高科技钻井工具需要独特的连接器
很少有严酷环境能像油气井那样恶劣。这类环境尽管有极端高温,严重的冲击和振动,流体腐蚀等,但连接器和电缆组件必须足够坚固,确保可靠连接。
Micro-D和其它坚固连接器在当今石油和天然气工业中发挥着巨大作用。自1859年Edwin Drake (埃德温·德雷克)建造了第一个正式的钻机以来,石油钻探和相关的技术一直在稳步发展。德雷克使用蒸汽机和电缆工具钻机向下钻了69.5英尺,形成了第一口商业井,但每天突破的岩石只有几英尺,进展缓慢。相比之下,今天油井钻井深度从几百英尺到2万多英尺不等。每天钻井作业可能花费数十万美元,钻探数千英尺。
从蒸汽机转向内燃机,从机械动力转向电力动力。到20世纪70年代,现场发电机开始使用,泥浆脉冲技术允许钻井操作人员在地下定位钻头。20世纪80年代出现了可操纵的钻探技术。在本世纪,用液压腿行走的自主钻机使一个钻机可以钻多个井,而不需要拆卸和设置。
随着设备和机械的进步,连接解决方案也在进步。Axon电缆公司的客户经理Raphael Bauron(拉斐尔·鲍伦)说:“石油和天然气所有钻探设备都受到非常恶劣环境条件影响,包括高温和压力、冲击和振动、流体腐蚀等。因此,连接器,电缆,和电缆线束必须能够承受最恶劣条件,同时保持一个安全和可靠的连接。”
Bauron解释说,这个市场的客户在复杂的高科技工具中都使用连接器,线缆等,这些工具用于勘探、钻探、炸药、钻井时测量(MWD)和钻井时测井(LWD)等。
MWD是一种测量温度、压力和井筒轨迹(钻井的方向)的方法。测量数据连续实时地发送到地表。LWD是一个记录、存储和传输关于钻孔周围区域的地层评估数据的过程。这些操作使用复杂的技术,如伽马传感器来探测来自岩层的伽马辐射、x射线成像、地理定位仪和磁力计。
这些工具中充满了电子部件,用于转向和移动,以及收集和传输大量的数据。根据信号的性质,操作员可以判断该工具是否发现了岩石、泥浆或油等。
这类应用中对连接器的主要要求是强度。“我们的micro-D 连接器最初是为军事应用而开发的,”鲍伦说,“它们是由一大块铝加工而成的,所以它们非常坚固。它们是镀镍的,以防止与液晶聚合物(LCP)插入物的腐蚀。Micro D可以承受高达260 C的最高温度连接。所有这些都封装在高温环氧树脂中,这是一个非常坚固的连接器。二次成型保护连接器和在恶劣环境中连接,并有助于缓解应变。”
micro-D连接器
尽管它们的尺寸很小, micro-D连接器是高度抵抗冲击和振动。Axon电缆提供了基于MIL-DTL-83513一个完整范围的矩形 micro-D连接器。对于最苛刻的石油和天然气应用,过滤能力,非磁性,密封,和圆形连接器比较适合。
高密度是另一个重要因素。“越来越多的技术应用到这些工具中。油井没有变大,工具也没有增大。所以,里面的组件都必须变得更小。我们曾经做过9到15位的连接器,现在我们使用了21,25,37位的连接器,因为有更多的电线,更多的连接,更多的数据,而这一切仍然在同一个工具里面。”
“带有PTFE (聚四氟乙烯)绝缘的电线非常坚固,耐高温,耐磨损。电缆线束将电力从电池带到加速计上,并带到磁力计和其它电子设备上。Axon一个多分支的线束来连接内部的所有设备。它看起来像一只大章鱼,”鲍伦说。
Axon的“octopus” 线束
钻孔穿过岩石会使一切都震动,而且设备在整个钻井过程中必须保持连接。Axon和它的一些竞争对手都使用被称为扭曲针的镀金针。它们被包裹在一个像鸟笼一样的铁丝结构中,作为一个弹簧。七股线稍微压缩,形成一个紧密的连接。公母之间总是相互接触的,所以在钻井过程中不会丢失信号。线束上的每个接头都安装在电路板上,整个工具中每个PCB板都有一个连接器到接口,线束将信号带到任何需要去的地方。
Axon Cable 扭簧针
Axon’ Cable Combo-D连接器
有些应用的空间很小,甚至连流行的micro-D连接器也太大。nano-D 是间距的一半(25/1000英寸),它的体积使它在空间异常有限的情况下用于最小的工具。然而,因为它太小,它太精致了,无法完全取代micro-D。防水和密封连接器在石油和天然气市场很有用,以及任何液体、污垢和碎片都可能影响性能。
另一种减少这些连接所需空间的方法是通过将不同的功能组合到一个连接器中。Combo micro-D(组合微型d)连接器提供功率和射频信号,性能复合在同一连接器。Micro-D和其它坚固连接器在这类应用中发挥着重要的作用。
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