CN103343668A - 有线电缆传输钻杆接头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有线电缆传输钻杆接头，主要由公电接头电缆连接部分与母电接头电缆连接部分构成。其中公电接头电缆连接部分主要由“钻杆公接头电缆”与“内电缆保护管”与钻杆公接头内壁连接组成；钻杆母接头部分主要由快速插电装置、旋转导电装置和楔形导向装置构成。在接单根时，随着钻杆公接头与钻杆母接头对扣，钻杆公接头内“钻杆公接头电缆”在“楔形导向装置”引导下与钻杆母接头内的“导电接头”对接；在钻杆公接头与钻杆母接头上扣时，“内电缆保护管”会在下部挤压下向上运动，“钻杆公接头弹簧”处于压缩状态，与此同时，“导电接头”在上部电缆的挤压中向下运动，并带动“导电插头”与“导电底座”连接，从而完成电缆快速锁定功能，并保证电缆的连通性。

Description

有线电缆传输钻杆接头

技术领域：

本发明涉及一种有线钻杆接头，用于钻井接单根过程中快速连接钻杆内电缆，从而实现井底动力钻具输电及随钻测量数据传输的功能。

背景技术：

近年来随着复杂地层油气藏开发难度的增加，对石油钻探技术也提出了新的要求。随钻测量、井底电动钻具以及智能钻井都应运而生。如何实现高效的井底电动钻具的输电以及随钻测量数据的传输，成为此类技术发展的难点。而传输的关键在于钻杆，钻杆是钻井工具的主体，有着起下钻，承担载荷和扭矩的功能，由于钻杆空间有限，且需要上下连接,因此如何实现钻杆中电力及信息反馈通道是钻杆接头设计的重点。

目前，根据钻杆接头结构及传输原理的不同，智能钻杆接头连接方式可分为两种，一种是感应式连接，这种连接方式是用磁场感应方法在公、钻杆母接头之间转换导通，向井下传输信号并向上反馈信号，其缺点是输电难度大、干扰因素多、传输信号不稳定；另一种是接触式连接，由钻杆本体和对接式电接头组成，在钻杆本体和电接头中嵌入导线，既可以传输电力，又可传输信号，实现闭环信息通道，满足现代钻井技术的要求。但是，接触式连接存在以下问题：

1、在钻杆公钻杆母接头台肩处开环形槽，将导电金属环镶嵌在槽内，从而导致钻杆强度降低，钻井风险增大。

2、井下仪器通过电缆连接到湿接头接受器上，并且随湿接头坐放短节以下的钻具一起下入井底，并在井筒流体中实现井下对接，这容易出现接触不良与短路，甚至可能因钻柱旋转而使电缆缠绕，或电缆与钻杆内壁剧烈碰撞和摩擦，造成电缆出现断裂的情况发生。

发明内容：

本发明的目的是提供一种有线钻杆接头,可以实现井底电缆快速连接，并保证电缆连接的准确性及较好的绝缘效果，从而实现井底供电和随钻测量的功能。

本发明的目的是这样实现的，所述的有线钻杆接头包括公电接头电缆连接部分与母电接头电缆连接部分，其中公电接头电缆连接部分主要由钻杆公接头电缆与内电缆保护管通过电缆密封圈连接，内电缆保护管外侧包裹有吸水材料，公接头电缆连接部分用外电缆保护管固定圈固定在钻杆公接头内壁。母电接头电缆连接部分主要包括快速插电装置、旋转导电装置和楔形导向装置，楔形导向装置和快速插电装置固定在旋转导电装置的上部，其中快速插电装置镶嵌在导向装置的缺口内。快速插电装置是由导电接头与导电插头串联连接，导电接头再通过接头支撑弹簧与导电底座连接组成的，其中导电插头以及导电底座之前保持分离，导电插头到导电底座的距离小于导电电缆在连接过程中的行程；旋转导电装置是由内导电环和外导电环组成的；楔形导向装置是由连接钻杆母接头内壁上的楔形导向轴承和楔形导向轴承底座组成的。

本发明的有益效果是：在钻杆内壁安装一个连接钻杆公接头和钻杆母接头的连接装置，该连接装置包括电缆、导电接头、楔形导向装置、导电插头装置及内外环状导体。其中钻杆公接头电缆电缆接头部分，钻杆母接头内壁的楔形导向装置的引导下与钻杆母接头的快速插电装置连接。快速插电装置与内外导电环连接，内外导电环安装在橡胶绝缘环内，保证在接单根时，钻杆旋转的情况下接上电缆，保证绝缘，并且给钻井液循环留下足够的空间。在不改变钻杆管体及接头强度的情况下内嵌入电缆，实现井下电缆的快速有线连接，且不影响钻杆强度，弥补了现有方法的不足，具有结构简单，成本低，操作简单方便，数据传输精度高等特点。

附图说明：

图1是有线电缆传输接头的结构示意图。

图2是楔形导向装置结构示意图。

图中：1.弹簧固定圈，2.外电缆保护管固定圈，3.钻杆公接头弹簧，4.内电缆保护管，5.外电缆保护管，6.吸水材料，7.钻杆公接头，8.钻杆公接头电缆，9.楔形导向轴承，10.电缆密封圈，11.导电接头，12.接头支撑弹簧，13.导电插头，14.导电底座，15.电缆保护管，16.钻杆母接头，17.外导电环，18.楔形导向轴承底座，19.上橡胶绝缘环，20.内导电环，21.下橡胶绝缘环。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例来详细描述本发明。

本发明装置包括公电接头电缆连接部分与母电接头电缆连接部分，二者分别位于钻杆公接头处和钻杆母接头处。其中公电接头电缆连接部分主要由“钻杆公接头电缆8”与“内电缆保护管4”通过“电缆密封圈10”连接，“内电缆保护管4”外侧包裹有“吸水材料6”，上述装置通过“外电缆保护管5”并利用“外电缆保护管固定圈2”固定在钻杆公接头内壁。母电接头电缆连接部分主要包括快速插电装置、旋转导电装置和导向装置导向装置和快速插电装置固定在旋转导电装置的上部，其中快速插电装置镶嵌在导向装置的缺口内。快速插电装置是由“导电接头11”与“导电插头13”串联连接，“导电接头11”再通过“接头支撑弹簧12”与“导电底座14”连接组成的，其中“导电插头13”以及“导电底座14”之前保持分离，其插头到底座的距离小于导电电缆在连接过程中的行程；旋转导电装置是由“内导电环20和外导电环17”组成的；楔形导向装置是由连接钻杆母接头内壁上的“楔形导向轴承9”和“楔形导向轴承底座18”组成的。

在接单根时，随着钻杆公接头与钻杆母接头对扣，钻杆公接头内的“钻杆公接头电缆8”在“楔形导向轴承9”引导下与钻杆母接头内的“导电接头11”对接，“吸水材料6”可将腔内的水分吸干，保证绝缘性；在钻杆公接头与钻杆母接头上扣时，“内电缆保护管4”会在下部挤压下向上运动，“钻杆公接头弹簧2”处于压缩状态，与此同时，“导电接头11”在上部电缆的挤压中向下运动，并带动“导电插头13”与“导电底座14”连接，从而完成电缆快速锁定功能，并保证电缆的连通性。

从“导电底座14”中引出的电缆与“外导电环17”连接，另外一侧导电底座中引出的电缆与“内导电环20”连接，上部的导电环外侧包围在“上橡胶绝缘环19”内，下部的导体环包围在“下橡胶绝缘环21”内，其中“下橡胶绝缘环21”固定在钻杆母接头内壁上，“上橡胶绝缘环19”嵌在楔形导向轴承内壁上，可上扣旋转的过程中保证电缆的连通性。

楔形导向轴承是在其轴承两侧均布两个轴向等高的非对称斜面，其斜面高度H₁与楔形导向轴承总高度H之比为1:2-1:4之间。楔形导向轴承的主要工作原理及作用如下：接单根时，当钻杆公接头电缆接触到导向轴承的斜面时，导向轴承会在其水平分力的作用下转动，当与钻杆母接头内的“导电接头11”转到同一垂直线时，钻杆公接头电缆扣入导电接头中，电缆完成对接。

采用本发明所提供的钻杆接头连接装置，具有以下显著特点：

（1）实现钻杆中有线电缆的快速连接；

（2）安装本电缆连接装置后对钻杆本身强度无影响；

（3）可在现有钻杆基础上加装本接头即可，安装简单，成本低。

本发明克服了接触式连接存在的问题，实现了在不改变钻杆管体及接头强度的情况下内嵌入电缆，并保证整个钻杆上扣连接过程中，电缆接触的有效性、绝缘性以及操作便利性等。

Claims (5)

1.一种有线电缆传输钻杆接头，包括公电接头电缆连接部分与母电接头电缆连接部分，其特征是，公电接头电缆连接部分主要由钻杆公接头电缆(8)与内电缆保护管(4)通过电缆密封圈(10)连接，内电缆保护管(4)外侧包裹有吸水材料(6)，上述装置通过外电缆保护管(5)并利用外电缆保护管固定圈(2)固定在钻杆公接头内壁；母电接头电缆连接部分主要包括快速插电装置、旋转导电装置和楔形导向装置，楔形导向装置和快速插电装置固定在旋转导电装置的上部，其中快速插电装置镶嵌在导向装置的缺口内；快速插电装置是由导电接头(11)与导电插头(13)串联连接，导电接头(11)再通过接头支撑弹簧(12)与导电底座(14)连接组成的，其中导电插头(13)以及导电底座(14)之前保持分离，其插头到底座的距离小于导电电缆在连接过程中的行程；旋转导电装置是由内导电环(20)和外导电环(17)组成的；楔形导向装置是由连接钻杆母接头内壁上的“楔形导向轴承(9)”和“楔形导向轴承底座(18)”组成的。

2.根据权利要求1所述的有线电缆传输钻杆接头，其特征是所述的电缆需要紧贴钻杆内壁连接。

3.根据权利要求1所述有线电缆传输钻杆接头，其特征是所述的由钻杆公接头弹簧、内外电缆保护管、四个密封圈和吸水材料组成的上部腔体结构数量大于等于一个。

4.根据权利要求1所述有线电缆传输钻杆接头，其特征是所述的内导电环(20)和外导电环(17)的材料为刚性或柔性导电材料。

5.根据权利要求1所述有线电缆传输钻杆接头，其特征是所述的楔形导向轴承是在其轴承两侧均布两个轴向等高的非对称斜面，其斜面高度与楔形导向轴承总高度之比为1:2-1:4。

Images