CN104863573A - 一种绝缘短节及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝缘短节及其制作方法。其中，该绝缘短节包括：上接头、下接头、键及绝缘机构；上接头与下接头均包含有凸台结构；上接头与下接头通过凸台结构限位连接；在凸台结构的连接处留有键槽；键设置在键槽中；绝缘机构设置在凸台结构处。由凸台结构承受钻进传递的拉力和压力，由键承受钻进传递的扭矩，由绝缘机构进行绝缘，保证了数据的传输质量和钻进作业的正常进行。

Description

一种绝缘短节及其制作方法

技术领域

本发明涉及地质勘探的技术领域，尤其涉及一种绝缘短节及其制作方法。

背景技术

在石油钻井和地质钻探过程中，特别是在定向井和水平井中，需要及时获取孔内钻进参数、地质参数以及井眼轨迹，为现场工程师提供决策依据。随钻测量是指在钻进过程中，通过井下传感器获取近钻头的钻进参数(顶角、方位角、工具面角等)并将这些参数实时传输至地表的测量手段。

随钻测量按信息的传输介质可分为有缆式随钻测量和无线式随钻测量。有缆式随钻测量能实现信号的双向传输，数据传输率高。但由于井下发射机与地面接收机是通过电缆连接的，因而这种连接方式会影响钻进作业的正常进行。无线式随钻测量主要有泥浆脉冲随钻测量和电磁波随钻测量。泥浆脉冲随钻测量利用钻井液产生压力脉冲，井下发射机将井底数据加载在泥浆脉冲上，并将泥浆脉冲发射到地面接收机。地面接收机接收脉冲信号，解调后获得井下数据。电磁波随钻测量是利用极低频电磁波作为传输介质，井下发射机将获取的数据加载在电磁波上，并将电磁波发射到地面接收机。地面接收机接收电磁波信号，解调处理后获取井下信息。

泥浆脉冲随钻测量由于使用泥浆压力脉冲作为传输介质，因此在气体钻井和泡沫钻井等包含有可压缩钻井液介质的钻井中不能正常使用，且泥浆压力脉冲所携带的数据量较少，因而泥浆脉冲随钻测量的应用范围较窄。电磁波随钻测量由于用低频电磁波作为信息载体，不受钻井液介质的限制，且传输的数据量较大，因而电磁波随钻测量目前被广泛应用。

在电磁波随钻测量中，通常需要利用电绝缘的偶极子天线作为发射天线，即需要用一个电绝缘的绝缘短节将钻杆从底部绝缘截断，形成偶极子的发射天线。该电绝缘的绝缘短节一方面要满足电绝缘的要求，另一方面要满足作为钻杆的一部分能够承受拉力、压力、扭矩的要求。绝缘短节性能的好坏不仅关系到数据传输质量的好坏，更关系到钻进作业能否正常进行。

目前，国内外电磁波随钻绝缘短节所采用的一般结构是：绝缘短节由上下两个金属接头通过螺纹连接，并在螺纹之间预留有连接间隙。在连接间隙间真空灌注非金属绝缘密封胶来实现绝缘。这种结构由于采用螺纹连接，并在螺纹之间预留注胶间隙，因此绝缘短节的扭矩全部由非金属绝缘密封胶来承受。而螺纹在钻进过程中承受扭矩时容易旋紧，会产生较大的挤压力，容易破坏螺纹间隙处的绝缘密封胶，导致绝缘失败，因此，绝缘短节对加工工艺和非金属绝缘密封胶的性能要求极高。国外的绝缘短节由于加工工艺先进、非金属绝缘密封胶的强度高以及相关的制备技术相当成熟，能满足正常钻进所传递的拉力、压力和扭矩。国内由于加工条件和材料性能方面的限制，随钻测量绝缘短节仍与国外产品有较大的差距。

发明内容

本发明实施例通过提供一种绝缘短节及其制作方法，解决了现有技术中随钻测量绝缘短节不能在绝缘的基础上，承受钻进传递的拉力、压力和扭矩的技术问题，实现了保证数据传输质量和钻进作业正常进行的技术效果。

本发明实施例提供了一种绝缘短节，包括：上接头、下接头、键及绝缘机构；所述上接头与所述下接头均包含有凸台结构；所述上接头与所述下接头通过所述凸台结构限位连接；在所述凸台结构的连接处留有键槽；所述键设置在所述键槽中；所述绝缘机构设置在所述凸台结构处。

进一步地，在所述上接头上开设有导向槽；所述键通过所述导向槽进入所述键槽中。

进一步地，所述绝缘机构至少包括：高强度结构胶粘接层；所述高强度结构胶粘接层位于所述键与所述键槽的槽壁之间。

进一步地，在所述凸台结构的连接处开设有注胶孔。

进一步地，所述绝缘机构至少包括：内绝缘衬层和外耐磨绝缘层；所述上接头和所述下接头均为中空结构；所述内绝缘衬层在所述中空结构的内壁上，且位于所述凸台结构的连接处，对所述凸台结构的连接处进行内绝缘密封；所述外耐磨绝缘层在所述上接头和所述下接头的外壁上，且位于所述凸台结构的连接处，对所述凸台结构的连接处进行外绝缘密封。

进一步地，所述绝缘机构至少包括：第一绝缘陶瓷层和第二绝缘陶瓷层；所述第一绝缘陶瓷层在所述上接头的凸台结构上；所述第二绝缘陶瓷层在所述下接头的凸台结构上。

进一步地，所述绝缘机构还包括：第一绝缘环和第二绝缘环；所述第一绝缘环和所述第二绝缘环均设置在所述第一绝缘陶瓷层与所述第二绝缘陶瓷层之间，且所述第一绝缘环的位置高于所述第二绝缘环。

本发明实施例还提供了一种绝缘短节的制作方法，用于制作上述的绝缘短节,所述方法包括：

将所述第一绝缘环粘接在所述下接头的凸台结构上；将所述第二绝缘环粘接在所述上接头的凸台结构上；

将所述上接头和所述下接头相对放置，并相互旋转，使所述上接头的凸台结构与所述下接头的凸台结构啮合；

将所述键从所述导向槽滑入所述键槽。

进一步地，所述将所述第一绝缘环粘接在所述下接头的凸台结构上；将所述第二绝缘环粘接在所述上接头的凸台结构上，包括：在所述上接头的凸台结构上镀铝，并对镀铝层进行微弧氧化处理得到所述第一绝缘陶瓷层；在所述下接头的凸台结构上镀铝，并对镀铝层进行微弧氧化处理得到所述第二绝缘陶瓷层；将所述第一绝缘环粘接在所述第二绝缘陶瓷层上；将所述第二绝缘环粘接在所述第一绝缘陶瓷层上；

在所述将所述键从所述导向槽滑入所述键槽，之后，将高强度结构胶注入所述注胶孔，形成所述高强度结构胶粘接层。

进一步地，还包括：

将所述内绝缘衬层涂抹在所述上接头和所述下接头的中空结构的内壁上，且位于所述凸台结构的连接处，对所述凸台结构的连接处进行内绝缘密封；将所述外耐磨绝缘层涂抹在所述上接头和所述下接头的外壁上，且位于所述凸台结构的连接处，对所述凸台结构的连接处进行外绝缘密封。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本发明中上接头与下接头均包含有凸台结构，且上接头与下接头通过凸台结构限位连接，并留有键槽，将键设置在键槽中；绝缘机构设置在凸台结构处。由凸台结构承受钻进传递的拉力和压力，由键承受钻进传递的扭矩，由绝缘机构进行绝缘，保证了数据的传输质量和钻进作业的正常进行。

2、本发明还提供了多种绝缘机构的具体结构，确保了绝缘短节的电绝缘性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的绝缘短节的结构剖面图；

图2为图1中沿A-A向的剖面图；

图3为图1中沿B-B向的剖面图；

图4为图1中沿C-C向的剖面图；

图5为本发明实施例二提供的绝缘短节的制作方法的流程图。

其中，1-上接头，2-第一绝缘环，3-高强度结构胶粘接层，4-第二绝缘环，5-下接头，6-内绝缘衬层，7-外耐磨绝缘层，8-键，9-注胶孔，10-导向槽。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种绝缘短节及其制作方法，解决了现有技术中随钻测量绝缘短节不能在绝缘的基础上，承受钻进传递的拉力、压力和扭矩的技术问题，实现了保证数据传输质量和钻进作业正常进行的技术效果。

本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本发明实施例中上接头与下接头均包含有凸台结构，且上接头与下接头通过凸台结构限位连接，并留有键槽，将键设置在键槽中；绝缘机构设置在凸台结构处。由凸台结构承受钻进传递的拉力和压力，由键承受钻进传递的扭矩，由绝缘机构进行绝缘，保证了数据的传输质量和钻进作业的正常进行。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

参见图1-图4，本发明实施例提供的绝缘短节，包括：上接头1、下接头5、键8及绝缘机构；上接头1与下接头5均包含有凸台结构；上接头1与下接头5通过凸台结构限位连接；在凸台结构的连接处留有键槽；键8设置在键槽中；绝缘机构设置在凸台结构处。

对本发明实施例提供的绝缘短节中上接头1的结构进行说明，上接头1的上部为圆筒状结构，内部开设有标准API锥形螺纹，与上钻杆接头通过螺纹连接；下部内侧为通径孔，外侧顶端部分为法兰状分布的对称凸台；中间部分为圆筒状且其外径与法兰状凸台的底径相同、内径与通径孔的孔径相同。

对本发明实施例提供的绝缘短节中下接头5的结构进行说明，下接头5的下部为圆筒状结构，表面开设有标准API锥形螺纹，与下钻杆接头通过螺纹连接；上部外侧为通径，内侧顶端部分为法兰状分布的对称凸台；中间部分为圆筒状且其内径与法兰状凸台的顶径相同，外径与通径相同。

在本实施例中，上接头1和下接头5的材料均为无磁钢金属材料。

对本发明实施例提供的绝缘短节中键8的结构进行说明，键8的长度不大于键槽的长度，键8外表面的半径小于下接头5上部圆筒部分的内半径，键8内表面的半径比上接头1下部圆筒状部分的外半径大一个搭接缝的尺寸，键8的两侧面与法兰状对称分布的键槽的槽壁均相距一个搭接缝的宽度。

在本实施例中，键槽的长度为下接头5上部端面到内侧台肩之间的距离。键8的材料是无磁钢金属材料。

进一步对本发明实施例提供的绝缘短节的结构进行说明，在上接头1上开设有导向槽10；键8通过导向槽10进入键槽中。

本发明实施例提供了多种结构的绝缘机构：

第一种绝缘机构至少包括：高强度结构胶粘接层3；高强度结构胶粘接层3位于键8与键槽的槽壁之间，即在键槽内除去键8以外的空间均为高强度结构胶粘接层3。在本实施例中，高强度结构胶可以包括环氧树脂胶粘剂、酚醛改性环氧胶粘剂、丙烯酸酯胶粘剂、聚酰亚胺胶粘剂或聚苯并咪唑粘接剂等。

在这种结构中，在上接头1的凸台结构与下接头5的凸台结构的连接处开设有注胶孔9。将高强度结构胶通过注胶孔9注入到键8与键槽的槽壁之间，形成高强度结构胶粘接层3。

第二种绝缘机构至少包括：第一绝缘陶瓷层和第二绝缘陶瓷层；第一绝缘陶瓷层在上接头1的凸台结构上；第二绝缘陶瓷层在下接头5的凸台结构上。

在本实施例中，第一绝缘陶瓷层和第二绝缘陶瓷层的厚度为0.2-0.3毫米。

在这种结构中，绝缘机构还可以包括：第一绝缘环2和第二绝缘环4；第一绝缘环2和第二绝缘环4均设置在第一绝缘陶瓷层与第二绝缘陶瓷层之间，且第一绝缘环2的位置高于第二绝缘环4。

对第一绝缘环2进行说明，第一绝缘环2位于下接头5的上部端面与上接头1下部外侧的肩台之间，且由两个对称的半环组成。半环的内径与上接头1下部的圆筒状部分的外径相同，半环的外径与由上接头1和下接头5装配后形成的外通径相同，并通过高强度结构胶与上接头1和下接头5粘接在一起，提供上接头1与下接头5的定位以及搭接缝的密封注胶环境。需要说明的是，在这种结构中，注胶孔9开设在第一绝缘环2上。

对第二绝缘环4进行说明，第二绝缘环4位于上接头1的下部端面与下接头5上部内侧的肩台之间。第二绝缘环4的内径与由上接头1和下接头5装配后形成的内通径相同，第二绝缘环4的外径不大于上接头1下部的圆筒部分的外径，并通过高强度结构胶与上接头1和下接头5粘接在一起，提供上接头1与下接头5的定位以及搭接缝的密封注胶环境。

在这种结构中，第一绝缘环2和第二绝缘环4的材料可以是尼龙、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚甲醛树脂或PBT塑料等工程塑料。

第三种绝缘机构至少包括：内绝缘衬层6和外耐磨绝缘层7；上接头1和下接头5均为中空结构；内绝缘衬层6在中空结构的内壁上，且位于凸台结构的连接处，对凸台结构的连接处进行内绝缘密封；外耐磨绝缘层7在上接头1和下接头5的外壁上，且位于凸台结构的连接处，对凸台结构的连接处进行外绝缘密封。

对内绝缘衬层6进行说明，内绝缘衬层6的材料为喷涂绝缘胶层，内绝缘衬层6的厚度不小于2毫米，内绝缘衬层6的内径与由上接头1和下接头5装配后形成的内通孔的直径相同，内绝缘衬层6的长度需确保能将第二绝缘环4覆盖，以实现绝缘短节的内部绝缘。

对外耐磨绝缘层7进行说明，外耐磨绝缘层7为掺加磨料的玻璃钢缠丝层。外耐磨绝缘层7的厚度不小于2毫米，外耐磨绝缘层7的外径与由上接头1和下接头5装配后形成的外通径相同，外耐磨绝缘层7的长度需确保能将第一绝缘环2和导向槽10覆盖，以实现绝缘短节的外部绝缘。

这里需要说明的是，本发明实施例还可以将上述三种绝缘机构整合在一起，成为第四种绝缘机构，此处对第四种绝缘机构的结构不进行赘述。

实施例二

参见图5，本发明实施例提供的绝缘短节的制作方法，用于制作上述的绝缘短节,该方法具体包括：

步骤一，按照设计要求采用无磁钢加工上接头1、下接头5和键8，采用高强度的工程塑料如尼龙等按尺寸加工第一绝缘环2和第二绝缘环4。

步骤二，对上接头1的搭接部分的外表面、下接头5搭接部分的外表面和键8的表面进行除锈、喷砂和清洗预处理。

步骤三，将第一绝缘环2粘接在下接头5的凸台结构上；将第二绝缘环4粘接在上接头1的凸台结构上；

对本步骤进行具体地说明：

在上接头1的凸台结构上镀铝，并对镀铝层进行微弧氧化处理得到第一绝缘陶瓷层；在下接头5的凸台结构上镀铝，并对镀铝层进行微弧氧化处理得到第二绝缘陶瓷层；

将第一绝缘环2粘接在第二绝缘陶瓷层上；具体地，将第一绝缘环2通过高强度结构胶粘接在下接头5的凸台结构的顶部断面上，使第一绝缘环2的中心轴线与下接头5的中心轴线重合、第一绝缘环2上的注胶孔9正对导向槽10。

将第二绝缘环4粘接在第一绝缘陶瓷层上；具体地，将第二绝缘环4通过高强度结构胶粘接在上接头1的凸台结构的底部断面上，使第二绝缘环4的中心轴线与上接头1的中心轴线重合。

步骤四，将上接头1和下接头5相对放置，并相互旋转，使上接头1的凸台结构与下接头5的凸台结构啮合；

对本步骤进行说明，将粘接有第二绝缘环4的上接头1插入下接头5内，使第二绝缘环4与下接头5的肩台充分接触。在插入过程中，上接头1的法兰状凸台从下接头5的法兰状凹槽内穿过，穿过后相互旋转上接头1和下接头5，使上接头1的法兰状凸台与下接头5的法兰状凸台端面重合，并使搭接部分出现法兰状均匀分布的键槽。

需要说明的是，在此过程中，需确保上接头1与下接头5的中心轴线重合。

步骤五，将键8从导向槽10滑入键槽；

对本步骤进行说明，在键8的外弧面均匀涂抹高强度结构胶，再将键8通过上接头1上的导向槽10平稳插入上接头1与下接头5相互搭接形成的法兰状键槽内。

需要说明的是，在此过程中，需确保键8的外弧面与法兰状键槽的顶弧面充分粘接接触，键8的内弧面及两侧与法兰状键槽之间留有搭接缝的间隙。

步骤六，将高强度结构胶注入注胶孔9，形成高强度结构胶粘接层3。

需要说明的是，在注胶结束后，向导向槽10内填充高强度结构胶。

步骤七，将内绝缘衬层6涂抹在上接头1和下接头5的中空结构的内壁上，且位于凸台结构的连接处，对凸台结构的连接处进行内绝缘密封；将外耐磨绝缘层7涂抹在上接头1和下接头5的外壁上，且位于凸台结构的连接处，对凸台结构的连接处进行外绝缘密封。

其中，内绝缘衬层6采用喷涂绝缘胶的方法制作，且内绝缘衬层6的内径与由上接头1和下接头5装配后形成的内通孔的直径相同并且充分覆盖第二绝缘环4的粘接缝；外耐磨绝缘层7采用掺入磨料的玻璃钢缠丝的方法制作，且外耐磨绝缘层7的外径与由上接头1和下接头5装配后形成的外通径相同并且充分覆盖第一绝缘环2的粘接缝和导向槽10。

【技术效果】

本发明实施例绝缘短节及其制作方法在上接头1的下部和下接头5的顶部的搭接部分的外表面均镀有绝缘陶瓷层，该绝缘陶瓷层不仅具有极高的强度，并且还能提供一层绝缘；在上接头1和下接头5搭接部分的搭接缝之间设置有高强度结构胶粘接层3，能够提供另一层绝缘；通过内绝缘衬层6和外耐磨绝缘层7能够提供另一层绝缘，实现了本发明实施例提供的绝缘短节的多层绝缘，确保了随钻绝缘短节的电绝缘性能。另外，本发明实施例还通过在上接头1和下接头5搭接部分的搭接缝之间的高强度结构胶粘接层3将上接头1、下接头5和键8粘接在一起，提供了绝缘短节初级的抗拉力、压力和扭矩的能力。而上接头1和下接头5相互搭接的法兰状对称凸台能够承受较大的压力和拉力，上接头1和下接头5相互搭接形成的法兰状对称键槽内的键8能承受较大的扭矩。此外，由于搭接缝内的高强度结构胶粘接层3将上接头1、下接头5和键8粘接为一体，因而进一步地提高了绝缘短节的整体强度。综上，本发明实施例提供的绝缘短节的多层绝缘和两级受力的结构不仅保证了绝缘短节结构的整体性和电绝缘性，而且还具备了传递较大的拉力、压力和扭矩的能力，保证了数据的传输质量和钻进作业的正常进行。本发明实施例提供的绝缘短节结构简单，加工方便，电绝缘性强，机械结构强度大，在满足了短节绝缘要求的同时，保证了短节的结构强度。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种绝缘短节，其特征在于，包括：上接头、下接头、键及绝缘机构；所述上接头与所述下接头均包含有凸台结构；所述上接头与所述下接头通过所述凸台结构限位连接；在所述凸台结构的连接处留有键槽；所述键设置在所述键槽中；所述绝缘机构设置在所述凸台结构处。

2.如权利要求1所述的绝缘短节，其特征在于，在所述上接头上开设有导向槽；所述键通过所述导向槽进入所述键槽中。

3.如权利要求1所述的绝缘短节，其特征在于，所述绝缘机构至少包括：高强度结构胶粘接层；所述高强度结构胶粘接层位于所述键与所述键槽的槽壁之间。

4.如权利要求3所述的绝缘短节，其特征在于，在所述凸台结构的连接处开设有注胶孔。

5.如权利要求1所述的绝缘短节，其特征在于，所述绝缘机构至少包括：内绝缘衬层和外耐磨绝缘层；所述上接头和所述下接头均为中空结构；所述内绝缘衬层在所述中空结构的内壁上，且位于所述凸台结构的连接处，对所述凸台结构的连接处进行内绝缘密封；所述外耐磨绝缘层在所述上接头和所述下接头的外壁上，且位于所述凸台结构的连接处，对所述凸台结构的连接处进行外绝缘密封。

6.如权利要求1所述的绝缘短节，其特征在于，所述绝缘机构至少包括：第一绝缘陶瓷层和第二绝缘陶瓷层；所述第一绝缘陶瓷层在所述上接头的凸台结构上；所述第二绝缘陶瓷层在所述下接头的凸台结构上。

7.如权利要求6所述的绝缘短节，其特征在于，所述绝缘机构还包括：第一绝缘环和第二绝缘环；所述第一绝缘环和所述第二绝缘环均设置在所述第一绝缘陶瓷层与所述第二绝缘陶瓷层之间，且所述第一绝缘环的位置高于所述第二绝缘环。

8.一种绝缘短节的制作方法，用于制作如权利要求1-7中任一权利要求所述的绝缘短节,其特征在于，所述方法包括：

将所述第一绝缘环粘接在所述下接头的凸台结构上；将所述第二绝缘环粘接在所述上接头的凸台结构上；

将所述上接头和所述下接头相对放置，并相互旋转，使所述上接头的凸台结构与所述下接头的凸台结构啮合；

将所述键从所述导向槽滑入所述键槽。

9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述将所述第一绝缘环粘接在所述下接头的凸台结构上；将所述第二绝缘环粘接在所述上接头的凸台结构上，包括：在所述上接头的凸台结构上镀铝，并对镀铝层进行微弧氧化处理得到所述第一绝缘陶瓷层；在所述下接头的凸台结构上镀铝，并对镀铝层进行微弧氧化处理得到所述第二绝缘陶瓷层；将所述第一绝缘环粘接在所述第二绝缘陶瓷层上；将所述第二绝缘环粘接在所述第一绝缘陶瓷层上；

在所述将所述键从所述导向槽滑入所述键槽，之后，将高强度结构胶注入所述注胶孔，形成所述高强度结构胶粘接层。

10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，还包括：

将所述内绝缘衬层涂抹在所述上接头和所述下接头的中空结构的内壁上，且位于所述凸台结构的连接处，对所述凸台结构的连接处进行内绝缘密封；将所述外耐磨绝缘层涂抹在所述上接头和所述下接头的外壁上，且位于所述凸台结构的连接处，对所述凸台结构的连接处进行外绝缘密封。