CN105401890A - 全密封智能过线钻杆接头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全密封智能过线钻杆接头，公接头与母接头通过第一螺纹对、第二螺纹对旋合密封，在公接头的外壁上设有公接头密封绝缘接触环，位于第一螺纹对与第二螺纹对之间，在公接头密封绝缘接触环的外壁上嵌装有公接头金属接触体，在公接头内设置有公接头导线孔，在公接头密封绝缘接触环内预埋有公接头预埋导线；在母接头的内壁上设有母接头密封绝缘接触环，在母接头密封绝缘接触环的内壁上嵌装有母接头金属接触体，在母接头内设置有母接头导线孔，在母接头密封绝缘接触环内预埋有母接头预埋导线，公接头金属接触体与母接头金属接触体紧密接触。结构简单、成本低，在确保进行电力和信号传输、传递扭矩的前提下，解决密封绝缘和高振动问题。

Description

全密封智能过线钻杆接头
技术领域
本发明涉及能在钻杆中传输电信号和通讯信号的密封过线钻杆接头，能广泛应用于智能过线钻杆、随钻仪器接头以及有同样需求的其他应用场合。
背景技术
从20世纪80年代末90年代初钻井技术上提出了需要解决既能随钻实时双向高速传输测控数据的需求，同时又能随钻往井下送电的要求。于是开始研究智能钻杆。其主要理由：一、无线脉冲传输能力太低，而智能钻杆能成千上万倍地提高传输能力；二、井下需电能，而用电池和/或井下涡轮发电机等方法的供电能力有限、费用高，特别是加长了MWD、LWD、旋转导向钻井工具等硬件的长度，难以满足近钻头测量的轴向距离。
过线式智能钻杆能同时解决供电和通讯两大功能，是智能化钻井的关键技术，需要在高压导电泥浆这种复杂环境中，同时解决密封绝缘、传输扭矩、高振动问题。目前，在智能过线钻杆接头上主要有以下几种设计，但这些技术方案都未能同时解决好上述技术问题，下面进行简单地介绍：
(1)、GRANT公司在钻杆端部进行加长(参考SPE79886)，并在加长部分安装导电环和绝缘体，端部具有气密的金属金属面密封(即金属面与金属面接触实现的密封)，台肩上有常规的金属金属密封，在公接头加长端部的金属金属面密封后面进行安装导电环，当公接头和母接头旋合在一起时，整个电路导通。电气连接需要的所有组件都安装在端部，几乎不减少接头内径；其一缺点是加长端部的金属金属面密封容易受损，将极大影响面密封效果；其二，由于导电环在端部，在钻杆弯曲情况下导电环与密封面的位移较大，将极大影响面密封效果；其三，在强振动环境下，端部的密封面间位移也会增大，也将影响其密封效果。
(2)、斯伦贝谢(专利号：WO2009/133474A2)采用的是在钻杆接头内径处安装湿式接头，其接头占用了大量的钻杆内径空间，使钻井液流通面积大量减小；另外，其湿式接头与钻杆接头本体为两体结构，因此抗振性能不好。
(3)、西南石油大学的智能钻杆补偿式电接头(专利申请号：200710049485.3)，采用与GRANT公司相同的端部加长法，其改进为端部的绝缘体改为绝缘弹性体，可以为导电环接触面提供初始压缩力，但端部加长法的几个缺点在这个设计中依然存在。
根据以上分析，现在的设计都还不能完全满足应用需求，有必要进行新结构的设计，使电接触式智能钻井得到发展。
发明内容
本发明旨在提供一种结构简单、成本低的全密封智能过线钻杆接头，在确保进行电力和信号传输、传递扭矩的前提下，解决密封绝缘和高振动问题。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种全密封智能过线钻杆接头，包括公接头和母接头，所述公接头与母接头通过轴向间隔设置的第一螺纹对、第二螺纹对旋合密封，在公接头的外壁上固设有公接头密封绝缘接触环，该公接头密封绝缘接触环位于第一螺纹对与第二螺纹对之间，在公接头密封绝缘接触环的外壁上嵌装有公接头金属接触体，在公接头内设置有公接头导线孔，在公接头密封绝缘接触环内预埋有公接头预埋导线，用于将公接头金属接触体与公接头导线孔内的导线连接；在所述母接头的内壁上固设有正对公接头密封绝缘接触环的母接头密封绝缘接触环，在母接头密封绝缘接触环的内壁上嵌装有母接头金属接触体，在母接头内设置有母接头导线孔，在母接头密封绝缘接触环内预埋有母接头预埋导线，用于将母接头金属接触体与母接头导线孔内的导线连接，且公接头金属接触体与母接头金属接触体紧密接触。
本发明的工作原理：当公接头与母接头旋合紧密后，公接头金属接触体与母接头金属接触体接触，电流及通讯信号可以通过公接头导线孔内的导线、公接头预埋导线流入到公接头金属接触体，再通过母接头金属接触体、母接头预埋导线、母接头导线孔里导线连接到下一级钻杆。采用将密封绝缘接触环布置在两个螺纹对的中央，分布在密封绝缘接触环两侧的第一、第二螺纹对分别起到降压、密封绝缘、传输扭矩的作用；由于两端螺纹的扭合力使得中间的接触环被牢牢包裹，能有效解决高振动问题。
作为上述方案的优选，所述公接头密封绝缘接触环的外壁上设置有两个密封圈，且这两个密封圈分别位于公接头金属接触体的前后两侧，在公接头的外壁上设置有一个正对公接头密封绝缘接触环的密封圈，在母接头的内壁上设置有一个正对母接头密封绝缘接触环的密封圈。位于公接头金属接触体的前后两侧的密封圈，在公、母接头旋合过程中可将母接头内壁上的泥浆排出，防止异物残留导致绝缘性下降；公接头的外壁上正对公接头密封绝缘接触环的密封圈，母接头的外壁上正对母接头密封绝缘接触环的密封圈，可防止高压导电泥浆进入公、母接头导线孔内，起到双保险的效果，如此更彻底地解决电气绝缘问题。
进一步，所述第一螺纹对的前端、第二螺纹对的后端为气密的金属金属面密封，更进一步地从端头对泥浆进行密封。
所述第一螺纹对、第二螺纹对采用数字型螺纹，并为气密的金属金属螺纹对密封。数字型螺纹带有锥度，结合气密的金属金属螺纹对密封，密封效果更好。
所述公接头密封绝缘接触环采用高温绝缘材料一次压制或烧结成型在公接头的外壁上或成型后套接在公接头的外壁上，母接头密封绝缘接触环采用高温绝缘材料一次压制或烧结成型在母接头的外壁上或成型后套接在母接头的内壁上，方便加工制造。
所述公接头密封绝缘接触环、母接头密封绝缘接触环采用的高温绝缘材料为PEEK或高温陶瓷，方便选材并节约成本。
所述公接头金属接触体、母接头金属接触体采用单芯接触或多芯接触，为接头提供单芯或多芯电气连通，根据需要选择，满足多元化需求。
所述第一螺纹对、第二螺纹对的长度相等。根据力学结构分析，采用两个螺纹对长度相等，比两个螺纹对长度不等，前后受力平衡性及传递扭矩的能力更强。
本发明的有益效果：在保证智能钻杆进行电力和信号传输的前提下，采用密封绝缘接触环中部布局的方式，使公、母接头密封绝缘接触环受到两边螺纹对的保护，可以有效减轻泥浆施加在密封绝缘接触环上的压力，巨大提高密封绝缘接触环的密封绝缘性能，并实现扭矩传输；另外，由于受到两边螺纹对和公、母接头的挤压作用，密封绝缘接触环的抗振能力能得到巨大提高。结构简单，成本低，能广泛应用于智能过线钻杆、随钻仪器接头以及有同样需求的其他应用场合。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的局部放大图。
图3为公接头及相关零件的剖视图。
图4为母接头及相关零件的剖视图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1—图4所示，一种全密封智能过线钻杆接头，主要由公接头1、母接头2、公接头密封绝缘接触环5、公接头金属接触体6、公接头预埋导线7、母接头密封绝缘接触环8、母接头金属接触体9、母接头预埋导线10、多个密封圈11组成。
公接头1与母接头2均为金属件，公接头1与母接头2通过轴向间隔设置的第一螺纹对3、第二螺纹对4旋合密封。最好是，第一螺纹对3、第二螺纹对4采用数字型螺纹，并为气密的金属金属螺纹对密封。另外，第一螺纹对3的前端、第二螺纹对4的后端为气密的金属金属面密封。
在公接头1的外壁上固设有公接头密封绝缘接触环5，该公接头密封绝缘接触环5位于第一螺纹对3与第二螺纹对4之间，在公接头密封绝缘接触环5的外壁上嵌装有公接头金属接触体6，在公接头1内设置有公接头导线孔1a。在公接头密封绝缘接触环5内预埋有公接头预埋导线7，用于将公接头金属接触体6与公接头导线孔1a内的导线连接。
在母接头2的内壁上固设有正对公接头密封绝缘接触环5的母接头密封绝缘接触环8，在母接头密封绝缘接触环8的内壁上嵌装有母接头金属接触体9。在母接头2内设置有母接头导线孔2a，在母接头密封绝缘接触环8内预埋有母接头预埋导线10，用于将母接头金属接触体9与母接头导线孔2a内的导线连接，且公接头金属接触体6与母接头金属接触体9紧密接触。
最好是，公接头密封绝缘接触环5采用高温绝缘材料一次压制或烧结成型在公接头1的外壁上或成型后套接在公接头的外壁上；同样，母接头密封绝缘接触环8采用高温绝缘材料一次压制或烧结成型在母接头2的外壁上或成型后套接在母接头的内壁上。另外，公接头密封绝缘接触环5、母接头密封绝缘接触环8采用的高温绝缘材料为PEEK或高温陶瓷；公接头金属接触体6、母接头金属接触体9采用单芯接触或多芯接触，为接头提供单芯或多芯电气连通。
公接头密封绝缘接触环5的外壁上设置有两个密封圈11，这两个密封圈11分别位于公接头金属接触体6的前后两侧。在公接头1的外壁上设置有一个正对公接头密封绝缘接触环5的密封圈11，防止高压导电泥浆进入公接头导线孔1a内；同理，在母接头2的内壁上设置有一个正对母接头密封绝缘接触环8的密封圈11，防止高压导电泥浆进入母接头导线孔2a内。进一步，还可以在第二螺纹对4上设置有一个密封圈11，以及在第一螺纹对3上设置有一个密封圈(图中未示出)。当公接头1与母接头2逐步旋紧时，公接头密封绝缘接触环的密封圈11逐步经过密封面，将密封面上的剩余泥浆排除干净。
最好是，第一螺纹对3、第二螺纹对4的长度相等，当然也可以采用不等的形式。在具体实施时，应保证第一螺纹对3、第二螺纹对4的总体长度与一体化螺纹的长度相当，确保传递扭矩能力与一体化螺纹的结构相当。

Claims (8)

1.一种全密封智能过线钻杆接头，包括公接头(1)和母接头(2)，其特征在于：所述公接头(1)与母接头(2)通过轴向间隔设置的第一螺纹对(3)、第二螺纹对(4)旋合密封，在公接头(1)的外壁上固设有公接头密封绝缘接触环(5)，该公接头密封绝缘接触环(5)位于第一螺纹对(3)与第二螺纹对(4)之间，在公接头密封绝缘接触环(5)的外壁上嵌装有公接头金属接触体(6)，在公接头(1)内设置有公接头导线孔(1a)，在公接头密封绝缘接触环(5)内预埋有公接头预埋导线(7)，用于将公接头金属接触体(6)与公接头导线孔(1a)内的导线连接；在所述母接头(2)的内壁上固设有正对公接头密封绝缘接触环(5)的母接头密封绝缘接触环(8)，在母接头密封绝缘接触环(8)的内壁上嵌装有母接头金属接触体(9)，在母接头(2)内设置有母接头导线孔(2a)，在母接头密封绝缘接触环(8)内预埋有母接头预埋导线(10)，用于将母接头金属接触体(9)与母接头导线孔(2a)内的导线连接，且公接头金属接触体(6)与母接头金属接触体(9)紧密接触。
2.根据权利要求1所述的全密封智能过线钻杆接头，其特征在于：所述公接头密封绝缘接触环(5)的外壁上设置有两个密封圈(11)，且这两个密封圈(11)分别位于公接头金属接触体(6)的前后两侧，在公接头(1)的外壁上设置有一个正对公接头密封绝缘接触环(5)的密封圈(11)，在母接头(2)的内壁上设置有一个正对母接头密封绝缘接触环(8)的密封圈(11)。
3.根据权利要求1或2所述的全密封智能过线钻杆接头，其特征在于：所述第一螺纹对(3)的前端、第二螺纹对(4)的后端为气密的金属金属面密封。
4.根据权利要求3所述的全密封智能过线钻杆接头，其特征在于：所述第一螺纹对(3)、第二螺纹对(4)采用数字型螺纹，并为气密的金属金属螺纹对密封。
5.根据权利要求1所述的全密封智能过线钻杆接头，其特征在于：所述公接头密封绝缘接触环(5)采用高温绝缘材料一次压制或烧结成型在公接头(1)的外壁上或成型后套接在公接头(1)的外壁上，母接头密封绝缘接触环(8)采用高温绝缘材料一次压制或烧结成型在母接头(2)的外壁上或成型后套接在母接头(2)的内壁上。
6.根据权利要求1所述的全密封智能过线钻杆接头，其特征在于：所述公接头密封绝缘接触环(5)、母接头密封绝缘接触环(8)采用的高温绝缘材料为PEEK或高温陶瓷。
7.根据权利要求1所述的全密封智能过线钻杆接头，其特征在于：所述公接头金属接触体(6)、母接头金属接触体(9)采用单芯接触或多芯接触，为接头提供单芯或多芯电气连通。
8.根据权利要求1所述的全密封智能过线钻杆接头，其特征在于：所述第一螺纹对(3)、第二螺纹对(4)的长度相等。
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