CN106887736A - 一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构及连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于随钻测量领域，具体涉及一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构及连接方法。内走线结构包括电路骨架接头一、多芯滑环连接器、对插保护接头、内走线杆、电路骨架接头二；电路骨架接头一的第一端和电路骨架接头二的第一端分别与电路骨架的电子仓机械连接，电路骨架的电源及同步信号线引入电路骨架接头一和电路骨架接头二的内部；对插保护接头将电路骨架接头一的第二端与内走线杆的第一端相连，内走线杆的第二端与电路骨架接头二的第二端相连；发射和接收的内部的电源及同步信号线分别与多芯滑环连接器插座和插针电相连，电与多芯滑环连接器插针电相连，多芯滑环连接器插针与多芯滑环连接器插座对插实现发射电路与接收电路的电连接。
Description
技术领域
本发明主要属于随钻测量领域，具体涉及一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构及连接方法。
背景技术
随着油气田钻井规模的不断扩大及科学技术的发展。特别是随钻测井技术的飞速发展，迫切需要当前先进的科学技术在油气田开采中发挥其重要作用。随钻方位声波测井技术是随钻测井技术的方法之一。随钻声波测井实现了在钻井的同时进行声波测井，能有效的探测井壁地层的岩性、物性和储集层参数。通过随钻声波测井仪器获得地层纵波和横波速度。而随着随钻声波仪器的发展，四极子随钻声波仪器由于能够获得更多的地层信息而得到发展，四极子随钻声波仪器相对于单极子及偶极子随钻声波对发射短节及接收短节的发射、接收电路和换能器要求更高，同时四极子随钻声波仪器由于兼顾单极子及偶极子声波仪器功能，其隔声体结构除了采用刻槽结构外，往往还需要在钻铤上镶嵌配重块，从而导致钻铤臂无法进行贯穿孔的加工。此外，四极子随钻声波仪器发射短节与接收短节之间需要连接的贯穿线较多，这也给设计造成了极大困难。
现有随钻方位声波仪器中声波发射短节与声波接收短节的之间的贯穿线连接方案方案一种是采用钻铤走线结构。即在钻铤上直接加工贯穿孔用于线路连接，贯穿孔两端分别安装密封连接器，实现与发射电路骨架与接收短路骨架电连接。该种走线结构方案结构较为简单，多适用于将随钻方位声波仪器发射、接收及隔声体短节分开加工的结构或外部刻槽的隔声体结构；另一种为采用插针式连接器的内走线对插结构，该种结构由于采用插入式插针连接实现发射短节与接收短节之间的电连接，在要求插针芯数较多时需要专门设计对插结构插针，同时要求两端对插接头要求很好的周向定位，这导致各锁紧零件之间往往需要通过焊接形成一个整体。但由于仪器在井底承受高温高压环境，这对焊接工艺要求较高，一般难以达到高温高压的密封要求，同时对焊接工艺要求较高，且无法进行后期拆卸。焊接较难以承受140MPa的使用压力，风险较高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构及连接方法。该种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构采用多芯滑环连接器实现发射短节与接收短节之间的电连接。各锁紧部件通过螺纹连接和密封圈的方式实现各零件之间的连接，可实现150℃、140MPa的使用环境要求。此外，在对插结构上采用波型弹簧的预压紧及锁紧结构用于补偿内部走线长杆由于挠性产生的轴向位置偏差，保证在轴向对插时实现滑环连接器的锁紧。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构，所述内走线结构包括电路骨架接头一1、多芯滑环连接器插座3、多芯滑环连接器插针4、对插保护接头5、内走线杆6、电路骨架接头二7；
电路骨架接头一1的第一端和电路骨架接头二7的第一端分别与电路骨架的电子仓机械连接，并将电路骨架的电源及同步信号线引入电路骨架接头一和电路骨架接头二的内部；
所述电路骨架包括发射电路骨架和接收电路骨架，电路骨架接头一与其中一个电路骨架相连，电路骨架接头二与另一个电路骨架相连；
通过对插保护接头5将电路骨架接头一1的第二端与内走线杆6的第一端相连，内走线杆6的第二端与电路骨架接头二7的第二端相连；
电路骨架接头一1内部的电源及同步信号线与多芯滑环连接器插座3电相连，电路骨架接头二7内部的电源及同步信号线与多芯滑环连接器插针4电相连，通过多芯滑环连接器插针4与多芯滑环连接器插座3的对插实现发射电路与接收电路的电连接。
进一步地，所述对插保护接头5一端为螺纹连接的锁紧结构，一端为插入式的非锁紧结构，两端均配合使用密封圈实现密封，中间留有台阶面和穿线孔；
对插保护接头5的两端分别连接电路骨架接头一1的第二端和内走线杆6的第一端；电路骨架接头二7的第二端与有内走线杆6的第二端相连；
所述电路骨架接头一1的第二端设有凹槽二，凹槽二与对插保护接头5构成容置空间；
所述多芯滑环连接器插座3设置于凹槽二内，多芯滑环连接器插针4与多芯滑环连接器插座3插接。
进一步地，所述容置空间内还设置有波型弹簧8，波形弹簧位于多芯滑环连接器插针4及对插保护接头5的台阶面之间，多芯滑环连接器插针4与多芯滑环连接器插座3在轴向位置装配关系上预留5mm的过盈量，当各零件装配后无尺寸偏差时，多芯滑环连接器插针4与多芯滑环连接器插座3会压缩多芯滑环连接器插针4后端波型弹簧8，当各零件装配存在轴向位置误差时，则压缩波型弹簧8的位移量会小于5mm，该过盈量用以补偿由于各零件加工及装配尺寸误差及中间内走线杆6的挠度带来的轴向误差。
进一步地，多芯滑环连接器插针4的固定轴套9用螺钉安装于对插密封接头5内；多芯滑环连接器插座3靠插座固定盘10压紧于电路骨架接头一1的第二端，插座固定盘10用螺钉拧紧于电路骨架接头一1的第二端。
进一步地，电路骨架接头一1的第一端与电路骨架接头二7的第二端分别设置有“人”字形导流结构，将泥浆由电路骨架内部导出到内走线杆外部。
进一步地，电路骨架接头一1和电路骨架接头二1的第一端的径向分别有两个贯穿斜孔，电路骨架接头一1和电路骨架接头二1的第二端的中央轴向分别有通孔，贯穿斜孔与通孔相连；内走线杆6的中间设有通孔；
其中一个电路骨架电源及同步信号线由电子仓外部经电路骨架接头一1的两个贯穿斜孔引入到电路骨架接头一1的通孔，经电路骨架接头一1的通孔与多芯滑环连接器插座3连接；
另一个电路骨架电源及同步信号线由电子仓外部经电路骨架接头二7的两个贯穿斜孔引入到电路骨架接头二7的通孔，经内走线杆6的通孔后与多芯滑环连接器插针4连接。
进一步地，电路骨架的电源及同步信号线经引线通过锡焊分别与多芯滑环连接器插座3和多芯滑环连接器插针4连接。
进一步地，其特征在于，内走线杆6贯穿隔声体结构，内走线杆轴向上均布六棱柱结构用于安装橡胶扶正块，橡胶扶正块用于内走线杆6的扶正，使内走线杆6始终位于钻铤中间。
进一步地，内走线杆6的两端通过螺纹连接锁紧及密封圈密封分别与电路骨架接头二7的第二端及对插保护接头5相连。
一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构连接方法，所述方法为：
（1）将多芯滑环连接器插座3、第一密封圈2-1、插座固定盘10与电路骨架接头一1组合，电路骨架接头一1安装于发射电路骨架，然后将发射电路骨架固定于随钻声波仪器发射端壳体；
（2）将电路骨架接头二7、第三密封圈2-3、内走线杆6、第二密封圈2-2、对插保护接头5依次安装组合，电路骨架接头二7与接收电路骨架连接；
（3）将多芯滑环连接器插针4、波型弹簧8及插针固定轴套9安装于对插保护接头5；
（4）将接收电路骨架、内走线杆6及对插保护接头5等构成的串联结构由随钻声波仪器接收端壳体装入，缓缓推入至多芯滑环连接器插座3与多芯滑环连接器插针4插紧，对插保护接头5与电路骨架接头一1插紧形成有效密封，完成随钻声波仪器发射短节与接收短节的电连接。
本发明的有益技术效果：该种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构采用多芯滑环连接器实现发射短节与接收短节之间的电连接。各锁紧部件通过螺纹连接和密封圈的方式实现各零件之间的连接，可实现150℃、140MPa的使用环境要求。此外，在对插结构上采用波型弹簧的预压紧及锁紧结构用于补偿内部走线长杆由于长距离传输导致的轴向位置偏差，保证在轴向对插时实现滑环连接器的锁紧。
附图说明
图1、本发明一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
如图1所示，一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构包括电路骨架接头一1、第一密封圈2-1、多芯滑环连接器插座3、多芯滑环连接器插针4、对插保护接头5、第二密封圈2-2、内走线杆6、第三密封圈2-3、电路骨架接头二7、波型弹簧8、插针固定轴套9、插座固定盘10。
电路骨架接头二7一端与接收电路骨架连接，一端与内走线杆6通过螺纹连接锁紧，并通过第三密封圈2-3实现密封。电路骨架接头二7通过中间“人”字形导流结构将泥浆由接收电路骨架内部导出到内走线杆外部。内走线杆6另一端与对插密封接头5通过螺纹连接锁紧，并通过两道第二密封圈2-2实现密封。插针固定轴套9用螺钉安装于对插密封接头5内，并将多芯滑环连接器插针4及波型弹簧8通过其端面台阶压紧于固定轴套9与对插密封接头5构成的腔体内。波型弹簧8安装于多芯滑环连接器插针4背部，在安装时靠固定轴套9使波型弹簧8压缩，给予多芯滑环连接器插针4以预紧力。多芯滑环连接器插座3靠插座固定盘10压紧于电路骨架接头一1，插座固定盘10用螺钉拧紧于电路骨架接头一1，电路骨架接头一1同样通过中间“人”字形导流结构将泥浆由接收电路骨架内部导出到内走线杆外部。
该种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构无连接器一端为固定锁紧结构，即图1中右端。有连接器（芯滑环连接器插座与芯滑环连接器插针）一端为活动对插结构，即图1中左端。电路骨架接头二7与接收电子仓连接固定于仪器接收端，中间内走线杆6贯穿隔声体结构（声波仪器里面具有隔声功能的一段钻铤），内走线杆轴向上均布六棱柱结构用于安装橡胶扶正块，橡胶扶正块用于内走线杆6的扶正，使内走线杆6始终位于钻铤中间。多芯滑环连接器插针4与多芯滑环连接器插座3在轴向位置装配关系上预留5mm的过盈量，即理论上若各零件装配后无尺寸偏差，多芯滑环连接器插针4与多芯滑环连接器插座3会压缩多芯滑环连接器插针4后端波型弹簧8。若存在周向位置误差，则压缩波型弹簧8的位移量会小于5mm。该过盈量用以补偿由于各零件加工及装配尺寸误差及中间内走线杆6的挠度带来的轴向误差。
该种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构其电源及同步信号线由发射电子仓外部经电路骨架接头一1两个贯穿斜孔引入到电路骨架接头一1中间，然后电源及同步信号线与多芯滑环连接器插座3引线通过锡焊连接，这样将发射电路骨架电源及同步信号线引入到多芯滑环连接器插座3。
接收电子骨架电源及同步信号线经接收电子仓外部经电路骨架接头二7两个贯穿斜孔引入到电路骨架接头二7中间， 经内走线杆6中间细孔后与多芯滑环连接器插针4连接。在实际应用中通过多芯滑环连接器插针4与多芯滑环连接器插座3的对插实现声波仪器发射电路与接收电路的电连接。
在进行随钻声波仪器安装时首先将多芯滑环连接器插座3、第一密封圈2-1、插座固定盘10与电路骨架接头一1组合，电路骨架接头一1安装于发射电路骨架，然后将发射电路骨架固定于随钻声波仪器发射端壳体。其次将电路骨架接头二7、第三密封圈2-3、内走线杆6、第二密封圈2-2、对插保护接头5依次安装组合，电路骨架接头二7与接收电路骨架连接。再次将多芯滑环连接器插针4、波型弹簧8及插针固定轴套9安装于对插保护接头5。最后将接收电路骨架、内走线杆6及对插保护接头5等构成的串联结构由随钻声波仪器接收端壳体装入，缓缓推入至多芯滑环连接器插座3与多芯滑环连接器插针4插紧。此时，对插保护接头5与电路骨架接头一1插紧形成有效密封，完成随钻声波仪器发射短节与接收短节的电连接。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，电路骨架接头一1一端与接收电路骨架连接，电路骨架接头二7一端与发射电路骨架连接，其他关于发射和接收的描述相应调整。
Claims (10)
1.一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构，其特征在于，所述内走线结构包括电路骨架接头一（1）、多芯滑环连接器插座（3）、多芯滑环连接器插针（4）、对插保护接头（5）、内走线杆（6）、电路骨架接头二（7）；
电路骨架接头一（1）的第一端和电路骨架接头二（7）的第一端分别与电路骨架的电子仓机械连接，电路骨架的电源及同步信号线引入电路骨架接头一和电路骨架接头二的内部；
所述电路骨架包括发射电路骨架和接收电路骨架，电路骨架接头一与其中一个电路骨架相连，电路骨架接头二与另一个电路骨架相连；
通过对插保护接头（5）将电路骨架接头一（1）的第二端与内走线杆（6）的第一端相连，内走线杆（6）的第二端与电路骨架接头二（7）的第二端相连；
电路骨架接头一（1）内部的电源及同步信号线与多芯滑环连接器插座（3）电相连，电路骨架接头二（7）内部的电源及同步信号线与多芯滑环连接器插针（4）电相连，通过多芯滑环连接器插针（4）与多芯滑环连接器插座（3）的对插实现发射电路与接收电路的电连接。
2.如权利要求1所述一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构，其特征在于，
所述对插保护接头（5）一端为螺纹连接的锁紧结构，一端为插入式的非锁紧结构，两端均配合使用密封圈实现密封，中间留有台阶面和穿线孔；
对插保护接头（5）的两端分别连接电路骨架接头一（1）的第二端和内走线杆（6）的第一端；电路骨架接头二（7）的第二端与有内走线杆（6）的第二端相连；
所述电路骨架接头一（1）的第二端设有凹槽二，凹槽二与对插保护接头（5）构成容置空间；
所述多芯滑环连接器插座（3）设置于凹槽二内，多芯滑环连接器插针（4）与多芯滑环连接器插座（3）插接。
3.如权利要求2所述一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构，其特征在于，所述容置空间内还设置有波型弹簧（8），波形弹簧位于多芯滑环连接器插针（4）及对插保护接头（5）的台阶面之间，多芯滑环连接器插针（4）与多芯滑环连接器插座（3）在轴向位置装配关系上预留3-8mm的过盈量，当各零件装配后无尺寸偏差时，多芯滑环连接器插针（4）与多芯滑环连接器插座（3）会压缩多芯滑环连接器插针（4）后端波型弹簧（8），当各零件装配存在轴向位置误差时，则压缩波型弹簧（8）的位移量会小于过盈量，该过盈量用以补偿由于各零件加工及装配尺寸误差及中间内走线杆（6）的挠度带来的轴向误差。
4.如权利要求2所述一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构，其特征在于，多芯滑环连接器插针（4）的固定轴套（9）用螺钉安装于对插密封接头（5）内；多芯滑环连接器插座（3）靠插座固定盘（10）压紧于电路骨架接头一（1）的第二端，插座固定盘（10）用螺钉拧紧于电路骨架接头一（1）的第二端。
5.如权利要求1所述一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构，其特征在于，电路骨架接头一（1）的第二端与电路骨架接头二（7）的第二端分别设置有“人”字形导流结构，将泥浆由电路骨架内部导出到内走线杆外部。
6.如权利要求1所述一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构，其特征在于，电路骨架接头一（1）和电路骨架接头二（7）的第一端的径向分别有两个贯穿斜孔，电路骨架接头一（1）和电路骨架接头二（7）的第二端的中央轴向分别有通孔，贯穿斜孔与通孔相连；内走线杆（6）的中间设有通孔；
其中一个电路骨架电源及同步信号线由电子仓外部经电路骨架接头一（1）的两个贯穿斜孔引入到电路骨架接头一（1）的通孔，经电路骨架接头一（1）的通孔与多芯滑环连接器插座（3）连接；
另一个电路骨架电源及同步信号线由电子仓外部经电路骨架接头二（7）的两个贯穿斜孔引入到电路骨架接头二（7）的通孔，经内走线杆（6）的通孔后与多芯滑环连接器插针（4）连接。
7.如权利要求6所述一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构，其特征在于，电路骨架的电源及同步信号线经引线通过锡焊分别与多芯滑环连接器插座（3）和多芯滑环连接器插针（4）连接。
8.如权利要求1-7任一所述一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构，其特征在于，内走线杆（6）贯穿隔声体结构，内走线杆轴向上均布六棱柱结构用于安装橡胶扶正块，橡胶扶正块用于内走线杆（6）的扶正，使内走线杆（6）始终位于钻铤中间。
9.如权利要求1-7任一所述一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构，其特征在于，内走线杆（6）的两端通过螺纹连接锁紧及密封圈密封分别与电路骨架接头二（7）的第二端及对插保护接头（5）相连。
10.一种具有轴向补偿功能的随钻声波内走线结构连接方法，所述方法为：
（1）将多芯滑环连接器插座（3）、第一密封圈（2-1）、插座固定盘（10）与电路骨架接头一（1）组合，电路骨架接头一（1）安装于发射电路骨架，然后将发射电路骨架固定于随钻声波仪器发射端壳体；
（2）将电路骨架接头二（7）、第三密封圈（2-3）、内走线杆（6）、第二密封圈（2-2）、对插保护接头（5）依次安装组合，电路骨架接头二（7）与接收电路骨架连接；
（3）将多芯滑环连接器插针（4）、波型弹簧（8）及插针固定轴套（9）安装于对插保护接头（5）；
（4）将接收电路骨架、内走线杆（6）及对插保护接头（5）等构成的串联结构由随钻声波仪器接收端壳体装入，缓缓推入至多芯滑环连接器插座（3）与多芯滑环连接器插针（4）插紧，对插保护接头（5）与电路骨架接头一（1）插紧形成有效密封，完成随钻声波仪器发射短节与接收短节的电连接。
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