專利名稱：動力及信號傳輸鉆桿的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于石油地質勘探鉆井的鉆井工具，是一種具有多種功能的動力及信號傳輸鉆桿。
背景技術：
就信號傳輸而言，當前已研發(fā)了多種信號傳輸技術，如泥漿脈沖技術、電磁波技術、聲波技術等技術，這些技術可使信號從井底傳輸到地面，并通過測量參數以實現實時傳輸、分析和控制。然而，隨著鉆井深度、鉆井難度和鉆井復雜程度的不斷增加，這些技術的信號傳輸速度及可靠性已不能滿足現代飛速發(fā)展的鉆井技術的需要。更為重要的是，當前井下使用的檢測儀器及電驅動裝置或工具等用電硬件越來越多，需要提供的電力也越來越多，原有技術體系中僅依靠電池或泥漿渦輪發(fā)電機提供的電力已不能滿足要求，有必要將地面電能通過鉆柱高效地傳輸到井底。早在20世紀30年代末，Crites et al.進行了電力鉆井的結構設計，但沒有得到應用。20世紀40年代，前蘇聯開始了智能鉆桿的研究，并成功研制出了井下電鉆，目前仍在使用，但由于其電插頭可靠性差，往往鉆進IOOOm左右接頭就因磨損而失效，且接頭占用內徑空間大，極大地增大了鉆井液循環(huán)壓耗。所以，該結構沒有得到有效的推廣。21世紀初， 美國Grant Prideco公司與多家公司聯合攻關，研制成功了 57/8"的對接式接頭。國內，目前部分石油高校與研究院所正在開展相關研究工作。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了實現信號的實時雙向傳輸，且能向井底傳輸強電，以滿足當前鉆井工業(yè)發(fā)展的需要，特提供一種動力及信號傳輸鉆桿。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種動力及信號傳輸鉆桿，是由專用鉆桿接頭、電接頭和動力及信號傳輸鉆桿本體組成，其結構特征在于該傳輸鉆桿的專用鉆桿接頭包含專用鉆桿公接頭和專用鉆桿母接頭兩部分，在專用鉆桿公接頭部位安裝公電接頭，在專用鉆桿母接頭部位安裝母電接頭，在專用鉆桿公接頭與專用鉆桿母接頭間連接動力及信號傳輸鉆桿本體；專用鉆桿公接頭與專用鉆桿母接頭用螺紋連接，使公電接頭與母電接頭緊密接觸，進行電流及信號的傳輸，同時用動力及信號傳輸鉆桿本體將電流或信號向下一個電接頭傳輸；電接頭包含公電接頭和母電接頭，其公電接頭由公電接頭金屬擋環(huán)、公內絕緣密封圈、公內導電環(huán)、公中絕緣密封圈、公中導電環(huán)、公外絕緣密封圈、公外導電環(huán)、連接導體、金屬擋環(huán)密封材料組成，公電接頭金屬擋環(huán)、公內絕緣密封圈、公內導電環(huán)、公中絕緣密封圈、公中導電環(huán)、公外絕緣密封圈、公外導電環(huán)依次套在一起，并同軸， 連接導體安裝在公電接頭金屬擋環(huán)凹槽內，連接導體的上部與對應的導電環(huán)連接，下部與對應的本體傳輸導體連接，金屬擋環(huán)密封材料安裝在公電接頭金屬擋環(huán)凹槽部位，其母電接頭由母電接頭金屬擋環(huán)、母內絕緣密封圈、母內導電環(huán)、母中絕緣密封圈、母中導電環(huán)、母外絕緣密封圈、母外導電環(huán)、絕緣彈性體、連接導體、絕緣彈性體傳輸導線、定位銷、金屬擋環(huán)密封材料、金屬擋環(huán)0形密封圈組成，母電接頭金屬擋環(huán)、母內絕緣密封圈、母內導電環(huán)、 母中絕緣密封圈、母中導電環(huán)、母外絕緣密封圈、母外導電環(huán)依次套在一起，并同軸，密封圈和導電環(huán)都位于母電接頭金屬擋環(huán)上部，并置于套在母電接頭金屬擋環(huán)部的絕緣彈性體上，絕緣彈性體傳輸導線安裝在絕緣彈性體內，絕緣彈性體傳輸導線的上部與對應的導電環(huán)連接，下部與對應的連接導體連接，定位銷安裝在母電接頭金屬擋環(huán)和絕緣彈性體的銷孔中，金屬擋環(huán)0型密封圈安裝在母電接頭金屬擋環(huán)的密封槽部位，金屬擋環(huán)密封材料安裝在母電接頭金屬擋環(huán)溝槽部位；動力及信號傳輸鉆桿本體由內管、本體絕緣材料、本體傳輸導體和鉆桿本體組成，內管安裝在鉆桿本體內部，并與鉆桿本體同軸，在內管和鉆桿本體之間填充本體絕緣材料，本體傳輸導體包裹于本體絕緣材料中間，內管開有密封溝槽，槽內安裝擋環(huán)和0型密封圈。專用鉆桿接頭為51/T' ra接頭基礎上改進的非標準接頭；專用鉆桿接頭中螺紋接頭臺肩倒角直徑為Df，Df* Φ 172. 8mm，螺紋接頭內徑為Φ 101. 6mm，專用鉆桿接頭螺紋的螺紋牙型為V-0. 038R，基面中徑C為Φ 146. 71mm，外螺紋大端大徑Dl為Φ 151. 99mm， 外螺紋小端大徑Ds為Φ 130. 83mm,內螺紋大端小徑Dc為Φ 145. 8mm,擴錐孔大端直徑％ 為Φ 154. 06mm，專用鉆桿母接頭(3)退刀槽附近的專用鉆桿母接頭退刀槽部位內徑為 Φ 118mm(3b)和專用鉆桿母接頭臺階處內徑為Φ116πιπι(3ει)。絕緣彈性體頂部有三個成120°分布的凸塊，凸塊內安裝連接導體和絕緣彈性體傳輸導線；絕緣彈性體底部與凸塊對應位置開有凹槽，以安裝本體傳輸導體；絕緣彈性體周向均布3個定位銷通孔。母電接頭金屬擋環(huán)平臺底部開有一環(huán)形凹槽，凹槽內安裝擋環(huán)和0型密封圈；平臺上均布3個定位銷孔；平臺外圓周部位開有一環(huán)形凹槽，安裝金屬擋環(huán)0型密封圈；平臺部位開有3個凹槽，凹槽內安裝本體傳輸導體和金屬擋環(huán)密封材料；公電接頭金屬擋環(huán)與母電接頭金屬擋環(huán)結構相似，但公電接頭金屬擋環(huán)沒有鉆定位銷孔和在圓周部位開環(huán)形凹槽，平臺部位的凹槽沒有封閉。其工作原理是動力及信號傳輸鉆桿工作時，專用鉆桿公接頭與專用鉆桿母接頭螺紋連接，從而壓縮母電接頭上的絕緣彈性體，利用絕緣彈性體的彈力使公電接頭與母電接頭緊密壓緊，此時，電流從上部本體傳輸導體經過公電接頭中連接導體傳給公中導電環(huán)， 公中導電環(huán)通過與母電接頭中的母中導電環(huán)緊密接觸，將電流傳給母中導電環(huán)，母中導電環(huán)中的電流再流經絕緣彈性體中連接導體以及彈性體傳輸導線傳給下部本體傳輸導體，依次傳輸下去，從而實現一相電流的傳輸。同理，其他兩相的傳輸原理相同。本實用新型的有益效果是本實用新型除具有傳統(tǒng)鉆桿的功能外，還能實現信號的實時雙向傳輸，且能向井底傳輸強電，以滿足當前鉆井工業(yè)發(fā)展的需要；本實用新型有效地利用了彈性體的彈力，可以增大電能的傳輸效率、延長鉆桿的使用壽命和提高鉆桿的可靠性；同時，本實用新型對鉆井液類型和鉆井工藝沒有特殊要求；本傳輸鉆桿具有結構簡單、成本低、效率高、壽命長等特點，可用于有線實時雙向信息高速率數據傳輸與電力傳輸的鉆井中。

圖1是本實用新型動力及信號傳輸鉆桿的結構圖；圖2是圖1中A-A剖視圖；[0013]圖3是圖1中局部放大圖；圖4是圖1中B-B部位的斷面圖；圖5是圖1中C-C部位的斷面圖；圖6是圖1中D-D部位的斷面圖；圖7是圖1中E-E部位的斷面圖；圖8是圖1中F-F部位的斷面圖；圖9是圖1中G-G部位的斷面圖；圖10是圖1中H-H部位的斷面圖；圖11是絕緣彈性體(11)整體線框圖；圖12是母電接頭金屬擋環(huán)03)的整體線框圖。圖中1.鉆桿本體，2.專用鉆桿公接頭，3.專用鉆桿母接頭，3a.專用鉆桿母接頭臺階，3b.專用鉆桿母接頭退刀槽部位，4.連接導體，5.公內導電環(huán)，5a.公內導電環(huán)頂部凹槽，5b.公內導電環(huán)底部凹槽，6.公中導電環(huán)，6a.公中導電環(huán)頂部凹槽，6b.公中導電環(huán)底部凹槽，7.公外導電環(huán)，7a.公外導電環(huán)頂部凹槽，7b.公外導電環(huán)底部凹槽，8.母內導電環(huán)，9.母中導電環(huán)，10.母外導電環(huán)，11.絕緣彈性體，12.絕緣彈性體傳輸導線，13.金屬擋環(huán)密封材料，14.內管，15.定位銷，16.母外絕緣密封圈，17.母中絕緣密封圈，18.母內絕緣密封圈，19.公外絕緣密封圈，19a.公外絕緣密封圈凹槽，20.公中絕緣密封圈，20a.公中絕緣密封圈翼塊，21.公內絕緣密封圈，22.公電接頭金屬擋環(huán)，23.母電接頭金屬擋環(huán)，24.本體絕緣材料，25.本體傳輸導體，26.金屬檔環(huán)0型密封圈，27.擋環(huán)，28.0型密封圈。
具體實施方式
在圖1和圖2中動力及信號傳輸鉆桿由專用鉆桿接頭、電接頭和動力及信號傳輸鉆桿本體三部分組成。其中，專用鉆桿接頭包含專用鉆桿公接頭2和專用鉆桿母接頭3兩部分，在專用鉆桿公接頭2部位安裝公電接頭，在專用鉆桿母接頭3部位安裝母電接頭，在專用鉆桿公接頭2與專用鉆桿母接頭3間連接動力及信號傳輸鉆桿本體；動力及信號傳輸鉆桿在工作過程中專用鉆桿公接頭2與專用鉆桿母接頭3用螺紋連接，使公電接頭與母電接頭緊密接觸，進行電流及信號的傳輸，同時用動力及信號傳輸鉆桿本體將電流或信號向下一個電接頭傳輸。在圖1中專用鉆桿接頭為5 1/2" ra接頭基礎上改進的非標準接頭；專用鉆桿接頭中螺紋接頭臺肩倒角直徑為Df，Df* Φ 172. 8mm，螺紋接頭內徑為Φ 101. 6mm，專用鉆桿接頭螺紋的螺紋牙型為V-0. 038R,基面中徑C為Φ 146. 71mm,外螺紋大端大徑為 Φ 151. 99mm，外螺紋小端大徑Ds為Φ 130. 83mm,內螺紋大端小徑De為Φ 145. 8mm，擴錐孔大端直徑％為Φ 154. 06mm，專用鉆桿母接頭( 退刀槽附近的專用鉆桿母接頭退刀槽部位內徑為(M18mm(3b)和專用鉆桿母接頭臺階處內徑為Φ116πιπι(3ει)。在圖1、圖2、圖3、圖5、圖6、圖7和圖8中公電接頭由公電接頭金屬擋環(huán)22、公內絕緣密封圈21、公內導電環(huán)5、公中絕緣密封圈20、公中導電環(huán)6、公外絕緣密封圈19、公外導電環(huán)7、連接導體4、金屬擋環(huán)密封材料13組成。公電接頭金屬擋環(huán)22、公內絕緣密封圈 21、公內導電環(huán)5、公中絕緣密封圈20、公中導電環(huán)6、公外絕緣密封圈19、公外導電環(huán)7依次套在一起，并同軸；連接導體4安裝在公電接頭金屬擋環(huán)22凹槽內，連接導體4的上部與對應的導電環(huán)連接，下部與對應的本體傳輸導體25連接；公內導電環(huán)5公中導電環(huán)6和公外導電環(huán)7的底部都開有兩個凹槽恥、613和7b，并相互錯開，目的是保證在單相電流傳輸中連接導體4與一個導電環(huán)接觸時，不會同時與另兩個導電環(huán)接觸；公內導電環(huán)5、公中導電環(huán)6和公外導電環(huán)7的頂部都開有兩個對稱的凹槽5a、6a和7a，公外絕緣密封圈19頂部也開有兩個對稱的凹槽19a，同時在公中絕緣密封圈20頂部有突出的翼塊20a，使公中絕緣密封圈翼塊20a嵌入公內導電環(huán)5、公中導電環(huán)6、公外導電環(huán)7和公外絕緣密封圈19的對應凹槽fe、6a、7a和19a中；金屬擋環(huán)密封材料13安裝在公電接頭金屬擋環(huán)22凹槽部位。在圖1、圖2、圖9和圖10中母電接頭由母電接頭金屬擋環(huán)23、母內絕緣密封圈 18、母內導電環(huán)8、母中絕緣密封圈17、母中導電環(huán)9、母外絕緣密封圈16、母外導電環(huán)10、絕緣彈性體11、連接導體4、絕緣彈性體傳輸導線12、定位銷15、金屬擋環(huán)密封材料13、金屬擋環(huán)0型密封圈沈組成。母電接頭金屬擋環(huán)23、母內絕緣密封圈18、母內導電環(huán)8、母中絕緣密封圈17、母中導電環(huán)9、母外絕緣密封圈16、母外導電環(huán)10依次套在一起，并同軸，密封圈和導電環(huán)都位于母電接頭金屬擋環(huán)23上部，并置于套在母電接頭金屬擋環(huán)23下部的絕緣彈性體11上；絕緣彈性體傳輸導線12安裝在絕緣彈性體11內，絕緣彈性體11的上部與對應的導電環(huán)連接，下部與對應的連接導體4連接；母內導電環(huán)8、母中導電環(huán)9、母外導電環(huán)10的底部都開有兩個凹槽，并相互錯開，目的是保證在單相電流傳輸中連接導體4與一個導電環(huán)接觸時，不會同時與另兩個導電環(huán)接觸；定位銷15安裝在母電接頭金屬擋環(huán)23 和絕緣彈性體11的銷孔中；金屬擋環(huán)0型密封圈沈安裝在金屬擋環(huán)23的密封槽部位；金屬擋環(huán)密封材料13安裝在金屬擋環(huán)23溝槽部位。在圖1和圖11中絕緣彈性體11頂部有三個成120°分布的凸塊，凸塊內安裝連接導體4和絕緣彈性體傳輸導線12 ；絕緣彈性體11底部與凸塊對應位置開有凹槽，以安裝本體傳輸導體25 ；絕緣彈性體11均布3個定位銷通孔。在圖1和圖12中母電接頭金屬擋環(huán)23平臺底部開有一環(huán)形凹槽，凹槽內安裝擋環(huán)27和0型密封圈觀；平臺上均布3個定位銷孔；平臺外圓周部位開有一環(huán)形凹槽，安裝金屬檔環(huán)0型密封圈沈；平臺部位開有3個凹槽，凹槽內安裝本體傳輸導體25和金屬擋環(huán)密封材料13 ；公電接頭金屬擋環(huán)22與母電接頭金屬擋環(huán)23結構相似，但公電接頭金屬擋環(huán)22沒有鉆定位銷孔和在圓周部位開環(huán)形凹槽，平臺部位的凹槽沒有封閉。在圖1、圖2和圖4動力及信號傳輸鉆桿本體由內管14、本體絕緣材料M、本體傳輸導體25和鉆桿本體1組成，內管14安裝在鉆桿本體1內部，并與鉆桿本體1同軸，在內管14和鉆桿本體1之間填充本體絕緣材料M，本體傳輸導體25包裹于本體絕緣材料M中間，內管14開有密封溝槽，槽內安裝擋環(huán)27和0型密封圈觀。在圖1中絕緣密封圈和相應的導電環(huán)在同一個表面上，公電接頭和母電接頭的接觸表面成對應的傾斜面，傾斜角度為0° -25°。
權利要求1.一種動力及信號傳輸鉆桿，是由專用鉆桿接頭、電接頭和動力及信號傳輸鉆桿本體組成，其特征在于該傳輸鉆桿的專用鉆桿接頭包含專用鉆桿公接頭( 和專用鉆桿母接頭(3)兩部分，在專用鉆桿公接頭(2)部位安裝公電接頭，在專用鉆桿母接頭(3)部位安裝母電接頭，在專用鉆桿公接頭( 與專用鉆桿母接頭(3)間連接動力及信號傳輸鉆桿本體；專用鉆桿公接頭O)與專用鉆桿母接頭(3)用螺紋連接，使公電接頭與母電接頭緊密接觸；電接頭包含公電接頭和母電接頭，公電接頭中公電接頭金屬擋環(huán)(22)、公內絕緣密封圈(21)、公內導電環(huán)(5)、公中絕緣密封圈(20)、公中導電環(huán)(6)、公外絕緣密封圈(19)、 公外導電環(huán)(7)依次套在一起，并同軸，連接導體(4)安裝在公電接頭金屬擋環(huán)02)凹槽內，連接導體(4)的上部與對應的導電環(huán)連接，下部與對應的本體傳輸導體0 連接，金屬擋環(huán)密封材料(1 安裝在公電接頭金屬擋環(huán)0 凹槽部位，母電接頭中母電接頭金屬擋環(huán)(23)、母內絕緣密封圈(18)、母內導電環(huán)(8)、母中絕緣密封圈(17)、母中導電環(huán)(9)、母外絕緣密封圈(16)、母外導電環(huán)(10)依次套在一起，并同軸，密封圈和導電環(huán)都位于母電接頭金屬擋環(huán)上部，并置于套在母電接頭金屬擋環(huán)下部的絕緣彈性體(11)上， 絕緣彈性體傳輸導線(12)安裝在絕緣彈性體(11)內，絕緣彈性體傳輸導線(12)的上部與對應的導電環(huán)連接，下部與對應的連接導體(4)連接，定位銷(1 安裝在母電接頭金屬擋環(huán)和絕緣彈性體(11)的銷孔中，金屬擋環(huán)0型密封圈06)安裝在母電接頭金屬擋環(huán) (23)的密封槽部位，金屬擋環(huán)密封材料(1 安裝在母電接頭金屬擋環(huán)溝槽部位；動力及信號傳輸鉆桿本體包括內管(14)、本體絕緣材料(M)、本體傳輸導體0 和鉆桿本體 (1)，內管(14)安裝在鉆桿本體⑴內部，并與鉆桿本體⑴同軸，在內管(14)和鉆桿本體 (1)之間填充本體絕緣材料04)，本體傳輸導體0 包裹于本體絕緣材料04)中間，內管(14)開有密封溝槽，槽內安裝擋環(huán)(XT)和O型密封圈08)。
2.根據權利要求1所述的傳輸鉆桿，其特征是專用鉆桿接頭為51/2"ra接頭基礎上改進的非標準接頭；專用鉆桿接頭中螺紋接頭臺肩倒角直徑為Df，Df為Φ 172. 8mm， 螺紋接頭內徑為Φ 101. 6mm,專用鉆桿接頭螺紋的螺紋牙型為V_0. 038R,基面中徑C為 Φ 146. 71mm,外螺紋大端大徑Dl為Φ 151. 99mm,外螺紋小端大徑Ds為Φ 130. 83mm,內螺紋大端小徑Dc為Φ 145. 8mm,擴錐孔大端直徑％為Φ 154. 06mm,專用鉆桿母接頭(3)退刀槽附近的專用鉆桿母接頭退刀槽部位(3b)內徑為Φ 118mm和專用鉆桿母接頭臺階(3a)處內徑為 Φ 116mm。
3.根據權利要求1所述的傳輸鉆桿，其特征是絕緣彈性體(11)頂部有三個成120° 分布的凸塊，凸塊內安裝連接導體(4)和絕緣彈性體傳輸導線(1 ；絕緣彈性體(11)底部與凸塊對應位置開有凹槽，以安裝本體傳輸導體05)；絕緣彈性體(11)均布3個定位銷通孔。
4.根據權利要求1所述的傳輸鉆桿，其特征是母電接頭金屬擋環(huán)平臺底部開有一環(huán)形凹槽，凹槽內安裝擋環(huán)(XT)和0型密封圈08)；平臺上均布3個定位銷孔；平臺外圓周部位開有一環(huán)形凹槽，安裝金屬擋環(huán)0型密封圈06)；平臺部位開有3個凹槽，凹槽內安裝本體傳輸導體05)和金屬擋環(huán)密封材料(13)；公電接頭金屬擋環(huán)02)與母電接頭金屬擋環(huán)03)結構相似，但公電接頭金屬擋環(huán)02)沒有鉆定位銷孔和在圓周部位開環(huán)形凹槽，平臺部位的凹槽沒有封閉。
專利摘要本實用新型涉及一種用于石油地質勘探鉆井的動力及信號傳輸鉆桿。它能實現信號的實時雙向傳輸，并能向井底傳輸強電。其技術方案是該傳輸鉆桿由專用鉆桿接頭、電接頭和動力及信號傳輸鉆桿本體組成；專用鉆桿接頭包含專用鉆桿公接頭和專用鉆桿母接頭兩部分，專用鉆桿公接頭部位安裝公電接頭，專用鉆桿母接頭部位安裝母電接頭；公電接頭和母電接頭是由導電環(huán)、絕緣密封圈、金屬擋環(huán)、連接導體、金屬擋環(huán)密封材料、絕緣彈性體和定位銷組成；在動力及信號傳輸鉆桿本體中設置有內管、本體絕緣材料、本體傳輸導體及鉆桿本體。本傳輸鉆桿具有結構簡單、成本低、效率高、壽命長等特點，用于有線實時雙向信息高速率數據傳輸與電力傳輸的鉆井中。
文檔編號E21B17/042GK201963208SQ201020566980
公開日2011年9月7日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權日2010年10月19日
發(fā)明者吳仲華, 孫浩玉, 梁政, 王智鋒, 肖仕紅, 馬清明 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院, 中國石油化工集團公司