CN102305029B - 一种地矿钻探用绝缘短节及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地矿钻探用绝缘短节及其制造方法，本绝缘短节至少包括中空短节本体及分别在短节本体的两端与短节本体固定连接的两个中空保护接头，短节本体的内表面、外表面及端面上均涂布有耐磨陶瓷绝缘材料层，短节本体内表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上及短节本体不与保护接头接触的外表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上涂布有硬胶与金刚石颗粒混合材料层。本制造方法首先制造短节本体及两个保护接头，再将将两个保护接头分别固定连接于短节本体的两端。本绝缘短节可应用于地矿行业井下电磁波随钻测量，实现上、下钻杆绝缘，本制造方法可制造出适用于地矿行业井下电磁波随钻测量的绝缘短节。
Description
技术领域
本发明涉及一种地矿钻探用绝缘短节及其制造方法，属于地矿钻探领域。
背景技术
地矿钻探量日益增加，为了提高成孔质量，降低钻探成本，开始引进电磁波随钻测量技术。电磁波随钻测量技术，要求有一个绝缘短节将钻杆柱分隔为两段，使上段钻杆、地层与下段钻杆构成一个电回路。由于地矿钻孔口径小，随钻岩层复杂，且多为坚硬岩石，要求绝缘钻杆短节口径小、耐磨性高。现有技术中不存在地矿钻探用绝缘短节。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种地矿钻探用绝缘短节及其制造方法，本发明的绝缘短节可应用于地矿行业井下电磁波随钻测量，实现上、下钻杆绝缘，本制造方法可制造出适用于地矿行业井下电磁波随钻测量的绝缘短节。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：一种地矿钻探用绝缘短节及其制造方法，本绝缘短节至少包括中空短节本体及两个中空保护接头，两个保护接头分别在短节本体的两端与短节本体固定连接，短节本体与保护接头同轴，短节本体的内表面、外表面及端面上均涂布有耐磨陶瓷绝缘材料层，短节本体内表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上及短节本体不与保护接头接触的外表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上涂布有硬胶与金刚石颗粒混合材料层，保护接头的外表面距中心轴线的最小距离大于短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层及硬胶与金刚石颗粒混合材料层的外表面距中心轴线的最大距离。
耐磨陶瓷绝缘材料层的厚度为0.5～1mm，硬胶与金刚石颗粒混合材料层的厚度为1～2mm，耐磨陶瓷绝缘材料层的洛氏硬度为60～85HRC，硬胶的剪切强度不低于24MPa。
短节本体的长度为50～80cm，保护接头的长度为15～20cm。
两个保护接头分别在短节本体的两端与短节本体以螺纹方式固定连接。
本绝缘短节按照如下步骤制造：
（1）制造短节本体及两个保护接头：
其中按照如下步骤制造短节本体：
（a）用钻杆钢材制造一段中空短节本体；
（b）在步骤（a）中得到的短节本体的所有表面上涂布耐磨陶瓷绝缘材料；
（c）在步骤（b）中得到的短节本体内表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上及短节本体不与保护接头接触的外表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上涂布硬胶与金刚石颗粒混合材料；
其中用钻杆钢材制造两个中空保护接头，制造的保护接头的外表面距中心轴线的最小距离大于短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层及硬胶与金刚石颗粒混合材料层的外表面距中心轴线的最大距离；
（2）加上不小于2000N·m的预紧力，将两个保护接头分别固定连接于短节本体的两端。
在步骤（1）中所述的短节本体及保护接头用40Cr钢或45号钢制成，短节本体的长度为50～80cm，保护接头的长度为15～20cm。
在步骤（b）中采用喷涂方式涂布耐磨陶瓷绝缘材料，涂布厚度为0.5～1mm，所用耐磨陶瓷绝缘材料为碳化钨陶瓷或氧化铝陶瓷或掺杂ZrO2和TiO2的以Al2O3为基的陶瓷材料，其洛氏硬度为60～85HRC。
在步骤（c）中采用的硬胶与金刚石颗粒混合材料中，金刚石颗粒与硬胶混合的体积比为1:5～1:2，金刚石颗粒的粗细为100目～150目，所用硬胶为乐泰380或乐泰415或乐泰4210或乐泰4212或乐泰480或乐泰496或BD706，其剪切强度不低于24MPa，硬胶与金刚石颗粒混合材料的涂布厚度为1～2mm。
在步骤（c）中，依照如下步骤涂布硬胶与金刚石颗粒混合材料：
（ci）加工若干个高度为短节本体长度1/4到1/8的圆筒形塑料模板A及若干个高度为短节本体长度1/4到1/8的圆柱形塑料模板B，其中塑料模板A的内径比步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面距中心轴线的最大距离大4～5mm，塑料模板B的外径比步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面距中心轴线的最小距离小4～5mm；
（cii）采用分段灌注方法利用塑料模板A对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面涂胶并利用塑料模板B对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面涂胶；
其中按照如下方式利用塑料模板A对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面涂胶：
将第一塑料模板A套装于短节本体的外部，使其与短节本体同轴，将其一端与短节本体不与保护接头接触的涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面的一端对齐并固定在该位置，用胶水将该对齐端密封，从另一端灌入硬胶与金刚石颗粒混合材料，直到第一塑料模板A与短节本体之间的空间被灌满，然后将第二塑料模板A套装于短节本体的外部、紧贴第一塑料模板A进行灌注，直到第二塑料模板A与短节本体之间的空间被灌满，依照此种方式，直到在短节本体不与保护接头接触的涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面上涂满硬胶与金刚石颗粒混合材料，然后将所有塑料模板A移除；
其中按照如下方式利用塑料模板B对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面涂胶：
将第一塑料模板B放置于短节本体的内部，使其与短节本体同轴，将其一端与短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面的一端对齐并固定在该位置，用胶水将该对齐端密封，从另一端灌入硬胶与金刚石颗粒混合材料，直到第一塑料模板B与短节本体之间的空间被灌满，然后将第二塑料模板B紧贴第一塑料模板B进行灌注，直到第二塑料模板B与短节本体之间的空间被灌满，依照此种方式，直到在短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面上涂满硬胶与金刚石颗粒混合材料，然后将所有塑料模板B移除；
在灌注过程中，通过抽气增加硬胶与金刚石颗粒混合材料的流动性，使硬胶与金刚石颗粒混合材料层更加密实。
在步骤（2）中，使两个保护接头分别在短节本体的两端与短节本体以螺纹方式固定连接，并在螺纹处涂布螺纹胶。
本发明的绝缘短节可应用于地矿行业井下电磁波随钻测量，实现上、下钻杆绝缘，本制造方法可制造出适用于地矿行业井下电磁波随钻测量的绝缘短节。
附图说明
图1是本发明的地矿钻探用绝缘短节的结构示意图。
图中：1-短节本体；2a、2b-保护接头；3-耐磨陶瓷绝缘材料层；4-硬胶与金刚石颗粒混合材料层。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明提供的地矿钻探用绝缘短节及其制造方法做进一步详细说明。
如图1中所示，本绝缘短节至少包括长度为50～80cm的中空短节本体1及两个长度为15～20cm的中空保护接头2a、2b，短节本体1和保护接头2a、2b均由40Cr钢或45号钢制成，短节本体1与保护接头2a、2b同轴，两个保护接头2a、2b分别在短节本体1的两端与短节本体1以螺纹方式固定连接。
短节本体的内表面、外表面及端面上均涂布有耐磨陶瓷绝缘材料层的洛氏硬度为60～85HRC、厚度为0.5～1mm的耐磨陶瓷绝缘材料层3，短节本体内表面的耐磨陶瓷绝缘材料层3上及短节本体不与保护接头接触的外表面的耐磨陶瓷绝缘材料层3上涂布有厚度为1～2mm的硬胶与金刚石颗粒混合材料层4，硬胶的剪切强度不低于24MPa。
保护接头的外表面距中心轴线的最小距离大于短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层3及硬胶与金刚石颗粒混合材料层4的外表面距中心轴线的最大距离。
本绝缘短节按照如下步骤制造：
（1）制造短节本体及两个保护接头：
其中按照如下步骤制造短节本体：
（a）用钻杆钢材制造一段中空短节本体；
（b）在步骤（a）中得到的短节本体的所有表面上涂布耐磨陶瓷绝缘材料；
（c）在步骤（b）中得到的短节本体内表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上及短节本体不与保护接头接触的外表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上涂布硬胶与金刚石颗粒混合材料；
其中用钻杆钢材制造两个中空保护接头，制造的保护接头的外表面距中心轴线的最小距离大于短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层及硬胶与金刚石颗粒混合材料层的外表面距中心轴线的最大距离；
（2）加上不小于2000N·m的预紧力，将两个保护接头分别固定连接于短节本体的两端。
在步骤（2）中所述的短节本体及保护接头用40Cr钢或45号钢制成，短节本体的长度为50～80cm，保护接头的长度为15～20cm。
在步骤（b）中采用喷涂方式涂布耐磨陶瓷绝缘材料，涂布厚度为0.5～1mm，所用耐磨陶瓷绝缘材料为碳化钨陶瓷或氧化铝陶瓷或掺杂ZrO2和TiO2的以Al2O3为基的陶瓷材料，其洛氏硬度为60～85HRC。
在步骤（c）中采用的硬胶与金刚石颗粒混合材料中，金刚石颗粒与硬胶混合的体积比为1:5～1:2，金刚石颗粒的粗细为100目～150目，所用硬胶为乐泰380或乐泰415或乐泰4210或乐泰4212或乐泰480或乐泰496或BD706，其剪切强度不低于24MPa，硬胶与金刚石颗粒混合材料的涂布厚度为1～2mm。
在步骤（c）中，依照如下步骤涂布硬胶与金刚石颗粒混合材料：
（ci）加工若干个高度为短节本体长度1/4到1/8的圆筒形塑料模板A及若干个高度为短节本体长度1/4到1/8的圆柱形塑料模板B，其中塑料模板A的内径比步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面距中心轴线的最大距离大4～5mm，塑料模板B的外径比步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面距中心轴线的最小距离小4～5mm；
（cii）采用分段灌注方法利用塑料模板A对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面涂胶并利用塑料模板B对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面涂胶；
其中按照如下方式利用塑料模板A对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面涂胶：
将第一塑料模板A套装于短节本体的外部，使其与短节本体同轴，将其一端与短节本体不与保护接头接触的涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面的一端对齐并固定在该位置，用胶水将该对齐端密封，从另一端灌入硬胶与金刚石颗粒混合材料，直到第一塑料模板A与短节本体之间的空间被灌满，然后将第二塑料模板A套装于短节本体的外部、紧贴第一塑料模板A进行灌注，直到第二塑料模板A与短节本体之间的空间被灌满，依照此种方式，直到在短节本体不与保护接头接触的涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面上涂满硬胶与金刚石颗粒混合材料，然后将所有塑料模板A移除；
其中按照如下方式利用塑料模板B对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面涂胶：
将第一塑料模板B放置于短节本体的内部，使其与短节本体同轴，将其一端与短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面的一端对齐并固定在该位置，用胶水将该对齐端密封，从另一端灌入硬胶与金刚石颗粒混合材料，直到第一塑料模板B与短节本体之间的空间被灌满，然后将第二塑料模板B紧贴第一塑料模板B进行灌注，直到第二塑料模板B与短节本体之间的空间被灌满，依照此种方式，直到在短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面上涂满硬胶与金刚石颗粒混合材料，然后将所有塑料模板B移除；
在灌注过程中，通过抽气增加硬胶与金刚石颗粒混合材料的流动性，使硬胶与金刚石颗粒混合材料层更加密实。
在步骤（1）中，使两个保护接头分别在短节本体的两端与短节本体以螺纹方式固定连接，并在螺纹处涂布螺纹胶。
实施例1：
短节本体及保护接头均用40Cr钢制成，短节本体的长度70cm、外径为69mm、内径为40mm，保护接头的长度为15cm，外径为77mm，内径为35mm。短节本体的内表面、外表面及端面上均涂布有碳化钨陶瓷绝缘材料层，其洛氏硬度为70HRC，喷涂的厚度为0.5mm。圆筒形塑料模板A的内径为74mm、长度为10cm，圆柱形塑料模板B的外径为35mm、长度为10cm。采用这两种模板在短节本体内表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上及短节本体不与保护接头接触的外表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上分段灌注厚度为2mm的硬胶与金刚石颗粒混合材料层4，刚石颗粒与胶混合的体积比为1:4，金刚石颗粒粗细为120目，胶体为乐泰380，其剪切强度为26MPa。使两个保护接头分别在短节本体的两端与短节本体以螺纹方式固定连接，并在螺纹处涂布为乐泰277。
实施例2：
短节本体及保护接头均用45钢制成，短节本体的长度60cm、外径为55mm、内径为41mm，保护接头的长度为20cm，外径为64mm，内径为36mm。短节本体的内表面、外表面及端面上均涂布有氧化铝陶瓷绝缘材料层，其洛氏硬度为75HRC，喷涂的厚度为0.8mm。圆筒形塑料模板A的内径为60mm，长度为12cm，圆柱形塑料模板B的外径为36mm、长度为12cm。采用这两种模板在短节本体内表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上及短节本体不与保护接头接触的外表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上分段灌注厚度为1.7mm的硬胶与金刚石颗粒混合材料层4，刚石颗粒与胶混合的体积比为1:3，金刚石颗粒粗细为100目，胶体为BD706，其剪切强度为30MPa。使两个保护接头分别在短节本体的两端与短节本体以螺纹方式固定连接，并在螺纹处涂布为乐泰272。
实施例3：
短节本体及保护接头均用45钢制成，短节本体的长度70cm、外径为84mm、内径为62mm，保护接头的长度为25cm，外径为92mm，内径为62mm。短节本体的内表面、外表面及端面上均涂布有掺杂ZrO2和TiO2的以Al2O3为基的陶瓷材料层，其洛氏硬度为82HRC，喷涂的厚度为0.9mm。圆筒形塑料模板A的内径为89mm，长度为10cm，圆柱形塑料模板B的外径为62mm、长度为10cm。采用这两种模板在短节本体内表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上及短节本体不与保护接头接触的外表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上分段灌注厚度为1.6mm的硬胶与金刚石颗粒混合材料层4，刚石颗粒与胶混合的体积比为1:2，金刚石颗粒粗细为110目，胶体为乐泰4212，其剪切强度为25～29MPa。使两个保护接头分别在短节本体的两端与短节本体以螺纹方式固定连接，并在螺纹处涂布为乐泰569。
Claims (9)
1.一种地矿钻探用绝缘短节，其特征在于：至少包括中空短节本体及两个中空保护接头，两个保护接头分别在短节本体的两端与短节本体固定连接，短节本体与保护接头同轴，短节本体的内表面、外表面及端面上均涂布有耐磨陶瓷绝缘材料层，短节本体内表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上及短节本体不与保护接头接触的外表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上涂布有硬胶与金刚石颗粒混合材料层，保护接头的外表面距中心轴线的最小距离大于短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层及硬胶与金刚石颗粒混合材料层的外表面距中心轴线的最大距离；耐磨陶瓷绝缘材料层的厚度为0.5～1mm，硬胶与金刚石颗粒混合材料层的厚度为1～2mm，耐磨陶瓷绝缘材料层的洛氏硬度为60～85HRC，硬胶的剪切强度不低于24MPa。
2.根据权利要求1所述的地矿钻探用绝缘短节，其特征在于：短节本体的长度为50～80cm，保护接头的长度为15～20cm。
3.根据权利要求1所述的地矿钻探用绝缘短节，其特征在于：两个保护接头分别在短节本体的两端与短节本体以螺纹方式固定连接。
4.一种权利要求1所述的地矿钻探用绝缘短节的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）制造短节本体及两个保护接头：
其中按照如下步骤制造短节本体：
（a）用钻杆钢材制造一段中空短节本体；
（b）在步骤（a）中得到的短节本体的所有表面上涂布耐磨陶瓷绝缘材料；
（c）在步骤（b）中得到的短节本体内表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上及短节本体不与保护接头接触的外表面的耐磨陶瓷绝缘材料层上涂布硬胶与金刚石颗粒混合材料；
其中用钻杆钢材制造两个中空保护接头，制造的保护接头的外表面距中心轴线的最小距离大于短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层及硬胶与金刚石颗粒混合材料层的外表面距中心轴线的最大距离；
（2）加上不小于2000N·m的预紧力，将两个保护接头分别固定连接于短节本体的两端。
5.根据权利要求4所述的地矿钻探用绝缘短节的制造方法，其特征在于：在步骤（1）中所述的短节本体及保护接头用40Cr钢或45号钢制成，短节本体的长度为50～80cm，保护接头的长度为15～20cm。
6.根据权利要求4所述的地矿钻探用绝缘短节的制造方法，其特征在于：在步骤（b）中采用喷涂方式涂布耐磨陶瓷绝缘材料，涂布厚度为0.5～1mm，所用耐磨陶瓷绝缘材料为碳化钨陶瓷或氧化铝陶瓷或掺杂ZrO2和TiO2的以Al2O3为基的陶瓷材料，其洛氏硬度为60～85HRC。
7.根据权利要求4所述的地矿钻探用绝缘短节的制造方法，其特征在于：在步骤（c）中采用的硬胶与金刚石颗粒混合材料中，金刚石颗粒与硬胶混合的体积比为1:5～1:2，金刚石颗粒的粗细为100目～150目，所用硬胶为乐泰380或乐泰415或乐泰4210或乐泰4212或乐泰480或乐泰496或BD706，其剪切强度不低于24MPa，硬胶与金刚石颗粒混合材料的涂布厚度为1～2mm。
8.根据权利要求4所述的地矿钻探用绝缘短节的制造方法，其特征在于：在步骤（c）中，依照如下步骤涂布硬胶与金刚石颗粒混合材料：
（ci）加工若干个高度为短节本体长度1/4到1/8的圆筒形塑料模板A及若干个高度为短节本体长度1/4到1/8的圆柱形塑料模板B，其中塑料模板A的内径比步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面距中心轴线的最大距离大4～5mm，塑料模板B的外径比步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面距中心轴线的最小距离小4～5mm；
（cii）采用分段灌注方法利用塑料模板A对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面涂胶并利用塑料模板B对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面涂胶；
其中按照如下方式利用塑料模板A对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面涂胶：
将第一塑料模板A套装于短节本体的外部，使其与短节本体同轴，将其一端与短节本体不与保护接头接触的涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面的一端对齐并固定在该位置，用胶水将该对齐端密封，从另一端灌入硬胶与金刚石颗粒混合材料，直到第一塑料模板A与短节本体之间的空间被灌满，然后将第二塑料模板A套装于短节本体的外部、紧贴第一塑料模板A进行灌注，直到第二塑料模板A与短节本体之间的空间被灌满，依照此种方式，直到在短节本体不与保护接头接触的涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的外表面上涂满硬胶与金刚石颗粒混合材料，然后将所有塑料模板A移除；
其中按照如下方式利用塑料模板B对步骤（b）中得到的短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面涂胶：
将第一塑料模板B放置于短节本体的内部，使其与短节本体同轴，将其一端与短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面的一端对齐并固定在该位置，用胶水将该对齐端密封，从另一端灌入硬胶与金刚石颗粒混合材料，直到第一塑料模板B与短节本体之间的空间被灌满，然后将第二塑料模板B紧贴第一塑料模板B进行灌注，直到第二塑料模板B与短节本体之间的空间被灌满，依照此种方式，直到在短节本体涂有耐磨陶瓷绝缘材料层的内表面上涂满硬胶与金刚石颗粒混合材料，然后将所有塑料模板B移除；
在灌注过程中，通过抽气增加硬胶与金刚石颗粒混合材料的流动性，使硬胶与金刚石颗粒混合材料层更加密实。
9.根据权利要求4所述的地矿钻探用绝缘短节的制造方法，其特征在于：在步骤（2）中，使两个保护接头分别在短节本体的两端与短节本体以螺纹方式固定连接，并在螺纹处涂布螺纹胶。
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2011
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