钻柱地埋隔离器和方法.pdf

本发明提供一组地埋隔离器和相关方法，其可以使用由壳体进行支撑的电绝缘部件/绝缘体提供钻柱中的电隔离断开部。在钻柱操作期间，绝缘体响应于钻柱的延伸(推)和回缩(拉)而受到压缩力。绝缘体可以由诸如陶瓷材料等电绝缘材料形成。本发明描述了整体地用于提供钻柱中的电隔离间隙的互换性地埋工具系统。

1.  一种用于与钻柱组合使用的装置，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述装置包括：
第一组电绝缘体和第二组电绝缘体；以及
壳体，其限定有沿着所述壳体的长度的通道，并且所述壳体构造为支撑所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体以使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体处于沿着所述长度间隔开的关系并且使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体环绕所述通道，使得：响应于所述钻机对所述钻柱的推动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的一组电绝缘体受到第一压缩力，而响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的另一组电绝缘体受到第二压缩力，在所述钻机进行所述推动和所述拉动期间，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的任一组不受到张力，由此在所述钻柱中形成电隔离断开部。

2.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述壳体构造为使得：响应于所述钻机对所述钻柱的推动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述一组电绝缘体受到所述第一压缩力，而所述另一组电绝缘体不受到所述第一压缩力，并且响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述另一组电绝缘体受到所述第二压缩力，而所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述一组电绝缘体不受到所述第二压缩力。

3.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置构造为插入到所述钻柱中，以便然后形成所述钻柱的总长的一部分。

4.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置构造为形成所述地埋工具的一部分。

5.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置构造为：响应于由所述钻机施加在所述钻柱上的旋转扭矩，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的选定的一组电绝缘体受到额外的压缩力。

6.  根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的仅所述选定的一组电绝缘体受到所述额外的压缩力。

7.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体由相同的材料形成。

8.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一绝缘部件和所述第二绝缘部件为陶瓷材料。

9.  根据权利要求8所述的装置，其中，所述陶瓷材料选自增韧氧化锆和氮化硅陶瓷中的至少一种。

10.  根据权利要求1所述的装置，其中，每个电绝缘体具有球形构造。

11.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体包括多个细长部件，并且所述壳体将所述多个细长部件锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。

12.  根据权利要求11所述的装置，其中，所述多个细长部件中的每一个是限定有伸长轴线的柱状部件，并且所述壳体支撑所述多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线与所述中心线至少大致平行。

13.  根据权利要求12所述的装置，其中，每个柱状部件形成为具有实芯。

14.  根据权利要求12所述的装置，其中，响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，所述多个柱状部件受到所述第二压缩力，所述第二压缩力被施加在每个柱状部件的一对相反端面上。

15.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体包括多个细长部件，并且所述壳体将所述第二组电绝缘体的所述多个细长部件锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。

16.  根据权利要求15所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体的所述多个细长部件中的每一个是限定有伸长轴线的柱状部件，并且所述壳体支撑所述第二组电绝缘体的所述多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸。

17.  根据权利要求16所述的装置，其中，响应于所述钻机对所述钻柱的推动，所述第二组电绝缘体的所述多个柱状部件受到所述第一压缩力，所述第一压缩力被施加在所述第二组电绝缘体的每个柱状部件的筒状侧壁的相反侧边缘上。

18.  根据权利要求16所述的装置，其中，所述钻机构造为对所述钻柱施加旋转，并且所述壳体构造为对所述第二组电绝缘体的所述柱状部件施加额外的压缩力，以将旋转扭矩传递至所述地埋工具。

19.  根据权利要求1所述的装置，还包括：
所述第一组电绝缘体包括多个第一柱状部件，并且所述壳体将所述多个第一柱状部件锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的第一均匀间隔分布；并且
所述第二组电绝缘体包括多个第二柱状部件，并且所述壳体将所述多个第二柱状部件锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的第二均匀间隔分布。

20.  根据权利要求19所述的装置，其中，所述多个第一柱状部件中的每一个被支撑为限定有至少与所述中心线大致平行的伸长轴线，并且所述多个第二柱状部件中的每一个被支撑为限定有自所述中心线起至少大致沿径向延伸的伸长轴线。

21.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述壳体包括传动牙嵌壳体，所述传动牙嵌壳体具有：(i)第一端，其构造为与第一端配件接合，以便与所述第一端配件一起固定地旋转及电接触；以及(ii)与所述第一端相反的第二端，其构造为与第二端配件可旋转地接合。

22.  根据权利要求21所述的装置，其中，所述第一端配件是阳螺纹配件，并且所述第二端配件是阴螺纹配件。

23.  根据权利要求21所述的装置，其中，所述传动牙嵌壳体和所述第二端配件构造为相互协作，以将所述第二组电绝缘体锁卡在所述传动牙嵌壳体与所述第二端配件之间。

24.  根据权利要求23所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体包括多个柱状细长部件，所述多个柱状细长部件被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。

25.  根据权利要求24所述的装置，其中，所述传动牙嵌壳体的所述第二端限定有周向端壁，当所述传动牙嵌壳体与所述第二端配件可旋转地接合时，所述周向端壁设置为与所述第二端配件的周向侧边缘处于面对关系，以共同限定多个凹部，每个凹部锁卡有所述多个柱状细长部件中的一个。

26.  根据权利要求25所述的装置，其中，每个凹部均包括：第一柱状肩部，其形成所述传动牙嵌壳体的一部分；以及第二柱状肩部， 其形成所述第二端配件的一部分，所述第二柱状肩部以所述面对关系面对所述第一柱状肩部，以相对于所述中心线至少大致沿径向支撑每个柱状细长部件的伸长轴线。

27.  根据权利要求23所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体包括多个球形部件，所述多个球形部件被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。

28.  根据权利要求27所述的装置，其中，所述传动牙嵌壳体的所述第二端限定有周向端壁，当所述传动牙嵌壳体与所述第二端配件可旋转地接合时，所述周向端壁设置为与所述第二端配件的周向侧边缘处于面对关系，以共同限定多个球形凹部，每个球形凹部将所述多个球形部件中的一个锁卡在所述传动牙嵌壳体与所述第二端配件之间。

29.  根据权利要求21所述的装置，其中，所述传动牙嵌壳体限定有用于可旋转地收纳所述第二端配件的延伸部的内部通道，并且所述延伸部限定有孔，所述孔用于可拆卸地收纳与所述第二端配件电接触的紧固螺母，使得所述第一组电绝缘体被锁卡在所述传动牙嵌壳体与所述紧固螺母之间，并且所述紧固螺母与所述第二端配件协作而形成与所述第一端配件和所述传动牙嵌壳体电隔离的电气通路。

30.  根据权利要求29所述的装置，其中，所述紧固螺母包括头部，所述头部被支撑在由所述第一端配件限定的内部通道中，从而经由所述紧固螺母将电信号从所述内部通道联接至所述第二端配件。

31.  根据权利要求30所述的装置，其中，所述紧固螺母和所述第二端配件的所述延伸部构造为螺纹接合。

32.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述壳体构造为：响应 于由所述钻机施加在所述钻柱上的旋转扭矩，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的选定的一组电绝缘体受到弯曲力，所述壳体还构造为：使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述选定的一组电绝缘体受到弯曲力，而不使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的另一组电绝缘体受到弯曲力。

33.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体中的每个电绝缘体包括相同的外周轮廓，并且所述第一组电绝缘体的多个电绝缘体被所述壳体锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。

34.  根据权利要求33所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体中的每一个具有球形构造。

35.  根据权利要求34所述的装置，其中，每个球形部件形成为具有实芯。

36.  根据权利要求33所述的装置，其中，所述壳体支撑有作为所述第一组电绝缘体的八个电绝缘体。

37.  根据权利要求33所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体中的每一个电绝缘体由氮化硅形成。

38.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体中的每个电绝缘体包括相同的外周轮廓，并且所述第二组电绝缘体的多个电绝缘体被所述壳体锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。

39.  根据权利要求38所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体中的每一个具有球形构造。

40.  根据权利要求39所述的装置，其中，每个球形部件形成为具有实芯。

41.  根据权利要求39所述的装置，其中，所述壳体支撑有作为所述第二组电绝缘体的十二个电绝缘体。

42.  根据权利要求41所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体中的每一个电绝缘体由氮化硅形成。

43.  根据权利要求1所述的装置，其中，所述壳体构造为在压缩预载荷下支撑第一组电绝缘体和第二组电绝缘体，所述压缩预载荷被施加为：响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力，施加在每个电绝缘体上的整体压缩力发生变化。

44.  根据权利要求43所述的装置，其中，所述壳体是导电的。

45.  根据权利要求43所述的装置，其中，所述壳体构造为至少在每个电绝缘体上保持一定的压缩力，所述一定的压缩力对应于所述推力和所述拉力的范围并且基于所述钻机能够施加在所述钻柱上的推力和拉力的给定值。

46.  一种用于与钻柱组合使用的装置，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述钻机构造为：使所述钻柱旋转，从而在所述钻柱上施加旋转扭矩，所述装置包括：
壳体，其构造为支撑能够将所述钻柱的井下部分与所述钻柱的井上部分电隔离的一组电绝缘体，并且构造为：支撑所述一组电绝缘体，使得响应于所述旋转扭矩，所述一组电绝缘体仅受到压缩力。

47.  根据权利要求46所述的装置，其中，所述壳体限定有当所 述壳体插入到所述钻柱中时与所述钻柱的通孔对准的通道。

48.  根据权利要求46所述的装置，其中，所述电绝缘体由陶瓷材料形成。

49.  根据权利要求48所述的装置，其中，所述陶瓷材料为增韧氧化锆。

50.  根据权利要求2所述的装置，其中，所述一组电绝缘体包括多个细长部件，并且所述多个细长部件被所述壳体锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。

51.  根据权利要求50所述的装置，其中，所述多个细长部件中的每一个是限定有伸长轴线的柱状部件，并且所述壳体支撑多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸。

52.  根据权利要求51所述的装置，其中，所述钻机构造为对所述钻柱施加旋转，并且所述壳体构造为对所述柱状部件施加压缩力，以将所述旋转传递至所述钻柱的地埋端。

53.  根据权利要求18或52所述的装置，其中，所述压缩力施加在每个柱状部件的筒状侧壁上。

54.  根据权利要求12、17或51所述的装置，其中，所述壳体支撑六个所述柱状部件。

55.  一种用于将钻柱的井下部分与所述钻柱的井上部分电隔离的方法，所述钻柱包括具有地埋工具的地埋远端，使得所述钻柱从所述地埋远端延伸至钻机，所述方法包括：
在具有壳体长度的壳体中，支撑第一组电绝缘体和第二组电绝缘体，使得所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体处于沿着所述壳体长度间隔开的关系；以及
响应于所述钻机对所述钻柱的推动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的一组电绝缘体受到第一压缩力，而响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的另一组电绝缘体受到第二压缩力，并且在所述钻机进行所述推动和所述拉动期间，不使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的任一组受到张力，由此在所述钻柱中形成电隔离断开部。

56.  根据权利要求55所述的方法，包括：将所述壳体构造为插入到所述钻柱中，以便然后使所述壳体形成所述钻柱的总长的一部分；以及，将所述壳体构造为所述地埋工具的一部分。

57.  根据权利要求55所述的方法，所述方法满足以下条件之一：
a)所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体使用相同的材料；
b)所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体使用陶瓷材料；
c)采用增韧氧化锆和氮化硅中的至少一者作为所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体所使用的陶瓷材料。

58.  根据权利要求55所述的方法，包括：
提供呈球形的每个电绝缘体；
将所述第一组电绝缘体形成为多个细长部件，并且使所述多个细长部件在所述壳体中被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布；
将所述多个细长部件中的每一个形成为限定有伸长轴线的柱状部件，并且支撑多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线与所述中心线至少大致平行；
从所述钻机对所述钻柱进行拉动，以使所述多个柱状部件受到 所述第二压缩力；
将所述压缩力施加在每个柱状部件的一对相反端面上；以及
将六个所述柱状部件支撑在所述壳体中。

59.  根据权利要求55所述的方法，包括：
将所述第二组电绝缘体形成为多个细长部件，并且使所述多个细长部件在所述壳体中被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布；
将所述多个细长部件中的每一个形成为限定有伸长轴线的柱状部件，并且支撑多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸；以及
将每个柱状部件形成为具有实芯。

60.  根据权利要求55所述的方法，包括：
将所述第二组电绝缘体形成为多个细长部件，并且使所述多个细长部件在所述壳体中被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布；
将所述多个细长部件中的每一个形成为限定有伸长轴线的柱状部件，并且支撑多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸；
从所述钻机对所述钻柱进行推动，以使所述细长部件受到所述第一压缩力；
将所述第一压缩力施加在每个柱状部件的筒状侧壁的相反侧边缘上。

61.  根据权利要求55所述的方法，包括：
将所述第二组电绝缘体形成为多个细长部件，并且使所述多个细长部件在所述壳体中被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布；
将所述多个细长部件中的每一个形成为限定有伸长轴线的柱状 部件，并且支撑多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸；
其中，所述钻机构造为对所述钻柱施加旋转，所述方法包括：对每个柱状部件施加额外的压缩力，以将所述旋转传递至所述钻柱的井下部分；
所述方法还包括将所述额外的压缩力施加在每个柱状部件的筒状侧壁上。

62.  根据权利要求60所述的方法，包括：将六个所述柱状部件支撑在所述壳体中。

63.  根据权利要求55所述的方法，包括：
响应于由所述钻机施加在所述钻柱上的旋转扭矩，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的选定的一组电绝缘体受到弯曲力；以及
使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述选定的一组电绝缘体受到弯曲力，而不使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的另一组电绝缘体受到弯曲力。

64.  根据权利要求55所述的方法，其中，所述第一组电绝缘体中的每个电绝缘体包括相同的外周轮廓，并且所述方法包括使多个电绝缘体被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布，其中，每个电绝缘体形成为球形构造，每个电绝缘体形成有实芯。

65.  根据权利要求55所述的方法，包括：
在由所述壳体所施加的压缩预载荷下支撑所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体，使得施加在每个电绝缘体上的整体压缩力响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力而变化；以及
响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力的任何值而至少在每个电绝缘体上保持一定的压缩力，所述任何值基于所述钻机能 够施加在所述钻柱上的推力和拉力的给定值。

66.  一种在从钻机延伸至地埋远端的导电钻柱中形成电隔离断开部的方法，其中所述钻机构造为使所述钻柱旋转，以对所述地埋远端施加旋转扭矩，所述方法包括：
在所述钻柱中设置壳体以便支撑细长部件的布置结构，并且使所述细长部件响应于所述旋转扭矩仅受到压缩力，所述细长部件为将所述钻柱的包括所述远端的井下部分与所述钻柱的井上部分隔离开的电绝缘体。

67.  根据权利要求66所述的方法，包括：
在所述壳体中限定当所述壳体插入到所述钻柱中时与所述钻柱的通孔对准的通道；
以陶瓷材料来提供电绝缘材料，其中，所述陶瓷材料为增韧氧化锆；
将所述壳体中的多个细长部件锁卡为围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布；
将所述多个细长部件中的每一个构造为限定有伸长轴线的柱状部件，并且在所述壳体中支撑所述多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸。

68.  根据权利要求67所述的方法，其中，所述钻机构造为对所述钻柱施加旋转，并且所述方法包括从所述壳体对所述柱状部件施加额外的压缩力，以将旋转传递至所述钻柱的井下部分。

69.  根据权利要求68所述的方法，包括：将所述压缩力施加在每个柱状部件的筒状侧壁上。

70.  根据权利要求67所述的方法，包括：将所述壳体构造为支撑六个所述柱状部件。

71.  一种用于与导电钻柱组合使用的装置，所述钻柱从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述装置包括：
多个电绝缘体；以及
壳体，其限定有通道并且具有伸长的壳体长度，所述壳体构造为在压缩预载荷下支撑所述多个电绝缘体，所述压缩预载荷是由所述壳体沿与所述伸长的壳体长度对准的方向施加的，使得施加在所述电绝缘体上的整体压缩力响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力而变化，并且所述电绝缘体与所述壳体协作以形成所述地埋远端与所述钻机之间的电隔离间隙。

72.  根据权利要求71所述的装置，其中，所述壳体构造为至少在每个电绝缘体上保持一定的压缩力，所述一定的压缩力对应于所述推力和所述拉力的范围并且基于所述钻机能够施加在所述钻柱上的推力和拉力的给定值，所述壳体构造为支撑作为第一组电绝缘体和第二组电绝缘体的所述多个电绝缘体以使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体处于沿着所述壳体长度间隔开的关系，并且使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体环绕所述通道，所述壳体构造为：响应于所述钻机对所述钻柱的推动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的一组电绝缘体受到增大的压缩力，而使另一组电绝缘体受到减小的压缩力，所述壳体还构造为：响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述另一组电绝缘体受到增大的压缩力，而使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述一组电绝缘体受到减小的压缩力。

73.  一种用于在导电钻柱中形成电隔离间隙的方法，所述电隔离间隙位于所述钻柱的包括地埋工具的地埋远端与钻机之间，所述钻柱延伸到所述钻机，所述方法包括：
提供多个电绝缘体；
形成限定有通道并且具有伸长的壳体长度的壳体，所述壳体构 造为支撑所述多个电绝缘体；以及
沿与所述钻柱的伸长轴线对准的方向从所述壳体将压缩预载荷施加到所述电绝缘体上，使得施加在所述电绝缘体上的整体压缩力响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力而变化，并且所述电绝缘体与所述壳体协作以形成所述地埋远端与所述钻机之间的电隔离间隙。

74.  根据权利要求73所述的方法，包括：响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力的任何值而在每个绝缘体上至少保持一定的压缩力，所述的推力和拉力的任何值基于所述钻机能够施加在所述钻柱上的推力和拉力的给定值。

75.  根据权利要求74所述的方法，包括：将所述壳体构造为：支撑作为第一组电绝缘体和第二组电绝缘体的所述多个电绝缘体以使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体处于沿着所述壳体长度间隔开的关系，并且使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体环绕所述通道，所述壳体构造为：响应于所述钻机对所述钻柱的推动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的一组电绝缘体受到增大的压缩力，而使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的另一组电绝缘体受到减小的压缩力，并且将所述壳体构造为：响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述另一组电绝缘体受到增大的压缩力，而使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述一组电绝缘体受到减小的压缩力。

76.  一种用于与钻柱组合使用的装置，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述装置包括：
第一组电绝缘体和第二组电绝缘体；
第一壳体，其能够导电并且限定有第一钻柱配件；
第二壳体，其能够导电且具有相反的第一端和第二端，并且构 造为与所述第一壳体协作以将所述第一组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第一端，并且将所述第二组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第二端，使得所述第一壳体与所述第二壳体电隔离；以及
互换性主体，其能够导电且构造为与所述第二壳体的所述第二端可拆卸地固定接合，并且能够选择所述互换性主体作为以下两者中的任一者：(i)所述地埋工具，以形成所述钻柱的所述地埋远端；以及(ii)相反的第二钻柱配件，使得所述装置能够插入到所述钻柱中的接头中，在所述装置不插入到所述接头中的情况下，随着所述钻柱的延伸，所述接头将形成在相邻钻杆之间。

77.  根据权利要求76所述的装置，其中，作为地埋工具的所述互换性主体能够被选择作为钻头和扩孔器中的任一者。

78.  根据权利要求76所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体锁卡在所述第二壳体的所述第一端的端面与所述第一壳体之间。

79.  根据权利要求76所述的装置，其中，所述第一壳体与所述第二壳体协作以将压缩预载荷施加在所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体上，从而从所述第二壳体的相反的第一端和第二端将对应的预载荷压缩力施加在所述第二壳体上，并且使所述第一壳体的一部分受到与所述对应的预载荷压缩力互补的张力。

80.  一种用于提供与钻柱组合使用的装置的方法，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述方法包括：
提供第一组电绝缘体和第二组电绝缘体；
将第一壳体构造为能够导电并且限定有第一钻柱配件；
将第二壳体构造为能够导电且具有相反的第一端和第二端，所述第二壳体与所述第一壳体协作以将所述一组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第一端，并且将所述第二组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第二端，使得所述第一壳体与所述第二壳体电隔离；以及
形成互换性主体，所述互换性主体能够导电且构造为与所述第二壳体的所述第二端可拆卸地固定接合，并且能够选择所述互换性主体作为以下两者中的任一者：(i)所述地埋工具，以形成所述钻柱的所述地埋远端；以及(ii)相反的第二钻柱配件，使得所述装置能够插入到所述钻柱中的接头中，在所述装置不插入到所述接头中的情况下，随着所述钻柱的延伸，所述接头将形成在相邻钻杆之间。

81.  根据权利要求80所述的方法，包括：
将所述互换性主体选择作为地埋工具、钻头和扩孔器中的一者；
将所述第一组电绝缘体锁卡在所述第二壳体的所述第一端的端面与所述第一壳体之间；以及
将所述第一壳体构造为与所述第二壳体协作以将压缩预载荷施加在所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体上，从而从所述第二壳体的相反的第一端和第二端将对应的预载荷压缩力施加在所述第二壳体上，并且使所述第一壳体的一部分受到与所述对应的预载荷压缩力互补的张力。

82.  一种用于与钻柱组合使用的装置，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述装置包括：
第一组电绝缘体和第二组电绝缘体；
第一壳体，其能够导电并且限定有第一钻柱配件；
第二壳体，其能够导电且具有相反的第一端和第二端，并且构造为与所述第一壳体协作以将所述一组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第一端，并且将所述第二组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第二端，使得所述第一壳体与所述第二壳体电隔离；以及
互换性主体，其能够导电且构造为与所述第二壳体的所述第二端可拆卸地固定接合，并且所述互换性主体构造为执行至少两种不同的地埋操作中的选定的一个操作。

钻柱地埋隔离器和方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求2012年8月23日提交的美国专利申请No.13/593,439的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本申请一般涉及地埋操作，并且更具体地，涉及用于将电信号电耦合到导电钻柱上来传送信号的系统、装置和方法。
背景技术
通常，诸如为了安装公用设施管线、钻孔勘测等而打钻以形成钻孔以及后续对钻孔进行扩孔等地埋操作使用从地上钻机延伸的导电钻柱。现有技术包括使用导电钻柱作为用于将数据信号从地埋工具电传输至钻机的电导体的实例。为了在钻机处检测信号，钻机周围的大地用作信号返回路径。这种类型的系统通常称为随钻测量(“MWD”)系统。
例如，在美国专利No.4,864,293(在下文中为'293专利)中可以看到在MWD系统中尝试使用钻柱作为电导体的实例。在一个实施例中，该专利教导了一种围绕钻柱装配的电隔离(电绝缘)套环。申请人认识到，在极端恶劣的地埋环境下，这种电隔离套环(图2，项目32)的使用至少在耐用性方面是存在问题的。在图3和图4所示的另一实施例中，示意性地示出了适当的介电分隔装置40，并声明该介电分隔装置40用于将钻柱的前部与钻柱的其余部分电隔离。没有提供适当地教导读者如何制造该分隔装置的细节，但能够合理地设想：其中隔离器被简单地插入到钻柱的断开部，从而与钻柱共同旋转。不幸的是，在钻探操作期间，隔离器将会受到与钻柱的钻管段同样严酷的机械应力，包括回拉操作期间的纯拉力以及因钻机施加在钻柱上 的旋转扭矩而产生的高剪切力。虽然钻柱通常由能够很容易地承受这些力的高强度钢制成，但申请人不知道任何当前可用的能够以申请人认为可接受的可靠性来承受所有这些不同力的非导电材料。应认识到，在钻探操作期间，钻柱端部折断所造成的后果极其严重。因此，以所建议的方式使用隔离器而带来的风险被认为是不可接受的。
在美国专利No.4,348,672中可以看到一种更早的方法，在该专利中，试图使用夹设在由第一环形子部件和第二环形子部件组成的被该专利称为“绝缘间隙子组件”的部件之间的各种介电材料层来在钻柱中引入电隔离断开部。该专利的图5和图6示出了一个实施例，而该专利的图7和图8示出了另一实施例。不幸的是，将相对较薄的介电层夹设在限定于相邻高强度金属部件(其能够承受极端力以及恶劣的井下环境)之间的间隙中的做法不太可能提供可接受的性能水平。具体而言，这些介电层受到与第一环形子部件和第二环形子部件同样严酷的力，这样，在恶劣的井下环境中，耐用性很可能受到限制。也就是说，当相对较薄的介电层中的一个介电层被磨穿时，所需的电隔离受到损害。
例如，在美国专利申请No.13/035,774(在下文中为'774申请)和美国专利申请No.13/035,833(在下文中为'833申请)中可以查看到在MWD系统的情况下关于将电信号耦合到钻柱上的实用方法，该两个美国专利申请和本申请属同一申请人，并且该两个美国专利申请的全部内容以引用方式并入本文。后一申请采用这样的高效方法：在仍旧保持了与钻柱本身的那些物理性能特点相当的物理性能的同时，使用井下电流互感器将井下信号电感耦合到钻柱上。虽然'774申请和'833申请提供了与当时存在的技术状态相比的显著优点，但申请人已发现其它更有利的方法，这将在下文中描述。
现有技术的前述实例及其相关限制旨在是说明性的，而非排他性的。在对本说明书的阅读和对附图的研究的基础上，本领域的技术人员将更加清楚现有技术的其它局限性。
发明内容
结合用于提供示例和进行说明而非用于限制范围的系统、工具和方法描述并示出了下述实施例及其各个方面。在各个实施例中，上述问题中的一个或多个已经被缓解或消除，而其它实施例涉及其它的改进。
在本发明的一个方面中，公开了一种用于与钻柱组合使用的装置和相关方法，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机。在实施例中，所述装置包括第一组电绝缘体和第二组电绝缘体。壳体限定有通道且包括长度，所述壳体构造为支撑所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体以使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体处于沿着所述长度间隔开的关系并且使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体环绕所述通道，使得：响应于所述钻机对所述钻柱的推动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的一组电绝缘体受到第一压缩力，而响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的另一组电绝缘体受到第二压缩力，在所述钻机进行所述推动和所述拉动期间，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的任一组不受到张力，由此在所述钻柱中形成电隔离断开部。在一个特征中，响应于所述钻机对所述钻柱的推动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述一组电绝缘体受到所述第一压缩力，而所述另一组电绝缘体不受到所述第一压缩力，并且响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述另一组电绝缘体受到所述第二压缩力，而所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述一组电绝缘体不受到所述第二压缩力。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于与钻柱组合使用的装置和相关方法，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机。所述钻机构造为：使所述钻柱旋转，从而在所述钻柱上施加旋转扭矩。壳体构造为支撑能够将所述钻柱的井下部分与所述钻柱的井上部分电隔离的一组电绝缘体，并且所述壳体构造为支撑所述一组电绝缘体，使得响应于所述旋转扭矩，所述一组电绝缘体仅受到压缩力。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于与导电钻柱组合使用的装置和相关方法，所述导电钻柱从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机。提供多个电绝缘体。具有伸长的壳体长度的壳体构造为在压缩预载荷下支撑所述多个电绝缘体，所述压缩预载荷是由所述壳体沿与所述伸长的壳体长度对准的方向施加的，使得施加在所述电绝缘体上的整体压缩力响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力而变化，并且所述电绝缘体与所述壳体协作以形成所述地埋远端与所述钻机之间的电隔离间隙。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于与钻柱组合使用的装置和相关方法，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机。提供第一组电绝缘体和第二组电绝缘体。第一壳体能够导电并且限定有第一钻柱配件。第二壳体也能够导电且包括相反的第一端和第二端。所述第二壳体构造为与所述第一壳体协作以将所述一组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第一端，以并且将所述第二组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第二端，使得所述第一壳体与所述第二壳体电隔离。能够导电的互换性主体构造为与所述第二壳体的所述第二端可拆卸地固定接合，并且能够选择所述互换性主体作为以下两者中的任一者：(i)所述地埋工具，以形成所述钻柱的所述地埋远端；以及(ii)相反的第二钻柱配件，使得所述装置能够插入到所述钻柱中的接头中，在所述装置不插入到所述接头中的情况下，随着所述钻柱的延伸，所述接头将形成在相邻钻杆之间。
附图说明
在所参考的附图中示出了示例性实施例。本文所公开的实施例和附图旨在是示例性的，而非限制性的。
图1是利用了本发明的地埋隔离器的实施例以及地埋信号耦合方法的系统的示意性正视图。
图2是以装配形式示出本发明的隔离器的实施例的示意性透视图。
图3是图2的隔离器的实施例的示意性分解透视图。
图4是图2的隔离器的实施例的另一示意性分解透视图。
图5是图2的隔离器的实施例的选定部件的示意性局部透视图，以便示出处于装配关系的这些选定部件。
图6是图2的隔离器的实施例的示意性剖切正视图，以便示出其结构的进一步的细节。
图7是与本发明的地埋隔离器联接的钻具以及还与钻柱的井上部分连接的地埋隔离器的示意性透视图。
图8是可拆卸地安装在本发明的被示出为与钻柱的井上部分连接的地埋隔离器上的扩孔工具装置的实施例的示意性透视图。
图9是适于与本发明的地埋隔离器的实施例一起使用的井下电子器件部分的实施例的框图。
图10是适于在钻机上使用以经由本发明的隔离器与井下电子器件部分进行双向通信的井上电子器件部分的实施例的框图，并且图10还包括嵌入视图，该嵌入视图示出本发明的隔离器的中继器实施例和能够将电子器件部分转换为用于井下中继器使用的相关电连接件。
图11是示出根据本发明的地埋隔离器的另一实施例的示意性装配透视图。
图12是图11的隔离器的实施例的示意性分解透视图。
图13是图11的隔离器的实施例的另一示意性分解透视图。
图14是根据本发明的地埋工具的实施例的示意性剖切透视图，该地埋工具一体地设置有根据本发明的地埋隔离器构造。
图15和图16是从不同角度看到的图14的地埋工具的示意性分解图，以便示出其结构的细节。
图17是根据本发明的地埋工具系统和相关部件的实施例的示意性透视图，其中，地埋工具可以在针对不同类型的地埋操作的各种不同工具之间进行互换。
图18是图17的地埋工具系统的示意性分解透视图，以便示出其内部结构的细节。
具体实施方式
提供下面的描述是为了使本领域普通技术人员能够实现和使用本发明，并且在专利应用及其要求的背景下提供以下描述。所描述的实施例的各种变型对于本领域的技术人员来说是显而易见的，并且在说明书中所教导的一般原理可以应用到其它实施例中。因此，本发明并不希望被限制于所示出的实施例，而是与说明书中所教导的包括变型和等同内容在内的原理和特征相符的最宽的保护范围相对应，正如所附权利要求的范围所限定的那样。应注意的是，附图并非是按比例绘制的，而是以能最佳地示出所关注的特征的方式自然地图示出的。描述性术语可以相对于这些描述被使用，然而，采用该术语是为了促进读者的理解，而非意在进行限制。
现在转向附图，其中，在所有附图中相同的部件用相同的附图标记表示，紧接着将注意力转到图1，图1是示意性示出整体用附图标记10表示且根据本发明制造的水平定向钻探系统的实施例的正视图。虽然所示系统示出了在用于进行地埋钻探操作的水平定向钻探系统及其部件的框架内的本发明，但本发明相对于其它操作程序享有同等适用性，这些操作程序包括但不限于竖直钻探操作、用于安装公用设施的回拉操作、勘测操作等。
图1示出了在区域12中进行操作的系统10。系统10包括钻机14，钻机14具有从钻机14延伸至地埋工具20的钻柱16。钻柱可以被推入到地面中，以至少大致沿箭头所示的前进方向22移动地埋工具20。虽然本实例构造为是就将钻具用作地埋工具而言的并且这样进行讨论，但应认识到，讨论也适用于任何合适形式的地埋工具，包括但不限于扩孔工具、在可以安装公用设施或壳体的回拉操作期间使用的张力监测工具、例如使用惯性引导单元和井下压力监测来用于勘测钻孔路径的勘测工具。在钻具的操作中，通常需要基于钻柱的前进进行监测，而在诸如回拉操作等其它操作中，可以响应于钻柱的回缩进行监测。
继续参考图1，钻柱16被部分示出并且被分段，钻柱16由多个可拆卸地连接的单独钻管段组成，其中一些钻管段被表示为1、2、 n-1和n，钻管段具有段长度或节长度和壁厚。钻管段能被互换性地称为具有杆长度的钻杆。在钻机的操作期间，可以一次将一个钻管段添加至钻柱，并且使用可移动的往复台30借助钻机将钻管段推入到地面中，以使地埋工具前进。钻机14可以包括用于测量钻柱进入地下的运动的合适的监测装置32，这诸如在名称为“SYSTEMS ARRANGEMENTS AND ASSOCIATED METHODS FOR TRACKING AND/OR GUIDING AN UNDERGROUND BORING TOOL(追踪和/或引导地埋钻具的系统、装置和相关方法)”的美国专利No.6,035,951(在下文中为'951专利)中进行了描述，该美国专利和本申请属同一申请人并且以引用的方式并入本文。
每个钻管段限定了在管段的相反两端之间延伸的贯穿开口34(其中一个被示出)。钻管段可以配备有通常称为阴阳螺纹配件的物品，使得给定的钻管段的每个端部可以以已知的方式与钻柱中的另一钻管段的相邻端部螺纹接合。一旦钻管段接合组成钻柱后，相邻的各钻管段的贯穿开口对准，以形成箭头所示的整体通道36。通道36可以提供与箭头36的方向一致的钻井液或泥浆从钻机至钻头的加压流动，这将进一步描述。
钻具在区域12内的位置以及钻具所遵循的地下路径可以在钻机14处设定并显示，例如使用显示器44显示在控制台42上。控制台可以包括处理装置46和控制致动器装置47。在一些实施例中，可以自动进行操作参数的控制和监测。
钻具20可以包括钻头50，钻头50具有基于滚动取向用于转向的倾斜面。也就是说，当在无旋转情况下推动钻头前进时，基于钻头倾斜面的滚动取向，钻头通常发生偏转。另一方面，通过在推动钻头时使钻柱如双箭头51所示那样旋转，通常能够使钻头沿直线行进。当然，可预见的转向是以适宜的土壤状况为前提条件的，可以提出可预见的转向。应注意的是，前述钻井液可以在高压下射出为射流52，以切入钻头正前方的大地，并且提供钻头的冷却和润滑。钻具20包括收纳电子封装件56的地埋壳体54。地埋壳体构造为使钻井液在电子封装件周围流动至钻头50。例如，电子封装件可以包括以定位在 中心的方式支撑在壳体54中的筒状壳体构造。钻头50可以包括收纳地埋壳体54的阳螺纹配件的阴螺纹配件。地埋壳体的相反两端可以包括收纳隔离器60的阳螺纹配件的阴螺纹配件。隔离器60的相反两端可以包括收纳隔离器60的阳螺纹配件的阴螺纹配件。就本文的讨论和所附权利要求书而言，隔离器和钻具可以被视为钻柱的一部分，以便定义钻柱的地埋远端。应注意的是，钻头、地埋壳体和隔离器的阴阳螺纹配件可以与钻柱的钻管段上的阴阳螺纹配件相同，以便于在形成钻柱时钻管段彼此可拆卸地连接。被地埋的电子封装件56可以包括钻柱收发器64和定位收发器65。将在下文的合适位置提供关于钻柱收发器的进一步的细节。在一些实施例中，定位收发器65可以传送诸如偶极定位信号等探地信号66，并且可以接收由其它地埋部件产生的电磁信号，这将在下面的合适位置进行描述。在其它实施例中，收发器65可以被发射器替代或不需要。为了便于说明，本实例假定电磁信号66是偶极信号形式的定位信号。因此，电磁信号66可以称为定位信号。应认识到，定位信号可以如同任何其它电磁信号那样进行调制，并且可以在调制之后从信号中回收调制数据。信号的定位功能至少部分地取决于磁通场的特征形状及其信号强度而并不取决于其承载调制信号的能力。因此，调制不是必需的。可以利用位于使用中的钻具任何内地埋工具内的适当的传感器装置68测量诸如俯仰和滚动(取向参数)、温度、钻井液压力、钻具周围的环空压力等关于钻具的某些参数的信息，传感器装置68可以包括诸如俯仰传感器、滚动传感器、温度传感器、用于感测50/60Hz公用设施管线的接近的交流场传感器、所需的例如用于感测偏转取向的直流磁场传感器等任何其它传感器(三轴磁力计，具有3轴加速度计，以形成用于测量偏转取向的电子罗盘)、以及一个或更多个压力传感器。钻柱收发器64可以包括与传感器装置68和定位收发器65连接时所需的处理器。在一些实施例中，可以使用一个或更多个加速度计来测量诸如俯仰取向和滚动取向等取向参数。壳体内可以设置有电池(未示出)，以提供电力。
可以使用等便携式定位器80来检测电磁信号66。与本申请属同 一申请人的名称为“FLUX PLANE LOCATING IN AN UNDERGROUND DRILLING SYSTEM(定位在地埋钻探系统中的通量面)”的美国专利No.6,496,008中描述了一种合适的且高度先进的便携式定位器，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。尽管出于描述的目的而采用了水平定向钻的框架，但如上所述，本发明适用于各种地埋操作，且不意在进行限制。如上所述，电磁信号66可以携带包括诸如俯仰和滚动等取向参数在内的信息。电磁信号还可以携带其它信息。举例来说，此类信息可以包括能够在钻具附近或内部测得的参数，包括温度、压力、以及诸如电池或电源电压等电压。定位器80包括电子封装件82。应注意的是，电子封装件连接为与定位器的各种部件进行电通信，并且电子封装件可以进行数据处理。可以以任何合适的方式在电磁信号66上调制关注信息，并且将关注信息传输到定位器80和/或钻机处的天线84，尽管这不是必需的。可以使用当前可用或尚待开发的任何合适形式的调制。当前可用和合适类型的调制的实例包括幅值调制、频率调制、相位调制及其变型。当从定位信号恢复时，可以在显示器44上和/或定位器80的显示器86上显示诸如滚动等关于钻探的任何关注参数。钻机14可以传输能够被定位器80接收的遥测信号98。遥测部件设置用于钻机与定位器80之间的双向信号发送。作为这种信号发送的一个实例，基于钻机监测单元32所提供的状态，钻机可以发送因为钻管段正被添加至钻柱或正从钻柱移除钻管段而使钻柱处于静止状态的指示。
仍参考图1，电缆100可以从地埋电子封装件56延伸，使得可以在该电缆上电传输与地埋工具的操作相关的任何感测到的值或参数。本领域的普通技术人员应认识到，通常称为“管中线”的装置可以用于将信号传输至钻机。术语管中线指的是通常容纳在由钻柱形成的内部通道36中的电缆。然而，根据本发明，电缆100延伸至地埋隔离器60，这将在下文中进一步进行描述。
在结合图1的情况下现在将注意力转到图2。图2是以装配形式示出隔离器60的实施例的示意性透视图。组件包括具有阳螺纹配件202的阳螺纹端壳体200，阳螺纹配件202限定有通道，电缆100可 以从通道延伸用于外部电连接。阴螺纹端壳体210限定有阴螺纹配件212。如上所述，阳螺纹配件202和阴螺纹配件212可以与构成钻柱16的钻管段上的配件配合，以便隔离器能够被插入到钻柱的任何所需接头中。如将要看到的那样，隔离器提供了阳螺纹端壳体与阴螺纹端壳体的电隔离。
在结合图2的情况下现在将注意力转到图3和图4。图3是从阳螺纹端壳体200侧看到的隔离器60的示意性分解图，而图4是从阴螺纹端壳体210侧看到隔离器的示意性分解图。应认识到，在各个附图中的阳螺纹配件和阴螺纹配件以及其它部件上的螺纹即使示出也仅是示意性地示出，但应理解，螺纹是存在的并且此类螺纹连接件是公知的。隔离器还包括分别与阳螺纹端壳体200和阴螺纹端壳体210接合的传动牙嵌壳体220，传动牙嵌壳体220在整个组件中与阳螺纹端壳体200电联接。本实施例以及稍后描述的实施例中的阳螺纹端壳体、阴螺纹端壳体和传动牙嵌壳体通常由诸如4340、4140、4142以及15-15HS或Monel K500(其中后两者均为非磁性高强度合金)等合适的高强度材料制成，这是因为在地埋操作期间这些部件经受潜在的井下恶劣环境以及相对大的集中负载。至少可部分基于典型钻管段的力学特性来进行材料的选择。阴螺纹端壳体210包括延伸轴222，延伸轴222以使密封环226与间隔环228间隔开的方式支撑密封环226与间隔环228。密封环和间隔环是由诸如聚甲醛乙缩醛共聚物等合适的电绝缘材料形成的，尽管也可以使用任何其它合适的材料。可以在密封环和间隔环的外表面(如图所示)以及内表面(其在稍后描述的附图中示出)上形成O形圈凹槽230。就此而言，应认识到，隔离器限定了整个通道232，使得诸如钻井液或泥浆等流体能够通过隔离器而流过钻柱。延伸轴222可收纳在传动牙嵌壳体220的通道中。在安装好延伸轴222后，可将延伸轴222的自由端的内表面238(图3)与紧固螺母242的螺纹端240螺纹接合。紧固螺母限定有供钻井液流动通过的中央通道244。图中未图示出紧固螺母上的螺纹，但应理解该螺纹是存在的。如将在后续附图中看到的那样，传动牙嵌壳体可以限定有面对紧固螺母的肩部246(图4)的端壁。因此，紧固螺 母可以将延伸轴222拉到传动牙嵌壳体的通道中，以保持阴螺纹端壳体。阴螺纹端壳体可以包括周向凸缘250，周向凸缘250具有面向传动牙嵌壳体220的周向侧壁构造254(图3)。传动牙嵌壳体的面对端限定有周向端壁260(其在图4中被最佳地示出)，并且将在下文中对周向端壁260进行进一步的描述。
在结合图2至图4的情况下现在将注意力转到图5。图5是示出阴螺纹端壳体210和传动牙嵌壳体220处于操作关系使得阴螺纹端壳体的周向侧壁构造254与传动牙嵌壳体的周向端壁260处于面对关系的示意性透视图。这种面对关系用于限定分别位于阴螺纹端壳体210和传动牙嵌壳体220的彼此相对的肩部266、268之间的多个凹部264(其中一个被示出)。在本实施例中，由肩部266、268构成的构造至少为大致筒状，以将一组电绝缘体270锁卡在肩部266、268之间。每个绝缘体270均包括侧壁构造，该侧壁构造与肩部266、268的形状互补，并因此在本实施例中每个绝缘体270为柱状。此外，每个绝缘体270可以包括至少大致平坦的相反两端面。如图2和图3所示，阴螺纹端壳体210设置有用于每个凹部264的底面274，使得每个绝缘体270的端面被支撑或锁卡为抵靠阴螺纹端壳体210的底面274。如图5所示那样布置绝缘体，套管280(图2至图4)可以被接纳在阴螺纹端壳体上，使得翼片282(图2)越过每个绝缘体270的朝外的端面突出，以将绝缘体保持在与绝缘体相关联的凹部中。例如可以使用滚销286将套管280保持在适当位置，滚销286可以收纳在孔288中，使得滚销的中间部分收纳在环形凹槽中。
尽管在图5的视图中不可见，但应认识到，紧固螺母242安装在传动牙嵌壳体的通道298中，从而以将传动牙嵌壳体和阴螺纹端壳体保持在图示操作关系的方式与延伸轴222接合。因此，绝缘体270被支撑为其伸长轴线相对于整个组件的中心线或伸长轴线至少大致径向延伸。如将进一步讨论的那样，绝缘体270的侧壁(在本实施例中其为筒状)响应于钻机经由钻柱施加的推力300(在各图中以箭头示出)而受到压缩力。类似地，钻柱的旋转将压缩力施加在绝缘体270的侧壁上。
考虑到上述内容，应认识到，绝缘体270可能受到非常高的压缩载荷。因此，需要合适的材料来承受这种压缩。合适的材料可以包括当前可用或尚待开发的陶瓷材料。作为非限制性实例，一种合适的陶瓷材料为增韧氧化锆。需要关注的是，虽然此类陶瓷材料非常耐压缩力，但它们一般并不太适合承受拉伸载荷。在采用增韧氧化锆的情况下，抗压强度为约270000磅每平方英寸至700000磅每平方英寸，而其抗弯强度仅约为58000磅每平方英寸至90000磅每平方英寸。为便于比较，已知例如4340钢等高强度钢的抗弯强度约为175000磅每平方英寸。已经认识到，虽然传动牙嵌壳体220和阴螺纹端壳体210响应于钻柱的推力和旋转这两者而将压缩力施加在绝缘体270上，但该组件不会使绝缘体270受到张力，这将在下文中进一步描述。
参考图2至图5并且如上所述，紧固螺母242可以构造为与阴螺纹端壳体210的延伸轴222螺纹接合。在这种情况下，紧固螺母收纳在传动牙嵌壳体的通道298(图5)中。如图4所示，紧固螺母242的肩部246限定有多个孔310，孔310中的几个被明确标记。另一批或另一组绝缘体(绝缘体中的几个分别用附图标记320标记(图2和图3))被支撑为该组绝缘体中的每一个收纳在紧固螺母的相对应的一个孔310中。在本实施例中，每个绝缘体320可以包括邻接筒状构造的周向侧壁的至少大致平坦的端面，尽管这不是必需的。在操作组件中，绝缘体320锁卡在紧固螺母242与传动牙嵌壳体220的端壁324(图5)之间，从而使得每个绝缘体320的伸长轴线与整个组件的伸长轴线至少大致平行。应认识到，绝缘体320的外端面滑动地接合抵靠端壁324。上述关于绝缘体270的材料选择的讨论同样适用于关于绝缘体320的材料选择。因此，绝缘体320可以由合适的电绝缘材料形成，包括当前可用或尚待开发的陶瓷材料。作为非限制性实例，一种合适的陶瓷材料为增韧氧化锆。应认识到，在这种情况下，与绝缘体270类似，绝缘体320因其被支撑的方式而在操作期间不会受到张力。绝缘体270、320不局限于已经示出的柱状构造。通过对支撑面进行适当的修改，可以使用任何合适的形状。可以从诸如球形等大范围的几何形状中选择绝缘体270的合适形状。也可以使用已知形状 的组合。同样地，可以从多种不同的已知几何形状或此类形状的组合中选择绝缘体270的合适形状，只要绝缘体270设置有至少一个大致平坦表面以与传动牙嵌壳体的端面324接合即可。出于与端面324接合的目的，例如，除了平坦表面之外，绝缘体270还可以是球形的。在安装期间，紧固螺母242可以被拧紧到诸如2500英尺-磅(尺磅)等显著大的值，以将压缩力施加到绝缘体320以及绝缘体270上，从而压缩预载荷被施加到所有绝缘体上。压缩预载荷被以压缩传动牙嵌壳体的方式施加在传动牙嵌壳体的相反两端上，并且在延伸轴222中产生与压缩预载荷互补的预载荷张力(preload tension force)。换言之，压缩预载荷响应于传动牙嵌壳体被压缩在周向凸缘250与紧固螺母242之间而试图拉伸延伸轴222。施加在单个电绝缘体上的压缩力的大小可以基于任何给定钻机能够产生的回缩力和/或钻头力(推和/或拉)的大小。
参考图2至图4，通过将配件340收纳在由紧固螺母所限定的孔342中，可以将电缆100安装在紧固螺母242中。在一个实施例中，电缆100可以为同轴电缆。可使用锁紧螺钉346将电缆的电导体344紧固到位，该锁紧螺钉346形成了导体344与紧固螺母之间的电连接。然后，在电缆100延伸穿过阳螺纹端壳体200的中央通道的情况下，阳螺纹端壳体200可通过与传动牙嵌壳体的端部348螺纹接合而安装在传动牙嵌壳体220上并且使得传动牙嵌壳体与阳螺纹端壳体电接触，然而，紧固螺母和阴螺纹端壳体则通过密封环226、间隔环228、绝缘体270和绝缘体320而与传动牙嵌壳体电隔离。因此，通过这些绝缘元件的合作，在钻柱中形成电隔离断开部。同时，阳螺纹端壳体可以与钻柱的井下部分接合，并且保持与传动牙嵌壳体的电连通。通过移除阳螺纹端壳体200，可以在隔离器中很容易地访问或更换电缆100。
图6是示出被装配好且被安装为钻柱的一部分的隔离器60的本实施例的示意性剖切正视图，该钻柱具有井上部分400和井下部分402。就本发明而言，钻柱的井下部分可以包括任何合适的地埋壳体406，例如钻头壳体和/或将隔离器60连接至地埋壳体406的一个或 更多个中间钻管段(未示出)。在本实例中，地埋壳体为钻头或钻具。电缆100可以在钻柱的通道内延伸至电子封装件56，以经由电缆100的电导体344与钻柱收发器64电连通。如上所述，钻井液可以在电子封装件周围流动而到达钻柱的地埋远端(例如钻头)。导体344的另一端与收发器64的第一端子电连接，而如线410示意性地表示的那样，收发器64的相反的第二端子与钻柱的地埋端电连接。也就是说，在本实例中，线410与地埋壳体54电连接，其代表与钻柱的井下部分402的任何合适的电连接。因此，示意性示出为信号接收和信号发生源的钻柱收发器64与钻柱中的由地埋隔离器60形成的电隔离断开部或电隔离间隙电连接或桥接，使得井上部分400用作直接通向钻机的电导体，而井下部分402为信号提供通向周围大地的返回路径。
上面已经相关于隔离器60的结构对隔离器60进行了详细描述，现在将注意力转向当隔离器用作钻柱的一部分来处理推力、拉力和旋转力时隔离器操作的方法。参考图6，推力300用箭头示出。当隔离器从钻柱的井上部分接收到该推力时，最初由阴螺纹端壳体210接收该推力，然后该推力通过压缩绝缘体270而立即传递到传动牙嵌壳体220。如上所述，传动牙嵌壳体220例如通过螺纹接合而与阳螺纹端壳体200直接接合，以将推力传递至钻柱的井下部分402。应注意的是，推力300不将压缩力施加到绝缘体320上，而是实际上是减小可由紧固螺母242施加在这些绝缘体上的任何压缩预载荷(如果存在的话)。在施加与箭头300相反的拉力期间，钻柱的井上部分400拉动阴螺纹端壳体210和与阴螺纹端壳体螺纹接合的紧固螺母242。这会导致绝缘体320被压抵在传动牙嵌壳体220的端面324(图5)上，从而传动牙嵌壳体沿井上方向(朝向井上)受迫移动。同时，拉力不将额外的压缩力施加在绝缘体270上，而是减小压缩预载荷(如果存在的话)。因为传动牙嵌壳体220与阳螺纹端壳体200螺纹接合，所以阳螺纹端壳体200也沿井上方向移动，从而沿井上方向拉动钻柱的井下部分402。如上所述，来自钻柱的井上部分400的旋转扭矩以导致绝缘体270中交替的一部分(参见图5)被压缩的方式由阴螺纹端 壳体210接收。由此，一组三个绝缘体270(小于绝缘体270的总数量：六个)可以受到旋转扭矩。传动牙嵌壳体220与阳螺纹端壳体200之间的螺纹接合使阳螺纹端壳体200与传动牙嵌壳体共同旋转，而这反过来又使钻柱的井下部分旋转。在任何操作模式中，绝缘体270、320不受到拉伸载荷。因此，这些绝缘体的与操作相关的材料特性是抗压强度，而与抗拉强度或抗拉强度的欠缺基本上无关。
图7是出于进一步描述的目的而示出了具有钻头50的钻具形式的地埋工具20的示意性透视图。在本实施例中，地埋壳体54包括用于从收发器64(图1)发射信号66的狭槽420。用作合适实施例的实例的隔离器60可拆卸地安装在地埋壳体54(包括钻柱的井下部分402)上，并且隔离器60本身可拆卸地安装在钻柱的井上部分400上。
图8是示出了扩孔工具形式的地埋工具20的示意性透视图，该扩孔工具包括可拆卸地安装在地埋壳体54的一端上来用作钻柱的井下部分402的扩孔器424。在本实施例中，壳体54和隔离器60以与图7相同的方式设置。为了在扩孔工具被钻柱拉向钻机时进行扩孔，沿井上方向426拉动扩孔工具。扩孔工具的另一端与张力监测装置430的一端连接。张力监测装置的另一端可以与公用设施(未示出)连接，公用设施将被拉动通过扩大的钻孔，以将公用设施安装在钻孔中。在扩孔操作期间，张力监测装置430测量施加在公用设施上的拉力。与本申请属同一申请人的美国专利No.5,961,252中描述了一种合适的且高度优选的张力监测装置，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。张力监测装置430能够传输其上可以调制张力监测数据和相关/其它数据的电磁信号434。收发器65(图1)可以接收信号434，以便可以使用隔离器60将相应的数据放在钻柱上，从而传输至钻机。应认识到，收发器65能够接收来自任意形式的地埋工具的无线信号，并且描述了张力监测装置的本实施例不意在进行限制。例如，可以在另一实施例中使用勘测装置来代替张力监测装置。例如，使用惯性导航系统(INS)可以操作这种勘测装置。
图9是进一步详细示出了电子器件部分56的实施例的框图。部 分56可以包括有助于实现图1和图6的收发器64的所有功能的地埋数字信号处理器510。传感器部分68经由模数转换器(ADC)512与数字信号处理器510电连接。对于给定的应用而言，可以设置传感器的任何合适的组合，并且可以例如从加速度计520、磁力计522、温度传感器524、以及能够感测从钻柱排出之前的和/或在围绕钻柱的井下部分的环形区域内的钻井液的压力的压力传感器526中选择传感器的任何合适的组合。隔离器60被示意性地示出为将钻柱的井上部分400与钻柱的井下部分402分开，以用于传输模式和接收模式中的一种或两种，在传输模式中，数据被耦合在钻柱上，在接收模式中，从钻柱恢复数据。电子器件部分隔着由隔离器形成的电绝缘/隔离断开部通过第一引线528a和第二引线528b进行连接，第一引线528a和第二引线528可以共同用附图标记528表示。对于传输模式而言，使用电连接在地埋数字信号处理器510与引线528之间的天线驱动器部分530来直接驱动钻柱。通常，能够耦合到钻柱中的数据可以使用与用于驱动能够发射前述信号66(图1)的偶极天线540的任何频率不同的频率来调制，以避免发生干扰。当天线驱动器530关断时，开/关切换器(SW)550能够选择性地将引线528与带通滤波器(BPF)552连接，带通滤波器552具有与从钻柱接收到的数据信号的中心频率相对应的中心频率。BPF 552又与模数转换器(ADC)554连接，模数转换器554本身与数字信号处理部分510连接。从采用的调制的特定形式的方面考虑，本领域的普通技术人员能够很容易地构造数字信号处理部分中的调制数据的恢复。
仍参考图9，偶极天线540可以被连接用于传输模式和接收模式中的一种或两种，在传输模式中，将信号66传输到周围的大地中，在接收模式中，可以接收诸如图8的信号434等电磁信号。对于传输模式而言，使用电连接在地埋数字信号处理器510与偶极天线540之间的天线驱动器部分560来驱动天线。此外，信号66的频率通常与钻柱信号的频率完全不同，以避免两者之间的干扰。当天线驱动器560关断时，开/关切换器(SW)570能够选择性地将偶极天线540与带通滤波器(BPF)572连接，带通滤波器552具有与从偶极天线 接收到的数据信号的中心频率相对应的中心频率。BPF 572又与模数转换器(ADC)574连接，模数转换器574本身与数字信号处理部分510连接。从所采用的调制的一种或多种特定形式的方面考虑，并且从本发明的整个公开内容的方面考虑，在许多合适的实施例中，本领域的普通技术人员能够很容易地构造用于数字信号处理部分的收发器电子器件。从本文公开的教导方面考虑，可以以任何合适的方式修改图9所示的设计。
参考图1和图10，图11是可以构成与钻柱16耦合的地面收发器装置(整体用附图标记600表示)的一个实施例的部件的框图。地面电流互感器602定位在例如钻机14上，以耦合和/或接收来自钻柱16的信号。电流互感器602可以被电连接用于传输模式和接收模式中的一种或两种，在传输模式中，数据被调制在钻柱上，在接收模式中，从钻柱恢复调制数据。收发器电子封装件606与电流互感器连接，并且可以由电池供电。对于传输模式而言，使用电连接在地面数字信号处理器620与电流互感器602之间的天线驱动器部分610来驱动电流互感器。此外，能够耦合到钻柱中的数据可以使用与用于驱动地埋壳体54(图1)中的偶极天线540的频率不同的频率来调制，以避免干扰，以及区别于隔离器60(图9)驱动钻柱的地埋端上的信号的频率。当天线驱动器610关断时，开/关切换器(SW)620能够选择性地将电流互感器602与带通滤波器(BPF)622连接，带通滤波器622具有与从钻柱接收到的数据信号的中心频率相对应的中心频率。BPF622又与模数转换器(ADC)630连接，模数转换器630本身与数字信号处理部分632连接。应认识到，数字信号处理部分632和相关部件可以形成钻机的处理装置46(使用虚线示出)的一部分或经由合适的接口634与之连接。收发器606可以将命令发送至地埋工具，以用于各种目的，例如，控制传输功率、选择调制频率、改变数据格式(例如，降低波特率来增大解码范围)等。从所采用的调制的一种或多种特定形式的方面考虑，并且从本发明的整个公开内容的方面考虑，在许多合适的实施例中，本领域的普通技术人员能够很容易地构造用于数字信号处理部分的收发器电子器件。
仍参考图1和图10，在中继器实施例中，另一种地埋隔离器装置640(在一个虚线框示出)可以和地埋壳体54的另一实例一起代替电流互感器602。装置640可以包括根据本发明的地埋隔离器的任何合适的实施例，包括隔离器60的另一实例。在该装置中，隔离器60与收发器606(图10)连接并且作为一个单元被插入到钻柱的一个接头中，从而以相距地埋工具1000英尺(举例来说)的中继器的方式进行服务。因此，钻柱的部分400'可以将隔离器与钻机连接，而钻柱的部分402'用作钻柱的位于隔离器装置640与地埋工具处的隔离器60之间的中间部分。中继器单元可以例如插入到形成在图1的钻管段1与钻管段2之间的接头中。用于中继器应用的地埋壳体可以包括位于一端的阴螺纹配件和位于另一端的阳螺纹配件。当然，本领域的普通技术人员将认识到，阴阳螺纹配件式的适配器是已知的并且容易获得。在另一实施例中，隔离器装置640可以插入到接头中，而中继器电子器件容纳在压力桶中，压力桶可以由定中心器支撑在相邻钻管段的通道内。在另一实施例中，中继器电子器件可以被置于端载或侧载壳体中，以及插入到钻柱中，并且与隔离器电连通。此类端载或侧载壳体可以包括允许钻井液流动通过的通道。当然，在这些实施例的任一个中，中继器电子器件可以以与上述描述一致的方式与隔离器电连接。为了避免信号干扰，并且作为非限制性实例，中继器可以在一个载波频率获取源自地埋工具或另一中继器的信号，并且中继器电子器件可以在不同的载波频率沿钻柱向上重新传输信号，以使信号彼此区别开。作为另一实例，可以使用合适的调制来使信号能够区别开。因此，可以以任何合适的方式收纳中继器电子封装件，并且使中继器电子封装件与隔离器的信号耦合装置电连通，以基于所接收的数据信号产生可区别于所接收的数据信号的中继器信号。
现在将注意力转到图11，图11示出了根据本发明的地埋隔离器的整体用附图标记60'表示的另一实施例的示意性透视图。应注意的是，可以用与使用上述隔离器60的方式相同的方式使用隔离器60'。相同的附图标记用于表示隔离器60、60'共有的部件和特征。在使用变型部件或特征的情况下，将撇号(')标记添加至先前应用的附图 标记后。
一并参考图11至图13，现在将提供关于隔离器的实施例60'的细节。图12和图13是为了示出本实施例的细节而从不同角度获取的示意性分解透视图。如图12所示，阴螺纹端壳体210'包括具有周向侧壁构造254'的周向凸缘250'，该周向侧壁构造254'限定有多个凹陷部700。在本实施例中，每个凹陷部700被限定为通常不超过整个球形轮廓的二分之一(半球)的凹球面。每个凹陷部700构造为部分地收纳多个第一电绝缘体710中的一个，在本实施例中，每个电绝缘体为球形的形式。如图13所示，传动牙嵌壳体220'的周向端壁260'限定有与多个凹陷部700对应的多个凹陷部714，凹陷部714可以具有与凹陷部700相同的形状。如从图11中观察到的那样，当隔离器60'被装配好时，电绝缘体710锁卡在传动牙嵌壳体220'与阴螺纹端壳体210'之间，使得每个电绝缘体710被部分收纳在一个凹陷部700中且部分收纳在与该凹陷部700配合且相对的一个凹陷部714中。在本实施例中使用了十二个电绝缘体710和十二组相配合凹陷部。
仍参考图11至图13，多个第二电绝缘体730定位在传动牙嵌壳体220'的端面324'(图12)与支撑环734之间。在一个实施例中，电绝缘体730可以与电绝缘体710相同，但这不是必需的。在本实施例中，使用了八个电绝缘体730，但这不是必需的，而是可以使用任何合适数量的这样的电绝缘体730。每个电绝缘体730能够被部分收纳在限定在端面324'中的多个凹陷部738中的一个中，并且能够被部分收纳在由支撑环734所限定的多个配合凹陷部740(图13)中的一个中。支撑环734本身被接纳在紧固螺母242'的螺纹端240上，使得支撑环734能够相对于紧固螺母旋转。作为非限制性实例，可以通过以下方法完成装配：将传动牙嵌壳体220'安装在延伸轴222上，使得密封环226和间隔环228处于适当位置，从而将电绝缘体710锁卡在阴螺纹端壳体与传动牙嵌壳体之间。紧固螺母242'的轴240可以安装穿过环734并且穿过传动牙嵌壳体的内部空腔，使得螺纹轴240的螺纹与形成在阴螺纹端壳体210'的内表面238上的配合螺纹接合，以将电绝缘体730分别锁卡在传动牙嵌壳体和支撑环的彼此相对的一对 凹陷部738、740中。作为非限制性实例，紧固螺母242'然后可以被拧紧到诸如2500英尺-磅等合适的值，以将压缩力施加到电绝缘体710以及电绝缘体730上，使得压缩预载荷被施加到所有电绝缘体上。施加在单个电绝缘体上的预载荷压缩力的大小可以基于任何给定钻机能够产生的回缩力和/或钻头力(推和/或拉)的大小。压缩预载荷以压缩力的形式被施加在传动牙嵌壳体的相反两端上，并且继而在延伸轴222中产生与压缩预载荷互补的预载荷张力。换言之，由于传动牙嵌壳体220'经由支撑环734被压缩在周向凸缘250'与紧固螺母242之间，所以压缩预载荷试图拉伸延伸轴222。然后，可以使用锁紧螺钉346安装电缆100，并使电缆100从阳螺纹端壳体200'的内部穿过。然后，可以将阳螺纹端壳体拧紧到传动牙嵌壳体220'的螺纹端348上，尽管也可以采用任何合适的安装形式来安装阳螺纹端壳体。
考虑到上述情况，传动牙嵌壳体220'与阳螺纹端壳体200'电接触，但紧固螺母242'和阴螺纹端壳体210'通过密封环226、间隔环228、电绝缘体710和电绝缘体730而与传动牙嵌壳体220'电隔离。因此，通过这些绝缘元件的合作，在钻柱中形成电隔离断开部。同时，阳螺纹端壳体可以与钻柱的井下部分物理接合，并且保持与传动牙嵌壳体的电连通。通过移除阳螺纹端壳体200'，可以在隔离器中很容易地访问或更换电缆100。
在作业期间，可以沿箭头所示的方向施加推力300。当隔离器60'从钻柱的井上部分接收到该推力时，最初由阴螺纹端壳体210'接收该推力，然后该推力通过压缩电绝缘体710而立即传递到传动牙嵌壳体220'。如上所述，传动牙嵌壳体220'例如通过螺纹接合而与阳螺纹端壳体200'直接接合，以将推力传递至钻柱的井下部分402(图6)。与在关于电绝缘体274的实施例60中一样，推力300不将压缩力施加到电绝缘体730上，而是实际上减小可由紧固螺母242'施加在这些绝缘体上的任何压缩预载荷。在施加与箭头300相反的拉力期间，钻柱的井上部分400拉动阴螺纹端壳体210'和与阴螺纹端壳体螺纹接合的紧固螺母242'。这会导致电绝缘体730通过支撑环734而被压抵在传动牙嵌壳体220'的端面324'(图12)上，从而传动牙嵌壳体沿 井上方向受迫移动。因为传动牙嵌壳体220'与阳螺纹端壳体200'螺纹接合，所以阳螺纹端壳体200也沿井上方向移动，从而沿井上方向拉动钻柱的井下部分402。响应于沿任一方向的旋转，来自钻柱的井上部分400的旋转扭矩以导致弯曲/剪切应力被施加在电绝缘体710上的方式由阴螺纹端壳体210'接收。另一方面，至少出于支撑环734可以相对于紧固螺母242'旋转的原因，电绝缘体730不会受到这种因旋转扭矩而产生的弯曲/剪切应力。
如上所示，电绝缘体710、730可以由当前可用或尚待开发的相同材料或不同材料形成。此外，在一些实施例中，电绝缘体710可以由与电绝缘体730不同的材料形成。作为非限制性实例，合适的材料包括氮化硅和相变增韧氧化锆。申请人进行的实验测试证明：仅三个球形氮化硅电绝缘体的布置能够承受3倍的典型钻杆段的额定转矩。在其它实施例中，电绝缘体710、730中的任一组或两组可包括除球形以外的形状的外周轮廓。在这些实施例中，锁卡电绝缘体的凹陷部可以包括互补的形状。作为非限制性实例，其它合适的形状可以包括大范围的几何形状，包括但不限于细长的例如圆柱或正四棱柱。此外，可以以任何合适的方式改变电绝缘体的布局。例如，可以采用将电绝缘体设置成同心环的布局。
参考图14，以示意性剖切透视图的形式示出了根据本发明而制成的地埋工具，并且该地埋工具整体用附图标记800表示。出于进一步说明的目的，图15和图16以分解透视图的形式示出了地埋工具800，并且图15和图16是从合适的角度拍摄的，以示出各个部件的相反端部。在本实施例中，地埋工具为内部已经集成有电隔离件的钻头或刀头。具体而言，钻头804可以用作钻柱的地埋远端。钻头位于钻头壳体810的一端，而钻头壳体810的另一端814可以构造为以下述方式与传动牙嵌壳体220'接合：所述方式与图11至图13中阳螺纹端配件200'与传动牙嵌壳体220'之间的接合一致。例如，另一端814可以与传动牙嵌壳体螺纹接合。钻头壳体810可以限定用于收纳诸如先前所述的电子封装件56等合适电子封装件的空腔。例如，电子封装件安装取向和位置可使用能穿过分别位于钻头壳体和电子封装件 中的对应开口814a、814b的弹簧销812(图15)来确定。电缆100例如可以通过管塞配件815(图15和图16)而被电子封装件收纳。盖件816可以通过紧固件820而被保持在适当位置，以方便对电子器件56的安装和移除。一个或更多个狭槽420可以设置为用于以与上文中的描述一致的方式发射信号66和/或接收来自诸如地上便携式设备等另一来源的电磁信号824(图14)。泥浆通道830可以引导钻井泥浆通过电子封装件，从而以任何合适的方式从钻头804排出钻井泥浆。
在图14中，根据本发明的地埋工具的另一实施例可以基于图3和图4的地埋工具60的构造，并且采用诸如在相应附图中可见的筒状电绝缘体或其它合适形状的电绝缘体。具体而言，图14的钻头壳体810例如可以通过与图3和图4的传动牙嵌壳体220的螺纹端348螺纹接合而被固定。
参考图2、图11和图14，应理解的是，诸如图14的钻头壳体等地埋工具可以安装在图2和图11中的任一图的阳螺纹壳体的适当位置中，从而形成互换性系统的基础件。作为该系统的一部分，如图2和图11所示，当地埋隔离器上设置有相对的钻管配件时，本装置可以插入到钻柱中的相邻钻杆之间的任何接头中，以形成钻柱的总长的一部分。相关电子器件可以以任何合适的方式容纳在地埋隔离器的外部或内部。例如，阳螺纹端壳体200(图3)、200'可以进一步伸长并且构造为支撑任何所需的电子封装件。此外，可以提供互换性配件的选择，互换性配件包括但不局限于包括阳螺纹端壳体和/或阴螺纹端壳体的钻管配件、钻头和扩孔器。不管在任何给定时间使用的配件如何，应认识到，出于维护和/或修理的目的，可以很容易地接触到共同配合以提供电隔离的这些组件的各个部件。
现在将注意力转到图17和图18，图17和图18示出了根据本发明而制成且整体用附图标记900表示的地埋工具系统。图17是示意性装配透视图，而图18是示意性分解透视图。在所示实施例中，地埋工具系统支撑扩孔器904，扩孔器904的一端具有用于拉动公用设施穿过地下的拉片908。当然，如上所述，例如基于图8的实施例， 可以在扩孔器与公用设施之间施加张力监测装置。阴螺纹端壳体210'和传动牙嵌壳体220'可以以与上文中的描述一致的方式与诸如电绝缘体710、730等相关部件一起使用。在另一实施例中，图2至图4的阴螺纹端壳体210和传动牙嵌壳体220可以以与涉及这些附图的以上描述一致的方式与诸如电绝缘体270、320等相关部件一起使用。因此，读者可以参考上文出现的详细讨论。
继续参考图17和图18，电子器件壳体920可以可拆卸地安装在使用中的传动牙嵌壳体的给定实施例(例如传动牙嵌壳体220')上。这种安装例如可以通过螺纹接合或通过任何合适的机构实现。壳体920包括伸长的长度和相反端924，相反端924限定有合适的配件，该配件用于接合诸如扩孔器904等用作钻柱的地埋远端的地埋工具。在本实施例中，该相反端924为阴螺纹端配件，并且扩孔器904包括阳螺纹端配件926。壳体920限定有用于以与关于图14至图15的描述一致的方式收纳和支撑电子封装件56的内部空腔，尽管也可以使用任何适合的其它布置。由于该盖件816'限定有可初始收纳在壳体920的配合部内的突出部930，因此可以使用单个紧固件820安装盖件816'。然后，通过紧固件820的安装，可将盖件保持在地埋操作期间的安装位置。可以使用例如以图14的通道830的方式形成的通道来支撑钻井液的流动。应认识到，可以很容易地以诸如图7的钻头50等不同的地埋工具来代替扩孔器904。
对于为在钻柱中形成电隔离断开部或电隔离间隙而使用的壳体和电绝缘体的具体形式和/或组合而言，前述描述并不意在进行限制。就此而言，只要实施了本文公开的教导，则用于形成电隔离钻柱间隙的任何合适的修改都被视为在本发明的保护范围之内。因此，本发明提供了这样的互换性地埋工具系统的实施例：其各种形式中任一种均有助于使用钻柱作为电导体进行通信，同时保持符合甚至超过组成钻柱的钻杆本身的力学特性的稳固的机械力学特性。本发明提出了迄今未曾见过的这种系统、相关部件和方法。本发明消除了下述现有技术的限制：试图通过引入由电绝缘体形成但仍然受到全工作载荷的实际上脆弱的环形连接件来提供钻柱中的电隔离断开部的现有技术；或试 图使用会因被磨穿而受到损害且相对较薄的绝缘/介电材料层的现有技术。
出于解释和说明的目的提供了对本发明的上述说明。其意图不在于穷举或将本发明限制为所公开的确切形式，并且鉴于上述教导可以做出其它的实施例、修改和变型，其中本领域技术人员可认识到这些教导的某些修改、替换、增加和子组合。
总体而言，本文至少公开了以下内容。地埋隔离器和相关方法可以使用由壳体进行支撑的电绝缘部件/绝缘体提供钻柱中的电隔离断开部。在钻柱操作期间，绝缘体响应于钻柱的延伸(推)和回缩(拉)而受到压缩力。绝缘体可以由诸如陶瓷材料等电绝缘材料形成。本文描述了整体地用于提供钻柱中的电隔离间隙的互换性地埋工具系统。构思
本文还至少公开了以下构思。
构思1.一种用于与钻柱组合使用的装置，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述装置包括：
第一组电绝缘体和第二组电绝缘体；以及
壳体，其限定有沿着所述壳体的长度的通道，并且所述壳体构造为支撑所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体以使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体处于沿着所述长度间隔开的关系并且使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体环绕所述通道，使得：响应于所述钻机对所述钻柱的推动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的一组电绝缘体受到第一压缩力，而响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的另一组电绝缘体受到第二压缩力，在所述钻机进行所述推动和所述拉动期间，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的任一组不受到张力，由此在所述钻柱中形成电隔离断开部。
构思2.根据构思1所述的装置，其中，所述壳体构造为使得：响应于所述钻机对所述钻柱的推动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述一组电绝缘体受到所述第一压缩力，而所述另一 组电绝缘体不受到所述第一压缩力，并且响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述另一组电绝缘体受到所述第二压缩力，而所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述一组电绝缘体不受到所述第二压缩力。
构思3.根据构思1或2所述的装置构造为插入到所述钻柱中，以便然后形成所述钻柱的总长的一部分。
构思4.根据构思1或2所述的装置构造为形成所述地埋工具的一部分。
构思5.根据构思1-4所述的装置构造为：响应于由所述钻机施加在所述钻柱上的旋转扭矩，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的选定的一组电绝缘体受到额外的压缩力。
构思6.根据构思5所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的仅所述选定的一组电绝缘体受到所述额外的压缩力。
构思7.根据构思1-6所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体由相同的材料形成。
构思8.根据构思1-6所述的装置，其中，所述第一绝缘部件和所述第二绝缘部件为陶瓷材料。
构思9.根据构思8所述的装置，其中，所述陶瓷材料选自增韧氧化锆和氮化硅陶瓷中的至少一种。
构思10.根据构思1所述的装置，其中，每个电绝缘体具有球形构造。
构思11.根据构思1-9所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体包括多个细长部件，并且所述壳体将所述多个细长部件锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思12.根据构思11所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体的所述多个细长部件中的每一个是限定有伸长轴线的柱状部件，并且所述壳体支撑所述第二组电绝缘体的所述多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸。
构思13.根据构思12所述的装置，其中，每个柱状部件形成为 具有实芯。
构思14.根据构思12或13所述的装置，其中，响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，所述多个柱状部件受到所述第二压缩力。
构思15.根据构思14所述的装置，其中，所述第二压缩力被施加在每个柱状部件的一对相反端面上。
构思16.根据构思12-15所述的装置，其中，所述壳体支撑六个所述柱状部件。
构思17.根据构思1-9所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体包括多个细长部件，并且所述壳体将所述第二组电绝缘体的所述多个细长部件锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思18.根据构思17所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体的所述多个细长部件中的每一个是限定有伸长轴线的柱状部件，并且所述壳体支撑所述第二组电绝缘体的所述多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸。
构思19.根据构思18所述的装置，其中，响应于所述钻机对所述钻柱的推动，所述第二组电绝缘体的所述多个柱状部件受到所述第一压缩力。
构思20.根据构思19所述的装置，其中，所述第一压缩力被施加在所述第二组电绝缘体的每个柱状部件的筒状侧壁的相反侧边缘上。
构思21.根据构思18-20所述的装置，其中，所述钻机构造为对所述钻柱施加旋转，并且所述壳体构造为对所述第二组电绝缘体的所述柱状部件施加额外的压缩力，以将旋转扭矩传递至所述地埋工具。
构思22.根据构思21所述的装置，其中，所述额外的压缩力施加在每个柱状部件的筒状侧壁上。
构思23.根据构思19-22所述的装置，其中，所述壳体支撑六个所述柱状部件。
构思24.根据构思1-9所述的装置，还包括：
所述第一组电绝缘体包括多个第一柱状部件，并且所述壳体将 所述多个第一柱状部件锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的第一均匀间隔分布；并且
所述第二组电绝缘体包括多个第二柱状部件，并且所述壳体将所述多个第二柱状部件锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的第二均匀间隔分布。
构思25.根据构思24所述的装置，其中，所述多个第一柱状部件中的每一个被支撑为限定有至少与所述中心线大致平行的伸长轴线，并且所述多个第二柱状部件中的每一个被支撑为限定有自所述中心线起至少大致沿径向延伸的伸长轴线。
构思26.根据构思1-25所述的装置，其中，所述壳体包括传动牙嵌壳体，所述传动牙嵌壳体具有：(i)第一端，其构造为与第一端配件接合，以便与所述第一端配件一起固定地旋转及与所述第一端配件电接触；以及(ii)与所述第一端相反的第二端，其构造为与第二端配件可旋转地接合。
构思27.根据构思26所述的装置，其中，所述第一端配件是阳螺纹配件，并且所述第二端配件是阴螺纹配件。
构思28.根据构思26或27所述的装置，其中，所述传动牙嵌壳体和所述第二端配件构造为相互协作，以将所述第二组电绝缘体锁卡在所述传动牙嵌壳体与所述第二端配件之间。
构思29.根据构思28所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体包括多个柱状细长部件，所述多个柱状细长部件被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思30.根据构思29所述的装置，其中，所述传动牙嵌壳体的所述第二端限定有周向端壁，当所述传动牙嵌壳体与所述第二端配件可旋转地接合时，所述周向端壁设置为与所述第二端配件的周向侧边缘处于面对关系，以共同限定多个凹部，每个凹部锁卡有所述多个柱状细长部件中的一个。
构思31.根据构思30所述的装置，其中，每个凹部均包括：第一柱状肩部，其形成所述传动牙嵌壳体的一部分；以及第二柱状肩部，其形成所述第二端配件的一部分，所述第二柱状肩部以所述面对关系 面对所述第一柱状肩部，以相对于所述中心线至少大致沿径向支撑每个柱状细长部件的伸长轴线。
构思32.根据构思28所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体包括多个球形部件，所述多个球形部件被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思33.根据构思32所述的装置，其中，所述传动牙嵌壳体的所述第二端限定有周向端壁，当所述传动牙嵌壳体与所述第二端配件可旋转地接合时，所述周向端壁设置为与所述第二端配件的周向侧边缘处于面对关系，以共同限定多个球形凹部，每个球形凹部将所述多个球形部件中的一个锁卡在所述传动牙嵌壳体与所述第二端配件之间。
构思34.根据构思26所述的装置，其中，所述传动牙嵌壳体限定有用于可旋转地收纳所述第二端配件的延伸部的内部通道，并且所述延伸部限定有孔，所述孔用于可拆卸地收纳与所述第二端配件电接触的紧固螺母，使得所述第一组电绝缘体被锁卡在所述传动牙嵌壳体与所述紧固螺母之间，并且所述紧固螺母与所述第二端配件协作而形成与所述第一端配件和所述传动牙嵌壳体电隔离的电气通路。
构思35.根据构思34所述的装置，其中，所述紧固螺母包括头部，所述头部被支撑在由所述第一端配件限定的内部通道中，从而经由所述紧固螺母将电信号从所述内部通道联接至所述第二端配件。
构思36.根据构思35所述的装置，其中，所述紧固螺母和所述第二端配件的所述延伸部构造为螺纹接合。
构思37.根据构思1所述的装置。其中，所述壳体构造为：响应于由所述钻机施加在所述钻柱上的旋转扭矩，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的选定的一组电绝缘体受到弯曲力。
构思38.根据构思37所述的装置，其中，所述壳体还构造为：使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述选定的一组电绝缘体受到弯曲力，而不使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的另一组电绝缘体受到弯曲力。
构思39.根据构思1所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体 中的每个电绝缘体包括相同的外周轮廓，并且所述第一组电绝缘体的多个电绝缘体被所述壳体锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思40.根据构思39所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体中的每一个具有球形构造。
构思41.根据构思40所述的装置，其中，每个球形部件形成为具有实芯。
构思42.根据构思39-41所述的装置，其中，所述壳体支撑有作为所述第一组电绝缘体的八个电绝缘体。
构思43.根据构思39-42所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体中的每一个电绝缘体由氮化硅形成。
构思44.根据构思1-9所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体中的每个电绝缘体包括相同的外周轮廓，并且所述第二组电绝缘体的多个电绝缘体被所述壳体锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思45.根据构思44所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体中的每一个具有球形构造。
构思46.根据构思45所述的装置，其中，每个球形部件形成为具有实芯。
构思47.根据构思45或46所述的装置，其中，所述壳体支撑有作为所述第二组电绝缘体的十二个电绝缘体。
构思48.根据构思44-47所述的装置，其中，所述第二组电绝缘体中的每一个电绝缘体由氮化硅形成。
构思49.根据构思1-48所述的装置，其中，所述壳体构造为在压缩预载荷下支撑第一组电绝缘体和第二组电绝缘体，所述压缩预载荷被施加为：响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力，施加在每个电绝缘体上的整体压缩力发生变化。
构思50.根据构思49所述的装置，其中，所述壳体是导电的。
构思51.根据构思49或50所述的装置，其中，所述壳体构造为至少在每个电绝缘体上保持一定的压缩力，所述一定的压缩力对应 于所述推力和所述拉力的范围并且基于所述钻机能够施加在所述钻柱上的推力和拉力的给定值。
构思52.一种用于与钻柱组合使用的装置，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述钻机构造为：使所述钻柱旋转，从而在所述钻柱上施加旋转扭矩，所述装置包括：
壳体，其构造为支撑能够将所述钻柱的井下部分与所述钻柱的井上部分电隔离的一组电绝缘体，并且构造为支撑所述一组电绝缘体，使得响应于所述旋转扭矩，所述一组电绝缘体仅受到压缩力。
构思53.根据构思52所述的装置，其中，所述壳体限定有当所述壳体插入到所述钻柱中时与所述钻柱的通孔对准的通道。
构思54.根据构思52或53所述的装置，其中，所述电绝缘体由陶瓷材料形成。
构思55.根据构思54所述的装置，其中，所述陶瓷材料为增韧氧化锆。
构思56.根据构思52-55所述的装置，其中，所述一组电绝缘体包括多个细长部件，并且所述多个细长部件被所述壳体锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思57.根据构思56所述的装置，其中，所述多个细长部件中的每一个是限定有伸长轴线的柱状部件，并且所述壳体支撑多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸。
构思58.根据构思57所述的装置，其中，所述钻机构造为对所述钻柱施加旋转，并且所述壳体构造为对所述柱状部件施加压缩力，以将所述旋转传递至所述钻柱的地埋端。
构思59.根据构思58所述的装置，其中，所述压缩力施加在每个柱状部件的筒状侧壁上。
构思60.根据构思57-59所述的装置，其中，所述壳体支撑六个所述柱状部件。
构思61.一种用于将钻柱的井下部分与所述钻柱的井上部分电隔离的方法，所述钻柱包括具有地埋工具的地埋远端，使得所述钻柱 从所述地埋远端延伸至钻机，所述方法包括：
在具有壳体长度的壳体中，支撑第一组电绝缘体和第二组电绝缘体，使得所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体处于沿着所述壳体长度间隔开的关系；以及
响应于所述钻机对所述钻柱的推动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的一组电绝缘体受到第一压缩力，而响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的另一组电绝缘体受到第二压缩力，并且在所述钻机进行所述推动和所述拉动期间，不使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的任一组受到张力，由此在所述钻柱中形成电隔离断开部。
构思62.根据构思61所述的方法，包括：将所述壳体构造为插入到所述钻柱中，以便然后使所述壳体形成所述钻柱的总长的一部分。
构思63.根据构思61所述的方法，包括：将所述壳体构造为所述地埋工具的一部分。
构思64.根据构思61-63所述的方法，包括：所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体使用相同的材料。
构思65.根据构思61-64所述的方法，包括：所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体使用陶瓷材料。
构思66.根据构思65所述的方法，包括：采用增韧氧化锆和氮化硅中的至少一者作为所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体所使用的陶瓷材料。
构思67.根据构思61-66所述的方法，包括：提供呈球形的每个电绝缘体。
构思68.根据构思61-66所述的方法，包括：将所述第一组电绝缘体形成为多个细长部件，并且使所述多个细长部件在所述壳体中被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思69.根据构思68所述的方法，包括：将所述多个细长部件中的每一个形成为限定有伸长轴线的柱状部件，并且支撑多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线与所述中心线至少大致平行。
构思70.根据构思69所述的方法，包括：从所述钻机对所述钻柱进行拉动，以使所述多个柱状部件受到所述第二压缩力。
构思71.根据构思70所述的方法，包括：将所述压缩力施加在每个柱状部件的一对相反端面上。
构思72.根据构思69-71所述的方法，包括：将六个所述柱状部件支撑在所述壳体中。
构思73.根据构思61-66所述的方法，包括：将所述第二组电绝缘体形成为多个细长部件，并且使所述多个细长部件在所述壳体中被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思74.根据构思73所述的方法，包括：将所述多个细长部件中的每一个形成为限定有伸长轴线的柱状部件，并且支撑多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸。
构思75.根据构思74所述的方法，包括：将每个柱状部件形成为具有实芯。
构思76.根据构思74或75所述的方法，包括：从所述钻机对所述钻柱进行推动，以使所述细长部件受到所述第一压缩力。
构思77.根据构思76所述的方法，包括：将所述第一压缩力施加在每个柱状部件的筒状侧壁的相反侧边缘上。
构思78.根据构思74-77所述的方法，其中，所述钻机构造为对所述钻柱施加旋转，所述方法包括：对每个柱状部件施加额外的压缩力，以将所述旋转传递至所述钻柱的井下部分。
构思79.根据构思78所述的方法，包括：将所述额外的压缩力施加在每个柱状部件的筒状侧壁上。
构思80.根据构思76-79所述的方法，包括：将六个所述柱状部件支撑在所述壳体中。
构思81.根据构思61所述的方法，包括：响应于由所述钻机施加在所述钻柱上的旋转扭矩，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的选定的一组电绝缘体受到弯曲力。
构思82.根据构思81所述的方法，包括：使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述选定的一组电绝缘体受到弯曲力， 而不使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的另一组电绝缘体受到弯曲力。
构思83.根据构思1所述的方法，其中，所述第一组电绝缘体中的每个电绝缘体包括相同的外周轮廓，并且所述方法包括使多个电绝缘体被锁卡为具有围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思84.根据构思81-83所述的方法，其中，每个电绝缘体形成为球形构造。
构思85.根据构思81-84所述的方法，其中，每个电绝缘体形成有实芯。
构思86.根据构思61-85所述的方法，包括：在由所述壳体所施加的压缩预载荷下支撑所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体，使得施加在每个电绝缘体上的整体压缩力响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力而变化。
构思87.根据构思86所述的方法，包括：响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力的任何值而至少在每个电绝缘体上保持一定的压缩力，所述任何值基于所述钻机能够施加在所述钻柱上的推力和拉力的给定值。
构思88.一种在从钻机延伸至地埋远端的导电钻柱中形成电隔离断开部的方法，其中所述钻机构造为使所述钻柱旋转，以对所述地埋远端施加旋转扭矩，所述方法包括：
在所述钻柱中设置壳体以便支撑细长部件的布置结构，并且使所述细长部件响应于所述旋转扭矩仅受到压缩力，所述细长部件为将所述钻柱的包括所述远端的井下部分与所述钻柱的井上部分隔离开的电绝缘体。
构思89.根据构思88所述的方法，包括：在所述壳体中限定当所述壳体插入到所述钻柱中时与所述钻柱的通孔对准的通道。
构思90.根据构思88或89所述的方法，包括：以陶瓷材料来提供电绝缘材料。
构思91.根据构思90所述的方法，其中，所述陶瓷材料为增韧氧化锆。
构思92.根据构思88-91所述的方法，包括：将所述壳体中的多个细长部件锁卡为围绕所述壳体的中心线的均匀间隔分布。
构思93.根据构思88-92所述的方法，包括：将所述多个细长部件中的每一个构造为限定有伸长轴线的柱状部件，并且在所述壳体中支撑所述多个柱状部件中的每一个以使其伸长轴线自所述中心线起至少大致沿径向延伸。
构思94.根据构思93所述的方法，其中，所述钻机构造为对所述钻柱施加旋转，并且所述方法包括从所述壳体对所述柱状部件施加额外的压缩力，以将旋转传递至所述钻柱的井下部分。
构思95.根据构思94所述的方法，包括：将所述压缩力施加在每个柱状部件的筒状侧壁上。
构思96.根据构思93-95所述的方法，包括：将所述壳体构造为支撑六个所述柱状部件。
构思97.一种用于与导电钻柱组合使用的装置，所述钻柱从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述装置包括：
多个电绝缘体；以及
壳体，其限定有通道并且具有伸长的壳体长度，所述壳体构造为在压缩预载荷下支撑所述多个电绝缘体，所述压缩预载荷是由所述壳体沿与所述伸长的壳体长度对准的方向施加的，使得施加在所述电绝缘体上的整体压缩力响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力而变化，并且所述电绝缘体与所述壳体协作以形成所述地埋远端与所述钻机之间的电隔离间隙。
构思98.根据构思97所述的装置，其中，所述壳体构造为至少在每个电绝缘体上保持一定的压缩力，所述一定的压缩力对应于所述推力和所述拉力的范围并且基于所述钻机能够施加在所述钻柱上的推力和拉力的给定值。
构思99.根据构思98所述的装置，其中，所述壳体构造为支撑作为第一组电绝缘体和第二组电绝缘体的所述多个电绝缘体以使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体处于沿着所述壳体长度间隔开的关系，并且使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体环绕 所述通道，所述壳体构造为：响应于所述钻机对所述钻柱的推动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的一组电绝缘体受到增大的压缩力，而使另一组电绝缘体受到减小的压缩力。
构思100.根据构思99所述的装置，其中，所述壳体还构造为：响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述另一组电绝缘体受到增大的压缩力，而使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述一组电绝缘体受到减小的压缩力。
构思101.一种用于在导电钻柱中形成电隔离间隙的方法，所述电隔离间隙位于所述钻柱的包括地埋工具的地埋远端与钻机之间，所述钻柱延伸到所述钻机，所述方法包括：
提供多个电绝缘体；
形成限定有通道并且具有伸长的壳体长度的壳体，所述壳体构造为支撑所述多个电绝缘体；以及
沿与所述钻柱的伸长轴线对准的方向从所述壳体将压缩预载荷施加到所述电绝缘体上，使得施加在所述电绝缘体上的整体压缩力响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力而变化，并且所述电绝缘体与所述壳体协作以形成所述地埋远端与所述钻机之间的电隔离间隙。
构思102.根据构思101所述的方法，包括：响应于所述钻机施加在所述钻柱上的推力和拉力的任何值而在每个绝缘体上至少保持一定的压缩力，所述的推力和拉力的任何值基于所述钻机能够施加在所述钻柱上的推力和拉力的给定值。
构思103.根据构思102所述的方法，包括：将所述壳体构造为：支撑作为第一组电绝缘体和第二组电绝缘体的所述多个电绝缘体以使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体处于沿着所述壳体长度间隔开的关系，并且使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体环绕所述通道，所述壳体构造为：响应于所述钻机对所述钻柱的推动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的一组电绝缘体受到增大的压缩力，而使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中 的另一组电绝缘体受到减小的压缩力。
构思104.根据构思103所述的方法，包括：将所述壳体进一步构造为：响应于所述钻机对所述钻柱的拉动，使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述另一组电绝缘体受到增大的压缩力，而使所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体中的所述一组电绝缘体受到减小的压缩力。
构思105.一种用于与钻柱组合使用的装置，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述装置包括：
第一组电绝缘体和第二组电绝缘体；
第一壳体，其能够导电并且限定有第一钻柱配件；
第二壳体，其能够导电且具有相反的第一端和第二端，并且构造为与所述第一壳体协作以将所述第一组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第一端，并且将所述第二组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第二端，使得所述第一壳体与所述第二壳体电隔离；以及
互换性主体，其能够导电且构造为与所述第二壳体的所述第二端可拆卸地固定接合，并且能够选择所述互换性主体作为以下两者中的任一者：(i)所述地埋工具，以形成所述钻柱的所述地埋远端；以及(ii)相反的第二钻柱配件，使得所述装置能够插入到所述钻柱中的接头中，在所述装置不插入到所述接头中的情况下，随着所述钻柱的延伸，所述接头将形成在相邻钻杆之间。
构思106.根据构思105所述的装置，其中，作为地埋工具的所述互换性主体能够被选择作为钻头和扩孔器中的任一者。
构思107.根据构思105或106所述的装置，其中，所述第一组电绝缘体锁卡在所述第二壳体的所述第一端的端面与所述第一壳体之间。
构思108.根据构思105-107所述的装置，其中，所述第一壳体与所述第二壳体协作以将压缩预载荷施加在所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体上，从而从所述第二壳体的相反的第一端和第二端将对应的预载荷压缩力施加在所述第二壳体上，并且使所述第一壳体的一部分受到与所述对应的预载荷压缩力互补的张力。
构思109.一种用于提供与钻柱组合使用的装置的方法，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述方法包括：
提供第一组电绝缘体和第二组电绝缘体；
将第一壳体构造为能够导电并且限定有第一钻柱配件；
将第二壳体构造为能够导电且具有相反的第一端和第二端，所述第二壳体与所述第一壳体协作以将所述一组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第一端，并且将所述第二组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第二端，使得所述第一壳体与所述第二壳体电隔离；以及
形成互换性主体，所述互换性主体能够导电且构造为与所述第二壳体的所述第二端可拆卸地固定接合，并且能够选择所述互换性主体作为以下两者中的任一者：(i)所述地埋工具，以形成所述钻柱的所述地埋远端；以及(ii)相反的第二钻柱配件，使得所述装置能够插入到所述钻柱中的接头中，在所述装置不插入到所述接头中的情况下，随着所述钻柱的延伸，所述接头将形成在相邻钻杆之间。
构思110.根据构思109所述的方法，包括：将所述互换性主体选择作为地埋工具、钻头和扩孔器中的一者。
构思111.根据构思109或110所述的方法，包括：将所述第一组电绝缘体锁卡在所述第二壳体的所述第一端的端面与所述第一壳体之间。
构思112.根据构思109-111所述的方法，包括：将所述第一壳体构造为与所述第二壳体协作以将压缩预载荷施加在所述第一组电绝缘体和所述第二组电绝缘体上，从而从所述第二壳体的相反的第一端和第二端将对应的预载荷压缩力施加在所述第二壳体上，并且使所述第一壳体的一部分受到与所述对应的预载荷压缩力互补的张力。
构思113.一种用于与钻柱组合使用的装置，所述钻柱能够导电并且从包括地埋工具的地埋远端延伸至钻机，所述装置包括：
第一组电绝缘体和第二组电绝缘体；
第一壳体，其能够导电并且限定有第一钻柱配件；
第二壳体，其能够导电且具有相反的第一端和第二端，并且构 造为与所述第一壳体协作以将所述一组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第一端，并且将所述第二组电绝缘体支撑在所述第二壳体的所述第二端，使得所述第一壳体与所述第二壳体电隔离；以及
互换性主体，其能够导电且构造为与所述第二壳体的所述第二端可拆卸地固定接合，并且所述互换性主体构造为执行至少两种不同的地埋操作中的选定的一个操作。