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探索井下电子系统的小型、坚固和快速互连
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探索井下电子系统的小型、坚固和快速互连

2022-03-08 10:30:18 来源:连接器世界网 作者:Omnetics公司Bob Stanton

【哔哥哔特导读】从钻头到平台控制中心的高速双向信号和数据传输是至关重要的。

从钻头到平台控制中心的高速双向信号和数据传输是至关重要的。随着当今系统进入更深和更热的环境,对井下钻头系统和传感器的持续信息控制可以节省时间和金钱。钻探传感器同时报告温度、压力和方向控制,同时记录从它们正在切割的材料中获取的数据。电缆测井信息的快速传递对于将井下钻头和传感器瞄准下方泥浆的最高浓度值变得至关重要。由于泥浆浓度随温度和地下压力的变化而变化,因此需要在上面的数据采集区域提供及时的信息。

在一些应用中,电磁遥测用于将井下信息传输到钻头和从钻头到地面。这是通过使用钻柱中的地下天线和钻机表面上的另一个接收系统来完成的。电磁波信号在数据控制中心的地面上接收。这种方法可以辅助一般的位置控制和驱动数据井过程,并且可以与沿垂直导线运行的电数据并行使用。由于电磁干扰 (EMI) 等电气噪声会导致数据中断并限制某些应用,因此使用有线电缆来保护较低电压和更准确的数据,这些数据由微型传感器在钻头处收集。

当前产品

当今新的传感器模块和芯片技术被用于提供令人兴奋的新数据分析和更高的准确性。这些模块直接安装在钻头组件后面,可用于分析钻头的动态测井信息。在狭窄的电子处理模块中,芯片和电路监控温度、位置并添加钻头的倾斜、方位角、压力和其他物理属性。此外,具有高速数字能力的较新的电路芯片技术和材料被用于提高勘探过程中的准确性和数据分析。由卤化镧和溴化铈制成的伽马射线闪烁头在高温和高压环境中的使用寿命更长。新的探测头开发和探测伽马吸收率的能力为钻头末端的闪烁材料提供了更高的密度分析和更好的光学分辨率。这使得探头可以更好地瞄准正在勘探的泥浆区域内的最高石油基压实度。

来自新传感器的高速信号最初在钻头级别的电路板上进行处理。然后通过纳米尺寸的连接器将在孔中产生的较低电压数字数据连接到电线系统并发送到地面。纳米尺寸的连接器和电缆已成为互连这些基于传感器的监控系统的关键要素。其优点包括其坚固的性能能力,同时减小尺寸并快速适应触点格式和形状以匹配新设计。Nano-D 连接器的材料和设计在井下和军事行业都有丰富的经验。

多年前,多家连接器制造商通过了一项军用标准规范(第 32139 号),该规范要求在冲击、持续振动和电气连续性等领域具有高可靠性。这些规格与石油工业非常匹配。在压力和极端环境下的测试认证和性能有助于保护井下行业。

Nano-D 连接器性能提供了一个很好的例子,说明小型连接器可以实现什么样的可靠性。基于 0.635 毫米的间距,这些设备的体积只有四分之一,质量比更大的 Micro-D 连接器少 80%。连接器的插针和插座元件也经过 Mil 电镀。这需要一个坚固的镍板屏障,然后再镀上 50 微英寸的金。弹簧销和插座连接器系统已在广泛的冲击、振动和热变化范围内证明了可靠性。由于通过 BeCu(铍铜)制成,具有高抗拉强度,在 17,200ksi,它们很容易承受石油和天然气工作中经常经历的严酷使用和滥用。最后,将连接器引脚和插座元件压接至高温,聚四氟乙烯绝缘接线,经过仔细激光剥离,可避免在无需焊料的情况下对微型接线造成刻痕。这提供了最高的热性能。

Nano-D 连接器金属外壳由铝合金 6061 和镀镍制成,符合 AMS-C-26074 规范。绝缘体由每密耳的 LCP 模制而成。-M-24519 来自Ticona E-130i,在 -50°C 至 210°C 以上的温度范围内产生出色的热性能。连接器最初设计有顶升螺钉以将它们固定到位。从那时起,锁定 Nano-D 连接器已经占据主导地位,并且满足军事和井下电路使用所需的配合、冲击和振动预期。

用于井下检测的高速数字信号处理传感器更加便携,扩大了对小型轻质电缆和连接器的需求。坚固耐用且对环境敏感的应用非常适合 Nano-D 系列连接器。如前所述,当从钻头到地面控制器的延迟很小时,随钻测井 (LWD) 信号传输更好。提供的设计包括 IEEE 1394 火线电缆,并扩展到 USB 3.1 格式和 CAT-6a 布线。其中许多格式支持广泛的新设计,包括用于小型军用车辆、卫星传感器和学习机器的电路。更小尺寸的电缆和坚固的纳米连接器可以支持更高速度的数据串行链路——USB 3.1、PCI Express 2.0/3.0、包括 HDMI 和其他高达 10 Gigabit 的以太网电路。通常需要井下测井电缆设计来管理来自电缆中其他电缆的噪声引起的抖动和外来串扰。电路间屏蔽通常与特殊的噪声排扰线一起使用。其他噪声侵入和信号隔离可以通过金属 Nano-D 连接器和特殊后壳进行保护。

设计变化

Omnitics 的 Nano-D 连接器应用不断发展壮大,并通过多种设计变化来适应特殊应用。 它们的尺寸可容纳高达 30 AWG 的 PTFE 绝缘接线,并支持许多使用不到 1 安培的新兴技术。 短期布线和电缆将继续用于传感器模块内,向下位于钻孔系统的钻头和测井区域内。 使用纳米尺寸的连接器将模块相互连接,可以轻松组装并确保在高振动应用中的性能。 金属外壳和铝制电缆屏蔽层可提供额外的噪声抑制和信号中断。 随着新传感器和应用的出现,特殊设计的绝缘体将继续发展,包括电源和信号组合,其中可以包括连接器内的小型同轴电缆、电源和信号。

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