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CN107546487B - 一种高强度绝缘天线耦合组件 - Google Patents

一种高强度绝缘天线耦合组件 Download PDF

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CN107546487B CN201610497398.3A CN201610497398A CN107546487B CN 107546487 B CN107546487 B CN 107546487B CN 201610497398 A CN201610497398 A CN 201610497398A CN 107546487 B CN107546487 B CN 107546487B
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王立双
杨春国
高炳堂
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China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
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Abstract

本发明提供了一种高强度绝缘天线耦合组件，属于石油、矿山、地质勘探领域。该高强度绝缘天线耦合组件包括依次连接的上端电连接点、绝缘接头和下端电连接点；所述上端电连接点包括上导电螺钉、上配合接头和上端导线；所述上导电螺钉通过螺纹安装在上配合接头的一个端面上，上配合接头的另一端通过螺纹与绝缘接头的一端连接；所述下端电连接点包括下配合接头、下导电螺钉和下端导线；所述下导电螺钉通过螺纹安装在下配合接头的一个端面上，下配合接头的另一端通过螺纹与绝缘接头的另一端连接；所述上配合接头、绝缘接头和下配合接头内部均开有通孔。

Description

一种高强度绝缘天线耦合组件
技术领域
本发明属于石油、矿山、地质勘探领域，具体涉及一种高强度绝缘天线耦合组件，属于随钻测量系统的井下装置，是电磁波式随钻测量仪(EM-MWD)信号发射的载体。
背景技术
在定向井作业过程中，当钻井液中充气或者采用泡沫、空气钻井时，MWD将无法正常工作，而电磁波随钻测量仪(EM-MWD)的优势在于对传输介质的非依赖性。EM-MWD井下信号的发射以绝缘耦合组件为载体，两路信号施加于绝缘耦合组件两端，构成偶极天线系统。目前绝缘耦合组件多采用复合绝缘材料隔离金属的方式，如图1所示，图中上端电连接点12、下端电连接点13分别为绝缘耦合组件的上下接触点，上端电连接点12处由锁紧螺母1、上配合接头3、导电铜棒7、上端导线8组成，上端导线8与导电铜棒7通过焊接实现电导通，导电铜棒7与锁紧螺母1通过螺纹连接，由于金属接触而实现电导通，上配合接头3与锁紧螺母1是端面压紧接触实现电导通。上端电通道是由EM发射机发射的一路信号通过电连接器传至上端导线8，然后由上端导线8至导电铜棒7至锁紧螺母1至上配合接头3，从而将此路电信号传导至上端壳体。下端电连接点13处由延伸接头9、导电螺钉10、下端导线11组成，下端导线11下端焊有导电垫片，导电垫片与导电螺钉10之间同样通过压紧接触实现电导通，导电螺钉10与延伸接头9之间通过螺纹连接，由于金属接触而实现电导通。下端电通道是由EM发射机发射的另一路信号通过电连接器传至下端导线11，然后由下端导线11至导电螺钉10至延伸接头9，从而将此路电信号传导至下端壳体。
绝缘杆2为非金属材料(PEEK)，具有电绝缘性，上下壳体之间由绝缘杆2实现电气隔离。电绝缘的关键在于导电铜棒7与下配合接头4之间的隔离，一旦.锁紧螺母6与下配合接头4之间导通，则两极短路。锁紧螺母6与下配合接头4之间通过绝缘垫片5实现电气隔离，绝缘垫片5是由非金属材料(PEEK)加工而成，具备电气绝缘性。
由于绝缘杆2为非金属材料，导电铜棒7为刚性差的导电铜棒，绝缘组件容易发生疲劳弯曲。而且两端均由螺母锁紧，当井下应用超过一定时间后，由于井下振动，螺母会有所松动。一旦螺母松动，整个仪器串的自重及泥浆的冲击力将由绝缘杆2与上配合接头3,下配合接头4与上配合接头3之间的连接螺纹承担，由于上配合接头3为非金属材质，强度低，很容易发生此处螺纹断裂，而造成仪器损坏。绝缘垫片5也为非金属材质，容易塑性变形，当发生疲劳变形后，同样会造成上述问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种高强度绝缘天线耦合组件，以适应井下高压、高振动的恶劣环境，同时相比现有技术能够大幅提高使用寿命，降低经济成本及定向水平井施工风险。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高强度绝缘天线耦合组件，包括依次连接的上端电连接点、绝缘接头和下端电连接点；
所述上端电连接点包括上导电螺钉、上配合接头和上端导线；
所述上导电螺钉通过螺纹安装在上配合接头的一个端面上，上配合接头的另一端通过螺纹与绝缘接头的一端连接；
所述下端电连接点包括下配合接头、下导电螺钉和下端导线；
所述下导电螺钉通过螺纹安装在下配合接头的一个端面上，下配合接头的另一端通过螺纹与绝缘接头的另一端连接；
所述上配合接头、绝缘接头和下配合接头内部均开有通孔；
所述上端导线的一端与上导电螺钉连接，另一端依次穿过上配合接头、绝缘接头和下配合接头内部的通孔后与接插件的一芯连接；下端导线的一端与下导电螺钉连接，另一端与接插件的另一芯连接；外部通过接插件供电后，外部电压全部施加在两个电连接点两端，构成绝缘耦合天线。
所述绝缘接头的本体采用无磁金属材质制成，在本体两端的外表面上设有连接螺纹，两端的连接螺纹段的直径均小于本体中段的直径；
在本体的外表面以及连接螺纹的外表面均喷涂覆盖有绝缘陶瓷涂层。
所述绝缘接头的一端插入到上配合接头内，并通过该端的连接螺纹与上配合接头连接；
所述绝缘接头的另一端插入到下配合接头内，并通过该端的连接螺纹与下配合接头连接。
在所述上端导线的上端焊有金属垫片，其与上导电螺钉通过压紧接触实现电导通。
在所述下端导线的上端焊有金属垫片，其与下导电螺钉通过压紧接触而实现电导通。
所述上配合接头和下配合接头均为金属材质，所述上导电螺钉与上配合接头通过金属螺纹连接实现电导通；所述下配合接头与下导电螺钉通过金属螺纹连接实现电导通。
所述上配合接头的另一端与上端壳体连接；由EM发射机发射的一路信号传至上端导线，然后由上端导线传至上导电螺钉，再由上导电螺钉传至上配合接头，从而将此路电信号传导至上端壳体。
所述下配合接头的另一端与下端壳体连接；由EM发射机发射的另一路信号传至下端导线，然后由下端导线传至下导电螺钉，再由下导电螺钉传至上端导线，从而将此路电信号传导至下端壳体。
所述高强度绝缘耦合组件位于电磁波随钻测量仪仪器串的上端，与绝缘天线共同构成非对称偶极天线系统，是电磁波信号从井下发射至地面的载体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该装置位于电磁波仪器串上端，使电磁波仪器上下端实现电气隔离，从而构造非对称偶极子天线系统。该组件抗扭性高，抗拉强度高，使用寿命长，对定向水平井安全高效施工具有重大的积极意义。
附图说明
图1为现有绝缘耦合组件结构示意图；
图2为本发明绝缘耦合组件结构示意图。
附图标号如下：1.锁紧螺母 2.绝缘杆 3.上配合接头 4.下配合接头 5.绝缘垫片6.锁紧螺母 7.导电铜棒 8.上端导线 9.延伸接头 10.导电螺钉 11.下端导线 12.上端电连接点 13.下端电连接点，14.导电螺钉 15.上配合接头 16.绝缘接头 17.下配合接头18.上端导线 19.导电螺钉 20.下端导线 21.上端电连接点 22.下端电连接点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明是一种高强度的绝缘耦合组件，绝缘接头本体采用无磁金属材质，表面以非金属涂层(陶瓷)实现与外部绝缘。这种组件既具备陶瓷的高阻抗性，又具备金属的高机械强度。
本发明的结构如图2所示：
图2中上端电连接点21、下端电连接点22分别为绝缘耦合组件的上下接触点，上端电连接点21处由上导电螺钉14、上配合接头15、上端导线18组成，上端导线18上端焊有金属垫片，与上导电螺钉14通过压紧接触而实现电导通，上导电螺钉14与上配合接头15通过金属螺纹连接实现电导通，上端电通道是由EM发射机发射的一路信号传至上端导线18，然后由上端导线18至上导电螺钉14至上配合接头15，从而将此路电信号传导至上端壳体。下端电连接点22处由下配合接头17、下导电螺钉19、下端导线20组成，下端导线20上端焊有金属垫片，与下导电螺钉19通过压紧接触而实现电导通，下配合接头17与下导电螺钉19通过金属螺纹连接实现电导通，下端电通道是由EM发射机发射的另一路信号传至下端导线20，然后由下端导线20至下导电螺钉19至上端导线18(下端导线20与上端导线18是相互绝缘的，下端导线20与上端导线18共同连接在端面的接插件上(接插件为2芯结构，两芯之间绝缘隔离)，当接插件与外部连接，21作为一极，22作为另一极，供电后，21与22之间相互绝缘。)，从而将此路电信号传导至下端壳体。绝缘接头16的本体是无磁金属材质，整体(包括连接螺纹)喷涂覆绝缘陶瓷涂层，利用陶瓷的电绝缘性将组件上下两端电气隔离。仪器自重及泥浆的冲击力由上配合接头15与绝缘接头16,绝缘接头16与下配合接头17之间的连接螺纹承担，由于螺纹牙均为金属材质、，故不足以导致塑性变形。由于本体的高机械强度，仪器串在承受挠性弯曲时，组件也不会发生疲劳弯曲。
本发明高强度绝缘耦合组件位于电磁波随钻测量仪(EM-MWD)仪器串上端，与绝缘天线(GAP SUB)共同构造非对称偶极天线系统，是电磁波信号从井下发射至地面的载体。本发明主要由上配合接头、绝缘接头、下配合接头及相关配件组成。该装置抗扭性高，抗拉强度高，使用寿命长，而且结构简单、可靠性高，在国内现有技术水平和加工工艺下容易实现，经现场应用证明，使用效果良好。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (8)

1.一种高强度绝缘天线耦合组件，其特征在于：所述高强度绝缘天线耦合组件包括依次连接的上端电连接点、绝缘接头和下端电连接点；
所述上端电连接点包括上导电螺钉、上配合接头和上端导线；
所述上导电螺钉通过螺纹安装在上配合接头的一个端面上，上配合接头的另一端通过螺纹与绝缘接头的一端连接；
所述下端电连接点包括下配合接头、下导电螺钉和下端导线；
所述下导电螺钉通过螺纹安装在下配合接头的一个端面上，下配合接头的另一端通过螺纹与绝缘接头的另一端连接；
所述上配合接头、绝缘接头和下配合接头内部均开有通孔；
所述上端导线的一端与上导电螺钉连接，另一端依次穿过上配合接头、绝缘接头和下配合接头内部的通孔后与接插件的一芯连接；下端导线的一端与下导电螺钉连接，另一端与接插件的另一芯连接；外部通过接插件供电后，外部电压全部施加在两个电连接点两端，构成绝缘耦合天线；
所述高强度绝缘耦合组件位于电磁波随钻测量仪仪器串的上端，与绝缘天线共同构成非对称偶极天线系统，是电磁波信号从井下发射至地面的载体。
2.根据权利要求1所述的高强度绝缘天线耦合组件，其特征在于：所述绝缘接头的本体采用无磁金属材质制成，在本体两端的外表面上设有连接螺纹，两端的连接螺纹段的直径均小于本体中段的直径；
在本体的外表面以及连接螺纹的外表面均喷涂覆盖有绝缘陶瓷涂层。
3.根据权利要求2所述的高强度绝缘天线耦合组件，其特征在于：所述绝缘接头的一端插入到上配合接头内，并通过该端的连接螺纹与上配合接头连接；
所述绝缘接头的另一端插入到下配合接头内，并通过该端的连接螺纹与下配合接头连接。
4.根据权利要求3所述的高强度绝缘天线耦合组件，其特征在于：在所述上端导线的上端焊有金属垫片，其与上导电螺钉通过压紧接触实现电导通。
5.根据权利要求4所述的高强度绝缘天线耦合组件，其特征在于：在所述下端导线的上端焊有金属垫片，其与下导电螺钉通过压紧接触而实现电导通。
6.根据权利要求5所述的高强度绝缘天线耦合组件，其特征在于：所述上配合接头和下配合接头均为金属材质，所述上导电螺钉与上配合接头通过金属螺纹连接实现电导通；所述下配合接头与下导电螺钉通过金属螺纹连接实现电导通。
7.根据权利要求6所述的高强度绝缘天线耦合组件，其特征在于：所述上配合接头的另一端与上端壳体连接；由EM发射机发射的一路信号传至上端导线，然后由上端导线传至上导电螺钉，再由上导电螺钉传至上配合接头，从而将此路电信号传导至上端壳体。
8.根据权利要求7所述的高强度绝缘天线耦合组件，其特征在于：所述下配合接头的另一端与下端壳体连接；由EM发射机发射的另一路信号传至下端导线，然后由下端导线传至下导电螺钉，再由下导电螺钉传至上端导线，从而将此路电信号传导至下端壳体。
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