CN114542054B - 一种使用金属保温瓶的随钻仪器内部结构装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用金属保温瓶的随钻仪器内部结构装置，包括壳体，在壳体内安装有承压件，承压件包括：承压外壳，轴向安装在所述壳体内，在外表面设置有分别与壳体的内表面接触的弧形面和凸块面，凸块面轴向两侧的侧边分别通过坡面与弧形面的轴向两侧边连接，两个坡面与所述壳体的内表面之间形成两条回浆通道；承压内孔，设置在弧形面和凸块面之间；金属保温瓶，安装在承压内孔中；流体通道，轴向贯穿设置在凸块面内；导线通道，在凸块面上与流体通道并排设置。本发明充分利用有限的面积，将承压件整体设置成异形形状，既能够保证泥浆的正常回流，同时还能够安装相应的测量仪器，且通过设置流体通道和导线通道为下部安装的测量仪器输送液压油和导线。

Description

一种使用金属保温瓶的随钻仪器内部结构装置

技术领域

本发明涉及井下石油测量领域，特别是涉及一种本身能够安装测量仪器，同时又可以为其它连接的管节提供液压油和输送导线，且不影响井下泥浆回流的随钻仪器内部结构装置。

背景技术

现有钻头在井下工作时，需要一边注入高压水冲开砂土，同时将注出的水混合后形成的泥浆排到到井外，以便完成钻孔作业。其中注水是通过钻头靠近外圆周的内空间实现的，而排水排浆则是利用钻头中部的空间排出到井上的。

此外，地层取样一直是石油勘探领域中的一个重要组成部分，测量内容包括对钻井的倾斜度、压力、温度及流体参数等。由于井下温度很高，因此很多测量设备都需要通过隔热结构来使工作温度保持在一定的范围内。

如何在有限的空间内，既保证钻头正常排水排浆，又能够安装带隔热结构的测量仪器，这是一个需要解决的问题。此外，现有钻杆在下井时，有时需要同时连接多个管节，每个管节都分别安装有相应的测量仪器，以同时实现多种测量目的。在此结构下，如何保证各管节能够正常回浆，同时各管节相互之间还能够流动液压油和输送信号线缆，也是一个需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种本身能够安装测量仪器，同时又可以为其它连接的管节提供液压油和输送导线，且不影响井下泥浆回流的随钻仪器内部结构装置。

具体地，本发明提供一种使用金属保温瓶的随钻仪器内部结构装置，包括空心柱状的壳体，在壳体内安装有承压件，所述承压件包括：

承压外壳，轴向安装在所述壳体内，在外表面设置有分别与所述壳体的内表面接触的弧形面和凸块面，弧形面和凸块面位置相对，且弧形面与所述壳体内表面的接触面积大于凸块面与所述壳体的接触面积，凸块面轴向两侧的侧边分别通过坡面与弧形面的轴向两侧边连接，两个坡面与所述壳体的内表面之间形成两条回浆通道；

承压内孔，为轴向贯穿孔，偏心设置在承压外壳的弧形面和凸块面之间，且靠近弧形面；

金属保温瓶，安装在承压内孔中，包括保持内部温度的保温结构，和安装在保温结构内部的测量仪器；

流体通道，轴向贯穿设置在凸块面内，用于通过液压油；

导线通道，在凸块面上与流体通道并排设置，用于通过导线。

本发明充分利用有限的面积，将承压件整体设置成异形形状，既能够保证泥浆的正常回流，同时还能够安装相应的测量仪器，且通过设置流体通道和导线通道为下部安装的测量仪器输送液压油和导线，使钻杆一次下井连接多个测量仪器成为可能，大大提高了工作效率。通过偏心设置的承压内孔可以使其四周壁厚维持在设定范围内，保证管壁的抗压能力。通过设置凸块面结构，既可以拉远与承压内孔的距离以设置泥浆通道，又可以在自身上设置液压油和线缆通道，大大提高了承压壳体的利用率。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的随钻仪器内部结构装置径向截面示意图；

图2是图1所示钻铤结构包括流体通道的轴向剖视图；

图3是图1所示钻铤结构包括导线通道的轴向剖视图；

图4是本发明一个实施方式的随钻仪器内部结构装置爆炸图；

图5是图4所示爆炸图的剖视图。

具体实施方式

以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。本发明是井下钻杆上连接的其中一部分，其中提及的“上部”是指钻杆位于井下时，朝向井口的方向。“下部”是指钻杆朝向井底的方向。

如图1、2所示，在本发明的一个实施方式中，公开一种使用金属保温瓶的随钻仪器内部结构装置，该钻铤包括空心柱状的壳体1，在壳体1内安装有既可以通过回流的泥浆，也可以接收上部输入的液压油和导线并向下部传送的承压件。

承压件包括如下部件：

承压外壳2，轴向安装在壳体1内，承压外壳2的径向截面为不规则形状，在外圆周上设置有分别与壳体1的内表面在轴向上形成接触的弧形面5 和凸块面4，弧形面5和凸块面4的位置相对且两者的外表面都是弧形，以与壳体1的内表面在轴向上完全贴合，同时弧形面5与壳体1的接触面积大于凸块面4与壳体1的接触面积。凸块面4轴向两侧的侧边底部分别通过坡面6与弧形面5的轴向两侧边连接，两个坡面6不与壳体1的内表面接触，在坡面6与壳体1的内表面之间形成两条轴向的回浆通道7，这两条回浆通道7作为井下泥浆向井上回流时的通道。坡面6的弧度决定了回浆通道7的截面面积，回浆通道7的截面面积需要与回流的泥浆量对应，因此，调整坡面6的弧度即可使回浆通道7满足泥浆的回流量。

承压内孔21，为轴向贯穿孔，偏心设置在承压外壳2的弧形面5和凸块面4之间，且靠近弧形面5，相对壳体1是一个偏心孔，内部用于安装下述金属保温瓶3。

金属保温瓶3，安装在承压内孔21中，是一种既可以隔绝井下外部热量的传入，又可以降低内部仪器工作时温度的结构，包括用于降低外界温度传导的保温结构31，和安装在保温结构31内部的测量仪器32，这里的测量仪器(随钻仪器)31可以是任意一种需要保持一定温度的井下测量设备，如泥浆参数检测装置。

流体通道41，轴向贯穿设置在凸块面4内，用于通过液压油。一般钻杆会同时连接多节管节，每节管节内可分别安装不同的测量仪器，这里的液压油就是为同时连接在钻铤下部的测量仪器提供液压油。在本实施方式中流体通道41可以并排设置多条，每条可分别用于输送不同的流体，如几条用于输送不同压力的液压油，几条用于输送泥浆样品，以为不同位置采样的样品筒分别输送相应位置的泥浆样品。

导线通道42，同样设置在凸块面4内，并与流体通道41并排设置，用于通过导线8。这里的导线8是为了向钻铤下部连接的管节内的测量仪器供电和/或信号传送。

在工作时，本实施方式的钻铤作为钻杆的一部分，伸入井下，钻杆的钻头在钻孔过程中产生的泥浆，通过钻杆内部向井上回流，经过本实施方式的钻铤时，则分别经过壳体1内的两个回浆通道7后，向井上输送。

位于钻铤内部的测量仪器可以对当前位置的井下参数进行测量，或对泥浆进行分析。而流体通道41和导线通道42的两端分别与上下连接的管节连通，以接收上部传送的液压油和导线，然后穿过流体通道41和导线通道42 后向钻铤下部连接的管节输送液压油和导线，实现液压驱动和电气控制信号的传送。

本实施方式充分利用有限的面积，将承压件整体设置成异形形状，既能够保证泥浆的正常回流，同时还能够安装相应的测量仪器，且通过设置流体通道和导线通道为下部安装的测量仪器输送液压油和导线，使钻杆一次下井连接多个测量仪器成为可能，大大提高了工作效率。通过偏心设置的承压内孔可以使其四周壁厚维持在设定范围内，保证管壁的抗压能力。通过设置凸块面结构，既可以拉远与承压内孔的距离以设置泥浆通道，又可以在自身上设置液压油和线缆通道，大大提高了承压壳体的利用率。

如图3、4、5所示，在本发明的一个实施方式中，为方便连接导线8，在导线通道42的两端分别安装有上部小多芯插头421和下部小多芯插头422，上部小多芯插头421和下部小多芯插头422相互靠近的一端通过导线8直接连接，上部小多芯插头421的另一端与壳体1上部连接的管件伸出的导线连接，下部小多芯插头422的另一端连接导线后，提供给壳体1下部连接的管节。

在本实施方式中，上部小多芯插头421和下部小多芯插头422的结构相同，两者分别通过一端插入导线通道42的开口处，两者远离开口的一端为插座结构，可以直接插接待连接的导线插头。此外，上部小多芯插头421和下部小多芯插头422本身还具备承压功能，在外表面上设置相应的密封圈，以对插接处的导线通道42开口进行密封。

为方便对承压件两端进行封闭，在承压件的两端分别密封安装有上部内骨架22和下部内骨架23，上部内骨架22和下部内骨架23的外径与壳体1 的内径相同，两者相对靠近的一端分别密封插接在承压内孔21的两端开口中，再分别利用外螺纹套24固定。

在上部内骨架22和下部内骨架23插入承压内孔21的外表面上，分别设置有定位销226、236，在承压内孔21的两端内表面上分别设置有轴向的滑槽227、237，当上部内骨架22和下部内骨架23插入承压内孔中时，定位销 226、236分别插入承压内孔21两端的滑槽227、237中，螺纹套24位于定位销226、236的外侧，当螺纹套24拧动时，会推动定位销226、236分别沿滑槽227、237移动，从而限定了上部内骨架和下部内骨架的当前角度，保证内部插针和流体管线的一一对接。

在上部内骨架22和下部内骨架23上设置有，分别与流体通道41和导线通道42两端相通的流体支管221和导线支管231，即液压油先通过上部内骨架22的流体支管221后进入流体通道41，再由下部内骨架23上的流体支管 231排出，导线8先穿过导线支管232后再与上部小多芯插头421和下部小多芯插头422连接，再由下部小多芯插头422输出到下部连接的管节中。

在上部内骨架22和下部内骨架23的中部设置有分别与承压内孔21相通的过线通道223、233，其中上部内骨架22的过线通道223是为了通过线缆，该线缆为承压内孔21中金属保温瓶3内的测量仪器32提供电气和控制信号，该线缆同样是由壳体1上部管节引入的导线8一部分，只是在上部内骨架22处分成两路，其中一路进入导线通道42，另一路则进入过线通道223。而下部内骨架23的过线通道233则是为了通过导线通道42中引出的导线8，以为壳体下部连接的管节中的随钻仪器服务。

为方便连接线缆，在上部内骨架22和下部内骨架23的过线通道223、 233中，分别安装有大多芯接头224和双密封插头234；其中，大多芯接头 224的一端与壳体1上部穿入的导线(即前述导线分出的一路线缆)8连接，另一端通过线缆与金属保温瓶3内部的测量仪器32连接；双密封插头234 靠近下部小多芯插头422的一端与下部小多芯插头422输出的导线连接，另一端连接导线后提供给壳体1下部连接的管节。

这里的大多芯接头224和双密封插头234在插接时，各自的外表面分别安装有相应密封圈，以与过线通道223、233的内表面形成密封。大多芯接头 224和双密封插头234各自的两端可以是插座结构，也可以是插针结构。在上部内骨架22和下部内骨架23的过线通道223、233中分别设置有相应的台阶，大多芯接头224和双密封插头234插入的一端被台阶挡住，另外一端被分别拧入过线通道223、234中的内螺纹套225固定。

在本发明的各实施方式中，为防止上部内骨架22、下部内骨架23，小多芯插头421、422，大多芯接头224和双密封插头234安装后发生径向转动，各自在固定处拧有防转螺钉。

在本发明的一个实施方式中，金属保温瓶3包括一个与承压内孔21内表面接触的保温筒33，保温筒33的一端设置有封闭底331，另一端开口且开口与上部内骨架22抵接，保温筒33的封闭底331可以作为限定台阶，以限制内部各部件的位置。测量仪器32通过两个支架34安装在保温筒33的中部，两个支架34为圆形的框架，外圆周与保温筒33的内表面接触，而测量仪器32通过两端与两个支架34的中部连接，使整个测量仪器32悬空在保温筒33的中部，该结构可以防止测量仪器32与保温筒33接触，减少温度传导。保温结构31包括在两个支架34相互远离的一侧分别安装的隔绝两端热量的上吸热段311和下吸热段312，上吸热段311和下吸热段312同时还对两个框架34的位置进行限定。

其中，上吸热段311整体由吸热剂构成，上吸热段311的一端通过空心的隔热套35与上部内骨架22隔开，另一端与测量仪器32通过容纳冗余线缆的容线腔314隔开；隔热套34是一个两端带内螺纹的中空管，其两端分别与上吸热段311和上部内骨架22通过内螺纹连接，在上吸热段311的内部设置有轴向贯穿的穿线孔313，而容线腔312则是由上吸热段311与框架 34接触一端内凹的空间形成，容线腔314用于容纳穿入线缆的冗余部分；由大多芯接头224引出的导线，依次穿过隔热套35、穿线孔313和容线腔314 后与测量仪器32连接。

下吸热段312包括与测量仪器32一端接触的实心吸热剂层315，和分别位于保温筒33封闭底331两侧的内减震橡胶垫316和外减震橡胶垫317，内减震橡胶垫316的另一侧与实心吸热剂层315接触，内减震橡胶垫316和外减震橡胶垫317都是空心结构，以方便内部热空气的流通和降温。

外减震橡胶垫317靠近下部内骨架23的一端，插入下部内骨架23中间的过线通道233中，并与安装在过线通道233中的堵头235接触。外减震橡胶垫317的外形是一个台阶结构，凸出的台阶被下部内骨架23的过线通道 233端部顶在保温筒33的封闭底331处，而插入过线通道233中的一端则被堵头235顶住，从而为保温筒33提供了一个稳定的缓冲层。

本实施方式中，吸热剂可以采用相变材料制作，其既可以吸热，又可以通过自身相变产生低温，进一步降低内部温度。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种使用金属保温瓶的随钻仪器内部结构装置，包括空心柱状的壳体，其特征在于，在壳体内安装有承压件，所述承压件包括：

承压外壳，轴向安装在所述壳体内，在外表面设置有分别与所述壳体的内表面接触的弧形面和凸块面，弧形面和凸块面位置相对，且弧形面与所述壳体内表面的接触面积大于凸块面与所述壳体的接触面积，凸块面轴向两侧的侧边分别通过坡面与弧形面的轴向两侧边连接，两个坡面与所述壳体的内表面之间形成两条回浆通道；

承压内孔，为轴向贯穿孔，偏心设置在承压外壳的弧形面和凸块面之间，且靠近弧形面；

金属保温瓶，安装在承压内孔中，包括保持内部温度的保温结构，和安装在保温结构内部的测量仪器；

流体通道，轴向贯穿设置在凸块面内，用于通过液压油；

导线通道，在凸块面上与流体通道并排设置，用于通过导线。

2.根据权利要求1所述的随钻仪器内部结构装置，其特征在于，

所述导线通道的两端分别安装有上部小多芯插头和下部小多芯插头，上部小多芯插头和下部小多芯插头相互靠近的一端通过导线连接，上部小多芯插头的另一端与所述壳体上部连入的导线连接，下部小多芯插头的另一端连接导线后向所述壳体的下部伸出。

3.根据权利要求2所述的随钻仪器内部结构装置，其特征在于，

所述承压件的两端分别密封安装有上部内骨架和下部内骨架，在上部内骨架和下部内骨架上设置有分别与所述流体通道和所述导线通道两端相通的流体支管和导线支管，在上部内骨架和下部内骨架的中部分别设置有与所述承压内孔相通的过线通道。

4.根据权利要求3所述的随钻仪器内部结构装置，其特征在于，

所述上部内骨架和所述下部内骨架密封插接在所述承压内孔的两端，再分别利用拧入所述承压内孔两端处的螺纹套固定。

5.根据权利要求4所述的随钻仪器内部结构装置，其特征在于，

在所述上部内骨架和所述下部内骨架插入所述承压内孔的端部外表面上分别安装有定位销，在所述承压内孔的两端内表面上设置有轴向滑槽，所述上部内骨架和所述下部内骨架分别插入所述承压内孔的两端后，两者的定位销分别卡入对应的滑槽内，在所述螺纹套拧动后，所述上部内骨架和所述下部内骨架分别以固定角度插入所述承压内孔中。

6.根据权利要求3所述的随钻仪器内部结构装置，其特征在于，

所述上部内骨架和下部内骨架的过线通道中，分别安装有大多芯接头和双密封插头，其中，大多芯接头的一端与所述壳体上部连入的导线连接，另一端通过线缆与所述金属保温瓶内部的测量仪器连接；双密封插头的一端与所述下部小多芯插头输出的导线连接，另一端连接向所述壳体下部输出的导线。

7.根据权利要求6所述的随钻仪器内部结构装置，其特征在于，

所述金属保温瓶包括一个与所述承压内孔内表面接触的保温筒，保温筒的一端有底，另一端开口且开口朝向所述上部内骨架，所述测量仪器通过两个支架安装在保温筒的中部，在两个支架相互远离的一侧分别安装有隔绝两端热量的上吸热段和下吸热段。

8.根据权利要求7所述的随钻仪器内部结构装置，其特征在于，

所述上吸热段由吸热剂构成，其一端通过空心的隔热套与所述上部内骨架隔开，另一端与所述测量仪器通过容纳冗余导线的容线腔隔开，在所述上吸热段的内部设置有轴向贯穿的穿线孔，由所述大多芯接头引出的导线，依次穿过隔热套、穿线孔和容线腔后与所述测量仪器连接。

9.根据权利要求7所述的随钻仪器内部结构装置，其特征在于，

所述下吸热段包括与所述测量仪器一端接触的实心吸热剂层，和分别位于所述保温筒底部两侧的内减震橡胶垫和外减震橡胶垫，内减震橡胶垫的另一侧与实心吸热剂层接触。

10.根据权利要求9所述的随钻仪器内部结构装置，其特征在于，

所述外减震橡胶垫靠近所述下部内骨架的一端，插入所述下部内骨架中间的过线通道中，并与安装在所述下部内骨架的过线通道中的堵头接触。