CN105134095A - 一种随钻仪器伸缩式连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随钻仪器伸缩式连接器，包括外壳、套设在外壳内的内筒，以及自上而下依次连接的中接头短节、压力平衡短节、上注油短节、下注油短节、伸缩短节以及旋转连接器；本发明伸缩短节，可通过滑动杆实现刚性伸缩，稳定性增强；压力平衡短节和注油系统，可通过压缩弹簧和浮动活塞来调节改变长度并平衡泥浆压力，连接器整体承压能力和零件的可靠性明显提升，弹簧伸缩电缆贯穿在充满液压油的封闭腔体内部，避免与泥浆接触，保证了电缆通讯的可靠性；滑动杆下端设置了旋转连接器，与LWD仪器连接时，滑环不发生相对转动，不会扭伤电缆；滑动杆上端的防转柱塞头与内筒采用花键配合，防止滑动杆受泥浆冲刷时与内筒产生相对转动，扭伤电缆。

Description

一种随钻仪器伸缩式连接器

【技术领域】

本发明属于石油钻探技术领域，涉及一种石油钻探中的随钻测井装备，尤其是一种随钻仪器伸缩式连接器。

【背景技术】

随钻连接器是目前随钻测井作业中连接MWD(随钻测量)与LWD(随钻测井)仪器的关键部件，为MWD仪器与LWD仪器提供供电与通讯，作为各测井短节的连接单元，其可靠性对随钻测井系统有直接的影响。

现用柔性连接器在随钻作业中，电缆裸漏在钻铤水眼的泥浆中，受到扭转、弯曲、冲蚀和振动等载荷的作用，容易出现绝缘变差、电缆崩断等失效，导致整套随钻测井系统的可靠性降低，影响测井质量。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种随钻仪器伸缩式连接器，该连接器以全新的刚性伸缩短节代替柔性电缆连接，解决了随钻柔性连接器在使用过程中出现的电缆冲蚀、磨损严重、绝缘性差等问题，提高了随钻测井仪器连接的可靠性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种随钻仪器伸缩式连接器，包括外壳、套设在外壳内的内筒，以及自上而下依次连接的中接头短节、压力平衡短节、上注油短节、下注油短节、伸缩短节以及旋转连接器；中接头短节上端连接MWD仪器，旋转连接器下端与LWD仪器相连；中接头短节连接在压力平衡短节的平衡外壳上端；压力平衡短节内设置浮动活塞杆；外壳和内筒设置于上注油短节和下注油短节之间；上注油短节和下注油短节将伸缩短节和压力平衡短节的内部腔体连通，形成注满航空液压油的液压油填充区，且通过套设在内筒外侧的压缩弹簧和设置于平衡外壳内的浮动活塞的调节，形成刚性的可伸缩系统；弹簧伸缩电缆贯穿在充满液压油的封闭腔体内部，与上下两端的高压密封塞连接。

本发明进一步的改进在于：

中接头短节包括中接头和扶正器，中接头配合扶正器连接在平衡外壳的上端，中接头的另一端与MWD仪器连接；中接头上端的密封面内安装第一高压密封塞，第一高压密封塞一端引线连通MWD仪器，另一端与弹簧伸缩电缆焊线；中接头与浮动活塞之间的空腔为泥浆填充区域，平衡外壳上开设有与泥浆填充区域相连通的泥浆入口。

高压密封塞为5芯密封塞，通过密封塞压环固定。

弹簧伸缩电缆一端通过压线卡固定，压线卡与浮动活塞杆端面配合，防止弹簧伸缩电缆拉伸时焊线断开。

浮动活塞安装在浮动活塞杆与平衡外壳之间，浮动活塞内外安装有密封圈组件。

上注油短节和下注油短节分别由上端注油接头和下端的滑杆接头组成；注油接头一端与平衡外壳和浮动活塞杆连接，另一端与外壳和内筒连接；上注油短节和下注油短节的内部均开设有过油孔将平衡外壳与外壳连通；外壳上开设有与液压油填充区相通的注油口，以及配套使用的注油堵头。

伸缩短节由滑动杆、下注油短节及旋转连接器组成；滑动杆一端与滑杆接头连接，滑杆接头下端连接滑杆密封接头，滑杆密封接头内安装第二高压密封塞将液压油封隔，第二高压密封塞一端引线与弹簧伸缩电缆连接，并通过压板和过渡线卡将引线固定，另一端引线与母滑环总成内的母滑环芯连接。

母滑环总成与LWD仪器最上端公滑环的保护接头对接；

内筒与滑动杆的一端相连，滑动杆上设置有与内筒的键槽相配合的花键；滑动杆的另一端通过螺纹连接滑杆接头；外壳的下端连接扶正接头；滑动杆在外壳与内筒之间的环空中沿轴向滑动，其外壁与扶正接头为杆密封，滑动杆上端连接防转柱塞头；防转柱塞头上设置有防转花键，与内筒上的键槽配合；防转柱塞头上设置有两个保证滑动杆运动时，腔体内液压油流动通畅的半圆形过油孔。

旋转连接器包括滑环固定器、母滑环芯、公滑环芯以及公滑环固定器；母滑环芯通过定位键与母滑环保护筒固定在滑环固定器中，滑环固定器外壁安装螺纹拉环后，拧入固定螺帽；公滑环的固定接头内安装公滑环芯和公滑环固定器，外部连接保护接头；连接时将公滑环芯与母滑环芯对齐，旋转螺纹拉环与保护接头螺纹连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明一种随钻仪器伸缩式连接器，其目的是为了提供一种具有浮动活塞的油压平衡伸缩杆连接器结构，以刚性的滑动杆连接代替了柔性电缆连接。解决现用柔性连接器存在的问题，提高随钻测井系统通讯的稳定性和可靠性。本发明依次连接中接头短节、压力平衡短节、上注油短节、下注油短节、伸缩短节以及旋转连接器；上注油短节和下注油短节将伸缩短节和压力平衡短节的内部腔体连通，形成注满航空液压油的液压油填充区，且通过套设在内筒外侧的压缩弹簧和设置于平衡外壳内的浮动活塞的调节，形成刚性的可伸缩系统，解决了随钻柔性连接器存在的电缆不耐冲刷、机械强度低和传输可靠性差等问题，耐高温高压能力增强，提高了随钻MWD仪器与LWD仪器通讯的稳定性和可靠性。

进一步的，本发明连接器过线内部过线总成注满航空液压油，通过压缩弹簧和浮动活塞的调节，形成刚性的可伸缩系统，能根据施工要求灵活改变长度，并在井下平衡泥浆压力，连接器整体的承压能力和零件可靠性明显提升。

进一步的，本发明弹簧伸缩电缆贯穿在充满液压油的封闭腔体内部，与上下两端的高压密封塞连接，避免电缆与泥浆接触，保证了电缆通讯的可靠性。

进一步的，本发明滑动杆下端连接母滑环总成，与LWD仪器上端的公滑环总成组成了旋转连接器整体，连接时仅旋转螺纹拉环便可将母滑环芯与公滑环芯对接，连接方式简单，可靠性明显提高。

进一步的，本发明滑动杆上端的防转柱塞头与内筒采用花键配合，防止滑动杆外壁受泥浆冲刷时与内筒产生相对转动扭伤电缆。随钻作业连接时，连接器整体不转动，不弯曲，连接可靠。

进一步的，本发明泥浆由平衡外壳上的泥浆入口进入充满浮动活塞的上方，浮动活塞将泥浆填充区域与液压油填充区域隔离，随着泥浆压力的变化，浮动活塞受内外压差变化上下浮动微调，减小泥浆压力变化对整体结构的冲击。

【附图说明】

图1为本发明随钻仪器伸缩式连接器的结构示意图；其中，a为连接器极限拉伸状态，b为连接器极限压缩状态；

图2为本发明压力平衡短节的结构示意图；

图3为本发明防转柱塞头剖面的结构示意图；

图4为本发明旋转连接器的结构示意图。

其中，1为高压密封塞；2为扶正器；3为中接头；4为浮动活塞杆；5为注油堵头；6为外壳；7为扶正接头；8为过渡线卡；9为母滑环总成；10为滑杆密封接头；11为压板；12为滑杆接头；13为滑动杆；14为内筒；15为防转柱塞头；16为注油接头；17为平衡外壳；18为浮动活塞；19为压线卡；20为密封塞压环；21为压缩弹簧；22为弹簧伸缩电缆；23为旋转连接器；24为下注油短节；25为伸缩短节；26为上注油短节；27为压力平衡短节；28为中接头短节；29为泥浆入口；30为泥浆填充区域；31为液压油填充区；32为注油口；33为密封圈组件；34为过油孔；35为防转花键；36为滑环固定器；37为螺纹拉环；38为固定螺帽；39为保护接头；40为公滑环固定器；41为固定接头；42为公滑环芯；43为母滑环保护筒；44为母滑环芯。

【具体实施方式】

下面结合图对本发明做进一步详细描述：

参见图1至图4，本发明主要由中接头短节28、压力平衡短节27、上注油短节26、下注油短节24、伸缩短节25和旋转连接器23组成。图1中展示了连接器极限拉伸状态a和极限压缩状态b。

中接头短节28由中接头3配合扶正器2连接在平衡外壳17上端，中接头3另一端与MWD仪器连接。高压密封塞1为5芯，安装到中接头3的密封面内，通过密封塞压环20固定。高压密封塞1一端引线连通MWD仪器，另一端与弹簧伸缩电缆22焊线，弹簧伸缩电缆22一端通过压线卡19固定，压线卡19与浮动活塞杆4端面配合，防止弹簧伸缩电缆22拉伸时焊线断开。

上注油短节26和下注油短节24由上端注油接头16和下端的滑杆接头12组成，注油接头16一端与平衡外壳17和浮动活塞杆4连接，另一端与外壳6和内筒14连接，注油短节内部设置有2个过油孔将平衡外壳17与外壳6连通。安装时先将滑动杆13上的花键与内筒14键槽配合后，再将扶正接头7连接在外壳6下端，滑杆接头12螺纹连接在滑动杆13另一端。注油短节将压力平衡短节与伸缩短节内部腔体连通，形成了封闭的注油区域。注油时将循环注油装置分别与注油接头16和滑杆接头12连接，见图2中注油孔32，首先将连接器调节至最大压缩状态后抽真空，再将航空液压油从注油接头16注入腔体由滑杆接头12排出，如此循环15分钟，排出气泡，直到液压油充分填满注油区域后，分别拧入注油堵头5密封。

压力平衡短节27与伸缩短节25之间是注满航空液压油的密封空间，通过压缩弹簧21与浮动活塞18相互协调，实现滑动杆13的伸缩。伸缩短节25由滑动杆13、下注油短节24及旋转连接器23组成。滑动杆13一端与滑杆接头12连接，滑杆接头12下端连接滑杆密封接头10，滑杆密封接头10内安装高压密封塞1将液压油封隔，高压密封塞1一端引线与弹簧伸缩电缆22连接，并通过压板11和过渡线卡8将引线固定，另一端引线与母滑环总成9内的母滑环芯44连接。压力平衡短节27如图2所示，浮动活塞18安装在浮动活塞杆4与平衡外壳17之间，浮动活塞18内外安装有密封圈组件33，自由状态下，连接器内部的压缩弹簧21自然撑开，滑动杆13伸出，外壳6与内筒14之间的环空体积增大，液压油填充区域负压增大，浮动活塞18移至最下端。使用时，母滑环总成9与LWD仪器最上端公滑环的保护接头39对接后，压缩弹簧21受MWD仪器自重被压缩，滑动杆13收缩，液压油推动浮动活塞18上移，当无磁钻铤打紧后，连接器伸缩长度不再变化。井下作业时，泥浆由平衡外壳17上的泥浆入口29进入充满浮动活塞18的上方，浮动活塞18将泥浆填充区域30与液压油填充区域31隔离，随着泥浆压力的变化，浮动活塞18受内外压差变化上下浮动微调，减小泥浆压力变化对整体结构的冲击。

滑动杆13在外壳6与内筒14之间的环空中沿轴向滑动，其外壁与扶正接头7为杆密封，防止液压油泄露，滑动杆13上端连接防转柱塞头15，如图3所示，防转柱塞头15上设置有防转花键35，与内筒14上的键槽配合，防止滑动杆13受泥浆冲刷而发生转动。防转柱塞头15上设置有两个半圆形过油孔34，保证滑动杆13运动时，腔体内液压油流动通畅，易于操作。

旋转连接器23位于连接器整体的最下端，如图4所示，母滑环芯44通过定位键与母滑环保护筒43固定在滑环固定器36中，滑环固定器36外壁安装螺纹拉环37后，拧入固定螺帽38，限制螺纹拉环37的轴向移动。公滑环的固定接头41内安装公滑环芯42和公滑环固定器40，外部连接保护接头39。连接时将公滑环芯42与母滑环芯44对齐，旋转螺纹拉环37便可与保护接头39螺纹连接，并带动滑环芯对接，滑环芯配合稳定可靠。

本发明的有点：

(1)整体结构为杆连接的刚性结构，适用于4.75寸至6.75寸钻铤水眼，设置总长2200mm，安装有两个扶正器2，可减少井下振动，极限压缩后长度1900mm，极限压缩量300mm，耐温175℃，耐压140MPa。

(2)连接器过线内部过线总成注满航空液压油，通过压缩弹簧21和浮动活塞18的调节，形成刚性的可伸缩系统，能根据施工要求灵活改变长度，并在井下平衡泥浆压力，连接器整体的承压能力和零件可靠性明显提升。弹簧伸缩电缆22贯穿在充满液压油的封闭腔体内部，与上下两端的高压密封塞1连接，避免电缆与泥浆接触，保证了电缆通讯的可靠性。

(3)滑动杆13下端连接母滑环总成9，与LWD仪器上端的公滑环总成组成了旋转连接器整体23，连接时仅旋转螺纹拉环37便可将母滑环芯44与公滑环芯42对接，连接方式简单，可靠性明显提高。

(4)滑动杆13上端的防转柱塞头15与内筒14采用花键配合，防止滑动杆13外壁受泥浆冲刷时与内筒14产生相对转动扭伤电缆。随钻作业连接时，连接器整体不转动，不弯曲，连接可靠。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种随钻仪器伸缩式连接器，其特征在于，包括外壳(6)、套设在外壳(6)内的内筒(14)，以及自上而下依次连接的中接头短节(28)、压力平衡短节(27)、上注油短节(26)、下注油短节(24)、伸缩短节(25)以及旋转连接器(23)；中接头短节(28)上端连接MWD仪器，旋转连接器(23)下端与LWD仪器相连；中接头短节(28)连接在压力平衡短节(27)的平衡外壳(17)上端；压力平衡短节(27)内设置浮动活塞杆(4)；外壳(6)和内筒(14)设置于上注油短节(26)和下注油短节(24)之间；上注油短节(26)和下注油短节(24)将伸缩短节(25)和压力平衡短节(27)的内部腔体连通，形成注满航空液压油的液压油填充区(31)，且通过套设在内筒(14)外侧的压缩弹簧(21)和设置于平衡外壳(17)内的浮动活塞(18)的调节，形成刚性的可伸缩系统；弹簧伸缩电缆(22)贯穿在充满液压油的封闭腔体内部，与上下两端的高压密封塞(1)连接。

2.根据权利要求1所述的随钻仪器伸缩式连接器，其特征在于，所述中接头短节(28)包括中接头(3)和扶正器(2)，中接头(3)配合扶正器(2)连接在平衡外壳(17)的上端，中接头(3)的另一端与MWD仪器连接；中接头(3)上端的密封面内安装第一高压密封塞(1)，第一高压密封塞(1)一端引线连通MWD仪器，另一端与弹簧伸缩电缆(22)焊线；中接头(3)与浮动活塞(18)之间的空腔为泥浆填充区域(30)，平衡外壳(17)上开设有与泥浆填充区域(30)相连通的泥浆入口(29)。

3.根据权利要求2所述的随钻仪器伸缩式连接器，其特征在于，所述高压密封塞(1)为5芯密封塞，通过密封塞压环(20)固定。

4.根据权利要求1或2所述的随钻仪器伸缩式连接器，其特征在于，所述弹簧伸缩电缆(22)一端通过压线卡(19)固定，压线卡(19)与浮动活塞杆(4)端面配合，防止弹簧伸缩电缆(22)拉伸时焊线断开。

5.根据权利要求1或2所述的随钻仪器伸缩式连接器，其特征在于，所述浮动活塞(18)安装在浮动活塞杆(4)与平衡外壳(17)之间，浮动活塞(18)内外安装有密封圈组件(33)。

6.根据权利要求1所述的随钻仪器伸缩式连接器，其特征在于，所述上注油短节(26)和下注油短节(24)分别由上端注油接头(16)和下端的滑杆接头(12)组成；注油接头(16)一端与平衡外壳(17)和浮动活塞杆(4)连接，另一端与外壳(6)和内筒(14)连接；上注油短节(26)和下注油短节(24)的内部均开设有过油孔将平衡外壳(17)与外壳(6)连通；外壳(6)上开设有与液压油填充区(31)相通的注油口(32)，以及配套使用的注油堵头(5)。

7.根据权利要求1所述的随钻仪器伸缩式连接器，其特征在于，所述伸缩短节(25)由滑动杆(13)、下注油短节(24)及旋转连接器(23)组成；滑动杆(13)一端与滑杆接头(12)连接，滑杆接头(12)下端连接滑杆密封接头(10)，滑杆密封接头(10)内安装第二高压密封塞将液压油封隔，第二高压密封塞一端引线与弹簧伸缩电缆(22)连接，并通过压板(11)和过渡线卡(8)将引线固定，另一端引线与母滑环总成(9)内的母滑环芯(44)连接。

8.根据权利要求7所述的随钻仪器伸缩式连接器，其特征在于，所述母滑环总成(9)与LWD仪器最上端公滑环的保护接头(39)对接。

9.根据权利要求7或8所述的随钻仪器伸缩式连接器，其特征在于，所述内筒(14)与滑动杆(13)的一端相连，滑动杆(13)上设置有与内筒(14)的键槽相配合的花键；滑动杆(13)的另一端通过螺纹连接滑杆接头(12)；外壳(6)的下端连接扶正接头(7)；滑动杆(13)在外壳(6)与内筒(14)之间的环空中沿轴向滑动，其外壁与扶正接头(7)为杆密封，滑动杆(13)上端连接防转柱塞头(15)；防转柱塞头(15)上设置有防转花键(35)，与内筒(14)上的键槽配合；防转柱塞头(15)上设置有两个保证滑动杆(13)运动时，腔体内液压油流动通畅的半圆形过油孔(34)。

10.根据权利要求1所述的随钻仪器伸缩式连接器，其特征在于，所述旋转连接器(23)包括滑环固定器(36)、母滑环芯(44)、公滑环芯(42)以及公滑环固定器(40)；母滑环芯(44)通过定位键与母滑环保护筒(43)固定在滑环固定器(36)中，滑环固定器(36)外壁安装螺纹拉环(37)后，拧入固定螺帽(38)；公滑环的固定接头(41)内安装公滑环芯(42)和公滑环固定器(40)，外部连接保护接头(39)；连接时将公滑环芯(42)与母滑环芯(44)对齐，旋转螺纹拉环(37)与保护接头(39)螺纹连接。