CN102337844A - 定向钻进信号传输钻杆 - Google Patents

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本发明公开了一种定向钻进信号传输钻杆,包括外管和由定位架架设在外管内的电缆组件,所述外管两端分别设有相互匹配的螺纹连接结构,所述电缆组件包括分别设置在外管两端口的电缆连接头和电缆连接座、分别与电缆连接头和电缆连接座朝向外管内侧的尾部固定连接的护芯管、置于护芯管内的中心电缆,所述电缆连接头的前部内嵌有弹簧连接头、所述电缆连接座的前部内嵌有弹簧连接座,所述弹簧连接座上固定安装有弹簧,所述弹簧在相邻两钻杆单元连接时被压缩固定在弹簧连接座与弹簧连接头之间,所述弹簧连接头和弹簧连接座分别与中心电缆电连接,且所述电缆连接头与电缆连接座上分别设有相互匹配的连接结构。

Description

定向钻进信号传输钻杆
技术领域
本发明涉及一种钻杆,具体的为一种煤矿井下定向钻进信号传输钻杆。
背景技术
钻杆主要适用于油气和煤矿勘探开发过程中的深井、水平井和大位移井的施工中,要求其必须能够承受巨大的内外压、扭曲、弯曲和振动。钻杆是尾部带有螺纹的钢管,不仅可用于钻杆之间连接加长,而且还能用于连接钻机地表设备和位于钻井底端钻磨设备或底孔装置,其用途是将钻探泥浆运送到钻头,并与钻头一起提高、降低或旋转底孔装置。在油气煤的开采和提炼过程中,钻杆可以多次使用。
然而,现有的钻杆还存在诸多缺陷:
首先,现有的钻杆的外管往往通过摩擦焊分段焊接在一起,强度得不到有效保证,在钻探过程中容易出现断裂的损伤,影响钻杆工作的继续进行;
其次,位于钻杆外管两端的螺纹结构采用的是传统的双圆锥面结构,在钻探过程中承受巨大扭矩或弯矩的情况下,容易出现过定位,会对螺纹连接造成损伤,使得钻杆承受扭矩的能力下降,甚至不能满足钻探的要求而报废;
再次,现有钻杆的中心电缆连接结构为整体式结构,不利于钻杆的装配和维修。
因此,本发明旨在对现有的钻杆进行改进,使得钻杆不仅结构简单,装配和维修方便,而且不易形成过定位,且钻杆具有更好的强度和密封性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种定向钻进信号传输钻杆,其不仅结构简单,而且通过将钻杆电缆组件设置为分体式结构,便于装配和维修。
要实现上述技术目的,本发明的定向钻进信号传输钻杆,包括外管和由定位架架设在外管内的电缆组件,所述外管两端分别设有相互匹配的螺纹连接结构,所述电缆组件包括分别设置在外管两端口的电缆连接头和电缆连接座、分别与电缆连接头和电缆连接座朝向外管内侧的尾部固定连接的护芯管、置于护芯管内的中心电缆,所述电缆连接头的前部内嵌有弹簧连接头、所述电缆连接座的前部内嵌有弹簧连接座,所述弹簧连接座上固定安装有弹簧,所述弹簧在相邻两钻杆单元连接时被压缩固定在弹簧连接座与弹簧连接头之间,所述弹簧连接头和弹簧连接座分别与中心电缆电连接,且所述电缆连接头与电缆连接座上分别设有相互匹配的连接结构。
进一步,所述连接结构为设置在电缆连接座前部并与所述电缆连接头前部直径相等的内腔,所述内腔位于所述弹簧连接座前;
进一步,所述弹簧连接头的前端设有与弹簧相匹配的凹槽;
进一步,所述设置在外管两端的螺纹连接结构采用梯形螺纹;
进一步,所述梯形螺纹的牙形角为29°,螺纹锥度1:30;
进一步,所述设置在外管两端的螺纹连接结构处设有双台肩结构;
进一步,所述外管为采用两端镦粗的整体式结构的外管;
进一步,所述外管两端面上设有相互匹配的锥形金属密封结构;
进一步,所述锥形密封结构的锥角为15°。
本发明的定向钻进信号传输钻杆具有如下有益效果:
1、本发明通过将电缆组件设置为电缆连接头、电缆连接座、护芯管和中心电缆的分体式结构,不仅结构简单,而且装配维护方便,在电缆连接头和电缆连接座内分别内嵌设置弹簧连接头和弹簧连接座以及弹簧,可有效实现钻杆单元之间的中心电缆的电连接,保证连接稳定和信号传输稳定;
2、通过将外管两端的内外螺纹连接结构设置为梯形螺纹,可有效防止钻杆单元之间的过定位,防止过定位对螺纹牙型造型损伤,保证钻杆的受力性能;
3、通过将外管设置为两端镦粗的整体结构,可有效增强外管的受力性能;通过在外管两端面之间设置双台肩结构,具有扭矩制动功能,同时保证钻杆具有较高的抗扭强度;通过设置锥形金属密封结构,能有效保证高压密封,以减小钻井液的沿程损失。
附图说明
图1为本发明定向钻进信号传输钻杆实施例的结构示意图;
图2为本实施例的外管结构示意图;
图3为本实施例的电缆连接头结构示意图;
图4为本实施例的电缆连接座结构示意图;
图5为图2的A部放大图;
图6为图2的B部放大图。
 
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
如图1所示,为本发明的定向钻进信号传输钻杆实施例的结构示意图,如图所示,本实施例的定向钻进信号传输钻杆包括外管10和由定位架架设在外管10内的电缆组件,外管10两端分别设有相互匹配的螺纹连接结构,电缆组件包括分别设置在外管10两端口的电缆连接头20和电缆连接座60、分别与电缆连接头20和电缆连接座60朝向外管10内侧的尾部固定连接的护芯管40、置于护芯管40内的中心电缆50,电缆连接头20的前部内嵌有弹簧连接头30、电缆连接座60的前部内嵌有弹簧连接座70,弹簧连接座70上固定安装有弹簧81,弹簧连接头30和弹簧连接座70分别与中心电缆50电连接,且电缆连接头20与电缆连接座70上分别设有相互匹配的连接结构。
本实施例的定向钻进信号传输钻杆通过将电缆组件设置为电缆连接头20、电缆连接座60、护芯管40和中心电缆50的分体式结构,不仅结构简单,而且装配维护方便,在电缆连接头20和电缆连接座60内分别内嵌设置弹簧连接头30和弹簧连接座70以及弹簧81,可有效实现钻杆单元之间的中心电缆50的电连接,保证连接稳定和信号传输稳定。
如图2所示为本实施例的外管结构示意图,本实施例的外管10分别在其两端设有相互匹配的内螺纹连接结构11和外螺纹连接结构12,可保证钻杆单元之间有效的螺纹连接,进一步的,内螺纹连接结构11和外螺纹连接结构12均采用梯形螺纹,采用梯形螺纹能够有效防止钻杆单元之间过定位,防止过定位对螺纹牙型造型损伤,保证钻杆的受力性能,优选的,梯形螺纹的牙形角为29°,螺纹锥度1:30,螺纹表面进行磷化、镀镍处理,具有防锈、减磨和防粘扣功能,采用该结构的梯形螺纹不仅能防止过定位,而且连接效果最好。在内螺纹连接结构11和外螺纹连接结构12处还分别设有双台肩结构,如图5和图6所示,在内螺纹连接结构11处由端面15和台面16构成双台肩结构,在外螺纹连接结构12处由端面18a和台面19构成双台肩结构,采用双台肩结构具有扭矩制动功能,同时保证钻杆具有较高的抗扭强度。
在外管10靠近两端口的位置分别设有用于安装定位环I 85和定位环II 83的凹槽13和凹槽14,且外管10两端面之间设有相互匹配的锥形金属密封结构,在外管10设置内螺纹连接结构11的一端设有锥形端面15和锥形限位面17,在外管10设置外螺纹连接结构12的一端设有锥形端面18a和锥形限位面18b,锥形端面15和锥形端面18a的锥度相同,锥形限位面17和锥形限位面18b的锥度相同,保证钻杆单元之间的锥形金属密封。优选的,锥形端面15、锥形端面18a、锥形限位面17、锥形限位面18b的锥度均相等,且锥角等于15°,采用该锥度的锥形金属密封结构不仅加工方便,而且密封效果更好。外管10采用两端镦粗的整体式结构和整体热处理制作而成的外管10,外管10靠近两端的外径D1大于中部的外径D2。
如图3所示,为本实施例的电缆连接头的结构示意图,本实施例的电缆连接头20设有中通的内腔,内腔包括用于嵌入弹簧连接头30的前腔I 21、用于与护芯管40固定连接的中腔I 25和用于电缆连接头20与护芯管40之间密封的后腔I 26,优选的,中腔I 25上设有内螺纹,护芯管40端部设有外螺纹,护芯管40穿过后腔I 26后与中腔I 25的内螺纹连接。在中腔I 25和前腔I 21之间设有限位挡块I 23,限位挡块I 23中心设有用于中心电缆50穿过的通孔I 24,安装时弹簧连接头30内嵌在前腔I 21中,中心电缆50穿过通孔I 24与弹簧连接头30螺纹连接。在电缆连接头20的外壁上设有用于与定位架相匹配的轴环22,与电缆连接头20相匹配的定位架包括安装在外管凹槽13中的定位环I 85和位于定位环I 85与轴环22之间的限位环I 84,电缆连接头20通过轴环22与定位架定位并被定位架架设在外管10内。位于电缆连接头20前部的外壁上还设有用于安装密封圈的密封槽27。
如图4所示,为本发明的电缆连接座60的结构示意图,本实施例的电缆连接座60设有中通的内腔,内腔包括用于与电缆连接头20前部相匹配的前腔II 61、用于内嵌弹簧连接座70的中腔II 62、设有内螺纹并用于与护芯管40固定连接的螺纹腔65和用于与护芯管40密封的后腔II 66,护芯管40穿过后腔II 66与螺纹腔65螺纹连接,中腔II 62内嵌有弹簧连接座70,弹簧连接座70上固定安装有弹簧81,弹簧81的自由端置于前腔II 61中或穿出前腔II 61。中腔II 62和螺纹腔65之间设有限位挡块II 63,限位挡块II 63中心设有用于中心电缆50穿出的通孔II 64,安装中心电缆50穿过通孔II 64与内嵌在中腔II 62内的弹簧连接座电连接。电缆连接座60前部外径大于后部外径,且在前部与后部之间具有轴肩67,轴肩67用于与定位架相匹配,位于电缆连接座60一侧的定位架包括安装在外管凹槽14内的定位环II 83和位于定位环II 83与轴肩67之间的限位环II 82,电缆连接座60通过轴肩67与定位架定位并被定位架架设在外管10内。电缆连接座60位于轴肩67前的前部的外周壁上设有至少一道加强筋68,本实施例设置了两道加强筋68,设置加强筋68可增强电缆连接座的受力性能,防止因钻杆剧烈震动使得电缆连接头20在电缆连接座60的前腔中剧烈震动,造成电缆连接座60的前部破裂。
电缆连接头20前部的外径D3与电缆连接座60前腔II 61内径D4相等,且弹簧连接头30端部设有与弹簧81相匹配的凹槽31,相邻两钻杆单元连接时,一钻杆单元外管10的内螺纹与另一钻杆单元外管10的外螺纹相连,且一钻杆单元的电缆连接头20和另一钻杆单元的电缆连接座60之间通过连接结构相连,本实施例的连接结构为设置在电缆连接座60前部并与所述电缆连接头20前部直径相等的内腔,即为本实施例的前腔II 61,安装时电缆连接头20的前部与电缆连接座60的前腔II 61相匹配并置于前腔II 61中,弹簧81的自由端置于弹簧连接头30的凹槽31中,并被压缩在弹簧连接座70与弹簧连接头30之间,实现钻杆单元之间的稳固的电连接,信号传输稳定。
外管10与护芯管40之间的环形空腔用于输送孔底马达的钻井液,为了防止钻井液侵蚀电缆组件,在弹簧连接座70与电缆连接座60之间、弹簧连接头30与电缆连接头20之间、电缆连接头20与护心管40之间、电缆连接座60与护心管40之间、以及相邻钻杆单元的电缆连接头20与电缆连接座60之间均采用O型环密封橡胶密封。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种定向钻进信号传输钻杆,包括外管和由定位架架设在外管内的电缆组件,所述外管两端分别设有相互匹配的螺纹连接结构,其特征在于:所述电缆组件包括分别设置在外管两端口的电缆连接头和电缆连接座、分别与电缆连接头和电缆连接座朝向外管内侧的尾部固定连接的护芯管、置于护芯管内的中心电缆,所述电缆连接头的前部内嵌有弹簧连接头、所述电缆连接座内嵌有弹簧连接座,所述弹簧连接座上固定安装有弹簧,所述弹簧在相邻两钻杆单元连接时被压缩固定在弹簧连接座与弹簧连接头之间,所述弹簧连接头和弹簧连接座分别与中心电缆电连接,且所述电缆连接头与电缆连接座上分别设有相互匹配的连接结构。
2.根据权利要求1所述的定向钻进信号传输钻杆,其特征在于:所述连接结构为设置在电缆连接座前部并与所述电缆连接头前部直径相等的内腔,所述内腔位于所述弹簧连接座前。
3.根据权利要求1所述的定向钻进信号传输钻杆,其特征在于:所述弹簧连接头的前端设有与弹簧相匹配的凹槽。
4.根据权利要求1-3任一项所述的定向钻进信号传输钻杆,其特征在于:所述设置在外管两端的螺纹连接结构采用梯形螺纹。
5.根据权利要求4所述的定向钻进信号传输钻杆,其特征在于:所述梯形螺纹的牙形角为29°,螺纹锥度1:30。
6.根据权利要求4所述的定向钻进信号传输钻杆,其特征在于:所述设置在外管两端的螺纹连接结构处设有双台肩结构。
7.根据权利要求1-3任一项所述的定向钻进信号传输钻杆,其特征在于:所述外管为采用两端镦粗的整体式结构的外管。
8.根据权利要求1-3任一项所述的定向钻进信号传输钻杆,其特征在于:所述外管两端面上设有相互匹配的锥形金属密封结构。
9.根据权利要求8所述的定向钻进信号传输钻杆,其特征在于:所述锥形密封结构的锥角为15°。
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