括四个圆周沟槽，其包括四个相等尺寸的导电盘簧形式的导体7。第一导体8具有比第二导体9更大的表面积并且因此能够比第二导体9向第二构件6的导体7传输更多的功率。第二导体9为定尺寸为传输足够的功率以通知在安全装置1内第一构件3和第二构件6的相对位置。第一导体8被电连接,形成第一电路的一部分并且第二导体9被电连接,形成第二电路的一部分。在第一位置中，三个第二导体9的第一和第二个被设置在第二电路的第二构件6的两个导体7的外侧并且第一导体8与第一电路的第二构件的两个其它导体7没有电接触。为了确认此第一位置，其中第一导体8与第一电路的第二构件的两个其它导体7没有电接触并且其中因此，其不可能向操作工具传输电功率，两个第二导体9的第二电路和第ニ构件6的两个导体7被测试以观察电路是否被连接。在第二位置中，三个第二导体9的第二和第三个被设置在第二电路的第二构件6的两个导体7的外侧并且第一导体8被设置在形成第一电路的部分的第二构件6的其它两个导体7的外側。在此第二位置中，第一电路被连接并且可以向操作工具传输功率。通过确认三个第二导体9的第二和第三个与形成第二电路的一部分的第二构件的两个导体7电连接确认第二位置。在第一位置中，即使非故意连接了高功率，电カ也不能被非故意传输到操作単元，因为小表面导体不能在第一和第二构件之间传输高功率。其中第一导体8与第二构件6的导体导电接触的面积以比第一导体的表面积更小，特别是如果构件3，6中的一个的导体是盘簧吋。第一构件3的导体4连接到井下工具2的功率装置。两个第一导体与工具2的操作单元连接并且三个第二导体可以连接到工具的控制装置，能够给出信号以相对彼此移动第一 3和第二构件6。因此，当它们仅用于确定或者验证安全装置I的位置时，三个第二导体没有连接到操作单元。在图2中，第一导体8在其第一位置被设置为没有导电连接到第二构件6的任何导体7。在该位置中，可以向安全装置I发送信号而没有传送到操作工具。在如继电器的电子装置损坏并且太多的功率被送到安全装置I的情况中，第二导体不能进一步将该功率输送到井下工具2的操作单元。在图3中，显示安全装置I在其第二位置，其中第一导体8与第二构件6的四个导体7中的两个接触。现在三个第二导体9中的两个与第二构件6的两个其它导体7连接。在此位置中，工具2可以通过两个第一导体8向或者从操作单元传输高量的功率。
当安全装置I具有两个位置和在导体连接的侧面的两个不同尺寸的导体时，高功率不能非故意传输到操作工具。在进入井或者井孔之前，安全装置I被设置在其第一和打开的位置中以便功率不能传输到操作单元。当发送到安全装置I的信号确认安全装置起作用并且操作单元就位时，安全装置改变其位置并且现在功率可以传输到操作工具。在另一个实施例中，安全装置可以具有在第一和第二位置之间的其他位置，其中既不是第一构件3的第一导体8也不是第二导体9与第二构件6的导体7接触。在一些实施例中，第二导体9还连接到操作工具，但是因为接触面积不足够大，仅信号功率可以传输到操作工具。以该方式，操作单元的条件可以在向工具传输高功率前被确定或者确认。即使发送高功率而安全装置I在其第一位置中，在第一构件3的第一导体9和第二构件6的导体之间的接触面积也不足够大以传输功率，并且向操作单元传输的功率自动减少到小于信号功率。图4和5示出了安全装置I的另一个实施例。第二构件6的四个导体7是导电环的形式，并且第一构件3的导体4是盘簧。通过在导体连接的一侧具有盘簧或者Bal密封(由Bal Seal Engineering销售)，因为弹簧可或多或少多地在沟槽内压缩，弹簧能够补偿第一和第二构件的热膨胀和在制造第一构件3和第二构件6时的精确。还可以在第一和/或第二构件的轴向沟槽中设置导体，如图6和7中所示。如所示，第一构件3包括轴向设置的两个第一导体8和三个第二导体9，具有不同宽度并且因此具有不同周向延伸的导体条的形式。图7示出了横断图6的安全装置的截面图，其中同样轴向设置导体条以便第一构件3和/或第二构件6相对彼此的旋转运动导致从第一位置向第二位置的位置改变或者反之亦然。安全装置I还可以具有第三位置，其中既不是第一构件的第一导体8也不是第二导体9与第二构件6的导体接触。第一导体8的表面积是第二导体9的表面积的至少I. 5倍，优选第二导体9的表面积的至少2倍。为了向如冲孔单元的操作工具传输功率，第一构件3的第一导体8的表面积的接触面积，其为与第二构件6的导体接触的面积,至少为20mm2,优选至少为25mm2,更优选至少为30mm2。当传输更高的功率时，例如在钻探过程期间，可能必须增加表面积。第二导体9的接触面积小于第一导体8的接触面积的50%，优选小于第一导体的接触面积的30%并且更优选小于第一导体的接触面积的10%。
显示第一构件3通过螺纹连接10与第二构件6连接，然而，此连接可以是适合产生第一构件3和第二构件6相对彼此的旋转或者轴向运动的任意连接。第一构件3和第二构件6包括其中设置有导体的轴向或者周向沟槽。导体还可以与第一构件3和/或第二构件6鋳造或者安装在一起。第一构件3和/或第二构件6由诸如陶瓷、塑料、复合物、纤维玻璃或者类似材料的非导电材料构成。第一构件3显示为固体并且第二构件6显示为中空结构，在另ー个实施例中反之亦然，如图8和9所示。如果从第一到第二位置的移动仅为轴向，那么第一构件3和第二构件6可以具有任意合适的形状，例如中空部件、部分中空部件、框架结构、固体圆柱或者甚 至方形截面形状。当激活安全装置1时，第一构件3被设置在第一位置，其中第一导体8与第二构件6的导体7没有导电接触，并且其中第二导体9中的两个与第二构件6的导体7导电接触。在一个实施例中，信号被通过第二导体9和第二构件6的导体7送到操作単元或者开关以确认工具或开关启用，并且返回另ー个信号作为确认。当操作単元在用于执行操作的正确位置时，第一构件3和第二构件6通过移动装置31相对彼此从第一位置向第二位置移动，在第二位置中第一导体8与第二构件6的导体7导电接触并且第二导体9中的两个与第二电路的第二构件6的导体7导电接触。随后，通过第二导体9和第二构件6的导体7发送信号以确认第二位置，并且返回另一信号。最后，功率传输到操作工具。接触面积的意义为其中一个构件的第一导体的表面积与其它构件的导体接触的面积。套管意义为与石油或者天然气生产相关的井下使用的所有的管路、管道、管子等
坐寸。在工具没有完全进入到套管4的情况中，井下牵引器可以用于推动工具完全进入井中的位置。井下牵引器是能够在井中推动或者拖拉工具的任意类型的驱动工具，例如井牵引器 (Well Tractor )。虽然上面联系本发明的优选实施例描述了本发明，本领域的技术人员应该明白，在不脱离附加权利要求限定的本发明的精神下，可以接受多种修改。
权利要求
1.一种用于井下工具(2)的井下安全装置(1)，用于控制从功率装置到所述工具中的电部件的电力传送，包括 第一构件(3)，包括多个导体(4)， 第二构件(6)，包括多个导体(7)，以及 移动装置(31)，用于相对于所述第二构件移动所述第一构件， 其中所述第一构件的所述导体为第一导体(8)和第二导体(9)，并且所述第一导体中的至少两个具有比所述第二导体大的表面积，使得所述第一导体比所述第二导体向所述第二构件的所述导体传输更多的功率。
2.根据权利要求I的井下安全装置，其中所述第二构件的所述导体具有与所述第一构件的所述第一导体的表面积基本相同或更大的表面积。
3.根据权利要求I或2的井下安全装置，其中所述第一导体的所述表面积是所述第二导体的所述面积的至少I. 5倍，优选至少两倍。
4.根据权利要求3的井下安全装置，其中所述第一导体的所述表面积具有至少20_2的接触面积，优选至少25mm2并且更优选至少30mm2。
5.根据前述权利要求的任意一个的井下安全装置，其中所述第二导体的所述表面积具有少于所述第一导体的接触面积的50%的接触面积，优选小于所述第一导体的所述接触面积的30%并且更优选小于所述第一导体的所述接触面积的15%。
6.根据前述权利要求的任意一个的井下安全装置，其中所述安全装置具有第一和第二位置，以及 在所述第一位置中，所述第一构件的所述第一导体与所述第二构件的所述导体不接触，并且所述第二导体与所述第二构件的所述导体电接触，以及 在第二位置中，所述第一构件的所述第一导体与所述第二构件的所述导体接触。
7.根据前述权利要求的任意一个的井下安全装置，其中所述第一或者第二构件的所述导体是盘簧。
8.根据前述权利要求的任意一个的井下安全装置，其中所述第一和所述第二构件之一的所述导体是盘簧，并且另一构件的所述导体是导电环或导电条。
9.根据前述权利要求的任意一个的井下安全装置，其中所述第一或所述第二构件包括用于接收所述导体的周向或纵向沟槽。
10.根据前述权利要求的任意一个的井下安全装置，其中所述第一构件通过在轴(32)上的螺纹连接(10)与所述第二构件连接，以及当所述轴相对于外壳旋转时，所述第一构件和所述第二构件相对于彼此轴向移动。
11.根据前述权利要求的任意一个的井下安全装置，其中所述第一和所述第二构件之一是中空结构并且另一构件是至少部分地在所述中空结构中延伸的体。
12.根据前述权利要求的任意一个的井下安全装置，还包括外壳，其包括所述第一和第二构件以及诸如电缆或绳的导电装置，所述外壳的一个端部被连接到诸如钻头、冲孔枪或固井单元的所述工具的功率装置并且所述外壳的另一端部被连接到所述工具的操作单元。
13.—种包括权利要求1-12的所述安全装置的用于控制到冲孔单元、钻井单元或固井单元的电力传输的井下工具(2)。
14.一种用于激活根据权利要求1-12的任意一个的所述安全装置的方法，所述方法包括如下步骤 设置所述第一构件在第一位置，在所述第一位置中所述第一导体不与所述第二构件的所述导体导电接触，并且其中所述第二导体中的两个与所述第二构件的所述导体导电接触， 通过所述第二导体和所述第二构件的所述导体向操作单元发送信号， 通过所述第二导体和所述第二构件的所述导体从所述操作单元发送信号， 相对彼此将所述第一和第二构件从所述第一位置移动到所述第二位置，在所述第二位置中，所述第一导体与所述第二构件的所述导体导电接触并且所述两个其它第二导体与所述第二构件的所述导体导电接触， 通过所述第二导体和所述第二构件的所述导体向操作单元发送信号， 通过所述第二导体和所述第二构件的所述导体从所述操作单元发送信号，以及 向所述操作单元传送功率。
15.一种用于激活根据权利要求1-12的任意一个的所述安全装置的方法，所述方法包括如下步骤 在第一位置中设置所述第一构件，其中所述第一导体不与所述第二构件的所述导体导电接触，并且其中所述第二导体中的两个与所述第二构件的所述导体导电接触， 通过所述第二导体和所述导体发送信号，以确认所述安全装置的所述第一位置， 发送返回信号，以确认所述安全装置的所述第一位置， 相对彼此将所述第一和第二构件从所述第一位置移动到所述第二位置，在所述第二位置中，所述第一导体与所述第二构件的所述导体导电接触以及所述两个其它第二导体与所述第二构件的所述导体导电接触， 通过所述第二导体和所述导体发送信号，以确认所述安全装置的所述第二位置， 发送返回信号，以确认所述安全装置的所述第二位置，以及 向所述操作单元传送功率。
全文摘要
本发明涉及用于控制从功率装置向在工具中的电部件传送电力的用于井下工具(2)的井下安全装置(1)，其包括包含多个导体(4)的第一构件(3)和包含多个导体(7)的第二构件(6)。另外，本发明还涉及用于激活所述安全装置的方法。
文档编号H01R13/523GK102959805SQ201180031960
公开日2013年3月6日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者J·哈伦德巴克 申请人:韦尔泰克有限公司