一种用于注水井的可穿越式井下测试装置的制作方法

1.本发明涉及采油工程领域，更具体地，涉及一种用于注水井的可穿越式井下测试装置。


背景技术：

2.液控注水工艺是一种海上油田常用的井下分注技术，其采用液压方式控制，由于主要采用机械式控制调配方法，长期使用可靠性高，在注水井得到了推广应用，取得良好的应用效果。
3.机械式注水调配井常用的井下测试方法是利用电缆带测试仪器进行流量测试，测试时需要配套电缆绞车等设备，不仅占用井口且存在作业效率低的问题。液控注水工艺相较于常规的分注技术具备在井口进行调配的优势功能，但不具备井下注水数据(流量、压力、温度)的测试功能，无法直观判断各层注水情况。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种用于注水井的可穿越式井下测试装置，设置在注水管柱上，包括上过渡段、主体、下过渡段，以及电缆；
5.所述上过渡段和下过渡段分别设置有所述主体的上下两端，且所述上过渡段和下过渡段的外径小于所述主体的外径，以在所述主体的上下两端形成阶梯面，所述上过渡段和下过渡段设置为连接所述注水管柱；
6.所述上过渡段、主体、下过渡段设有上下贯通的中心通道，用以流体通过；
7.所述主体上设有多个检测器，多个检测器设置为测量以下参数的中的多种：所述中心通道内的流量、所述中心通道内的流体压力、所述主体所处井筒的压力、所述主体内外的温度；
8.所述主体内设有空腔，所述空腔内设有电路组件，所述电路组件分别与多个所述检测器电连接，所述电缆伸入所述空腔内且与所述电路组件连接，用以为电路组件供电和通讯；
9.所述主体开设有沿其长度方向延伸且连通所述空腔的穿线孔，所述电缆设置为在所述阶梯面穿入所述穿线孔，所述穿线孔内设有电缆紧固件，用以将所述电缆锁定在所述穿线孔内。
10.一种可能的设计，所述电缆包括上电缆，所述上电缆由所述主体上端穿入并电连接所述电路组件；
11.或者，所述电缆包括上电缆和下电缆，所述上电缆和下电缆分别由所述主体的上端和下端穿入并分别连接所述电路组件。
12.一种可能的设计，所述主体包括上接头、中心体和下接头，所述上接头和下接头分别设置在所述中心体的上、下两端，且分别与所述上过渡段和所述下过渡段相接。
13.一种可能的设计，所述中心体包括内管和外管，所述外管套设在所述内管的外侧，
所述内管和外管都与所述上接头和所述下接头连接，所述外管和内管之间围成所述空腔；多个所述检测器包括流量测试探头、外压传感器和内压传感器，所述内管的管壁设有流量测试探头，所述外压传感器和内压传感器设置在所述空腔内。
14.一种可能的设计，所述内管的外壁设有两个突出的环形筋，两个所述环形筋将所述空腔分隔为由上至下依次设置的传感器腔、电路腔和预制腔，所述电路组件设置在所述电路腔内，所述外压传感器和内压传感器设置在传感器腔。
15.一种可能的设计，所述外压传感器和所述内压传感器沿所述主体的周向布置，所述外压传感器和所述内压传感器嵌入所述上接头，所述外压传感器和所述内压传感器的检测端都背向所述传感器腔的腔壁，所述上接头设有连通外压传感器的检测端与中心通道的第一流道，以及连通所述内压传感器的检测端与外界的第二流道。
16.一种可能的设计，所述穿线孔包括设置在上接头和下接头上的第一孔段，以及设置在所述环形筋上的第二孔段，所述第一孔段和所述第二孔段沿直线布置；所述电缆紧固件包括设置在所述第一孔段两端的电缆卡套接头，以及设置在所述第二孔段内的电缆固定接头，所述电缆卡套接头和电缆固定接头套在电缆上并箍紧电缆。
17.一种可能的设计，所述内管在与所述上接头和下接头的连接处设有第一密封圈，所述外管在与所述上接头和下接头的连接处设有第二密封圈，所述环形筋与所述外管内壁之间设有第三密封圈。
18.一种可能的设计，所述下接头设置在所述外管内，所述外管的底部设有固定套，所述固定套与所述下接头相抵，以限位所述下接头。
19.一种可能的设计，所述电路组件包括测试电路模块和主控电路模块，所述测试电路模块和主控电路模块分别与所述电缆相接，所述测试电路模块设置为与多个检测器电连接，所述电路腔内设有两个密封的电器元件仓，所述测试电路模块和主控电路模块分别设置在两个所述电器元件仓内。
20.一种可能的设计，所述中心通道的直径设置为43
‑
50mm。
21.一种可能的设计，所述主体的外壁设有沿其长度方向布置的多个安装槽，所述注水管柱外侧的至少四根液控管线设置在所述安装槽内，所述主体的外侧套设有钢管箍，以防止所述液控管线脱离所述安装槽。
22.本发明实施例的井下测试装置，可随注水管柱下入到井筒下，实现对井下各层流量、压力、温度的实时监测，且适应于大排量注水等复杂井况。
23.本发明实施例的主体上采用多个密封圈，密封的电器元件仓也可进一步保护电路组件，避免了测试装置密封失效而导致的电路板烧毁等情况的发生。
24.本发明实施例的主体的内径为43
‑
50mm，可容常用的井下工具下入，而且可满足大部分的测试需求。
25.本发明实施例的多个电缆紧固件采用卡套固定的方式，可较好地固定电缆，防止电缆在井下因受力伸缩而导致的供电失效。
26.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
27.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
28.图1为根据本发明的一实施例的可穿越式井下测试装置示意图；
29.图2为图1中的上接头第一截面示意图；
30.图3为图1中的上接头第二截面示意图；
31.图4为图1中的上接头第三截面示意图；
32.图5为图1中的中心体示意图；
33.图6为图1中的上接头与中心体连接示意图；
34.图7为图1中的下接头示意图；
35.图8为图1中的固定套示意图；
36.图9为图1中的下接头与中心体连接示意图；
37.图10为图1中的电缆穿入第一示意图；
38.图11为图1中的电缆穿入第二示意图；
39.图12为图1中的a处局部放大示意图；
40.图13为图1中的b处局部放大示意图；
41.图14为根据本发明的另一实施例的可穿越式井下测试装置示意图。
42.附图标记：100
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电缆、101
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上电缆、102
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下电缆、103
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电缆固定接头、104
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电缆卡套接头、200
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上过渡段、300
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主体、301
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上接头、302
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下接头、303
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内管、304
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外管、305
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空腔、306
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电路腔、307
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传感器腔、308
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预制腔、309
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电器元件仓、310
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阶梯面、311
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第一孔段、312
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第一流道、313
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第二流道、314
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安装槽、315
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环形筋、316
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第二孔段、317
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仓壁、318
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仓盖、319
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过线通道、320
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固定套、321
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密封槽、400
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下过渡段、500
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中心通道、601
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内压力传感器、602
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外压力传感器、603
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流量测试探头、700
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液控管线、701
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第一密封圈、702
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第二密封圈、703
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第三密封圈、800
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钢管箍。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
44.请参阅图1至图14的本发明实施例的井下测试装置。该可穿越式井下测试装置可安装在注水管柱上，下入到井筒内，实时测量井下数据。该井下测试装置包括上过渡段200、主体300、下过渡段400，以及电缆100，其中，上过渡段200和下过渡段400分别安装在主体300的上、下两端，且上过渡段200和下过渡段400的外径都小于主体300的外径，使得在主体300的上下两端都形成了阶梯面310，该上过渡段200和下过渡段400用以连接注水管柱。上述上过渡段200、主体300、下过渡段400上下依次连接，且开设有上下贯通的中心通道500，用以流体通过。而且，该主体300上设有多个检测器，多个检测器用以测量以下参数：中心通道500内的流量、中心通道500内的流体压力、主体300所处井筒的压力。上述主体300内设有空腔305，该空腔305内设有电路组件(图中未示出)，电路组件分别与多个上述检测器电连接，上述电缆100伸入空腔内且与电路组件连接，用以为电路组件供电和通讯。另外，该主体
300开设有沿其长度方向延伸且连通空腔305的穿线孔，电缆100由阶梯面310穿入穿线孔，该穿线孔内设有电缆紧固件，用以将电缆100锁定在穿线孔内。由此，该井下测试装置可随注水管柱下入到井下，实现对井下各层流量、压力的实时监测，且适应于大排量注水等复杂井况。
45.如图1所示，上述上过渡段200和下过渡段400都为管状，上过渡段200上端设有外螺纹，可与注水管柱螺接，而下端也设有外螺纹，可与主体300螺纹配合，既保证了连接紧密，又保证了密封。同样，下过渡段400的上、下端也设有外螺纹，可分别螺接主体300和注水管柱。由此，井下测试装置通过上过渡段200和下过渡段400与注水管柱连接为一体，而且同一井筒内的注水管柱也安装多个该井下测试装置，形成多个井下测试装置被注水管柱串在一起，多个井下测试装置可测量不同井下各层的流量、压力等数据。上过渡段200、主体300和下过渡段400内径统一，上述中心通道500的直径设置为46mm，可容常用的井下工具下入，而且可满足大部分的测试需求，中心通道500的直径并不限于此，例如可以为大于42mm的其他尺寸。
46.上述电缆100与井口的仪器连接，可上下传输数据，也可为井下设备供电，其随注水管柱延伸向下延伸，经过井下测试装置时可由主体300上端伸入到主体300内，如需要再向下方的其他仪器供电或传输数据则要再从主体300下端穿出，继续沿注水管柱延伸；如无需再向下供电或传输数据则电缆100仅从上端穿入主体300不再从下端穿出。例如，当注水管柱上有多个井下测试装置，除最下侧的井下测试装置外，几个井下测试装置都需要再向下供电和传输，如图1所示，都需要电缆100由主体300上端伸入，再从主体300下端穿出。又例如当注水管柱上有单个井下测试装置，或处于最下侧的井下测试装置，如图14所示，其电缆100仅从上端穿入主体300不再从下端穿出。
47.针对上、下穿出主体300的情况，该电缆100包括上电缆101和下电缆102，上电缆101处于主体300上侧，由主体300的上端的阶梯面310穿入主体300，并连接电路组件，而连接电路组件的下电缆102处于主体300下侧，由主体300的下端的阶梯面310穿出主体300。上述电路组件包括测试电路模块(图中未示出)和主控电路模块(图中未示出)，该测试电路模块和主控电路模块分别与电缆相接，而且测试电路模块还与各个检测器电连接，收集各个检测器的数据并通过电缆上传给地面数据采集系统。多个检测器包括测量流量的流量测试探头603，以及测量压力的外压传感器602和内压传感器601。
48.如图1所示，该主体300包括可拆的上接头301、中心体和下接头302，该上接头301和下接头302分别安装在中心体的上、下两端，且分别与上过渡段200和下过渡段400相接。而该中心体又分为内管303和外管304，其中，外管304套设在内管303的外侧，内管303和外管304都与上接头301和下接头302连接，而内管303和外管304之间围成了空腔305，该空腔304为上述电路组件提供了安装空间。
49.如图2至图4以及图12所示，该上接头301的上端设有内螺纹，用以与上过渡段相接，上述外压传感器602和内压传感器601嵌入上接头301的下端，且沿上接头301的周向布置，外压传感器602和内压传感器601的检测端向上侧设置，外压传感器602和内压传感器601的下端为其线束引出一端。相对应地，上接头301的下端设有安装外压传感器602和内压传感器601的凹槽，而且设有第一流道312和第二流道313，第一流道312为l型，连通该凹槽与中心通道500(即连通了内压传感器601的检测端和中心通道500)，使得内压传感器601可
测得中心通道500的流体压力；第二流道313为直线型，其由凹槽延伸至阶梯面310，连通的该凹槽与外界(即连通了外压传感器602的检测端和外界)，使得外压传感器602可测得井筒内的压力。另外，该上接头301设有上下贯通的第一孔段311，该第一孔段311的孔径大于电缆100直径，容电缆100贯穿。
50.又如图5、图6和图13所示，上述内管303的外壁设有两个突出的环形筋315，该环形筋315与内管303为一体件，一次加工而成，环形筋315环绕内管303的周向，两环形筋315间隔设置，环形筋315抵在外管304的内壁，撑起了上述空腔305，而且两个环形筋315将该空腔305分隔为由上至下依次设置的传感器腔307、电路腔306和预制腔308，上述电路组件设置在电路腔306内，上述外压传感器602和内压传感器601设置在传感器腔307。环形筋315与外管304的内壁之间设有第三密封圈703。而为了将电路组件电连接外压传感器602和内压传感器601，该环形筋315上设有过线通道319，可容外压传感器602和内压传感器601的引线穿入电路腔306。内管303的管壁设有多个流量测试探头603，流量测试探头603的检测端处于内管303一侧，该流量测试探头603可测试流量发生相应变化时的感应电压。根据法拉第电磁感应定律，当导体做切割磁力线运动时，导体上能感应出与运动速度成正比的电压，由此定律可推导出流体的体积流量：式中，q为流量，b为磁场强度；ue为感应电压；d为中心通道内径。电路腔306内设有两个密封的电器元件仓309，上述测试电路模块和主控电路模块分别设置在两个电器元件仓内。具体地，该电器元件仓309包括环形的仓壁317和仓盖318，该仓壁317可拆安装在内管303外壁上而且在背向内管303一侧设有开口，该开口可被仓盖318封盖，仓盖318封盖仓壁317后进行密封处理，防止内部的电路受损，而且该仓壁317设有容线束穿出的通孔。上述流量测试探头603对应电器元件仓309设置，流量测试探头603的线束直接连入电器元件仓309。另外，上述两环形筋315上设有上下贯通的第二孔段316，该第二孔段316对应上述第一孔段311，第一孔段311和第二孔段316沿直线布置。
51.如图7所示，该下接头302的下端设有内螺纹，用以与下过渡段相接，该下接头302设有上下贯通的第一孔段311，该第一孔段311的孔径大于电缆100直径，容电缆100贯穿。
52.如图6、图10和图12所示，上述内管303插入上接头301内，上述上接头301的下端插入外管304内，而且内管303在与上接头301的连接处设有第一密封圈701，外管304在与上接头301的连接处设有第二密封圈702，形成上接头301和中心体的连接和密封。上述第一密封圈701、第二密封圈702和第三密封圈703都为o型密封圈。完成连接后，该上接头301的下端面与上侧的环形筋315间隔，两者之间形成传感器腔307，外压传感器602和内压传感器601的检测端都背向传感器腔307的腔壁。上述第一孔段311和第二孔段316构成的穿线孔，第一孔段311两端安装有电缆卡套接头104，该电缆卡套接头104可套在上电缆101上，可手动操作卡紧上电缆101，第二孔段内安装电缆固定接头103，该电缆固定接头103可套在上电缆101上，也可手动操作卡紧上电缆101，电缆卡套接头104和电缆固定接头103都为电缆紧固件，上述传感器腔307也为电缆卡套接头104提供了安装空间。由此，两个电缆卡套接头104和一个电缆固定接头103共同箍紧上电缆101，形成卡套固定的方式，可较好地固定电缆100，防止电缆100在井下因受力伸缩而导致的供电失效。
53.如图8、图9和图11所示，该中心体需要固定套320与下接头302连接，该固定套320为圆环形，其上端设有外螺纹，可与外管304下端螺接。下接头302设置在外管304内，而内管
303插入下接头302的上端，同时，该固定套320的上端下接头302的下端相抵，以连接上述中心体与下接头。而且内管303在与下接头302的连接处设有第一密封圈701，固定套320的外表面设有密封槽321，其内设有第二密封圈702，形成下接头302和中心体之间的密封。完成连接后，该下接头302的上端面与环形筋315间隔，两者之间形成预制腔308，第一孔段311两端安装有电缆卡套接头104，该电缆卡套接头104可套在下电缆102上，可手动操作卡紧下电缆102，第二孔段内安装电缆固定接头103，该电缆固定接头103可套在下电缆102上，也可手动操作卡紧下电缆102，上述预制腔308也为电缆卡套接头104提供了安装空间。由此，两个电缆卡套接头104和一个电缆固定接头103共同箍紧下电缆102，形成卡套固定的方式，可较好地固定电缆100，防止电缆100在井下因受力伸缩而导致的供电失效。
54.又如图4所示，该主体的外壁(即上接头、外管的外壁)设有沿其长度方向布置的两个安装槽314，注水管柱外侧需伴有至少四根液控管线700，四根液控管线700根据位置关系合理分布在安装槽314内，沿井下测试装置长度方向延伸，形成穿越该井下测试装置。另外，主体的外侧套设有钢管箍800，钢管箍800的外径与主体的外径一致，该主体上需对应开设有环形的凹槽以安装钢管箍800，钢管箍800可箍在该凹槽处，并限制液控管线700，以防止液控管线700脱出安装槽314。
55.在一些示例性实施例中，内管和外管的管壁还设有温度传感器(图中未示出)，该温度传感器与测试电路模块电连接，该温度传感器可实时测量主体内外温度，并将数据传输给测试电路模块，测试电路模块在上传至地面数据采集系统。
56.安装该井下测试装置时，可将依次连接的封隔器、井下测试装置与配水器作为一个安装模块，这三个部件之间电缆直穿，中间不打接头，直穿后在封隔器上端和配水器下端预留200mm即可，但是多个安装模块之间的电缆需要接头连接；当然也可不做模块化安装，整个井下管柱的电缆直穿，边下边穿电缆和液控管线，中间不再使用接头来连接两段电缆。下文以单一的井下测试装置的安装过程为例，先将上电缆101穿越至上接头301的第一孔段311，上电缆101上端预留出可穿越封隔器的长度，上电缆101下端预留出200mm，预置好上电缆101后，依次连接固定两电缆卡套接头104，再将上电缆101穿越至第二孔段316。随后，按同样方式预置固定好下电缆102，下电缆102的上端预留200mm，下端预留出500
‑
1000mm或可穿越配水器的长度。接着在上接头301上安装固定好外压传感器602及内压传感器601，引出电线通过过线通道连接至电路组件。而后，将流量测试探头603通过螺纹及o型密封圈连接固定在内管303上，在内管303上用螺钉固定好仓壁，将完成接线的电路组件放置于仓壁内，进行封胶处理并固定好仓盖。利用o型密封圈依次连接上接头301、内管303、下接头302，依照中心通道位置保持同轴，随后安装两个电缆固定接头315。外管304与上接头301下端通过螺纹连接，固定套800与外管304下端通过螺纹连接，固固定套800完成下接头302与中心体的固定，上过渡段200通过螺纹与上接头301连接，下过渡段400通过螺纹与下接头302连接。将液控管线700放置于主体上的安装槽314处，通过钢管箍800将液控管线700固定，完成液控管线700的穿越。最后连接注水管柱，上过渡段200及下过渡段400分别与注水管柱相连，将井下测试装置与注水管柱一同下入井内，通过电缆100给井下测试装置进行通讯及供电，电缆100穿越出井口连接至地面数据采集系统，实时显示出井下各层的流量、压力、温度等数据。
57.在一些示例性实施例中，如图14所示，上述电缆仅包括上电缆，上电缆由主体上端
穿入并电连接电路组件，主体下侧无需穿电缆100，即下接头302上无需设置第一孔段，而下侧的环形筋315上无需设置第二孔段。
58.结合上述实施例，本发明实施例的井下测试装置，可随注水管柱下入到井筒下，实现对井下各层流量、压力、温度的实时监测，且适应于大排量注水等复杂井况。本发明实施例的主体上采用多个密封圈，密封的电器元件仓也可进一步保护电路组件，避免了测试装置密封失效而导致的电路板烧毁等情况的发生。本发明实施例的主体的内径为43
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50mm，可容常用的井下工具下入，而且可满足大部分的测试需求。本发明实施例的多个电缆紧固件采用卡套固定的方式，可较好地固定电缆，防止电缆在井下因受力伸缩而导致的供电失效。
59.在本发明中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、
““
口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
60.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
61.虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。