CN200990460Y - 一种智能钻井电缆传输电接头 - Google Patents
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Abstract
智能钻井电缆传输电接头包括母电接头、公电接头。所述母电接头由有孔弹簧短筒导体、无孔弹簧短筒导体、弹簧短筒密封件、电缆插件依次组装在弹簧短筒座上；所述母电接头压入经过处理的钻杆母接头内壁，并将电缆插件与附在钻杆内壁的电缆焊接在一起。所述公电接头由有孔短筒座导体、无孔短筒座导体、短筒座密封件和电缆插件组装在短筒座上，所述公电接头压入经过处理的钻杆公接头端部，并将电缆插件与附在钻杆内壁的电缆焊接在一起。本实用新型可实现地面与井底的信号传输，还可将地面的电力传输到井底。由于采用弹簧结构和唇形结构，可实现吸振、自动补偿磨损、自洁的功能，增加钻杆接头的使用寿命和密封能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可用于钻井中信号和电流实现地面与井底双向传输的智能钻井电缆传输电接头。
背景技术
目前，已提出的信号传输方式有四种，即泥浆脉冲、绝缘导线、电磁波和声波。当前，泥浆脉冲传输技术是钻井中信号传输的主体技术，然而，它只能同时传输4-5个参数，传输速度极限仅为50bps，并且在气体和气液双相流体中不能够采用这种方式；而电磁波和声波传输都受到地层性质影响，并且钻井深度受到限制；有线传输方式(主要指电缆传输)，它不仅能实时传输40-50个井下参数，其传输速度可达104-106bps，并且不受钻井液介质类型、地层性质以及井深的影响，另外，它还有一个更大的优势是可以将地面的电力传输到井底。因此电缆传输是目前研究的热点，也是传输技术的发展方向。要实现电缆传输，必须解决钻杆接头间的电流流通，也就是必须设计一个电接头。要求电接头在有限的空间内，工作在高温高压且有导电作用的泥浆中，实现电流的零泄漏。这目前仍是一个难题。
目前，国外设计的电接头主要分四类：本体(the main body)穿孔法、内径增厚法、湿接头法和端部(the nose section)加长法。
(1)本体(the main body)穿孔法
本体穿孔法的主要特点是在钻杆接头本体内钻细长孔。该法的优点是保证了泥浆循环的有效过流面积，缺点是在钻杆接头处钻孔严重影响了钻杆接头的强度和寿命，并且接触表面缺少自洁作用，若表面聚集有污垢，则容易造成接触不良。
(2)内径增厚法
内径增厚法的主要特点是电气连接件全部安装在钻杆接头内部。该设计的优点是接触面具有自洁作用，缺点是在每个接头处连接器占用了钻杆内径较大空间，使泥浆循环截面在该处急剧变小，钻井时泥浆循环压耗远远大于普通钻柱时的压耗，这样极大地浪费了能量。
(3)湿接头法
其优点是电缆成整根通向井底，只要成功的对接上，就可以极大地减少失效的概率。其不足在于电缆悬空，若钻柱旋转则容易造成电缆缠绕，并且与钻杆内壁剧烈碰撞和摩擦，容易造成电缆断裂，所以通常只能用于滑动钻井中；在对接过程中，若触针上污垢不能得到有效的去除，也容易造成接触不良或短路。
(4)端部加长法
端部加长法是目前最为看好的一种方法(参考SPE79886)，其特点是对公接头的端部加长，并在加长的端部安装导电环和绝缘材料。端部加长法主要以双台肩高抗扭钻杆接头为设计基础，在其端部具有气密的金属-金属密封，在其台肩上有一个常规的金属-金属密封。其公接头锻造加长端部，同时在金属一金属径向密封的后面切掉一部分金属材料以容纳导电环。三个孔由径向对准每个扁平导体钻入接头体内，并将导电环焊到扁平导体上，然后将整个组件用环氧树脂封装起来。当公接头和母接头旋合在一起时，整个电路相通。其优点是，没有在主体上钻孔，不会影响钻杆接头的强度，相反，采用双台肩钻杆还提高了接头的抗扭能力(其抗扭能力比标准API接头高70％)；并且，电气连接需要的所有组件几乎都安装在公、母接头的端部沟槽中，儿乎不减少接头内径。但其缺点是该方法只能用在新结构——双台肩高抗扭钻杆接头上，而目前大量的已经生产出来的常规结构接头都不能采用；若接触面磨损后，没有自动补偿的功能，其寿命将大大缩短；接触面间没有接触压力，并且自洁效果不明显，因此接触面间的接触电阻大，甚至可能造成电流断路。
因此，目前的设计都有一定的缺陷，不能得到广泛的应用，有必要设计一种新的结构来克服这些缺点，让电缆传输能够得到推广应用。
实用新型内容
为了克服现有电接头接触面磨损后，没有自动补偿，以及接触面间没有接触压力，影响钻杆电接头的寿命和密封性能等的不足，本实用新型提供一种智能钻井电缆传输电接头，可以实现接触面自洁，磨损后自动补偿磨损，且接触面有接触压力，从而增加钻杆接头的使用寿命和密封性能。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：智能钻井电缆传输电接头包括母电接头、公电接头。所述母电接头由有孔弹簧短筒导体、无孔弹簧短筒导体、弹簧短筒密封件、电缆插件依次组装在弹簧短筒座上；所述母电接头压入经过处理的钻杆母接头内壁，并将电缆插件与附在钻杆内壁的电缆焊接在一起。所述公电接头由有孔短筒座导体、无孔短筒座导体、短筒座密封件和电缆插件组装在短筒座上，所述公电接头压入经过处理的钻杆公接头端部，并将电缆插件与附在钻杆内壁的电缆焊接在一起。
其工作原理是：电流从上部电缆流入到公电接头的电缆插件里，电缆插件再将电流传递给短筒座导体，而短筒座导体通过与弹簧短筒导体的紧密接触将电流传给弹簧短筒导体，然后相继传递到母电接头的电缆插件里，母接头电缆插件再将电流传给下部电缆，依次循环，从而实现电流或信号的流通。井底检测信号亦通过电缆与电接头逆向从井底传输到地面。本新型设计采用了矩形截面圆柱压缩螺旋弹簧。弹簧在工作过程中始终为电接触面提供了接触压力，该接触压力不仅降低了接触面的接触电阻，而且提高了接触面的密封性能。并且弹簧的自动恢复力不仅可以吸收振动，而且当接触面磨损后，还可以提供自动补偿的功能。从而实现密封件寿命长、密封性能好且稳定的功能。本实用新型设计的密封件端部采用了唇形结构，即在弹簧短筒密封件端部加工有0.8-1.2mm深度的梯形槽，在短筒座密封件端部倒与前面梯字形相匹配的倒梯字形突台。在上下导体接触过程中，其唇部具有清洁导体的功能，其相互间的摩擦也具有清洁的作用。本设计充分利用了钻杆公母接头连接处空间，且公母电接头的结构简单、体积小，从而占用钻杆内径空间小，这极大地降低了泥浆循环能耗。
本实用新型的有益效果是，可以实现地面与井底的信号传输，还可以将地面的电力传输到井底，由于采用了弹簧结构，增加了接触压力，减少了接触电阻，还可以实现吸振、自动补偿磨损，增加了钻杆接头的使用寿命，采用唇形结构，具有自洁的功能，采用了相匹配的梯字形密封结构，并且密封接触面间始终存在一定的接触压力，增强了密封效果，电流不易泄漏。
附图说明
图1是本实用新型智能钻井电缆传输电接头安装在钻杆接头上的整体结构的纵剖图。
图中：1.钻杆母接头，2.弹簧短筒座，3.无孔弹簧短筒导体，4.弹簧短筒密封件，5.有孔短筒座导体，6.钻杆公接头，7.短筒座，8.无孔短筒座导体，9.短筒座密封件，10.有孔弹簧短筒导体，11.电缆插件，12.电缆。
图2是图1中的左侧局部放大图；
图3是图1中的右侧局部放大图；
图4是弹簧短筒座的垂直剖面图；
图5是弹簧短筒密封件的主视图；
图6是弹簧短筒密封件的剖视图；
图7是短筒座密封件的主视图；
具体实施方式
下面参照附图描述本实用新型的具体实施例，各图中相同的标号表示相同的部件，并且所述实施例仅为说明的目的，并非对本实用新型的限制。
如图1所示的智能钻井电缆传输电接头，主要由两个部件组成，即公电接头和母电接头。
首先将有孔弹簧短筒导体(10)和无孔弹簧短筒导体(3)紧密套在弹簧短筒座(2)上，要求三零件同轴，并要求有孔弹簧短筒导体(10)所开的方孔与弹簧短筒座(2)的方孔的轴线在一条线上；然后将电缆插件(11)从有孔弹簧短筒导体(10)的方孔内插入，并从弹簧短筒座(2)的方孔穿出；再将弹簧短筒密封件(4)紧密套在无孔弹簧短筒导体(3)和孔弹簧短筒导体(10)内、外壁，使无孔弹簧短筒导体(3)和孔弹簧短筒导体(10)在弹簧短筒密封件(4)的两个弧形孔内，这就组装成了母电接头。将母电接头压入钻杆母接头(1)内壁的特定位置，此位置必须满足一个条件，即当钻杆公母接头(1)旋紧时，弹簧短筒座(2)有一定的压缩量。同理组装公电接头，并将公电接头压入到钻杆公接头(6)的端部内壁。最后将附在钻杆内壁的电缆(12)焊接在各自电缆插件(11)的凹坑内。
其工作原理是：电流从上部电缆(12)流入到公电接头的电缆插件(11)里，电缆插件(11)又将电流传给有孔短筒导体(5)，有孔短筒导体(5)通过与无孔弹簧短筒导体(3)和有孔弹簧短筒导体(10)的紧密接触将电流传给有孔弹簧短筒导体(10)，然后再传给母电接头的电缆插件(11)，母接头电缆插件(11)又将电流传给下部电缆(12)。依次循环，从而实现电流或信号的流通。
Claims (4)
1.一种智能钻井电缆传输电接头其特征是包括母电接头、公电接头，所述母电接头由有孔弹簧短筒导体(10)、无孔弹簧短筒导体(3)、弹簧短筒密封件(4)、电缆插件(11)依次组装在弹簧短筒座(2)上，所述母电接头压入经过处理的钻杆母接头(1)内壁，并将电缆插件(11)与附在钻杆内壁的电缆(12)焊接在一起，所述公电接头由有孔短筒座导体(5)、无孔短筒座导体(8)、短筒座密封件(9)和电缆插件(11)组装在短筒座(7)上，所述公电接头压入经过处理的钻杆公接头(6)端部，并将电缆插件(11)与附在钻杆内壁的电缆(12)焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的智能钻井电缆传输电接头，其特征是：所述弹簧短筒座(2)主体为一左旋的矩形截面圆柱压缩螺旋弹簧，弹簧头部为环形台阶，在弹簧头部开有一容纳电缆插件(11)的径向方孔。
3根据权利要求1所述的智能钻井电缆传输电接头，其特征是：所述弹簧短筒密封件(4)和短筒座密封件(9)为耐高温高压的环状电绝缘体，圆环中部开有对称的两个弧形通孔，用来容纳和密封导体，在弹簧短筒密封件(4)端部加工有0.8-1.2mm深度的梯形槽，在短筒座密封件(9)端部倒与前面梯字形相匹配的倒梯字形突台。
4.根据权利要求1所述的智能钻井电缆传输电接头，其特征是：所述弹簧短筒座(2)、有孔弹簧短筒导体(10)、无孔弹簧短筒导体(3)和弹簧短筒密封件(4)之间相互紧密配合，并同轴，短筒座(7)、有短筒座导体(5)、无孔短筒座导体(8)和短筒座密封件(9)之间相互紧密配合，并同轴，弹簧短筒座(2)和短筒座(7)中与导体接触的表面都镀有绝缘材料。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108442887A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-08-24 | 西南石油大学 | 一种可补偿自清洁式动力电钻杆 |
| CN110648806A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-01-03 | 晋江市耶书仑机械有限公司 | 陶瓷绝缘子连接件及其加工工艺 |
| CN110905422A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-03-24 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种随钻测量用多通道并联式穿线钻杆 |
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