一种测卡仪的钻具变形测量短节

技术领域

本发明涉及石油天然气井中管柱测卡点技术领域，是测卡仪器的核心部件。

背景技术

在油田钻井作业中，卡钻事故不可避免，而准确的找到卡点是解决卡钻的先决条件。通过测卡仪确定准确的卡点位置，提供卡点依据，采取泡解卡剂、爆炸松扣等措施，达到解卡的目的，可大大缩短处理卡钻事故处理周期。

1985年引进具有国外先进水平的美国HOMCO公司测卡仪器，钻具变形测量短节是其核心部件。钻具变形测量短节是由一个装在液封筒里的敏感元件构成，这个敏感元件是由一个电感线圈和一个插在该线圈中的不受任何外力作用的应力杆组成。这个敏感元件靠弹簧矛去感应管柱上的应力。敏感元件中分子结构的变化，始终与管柱上的拉伸或扭转变化相一致。敏感元件中分子结构的变化，改变了线圈中的电感量，也就改变了振荡器产生的频率，最终改变了地面仪表的读数。

钻具变形测量短节接在上、下弹簧矛之间。当被检测管柱受到扭矩和拉伸应力时，两个弹簧矛的相对位置发生了变化，弹簧矛的位置的变化传到敏感元件上引起感应线圈的电感量发生变化，导致井下振荡器频率发生变化。该变化与被检测管柱上的应力成正比。

如图1所示，现有技术的HOMCO钻具变形测量短节连接处是插针莲花状结构，包括外绝缘套1、铜环2、内绝缘套3、接触柱4、指状片5、外绝缘套6、内绝缘套7、触点8，外部八个指状片5，内部芯杆的硬连接方式，且为整体化设计，损坏后无法维修，HOMCO钻具变形测量短节内部有两条线路，因此，接头处接触柱4和触点8接触与外壳形成一条回路用于测卡点技术服务，铜环2和指状片5接触与外壳形成一条回路用于爆炸松扣技术服务。现场使用发现接卸扣时其外部莲花接头易扭曲变形，导致内部绝缘套损坏。芯杆易磨损变薄，导致接触不良，信号接收失败。

如图2所示，现有技术HOMCO测卡仪钻具变形测量短节尾部结构，包括下接头24、接线柱25、密封套(呼吸套)26、护套27、芯杆28、芯线29、轴承固定套30、轴承31、轴承垫32、螺钉33，HOMCO钻具变形测量短节尾部的密封套，用于平衡仪器内外压力。现场服务发现密封套在高温高压作用下会紧贴芯轴，使芯轴不能正常提拉或旋转。

综上所述，HOMCO钻具变形测量短节内部有两条线路，一条用于测卡点技术服务，一条用于爆炸松扣技术服务。现场服务发现两种技术服务一起进行时，一是其仪器将有十几米长，不利于搬运且搬运途中易造成仪器弯曲变形损害仪器；二是在爆炸松扣时火工品产生的能量会对测卡仪器中的电子元件有所损伤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，从现场需求和工艺结构研究出发，通过优化触点接触方式、简化内部线路、更改呼吸套结构等方面对HOMCO测卡仪中的钻具变形测量短节进行升级改造，提供一种一种测卡仪的钻具变形测量短节。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种测卡仪的钻具变形测量短节，包括钻具变形测量短节本体和设置在本体两端的用于连接上弹簧矛的上接口、用于连接下弹簧矛的下接口，上接口与上弹簧矛采用弹簧顶针式触点结构连接，下接口包括与应力杆连接的芯杆、连接在本体外壳上的连接短接、连接在连接短接另一端的与下弹簧矛连接的下接头、平衡阀，下接头的上部带有空腔，平衡阀位于空腔中，将空腔分成左右两部分，靠近下接头下部的空腔上设置有与外界相通的通道，使内外压平衡；连接短接和下接头均设置有内、外螺纹，连接短接外螺纹与本体外壳连接，下接头内螺纹与芯杆连接，下接头外螺纹穿过连接短接内螺纹后留有一定的活动间距，使下接头能带着芯杆活动；在芯杆上套有轴承，用于辅助杆芯转动。

所述弹簧顶针式触点结构包括设置在钻具变形测量短节本体上的母扣和设置在上弹簧矛上的公扣。

所述连接短接和下接头连接处、平衡阀与空腔内壁之间均设置与“O”型密封环。

所述轴承上设置有轴承垫。

本发明的有益效果是：本发明优化了触点接触方式，简化了现有技术的内部结构，只保留一条测卡点线路，减少现场操作时对测卡仪产生不必要的损伤，使后期的仪器维护和保养以及维修相对容易，增加了平衡阀系统，保证仪器内外压力的平衡，分担作用于动密封上的压力，使其能承受更高的温度和压力，进而延长仪器的使用寿命和周期。

附图说明

图1现有技术HOMCO测卡仪接头横剖面图；

图2现有技术HOMCO测卡仪钻具变形测量短节尾部横剖图；

图3本发明接头横剖面图；

图4本发明钻具变形测量短节尾部横剖图

图中，1外绝缘套；2铜环；3内绝缘套；4接触柱；5指状片；6外绝缘套；7内绝缘套；8触点；9绝缘层；10芯杆；11导电帽；12外壳；13绝缘套；14接触弹簧；15O型密封圈；16绝缘垫；17卡箍；18顶针；19外壳；20绝缘套；21触点；22芯杆；23绝缘层；24下接头；25接线柱；26密封套(呼吸套)；27护套；28芯杆；29芯线；30轴承固定套；31轴承；32轴承垫；33螺钉；34下接头；35平衡阀；36O型密封圈；37连接短节；38梯形连接扣；39芯杆；40轴承；41轴承垫；42空腔；43通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图3、4所示，本发明的测卡仪的钻具变形测量短节，包括钻具变形测量短节本体和设置在本体两端的用于连接上弹簧矛的上接口、用于连接下弹簧矛的下接口，上接口与上弹簧矛采用弹簧顶针式触点结构连接，下接口包括与应力杆连接的芯杆39、连接在本体外壳上的连接短接37、连接在连接短接37另一端的与下弹簧矛连接的下接头34、平衡阀35，下接头34的上部带有空腔42，平衡阀35位于空腔42中，将空腔42分成左右两部分，靠近下接头34下部的空腔上设置有与外界相通的通道43，使内外压平衡；连接短接37和下接头34均设置有内、外螺纹，连接短接37外螺纹与本体外壳连接，下接头34内螺纹与芯杆39连接，下接头34外螺纹穿过连接短接37内螺纹后留有一定的活动间距，使下接头34能带着芯杆39活动；在芯杆39上套有轴承40，用于辅助杆芯39转动。

所述弹簧顶针式触点结构包括设置在钻具变形测量短节本体上的母扣和设置在上弹簧矛上的公扣。

所述连接短接37和下接头34连接处、平衡阀35与空腔42内壁之间均设置与哦“O”型密封环。

所述轴承40上设置有轴承垫41。

本发明设计的触点接触方式为顶针式结构的弹性连接方式，所述弹簧顶针式触点结构包括设置在钻具变形测量短节本体上的母扣和设置在上弹簧矛上的公扣。母扣中的芯杆22是一段金属杆，用于导通线路。由聚氟乙烯管覆盖作为绝缘层23。触点21是一个凹状螺母，穿进绝缘套20后通过螺纹与芯杆22连接。当上弹簧矛和钻具变形测量短节连接时，顶针18顶端的台阶，将会插入触点21的凹槽中，起到固定连接作用。公扣下端带有接触弹簧，既保障与上矛充分接触又能保证过量接触时不损坏芯杆。替代原外部八个指状片，内部芯杆的插针莲花状结构的硬连接方式。

本发明设计的钻具变形测量短节尾部钢结构组件替代密封套(呼吸套)和轴承固定套组件，起到固定轴承和增大高温高压承受能力的作用。去除原结构中接线柱部分，将其设计为一个平衡阀，用于保证内外压平衡，分担作用于动密封上的压力。并将下接头改造成实心，芯杆变成空心结构。下接口包括与应力杆连接的芯杆、连接在本体外壳上连接短接、连接在连接短接另一端的与下弹簧矛连接的下接头、平衡阀，下接头的上部带有空腔，平衡阀位于空腔中，将空腔分成左右两部分，靠近下接头下部的空腔上设置有与外界相同的通道，当外界压力大于短节内部压力时，平衡阀向右移动压缩内部空气，保证内外压平衡。连接短接和下接头均设置有内、外螺纹，连接短接外螺纹与本体外壳连接，下接头内螺纹与芯杆连接，下接头外螺纹穿过连接短接内螺纹后留有5mm的活动间距，所以下接头可以带着芯杆左右活动5mm。在芯杆上套有轴承，用于辅助杆芯转动。钻具变形测量短节接在上、下弹簧矛之间。当被检测管柱受到扭矩应力时，弹簧矛将带动下接头和芯杆顺时针转动，转动浮动不超过3°，因此下接头和连接短接不会出现退扣现象。杆芯的位置变化传到应力杆上引起感应线圈的电感量发生变化，最终改变了地面仪表的读数，以此确定卡点位置；当被检测管柱受到拉伸应力时，弹簧矛将带动连接短接和本体外壳向右移动5mm，同样位置的变化最终反馈到地面仪器上来确定卡点位置。

接头图3设计成组装式，方便维修和更换。组装方式为:先将导电帽11放入绝缘套13内，与芯杆10相连接。接着将接触弹簧14、顶针18依次放入绝缘套13内，再放入绝缘垫16，用卡箍17卡紧，完成公扣组装。将触点21放入绝缘套20内，与芯杆22相连接，完成母扣组装。顶针18顶端处设计有一台阶，当接头连接时，将会插入触点21内部的凹槽中，起到固定连接作用。

HOMCO钻具变形测量短节内部有两条线路，因此接头处图1中接触柱4和触点8接触与外壳形成一条回路用于测卡点技术服务，铜环2和指状片5接触与外壳形成一条回路用于爆炸松扣技术服务。简化内部线路后只保留图2中顶针18和触点21接触与外壳形成一条测卡点技术服务线路。

本发明钻具变形测量短节尾部(件图4)与HOMCO测卡仪钻具变形测量短节尾部(见图2)相对比，连接短节37替代密封套(呼吸套)26和轴承固定套30组件，起到固定轴承和增大高温高压承受能力的作用。因为钻具变形测量短节尾部不再需要过线，所以去除了图2中接线柱25部分，将其设计为一个平衡阀35，用于保证内外压平衡，分担作用于动密封上的压力。并将图2中下接头34改造成实心，芯杆39中去除芯线后变成空心结构。

图4中将轴承垫41与轴承40放入钻具变形测量短节内部后，用连接短节37上紧。然后将下接头34与芯杆39上紧。上紧的同时下接头34的外侧与连接短节37的内侧通过一段梯形连接扣38后留有5mm的活动间距，这样就能保证下接头34能够带动芯杆39在钻具变形测量短节内部上下活动及旋转，又不会从连接短节37中脱落，保障钻具变形测量短节正常工作。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。