CN108442887B - 一种可补偿自清洁式动力电钻杆 - Google Patents
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Abstract
一种可补偿自清洁式动力电钻杆，包括钻杆总成、补偿总成。钻杆总成是在标准钻杆头、尾内壁攻螺纹，装入外导电体内壁，两头装入外导电体接头、螺母，然后拧紧两头螺母。补偿总成是内导电体外壁套入外壳套筒，二者中部用沉头螺钉连接；两头套入活塞套筒、传力套筒等构件。电流或信号经由钻杆总成传输至补偿总成，由补偿总成传输至钻杆总成，依次循环，从地面传送到井底。补偿总成采用了刮泥圈，实现对导电接头清洁；采用绝缘弹性体，对接头接触面有初始压力；采用了导电弹性筒，利用钻井液，实现对接头磨损的补偿。当补偿总成失效，其更换成本低廉；补偿总成集中管理，使用可靠性增加；钻杆总成不作电力传输钻杆时，仍可按标准钻杆使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能钻杆，实现地面到井底电力及通信信号双向传输的可补偿自清洁式动力电钻杆。
背景技术
智能钻杆的出现就是为了解决从地面到井下随钻传输电能的要求，且同时满足随钻现实数据双向高速传输需求的一种新技术。从20世纪30年代智能钻井这一理念的提出，到现如今智能钻杆发展往往受到电接头这一瓶颈约束，主要难点如下：1.钻杆空间有限；2.需在高压、高温的钻井液中工作；3.对绝缘性、密封性要求高；4.振动剧烈，易造成导体接触不良。
当前，国内外设计的电接头主要有以下几种方法，但都未同时解决上述几大难题。
(1)公、母接头法
采用在公、母接头螺纹处铺入金属接触体，但未考虑金属接触体磨损，产生接触不良的情况，无补偿功能。
(2)本体穿孔法
本体穿孔法的主要特点是钻杆本体内钻细长孔。对钻杆本体结构破坏较大，严重影响使用寿命和结构强度，现使用较少。
(3)内径增厚法
采用的是在将电气连接全部安装在钻杆接头内部。其缺陷是每个接头处的连接器占用了钻杆内径较大空间，接头处流通面积极剧减少，钻井液压力损耗过大。
(4)湿接头法
采用的是插针与插座结构，其电缆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，其插针上若有污垢不能得到有效的去除，也容易造成短路；长久使用插针磨损后，也易造成接触不良。
(5)端部加长法
其特点是对钻杆的端部加长，并在加长部分加装导电环和绝缘体端部。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。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，端部的密封面同位移也会增大，也将影响其密封效果。
通过总结和改进前人的技术方法，本发明所具有的自我清洁功能、补偿功能和抗震功能，更好的满足了实际应用的需求。
发明内容
本发明的目的：提供一种即可以实现接触面自洁，磨损后自动补偿，且接触面有足够接触应力确保电接头接触良好的动力电钻杆。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明一种可补偿自清洁式动力电钻杆，包括钻杆总成、补偿总成；所述补偿总成主要包括：导向体、刮泥圈、密封圈Ⅰ、绝缘座、导电弹性筒、绝缘弹性体、传力套筒、限位块、活塞套筒、密封圈Ⅱ、密封圈Ⅲ、绝缘封头、导电线圈、电缆、内导电体外壁、内导电体、内导电体内壁、外壳套筒和沉头螺钉组成；所述钻杆总成主要包括由钻杆、外导电体接头、外导电体内壁、螺母和外导电体组成；所述补偿总成放置于两根钻杆总成接头之间，公、母接头旋紧后，补偿总成固定。
进一步，所述所述导向体前部为圆锥体，其内端面为耐磨损、耐冲蚀合金钢，所述导向体中部开有圆环槽Ⅰ、圆环槽Ⅱ，刮泥圈装入圆环槽Ⅰ，密封圈Ⅰ装入圆环槽Ⅱ；所述导向体后部外端为台阶面，嵌入绝缘座；所述绝缘座内壁嵌入导电线圈；所述导向体后部内端与内导电体外壁采用螺纹连接。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：补偿总成在装入钻杆总成的过程中，导向体上的刮泥圈能够完成对外导电体接头上的污垢清洁；导向体内端面为合金钢能够延长补偿总成的使用寿命。
进一步，所述内导电体是在内导电体内壁开出1/4圆的通槽处采用注胶工艺，将导电环用绝缘层包裹，只在两端面漏出导电环；所述内导电环在上下端面导体环留有环凹槽，嵌入电缆；所述电缆穿入内导电体外壁的绝缘孔与导电线圈相接，形成通路；所述绝缘封头将内导电体两端密封，将内导电体内壁、内导电体与内导电体外壁粘结为一体。
进一步，所述内导电体外壁套入外壳套筒；所述外壳套筒用沉头螺钉连接内导电体外壁中部凸环；所述内导电体外壁上套入活塞套筒、传力套筒、限位块、绝缘弹性体、导电弹性筒；所述活塞套筒螺纹端与传力套筒螺纹连接；所述活塞套筒依次装有密封圈Ⅱ、密封圈Ⅲ；所述限位块螺纹端与外壳套筒螺纹连接；所述导电弹性筒套在绝缘弹性体上。
进一步，所述钻杆内侧套入外导电体内壁、外导电体接头、螺母；所述外导电体是在外导电体内壁开出1/4圆的通槽处采用注胶工艺，将导电环用绝缘层包裹，只在两端面漏出导体环；所述外导电体接头是通过其台阶面与外导电体内壁过盈配合，同时与外导电体形成通路；所述螺母通过钻杆内壁螺纹连接。
进一步，所述补偿总成在在接入钻杆时，所述导电弹性筒给外导电体接头接触面提供初始压力；当通入钻井液后，钻井液进入内导电体外壁，钻井液压力通过活塞套筒传递到传力套筒，传力套筒从而挤压绝缘弹性体，使得导电弹性筒紧贴外导电体接头。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：在保证能将电力从地面传输井下，以及信号双向传输的前提下，由于采用了活塞套筒结构，利用钻井液压力，实现吸振、自动补偿磨损功能；由于采用了导电弹性筒与外导电接头之间内扣连接，提高了可靠性。本发明采用是模块化，主要结构集中在补偿总成，而对钻杆类型、钻井液类型和钻井工艺无特殊要求。
附图说明
图1是本发明一种可补偿自清洁式动力电钻杆的结构示意图；
图2是补偿总成的结构示意图；
图3是导向体的结构示意图；
图4是内导电体内壁的结构示意图；
图5是内导电体外壁的结构示意图；
图6是导电弹性筒的结构示意图；
图7是钻杆总成的结构示意图；
图8是外导电体内壁的结构示意图；
图9是外导电体接头的结构示意图；
图10是外导电体内壁的三维模型图；
图11是图7中的A-A截面剖视图；
图12是图7中的B-B截面剖视图；
图13是图2中的C-C截面剖视图；
图14是图2补偿总成的局部放大图；
图中：1.钻杆总成，2.补偿总成，3.钻杆，4.外导电体接头，5.外导电体内壁，6.螺母，7.外导电体，8.导向体，9.刮泥圈，10.密封圈Ⅰ，11.绝缘座，12.导电弹性筒，13.绝缘弹性体，14.传力套筒，15.限位块，16.活塞套筒，17.密封圈Ⅱ，18.密封圈Ⅲ，19.绝缘封头，20.导电线圈，21.电缆，22.内导电体外壁，23.内导电体，24.内导电体内壁，25.外壳套筒，26.沉头螺钉，4-1.导电接头，4-2.导电环Ⅰ，4-3.绝缘层，7-1.导电环Ⅱ，7-2.绝缘层，12-1.导电弹性接头，12-2.导电弹性底座，23-1.导电环Ⅲ，23-2.绝缘层，4a.台阶面，5a.圆弧槽，5b.台阶面，8a.合金钢，8b.圆环槽Ⅰ，8c.圆环槽Ⅱ，8d.台阶面，22a.绝缘孔，22b.凸环，22c.内导电体外壁孔道，22d.腔体通道，23a.环凹槽，24a.内导电体内壁孔道，24b.圆弧槽。
具体实施方式
如图1、图2和图7所示，一种可补偿自清洁式动力电钻杆，包括钻杆总成1、补偿总成2；其特征在于，所述补偿总成2由导向体8、刮泥圈9、密封圈Ⅰ10、绝缘座11、导电弹性筒12、绝缘弹性体13、传力套筒14、限位块15、活塞套筒16、密封圈Ⅱ17、密封圈Ⅲ18、绝缘封头19、导电线圈20、电缆21、内导电体外壁22、内导电体23、内导电体内壁24、外壳套筒25和沉头螺钉26组成；所述补偿总成2中所含全部构件关于补偿总成2左右中心对称处的对称线E-E对称；所述钻杆总成1，由钻杆3、外导电体接头4、外导电体内壁5、螺母6和外导电体7组成，所述补偿总成2放置于两根钻杆总成1接头之间，公、母接头旋紧后，补偿总成2固定。
如图2和图3所示，所述导向体8前部为圆锥体，其内端面为耐磨损、耐腐蚀合金钢8a，所述导向体8中部分别开有圆环槽Ⅰ8b、圆环槽Ⅱ8c，依次装入刮泥圈9和密封圈Ⅰ10，所述导向体8后部外端为台阶面8d，嵌入绝缘座11；所述绝缘座11内壁嵌入导电线圈20；所述导向体8后部内端与内导电体外壁22采用螺纹连接。
如图2、图4和图14所示，所述内导电体23是在内导电体内壁24开出1/4圆的圆弧槽24b处采用注胶工艺，将导电环Ⅲ23-1用绝缘层23-2包裹，只在两端面漏出导电环Ⅲ23-1；所述导电环Ⅲ23-1在端面留有环凹槽23a，嵌入电缆21；所述电缆21穿入内导电体外壁22的绝缘孔22a与导电线圈20相接，形成通路；所述绝缘封头19将内导电体23两端密封，将内导电体内壁24、内导电体23与内导电体外壁22粘结为一体。
如图2、图5、图6、图13和图14所示，所述内导电体外壁22套入外壳套筒25；所述外壳套筒25中部用3根沉头螺钉26周向均布在内导电体外壁22上的凸环22b；所述内导电体外壁22上依次套入活塞套筒16、传力套筒14、限位块15、绝缘弹性体13、导电弹性筒12；所述活塞套筒16螺纹端与传力套筒14螺纹连接；所述活塞套筒16依次装有密封圈Ⅱ17、密封圈Ⅲ18；所述限位块15螺纹端与外壳套25螺纹连接；所述导电弹性筒12是由导电弹性接头12-1和导电弹性底座12-2采取内扣连接；所述导电弹性底座12-2是圆周均布3个1mm宽、深13mm槽的弹性铜环；所述导电弹性筒12套在绝缘弹性体13上。
如图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，所述钻杆3内侧依次套入外导电体内壁5、外导电体接头4、螺母6；所述外导电体7是在外导电体内壁5开出1/4圆的圆弧槽5a处采用注胶工艺，将导电环Ⅱ7-1用绝缘层7-2包裹，只在两端面漏出导电环Ⅱ7-1；所述外导电体接头4由导电接头4-1、导电环Ⅰ4-2和绝缘层4-3组成，通过其台阶面4a与外导电体内壁5上的台阶面5b过盈配合，同时导电环Ⅰ4-2与导电环Ⅱ7-1贴合，形成通路；所述螺母6通过钻杆3内壁螺纹连接；所述螺母6通过钻杆3内壁螺纹连接；安装于所述外导电体内壁5两端的螺母6关于外导电体内壁5左右中心对称处的对称线F-F对称；安装于所述外导电体内壁5两端的外导电体接头4关于外导电体内壁5左右中心对称处的对称线F-F对称。
如图1、图2和图7所示，所述补偿总成2在在接入钻杆1时，导电弹性筒12给外导电体接头4接触面提供一个初始压力；当通入钻井液后，钻井液通过内导电体内壁孔道24a、内导电体外壁孔道22c进入内导电体外壁22、外壳套筒25和活塞套筒16形成的腔体，其中腔体通道22d连接另一腔体，钻井液压力通过推动活塞套筒16，使得传力套筒14挤压绝缘弹性体13，从而使导电弹性筒12紧贴外导电体接头4。
本发明的工作原理：电流或信号从钻杆总成1的外导电体7传输到外导电体接头4中，再通过外导电体接头4与导电弹性筒12的紧密接触传输到导电线圈20中，然后从导电线圈20通过电缆21流入到内导电体23，再经内导电体23传输至电缆21，电缆21至导电线圈20，镜像传输，依次循环，最后将电流或信号传送到井底。井底检测信号可通过接头和导体的逆向传输，电流回路则通过钻杆3从井底传回地面。
以上对本发明一种可补偿自清洁式动力电钻杆进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种可补偿自清洁式动力电钻杆，包括钻杆总成(1)、补偿总成(2)；其特征在于，所述补偿总成(2)由导向体(8)、刮泥圈(9)、密封圈Ⅰ(10)、绝缘座(11)、导电弹性筒(12)、绝缘弹性体(13)、传力套筒(14)、限位块(15)、活塞套筒(16)、密封圈Ⅱ(17)、密封圈Ⅲ(18)、绝缘封头(19)、导电线圈(20)、电缆(21)、内导电体外壁(22)、内导电体(23)、内导电体内壁(24)、外壳套筒(25)和沉头螺钉(26)组成；所述导向体(8)中部依次装入刮泥圈(9)、密封圈Ⅰ(10)；所述导向体(8)后部外端嵌入绝缘座(11)；所述绝缘座(11)内壁嵌入导电线圈(20)；所述导向体(8)与内导电体外壁(22)采用螺纹连接；所述内导电体外壁(22)上依次套入活塞套筒(16)、传力套筒(14)、限位块(15)、绝缘弹性体(13)和导电弹性筒(12)；所述活塞套筒(16)螺纹端与传力套筒(14)螺纹连接；所述活塞套筒(16)依次装有密封圈Ⅱ(17)、密封圈Ⅲ(18)；所述限位块(15)螺纹端与外壳套筒(25)螺纹连接；所述电缆(21)穿入内导电体外壁(22)的绝缘孔(22a)与导电线圈(20)相接，形成通路；所述绝缘封头(19)将内导电体(23)两端密封，将内导电体内壁(24)、内导电体(23)与内导电体外壁(22)粘结为一体；所述内导电体外壁(22)套入外壳套筒(25)；所述外壳套筒(25)中部用沉头螺钉(26)连接内导电体外壁(22)上的凸环(22b)；所述补偿总成(2)中所含全部构件关于补偿总成(2)左右中心对称处的对称线E-E对称；所述钻杆总成(1)，由钻杆(3)、外导电体接头(4)、外导电体内壁(5)、螺母(6)和外导电体(7)组成；所述钻杆(3)内侧依次套入外导电体内壁(5)、外导电体接头(4)和螺母(6)；所述外导电体(7)被封装在外导电体内壁(5)开出1/4圆的圆弧槽(5a)中；所述螺母(6)通过钻杆(3)内壁螺纹连接；安装于所述外导电体内壁(5)两端的螺母(6)关于外导电体内壁(5)左右中心对称处的对称线F-F对称；安装于所述外导电体内壁(5)两端的外导电体接头(4)关于外导电体内壁(5)左右中心对称处的对称线F-F对称；所述补偿总成(2)放置于两根钻杆总成(1)接头之间，公、母接头旋紧后，补偿总成(2)固定。
2.根据权利要求1所述的一种可补偿自清洁式动力电钻杆，其特征在于，所述导向体(8)前部为圆锥体，其内端面为耐磨损、耐冲蚀合金钢(8a)，所述导向体(8)中部分别开圆环槽Ⅰ(8b)、圆环槽Ⅱ(8c)；所述刮泥圈(9)装入圆环槽Ⅰ(8b)；所述密封圈Ⅰ(10)装入圆环槽Ⅱ(8c)；所述导向体(8)后部外端为台阶面(8d)，嵌入绝缘座(11)；所述绝缘座(11)内壁嵌入导电线圈(20)；所述导向体(8)与内导电体外壁(22)采用螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种可补偿自清洁式动力电钻杆，其特征在于，所述内导电体(23)是在内导电体内壁(24)开出1/4圆的圆弧槽(24b)处采用注胶工艺，将导电环Ⅲ(23-1)用绝缘层(23-2)包裹，只在两端面漏出导电环Ⅲ(23-1)；所述导电环Ⅲ(23-1)在端面留有环凹槽(23a)，嵌入电缆(21)。
4.根据权利要求1所述的一种可补偿自清洁式动力电钻杆，其特征在于，所述导电弹性筒(12)是由导电弹性接头(12-1)和导电弹性底座(12-2)内扣连接组成。
5.根据权利要求1所述的一种可补偿自清洁式动力电钻杆，其特征在于，所述外导电体(7)是在外导电体内壁(5)开出1/4圆的圆弧槽(5a)处采用注胶工艺，将导电环Ⅱ(7-1)用绝缘层(7-2)包裹，只在两端面漏出导电环Ⅱ(7-1)；所述外导电体接头(4)由导电接头(4-1)、导电环Ⅰ(4-2)和绝缘层(4-3)组成，通过其台阶面(4a)与外导电体内壁(5)上的台阶面(5b)过盈配合，同时导电环Ⅰ(4-2)与导电环Ⅱ(7-1)贴合，形成通路。
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