[0001] 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。

[0002] 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。

[0003] 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。

[0059] 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。

[0060] 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一个安全装置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。

[0061] 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。

[0062] 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。

[0063] 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相对另一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。

[0064] 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。

[0065] 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的第二电路和第二构件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的外侧。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，电力也不能被非故意传输到操作单元，因为小表面导体不能在第一和第二构件之间传输高功率。

[0066] 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时。

[0067] 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1的位置时，三个第二导体没有连接到操作单元。

[0068] 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1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1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。

[0069] 在图3中，显示安全装置1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。

[0070] 当安全装置1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1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1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。

[0071] 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1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。

[0072] 图4和5示出了安全装置1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。

[0073] 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。

[0074] 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1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。

[0075] 第一导体8的表面积是第二导体9的表面积的至少1.5倍，优选第二导体9的表面积的至少2倍。

[0076] 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2 2
触面积，其为与第二构件6的导体接触的面积，至少为20mm，优选至少为25mm，更优选至少
2
为30mm。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。

[0077] 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%。

[0078] 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。

[0079] 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铸造或者安装在一起。

[0080] 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。

[0081] 第一构件3显示为固体并且第二构件6显示为中空结构，在另一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。

[0082] 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送到操作单元或者开关以确认工具或开关启用，并且返回另一个信号作为确认。当操作单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。

[0083] 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。

[0084] 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、管子等等。

[0085] 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

[0086] 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。