CN104481517B - 一种能传输动力及信号的智能钻杆 - Google Patents

一种能传输动力及信号的智能钻杆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及管道定向穿越领域的一种能传输动力及信号的智能钻杆。它解决定向穿越中扩孔动力不足、信号传输效率低等难题。其技术方案：公电接头、母电接头和电缆总成连成一体安装在普通钻杆内；插针总成定位套内部固定插针总成，并用螺钉固定在普通钻杆母接头端；插座总成定位套内部固定插座总成，并通过定位块、压块和螺钉固定在普通钻杆公接头端；电缆安装在电缆保护套内，电缆保护套两端通过螺纹与插针总成和插座总成连接；插针总成中的3个导体通过电缆分别与插座总成中的3个导体对应连成3个独立的电路通路；两根钻杆螺纹连接后，插针总成和插座总成中的导体通过导体接触件自动形成电路通路。本钻杆能传输大功率强电和实现信号的双向传输。

Description

一种能传输动力及信号的智能钻杆
技术领域
本发明涉及一种用于水管、油管、天然气管道安装中管道定向穿越领域的能传输动力及信号的智能钻杆，本发明还可以用于地面径向空间受限的动力及信号传输领域。
背景技术
随着管道定向穿越技术的发展，管道穿越的管径越来越大、穿越距离越来越长、穿越地层越来越复杂，致使利用地面钻机和钻柱驱动扩孔器进行多级扩孔的水平定向钻作业变得非常困难。就当前而言，利用动力钻具直接驱动扩孔器成为最有效的解决办法。目前井下动力钻具主要有螺杆钻具、涡轮钻具。但它们直径大、重量大、加工制造难度大、维修不便，且扩孔效率低、扩孔次数多、故障率高，不能完全满足大孔径、长距离、复杂地质条件下的扩孔工艺技术要求。
在信号传输方面，目前常用无缆式地表定位***(手持式跟踪仪器)和有缆式定向***。无缆式地表定位***易受地质条件和周围电磁信号干扰，信号失真严重。而目前使用的有缆式定向***操作麻烦、故障率高。
最近，提出了管道定向穿越电驱动扩孔技术，该技术将地面的电传输到地下，驱动地下电机，地下电机再带动扩孔器进行扩孔；同时，要求能实现地面和地下信号的双向传输；另外，还要求能实现传输电路自动连接和大功率传输。目前，地下电机和扩孔器都能在市场中购买，但用来传输动力和信号的传输工具还需要专门研发。本发明就是针对这种技术研发的能传输动力及信号的智能钻杆。
发明内容
本发明的目的是：为了解决目前管道定向穿越中面临的大管径、长距离、复杂地层等工况时出现的扩孔动力不足、扩孔次数多、信号传输效率低、故障率高等难题，配合管道定向穿越电驱动扩孔技术提出的一种能传输动力及信号的智能钻杆。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种能传输动力及信号的智能钻杆，是由公电接头、母电接头、电缆总成和普通钻杆组成，其结构特征在于：公电接头由插针总成4、插针总成定位套3、螺钉2组成，插针总成4安装在插针总成定位套3内，插针总成定位套3用螺钉2固定在普通钻杆母接头端1a内部；母电接头由插座总成9、插座总成定位套8、嵌块10、定位块11、压块12、螺钉2组成，在插座总成9与插座总成定位套8连接处安装有嵌块10，插座总成9安装在插座总成定位套8内，插座总成定位套8端部用定位块11固定在普通钻杆公接头端1b内部，并用螺钉2将定位块11、压块12与普通钻杆1连接成一体；电缆总成由绝缘垫5、电缆保护套6、电缆7组成，电缆7安装在电缆保护套6内部，电缆保护套6两端通过螺纹与插针总成4和插座总成9连接，绝缘垫5安装在插针总成4与电缆保护套6及插座总成9与电缆保护套6之间，并套在电缆7圆周上；公电接头、电缆总成和母电接头连接成一体固定在普通钻杆1内部，同时形成电路通路，以传输动力及信号。
普通钻杆1是由API标准钻杆上局部加工而成；在API标准的普通钻杆母接头端1a的螺纹退刀槽部位铣一个平面，为插针总成定位套的安装平面1c，用来容纳插针总成定位套头部3a，同时，平面上均布螺纹孔，用螺钉2将插针总成定位套3固定在普通钻杆1内壁；在API标准的普通钻杆公接头端1b的端部，铣一个插座总成定位套的安装平面1d，用来容纳插座总成定位套头部8a。
插针总成4由插针壳体13、绝缘树脂14、电缆压接头15、双头螺柱16、插针外导体17、插针中导体18和插针内导体19组成；插针外导体17、插针中导体18、插针内导体19依次套装在一起，保持同轴，且头部轴向错开，尾部都加工有螺纹，用双头螺柱16与电缆压接头15连接，电缆压接头15与电缆7头部压接；插针总成4内各零件之间的空隙处充填绝缘树脂14；插针外导体17、插针中导体18和插针内导体19之间绝缘树脂14的头部为倾斜面，该倾斜面与插座内导体定位套23和插座中导体定位套21的内倾角相同；插针外导体17、插针中导体18和插针内导体19的头部导体表面裸露，其轴向裸露长度为1个插座外导体接触件28的长度，其余表面都用绝缘树脂14包裹。
插座总成9由插座外导体20、插座外导体接触件28、插座中导体定位套21、插座中导体22、插座中导体接触件27、插座内导体定位套23、插座内导体24、插座内导体接触件26、插座壳体25、绝缘树脂14、电缆压接头15和双头螺柱16组成；插座外导体20、插座中导体22和插座内导体24内部都加工有环槽，分别用于安装插座外导体接触件28、插座中导体接触件27和插座内导体接触件26；插座外导体20、插座中导体22和插座内导体24依次套装在一起，保持同轴，插座中导体定位套21安装在插座中导体22与插座外导体20轴向之间，插座内导体定位套23安装在插座内导体24与插座中导体22轴向之间；插座中导体定位套21的长度比插针外导体17和插针中导体18间绝缘树脂14的轴向间距短，插座内导体定位套23的长度比插针中导体18和插针内导体19的短；插座内导体24、插座中导体22和插座外导体20的尾部都加工有螺纹，用双头螺柱16与电缆压接头15连接，电缆压接头15与电缆7头部压接；除插座外导体20、插座中导体22和插座内导体24内部空间外，插座总成9内各零件之间的空隙处充填绝缘树脂14。
插座外导体20和插座中导体22、插针外导体17和插针中导体18的尾部端面外径至少增大到尾部端面能容纳双头螺柱16为止，同时，尾部外径增大的空心圆筒部位环切掉40°-270°角度的材料。
本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆不局限于管道定向穿越领域；在其他动力及信号传输领域，本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆中的普通钻杆1可置换成对应的管材；插针总成4、插座总成9和电缆7能独立成一个整体，用于地面干燥环境下动力及信号的传输领域。
本发明的有益效果是：本发明在管道定向穿越施工中，能传输强电至井下电机驱动扩孔器扩孔钻进，能实现地面与地下信号的双向传输，能实现传输电路自动连接和大功率传输，具有传递功率大、扩孔次数少、信号传输效率高、成孔质量高、故障率低的特点，完全能解决目前管道定向穿越中面临的大管径、长距离、复杂地层等工况所面临的难题，还可用于地面径向空间受限的动力及信号传输领域。
附图说明
图1为本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆的结构示意图。
图2为本发明的普通钻杆1的结构示意图。
图3为本发明的插针总成4的结构示意图。
图4为本发明的插座总成9的结构示意图。
图5为本发明的插座外导体20的外形图。
图6为本发明的插针导体件装配外形图。
图7为本发明的插座导体件装配外形图。
图8为本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆连接后接头部位局部结构示意图。
图中：1.普通钻杆，1a.普通钻杆母接头端，1b.普通钻杆公接头端，1c.插针总成定位套的安装平面，1d.插座总成定位套的安装平面，2.螺钉，3.插针总成定位套，3a.插针总成定位套头部，4.插针总成，5.绝缘垫，6.电缆保护套，7.电缆，8.插座总成定位套，8a.插座总成定位套头部，9.插座总成，10.嵌块，11.定位块，12.压块，13.插针壳体,14.绝缘树脂，15.电缆压接头，16.双头螺柱，17.插针外导体，18.插针中导体，19.插针内导体，20.插座外导体，21.插座中导体定位套，22.插座中导体，23.插座内导体定位套，24.插座内导体，25.插座壳体，26.插座内导体接触件，27.插座中导体接触件，28.插座外导体接触件。
具体实施方式
根据图1、图3和图4所示，本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆是由公电接头、母电接头、电缆总成和普通钻杆组成。公电接头由插针总成4、插针总成定位套3、螺钉2组成，插针总成4套入插针总成定位套3内，插针总成定位套3用螺钉2固定在普通钻杆母接头端1a内部；母电接头由插座总成9、插座总成定位套8、嵌块10、定位块11、压块12、螺钉2组成，在插座总成9与插座总成定位套8连接处安装有嵌块10，插座总成9固定在插座总成定位套8内，插座总成定位套8端部用定位块11固定在普通钻杆公接头端1b内部，并用螺钉2将定位块11、压块12与普通钻杆1连接成一体；电缆总成由绝缘垫5、电缆保护套6、电缆7组成，电缆7安装在电缆保护套6内部，电缆保护套6两端通过螺纹与插针总成4和插座总成9连接，绝缘垫5安装在插针总成4与电缆保护套6及插座总成9与电缆保护套6之间，并套在电缆7圆周上，避免污染物通过螺纹进入电缆7；插针外导体17和插座外导体20，插针中导体18和插座中导体22，插针内导体19和插座内导体24通过双头螺柱16、电缆压接头15、电缆7的连接，形成3个独立的电路通路，以传输动力及信号。
根据图1和图2所示，普通钻杆1是由API标准钻杆上局部加工而成；在API标准的普通钻杆母接头端1a的螺纹退刀槽部位被加工成一个插针总成定位套的安装平面1c，用来容纳插针总成定位套头部3a，同时，平面上均布螺纹孔，用螺钉2将插针总成定位套3固定在普通钻杆1内壁；在API标准的普通钻杆公接头端1b的端部，铣10mm深度的插座总成定位套的安装平面1d，用来容纳插座总成定位套头部8a。
根据图1、图3和图6所示，插针总成4由插针壳体13、绝缘树脂14、电缆压接头15、双头螺柱16、插针外导体17、插针中导体18和插针内导体19组成；插针外导体17、插针中导体18、插针内导体19依次套装在一起，保持同轴，且头部轴向间距32mm，尾部都加工有螺纹，用双头螺柱16与电缆压接头15连接，电缆压接头15与电缆7头部压接；插针总成4内各零件之间的空隙处充填绝缘树脂14；插针外导体17、插针中导体18和插针内导体19之间绝缘树脂14的头部为3°的倾斜面，该倾斜面与插座内导体定位套23和插座中导体定位套21的内倾角相同；插针外导体17、插针中导体18和插针内导体19的头部轴向裸露15mm长的导体表面，其余表面都用绝缘树脂14包裹。
根据图1、图4、图5和图7所示，插座总成9由插座外导体20、插座外导体接触件28、插座中导体定位套21、插座中导体22、插座中导体接触件27、插座内导体定位套23、插座内导体24、插座内导体接触件26、插座壳体25、绝缘树脂14、电缆压接头15和双头螺柱16组成；插座外导体20、插座中导体22和插座内导体24内部都加工有2个环槽，环槽内分别安装2个插座外导体接触件28、2个插座中导体接触件27和2个插座内导体接触件26；插座外导体20、插座中导体22和插座内导体24依次套装在一起，保持同轴，插座中导体定位套21安装在插座中导体22与插座外导体20轴向之间，插座内导体定位套23安装在插座内导体24与插座中导体22轴向之间；插座中导体定位套21的长度比插针外导体17和插针中导体18间绝缘树脂14的轴向间距短3mm，插座内导体定位套23的长度比插针中导体18和插针内导体19的短3mm；插座内导体24、插座中导体22和插座外导体20的尾部都加工有螺纹，用双头螺柱16与电缆压接头15连接，电缆压接头15与电缆7头部压接；除插座外导体20、插座中导体22和插座内导体24内部空间外，插座总成9内各零件之间的空隙处充填绝缘树脂14。
根据图1、图3、图4、图5、图6和图7所示，插座外导体20、插座中导体22、插针外导体17和插针中导体18的尾部端面到离尾部端面12mm处，外径增大到尾部端面能容纳双头螺柱16为宜，同时，尾部外径增大的空心圆筒部位环切掉90°角度的材料。
插针外导体17和插座外导体20，插针中导体18和插座中导体22，插针内导体19和插座内导体24通过双头螺柱16、电缆压接头15、电缆7的连接，形成3个独立的电路通路，以传输动力及信号。
根据图1、图3、图4和图8所示，两根本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆采用常规的上扣方式连接好后，上一根本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆的插座外导体20、插座中导体22和插座内导体24分别自动套入下一根本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆的插针外导体17、插针中导体18和插针内导体19；插针外导体17、插针中导体18和插针内导体19的裸露部分分别与插座外导体接触件28、插座中导体接触件27和插座内导体接触件26接触，不需要额外的操作；在本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆连接后的接头部位，插座外导体20、插座外导体接触件28和插针外导体17，插座中导体22、插座中导体接触件27和插针中导体18，插座内导体24、插座内导体接触件26和插针内导体19，分别形成3个独立的电路通路，以传输动力及信号；多根本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆首尾连接形成的管串与地面电源和井下电机相连形成电路回路，可进行三相大功率传输和采用载波方式进行信号双向传输。
本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆不局限于管道定向穿越领域；在其他动力及信号传输领域，本发明的一种能传输动力及信号的智能钻杆中的普通钻杆1可置换成对应的管材；插针总成4、插座总成9和电缆7能独立成一个整体，用于地面干燥环境下动力及信号的传输领域。

Claims (5)

1.一种能传输动力及信号的智能钻杆，是由公电接头、母电接头、电缆总成和普通钻杆组成，其特征在于：公电接头由插针总成(4)、插针总成定位套(3)、螺钉(2)组成，插针总成(4)安装在插针总成定位套(3)内，插针总成定位套(3)用螺钉(2)固定在普通钻杆母接头端(1a)内部；
母电接头由插座总成(9)、插座总成定位套(8)、嵌块(10)、定位块(11)、压块(12)、螺钉(2)组成，在插座总成(9)与插座总成定位套(8)连接处安装有嵌块(10)，插座总成(9)安装在插座总成定位套(8)内，插座总成定位套(8)端部用定位块(11)固定在普通钻杆公接头端(1b)内部，并用螺钉(2)将定位块(11)、压块(12)与普通钻杆(1)连接成一体；
所述插针总成(4)由插针壳体(13)、绝缘树脂(14)、电缆压接头(15)、双头螺柱(16)、插针外导体(17)、插针中导体(18)和插针内导体(19)组成；
所述插座总成(9)由插座外导体(20)、插座外导体接触件(28)、插座中导体定位套(21)、插座中导体(22)、插座中导体接触件(27)、插座内导体定位套(23)、插座内导体(24)、插座内导体接触件(26)、插座壳体(25)、绝缘树脂(14)、电缆压接头(15)和双头螺柱(16)组成；插座外导体(20)、插座中导体(22)和插座内导体(24)内部都加工有环槽，分别用于安装插座外导体接触件(28)、插座中导体接触件(27)和插座内导体接触件(26)；
电缆总成由绝缘垫(5)、电缆保护套(6)、电缆(7)组成，电缆(7)安装在电缆保护套(6)内部，电缆保护套(6)两端通过螺纹与插针总成(4)和插座总成(9)连接，绝缘垫(5)安装在插针总成(4)与电缆保护套(6)及插座总成(9)与电缆保护套(6)之间，并套在电缆(7)圆周上；公电接头、电缆总成和母电接头连接成一体固定在普通钻杆(1)内部，同时形成电路通路。
2.根据权利要求1所述的智能钻杆，其特征是：所述普通钻杆(1)是由API标准钻杆上局部加工而成；在API标准的普通钻杆母接头端(1a)的螺纹退刀槽部位铣一个平面，为插针总成定位套的安装平面(1c)，用来容纳插针总成定位套头部(3a)，同时，平面上均布螺纹孔，用螺钉(2)将插针总成定位套(3)固定在普通钻杆(1)内壁；在API标准的普通钻杆公接头端(1b)的端部，铣一个插座总成定位套的安装平面(1d)，用来容纳插座总成定位套头部(8a)。
3.根据权利要求1所述的智能钻杆，其特征是：插针外导体(17)、插针中导体(18)、插针内导体(19)依次套装在一起，保持同轴，且头部轴向错开，尾部都加工有螺纹，用双头螺柱(16)与电缆压接头(15)连接，电缆压接头(15)与电缆(7)头部压接；插针总成(4)内各零件之间的空隙处充填绝缘树脂(14)；插针外导体(17)、插针中导体(18)和插针内导体(19)之间绝缘树脂(14)的头部为倾斜面，该倾斜面与插座内导体定位套(23)和插座中导体定位套(21)的内倾角相同；插针外导体(17)、插针中导体(18)和插针内导体(19)的头部导体表面裸露，其轴向裸露长度为1个插座外导体接触件(28)的长度，其余表面都用绝缘树脂(14)包裹。
4.根据权利要求1所述的智能钻杆，其特征是：插座外导体(20)、插座中导体(22)和插座内导体(24)依次套装在一起，保持同轴，插座中导体定位套(21)安装在插座中导体(22)与插座外导体(20)轴向之间，插座内导体定位套(23)安装在插座内导体(24)与插座中导体(22)轴向之间；插座中导体定位套(21)的长度比插针外导体(17)和插针中导体(18)间绝缘树脂(14)的轴向间距短，插座内导体定位套(23)的长度比插针中导体(18)和插针内导体(19)的短；插座内导体(24)、插座中导体(22)和插座外导体(20)的尾部都加工有螺纹，用双头螺柱(16)与电缆压接头(15)连接，电缆压接头(15)与电缆(7)头部压接；除插座外导体(20)、插座中导体(22)和插座内导体(24)内部空间外，插座总成(9)内各零件之间的空隙处充填绝缘树脂(14)。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的智能钻杆，其特征是：所述插座外导体(20)和插座中导体(22)、插针外导体(17)和插针中导体(18)的尾部端面外径增大到尾部端面能容纳双头螺柱(16)为宜，同时，尾部外径增大的空心圆筒部位环切掉40°-270°角度的材料。
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