CN207144836U - 双通道信号传输钻杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于石油地质勘探钻井的双通道信号传输钻杆，包括带有公母接头的钻杆，以及贴合在钻杆内壁的绝缘衬管，在绝缘衬管的内壁贴合有膨胀内管，该膨胀内管为可膨胀的割缝式导电管；在钻杆公、母接头连接结合部设置内管接头，该内管接头为导电体且与钻杆保持绝缘，内管接头为包括内管上插头、内管下插头和连接在内管上插头、内管下插头之间的支撑体；其中内管上插头与钻杆公接头端的膨胀内管构成插接配合，内管下插头与钻杆母接头端的膨胀内管插接配合。本传输钻杆具有结构简单、加工难度低、成本低、可靠性强、传输速度快等特点，用于实时双向信息高速率数据传输的钻井中。

Description

双通道信号传输钻杆

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油地质勘探钻井的钻井工具，是一种具有多种功能信号传输钻杆。

背景技术

在钻井行业中，井下与地面间的通信必不可少, 即实现随钻测量。目前主要的信息传输方式有泥浆脉冲、电磁波、有线电缆传输、光纤遥测等。

目前最可靠也是应用范围最广的是泥浆脉冲法传输，但是由于其传输速率过低（典型传输速率是 3 ～6bit/s），一方面获得有效信息量小，另一方面获得的信息滞后，此外也不能在气体钻井中应用。电磁波传输信号速度快、容量大，但是受地层电阻率的影响，信号的衰减严重，井深受到严重限制，而目前电磁中继技术不成熟，限制了其应用。电缆传输方式已由过去有线吊测发展成感应式传输和硬连接传输，感应式传输与电磁波传输类似，信号衰减严重，必须依赖中继设备，而传统的硬连接方式，又存在电缆线易腐蚀、磨损，严重降低使用寿命。针对这些问题国内学者提出了多个关于信号传输方式的专利，如专利2010105114320，其优点是实现了动力和信号的双向传输，并设计了三相电传输的接头，但是由于其需要在钻杆本体内埋入相应的电流和信号传输导线，使加工难度增大，且可靠性和安全性很难保证；专利2012102458138主要是针对目前的常规钻杆进行绝缘处理，从而降低电磁波的衰减，但是该方法同样未能解决电磁波衰减的问题，对于电磁波传输的距离扩展有限，同时在钻杆内外喷涂电绝缘层虽然容易实施，但是钻井液对所喷涂层的冲刷以及钻杆与套管及井壁的摩擦都会迅速损坏涂层，很难实现专利所追求的目的；专利2013208819093设计了内外两层同心钻杆作为传输的通道，从而实现了信号的高速传输，但是一方面两层钻杆之间通过绝缘涂层来保持二者绝缘，同样无法解决钻井液对绝缘层冲蚀而引起的绝缘涂层失效问题，另一方面两层钻杆间要保证同心绝缘，必然会有扶正机构，而扶正机构在钻杆旋转过程中也会磨损涂层而短路。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前信号传输技术存在的问题，提供一种以钻杆作为传输介质的信号传输系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双通道信号传输钻杆，包括带有公母接头的钻杆，以及贴合在钻杆内壁的绝缘衬管，在绝缘衬管的内壁贴合有膨胀内管，该膨胀内管为可膨胀的割缝式导电管；在钻杆公、母接头连接结合部设置内管接头，该内管接头为导电体且与钻杆保持绝缘，内管接头为包括内管上插头、内管下插头和连接在内管上插头、内管下插头之间的支撑体；其中内管上插头与钻杆公接头端的膨胀内管构成插接配合，内管下插头与钻杆母接头端的膨胀内管插接配合。

上述方案进一步包括：

内管接头的支撑体外径大于内管上插头、内管下插头的外径，支撑体外部包裹绝缘体，被绝缘体包裹后的支撑体有着与母接头内锥面配合的外锥面。

所述绝缘衬管通过胶结或者膨胀紧贴钻杆内壁，长度与钻杆内壁长度一致；膨胀内管两端通过倒角处理，使其两端内径大于中间管段内径；支撑体的内管上插头和内管下插头也进行倒角处理，以与其插接配合的膨胀内管端部形成配合。

支撑体与内管上插头、内管下插头的结合部加工出一定宽度的绝缘体安置凹槽；绝缘体整体包裹支撑体外壁和凹槽。

绝缘衬管采用弹性好、耐挤压、耐腐蚀的绝缘橡胶材料，厚度为3-6mm；内管上插头和内管下插头主要由刚性限位环和弹性、低电阻率割缝变形体组成。

刚性限位环中间带有十字梁，其外径小于膨胀内管端部内径且大于膨胀内管主体内径。

本实用新型的有益效果是：

（1）在不影响石油钻杆正常使用情况下，还能实现信号的实时双向传输，可以满足当前钻井工业迫切需要；

（2）仅对常规钻杆进行适当的改造不改变钻杆本身结构，因此极大降低了加工难度和生产成本；

（３）所需的对钻杆的改造全部在地面进行而且工序简单、快捷，成本低廉；

（４）有效地利用了绝缘体的弹性和绝缘能力隔绝内外传输通道，膨胀内管采用导电性好的割缝膨胀管，一方面利用良好的导电性使其作为传输通道，可以增大信号的传输效率、另一方面通过地面膨胀使内管和绝缘体与钻杆内壁紧密贴合，保证了连接的可靠性，同时利用绝缘橡胶的弹性使内外管间软连接，起到一定的缓冲作用，从而延长了钻杆和内管的使用寿命，提高了钻杆的可靠性；

（５）对钻井液类型和钻井工艺没有特殊要求，且不依靠绝缘涂层绝缘，保证了可靠性；

（６）本实用新型具有结构简单、成本低、效率高、寿命长等特点，可用于有线实时双向信息高速率数据传输。

附图说明

图1是本实用新型双通道信号传输钻杆的结构图；

图2是钻杆本体图；

图3是内管接头放大图；

图4是图3的左（或右）视图；

图中 ：1. 双通道信号传输钻杆本体，2.钻杆本体，3. 绝缘衬管，4.膨胀内管，5.内管接头，6.内管上插头，7. 内管下插头，8. 内管接头支撑体，9. 内管接头绝缘体，10.内管接头十字梁，11.内管插头变形体，12. 刚性金属限位环。

具体实施方式

在图 1 和图 2 中双通道信号传输钻杆由双通道信号传输钻杆本体1和内管接头5两部分组成。其中，双通道信号传输钻杆本体1由钻杆本体2，绝缘衬管3，膨胀内管4组成。内管接头5包含内管上插头6、内管下插头7和内管接头支撑体8三部分，内管接头支撑体8外壁包裹内管接头绝缘体9，内管上插头6、内管下插头7端部焊接内管接头十字梁10。

传输钻杆的主体是钻杆本体2，钻杆本体2间通过公母接头上的螺纹和台肩连接，构成传输通路，作为信号传输的一条通道。绝缘衬管3通过胶结或者膨胀使其紧贴钻杆本体2内壁。膨胀内管4作为另一极信号传输通道。内管接头5的内管上插头6和内管下插头7分别连接上下膨胀内管4。

双通道信号传输钻杆1连接时，内管接头5与钻杆本体2间通过内管接头绝缘体9隔离绝缘，而与膨胀内管4通过内管上插头6和内管下插头7直接接触，从而形成传输通路，作为信号传输的另一条通道；内管接头绝缘体9整个包裹内管接头支撑体8外壁，与绝缘衬管3一起构成连续的绝缘隔离层隔绝内外两个传输通道。

绝缘衬管3采用弹性好、耐挤压、耐腐蚀的绝缘橡胶材料，绝缘衬管3通过胶结或者膨胀使绝缘衬管3紧贴钻杆本体2内壁，衬管厚度为5mm，长度与钻杆本体2内壁长度一致，主要作用是隔绝钻杆本体2与膨胀内管4，且由于绝缘衬管3本身不承受扭矩等作用力，从而只要保证其老化寿命和耐温耐腐蚀及挤压性能就可保证其使用寿命。绝缘衬管3通过胶结或者膨胀使绝缘衬管3紧贴钻杆本体2内壁，长度与钻杆本体2内壁长度一致；膨胀内管4长度稍长于绝缘衬管3，并且两端通过倒角处理，使其两端内径大于中间管段内径。

膨胀内管4对普通的金属膨胀管材料进行一定的改进，降低电阻率，膨胀内管4长度稍长于绝缘衬管3，并且两端通过倒角处理，其两端内径大于中间管段内径，以便于内管接头5插入。使用割缝膨胀管一方面降低其膨胀难度，另一方面可以规范其膨胀方向和程度，膨胀后由于管径增加，膨胀内管4会挤压绝缘衬管3使钻杆本体2、膨胀内管4与绝缘衬管3紧密贴合，并能承受一定的压力，同时由于膨胀内管4不承受扭矩和钻压，且通过的流体固相含量低，对膨胀内管4造成冲刷小，综合考虑膨胀内管4寿命会长于钻杆本体2寿命

参照图3和4，内管接头支撑体8的主体部分长度略小于钻杆本体2连接后上下两根膨胀内管4端部距离，而内管接头支撑体8总长度要大于上下两根膨胀内管4端部距离，其中内管接头支撑体8与内管插头变形体11的连接部分要加工出一定宽度的内管接头绝缘体9安置凹槽。

内管上插头6连接钻杆本体2的公接头内的膨胀内管4，主要由刚性金属限位环12和弹性、低电阻率割缝内管插头变形体11组成，刚性金属限位环12采用刚性强、硬度大的金属制成，刚性金属限位环12中间用内管接头十字梁10支撑限制其变形量，外径小于膨胀内管4端部内径，大于膨胀内管4主体内径，主要起限位作用，在钻杆本体2连接时上内管插头变形体11插入膨胀内管4内部，随着钻杆本体2扣上紧，内管插头变形体11受挤压变形紧贴膨胀内管4，从而实现了内管上插头6与膨胀内管4连接。内管下插头7连接钻杆本体2的公接头内的膨胀内管4，主要由刚性金属限位环12，弹性、低电阻率割缝内管插头变形体11组成，刚性金属限位环12采用刚性强、硬度大的金属制成，刚性金属限位环12中间用内管接头十字梁10支撑限制其变形量，外径小于膨胀内管4端部内径，大于膨胀内管4主体内径，主要起限位作用，在钻杆本体2连接时下内管插头变形体11插入膨胀内管4内部，随着钻杆本体2扣上紧，内管插头变形体11受挤压变形紧贴膨胀内管4，从而实现了内管下插头7与膨胀内管4连接。

内管接头支撑体8与刚性金属限位环12的材料类似，具有刚性强、硬度大的特点，但是为了保证其导电性，采用电阻率低的金属材料，在使用时，通过其圆台外形限制内管接头5在钻杆本体2母接头内的位置，同时由于其刚性强的特点保证其强度，从而保证上下内管插头6、7均与钻杆本体2内膨胀内管4紧密连接，同时内管接头支撑体8的主体部分长度略小于钻杆本体2连接后上下两根膨胀内管4端部距离，而内管接头支撑体8总长度要大于上下两根膨胀内管4端部距离，其中内管接头支撑体8与内管插头变形体11的连接部分要加工出一定宽度的内管接头绝缘体9安置凹槽；内管接头绝缘体9采用一定厚度（2-3mm）的弹性好、耐挤压、耐腐蚀的绝缘橡胶材料，整个包裹内管接头支撑体8外壁，主要作用是保证膨胀内管4与钻杆本体2绝缘连接；

在接钻杆过程中，首先将内管接头5按照设计方向放入钻杆母接头内并下压保证其与母接头紧密连接，然后按正常接单根程序接入钻杆，并上扣扭紧，这时内管上下插头，6、7均与钻杆本体2内的膨胀内管4连接，内管接头绝缘体9与膨胀内管4端部、钻杆本体2公接头、钻杆本体2母接头均紧密连接，各接触面紧密压实，从而保证了膨胀内管4和钻杆本体2间绝缘。

在拆卸钻杆过程中，由于内管接头5是弹性体，卸除挤压力后内管接头5恢复原状便于取出，如果因插入过深或者变形未恢复而无法自动弹出，可以利用挂钩挂住金属环上的内管接头十字梁10拉出。

综合上述，本实用新型的双通道信号传输钻杆采用常规钻杆，在其内壁胶结或者直接膨胀5mm橡胶绝缘层，在此基础上在其中间插入规定长度的割缝膨胀管，在地面通过膨胀锥使其膨胀，从而使橡胶绝缘层紧密贴在钻杆内壁上，最终形成稳定的绝缘三层结构（钻杆-橡胶绝缘层-内管），再配以的插头，连接两根钻杆的内管，从而形成了内外两层传输通道。

Claims (6)

1.一种双通道信号传输钻杆，包括带有公母接头的钻杆，以及贴合在钻杆内壁的绝缘衬管，其特征是：

在绝缘衬管的内壁贴合有膨胀内管，该膨胀内管为可膨胀的割缝式导电管；在钻杆公、母接头连接结合部设置内管接头，该内管接头为导电体且与钻杆保持绝缘，内管接头为包括内管上插头、内管下插头和连接在内管上插头、内管下插头之间的支撑体；其中内管上插头与钻杆公接头端的膨胀内管构成插接配合，内管下插头与钻杆母接头端的膨胀内管插接配合。

2.根据权利要求1 所述的双通道信号传输钻杆，其特征是：内管接头的支撑体外径大于内管上插头、内管下插头的外径，支撑体外部包裹绝缘体，被绝缘体包裹后的支撑体有着与母接头内锥面配合的外锥面。

3.根据权利要求２所述的双通道信号传输钻杆，其特征是：所述绝缘衬管通过胶结或者膨胀紧贴钻杆内壁，长度与钻杆内壁长度一致；膨胀内管两端通过倒角处理，使其两端内径大于中间管段内径；支撑体的内管上插头和内管下插头也进行倒角处理，以与其插接配合的膨胀内管端部形成配合。

4.根据权利要求２或３所述的双通道信号传输钻杆，其特征是：支撑体与内管上插头、内管下插头的结合部加工出一定宽度的绝缘体安置凹槽；绝缘体整体包裹支撑体外壁和凹槽。

5.根据权利要求４所述的双通道信号传输钻杆，其特征是：绝缘衬管采用弹性好、耐挤压、耐腐蚀的绝缘橡胶材料，厚度为3-6mm；内管上插头和内管下插头主要由刚性限位环和弹性、低电阻率割缝变形体组成。

6.根据权利要求5 所述的双通道信号传输钻杆，其特征是：刚性限位环中间带有十字梁，其外径小于膨胀内管端部内径且大于膨胀内管主体内径。