CN110905422A - 一种随钻测量用多通道并联式穿线钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，包括管体、分别设置在管体两端的公接头和母接头、用于放置电缆线的穿线管、用于连接电缆线的第一接触件和第二接触件；穿线管两端分别插接在公接头的第一通孔和母接头的第二通孔中，中间段与管体内壁相切，由柔性填充层固定和密封；第一接触件和第二接触件分别设置在公接头和母接头的端面上，相邻钻杆连接后二者接触实现电缆线的导通。本发明通过多个并联式的电缆通道实现孔底供电和信号传输的分离，提高信号传输的可靠性和稳定性。整体结构简单，零部件少，制造成本低，维修方便。作为一个特例，当只传输单一信号时，钻杆中备用通道可在其中一根导线失效的情况下，不影响信号传递效果。

Description

一种随钻测量用多通道并联式穿线钻杆

技术领域

本发明属于煤矿、地质以及石油勘测技术领域，具体涉及一种随钻测量用多通道并联式穿线钻杆。

背景技术

近年来，煤矿井下定向钻进技术应用范围越来越广泛，并向自动化和智能化方向迅速发展。定向钻进过程中，通过在常规钻杆内铺设或埋设通讯电线形成有线随钻测量钻杆，与泥浆脉冲和电磁波等无线随钻测量钻杆相比，具有数据传输速率高、受地层干扰小等优势，可在传输信号的同时实现孔口供电。

如发明专利CN 100593625 C公开了一种中心通缆式高强度大通孔有线随钻测量钻杆，设置在管体轴线处的中心通缆装置与钻杆构成一体式结构，可实现孔底与孔口设备间电力和信号的双向传输。但是该结构中心通缆装置占用较大内通孔空间，过流面积小，很难满足大直径定向井对冲洗介质流量的需求；而且钻杆内通孔结构对冲洗液阻力大，孔深较大时沿程压力损失严重。因此有必要对现有中心通缆装置的结构进行改进，以适应煤矿井下大直径定向长钻孔施工。

如发明专利CN 106639900 B公开了一种弹性爪滑环导电的动力与信息传输钻杆，主要包括钻杆体、钻杆公接头内部的滑环母接头和钻杆母接头内部的滑环公接头。当钻杆公、母接头连接紧扣时，滑环公接头自动插入到滑环母接头中，公接头铜环和母接头铜环接触导通，达到电力与信号的连通。但是该结构滑环母接头与滑环公接头配合面为插接式连接，容易导致铜环磨损过快，降低了传输的可靠性。

综上所述，中心通缆结构随钻测量钻杆存在通缆部件多、占据空间大、中心通孔过流面积小、沿程压力损失大、维修复杂等缺点；采用快插式连接方式，接触面磨损快，信号传递稳定性有待提高；而采用螺纹中段接触的连接接头，配合精度要求高，加工难度大。此外，上述随钻测量用钻杆只有一条信号传输通道，带宽有限，抗干扰能力弱，可靠性低。因此需要设计一种过流面积大、内壁沿程阻力小、结构简单、接头连接可靠、加工方便、成本低廉且能同步传输多种信号的多通道并联式穿线钻杆。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，解决现有的随钻测量钻杆通缆部件多、占据空间大、中心通孔过流面积小等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

本发明公开的一种随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，包括管体、分别设置在管体两端的公接头和母接头、用于放置电缆线的穿线管、用于连接电缆线的第一接触件和第二接触件；

所述的公接头上设置有沿公接头轴向贯通的第一通孔，所述的母接头上设置有沿母接头轴向贯通的第二通孔，所述的管体的两端分别插接在所述的第一通孔和第二通孔中；所述的第一通孔至少设置有一个，所述的第二通孔的数量与第一通孔匹配；

所述的第一接触件设置在公接头的端面上，第二接触件设置在母接头的端面上，所述的第一接触件上设置有第一导电体，所述的第二接触件上设置有第二导电体，通过第二导电体和第一导电体的接触实现电缆线的导通。

具体的，所述的穿线管的两端分别连接在公接头和母接头上，穿线管的中间段与管体内壁相切。

进一步的，所述的管体内、第一通孔和第二通孔内均填充有柔性填充层，且所述的柔性填充层将穿线管固定在公接头、母接头与管体中。

具体的，所述的第一接触件包括第一绝缘件、第一导电体和可导电的弹簧，所述的第一绝缘件的中心设置有第三通孔的圆柱体，所述的弹簧设置在第三通孔中，第一导电体连接在弹簧的一端。

进一步的，所述的公接头的端面上沿公接头周向设置有用于安装第一绝缘件的第一沉头孔，第一沉头孔与第一通孔同轴设置。

具体的，所述的第二接触件包括环形的第二绝缘件和第二导电体，所述的第二绝缘件上设置有用于嵌套第二导电体的第一凹槽；所述的第一凹槽沿第二绝缘件周向贯通或者第一凹槽在第二绝缘件上间隔设置有多段；当第一凹槽间隔设置多段时，第一凹槽的中心位置与第一通孔对应。

进一步的，所述的母接头的端面上设置有用于一圈安装第二绝缘件的第二凹槽，第二凹槽为环形，第二凹槽与第二通孔贯通。

具体的，母接头上的母接头通孔的内壁上设置有内螺纹，公接头的外壁上设置有与所述的内螺纹匹配的外螺纹。

具体的，所述的公接头和母接头分别与管体的管壁对接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的穿线钻杆能通过多个并联式的电缆通道实现孔底供电和信号传输的分离，或者不同信号由不同通道进行传输，从而提高信号传输的可靠性和稳定性；公接头和母接头之间采用面对面配合，减少了接触面的磨损，提高了工作可靠性；相对于现有的中心通缆式钻杆，本发明结构不占用较大的钻杆中心通孔的空间，使得过流面积变大，沿程压力损失变小，满足大直径定向井对冲洗介质流量和压力的需求；本发明的结构简单，零部件少，制造成本低，维修方便。作为本发明一个特例，当只传输单一信号时，钻杆中形成多线集束式信息传输模式，备用通道可在其中一根导线失效的情况下起到信号传递作用。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例所示的并联式穿线钻杆的整体结构示意图。

图2是本发明实施例所示的公接头的结构示意图。

图3是本发明实施例所示的母接头的结构示意图。

图4是本发明实施例所示的第一接触件的结构示意图。

图5是本发明实施例所示的第二接触件的结构示意图。

图6是本发明实施例所示的公接头和母接头的连接示意图。

图7是本发明另一实施例所示的第二接触件的结构示意图。

图8是本发明另一实施例所示的公接头和母接头的连接示意图。

图中各标号表示为：1-管体，2-公接头，3-母接头，4-穿线管，5-第一接触件，6-第二接触件，7-柔性填充层，8-电缆线，9-密封圈；

101-管体通孔，102-中心通孔；

201-公接头通孔，202-第一通孔，203-第一沉头孔，204-外螺纹，205-第一密封槽；

301-母接头通孔，302-第二通孔，303-第二凹槽，304-内螺纹，305-第二密封槽；

501-第一绝缘件，502-第一导电体，503-弹簧，504-第三通孔，505-凸缘；

601-第二绝缘件，602-第二导电体，603-第一凹槽。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、底”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指以相应附图的轮廓为基准定义的。

本发明的穿线钻杆包括管体1以及分别设置在管体1两端的公接头2和母接头3，该管体1、公接头2和母接头3均满足传统穿线钻杆须满足的结构特征，如公接头2上设置公接头通孔201，管体1上设置管体通孔101，母接头3上设置母接头通孔301，这些通孔串接形成该钻杆的中心通孔102。以下给出本发明的具体实施例：

如图1所示，本发明公开的一种随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，包括管体1、分别设置在管体1两端的公接头2和母接头3、用于放置电缆线8的穿线管4、用于连接电缆线8的第一接触件5和第二接触件6，第一接触件5设置在公接头2的端面上，第二接触件6设置在母接头3的端面上。

具体的，在本发明的具体实施例中，管体1为高强度高韧性钢管，公接头2和母接头3分别通过摩擦焊对接在管体两端的管壁上。

如图2所示，公接头2的端面上设置有沿公接头2轴向贯通的第一通孔202，母接头3端面上设置有沿母接头3轴向贯通的第二通孔302。第一通孔202的个数根据实际需要设置，一般为2～4个，第一通孔202沿公接头2周向均匀布置。相应的，第二通孔302的个数与第一通孔202的个数和位置对应，第二通孔302也沿母接头3的周向均匀布置。当公接头2和母接头3连接在一起后，每组相对应的第一通孔202和第二通孔302的轴线重合。

为了保证公接头2和母接头3连接的有效性，本实施例优选螺纹连接方式，即在母接头通孔301的内壁上设置有内螺纹304，公接头2的外壁上设置有与内螺纹304匹配的外螺纹204。

穿线管4的两端分别插接在同轴线的公接头2中的第一通孔202和母接头3中的第二通孔302中，穿线管4的中间段与管体1内壁相切，这样可以不用加工管体1，且增大了钻杆内通孔面积。该穿线管4的外径与第一通孔202、第二通孔302的内径匹配。穿线管4的材质可选择具有一定强度的硬塑、不锈钢等；其数量与第一通孔202或第二通孔302的数量相同。

在本发明的具体实施例中，如图4所示，第一接触件5包括第一绝缘件501、第一导电体502和弹簧503，第一绝缘件501为橡胶，第一导电体502为金属件。第一绝缘件501为中心设置有第三通孔504的圆柱体，弹簧503设置在第三通孔504中，第一导电体502为金属圆柱体结构，能够插入第三通孔504中，第一导电体502与第二导电体602接触的一端设置为球形，第一导电体502连接一段尾线，用于连接电缆线8。在弹簧503作用下，第一导电体502在第三通孔504轴向有一定的行程，可保证公接头2和母接头3连接后第一导电体502和第二导电体602紧密接触。

为了方便第一接触件5的安装，在公接头2的端面上沿公接头周向设置几个用于安装第一绝缘件501的第一沉头孔203，如图2所示，一个第一沉头203对应一个第一通孔202，两者的轴线重合。第一沉头孔203的直径略小于第一绝缘件501外径，使得第一接触件5过盈嵌套于公接头2的第一沉头孔203中。

优选的，在第一绝缘件501一端设置一圈凸缘505，在第一绝缘件501安装在第一沉头孔203中时，该凸缘505位于第一沉头孔203的边缘处，在与母接头接触时起到绝缘和密封作用。

在本发明的具体实施例中，如图5所示，第二接触件6包括环形的第二绝缘件601和第二导电体602，第二绝缘件601为环形橡胶，第二导电体602为金属弧环。第二绝缘件601上设置有用于嵌套第二导电体602的第一凹槽603，第二导电体602中除了其中一个与第二导电体接触的表面裸露在外，其他的面全部包裹在第二绝缘件601中，用于绝缘第二导电体602。可在第二导电体602上连接一段尾线，该尾线穿过第一绝缘件的底部，用于连接电缆线8。

第一凹槽603可设置为与第一导电体502数量相同的多段槽体，如图5所示。公接头2与母接头3旋紧时，第一导电体502与第二导电体602充分接触。该实施例下的第一导电体502和第二导电体602能通过并联通道实现孔底供电和信号传输的分离，或者不同信号经由不同通道进行传输，从而提高信号传输的可靠性和稳定性。

为了方便第二接触件6的安装，母接头3的端面上设置有一圈用于安装第二绝缘件601的环形的第二凹槽303，在第二凹槽303设置在多个第二通孔302形成的圆周上。第二凹槽303的直径略小于第二绝缘件601的外径，使得第二接触件6过盈嵌套在第一凹槽303中。

当公接头2和母接头3旋合后，第一接触件5上的第一导电体502在弹簧503推力作用下，分别与另一根钻杆第二接触件6上的第二导电体602紧密接触，如图6所示。可通过设置公接头2和母接头3上的螺纹圈数，使得公接头2和母接头3旋合后第一导电体502正好落在相应第二导电体602的圆弧段中心部位，通过第二导电体602和第一导电体502的接触实现电缆线8的导通，由此在相邻钻杆间形成并联结构的信号传输通道。

作为本发明的另一个可选实施例，为了改变信号传输方式，传输相同信号，将第一凹槽603设置为沿第二绝缘件601周向贯通的环形槽，第二导电体602也为环形，过盈嵌套环形第一凹槽603，如图7所示；同时，将第一接触件5设置为与第二接触件6结构相同，如图8所示。在第一导电体502和第二导电体602上均连接有数根尾线。在该情况下，钻杆可传输相同的信号，当一根线失效后，备用导线仍能有效传递信号，而且端面采用弹性面对面配合，减少了接触面的磨损，提高了工作可靠性。

作为本发明的一个优选实施例，如图1所示，在钻杆的内壁即管体1内壁、第一通孔202内壁和第二通孔302内壁上填充有柔性填充层7。该柔性填充层7形成的内径大于公接头通孔201的直径。该柔性填充层7材质一般选择软橡胶、柔性聚四氟乙烯等，柔性填充层7的厚度大于穿线管4外径的1～3mm。该柔性填充层7一方面用于固定穿线管4；另一方面起到密封和绝缘的作用，防止冲洗液从中心通孔102进入穿线管4、第一通孔202和第二通孔302中。在本实施例中，柔性填充层7将穿线管4固定在公接头2、母接头3与管体1中。

作为本发明的一个优选实施例，公接头2的端面上沿其周向开设有第一密封槽205，如图2所示；母接头3的端面上沿其周向开设有第二密封槽305，如图3所示。第一密封槽205和第二密封槽305分别设置在公接头2和母接头3的对接面上，在本实施例中，第一密封槽205设置在内圈，第二密封槽305设置在外圈，第一通孔202和第二通孔302形成的通道夹设在第一密封槽205和第二密封槽305之间，第一密封槽205和第二密封槽305中均设置有密封圈9。

本发明上述实施例中的电缆线8为Φ2mm带绝缘层的金属导线，贯穿于穿线管4，两端分别与第一导电体502和第二导电体602上的尾线连接；其数量与穿线管4的数量相同。由此，单根钻杆的第一接触件5与第二接触件6经电缆线8组成多条互相独立的传输通道。

在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，包括管体(1)、分别设置在管体(1)两端的公接头(2)和母接头(3)，其特征在于：

还包括用于放置电缆线(8)的穿线管(4)、用于连接电缆线(8)的第一接触件(5)和第二接触件(6)；

所述的公接头(2)上设置有沿公接头轴向贯通的第一通孔(202)，所述的母接头(3)上设置有沿母接头轴向贯通的第二通孔(302)，所述的穿线管(4)的两端分别插接在所述的第一通孔(202)和第二通孔(302)中；所述的第一通孔(202)至少设置有一个，所述的第二通孔(302)的数量与第一通孔(202)匹配；

所述的第一接触件(5)设置在公接头(2)的端面上，第二接触件(6)设置在母接头(3)的端面上，所述的第一接触件(5)上设置有第一导电体(502)，所述的第二接触件(6)上设置有第二导电体(602)，通过第二导电体(602)和第一导电体(502)的接触实现电缆线(8)的导通。

2.如权利要求1所述的随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，其特征在于，所述的穿线管(4)两端分别连接在公接头(2)和母接头(3)上，穿线管(4)的中间段与管体(1)内壁相切。

3.如权利要求2所述的随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，其特征在于，所述的管体(1)内、第一通孔(202)和第二通孔(302)内均填充有柔性填充层(7)，且所述的柔性填充层(7)将穿线管(4)固定在公接头(2)、母接头(3)与管体(1)中。

4.如权利要求1所述的随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，其特征在于，所述的第一接触件(5)包括第一绝缘件(501)、第一导电体(502)和弹簧(503)，所述的第一绝缘件(501)为中心设置有第三通孔(504)的圆柱体，所述的弹簧(503)设置在第三通孔(504)中，第一导电体(502)的后端连接有电缆线(8)。

5.如权利要求4所述的随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，其特征在于，所述的公接头(2)的端面上沿公接头周向设置有用于安装第一绝缘件(501)的第一沉头孔(203)，第一沉头孔(203)与第一通孔(202)贯通。

6.如权利要求1所述的随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，其特征在于，所述的第二接触件(6)包括环形的第二绝缘件(601)和第二导电体(602)，所述的第二绝缘件(601)上设置有用于嵌套第二导电体(602)的第一凹槽(603)；

所述的第一凹槽(603)沿第二绝缘件(601)周向贯通或者第一凹槽(603)在第二绝缘件(601)上间隔设置有多段；当第一凹槽(603)间隔设置多段时，第一凹槽(603)的中心位置与第一通孔(202)对应。

7.如权利要求6所述的随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，其特征在于，所述的母接头(3)的端面上设置有一圈用于安装第二绝缘件(601)的第二凹槽(303)，第二凹槽(303)为环形，第二凹槽(303)与第二通孔(302)贯通。

8.如权利要求1所述的随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，其特征在于，母接头上的母接头通孔(301)的内壁上设置有内螺纹(304)，公接头(2)的外壁上设置有与所述的内螺纹(304)匹配的外螺纹(204)。

9.如权利要求1所述的随钻测量用多通道并联式穿线钻杆，其特征在于，所述的公接头(2)和母接头(3)分别与管体(1)的管壁对接。

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