[发明专利]智能钻杆补偿式电接头

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种用于智能钻井中既能建立有线实时双向闭环信息高速率数据传输通道，又能向井下输送电能的智能钻杆补偿式电接头。

背景技术

所谓智能钻井就是指既能建立有线实时双向闭环信息高速率数据传输通道，又能向井下输送电能的钻井方式。要实现智能钻井，必须解决钻杆接头间的电流流通问题。为此，必须设计一个电接头，要求电接头在有限的空间内，在高温高压且有导电作用的钻井液中工作，且实现电流的零泄漏。

早在20世纪30年代末，Crites et al.进行了电力钻井的结构设计，但没有得到应用。20世纪40年代，前苏联开始了智能钻杆的研究，并成功研制出了井下电钻，目前仍在使用，到1997年用电钻具钻井3200口，进尺达6，422，421km。但由于其电插头可靠性差，往往钻进1000m左右接头就因磨损而失效，且接头占用内径空间大，极大地增大了钻井液循环压耗。所以，该结构没有得到有效的推广。21世纪初，美国GrantPrideco公司与多家公司联合攻关，研制成功了57/8″的对接式接头的6芯智能钻杆等管体产品，拥有一些专利。不过，目前正在进行样机下井实验。国内相关石油高校与研究院所也开展了智能钻井技术方面的部分研究工作，但是，从公开发表的文章与申请的专利来看，还没有关于电接头结构设计方面的成果。

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钻井液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沽作用，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。其缺陷是每个接头处的连接器占用了钻杆内径较大空间，使每个接头部位钻井液流通面积急剧变小，钻井液循环压耗远远大于普通钻柱的压耗。其典型结构就是前苏联的电钻具。

(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，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)，是美国GRANT公司的专利产品结构。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一金属密封，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-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，几乎不减少接头内径。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，通用性不好；且接触面磨损后，没有自动补偿的功能，接触面间没有接触压力，自洁效果也不明显，因此寿命短。

根据以上分析，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，让智能钻井能够得到推广应用。

发明内容

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，本发明提供一种智能钻杆补偿式电接头，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，从而增加钻杆电接头的使用寿命和密封性能。