CN117967210A - 柔性连接装置及随钻测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性连接装置及随钻测量装置，其中，柔性连接装置包括安装座和铰接组件，安装座包括两个，安装座内设有外凸的球面内腔。铰接组件包括两个铰接头及连接两端分别连接两个铰接头的铰接杆，铰接组件为导电件，铰接头的外周面设有能够在球面内腔内滚动的滚珠，球面内腔的边缘设有限位滚珠的环形限位台，铰接头与安装座一一对应，安装座设有供电连接件与铰接头连接的接线位。由于滚珠和球面内腔，进而使得铰接杆能够相对于安装座相对运动，进而调节安装在安装座上结构的相对位置，对于安装在随钻测量装置内的测量结构能够随环形适应性改变位置，进而减少对仪器的损伤，提高了随钻测量装置的使用可靠性。

Description

柔性连接装置及随钻测量装置

技术领域

本发明涉及导电设备技术领域，特别涉及一种柔性连接装置。本发明还涉及一种包括上述柔性连接装置的随钻测量装置。

背景技术

短半径水平井是在定向井、水平井和小井眼钻井技术基础上发展起来的一种综合钻井技术。

传统的段短半径水平井的应用主要采用常规钻具施工149.2mm或120.65mm井眼，造斜率25-35°/30m，然而随着对短半径水平井作业的要求越来越高，其造斜率将达到70°/30m以上，短半径水平井尤其是套管开窗侧钻短半径水平井中，具有井眼小、曲率半径及靶前位移短等特点，因井眼曲率高会对随钻测量装置的常规仪器造成不同程度的损坏，如本体弯曲变形、连接插头破坏和电路板损伤等仪器故障，进而导致随钻测量装置的使用可靠性较低。

因此，如何提高随钻测量装置的使用可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性连接装置，以提高随钻测量装置的使用可靠性。本发明的另一目的是提供一种包括上述柔性连接装置的随钻测量装置。

为实现上述目的，本发明提供一种柔性连接装置，包括：

安装座，所述安装座包括两个，所述安装座内设有外凸的球面内腔；

铰接组件，所述铰接组件包括两个铰接头及连接两端分别连接两个所述铰接头的铰接杆，所述铰接组件为导电件，所述铰接头的外周面设有能够在所述球面内腔内滚动的滚珠，所述球面内腔的边缘设有限位所述滚珠的环形限位台，所述铰接头与所述安装座绝缘设置，所述铰接头与所述安装座一一对应，所述安装座设有供电连接件与所述铰接头连接的接线位，所述铰接头的径向端面与所述球面内腔为同心球面。

可选地，在上述柔性连接装置中，还包括连接两个所述安装座的弹性防护套筒，所述弹性防护套筒套设在所述铰接组件外侧。

可选地，在上述柔性连接装置中，所述安装座包括铰接套筒及端部与所述铰接套筒连接的铰接套盖，所述铰接套筒端部设有向外开口的第一弧形槽，所述铰接套盖端部设有向外开口的第二弧形槽，所述第一弧形槽和所述第二弧形槽扣合形成所述球面内腔，所述滚珠为绝缘件，所述球面内腔为圆环形结构，以使所述铰接头360°旋转。

可选地，在上述柔性连接装置中，还包括两个连接座，两个所述连接座与所述安装座一一对应连接，所述连接座包括内套筒及导杆，所述内套筒套设在所述导杆外侧，所述内套筒与所述安装座固定连接，所述内套筒与所述导杆之间连接有弹性限位件，以使所述导杆远离所述连接座的一端与所述铰接头抵接形成电连接。

可选地，在上述柔性连接装置中，所述导杆外周设有环形限位槽，所述环形限位槽内设有扶正圆环，所述内套筒远离所述铰接头一端设有安装所述弹性限位件的弹性台阶，所述弹性限位件一端与所述扶正圆环连接，另一端与所述弹性台阶连接。

可选地，在上述柔性连接装置中，所述铰接头上与所述导杆抵接的位置设有圆弧形导向槽，所述导杆上抵接在所述圆弧形导向槽内的端部为圆弧形端部。

可选地，在上述柔性连接装置中，每个所述铰接头的外周设有多个周向分布的滚珠，所述滚珠可转动安装在所述铰接头外周。

本申请提供的一种随钻测量装置，包括上述任一种所述的柔性连接装置。

可选地，在上述随钻测量装置中，还包括脉冲器短节、供电短节及测量短节，所述脉冲器短节和供电短节之间和所述供电短节和所述测量短节之间均分别通过所述柔性连接装置连接。

可选地，在上述随钻测量装置中，所述柔性连接装置连接端的两端均分别连接有扶正器短节。

在上述技术方案中，本发明提供的柔性连接装置包括安装座和铰接组件，安装座包括两个，安装座内设有外凸的球面内腔。铰接组件包括两个铰接头及连接两端分别连接两个铰接头的铰接杆，铰接组件为导电件，铰接头的外周面设有能够在球面内腔内滚动的滚珠，球面内腔的边缘设有限位滚珠的环形限位台，铰接头与安装座一一对应，安装座设有供电连接件与铰接头连接的接线位。铰接头与安装座绝缘设置。

通过上述描述可知，在本申请提供的柔性连接装置中，两个安装座通过铰接组件连接，由于滚珠和球面内腔，进而使得铰接杆能够相对于安装座相对运动，进而调节安装在安装座上结构的相对位置，对于安装在随钻测量装置内的测量结构能够随环形适应性改变位置，进而减少对仪器的损伤，提高了随钻测量装置的使用可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的随钻测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的直流载波通信系统的组成示意图；

图3为本发明实施例所提供的柔性连接装置的剖视图；

图4为本发明实施例所提供的柔性连接装置的外观图；

图5为本发明实施例所提供的安装座的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的安装座的端面示意图；

图7为本发明实施例所提供的铰接套筒的结构示意图；

图8为本发明实施例所提供的铰接套盖的结构示意图；

图9为本发明实施例所提供的铰接组件的结构示意图；

图10为本发明实施例所提供的铰接组件的端面示意图；

图11为本发明实施例所提供的铰接头与滚珠的配合示意图；

图12为本发明实施例所提供的连接座的结构示意图；

图13为本发明实施例所提供的导杆的结构示意图；

图14为本发明实施例所提供的导杆与扶正圆环的配合示意图；

图15为本发明实施例所提供的导杆与扶正圆环的截面示意图。

其中图1-15中：1-脉冲器短节、2-扶正器短节、3-柔性连接装置、4-供电短节、5-测量短节、6-直流载波通信系统、7-内套筒、8-导杆、9-主耦合模块、10-从耦合模块、11-安装座、12-铰接头、13-铰接杆、14-弹性防护套筒、15-铰接套筒、16-铰接套盖、17-定位螺丝、18-球面内腔、19-第一弧形槽、20-第二弧形槽、21-螺孔、22-螺孔、23-滚珠、24-主载波透传芯片、25-径向端面、26-环形限位台、27-环形限位槽、28-扶正圆环、29-弹性限位件、30-导线通孔、31-圆弧形导向槽、32-从载波透传芯片、33-测量单元、34-主控模块、35-驱动模块、36-脉冲器。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种柔性连接装置，以提高随钻测量装置的使用可靠性。本发明的另一核心是提供一种包括上述柔性连接装置的随钻测量装置。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图15。

在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的柔性连接装置包括安装座11和铰接组件，安装座11包括两个，安装座11内设有外凸的球面内腔18。具体的，优选，球面内腔18为圆弧形槽体，整体呈环形设置。

铰接组件包括两个铰接头12及连接两端分别连接两个铰接头12的铰接杆13，为了便于加工，优选，铰接头12与铰接杆13为一体成型结构。铰接组件为导电件。

铰接头12的外周面设有能够在球面内腔18内滚动的滚珠23，具体的，铰接头12外周设有安装滚珠23的凹槽，例如，凹槽呈半球形设置，凹槽沿铰接头12直径方向设有多个，每个凹槽内设有一个滚珠23，优选，滚珠23沿铰接头12外周等间距分布。球面内腔18的边缘设有限位滚珠23的环形限位台26，铰接头12与安装座11一一对应，安装座11设有供电连接件与铰接头12连接的接线位。具体的，优选，球面内腔18的两端距离小于铰接头12沿支撑方向设置的两个滚珠23直径的距离。

铰接头12的径向端面25与安装座11的球面内腔18为同心球面，径向端面25为所有滚珠23球心形成的端面，通过滚珠23实现铰接头12的偏转和旋转，并通过铰接杆13实现偏转和旋转的传动，铰接头12可绕铰接杆13轴线360°旋转，铰接头12可在铰接套11的球面内腔18中偏转，偏转角度受到环形限位台26的限位端面26限制，常规偏转优选，角度范围为10°到50°。如图3所示，铰接杆11轴线可以由与导杆8轴线平行方向摆动时角度可以为10°到50°

通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的柔性连接装置中，两个安装座11通过铰接组件连接，由于滚珠23和球面内腔18，进而使得铰接杆13能够相对于安装座11相对运动，进而调节安装在安装座11上结构的相对位置，对于安装在随钻测量装置内的测量结构能够随环形适应性改变位置，进而减少对仪器的损伤，提高了随钻测量装置的使用可靠性。

在一种具体实施方式中，该柔性连接装置还包括连接两个安装座11的弹性防护套筒14，弹性防护套筒14套设在铰接组件外侧。优选，弹性防护套筒14为波纹橡胶管，波纹橡胶管采用耐高温橡胶材质，通过波纹管结构形式，保证弹性防护套筒14的可弯曲能力。

为了便于组装，优选，弹性防护套筒14通过与安装座11螺纹连接。

安装座11包括铰接套筒15及端部与铰接套筒15连接的铰接套盖16，铰接套筒15端部设有向外开口的第一弧形槽19，铰接套盖16端部设有向外开口的第二弧形槽20，第一弧形槽19和第二弧形槽20扣合形成球面内腔18，球面内腔18为圆环形结构，以使铰接头360°旋转。

优选，球面内腔18为铰接套筒15的内腔19和铰接套盖16的内腔20对称组合形成，铰接套筒15和铰接套盖16通过定位螺丝17绕中心轴线90°等间隔分布，定位螺丝17通过连接铰接套筒15上的螺孔21和铰接套盖16上的螺孔22，实现铰接套筒15和铰接套盖16的安装固定。

本申请铰接头12通过铰接杆13连接实现传动，铰接头12和铰接杆13优选采用铜材质，保证具有较好导电性。滚珠23为绝缘件，优选采用耐磨陶瓷材质，实现与安装座11的绝缘配合。

在一种具体实施方式中，柔性连接装置还包括两个连接座，两个连接座与安装座11一一对应连接，连接座包括内套筒7及导杆8，内套筒7套设在导杆8外侧，内套筒7与安装座11固定连接，内套筒7与导杆8间连接有弹性限位件29，以使导杆8远离连接座的一端与铰接头12抵接形成电连接。具体的，优选，弹性限位件29为弹簧，弹性限位件29套设在导杆8外侧。

导杆8外周设有环形限位槽27，环形限位槽27内设有扶正圆环28，扶正圆环28优选为聚四氟乙烯材质。内套筒7远离铰接头12一端设有安装弹性限位件29的弹性台阶，弹性限位件29一端与扶正圆环28连接，另一端与弹性台阶连接。扶正圆环28安装在环槽27内，从而实现扶正安装与绝缘的作用。

内套筒7与安装座11连接螺纹连接，具体的，内套筒7与铰接套筒15铰接，通过弹性限位件29可实现导杆8在内套筒7内的轴向运动，从而始终保证导杆8可以与铰接头12的圆弧形导向槽31接触。具体，可以在内套筒7开设有导线通孔30，实现导杆8与电路的接线串接。

铰接头12上与导杆8抵接的位置设有圆弧形导向槽31，导杆8上抵接在圆弧形导向槽31内的端部为圆弧形端部。铰接头12的轴向端面上开设弧面凹槽26，通过弧面凹槽26实现内连接座7的导杆8的连接，内连接座7的导杆8采用铜材质，从而实现铰接柔性短节3的导电和通讯功能。

本申请，采用同心球面配合的安装座11和铰接头12，提升了连接的抗偏转能力，铰接头12可绕铰接杆13轴线360°旋转，铰接头12可在安装座11的球面内腔18中偏转，常规偏转角度范围为10°到50°，同时采用耐磨陶瓷材质滚珠，可同时保证铰接配合和绝缘性，内连接座的弧面凹槽和导杆8采用弹性滑环配合方式，提升了拆装的便捷性和连接的可靠性，采用直流载波通信模式，实现供电通道的载波通讯，降低了接头连接处的复杂程度，进一步提升了连接可靠性。

本申请提供的一种随钻测量装置包括上述任一种柔性连接装置3。前文叙述了关于柔性连接装置3的具体结构，本申请包括上述柔性连接装置3，同样具有上述技术效果。

具体的，本申请随钻测量装置还包括脉冲器短节1、供电短节4及测量短节5，脉冲器短节1和供电短节4之间通过柔性连接装置3连接，供电短节4和测量短节5之间通过另一个柔性连接装置3连接。

优选，如图1所示，柔性连接装置3连接端的两端均分别连接有扶正器短节2。

脉冲器短节1采用上悬挂安装方式，下端连接扶正器短节2，扶正器短节2与柔性连接装置3连接，供电短节4为脉冲器短节1和测量短节5供电，供电短节4主要采用电池供电和井下发电机供电两种模式。

如图1和图2所示，扶正器短节2两端均为公接头，内部设有一条线缆，一端与柔性连接装置3螺纹连接，线缆与柔性连接装置3中内套筒7的导杆8连接，另一端通过螺纹分别与脉冲器短节1、供电短节4和测量短节5连接。

如图1所示，柔性连接装置3分别安装在脉冲器短节1和供电短节4之间，以及供电短节4和测量短节5之间，柔性连接装置3通过螺纹连接扶正器短节2，实现柔性连接装置3两端为扶正器短节2的串接结构，从而实现柔性连接装置3两端均为扶正器，进而增强接头处的扶正稳定性，同时也减少了因为高曲率造成的仪器不居中问题。

如图2所示，随钻测量装置的直流载波通信系统6主要由主载波透传芯片24、主耦合模块9、从耦合模块10和从载波透传芯片32组成。线缆分别串接直流载波通信系统6的主耦合模块9和从耦合模块10，并通过线缆实现供电和通讯功能。

直流载波通信系统6的测量单元33采集随钻测量数据，经过主控模块34产生控制驱动模块35的脉冲控制信号，进而通过驱动模块35控制脉冲器36工作，实现井下信息的传输。主载波透传芯片24对主控模块34输出的脉冲控制信号进行调制，并通过主耦合模块9实现载波信号耦合，耦合后的载波信号通过直流供电线路传输到从耦合模块10，从耦合模块10将载波信号提取并传输给从载波透传芯片32，通过从载波透传芯片32将载波信号调制回脉冲控制信号，进而实现驱动模块35控制脉冲器短节1工作，供电单元37为系统提供电能和数据通道。

本申请通过柔性连接装置3提升随钻测量装置的柔性，同时随钻测量装置结构内部通过直流载波通信，实现随钻测量装置各个单元的串接与通讯功能，从而解决随钻测量装置通过高曲率井眼时本体变形和接头破坏等问题，提高随钻测量装置工作可靠性，降低随钻测量装置的故障率，提升随钻测量装置高曲率井眼的工程适用性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种柔性连接装置，其特征在于，包括：

安装座(11)，所述安装座(11)包括两个，所述安装座(11)内设有外凸的球面内腔(18)；

铰接组件，所述铰接组件包括铰接杆(13)及两个分别连接在铰接杆(13)相对两端的铰接头(12)，所述铰接组件为导电件，所述铰接头(12)的外周面设有能够在所述球面内腔(18)内滚动的滚珠(23)，所述球面内腔(18)的边缘设有限位所述滚珠(23)的环形限位台(26)，所述铰接头(12)与所述安装座(11)绝缘设置，所述铰接头(12)与所述安装座(11)一一对应，所述安装座(11)设有供电连接件与所述铰接头(12)连接的接线位，所述铰接头(12)的径向端面(25)与所述球面内腔(18)为同心球面。

2.根据权利要求1所述的柔性连接装置，其特征在于，还包括连接两个所述安装座(11)的弹性防护套筒(14)，所述弹性防护套筒(14)套设在所述铰接组件外侧。

3.根据权利要求1所述的柔性连接装置，其特征在于，所述安装座(11)包括铰接套筒(15)及端部与所述铰接套筒(15)连接的铰接套盖(16)，所述铰接套筒(15)端部设有向外开口的第一弧形槽(19)，所述铰接套盖(16)端部设有向外开口的第二弧形槽(20)，所述第一弧形槽(19)和所述第二弧形槽(20)扣合形成所述球面内腔(18)，所述滚珠(23)为绝缘件，所述球面内腔(18)为圆环形结构，以使所述铰接头(12)360°旋转。

4.根据权利要求1所述的柔性连接装置，其特征在于，还包括两个连接座，两个所述连接座与所述安装座(11)一一对应连接，所述连接座包括内套筒(7)及导杆(8)，所述内套筒(7)套设在所述导杆(8)外侧，所述内套筒(7)与所述安装座(11)固定连接，所述内套筒(7)与所述导杆(8)之间连接有弹性限位件(29)，以使所述导杆(8)远离所述连接座的一端与所述铰接头(12)抵接形成电连接。

5.根据权利要求4所述的柔性连接装置，其特征在于，所述导杆(8)外周设有环形限位槽(27)，所述环形限位槽(27)内设有扶正圆环(28)，所述内套筒(7)远离所述铰接头(12)一端设有安装所述弹性限位件(29)的弹性台阶，所述弹性限位件(29)一端与所述扶正圆环(28)连接，另一端与所述弹性台阶连接。

6.根据权利要求4所述的柔性连接装置，其特征在于，所述铰接头(12)上与所述导杆(8)抵接的位置设有圆弧形导向槽(31)，所述导杆(8)上抵接在所述圆弧形导向槽(31)内的端部为圆弧形端部。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的柔性连接装置，其特征在于，每个所述铰接头(12)的外周设有多个周向分布的滚珠(23)，所述滚珠(23)可转动安装在所述铰接头(12)外周。

8.一种随钻测量装置，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的柔性连接装置(3)。

9.根据权利要求8所述的随钻测量装置，其特征在于，还包括脉冲器短节(1)、供电短节(4)及测量短节(5)，所述脉冲器短节(1)和所述供电短节(4)之间和所述供电短节(4)和所述测量短节(5)之间均分别通过所述柔性连接装置(3)连接。

10.根据权利要求8所述的随钻测量装置，其特征在于，所述柔性连接装置(3)连接端的两端均分别连接有扶正器短节(2)。