CN104662256A - 借助钻杆进行数据传输的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻杆通信组件。钻杆通信组件包括第一钻杆和绝缘管，绝缘管设置在第一钻杆中且一般与第一钻杆同心。凸插入件设置在第一钻杆的第一端内，而凹插入件设置在第一钻杆的第二端内。导体与凸插入件和凹插入件电联接。导体沿着第一钻杆的长度延伸。导体便于将电子信号从钻杆的第一端传输到第一钻杆的第二端。

Description

借助钻杆进行数据传输的方法和系统

相关申请的交叉应用

本申请要求享有2012年5月9日提交的美国临时专利申请第61/644896号的优先权，该专利申请的全部公开内容出于任何目的通过引用并入本文。

背景技术

技术领域

本发明大体上涉及钻探和采矿操作，更特别地，但非为了限制，涉及钻杆，其具有嵌入其中用于数据传输的绝缘导体。

现有技术

通过定向钻探(有时候被称为“倾斜钻探”)钻探非竖直井的操作在能源和采矿业中变得非常常见。定向钻探比起垂直钻探来说露出地下油层的更大部分，并允许多个地下位置可以从单个钻探位置达到，从而减少了与操作多个钻探机相关的成本。此外，定向钻探通常允许通向难以或者不可能形成竖直通道的地层，例如，比如，居住区下方定位的形成层或者水体或者其他天然障碍物下方定位的形成层。

尽管定向钻探具有很多优点，与完成井相关的高成本常常作为定向钻探最大的缺陷被提及。这是因为，由于必要的数据获取步骤，定向钻探常常比竖直钻探慢很多。数据获取需要井下工具和地面设备之间存在电连接。在钻杆中嵌入导电体加速了与定向钻探有关的数据获取，并降低了与定向钻探相关的整体成本。

发明内容

本发明大体上涉及钻探和采矿操作，且更特别地，但非为了限制，涉及钻杆，其具有嵌入其中用于数据传输的绝缘导体。在一个方面，本发明涉及钻杆通信组件。钻杆通信组件包括第一钻杆以及通常与第一钻杆同心且设置在其中的绝缘管。凸插入件设置在第一钻杆的第一端内，而凹插入件设置在第一钻杆的第二端内。导体与凸插入件和凹插入件电联接。导体沿着第一钻杆的长度延伸。导体便于将电子信号从第一钻杆的第一端传输到第一钻杆的第二端。

在另一个方面，本发明涉及安装钻杆通信组件的方法。该方法包括将凹插入件插入到钻杆的第一端，并将绝缘管插入到钻杆的第二端。该方法进一步包括将凸插入件插入到钻杆的第二端。导体与凹插入件和凸插入件电联接。借由该导体将电子信号从钻杆的第一端传输到钻杆的第二端。

附图说明

为了更完全地理解本发明，以及本发明的其他的目的和优点，现在可能需要结合附图并参考下方的说明，其中：

图1为根据示例性实施方式的钻杆通信组件的透视图；

图2A为根据示例性实施方式的凸插入件的透视图；

图2B为图2A中凸插入件的透视图，其中根据示例性实施方式绝缘环被示为透明的；

图3A为根据示例性实施方式的凹插入件的透视图；

图3B为图3A中凹插入件的透视图，其中根据示例性实施方式的绝缘环被示为透明的；

图4A为根据示例性实施方式的沿着图1的钻杆通信组件的线A-A的截面图；

图4B为根据示例性实施方式的沿着图4A的钻杆通信组件的线B-B的截面图；

图5A为图3A中凹插入件的分解透视图，示出了根据示例性实施方式的具有钻杆的组件；

图5B为绝缘管的分解透视图，示出了根据示例性实施方式的具有钻杆的组件；

图5C为图2A中凸插入件的分解透视图，示出了根据示例性实施方式的具有钻杆的组件；

图6为根据示例性实施方式在两相邻钻杆之间的连接件的截面图；以及

图7为根据示例性实施方式的用于安装图1中钻杆通信组件方法的流程图。

具体实施方式

本发明的各个实施方式现在将更全面地参考附图进行描述。然而，本发明可以很多不同的方式实施，且不应被示为对本文中所述的实施方式进行限制。

图1为钻杆在通信组件100的透视图。在典型的实施方式中，钻杆通信组件100被设置在钻杆402(在图4A中示出)之中。绝缘管104被设置在钻杆402之中。在典型的实施方式中，绝缘管104由非导电材料制成，例如，比如，ABS塑料、碳纤维、陶瓷或者其他适宜材料。凸插入件106邻接第一端200，而凹插入件108邻接绝缘管的第二端300。在典型的实施方式中，例如，钻杆由钢或者其他适宜材料构成。槽110形成在绝缘管104的外表面中，且通常平行于绝缘管104的长度而定向。导体112设置在槽110之中，且电联接到凸插入件106和凹插入件108。在典型的实施方式中，例如，导体112是同轴电缆。然而，在其他实施方式中，利用本发明原理的钻杆通信组件可包括导体，例如，比如，微带、扁状线缆或带状线缆、以太网电缆、光纤电缆、横向电磁传输线缆，例如，比如，带状线、或者由设计需求指定的其他适宜导体。

图2A为凸插入件106的透视图。图2B为凸插入件106的透视图，其中第一绝缘环和第二绝缘环被显示为透明的。参考图2A和2B，在典型的实施方式中，凸插入件106可操作地与凹插入件108(在图1中示出)联接，凹插入件108与和相邻钻杆(未示出)相关。凸插入件包括主体202、绕着主体202的一部分的第一绝缘环204、绕着主体202的一部分的并定位成与第一绝缘环204相邻的第二绝缘环210以及设置为穿过第一绝缘环204的销206。在典型的实施方式中，例如，比如，主体202由不锈钢材料构成；然而，在其他实施方式中，可以使用其他材料。榫头205在主体202中形成，且第一绝缘环204和第二绝缘环210绕着榫头205的圆周设置。在典型的实施方式中，销206电联接到导体112，并由导电材料(例如，比如，铜、铝或其他适宜材料)构成。如图2B所示，弹簧208设置在销206和第二绝缘环210之间的绝缘环204之中。在典型的实施方式中，弹簧208在前进方向上偏压销206，以便于凸插入件106和凹插入件108(在图1中示出)之间的电接触，凹插入件108与相邻钻杆(未示出)相关。在典型的实施方式中，导体112、销206和凹导体环306(在图3A-3B中示出)形成了能够传输凸插入件106和凹插入件108之间电信号形式的数据的连续线缆。

图3A为凹插入件108的透视图。图3B为凹插入件108的透视图，其中绝缘环被示为透明的。在典型的实施方式中，例如，凹插入件108可操作为与相邻钻杆(未示出)的凸插入件106(在图1中示出)联接。凹插入件108包括主体302、绕着主体302设置的绝缘环304、以及凹导体环306。在典型的实施方式中，例如，比如，主体302由不锈钢材料构成；然而，在其他实施方式中，可以利用其他材料。榫头305在主体302中形成，且绝缘环304绕着榫头305的圆周设置。在典型的实施方式中，凹导体环306由导电材料(例如，比如，铜、铝、或其他适宜材料)构成。凹导体环306设置在形成于绝缘环304外表面中的槽308之中。在典型的实施方式中，槽308形成轨道，其容纳与相邻钻杆(未示出)的凸插入件106(在图1中示出)相关的销(未示出)。槽308便于相邻钻杆的销206和凹导体环306之间的接触。如图3B中所示，凹导体环306与导体112电联接。因此，销206、凹导体环306以及导体112的组合例如允许将电子信号从凸插入件106传输到凹插入件108。

图4A为沿着钻杆通信组件100的线A-A的截面图。图4B为沿着钻杆通信组件100的线B-B的截面图。参考图4A-4B，绝缘管104容纳在钻杆402之中，且大体上与钻杆402同心。中心空间401在绝缘管104的内部之中形成。中心空间401允许通过钻杆通信组件100来传输流体、工具、和其他物品。绝缘管104使得导体112与在中央空间401之中存在的材料绝缘。因此，钻杆通信组件100允许例如与工具深度和遥测相关的数据通过导体112传输，而不会堵塞中心空间401或者另外减少中心空间401的大小。

仍然参考图4A和4B，凸插入件106被插入到钻杆402的凹端403，而凹插入件108插入到钻杆402的凸端405。凸插入件106邻接绝缘管104的第一端200(在图1中示出)，而凹插入件108邻接绝缘管104的第二端300(在图1中示出)。导体112与凸插入件106和凹插入件108二者都电联接。导体112穿过凸插入件106和凹插入件108之间的绝缘管104的长度。第一压垫圈404设置在凸插入件106的主体202中。第一压垫圈404绕着导体112设置。在典型的实施方式中，第一压垫圈404防止例如水或者钻探液渗入凸插入件106之中。第二压垫圈406设置在凹插入件108的主体302中。第二压垫圈406绕着导体112设置。在典型的实施方式中，第二压垫圈406防止例如水或者钻探液渗入凹插入件108之中。

仍然参考图4A-4B，第一密封件408绕着钻杆402的内圆周靠近凹插入件108设置。在典型的实施方式中，第一密封件408包括单个O形环；然而，在替换的实施方式中，第一密封件408可以包括两个O形环、密封垫、或者由设计需求指定的其他密封装置。在操作期间，第一密封件408防止例如流体和其他污染物渗入到钻杆402含有凹插入件108的区域中。第二密封件410绕着钻杆402的内圆周靠近凸插入件106设置。在典型的实施方式中，第二密封件410包括单个O形环；然而，在替换的实施方式中，第二密封件410可包括两个O形环、密封垫、或者由设计需求指定的其他密封装置。在操作期间，第二密封件410防止例如流体和其他污染物渗入到钻杆402含有凸插入件106的区域中。第三密封件412绕着凹插入件108的内圆周设置。在典型的实施方式中，第三密封环412包括两个O形环；然而，在其他实施方式中，第三密封件412可包括单个O形环或者由设计需求指定的其他密封装置。在操作期间，第三密封件412坐落在凸插入件106圆周表面上，并防止例如流体和其他污染渗入到钻杆402中含有凸插入件106和凹插入件108之间接合处的区域。

图5A为凹插入件108的分解透视图，示出了具有钻杆402的组件。图5B为绝缘管104的分解透视图，示出了具有钻杆402的组件。图5C为凸插入件106的分解透视图，示出了具有钻杆402的组件。如将在图5A-5C中所示那样，钻杆通信组件100可结合现有的钻杆使用。因此，钻杆通信组件100允许加装到之前的无线钻杆上，以允许数据传输。

如图5A所示，凹插入件108插入到钻杆402的凸端405。凹插入件108通过第一紧固件502或者压配合被保持在钻杆402中的适当位置。在典型的实施方式中，例如，第一紧固件502为固定螺钉；然而在其他实施方式中，例如，紧固件502可为销、铆钉、或者可由设计需求指定的任意其他适宜紧固件。如图5B中所示，绝缘管104被插入到钻杆402的凹端403。如上文所述，槽110在绝缘管104中形成，槽110具有设置在其中的导体112。导体112电联接到凹插入件108。在典型的实施方式中，绝缘管104的插入在插入凹插入件108之后发生。如图5C中所示，凸插入件106被插入到钻杆402的凹端403中。凸插入件106借由第二紧固件504或压配合保持到钻杆402之中的适当位置。在典型的实施方式中，例如，第二紧固件504为固定螺钉；然而，在其他实施方式中，例如，第二紧固件504可为销、铆钉、或者可由设计需求指定的任意其他适宜紧固件。

例如，图6为钻杆402的凹端403和相邻钻杆602的凸端604之间接合处的截面图。如图6中所示，例如凸端604包括凸螺纹606，而凹端403例如包括凹螺纹608。凸插入件106设置在凹端403而凹插入件108设置在凸端604。基于凸螺纹606和凹螺纹608的接合，销206接合到设置在槽308之中的凹导体环306，因而便于钻杆402和相邻钻杆602之间的电连接。这种电连接允许例如测量、遥测和由井下工具(例如地面仪器)获得的其他数据的传输。

钻杆通信组件100的优点对本领域技术人员来说将是显而易见的。首先，钻杆通信组件100提供了通过导体112、销206和凹导体环306将电子信号从例如井下工具传输到地面钻探设备的连续线缆。其次，钻杆通信组件100允许流体、工具和其他物品穿过中心空间401。第三，绝缘管104包括导体112、销206和凹导体环306，绝缘管104可在钻杆402制造过程期间组装，或者钻杆制造之后组装。在这个意义上说，钻杆通信组件100允许对现有的钻杆402进行安装或者加装。

图7为安装钻杆通信组件100的方法700的流程图。该方法700在步骤702处开始。在步骤704，对凹导体环108进行组装并将其联接到导体112。在步骤706，对凹插入件108进行定位，并将其固定到钻杆402的凸端405。在步骤708，将绝缘管104插入到钻杆402的凹端403中。在步骤710，对凸插入件106进行组装并联接到导体112上。在步骤712，对凸插入件进行定位并将其固定到钻杆402的凹端403。该方法在步骤714结束。

尽管本发明的方法和系统的各个实施方式已经在附图中示出并前述说明中描述，将理解的是，本发明不限于所公开的实施方式，但是能够在不脱离如本文中所述的本发明的精神及范围的情况下具有很多重新设置、改进和替代。意思是：说明和实例应当仅被理解为示例性的。

Claims (20)

1.钻杆通信组件，包括：

第一钻杆；

绝缘管，设置在第一钻杆中并大体上与第一钻杆同心；

凸插入件，设置在第一钻杆的第一端；

凹插入件，设置在第一钻杆的第二端；

导体，电联接到凸插入件和凹插入件，导体沿着第一钻杆的长度延伸；以及

其中导体便于将电子信号从第一钻杆的第一端传输到第一钻杆的第二端。

2.根据权利要求1所述的钻杆通信组件，其中凸插入件包括：

主体；

第一绝缘环，绕着主体设置；

第二绝缘环，绕着主体设置；及

销，穿过绝缘环设置，该销电联接到导体。

3.根据权利要求2所述的钻杆通信组件，其中包括设置在销和第二绝缘环之间的弹簧。

4.根据权利要求3所述的钻杆通信组件，其中销被弹簧偏压为与和第二个相邻钻杆相关的凹导体环电接合。

5.根据权利要求1所述的钻杆通信组件，其中凹插入件包括：

主体；

绝缘环，绕着主体设置；及

凹导体环，设置在形成于绝缘环之中的槽中，该凹导体环电联接到导体。

6.根据权利要求5所述的钻杆通信组件，其中槽和凹导体环形成了凹陷的轨道。

7.根据权力能要求6所述的钻杆通信组件，其中槽便于与第二相邻钻杆的凸插入件电连接。

8.根据权利要求1所述的钻杆通信组件，其中：

钻杆的第一端为凹端，以及

钻杆的第二端为凸端。

9.根据权利要求1所述的钻杆通信组件，其中导体为同轴电缆、微带、扁状线缆、带状线缆、以太网电缆、光纤电缆以及横向电磁传输线缆中的至少一者。

10.根据权利要求1所述的钻杆通信组件，其中导体设置在形成于绝缘管表面上的槽中。

11.根据权利要求1所述的钻杆通信组件，其中凸插入件、凹插入件、导体和绝缘环可用于加装现有的钻杆。

12.一种安装钻杆通信组件的方法，该方法包括：

将凹插入件插入到钻杆的第一端；

将绝缘管插入到钻杆的第二端；

将凸插入件插入到钻杆的第二端；

将导体电联接到凹插入件和凸插入件；以及

通过导体将电子信号从钻杆的第一端传输到钻杆的第二端。

13.根据权利要求12所述的方法，其中第一端为凸端，而第二端为凹端。

14.根据权利要求12所述的方法，其中导体设置在形成于绝缘管中的槽中。

15.根据权利要求12所述的方法，其中包括将凹插入件固定在钻杆的第一端内。

16.根据权利要求12所述的方法，其中包括将凸插入件固定在钻杆的第二端内。

17.根据权利要求12所述的方法，其中包括借助弹簧将与凸插入件相关的销偏压成与凹导体环电接合，凹导体环与第二钻杆相关。

18.根据权利要求17所述的方法，其中凹导体环设置在槽中。

19.根据权利要求12所述的方法，其中钻杆为现有的钻杆。

20.根据权利要求19所述的方法，其中包括加装现有钻杆。