一种双台肩导电钻杆制造技术

本发明专利技术提供了一种双台肩导电钻杆，涉及定向钻井领域，目的是提高向井下电动机输送电力的可靠性，并利用同一电力通道高速传输各种测井数据在地面和井底之间。双台肩导电钻杆由焊接有双台肩接头的传统钻杆、内管以及置于双台肩接头内部的三根电缆组成，三根电缆分别连接在由弹簧夹紧的导电棒和导电槽上。双台肩接头的设计通过钻杆提供高的扭矩传递；内管设计用于密封钻杆和内管之间的环空，并在环空中铺设三根绝缘芯线；而且，沿着钻杆的长度方向具有相同内径确保实现钻井液的最佳水力性质；在拧紧钻杆时，内置弹簧机构确保了导电装置之间可靠的连续电路；为了确保弹簧夹紧的导电棒和导电槽的精确重合，在接头的主体上形成三个划线标记。

A double shoulder conductive drill pipe

【技术实现步骤摘要】
一种双台肩导电钻杆
本专利技术涉及导向钻进领域。本专利技术涉及一种双台肩导电钻杆：在双台肩钻杆的环状空间内设置了三个导电装置，导电装置一端连接电缆线，另一端通过导电槽作为母头与用弹簧夹紧的公头相互配合实现电力传输。这一设计适用于向井下电机传输电力并且运用同一电力通道实现各种随钻测井、录井等旋转导向、地质导向等设备数据的双向高速传输。
技术介绍
从现有的技术来看，用于远传技术的有缆钻杆通常被称为“智能钻杆”。有缆钻杆远传技术可以在井底设备和地面设备之间双向实时传输大量的通讯数据。有缆钻杆的数据传输速率可以达到2,000,000比特/秒，相比之下目前广泛运用的泥浆脉冲远传技术的数据传输速率最高仅能达到12比特/秒。电磁远传技术的数据传输速率只有100比特/秒。获得的大量实时数据可以精确评估地层地质导向质量和钻进动态。有缆钻杆远传技术也可以用于欠平衡钻进技术。在欠平衡钻进中，钻井液压力低于地层空隙压力，循环介质主要有:泡沫、充气液体和气体。这些介质不仅改善了储层性质，而且也改善了井的渗透率。这种系统的另一个优点是对堵漏材料的耐受能力好。[MichaelJ,Jellison,SPE,GrandPrideco,andDavidR.Hall,IntelliServ:IntelligentDrillPipeCreatestheDrillingNetwork,SPEpaper80454,15-17April2003,pgs.1-8].有缆钻杆远传技术是一种无源通信线路，不需要从井口输送电力。它的数据传输是从一个线圈到另一个线圈，而不是直接的电缆连接。环形线圈对于螺纹接头与螺纹接头之间的数据传输非常理想，不需要对接头进行专门定位处理。因此，通过感应线圈传输数据的非接触特性允许它嵌入特殊设计的型号为“GrantPridecoXT57”的双台肩接头中。双台肩接头在实际操作中需要更高的上紧扭矩，配合光滑的接触面，可以确保良好的“金属与金属”密封。在将接头上紧时，公接头凹槽中安装的感应线圈与母接头中的另一个感应线圈足够靠近。交流电形式的载波信号通过感应线圈转化成变化的电磁场。来自发送侧线圈的电磁场在接受侧感应线圈中激发感应电流。为了减小电磁场的功率损耗，线圈经尽可能彼此靠近。铠装同轴电缆插入一个小口径的高压防护腔内，并且顺着钻杆内壁轴向传输。高压防护腔穿过钻杆管体并将两个感应线圈连接在一起。这个高压防护腔的主要用途是，在钻杆受压、弯曲、旋转时保持电缆的位置并且作为密封件防止钻井液的渗漏[Reeves,M.；Mcpherson,J.；Zaeper,R.andothers:High-speeddrillstringtelemetrynetworkenablesnewreal-timedrillingandmeasurementtechnologies,IADC/SPEpaper99134,February21-23,2006,pgs.1-6].尽管具有以上这些优点，但是有缆钻杆也存在一些问题。所有钻杆必须采用带有感应线圈和铠装同轴电缆的双台肩接头，这导致使用导向钻进的生产成本急剧上升。有了集成在钻杆中的感应副，通常称为“功率放大副”，有缆钻杆就可以使井底工具之间进行通信成为可能。每个功率放大副设备配置一个锂电池，为电子组件供电60天。功率放大副沿着钻杆柱每300-600米(1,000-2,000英尺)设置一处，以确保足够的信号强度。锂电池的受使用时间和温度的限制是该系统的另一个缺点。另外，经常遇到的问题是钻杆连接处的感应线圈损坏，增加了起下钻的操作时间。此外，需要经过特殊培训的专业人员来操作感应线圈，保持操作过程中线圈的清洁并且确保钻杆在拆卸后正确放置。实践表明，传输高速数据的有缆钻杆远传技术在钻至层位临界面，因而需要真实垂直深度的高精度水平层钻进中是有用的。[Reeves,M.E.；Payne,L.M.；Ismayilov,A.G.andothers:Intelligentdrillstringfieldtrialsdemonstratetechnologyfunctionality,IADC/SPEpaper92477,February23-25,2005,pgs.1-12].文献记载，曾有一种具有电流馈电的钻杆从井口向井底送高压电驱动井下钻头的记录。电流馈电由固定在钻杆中心的分段三芯或两芯电力电缆组成。在使用两芯电缆时，另有一根钢缆被用作第三芯。导电装置在钻杆拧紧时自动地接触连接。接触棒非常紧密地插入接触槽。接触槽的橡胶体紧密地压接电接触棒，确保连接的压力密封，防止钻井液的渗漏并形成稳定的连续电路。此外，电流馈电可用作井口与井下设备的双向数据传输，而不受井深和数据传输速率的限制。同时也可为井下传感器供电。采用电缆连接器方案的电力电缆可实现无阻碍的起下钻操作以及短期或长期的钻柱的旋转。带有电流馈电的钻杆规格有外部镦粗(EU)的直径114.3和139.7毫米(41/2“和51/2”)。钻杆由E级或D级钢制成。这一设计的缺点包括在存在钻井液的环境中在钻杆内部放置了电缆线。这使得一些钻井操作变得无法实施。例如钻柱内无法进行打捞操作，或者其他的一些在钻柱内的操作；并且它还对钻井液的流动产生额外的阻力。此外，在过高的压力和温度影响下可能会发生断电，断电会导致井下设备的通讯中断[Kalinin,A.G.:Drillingofoilandgaswells,Textbookuniversity-Moscow:CentrLitNefteGas,2008,pp.178-184].与本案最接近的技术解决方案是放置在环形空间的导电装置和安装在钻杆内部的导电设施。三块铜制的导电装置在内层杆的内径与外径之间的环状空间。此外，设计了一个细小的排空管道以备钻井液渗漏进入导电区域后将钻井液排出。固定好导电装置之后，该环状空间被硫化橡胶填充以增加结构强度。钻杆接头的连接设计基于“GrandPridecoXT-M”已经完成了两个接头的原型设计并且进行了测试。第一个原型由一个外部台肩和一个短锥头构成。在短锥头上加工出的凹槽可以放置三个导电铜环。在接头的母头上车出三个锥形槽放置三个铜环。然后，将铜导体焊接到这些环上，所有这些导电设备均安装在绝缘体上。为了防止钻井液渗入接触区，设计了四个弹性体密封件以橡胶环的形式提供密封。第二个原型也是用接头的短锥头制成的。在这端的接头里没有橡胶密封而是靠“金属对金属”台肩。第二个原型在公接头和母接头内也类似的安排三个铜环。在两个原型中，拧紧钻杆，铜环彼此连接，形成闭合电路。为了确保压力密封的螺纹连接，并为电触点提供良好的绝缘，管材涂层选用非导电特性的涂料。第一个设计的接头原型已经在5％盐水循环流体中进行过测试，测试压力为680atm(10,000psi)。结果显示，没有检测到可能影响电接触的泄漏。去除端密封后再次进行过带压测试。测试依然成功，仅仅在实验开始时电压有轻微波动，此外在拆卸接头时，在电接触区发现了个别水滴。由于双台肩接头的连接是手工上紧，没有能够提供足够的上紧扭矩，因此并没有进行针对第二种接头原型的高压测试。接头中设置的排空管道的优势在低压盐水循环过程中表现出了良好的特性。第二中接头原型还有一个优点，就是因为短锥头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双台肩导电钻杆，其特征在于，双台肩导电钻杆由焊接双台肩接头的传统钻杆、具有用来实现密封环形空间功能的带锥形套筒的内管、在封闭的环形空间内设置的三根电缆以及分别安装在双台肩接头的外侧并与电缆的缆芯连接的由弹簧夹紧的导电棒和导电槽组成，该双台肩导电钻杆通过“金属对金属”的方式密封。

【技术特征摘要】
2018.06.19 RU 20181225371.一种双台肩导电钻杆，其特征在于，双台肩导电钻杆由焊接双台肩接头的传统钻杆、具有用来实现密封环形空间功能的带锥形套筒的内管、在封闭的环形空间内设置的三根电缆以及分别安装在双台肩接头的外侧并与电缆的缆芯连接的由弹簧夹紧的导电棒和导电槽组成，该双台肩导电钻杆通过“金属对金属”的方式密封。2.根据权利要求1所述的双台肩导电钻杆，其特征在于，所述导电棒内设置有弹簧机构，使得所述导电棒紧靠在所述导电槽上，提供稳定的电路。3.根据权利要求1所述的双台肩导电钻杆，其特征在于，所述导电槽和所述导电棒设置有V型结构，从而提供了更大的接触面积从而提供更稳定的电流。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·苏卡诺夫，杨甘生，孙琦，拉曼·维施尼亚科夫，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11