CN114875415A - 定向钻穿越竖井式参比电极系统 - Google Patents

定向钻穿越竖井式参比电极系统 Download PDF

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CN114875415A CN202210456096.7A CN202210456096A CN114875415A CN 114875415 A CN114875415 A CN 114875415A CN 202210456096 A CN202210456096 A CN 202210456096A CN 114875415 A CN114875415 A CN 114875415A
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许彤
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沈剗
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杜艳霞
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Abstract

本发明公开了一种定向钻穿越竖井式参比电极系统，其包括多个沿竖向布置的竖向绝缘管段，相邻两个竖向绝缘管段之间均连接有参比电极单元，参比电极单元包括固定连接的上绝缘套筒、呈筒状的参比电极和下绝缘套筒，参比电极单元分别通过上绝缘套筒和下绝缘套筒与相邻两个竖向绝缘管段连接，每个参比电极单元的参比电极上均连接有导线，导线从最上方的竖向绝缘管段穿出，最下方的竖向绝缘管段密封。其目的是为了提供一种定向钻穿越竖井式参比电极系统，其只需安装于定向钻穿越段管道的端头处，即可实现对定向钻穿越管道不同深度阴极保护电位进行测量，操作简便，方便实用。

Description

定向钻穿越竖井式参比电极系统
技术领域
本发明涉及定向钻穿越领域，特别是涉及一种用于评价定向钻穿越段管道防腐有效性的参比电极系统。
背景技术
定向钻穿越是一种非开挖技术，其具有不破坏地层结构，施工占地少，不受季节影响，施工周期短等优点。定向钻穿越广泛应用于油气管道穿越江河、铁路、高速公路、山地等不宜浅埋通过的区域。定向钻穿越管道采用两种防腐蚀措施：一是在管道的外侧壁涂覆防腐涂层，二是采用阴极保护。由于定向钻穿越的特殊施工工艺，对防腐措施的有效实施带来较大的挑战。由于定向钻施工回拖过程中容易对防腐层造成损伤，因此阴极保护的有效性就尤为重要。而阴极保护的有效性是需要通过测试评估来保证，由于定向钻的穿越环境特点，难以采用常规的测试方法将参比电极靠近穿越段管道进行测试。定向钻穿越管段常会经过不同深度的地下土壤环境，因不同工程特点，最大深度从十几米到几十米不等。目前国内外尚无有效的测试手段对不同深度的定向钻穿越管道阴极保护电位进行测试和评估，定向钻穿越的阴极保护有效性评估属于国际技术难题。本专利针对定向钻穿越管道的施工与结构特点，开发了竖井式参比电极系统，以实现对不同深度定向钻穿越管道阴极保护电位的测试。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种定向钻穿越竖井式参比电极系统，其只需安装于定向钻穿越段管道的端头处，即可对穿越段管道不同深度的阴极保护电位进行测量，操作简便，方便实用。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统，包括多个沿竖向依次同轴布置的竖向绝缘管段，相邻两个所述竖向绝缘管段之间均连接有参比电极单元，所述参比电极单元包括固定连接的上绝缘套筒、呈筒状的参比电极和下绝缘套筒，所述上绝缘套筒、参比电极和下绝缘套筒从上到下依次同轴布置，所述参比电极单元分别通过上绝缘套筒和下绝缘套筒与相邻两个竖向绝缘管段连接，每个所述参比电极单元的参比电极上均连接有导线，所述导线从最上方的竖向绝缘管段穿出，最下方的所述竖向绝缘管段通过密封件密封。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统，其中所述竖向绝缘管段、上绝缘套筒、参比电极和下绝缘套筒的内腔形成导线通道，所述导线布置于所述导线通道内。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统，其中所述上绝缘套筒的上端设有第一上缩径套筒，所述第一上缩径套筒套装于相邻的位于上方的竖向绝缘管段内，所述第一上缩径套筒通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与相邻的位于上方的竖向绝缘管段固定连接，所述下绝缘套筒的下端设有第一下缩径套筒，所述第一下缩径套筒套装于相邻的位于下方的竖向绝缘管段内，所述第一下缩径套筒也通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与相邻的位于下方的竖向绝缘管段固定连接。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统，其中所述参比电极的上端设有上缩径筒，所述上缩径筒套装于上绝缘套筒内，所述上缩径筒通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与上绝缘套筒固定连接，所述参比电极的下端设有下缩径筒，所述下缩径筒套装于下绝缘套筒内，所述下缩径筒也通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与下绝缘套筒固定连接。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统，其中所述参比电极的上端通过粘接的方式与上绝缘套筒固定连接，所述参比电极的下端也通过粘接的方式与下绝缘套筒固定连接。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统，其中所述上绝缘套筒的下端设有第二下缩径套筒，所述第二下缩径套筒套装于参比电极内，所述第二下缩径套筒通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与参比电极固定连接，所述下绝缘套筒的上端设有第二上缩径套筒，所述第二上缩径套筒套装于参比电极内，所述第二上缩径套筒通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与参比电极固定连接。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统，其中所述上绝缘套筒的下端设有第一环形凸块，所述参比电极的上端设有与所述第一环形凸块相匹配的第一环形凹槽，所述第一环形凸块通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第一环形凹槽内，所述下绝缘套筒的上端设有第二环形凸块，所述参比电极的下端设有与所述第二环形凸块相匹配的第二环形凹槽，所述第二环形凸块通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第二环形凹槽内。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统，其中所述上绝缘套筒的下端设有第三环形凹槽，所述参比电极的上端设有与所述第三环形凹槽相匹配的第三环形凸块，所述第三环形凸块通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第三环形凹槽内，所述下绝缘套筒的上端设有第四环形凹槽，所述参比电极的下端设有与所述第四环形凹槽相匹配的第四环形凸块，所述第四环形凸块通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第四环形凹槽内。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统，其中最上方的所述竖向绝缘管段的上管口密封安装有盖板，所述盖板上螺纹连接有盖帽，所述导线依次穿过盖板和盖帽后引出到最上方的竖向绝缘管段外，所述盖帽上连接有电缆套管，所述导线穿出盖帽后安装到电缆套管内。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统，其中所述密封件为密封板，所述密封板密封连接于最下方的竖向绝缘管段的下管口处。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统与现有技术不同之处在于本发明在使用的时候，适用于在役的定向钻穿越段管道(即已经建成并正常使用的定向钻穿越段管道)，在对管道的电位进行测量时，沿竖向将本发明埋设于管道穿出地面的端头处，根据实际情况，既可以在管道的穿出地面一端埋设一套参比电极系统，也可以在管道的穿出地面两端各埋设一套参比电极系统。参比电极系统的埋深与管道的埋设深度相匹配，通过该参比电极系统能够精确地测量管道的处于不同深度位置的电位，进而能够对管道的阴极保护有效性进行评价，由此可见，本发明操作简便，方便实用。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统实施例一的结构示意图；
图2为本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统实施例一的内部结构示意图；
图3为本发明实施例一的上绝缘套筒的结构示意图(同时也是下绝缘套筒的结构示意图)；
图4为图3的俯视图；
图5为本发明实施例一的参比电极的结构示意图；
图6为图5的俯视图(同时也是仰视图)；
图7为本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统实施例二的内部结构示意图；
图8为本发明实施例二的参比电极的结构示意图；
图9为本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统实施例三的内部结构示意图；
图10为本发明实施例三的上绝缘套筒的结构示意图(同时也是下绝缘套筒的结构示意图)；
图11为图10的俯视图；
图12为图10的仰视图；
图13为本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统实施例四的内部结构示意图；
图14为本发明实施例四的上绝缘套筒的结构示意图(同时也是下绝缘套筒的结构示意图)；
图15为图14的主视剖视图；
图16为图14的俯视图；
图17为图14的仰视图；
图18为本发明实施例四的参比电极的结构示意图；
图19为图18的主视剖视图；
图20为图18的俯视图(同时也是仰视图)；
图21为本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统实施例五的内部结构示意图；
图22为本发明实施例五的上绝缘套筒的结构示意图(同时也是下绝缘套筒的结构示意图)；
图23为图22的主视剖视图；
图24为图22的俯视图；
图25为图22的仰视图；
图26为本发明实施例五的参比电极的结构示意图；
图27为图26的主视剖视图；
图28为图26的俯视图(同时也是仰视图)；
图29为本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统的使用状态图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，并结合图2-6、29所示，本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统24，包括多个沿竖向依次同轴布置的竖向绝缘管段5，相邻两个所述竖向绝缘管段5之间均连接有参比电极单元，所述参比电极单元包括固定连接的上绝缘套筒6、呈筒状的参比电极7和下绝缘套筒8，所述上绝缘套筒6、参比电极7和下绝缘套筒8从上到下依次同轴布置，所述参比电极单元分别通过上绝缘套筒6和下绝缘套筒8与相邻两个竖向绝缘管段5连接，每个所述参比电极单元的参比电极7上均连接有导线1，所述导线1从最上方的竖向绝缘管段5穿出，最下方的所述竖向绝缘管段5通过密封件密封。
竖向绝缘管段5的数量可以根据实际情况来确定，如果定向钻穿越段管道25埋得比较深，那么需要的竖向绝缘管段5就越多，相反，如果定向钻穿越段管道25埋得比较浅，那么需要的竖向绝缘管段5就越少。在本实施例中，竖向绝缘管段5设为4个，参比电极单元设为3个。
如图2所示，本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统24，其中所述竖向绝缘管段5、上绝缘套筒6、参比电极7和下绝缘套筒8的内腔形成导线通道，所述导线1布置于所述导线通道内。位于下方的参比电极单元的导线1在穿出最上方的竖向绝缘管段5时，中途需要经过位于其上方的参比电极7、上绝缘套筒6和下绝缘套筒8的内腔，这样布线比较方便。
如图2所示，并结合图3、4所示，本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统24，其中所述上绝缘套筒6的上端设有第一上缩径套筒10，第一上缩径套筒10与上绝缘套筒6为一体成型结构。所述第一上缩径套筒10套装于相邻的位于上方的竖向绝缘管段5内，所述第一上缩径套筒10通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与相邻的位于上方的竖向绝缘管段5固定连接。所述下绝缘套筒8的下端设有第一下缩径套筒13，第一下缩径套筒13与下绝缘套筒8为一体成型结构。所述第一下缩径套筒13套装于相邻的位于下方的竖向绝缘管段5内，所述第一下缩径套筒13也通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与相邻的位于下方的竖向绝缘管段5固定连接。上绝缘套筒6和下绝缘套筒8的结构相同，只是在使用的时候放置的方式不一样，如图2所示，上绝缘套筒6和下绝缘套筒8以参比电极7为基准呈上下镜像布置。
如图5、6所示，参比电极7的上端设有上缩径筒11，上缩径筒11与参比电极7为一体成型结构。所述上缩径筒11套装于上绝缘套筒6内，所述上缩径筒11通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与上绝缘套筒6固定连接。所述参比电极7的下端设有下缩径筒12，下缩径筒12与参比电极7为一体成型结构。所述下缩径筒12套装于下绝缘套筒8内，所述下缩径筒12也通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与下绝缘套筒8固定连接。当然，为了进一步增强连接强度，参比电极7的上端除上缩径筒11以外的地方可以通过粘接的方式与上绝缘套筒6固定连接；同时，参比电极7的下端除下缩径筒12以外的地方可以通过粘接的方式与下绝缘套筒8固定连接。
如图1、2所示，本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统24，其中最上方的所述竖向绝缘管段5的上管口密封安装有盖板4，所述盖板4上螺纹连接有盖帽3，所述导线1依次穿过盖板4和盖帽3后引出到最上方的竖向绝缘管段5外，所述盖帽3上连接有电缆套管2，所述导线1穿出盖帽3后安装到电缆套管2内，也就是说，穿出盖帽3后的导线1通过电缆套管2进行引导。在布置导线1时，导线1采用电缆导线，以保证各个导线1之间的绝缘。
如图1、2所示，最下方的竖向绝缘管段5通过密封件进行密封，密封件为密封板9，所述密封板9密封连接于最下方的竖向绝缘管段5的下管口处。当然，密封件也可采用其他形式的结构，只要能将最下方的竖向绝缘管段5进行密封即可。
如图29所示，本发明在使用的时候，适用于在役的定向钻穿越段管道25(即已经建成并正常使用的定向钻穿越段管道25)，在对管道25的电位进行测量时，沿竖向将本发明埋设于管道25穿出地面的端头处，根据实际情况，既可以在管道25的穿出地面一端埋设一套参比电极系统24，也可以在管道25的穿出地面两端各埋设一套参比电极系统24。在本实施例中，在管道25的穿出地面两端各埋设一套参比电极系统24。在埋设时，参比电极系统24的最上方的竖向绝缘管段5上端露出地面以上，参比电极系统24的埋深与管道25的埋设深度相匹配，不同参比电极单元内的参比电极7与不同深度的土壤接触，即能够精确地测量管道25的处于不同深度位置的电位，进而能够对管道25的阴极保护有效性进行评价，由此可见，本发明操作简便，方便实用。
本发明定向钻穿越竖井式参比电极系统24现场安装时，先通过钻孔机械在定向钻穿越段管道25一端或两端附近土壤中钻孔，然后将竖井式参比电极系统24安装于钻孔中，并进行原土回填，使竖井式参比电极系统24中不同参比电极能够与不同深度的土壤良好接触；安装完成后，将竖井式参比电极系统24的多根电缆导线连接于测试桩的端子上，后续会利用不同深度的参比电极对不同埋设深度的定向钻穿越段管道阴极保护电位进行测试。
实施例二
如图7、8所示，本实施例与实施例一的区别在于：参比电极7为等径的圆筒状，即其上下端并未设置变径结构，参比电极7的上端通过粘接的方式与上绝缘套筒6固定连接，所述参比电极7的下端也通过粘接的方式与下绝缘套筒8固定连接。
实施例三
如图9所示，并结合图10-12所示，本实施例与实施例二的区别在于：上绝缘套筒6的下端设有第二下缩径套筒14，所述第二下缩径套筒14套装于参比电极7内，所述第二下缩径套筒14通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与参比电极7固定连接，所述下绝缘套筒8的上端设有第二上缩径套筒15，所述第二上缩径套筒15套装于参比电极7内，所述第二上缩径套筒15通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与参比电极7固定连接。为了进一步增强连接的强度，上绝缘套筒6的下端除第二下缩径套筒14以外的其他地方通过粘接的方式与参比电极7的上端固定连接；同样，下绝缘套筒8的上端除第二上缩径套筒15以外的其他地方也通过粘接的方式与参比电极7的下端固定连接。
实施例四
如图13所示，并结合图14-20所示，本实施例与实施例二的区别在于：上绝缘套筒6的下端设有第一环形凸块16，所述参比电极7的上端设有与所述第一环形凸块16相匹配的第一环形凹槽18，所述第一环形凸块16通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第一环形凹槽18内，所述下绝缘套筒8的上端设有第二环形凸块17，所述参比电极7的下端设有与所述第二环形凸块17相匹配的第二环形凹槽19，所述第二环形凸块17通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第二环形凹槽19内。为了进一步增强连接的强度，上绝缘套筒6与参比电极7之间、以及下绝缘套筒8与参比电极7之间除环形凸块和环形凹槽之外的其他地方通过粘接的方式固定连接。
实施例五
如图21所示，并结合图22-28所示，本实施例与实施例二的区别在于：上绝缘套筒6的下端设有第三环形凹槽20，所述参比电极7的上端设有与所述第三环形凹槽20相匹配的第三环形凸块22，所述第三环形凸块22通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第三环形凹槽20内，所述下绝缘套筒8的上端设有第四环形凹槽21，所述参比电极7的下端设有与所述第四环形凹槽21相匹配的第四环形凸块23，所述第四环形凸块23通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第四环形凹槽21内。为了进一步增强连接的强度，上绝缘套筒6与参比电极7之间、以及下绝缘套筒8与参比电极7之间除环形凸块和环形凹槽之外的其他地方通过粘接的方式固定连接。
需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种定向钻穿越竖井式参比电极系统，其特征在于：包括多个沿竖向依次同轴布置的竖向绝缘管段，相邻两个所述竖向绝缘管段之间均连接有参比电极单元，所述参比电极单元包括固定连接的上绝缘套筒、呈筒状的参比电极和下绝缘套筒，所述上绝缘套筒、参比电极和下绝缘套筒从上到下依次同轴布置，所述参比电极单元分别通过上绝缘套筒和下绝缘套筒与相邻两个竖向绝缘管段连接，每个所述参比电极单元的参比电极上均连接有导线，所述导线从最上方的竖向绝缘管段穿出，最下方的所述竖向绝缘管段通过密封件密封。
2.根据权利要求1所述的定向钻穿越竖井式参比电极系统，其特征在于：所述竖向绝缘管段、上绝缘套筒、参比电极和下绝缘套筒的内腔形成导线通道，所述导线布置于所述导线通道内。
3.根据权利要求2所述的定向钻穿越竖井式参比电极系统，其特征在于：所述上绝缘套筒的上端设有第一上缩径套筒，所述第一上缩径套筒套装于相邻的位于上方的竖向绝缘管段内，所述第一上缩径套筒通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与相邻的位于上方的竖向绝缘管段固定连接，所述下绝缘套筒的下端设有第一下缩径套筒，所述第一下缩径套筒套装于相邻的位于下方的竖向绝缘管段内，所述第一下缩径套筒也通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与相邻的位于下方的竖向绝缘管段固定连接。
4.根据权利要求3所述的定向钻穿越竖井式参比电极系统，其特征在于：所述参比电极的上端设有上缩径筒，所述上缩径筒套装于上绝缘套筒内，所述上缩径筒通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与上绝缘套筒固定连接，所述参比电极的下端设有下缩径筒，所述下缩径筒套装于下绝缘套筒内，所述下缩径筒也通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与下绝缘套筒固定连接。
5.根据权利要求3所述的定向钻穿越竖井式参比电极系统，其特征在于：所述参比电极的上端通过粘接的方式与上绝缘套筒固定连接，所述参比电极的下端也通过粘接的方式与下绝缘套筒固定连接。
6.根据权利要求3所述的定向钻穿越竖井式参比电极系统，其特征在于：所述上绝缘套筒的下端设有第二下缩径套筒，所述第二下缩径套筒套装于参比电极内，所述第二下缩径套筒通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与参比电极固定连接，所述下绝缘套筒的上端设有第二上缩径套筒，所述第二上缩径套筒套装于参比电极内，所述第二上缩径套筒通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式与参比电极固定连接。
7.根据权利要求3所述的定向钻穿越竖井式参比电极系统，其特征在于：所述上绝缘套筒的下端设有第一环形凸块，所述参比电极的上端设有与所述第一环形凸块相匹配的第一环形凹槽，所述第一环形凸块通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第一环形凹槽内，所述下绝缘套筒的上端设有第二环形凸块，所述参比电极的下端设有与所述第二环形凸块相匹配的第二环形凹槽，所述第二环形凸块通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第二环形凹槽内。
8.根据权利要求3所述的定向钻穿越竖井式参比电极系统，其特征在于：所述上绝缘套筒的下端设有第三环形凹槽，所述参比电极的上端设有与所述第三环形凹槽相匹配的第三环形凸块，所述第三环形凸块通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第三环形凹槽内，所述下绝缘套筒的上端设有第四环形凹槽，所述参比电极的下端设有与所述第四环形凹槽相匹配的第四环形凸块，所述第四环形凸块通过螺纹连接、粘接或过盈配合的方式固定连接在第四环形凹槽内。
9.根据权利要求1-8任一项所述的定向钻穿越竖井式参比电极系统，其特征在于：最上方的所述竖向绝缘管段的上管口密封安装有盖板，所述盖板上螺纹连接有盖帽，所述导线依次穿过盖板和盖帽后引出到最上方的竖向绝缘管段外，所述盖帽上连接有电缆套管，所述导线穿出盖帽后安装到电缆套管内。
10.根据权利要求9所述的定向钻穿越竖井式参比电极系统，其特征在于：所述密封件为密封板，所述密封板密封连接于最下方的竖向绝缘管段的下管口处。
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