CN103676054B - 油田专用光缆连接装置 - Google Patents

Abstract

一种油田专用光缆连接装置，该油田专用光缆连接装置由第一外钢管固定密封装置、套筒、第二外钢管固定密封装置、第一内钢管固定装置、内连管和第二内钢管固定装置组成，它是利用铜卡套的金属变形，前、后套管和内连管三者之间的螺纹联接，以及光缆内、外钢管的外径差，从而实现光缆内钢管的固定；利用内、外双锥卡套的金属变形实现光缆外钢管的双重固定和密封；利用异径连接管第二端锥形端面的金属变形实现裸露光纤的强有力密封和防止螺纹松动。此油田专用光缆连接装置很好的解决了光缆连接处内、外钢管的窜动问题，更好的实现了对裸露光纤及熔接点的密封及保护。

Description

油田专用光缆连接装置

技术领域

本发明涉及一种连接两段光缆的连接装置，尤其适用于油田专用光缆和光缆的连接。

背景技术

目前，从世界能源消耗趋势看，还是以油气为主，油气井下压力、温度等参量的监测通常是采用电子产品来实现，但油气井下的环境极其复杂，大多高温、高压和具有腐蚀性，使得电子产品的长期稳定性和可靠性极其有限。由于无法对井下参量进行实时、高精度监测，堵蜡、入水、出沙等故障导致的关井现象时有发生，油气井的采收率仅为30%左右，不仅造成资源浪费，而且生产费用偏高，严重制约了油气勘探开发的步伐。鉴于光纤传输具有耐高温、抗电磁干扰和耐腐蚀等一系列优点，加之油气井下高温、高压、腐蚀和尺寸有限的特殊环境，光纤传感技术在“智能井”技术中被普遍采用。

光纤传感技术在“智能井”应用过程中，作为通讯元件的光缆，是不可或缺的。以前油井专用光缆外部只有一层不锈钢钢管，光缆连接器只是将外部一层不锈钢钢管采用机械固定密封，内部光纤进行熔接，这个很容易实现，由于油井施工过程及环境的特殊性，不锈钢很容易破坏，致使光缆内部光纤受到破坏。目前，油井中广泛应用的光缆结构由外到内依次为外层不锈钢管201、橡胶填充层、内层不锈钢管202、油膏和光纤203。一方面，实际工程应用过程中光缆外部的保护层(外层不锈钢管、橡胶填充层和内层不锈钢管合称保护层)难免会受到损坏，加之油田的腐蚀环境，使内层光纤很容易被渗氢腐蚀，从而使通信信号中断；另一方面，随着油田的不断开采，油气井的深度不断增加，现有油井大多都几千米深，加之现有光缆制造技术水平有限，不能一次制造几千米，这就要求我们对光缆进行连接，需要专门的连接器来保护连接点。传统的连接装置只是将光缆的外层不锈钢钢管固定且对裸露光纤密封不好，而实际应用过程中，光缆制作完成之后，为便于运输和使用，通常将光缆卷成盘，下井过程中再将光缆伸直，在卷盘与伸直的过程中，内外层钢管会产生窜动，加之下井过程中内层不锈钢管的重力作用，也会使光缆内层不锈钢管带着光纤相对于外层不锈钢钢管产生窜动，如果此窜动发生在光缆连接处，光纤会被拉断或者产生较大的弯曲，产生很大损耗，甚至由于弯曲过大致使光纤被折断，信号传输中断。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的油田专用光缆连接装置，采用一种特殊的机械固定密封方式，在光缆连接处不仅能将外层不锈钢管固定和对裸露光纤进行密封，更重要的是能够将内层不锈钢管同时实现固定，能够很好的解决光缆连接处内外层不锈钢管窜动的问题，从而避免了光纤被拉断或者弯曲过大而折断，保证了信号传输的连续性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种油田专用光缆连接装置，该油田专用光缆连接装置由第一外钢管固定密封装置、套筒、第二外钢管固定密封装置、第一内钢管固定装置、内连管和第二内钢管固定装置组成，其特征在于套筒和第一、第二外钢管固定密封装置通过螺纹联接和密封圈密封；在套筒内部设置有内连管和第一、第二内钢管固定装置，第一、第二内钢管固定装置和内连管的两端螺纹联接；第一、第二内钢管固定装置分别套装在第一、第二内钢管外面；所述第一内钢管固定装置包括第一前套管、第一铜卡套和第一后套管；其中第一前套管的一端设置有台阶面顶在第一外钢管端面上，第一前套管和第一后套管套装在第一铜卡套外面，第一前套管和第一后套管通过螺纹联接在一起的同时将第一铜卡套和第一内钢管固定在一起，第一后套管上设置有带有内螺纹的通孔与内连管螺纹连接；所述第二内钢管固定装置与第一内钢管固定装置结构一样且布置在内连管的另一端；第一后套管内部设有第一光纤定位座，在光纤定位座中央设置与光纤相配的第一定位孔。

本方案的具体特点还有，所述第二内钢管固定装置包括第二前套管、第二铜卡套和第二后套管；其中第二前套管的一端设置有台阶面顶在第二外钢管端面上，第二前套管和第二后套管套装在第二铜卡套外面，第二前套管和第二后套管通过螺纹联接在一起的同时将第二铜卡套和第二内钢管固定在一起，第二后套管上设置有带有内螺纹的通孔与内连管螺纹连接；第二后套管内部设有第二光纤定位座，在第二光纤定位座中央设置与光纤相配的第二定位孔。

所述第一外钢管固定密封装置从左至右依次套装在第一外钢管外侧的第一外侧螺母、第一外双锥卡套、第一异径连接管、第一内侧螺母和第一内双锥卡套；套筒两端设置有异径接头部，异径接头部包括小头和大头两部分，小头和大头均设置有外螺纹；第一内侧螺母与小头螺纹联接；第一异径连接管包括第一端和第二端，第一端直径小于第二端，第一端上设置有外螺纹，第二端上设置有内螺纹，第二端端面设置有第一锥面，第一异径连接管第二端套装在第一内侧螺母外面与大头螺纹连接，螺纹联接时第一锥面产生金属变形实现接触面密封；第一异径连接管第一端与第一外侧螺母螺纹连接；第一内侧螺母和套筒小头之间设置有第一内双锥卡套，第一内双锥卡套在第一内侧螺母的推顶下插入套筒和第一外钢管之间间隙实现套筒和第一外钢管之间的密封和固定；第一外侧螺母和第一异径连接管之间设置有第一外双锥卡套，第一外双锥卡套在第一外侧螺母的推顶下插入第一异径连接管和第一外钢管之间的间隙实现第一异径连接管和第一外钢管之间的密封和固定。

所述第二外钢管固定密封装置与第一外钢管固定密封装置结构一样布置在套筒的另一端，包括第二外侧螺母、第二外双锥卡套、第二异径连接管、第二内侧螺母和第二内双锥卡套；第二内侧螺母与小头螺纹联接；第二异径连接管包括第一端和第二端，第一端直径小于第二端，第一端上设置有外螺纹，第二端上设置有内螺纹，第二端端面设置有第二锥面，第二异径连接管第二端套装在第二内侧螺母外面与大头螺纹连接，螺纹联接时第二锥面产生金属变形实现接触面密封；第二内侧螺母和套筒小头之间设置有第二内双锥卡套，第二内双锥卡套在第二内侧螺母的推顶下插入套筒和第二外钢管之间间隙实现套筒和第二外钢管之间的密封；第二异径连接管第一端与第二外侧螺母螺纹连接；第二外侧螺母和第二异径连接管之间设置有第二外双锥卡套，第二外双锥卡套在第二外侧螺母的推顶下插入第二异径连接管和第二外钢管之间的间隙实现第二异径连接管和第二外钢管之间的密封。

内连管中空，表面开有贯穿全长的开口以便放入光纤，两端设有一定长度的外螺纹。

套筒两端装有第一O型密封圈和第二O型密封圈，螺纹联接处涂有密封胶,起密封作用；铜卡套材料为黄铜，O型密封圈为橡胶外。

第一定位孔和第二定位孔的直径为1.5mm。

第一外侧螺母和第二外侧螺母的螺纹孔外的端面为锥面，拧紧第一、第二外侧螺母时需用满力，此时锥面会产生金属变形，此举既能起由于金属变形产生的密封作用，又能防止螺纹松动，一举两得。

本发明的有益效果是：本发明的油田专用光缆连接装置，在充分利用金属变形密封的基础上，采用特殊的机械结构，将光缆内、外钢管同时固定，从而解决了光缆连接处内钢管带着光纤相对于外钢管窜动的问题，从而避免了光缆连接处光纤不被拉断或者由于弯曲过大而产生损耗甚至折断，保证了光纤传输的连续性，并且更好地实现了对裸露光纤及熔接点的强有力密封及保护。

附图说明

图1是油田专用光缆连接装置三维图；图2是内、外钢管相对运动示意图；图3是是油田专用光缆连接装置全剖图；图4是油田专用光缆连接装置左半部分全剖图；图5是油田专用光缆连接装置右半部分全剖图；图6是Ⅰ局部放大图；图7是Ⅱ局部放大图；图8是第一前套管全剖视图；图9是第一铜卡套三维图；图10是第一后套管全剖视图；图11是内连管三维图；图12是内连管中部断面图；图13是外侧螺母三维图；图14是异径连接管三维图。

图中：1-第一外侧螺母；2-第一异径连接管；3-第一内双锥卡套；4-第一内钢管；5-第一O型密封圈；6-第一铜卡套；7-第一光纤；8-内连管；9-第二光纤；10-第二铜卡套；11-第二O型密封圈；12-第二内钢管；13-第二内双锥卡套；14-第二异径连接管；15-第二外侧螺母；16-第二外双锥卡套；17-第二内侧螺母；18-第二外钢管；19-第二前套管；20-第二后套管；21-套筒；22-第一后套管；23-第一前套管；24-第一外钢管；25-第一内侧螺母；26-第一外双锥卡套；101-第一螺纹联接m；102-第一锥面；103-第一定位孔；104-第一螺纹联接n；105-第二螺纹联接m；106-第二锥面；107-第二定位孔；108-第二螺纹联接n；109-开口；1026-锥面； 201-外层不锈钢管；202-内层不锈钢管；203-光纤。

具体实施方式

下面结合附图及连接器的操作顺序对本发明的技术方案进行详细说明：

一种油田专用光缆连接装置，该油田专用光缆连接装置由第一外钢管固定密封装置、套筒21、第二外钢管固定密封装置、第一内钢管固定装置、内连管8和第二内钢管固定装置组成，套筒21和第一、第二外钢管固定密封装置通过螺纹联接和密封圈密封；在套筒21内部设置有内连管8和第一、第二内钢管固定装置，第一、第二内钢管（4，12）固定装置和内连管8的两端分别通过第一螺纹联接n104和第二螺纹连接n108联接；第一、第二内钢管固定装置分别套装在第一、第二内钢管（4，12）外面；所述第一内钢管固定装置包括第一前套管23、第一铜卡套6和第一后套管22；其中第一前套管23的无螺纹端顶在第一外钢管24端面上，第一前套管23和第一后套管22套装在第一铜卡套6外面，第一前套管23和第一后套管22通过第一螺纹联接m101联接在一起的同时将第一铜卡套6和第一内钢管4固定在一起，第一后套管22内部设有与光纤相配的第一定位孔103，可促使光纤尽可能保持在第一后套管22的中央以便后续操作，第一后套管22另一端设置有一定深度的内螺纹孔与内连管8通过第一螺纹联接n104联接。

所述第二内钢管固定装置与第一内钢管固定装置结构一样且布置在内连管8的另一端，所述第二内钢管固定装置包括第二前套管19、第二铜卡套10和第二后套管20；其中第二前套管19的无螺纹端顶在第二外钢管18端面上，第二前套管19和第二后套管20套装在第二铜卡套10外面，第二前套管19和第二后套管20通过第二螺纹联接m105在一起的同时将第二铜卡套19和第二内钢管12固定在一起，第二后套管20内部设有与光纤相配的第二定位孔107，可促使光纤尽可能保持在第二后套管20的中央以便后续操作，第二后套管20另一端设置有一定深度的内螺纹孔与内连管8通过第二螺纹联接n108联接。

所述第一外钢管固定密封装置从左至右依次套装在第一外钢管24外侧的第一外侧螺母1、第一外双锥卡套26、第一异径连接管2、第一内侧螺母25和第一内双锥卡套3；套筒21两端设置有异径接头部，异径接头部包括小头和大头两部分，小头和大头均设置有外螺纹；第一内侧螺母25与小头螺纹联接；第一异径连接管2包括第一端和第二端，第一端直径小于第二端，第一端上设置有外螺纹，第二端端面设置有第一锥面102，内部设置有内螺纹，第一异径连接管2第二端套装在第一内侧螺母25外面与大头螺纹连接，螺纹联接时第一锥面102产生金属变形，对裸露光纤起强有力密封，又能防止螺纹松动；第一内侧螺母25和套筒21小头之间设置有第一内双锥卡套3，第一内双锥卡套3在第一内侧螺母25的推顶下插入套筒21和第一外钢管24之间间隙实现套筒21和第一外钢管24之间的密封（对裸露光纤的密封）和第一内钢管4的固定；第一异径连接管2第一端与第一外侧螺母1螺纹连接，第一外侧螺母1和第一异径连接管2之间设置有第一外双锥卡套26，第一外双锥卡套26在第一外侧螺母1的推顶下插入第一异径连接管2和第一外钢管24之间的间隙实现第一异径连接管2和第一外钢管24的再次密封（对裸露光纤）和第一外钢管24的双重固定。

所述第二外钢管固定密封装置与第一外钢管固定密封装置结构一样布置在套筒21的另一端，包括第二外侧螺母15、第二外双锥卡套16、第二异径连接管14、第二内侧螺母17和第二内双锥卡套13；第二内侧螺母17与小头螺纹联接；第二异径连接管14包括第一端和第二端，第一端直径小于第二端，第一端上设置有外螺纹，第二端端面设置有第二锥面106，内部设置有内螺纹，第二异径连接管14第二端套装在第二内侧螺母17外面与大头螺纹连接，螺纹联接时第二锥面106产生金属变形，对裸露光纤起强有力密封，又能防止螺纹松动；第二内侧螺母17和套筒21小头之间设置有第二内双锥卡套13，第二内双锥卡套13在第二内侧螺母17的推顶下插入套筒21和第二外钢管18之间间隙实现套筒21和第二外钢管18之间的密封（对裸露光纤）和第二外钢管18的固定；第二异径连接管14第一端与第二外侧螺母15螺纹连接，第二外侧螺母15和第二异径连接管14之间设置有第二外双锥卡套26，第二外双锥卡套26在第二外侧螺母15的推顶下插入第二异径连接管14和第二外钢管18之间的间隙实现第二异径连接管14和第二外钢管18的密封（对裸露光纤）和第二外钢管18的双重固定。

具体操作步骤如下：

准备工作：将第一、第二光缆一端拉直1m左右；将第一、第二光缆拉直部分用钢管切割刀切割内、外钢管和橡胶填充层，露出一定长度的裸露光纤；再用钢管切割刀切除一段距离的外钢管和橡胶填充层，露出一定长度的内钢管；将第一、第二光缆用夹具夹住（夹持之后两端光缆的同轴度要达标），防止其乱动。

第一内钢管A向窜动的限制：

将第一前套管23穿过第一光纤7和第一内钢管4，第一前套管23大端面顶在第一外钢管24端面上；将第一铜卡套6和第一后套管22依次穿过第一光纤7和第一内钢管4；在第一内钢管4和第一铜卡套6的外表面涂抹一定量的强力粘合胶，起辅助固定作用；用扳手拧紧第一前套管23和第一后套管22，此时第一铜卡套6产生金属变形将第一内钢管4卡死，由于第一前套管23大端面顶在第一外钢管24端面上，此便限制了第一内钢管A向的窜动。

第二内钢管A向窜动的限制：

第二内钢管A向窜动限制的方法和第一内钢管A向窜动限制的方法相同，将第二前套管19穿过第二光纤9和第二内钢管12，第二前套管19大端面顶在第二外钢管18端面上；将第二铜卡套10和第二后套管20依次穿过第二光纤9和第二内钢管12；在第二内钢管12和第二铜卡套10的外表面涂抹一定量的强力粘合胶，起辅助固定作用；用扳手拧紧第二前套管19和第二后套管20，此时第二铜卡套10产生金属变形将第二内钢管12卡死，由于第二前套管19大端面顶在第二外钢管18端面上，此便限制了第二内钢管A向的窜动。

第一、二内钢管B向窜动的限制：

用熔接机将第一光纤7和第二光纤9熔接，将光纤经过内连管8表面的开口109贯穿于内连管8的内孔中，内连管8一端慢慢旋入第一后套管22（或第二后套管20），旋入一定距离之后，内连管8另一端对准第二后套管20（或第一后套管22）再反向旋转一段距离，此时第一后套管22、内连管8和第二后套管通过螺纹联接在一块，此便限制了第一、二内钢管B向的窜动，同时内连管8对光纤和熔接点也起一定的保护作用。

第一、二外钢管的双重固定及裸露光纤的双重密封：

将套筒21套过内连管8，使它们同时达到中心对称；用扳手拧紧第一内侧螺母25，此时第一内双锥卡套3产生金属变形，将第一外钢管24卡死，用扳手拧紧第二内侧螺母17，此时第二内双锥卡套13产生金属变形，将第二外钢管18卡死，此便完成了对第一、二外钢管的一重固定及裸露光纤的一重密封；将强力密封胶涂于套筒21的螺纹表面，用扳手拧紧第一外侧螺母1和第二外侧螺母15，由于第一、第二外侧螺母一侧端面为锥面，拧紧会产生金属变形，此便产生强力密封同时又能防止螺纹松动，此操作包括三次小密封（胶密封、O型圈密封和金属密封），这三次小密封尤为重要；用扳手拧紧第一外侧螺母1和第二外侧螺母15，此时第一外双锥卡套26和第二外双锥卡套16产生金属变形，将第一、二外钢管分别卡死，此便完成对第一、二外钢管的二重固定，加上次操作完成了对裸露光纤的二重密封，至此第一、二外钢管的双重固定及裸露光纤的双重密封完成。至此，油田专用光缆连接装置连接光缆完毕。

Claims (9)

1.一种油田专用光缆连接装置，该油田专用光缆连接装置由第一外钢管固定密封装置、套筒、第二外钢管固定密封装置、第一内钢管固定装置、内连管和第二内钢管固定装置组成，其特征在于套筒和第一、第二外钢管固定密封装置通过螺纹联接，通过密封圈和金属变形密封；在套筒内部设置有内连管和第一、第二内钢管固定装置，第一、第二内钢管固定装置和内连管的两端螺纹联接；第一、第二内钢管固定装置分别套装在第一、第二内钢管外面；所述第一内钢管固定装置包括第一前套管、第一铜卡套和第一后套管；其中第一前套管的一端设置有台阶面顶在第一外钢管端面上，第一前套管和第一后套管套装在第一铜卡套外面，第一前套管和第一后套管通过螺纹联接在一起的同时将第一铜卡套和第一内钢管固定在一起，第一后套管上设置有带有内螺纹的通孔与内连管螺纹连接；所述第二内钢管固定装置与第一内钢管固定装置结构一样且布置在内连管的另一端；第一后套管内部设有第一光纤定位座，在光纤定位座中央设置与光纤相配的第一定位孔。

2.根据权利要求1所述的油田专用光缆连接装置，其特征是所述第二内钢管固定装置包括第二前套管、第二铜卡套和第二后套管；其中第二前套管的一端设置有台阶面顶在第二外钢管端面上，第二前套管和第二后套管套装在第二铜卡套外面，第二前套管和第二后套管通过螺纹联接在一起的同时将第二铜卡套和第二内钢管固定在一起，第二后套管上设置有带有内螺纹的通孔与内连管螺纹连接；第二后套管内部设有第二光纤定位座，在第二光纤定位座中央设置与光纤相配的第二定位孔。

3.根据权利要求2所述的油田专用光缆连接装置，其特征是第一定位孔和第二定位孔的直径为1.5mm。

4.根据权利要求1所述的油田专用光缆连接装置，其特征是所述第一外钢管固定密封装置从左至右依次套装在第一外钢管外侧的第一外侧螺母、第一外双锥卡套、第一异径连接管、第一内侧螺母和第一内双锥卡套；套筒两端设置有异径接头部，异径接头部包括小头和大头两部分，小头和大头均设置有外螺纹；第一内侧螺母与小头螺纹联接；第一异径连接管包括第一端和第二端，第一端直径小于第二端，第一端上设置有外螺纹，第二端上设置有内螺纹，第二端端面设置有第一锥面，第一异径连接管第二端套装在第一内侧螺母外面与大头螺纹连接，螺纹联接时第一锥面产生金属变形实现接触面密封；第一异径连接管第一端与第一外侧螺母螺纹连接；第一内侧螺母和套筒小头之间设置有第一内双锥卡套，第一内双锥卡套在第一内侧螺母的推顶下插入套筒和第一外钢管之间间隙实现套筒和第一外钢管之间的密封和固定；第一外侧螺母和第一异径连接管之间设置有第一外双锥卡套，第一外双锥卡套在第一外侧螺母的推顶下插入第一异径连接管和第一外钢管之间的间隙实现第一异径连接管和第一外钢管之间的密封和固定。

5.根据权利要求4所述的油田专用光缆连接装置，其特征在于第一外侧螺母的螺纹孔外的端面为锥面。

6.根据权利要求1所述的油田专用光缆连接装置，其特征是所述第二外钢管固定密封装置与第一外钢管固定密封装置结构一样布置在套筒的另一端，包括第二外侧螺母、第二外双锥卡套、第二异径连接管、第二内侧螺母和第二内双锥卡套；第二内侧螺母与小头螺纹联接；第二异径连接管包括第一端和第二端，第一端直径小于第二端，第一端上设置有外螺纹，第二端上设置有内螺纹，第二端端面设置有第二锥面，第二异径连接管第二端套装在第二内侧螺母外面与大头螺纹连接，螺纹联接时第二锥面产生金属变形实现接触面密封；第二内侧螺母和套筒小头之间设置有第二内双锥卡套，第二内双锥卡套在第二内侧螺母的推顶下插入套筒和第二外钢管之间间隙实现套筒和第二外钢管之间的密封；第二异径连接管第一端与第二外侧螺母螺纹连接；第二外侧螺母和第二异径连接管之间设置有第二外双锥卡套，第二外双锥卡套在第二外侧螺母的推顶下插入第二异径连接管和第二外钢管之间的间隙实现第二异径连接管和第二外钢管之间的密封。

7.根据权利要求6所述的油田专用光缆连接装置，其特征在于第二外侧螺母的螺纹孔外的端面为锥面。

8.根据权利要求1所述的油田专用光缆连接装置，其特征在于内连管中空，表面开有贯穿全长的开口以便放入光纤，两端设有一定长度的外螺纹。

9.根据权利要求1所述的油田专用光缆连接装置，其特征是套筒两端装有第一O型密封圈和第二O型密封圈，螺纹联接处涂有密封胶密封；铜卡套材料为黄铜，O型密封圈为橡胶。