CN113250625B - 一种压力平衡式调心电钻杆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于油气钻井、煤层开采和管道定向穿越领域的一种压力平衡式调心电钻杆。其技术方案是：插针短节安装在钻杆一端，插座短节安装在钻杆另一端，插针总成和插座总成通过螺钉、支撑架分别固定在插针短节和插座短节上；钻杆、插针短节和插座短节安装绝缘电缆和导电环，插针总成、绝缘电缆总成、导电环总成和插座总成依次连接形成两个独立的电流通路；多根电钻杆通过螺纹首尾连接时，实现井下导电通路，为井下钻具传输动力及向地面传输信号。该发明能实现自动调心、压力平衡和自动清洁的功能，且便于维护，应用成本低。

Description

一种压力平衡式调心电钻杆
技术领域
本发明涉及一种用于油气钻井、煤层开采和管道定向穿越领域的一种压力平衡式调心电钻杆。
背景技术
现代钻井技术正在向信息化、智能化、自动化的钻井方向发展，相继出现了各种能传输强电和信号的电钻杆。电钻杆钻井通常会面临振动、高压和导电元件表面污染等问题。钻井过程中的振动易引起电钻杆导电元件偏载，导致导电元件过早失效、电传输效率低和可靠性低；通常需增大电接头零件尺寸以满足电接头在高压环境下的力学性能，则导致电接头尺寸增大，降低钻井液的流通面积，同时，也易造成密封失效；此外，电钻杆上卸扣过程中，导电元件表面容易污染，污染的导电元件易造成电钻杆接触不良，甚至断路。现有的电钻杆结构难以有效地解决这些问题，需要设计一种新的电钻杆结构，以提高电钻杆的电传输效率和可靠性。
发明内容
本发明的目的：为了解决电钻杆因振动、高压和导电元件污染造成电钻杆电传输效率低、可靠性低和电接头尺寸大等问题而提出的一种压力平衡式调心电钻杆。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种压力平衡式调心电钻杆，包括钻杆、插针短节、插针总成、插座短节、插座总成、螺钉、支撑架、导电环总成和绝缘电缆总成，其特征在于：所述插座总成包括导电装置、压力平衡装置、弹性定位套和定位环；弹性定位套套装在导电装置外部；插针总成包括插针壳体、插针绝缘层、外插针和内插针；导电环总成包括第一路导电环和第二路导电环；绝缘电缆总成包括第一路电缆和第二路电缆；内插针与第一路电缆连接，外插针与第二路电缆连接；插针总成安装在支撑架上，通过螺钉固定在插针短节上；插座总成安装在支撑架上，通过螺钉固定在插座短节上；导电环总成安装在插座短节、插针短节和钻杆上，第一路导电环与第一路电缆连接，第二路导电环与第二路电缆连接；绝缘电缆总成安装在钻杆、插针短节和插座短节内。
所述导电装置包括内冠簧底座、内冠簧、外冠簧底座、外冠簧和插座绝缘层，其特征在于：内冠簧安装于内冠簧底座内部，外冠簧安装于外冠簧底座内部；内冠簧底座与第一路电缆连接，外冠簧底座与第二路电缆连接；内冠簧底座与外冠簧底座间安装插座绝缘层。
所述压力平衡装置包括弹簧、推块、二级密封件、挡圈、插座下壳体、一级密封件和波纹管和插座上壳体，其特征在于：插座上壳体内安装弹簧；挡圈与二级密封件安装在插座下壳体内部；波纹管一端固定在插座上壳体上，另一端固定在插座下壳体上；插座上壳体靠近插座下壳体端设置防脱式卡钩，防脱式卡钩与插座下壳体相连。
所述内冠簧底座设有内冠簧底座孔，外冠簧底座设有外冠簧底座孔，插座绝缘层设有插座绝缘层孔，插座上壳体设有插座上壳体孔；绝缘油密封在整个插座总成内，通过内冠簧底座孔、外冠簧底座孔、插座绝缘层孔和插座上壳体孔连通。
所述第二种方案为：插针总成安装在支撑架上，通过螺钉固定在钻杆一端；插座总成安装在支撑架上，通过螺钉固定在钻杆另一端。
本发明具有的有益效果是：1、本发明弹性定位套套装在导电装置外部，利用弹性定位套的变形使导电装置径向偏移，实现内冠簧和外冠簧的自动调心，避免内冠簧和外冠簧偏载，提高电钻杆寿命和电传输效率；2、本发明通过压力平衡装置可实现插座总成的内外压力平衡，有利于减小插座总成零部件尺寸，减小密封压差，提高密封可靠性；3、本发明在上扣过程中能自动清洁插针表面，提高了电钻杆电连接的可靠性和电传输效率；4、本发明易损件安装在短节内，方便电钻杆维护和更换，降低了电钻杆的使用成本。
附图说明
图1为本发明的一种压力平衡式调心电钻杆的结构示意图。
图2为图1的A-A剖面图。
图3为本发明的插座总成结构示意图。
图4为本发明的插针总成结构示意图。
图5为本发明的一种压力平衡式调心电钻杆连接后接头部位局部结构示意图。
图6为插座总成与插针总成插合后的结构示意图。
图7为本发明的一种压力平衡式调心电钻杆第二种方案的结构示意图。
图中：1.螺钉；2.支撑架；3.插针总成；4.插针短节；5.导电环总成；5-1.第一路导电环；5-2.第二路导电环；6.第一路电缆；7.第二路电缆；8.钻杆；9.插座短节；10.插座总成；11.内冠簧底座；11-a.内冠簧底座孔；12.内冠簧；13.外冠簧底座；13-a.外冠簧底座孔；14.外冠簧；15.弹簧；16.推块；17.二级密封件；18.挡圈；19.插座下壳体；20.一级密封件；21.定位环；22.波纹管；23.弹性定位套；24.插座绝缘层；24-a.插座绝缘层孔；25.插座上壳体；25-a.插座上壳体孔；25-b.防脱式卡钩；26.插针壳体；27.插针绝缘层；28.外插针；29.内插针；
具体实施方式
本发明不受下述实施实例的限制，可以根据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。下面结合附图对本发明作以下描述。
如图1所示，一种压力平衡式调心电钻杆，包括钻杆8、插针短节4、插针总成3、插座短节9、插座总成10、螺钉1、支撑架2、导电环总成5和绝缘电缆总成，其特征在于：所述插座总成10包括导电装置、压力平衡装置、弹性定位套23和定位环21；弹性定位套23套装在导电装置外部；插针总成3包括插针壳体26、插针绝缘层27、外插针28和内插针29；导电环总成5包括第一路导电环5-1和第二路导电环5-2；绝缘电缆总成包括第一路电缆6和第二路电缆7；内插针29与第一路电缆6连接，外插针28与第二路电缆7连接；插针总成3安装在支撑架2上，通过螺钉1固定在插针短节4上；插座总成10安装在支撑架2上，通过螺钉1固定在插座短节9上；导电环总成5安装在插座短节9、插针短节4和钻杆8上，第一路导电环5-1与第一路电缆6连接，第二路导电环5-2与第二路电缆7连接；绝缘电缆总成安装在钻杆8、插针短节4和插座短节9内。
如图3所示，所述导电装置包括内冠簧底座11、内冠簧12、外冠簧底座13、外冠簧14和插座绝缘层24，其特征在于：内冠簧12安装于内冠簧底座11内部，外冠簧14安装于外冠簧底座13内部；内冠簧底座11与第一路电缆6连接，外冠簧底座13与第二路电缆7连接；内冠簧底座11与外冠簧底座13间安装插座绝缘层24；在插合时，套装在导电装置外的弹性定位套23可径向变形，实现导电装置的自动调心，从而避免零部件偏载损坏，插座总成10与插针总成3接触时各零部件受力均匀，提高电钻杆寿命和电传输效率。
所述压力平衡装置包括弹簧15、推块16、二级密封件17、挡圈18、插座下壳体19、一级密封件20和波纹管22和插座上壳体25，其特征在于：插座上壳体25内安装弹簧15；挡圈18与二级密封件17安装在插座下壳体19内部；波纹管22一端固定在插座上壳体25上，另一端固定在插座下壳体19上；插座上壳体25靠近插座下壳体19端设置防脱式卡钩25-b，防脱式卡钩25-b与插座下壳体19相连。
所述内冠簧底座11设有内冠簧底座孔11-a，外冠簧底座13设有外冠簧底座孔13-a，插座绝缘层24设有插座绝缘层孔24-a，插座上壳体25设有插座上壳体孔25-a；绝缘油密封在整个插座总成10内，通过内冠簧底座孔11-a、外冠簧底座孔13-a、插座绝缘层孔24-a和插座上壳体孔25-a连通；井下工作时，波纹管22通过变形调整插座总成10外部压力大，波纹管22受到压力变形，将绝缘油通过各个孔挤压到插座总成10内部，消除内外压差，实现压力平衡，减少因零部件压差而产生的损坏，延长使用寿命。
本发明中，内插针29、第一路电缆6、第一路导电环5-1、内冠簧底座11和内冠簧12依次连接形成一路独立的电路通路；外插针28、第二路电缆7、第二路导电环5-2、外冠簧底座13和外冠簧14依次连接形成另一路独立的电路通路；两根压力平衡式调心电钻杆采用螺纹连接；插合过程中，压力平衡式调心电钻杆插针总成3自动套入另一根压力平衡式调心电钻杆插座总成10；内插针29先穿过二级密封件17，外插针28后穿过二级密封件17；二级密封件17始终挤压插针总成3，保证密封的同时清洁插针表面，提高电钻杆电连接的可靠性；插合完成后，内插针29与内冠簧12接触，外插针28与外冠簧14接触，不需要额外操作；多根压力平衡式调心电钻杆首尾连接形成管柱与地面电源和井下钻具相连，形成电路回路，传输动力及信号。
第二种实施方案如图7所示，所述插针总成3安装在支撑架2上，通过螺钉1固定在钻杆8一端；插座总成10安装在支撑架2上，通过螺钉1固定在钻杆8另一端。
本发明通过增加或减少冠簧和插针个数，并适当增减其他配套零部件，从而增加或减少电路通路，可实现≥1路的电或信号传输。
本发明不局限于以上具体实施方式，该领域技术人员可从以上构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种压力平衡式调心电钻杆，包括钻杆(8)、插针短节(4)、插针总成(3)、插座短节(9)、插座总成(10)、螺钉(1)、支撑架(2)、导电环总成(5)和绝缘电缆总成，其特征在于：
所述插座总成(10)包括导电装置、压力平衡装置、弹性定位套(23)和定位环(21)；插针总成(3)包括插针壳体(26)、插针绝缘层(27)、外插针(28)和内插针(29)；所述压力平衡装置包括弹簧(15)、推块(16)、二级密封件(17)、挡圈(18)、插座下壳体(19)、一级密封件(20)、波纹管(22)和插座上壳体(25)；绝缘油密封在整个插座总成(10)内，通过内冠簧底座孔(11-a)、外冠簧底座孔(13-a)、插座绝缘层孔(24-a)和插座上壳体孔(25-a)连通；插合过程中，压力平衡式调心电钻杆插针总成(3)自动套入另一根压力平衡式调心电钻杆插座总成(10)，内插针(29)和外插针(28)依次穿过二级密封件(17)，同时二级密封件(17)始终挤压插针总成(3)，保证密封的同时清洁插针表面；井下工作时，波纹管(22)通过变形调整插座总成(10)的内部压力，当外部压力大时，波纹管(22)受到压力变形，将绝缘油通过各个孔挤压到插座总成(10)内部，消除内外压差，实现压力平衡；所述弹性定位套(23)套装在导电装置外部，插合时，通过弹性定位套(23)的径向变形使导电装置径向偏移，实现导电装置的自动调心，避免零部件偏载损坏；
所述导电环总成(5)包括第一路导电环(5-1)和第二路导电环(5-2)；绝缘电缆总成包括第一路电缆(6)和第二路电缆(7)；内插针(29)与第一路电缆(6)连接，外插针(28)与第二路电缆(7)连接；插针总成(3)安装在支撑架(2)上，通过螺钉(1)固定在插针短节(4)上；插座总成(10)安装在支撑架(2)上，通过螺钉(1)固定在插座短节(9)上；导电环总成(5)安装在插座短节(9)、插针短节(4)和钻杆(8)上，第一路导电环(5-1)与第一路电缆(6)连接，第二路导电环(5-2)与第二路电缆(7)连接；绝缘电缆总成安装在钻杆(8)、插针短节(4)和插座短节(9)内。
2.根据权利要求1所述一种压力平衡式调心电钻杆，其特征在于：所述插座上壳体(25)内安装弹簧(15)；挡圈(18)与二级密封件(17)安装在插座下壳体(19)内部；波纹管(22)一端固定在插座上壳体(25)上，另一端固定在插座下壳体(19)上；插座上壳体(25)靠近插座下壳体(19)端设置防脱式卡钩(25-b)，防脱式卡钩(25-b)与插座下壳体(19)相连；所述内冠簧底座(11)设有内冠簧底座孔(11-a)，外冠簧底座(13)设有外冠簧底座孔(13-a)，插座绝缘层(24)设有插座绝缘层孔(24-a)，插座上壳体(25)设有插座上壳体孔(25-a)。
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