CN105449592B - 一种井下仪器的线缆放线装置及放线方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种井下仪器的线缆放线装置及放线方法。该井下仪器的线缆放线装置，包括设置于井下仪器上的线缆存储腔，线缆存储腔包括：旋转轴总成，设置于线缆存储腔内，用于盘绕线缆；离合器，与旋转轴总成相连，用于控制旋转轴总成的旋转方向；集流环总成，包括相互配合的转子和定子，其中，转子与旋转轴总成上盘绕的线缆相连接；定子与井下仪器的进线端相连。因此，本发明具有以下优点：(1)随钻电缆的同步施放可以有效地保证井下钻井工具的动力供应和信息传输；(2)能够储存足够的线缆可以有效地提高井下钻探器的钻进深度，降低钻井成本；(3)先进的线缆施放方式可以有效计量井下工具的钻进深度。
Description
技术领域
本发明涉及一种线缆放线装置及放线方法，属于钻井设备领域，具体涉及一种井下仪器的线缆放线装置及放线方法。
背景技术
在石油勘探开发领域，常规勘探钻井需要使用陆地钻机或海上钻井平台，通过在钻杆内循环的泥浆或空气钻等驱动井下之钻头，达到破碎岩石的目的。该勘探方式钻井成本高，勘探风险大。为了从根本上降低勘探成本和勘探风险，挪威、美国、中国等正在研发一种崭新的超常规钻井设备，即无钻机井下自动钻探器，该钻探器可显著降低勘探钻井费用和勘探风险。
无钻机井下自动钻探器可以在地层中自动钻进，整个钻探系统包括破岩、岩屑输送、压缩、探测等部分。破岩由电动钻具驱动钻头旋转而实现，电动钻具所需的电力由地面或海底通过电缆供应，电缆随着钻探器的钻进同步敷设在井眼轨迹的岩屑中。无钻机井下自动钻探器不需要地面钻井设备，驱动钻头钻进的电机由地面电源通过电缆供给，电缆需要由钻探器本体载着，随着钻进施放。
在无钻机井下自动钻探器不断钻入地层的过程中，需要的线缆越来越长，同时，越来越长的线缆也将随着钻探器的不断深入连续敷设在地层中。事实上，如果没有持续不断的电缆供电，这种钻井设备将无法继续在地层钻进，其颠覆性的钻探方式也就失去了意义。因此，如何实现线缆的存储，如何保证这种无钻机井下自动钻探器的持续供电就摆着了我们的面前。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中所存在的井下自动钻探器电源的供给问是，提供了一种井下仪器的线缆放线装置及放线方法。该线缆放线装置及放线方法用于存储无钻机井下仪器的供电和通讯电缆，在钻井过程中同步施放，并敷设在地层中，从而可以为无钻机井下仪式器输送电力和信息，为井下仪器的持续钻入地层提供保障。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种井下仪器的线缆放线装置，包括设置于井下仪器上的线缆存储腔，所述线缆存储腔包括：
旋转轴总成，设置于所述线缆存储腔内，用于盘绕线缆；
离合器，与所述旋转轴总成相连，用于控制所述旋转轴总成的旋转方向；
集流环总成，包括相互配合的转子和定子，其中，所述转子与所述旋转轴总成上盘绕的线缆相连接；所述定子与所述井下仪器的进线端相连。
优化的，上述的一种井下仪器的线缆放线装置，所述线缆存储腔包括主轴和套于所述主轴外的外壳；其中，所述旋转轴总成通过轴承装配于主轴上，所述离合器和所述集流环总成分别装配于所述主轴上。
优化的，上述的一种井下仪器的线缆放线装置，所述线缆存储腔内靠近线缆出线口处设置有导向轮总成。
优化的，上述的一种井下仪器的线缆放线装置，所述导向轮总成包括：通过固定架安装于所述主轴上的安装架，通过支承轴安装于所述安装架上的导向轮，所述固定架上装配有导线防护环。
优化的，上述的一种井下仪器的线缆放线装置，所述线缆存储腔的线缆出线口处设置有锁紧机构，所述锁紧机构包括一个呈无尖顶圆锥体结构的防滑锁芯，所述防滑锁芯内设置有线缆通孔，所述线缆存储腔内的线缆从所述防滑锁芯直径较大的一端穿入所述线缆通孔然后从直径较小的一端穿出。
优化的，上述的一种井下仪器的线缆放线装置，所述集流环内部设置有用于计量其转子旋转圈数的传感器。
为了解决上述问题，根据本发明的另一方面，提供了一种井下仪器的线缆放线方法，包括上述任一权利要求所述的线缆放线装置，包括以下步骤：
线缆存储步骤，用于在井下仪器下井前将线缆预先盘绕存放在所述的线缆存储腔内；
线缆连接步骤，用于将线缆的一端经线缆存储腔的出线口与地面电源相连，并将线缆的另一端缠绕在旋转轴总成上后再与井下仪器的线缆输入端相连；
钻进放线步骤，用于在井下仪器在井下钻进时，利用线缆的拉力施放盘绕存放在所述线缆存储腔内的线缆。
优化的，上述的一种井下仪器的线缆放线方法，还包括：
深度探测步骤，用于通过设置于线缆存储腔内的线缆计量单元来计量施放线缆的长度，并将计量的线缆长度转换成井下仪器的深度单位，传回到地面装置。
优化的，上述的一种井下仪器的线缆放线方法，所述线缆连接步骤中，将缠绕在旋转轴总成上的线缆穿过离合器后同集流环总成的转子接线端子牢固连接，并用线卡将线缆固定在旋转轴总成上，再将集流环总成的定子的出线端与井下仪器的线缆输入端相连。
因此，本发明实现了无钻机钻探器中线缆的存储和有序施放，并具有以下优点：(1)随钻电缆的同步施放可以有效地保证井下钻井工具的动力供应和信息传输；(2)能够储存足够的线缆可以有效地提高井下钻探器的钻进深度，降低钻井成本；(3)先进的线缆施放方式可以有效计量井下工具的钻进深度。
附图说明
图1是本发明装置示意图；
图2是本发明装置的出线口导向轮剖面图；
图3是本发明装置出线口的锁紧机构结构示意图；
图4是图3中圆圈内的锁芯结构局部视图；
图5是图4的俯视图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
图中，主轴1，外壳2，旋转轴总成3，下法兰4，下端盖5，上法兰6，上端盖7，下护盖8，上护盖9，轴承10，导向轮总成11，离合器12，离合器平键13，集流环总成14，第一密封圈15，端盖平键16、第二密封圈17，第三密封圈18，防护环19，固定架20，螺钉21，安装架22，支承轴23，导向轮24，衬套25，销钉26，垫圈27，无油衬套28，线缆出线口29，线缆进线口30，防滑锁芯31，锁芯盖板32，线缆33，线缆存储腔34。
实施例：
如图1所示，一种井下仪器的线缆放线装置。该装置是无钻机井下钻探器的一部分，可以通过法兰或螺纹接口与井下钻探器连接。从图1可以看出，线缆放线装置主要包括：主轴1、外壳2、集流环总成14、离合器12、旋转轴总成3。其中：
主轴1为中空结构，中间是泥浆或岩屑通道，主轴1主要用于承载线缆放线装置的主体。
外壳2套于主轴1外，用于承受井下地层压力、并阻止外界岩屑或泥浆进入本发明装置内腔。外壳2通过上端盖7及上法兰6，下端盖5及下法兰4同中空主轴1装配在一起；并且在上端盖7和下端盖5分别布置有存储电缆的出、进线孔。
在下法兰4的上方是集流环总成14，集流环总成14可以将其转子接线端的电力或数据信号传输到其定子接线端，实现360度任意旋转而不会绕线；并且，集流环14内部有可以计量其转子旋转圈数的传感器及电路；
在集流环总成14的上方是离合器12，主要利用其单方向旋转的功能；
在离合器12的上方是旋转轴总成3，通过轴承10和护盖8、9同中空主轴1装配在一起，旋转轴总成3跟离合器12连在一起，只可以单方向旋转；该旋转轴总成3主要用来盘绕电缆，电缆一圈一圈叠层缠绕在旋转轴总成3上，通过正反转动可以实现收放电缆；在旋转轴总成3的上方是导向轮总成11，导向轮总成11的详细结构示意图可参见图2；
电缆的出线口在上端盖7上，出线口有锁紧机构，可以保证本发明装置放线时电缆只能出而不能进，具体的电缆锁紧机构参见图3。
本发明装置主要用于无钻机井下钻探器系统中，为无钻机井下钻探器存储线缆，并在钻进时同步施放出电缆。参见图1描述本发明装置的装配过程如下：
(1)在主轴1上依次安装集流环总成14，用销键固定，安装离合器12，用平键固定；
(2)在中空主轴1上依次安装旋转轴总成3的下护盖8，轴承10，旋转轴总成3和上护盖9，并全部固定；
(3)将集流环总成14、离合器12和旋转轴总成3三部分固定；
(4)将电缆穿过离合器12，同集流环总成14的转子接线端子牢固连接，并用线卡将电缆固定在旋转轴总成3上；
(5)将所要存储的电缆按照顺序，一圈一圈叠层缠绕在旋转轴总成3上；
(6)装配导向轮总成11；
(7)装配本发明装置的下端盖5及下法兰4，并用平键16将它们同主轴1锁死，然后从集流环总成14的定子引出电缆至下进线口30；
(8)将已经盘绕在旋转轴3上的电缆接头经过导向轮11的线槽，依次装配本发明装置的外壳2和上法兰6，并用平键13锁死；
(9)将电缆从导向轮11上抽出，穿过上端盖7的出线口29，然后将上端盖7同上法兰6和中空主轴1锁死；
(10)装配完毕。
本发明的线缆放线装置中，导向轮总成11的结构如图2所示。导向轮总成11安装在本发明装置的出线口处，用于给电缆抽线导向，可随着电缆拉力方向自由调整，导向轮总成11增大抽线力的横向力臂，使放线时的抽线阻力减小。导向轮总成11主要包括：将导向轮24的安装架22固定在中空主轴1的固定架20、支撑导向轮24的支承轴23、其中，安装架22通过螺钉21与固定架20装配，支承轴23装配在安装架22上由销钉26锁死，导向轮24与支承轴23之间装有衬套25；固定架20上还通过螺钉连接有防护环19，主要用来防止缠绕在旋转轴总成3上的电缆过松而脱落。
图3-5是本发明装置在电缆出线口设置的锁紧机构示意图。电缆出线口设置在本发明装置的最上端，在放线的过程中，线缆最好始终处于绷直状态，如果松弛的话，受线缆重力影响，松弛电缆倒入电缆仓，导致后续电缆无法正常施放。为了解决该问题，特意在线缆出线口处设计了图3-5所示的锁紧机构。锁紧机构主要包括：防滑锁芯31，锁芯盖板32。其中，防滑锁芯31由橡胶制成，一头大一头小，类似一个没有尖顶的圆锥体，中间有通孔可穿过线缆；防滑锁芯31安装在电缆出线口的喇叭口处，由锁芯盖板32定位压实；
电缆放线过程中，电缆只可以通过锁芯31中孔向外移动，如果外部线缆松弛，受重力作用，松弛的电缆向下移动，线缆跟锁芯31之间的摩擦力突然增大，导致锁芯在喇叭口处锁紧电缆，最终达到防止线缆向下滑动的目的。
本发明主要用在无钻机井下仪器中，用于存储供电和通信的线缆，并随着井下钻探器的钻进持续施放出电缆。
采用上述结构后，利用本实施例的线缆放线装置进放线操作的步骤如下：
线缆存储步骤，用于在井下仪器下井前将线缆预先盘绕存放在所述的线缆存储腔内；
线缆连接步骤，用于将线缆的一端经线缆存储腔的出线口与地面电源相连，并将线缆的另一端缠绕在旋转轴总成上，然将缠绕在旋转轴总成上的线缆穿过离合器后同集流环总成的转子接线端子牢固连接，并用线卡将线缆固定在旋转轴总成上，再将集流环总成的定子的出线端与井下仪器的线缆输入端相连。
钻进放线步骤，用于在井下仪器在井下钻进时，利用线缆的拉力施放盘绕存放在所述线缆存储腔内的线缆。
深度探测步骤，用于通过设置于线缆存储腔内的线缆计量单元来计量施放线缆的长度，并将计量的线缆长度转换成井下仪器的深度单位，传回到地面装置。
本发明所存放的供电通讯电缆，可以为井下工具供电，并实现井下与地面的数据通讯，通过电缆的双向数据传输，数据传输量大、质量高、速率快，更有利于及时发现油气，提高探井成功率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了主轴1，外壳2，旋转轴总成3，下法兰4，下端盖5，上法兰6，上端盖7，下护盖8，上护盖9，轴承10，导向轮总成11，离合器12，离合器平键13，集流环总成14，第一密封圈15，端盖平键16、第二密封圈17，第三密封圈18，防护环19，固定架20，螺钉21，安装架22，支承轴23，导向轮24，衬套25，销钉26，垫圈27，无油衬套28，线缆出线口29，线缆进线口30，防滑锁芯31，锁芯盖板32，线缆33，线缆存储腔34等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (7)
1.一种井下仪器的线缆放线装置，包括设置于井下仪器上的线缆存储腔(34)，其特征在于，所述线缆存储腔(34)包括：
旋转轴总成(3)，设置于所述线缆存储腔(34)内，用于盘绕线缆；
离合器(12)，与所述旋转轴总成(3)相连，用于控制所述旋转轴总成(3)的旋转方向；
集流环总成(14)，包括相互配合的转子和定子，其中，所述转子与所述旋转轴总成(3)上盘绕的线缆相连接；所述定子与所述井下仪器的进线端相连；
所述线缆存储腔(34)内靠近线缆出线口处设置有导向轮总成(11)；
所述导向轮总成(11)包括：通过固定架(20)安装于主轴(1)上的安装架(22)，通过支承轴(23)安装于所述安装架(22)上的导向轮(24)，所述固定架(20)上装配有导线防护环(19)。
2.根据权利要求1所述的一种井下仪器的线缆放线装置，其特征在于，所述线缆存储腔(34)包括主轴(1)和套于所述主轴(1)外的外壳(2)；其中，所述旋转轴总成(3)通过轴承(10)装配于主轴(1)上，所述离合器(12)和所述集流环总成(14)分别装配于所述主轴(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种井下仪器的线缆放线装置，其特征在于，所述线缆存储腔(34)的线缆出线口处(29)设置有锁紧机构，所述锁紧机构包括一个呈无尖顶圆锥体结构的防滑锁芯(31)，所述防滑锁芯(31)内设置有线缆通孔，所述线缆存储腔(34)内的线缆从所述防滑锁芯(31)直径较大的一端穿入所述线缆通孔然后从直径较小的一端穿出。
4.根据权利要求1所述的一种井下仪器的线缆放线装置，其特征在于，所述集流环总成(14)内部设置有用于计量其转子旋转圈数的传感器。
5.一种井下仪器的线缆放线方法，包括上述任一权利要求所述的线缆放线装置，其特征在于，包括以下步骤：
线缆存储步骤，用于在井下仪器下井前将线缆预先盘绕存放在所述的线缆存储腔内；
线缆连接步骤，用于将线缆的一端经线缆存储腔的出线口与地面电源相连，并将线缆的另一端缠绕在旋转轴总成上后再与井下仪器的线缆输入端相连；
钻进放线步骤，用于在井下仪器在井下钻进时，利用线缆的拉力施放盘绕存放在所述线缆存储腔内的线缆。
6.根据权利要求5所述的一种井下仪器的线缆放线方法，其特征在于，还包括：
深度探测步骤，用于通过设置于线缆存储腔内的线缆计量单元来计量施放线缆的长度，并将计量的线缆长度转换成井下仪器的深度单位，传回到地面装置。
7.根据权利要求5所述的一种井下仪器的线缆放线方法，其特征在于，所述线缆连接步骤中，将缠绕在旋转轴总成上的线缆穿过离合器后同集流环总成的转子接线端子牢固连接，并用线卡将线缆固定在旋转轴总成上，再将集流环总成的定子的出线端与井下仪器的线缆输入端相连。
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Legal Events
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170704 Termination date: 20211127 |