小口径深孔定向钻进井下信号对接系统的制作方法

本实用新型属于深孔定向钻进技术领域，具体而言，本实用新型涉及一种小口径深孔定向钻进井下信号对接系统。

背景技术：

由于地面条件不允许、地层倾角太大或钻孔孔斜不满足设计要求等等原因，在钻孔施工时需要定向钻进。目前国内广泛应用的随钻定向设备采用有线随钻定向系统，如图1所示：有线随钻定向仪器包括探棒11、信号传输电缆12、地面绞车13及数字显示仪14等四部分组成(如图1)。探棒11由信号传输电缆12通过地面绞车13经过钻塔2的滑轮21，从钻机3的钻杆31内送入无磁钻铤4并通过定向键固定，探棒11与螺杆钻具5的上端接头51相连，实现螺杆钻具5的定向，通过泥浆泵6的高压管61的施力进而实现钻头52的动作。

有线随钻定向仪器价格低廉，使用方便。仪器的抗震性能非常高，能适用于各种地层及各类钻头，且维修相当方便。地质勘探时应用的地面小口径钻孔施工时一般采用Φ50mm或Φ60mm钻杆，这两种钻杆最小内径一般在Φ30mm左右，但有线随钻定向仪器的外径最小为Φ35mm，大于Φ50mm或Φ60mm钻杆的内径，故在钻杆内无法下入，也就不能便捷地实现定向。在钻孔中途需要定向时常用的做法是：更换大钻具(不小于Φ73mm钻杆)、加工水龙头、拉大泵、采用大功率发电机组等等。这些方案大大增加了钻孔施工成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，以至少解决现有技术中存在的有线随钻定向仪器无法适用到小口径深孔的技术问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，其技术方案如下：

一种小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，探棒与信号传输电缆分开放置；所述探棒放入无磁钻铤内，所述探棒随所述无磁钻铤下入井下；所述小口径深孔定向钻进井下信号对接系统包括：井下信号对接装置，安装在所述探棒的上端部并下入井下；和地面信号对接装置，所述地面信号对接装置的上端部连接所述信号传输电缆，所述地面信号对接装置随所述信号传输电缆下入井下；所述地面信号对接装置的下端部与所述井下信号对接装置的上端部对接，使所述信号传输电缆与所述探棒之间连接，实现信号传输，完成定向。

如上述的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，进一步优选为：所述井下信号对接装置包括楔形杆体，所述楔形杆体的下端与所述探棒的螺纹连接，所述楔形杆体用于对所述地面信号对接装置提供支撑固定和导向作用；导电针头，竖直贯穿尼龙球头，用于提供导电；尼龙球头，设置在所述楔形杆体的上端内侧，用于固定所述导电针头、使所述导电针头与所述楔形杆体绝缘隔离。

如上述的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，进一步优选为：所述井下信号对接装置还包括信号源连接线，所述信号源连接线的两端分别与所述探棒和所述导电针头相连。

如上述的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，进一步优选为：所述导电针头为不锈钢材质制成。

如上述的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，进一步优选为：所述导电针头由中间的凸缘将所述导电针头分为针尖部、凸缘部和连接部；所述连接部贯穿所述尼龙球头并通过所述凸缘部搭接在所述尼龙球头上；优选地，所述导电针头的针尖部涂覆一层绝缘层，所述绝缘层的绝缘材料为AB胶，所述绝缘层厚度为1mm。

如上述的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，进一步优选为：所述尼龙球头的上端部设有内凹台沿，所述导电针头的凸缘部搭接在所述尼龙球头的内凹台沿处。

如上述的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，进一步优选为：所述地面信号对接装置第一外壳，用于提供支撑；第二外壳，所述第二外壳的底端与所述第一外壳的顶端螺纹连接；绝缘密封塞，置于所述第一外壳的顶端内部，使得所述第一外壳的下部内腔为中空设置；尼龙套，固定设置在所述第二外壳的内部；配重杆，放置在所述第二外壳的上端；和上连接针头，所述上连接针头的下端贯穿所述尼龙套，所述上连接针头的上端与所述信号传输电缆相连。

如上述的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，进一步优选为：所述绝缘密封塞为橡胶材质制成。

如上述的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，进一步优选为：所述尼龙套的下部设有空腔，所述尼龙套的底部与所述绝缘密封塞紧密接触；在所述空腔内装有软连接构件，所述上连接针头插入到所述软连接构件中，所述软连接构件用于导电；优选地，所述软连接构件靠近所述绝缘密封塞的一端涂覆有石墨粉。

如上述的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，进一步优选为：所述地面信号对接装置的外壳的外径不大于22mm。

分析可知，与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果在于：

一、在小口径钻孔需要定向钻进时，不必更换大钻具，减少施工时间与成本。

二、地面与井下对接装置能顺利对接，且对接后定向仪器在静止状态下反应良好，线路的绝缘密封性能良好。抗扰动能力强，在螺杆钻具工作时，定向仪也能稳定工作。

三、橡胶绝缘密封塞在多次针穿后仍保持绝缘密封性。

四、具有广泛的实用性和易操作性。

附图说明

图1为现有技术的有线随钻定向系统的结构示意图；

图2为本实用新型优选实施例的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统的结构示意图(未对接状态)；

图3为本实用新型优选实施例的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统的结构示意图(对接状态)；

图4为本实用新型优选实施例的井下信号对接装置的结构示意图；

图5为本实用新型优选实施例的导电针头的结构示意图；

图6为本实用新型优选实施例的尼龙球头的结构示意图；

图7为本实用新型优选实施例的楔形杆体的结构示意图；

图8为本实用新型优选实施例的地面信号对接装置的结构示意图；

图9为本实用新型优选实施例的尼龙套的结构示意图；

图10为本实用新型优选实施例的第一外壳的结构示意图；

图11为本实用新型优选实施例的第二外壳的结构示意图；

图中：11-探棒；12-信号传输电缆；13-地面绞车；14-数字显示仪；2-钻塔；21-滑轮；3-钻机；31-钻杆；4-无磁钻铤；5-螺杆钻具；51-上端接头；52-钻头；6-泥浆泵；61-高压管；7-井下信号对接装置；71-楔形杆体；711-台阶；72-尼龙球头；73-导电针头；731-针尖部；732-凸缘部；733-连接部；7311-绝缘层；74-信号源连接线；8-地面信号对接装置；81-第一外壳；82-黄油；83-绝缘密封塞；84-软连接构件；85-尼龙套；86-第二外壳；87-上连接针头；88-密封层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

如图2和图3所示，本实用新型优选实施例的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统，探棒11与信号传输电缆12分开放置；探棒11放入无磁钻铤4内，探棒11随无磁钻铤4下入井下；对接系统主要包括井下信号对接装置7，安装在探棒11的上端部并下入井下；和地面信号对接装置8，地面信号对接装置8的上端部连接信号传输电缆12，地面信号对接装置8的下端部与井下信号对接装置7的上端部对接，使信号传输电缆12与探棒11之间连接，实现信号传输，完成定向。

总而言之，本实用新型提供的小口径深孔定向钻进井下信号对接系统提出把探棒11和信号传输电缆12分开的新理念，在地面把探棒11放入无磁钻铤4内，在探棒11的上端部安装一个井下信号对接装置7，并下入井下。需要定向钻进时，由信号传输电缆12携带地面信号对接装置8下入井内，两者对接，实现定向信号传输。能够解决有线随钻仪器不能下到Φ50mm或Φ60mm钻杆内的问题，使得本实用新型在小口径钻孔需要定向钻进时，不必更换大钻具，减少施工时间与成本。

在本实用新型中，如图4所示，本实用新型的井下信号对接装置7包括楔形杆体71，楔形杆体71的下端与探棒11螺纹连接，楔形杆体71用于提供支撑；尼龙球头72，设置在楔形杆体71的上端内侧；导电针头73，竖直贯穿尼龙球头72；用于提供导电。为了能够使探棒11与导电针头73不出现应力接触，如图4所示，本实用新型的井下信号对接装置7还包括信号源连接线74，信号源连接线74的两端分别与探棒11和导电针头73相连。

由于螺杆钻具5钻进时具有较强的振动，为了保证导电的有效性，如图5所示，本实用新型的导电针头73为不锈钢材质制成。这样可以保证导电针头73是具有较高强度和硬度的导体。为了能够使导电针头73相对稳定的插接在尼龙球头72上，如图5所示，本实用新型的导电针头73由中间的凸缘将导电针头73分为针尖部731、凸缘部732和连接部733；连接部733贯穿尼龙球头72并通过凸缘部732搭接在尼龙球头72上。为了防止针尖部731下半部出现意外导电的情况，如图5所示，本实用新型在针尖部731的下半部覆盖绝缘层7311。在本实用新型中，导电针头73的总长度为65mm，针尖部731的长度为33mm，针尖部731的最大外径为4mm，最小外径为2mm，绝缘层7311的长度为18mm，即留出15mm作为针尖部731的尖头。优选为，绝缘层7311的绝缘材料为AB胶。均匀涂抹于针尖部731的下半部的外圈；进一步优选为，绝缘层7311的厚度为1mm。

本实用新型的导电针头73从尼龙球头72里穿过，尼龙球头72不仅固定了导电针头73，而且还使导电针头73与楔形杆体71绝缘。为使地面信号对接装置8和井下信号对接装置7顺利对接且紧密接触，如图6所示，本实用新型的尼龙球头72设计成球形；为了能够与导电针头73相配合连接，如图6所示，本实用新型的尼龙球头72的上端部设有内凹台沿，导电针头73的凸缘部732搭接在尼龙球头72的内凹台沿处。在本实用新型中，尼龙球头72的总长度为25mm，球头部的外径为15mm，尼龙球头72的内眼直径为3mm，尼龙球头72与楔形杆体71丝扣连接。在本实用新型中，导电针头73与尼龙球头72之间的间隙灌101(或502等)胶水固定；在尼龙球头72的中心孔的内凹台沿(即内坡口)抹上AB胶，加强导电针头73的固定效果。

如图7所示，本实用新型的楔形杆体71的主要作用是对地面信号对接装置8起固定和导向作用。在地面信号对接装置8的配重杆的重力作用下，使得两部分紧密固定，保护了导电针头73。本实用新型的楔形杆体71的总长度为320mm，楔形杆体71与地面信号对接装置8的连接部长度(即有效长度)为150mm；楔形杆体71的连接部的上部外径为15mm，底部外径为18mm。本实用新型的楔形杆体71的下端直接用丝扣与探棒11连接。

在本实用新型中，如图8、图10和图11所示，本实用新型的地面信号对接装置8包括：第一外壳81，用于提供支撑；第二外壳86，第二外壳86的底端与第一外壳的顶端螺纹连接；绝缘密封塞83，置于第一外壳81的顶端内部，使得第一外壳81的下部内腔为中空设置；尼龙套85，固定设置在第二外壳86的内部；配重杆(未图示)，放置在第二外壳86的上端；和上连接针头87，上连接针头87的下端贯穿尼龙套85，上连接针头87的上端与信号传输电缆12相连。本实用新型的第一外壳81和第二外壳86之间的连接丝扣使用生料带(或采用其他办法)密封，以防进水。

在正常情况下，绝缘密封塞83在配重杆的压力下，导电针头73能穿透并密封。为了能够使导电针头73有效地穿透绝缘密封塞83，本实用新型的绝缘密封塞83为橡胶材质制成，并为圆柱结构。本实用新型的绝缘密封塞83的入水深度可为800～1000m，绝缘密封塞83承受的压力为10MPa左右；优选为，绝缘密封塞83的厚度为20mm，绝缘密封塞83的直径为18mm，绝缘密封塞83的硬度为HRC30-40。在本实用新型中，绝缘密封塞83利用丝扣的压力压紧，但压力不得大于90N。可通过适当的调整丝扣的长度来实现。

为了使导电针头73与上连接针头87能够有效连接，如图8所示，在尼龙套85与绝缘密封塞83之间装有软连接构件84，上连接针头87插入到软连接构件84中，软连接构件84用于导电。本实用新型的软连接构件84包括一簇细铜丝；和石墨粉，涂抹在细铜丝与绝缘密封塞83之间并填充在细铜丝的间隙中，上连接针头87与细铜丝接触。优选为，本实用新型的细铜丝的直径为0.2mm；涂抹在细铜丝与绝缘密封塞83之间的石墨粉的厚度为3mm。本实用新型充分利用石墨粉的非金属导电物质性能，同时石墨粉还具有润滑性、耐高温、导热等性能。进一步优选为，软连接构件84还包括云母粉，放在石墨粉的下部。在本实用新型中，在云母粉和石墨粉之间放置塑料薄膜。本实用新型的云母粉的厚度为3mm。本实用新型充分利用云母粉良好的弹性、韧性、绝缘性、耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、附着力强等特性。在本实用新型中，上连接针头87的作用是连接铜丝与信号传输电缆12，保证信号的联通。

如图9所示，本实用新型的尼龙套85的下部设有空腔，用于容纳软连接构件84，尼龙套85的底部与绝缘密封塞83紧密接触；这样可以使软连接构件84与第一外壳81和第二外壳86绝缘。本实用新型的尼龙套的长度为70mm，空腔的长度为25mm，空腔的内径为11.5mm。

在本实用新型中，考虑到如何快速使导电针头73插入绝缘密封塞83，基于此，如图8所示，本实用新型的地面信号对接装置8还包括黄油82，涂覆在绝缘密封塞83的底部，起到机械润滑的作用，并且还具有不导电的性能。本实用新型的黄油82为大于600c的耐高温润滑剂黄油，稠度等级为1#的粘稠状胶体黄油，可以使本实用新型的黄油82不流淌。优选为黄油82的厚度为20mm。本实用新型加入黄油82后，当楔形杆体71与绝缘密封塞83充分接触后，不导电机械润滑黄油呈环形，经计算，黄油82的厚度变为60mm，起到完全绝缘封闭作用。并且实际上在黄油82下部还存在一定厚度的压缩空气，更进一步起到绝缘封闭作用。

地面信号对接装置8必须从钻杆31内孔通过，故要求其第一外壳81和第二外壳86的外径不得大于钻杆31的内径，充分考虑Φ60mm、Φ50mm钻杆蹬厚及接头内径，本实用新型的第一外壳81和第二外壳86的外径不大于22mm。

为了能够使定向仪器处于正常工作状态，其楔形杆体71和第一外壳81必须有效连接，为了能够实现这个功能，如图7所示，楔形杆体71的外圆周面设有台阶711，台阶711的上面为连接部，本实用新型还包括导电弹簧(未图示)，导电弹簧套接在连接部上并位于台阶711的上端面，第一外壳81套在连接部时第一外壳81的下端面压在导电弹簧上，使楔形杆体71和第一外壳81实现有效连接。本实用新型的导电弹簧为压缩弹簧，导电弹簧的簧丝直径为1.5mm，导电弹簧的内径为18mm，导电弹簧的节径为8mm，导电弹簧的长度为40mm。

下面以一实施例对本实用新型进行说明：

淮南某矿DF33断层地面探测及注浆工程XT-1孔原设计地面位置因有建筑物，无法安装施工设备，故将孔位移动22m，为此需要对目的层进行定向钻进。

该钻孔结构为：0.00～570.00m层位，孔径为Φ216mm，下入Φ168×10mm护壁套管；570.00～1020.00m层位，孔径为Φ118mm，裸孔注浆。该孔造斜段为570～770m，采用Φ95m螺杆，其螺杆弯度为0.75～1.00°，造斜方位267°，因采用的Φ60mm钻杆，其最小内径30～34mm，故最小有线随钻仪器从钻杆31内下不去，只有采用地面信号对接装置8和井下信号对接装置7进行井下信号对接来完成定向。定向钻进采用的钻具组合为：Φ118mm牙轮钻头+Φ95mm螺杆+Φ105mm无磁钻铤+Φ60mm钻杆。将Φ95mm螺杆、Φ105mm无磁钻铤、Φ60mm钻杆连接后，随同井下信号对接装置7一同下入孔内520m深，然后将地面信号对接装置8用电缆从Φ60mm钻杆内下入，到位后顺利实现对接，并且定向仪器信号反应正常。拉起放下6次，仪器信号依然正常。

开泵使螺杆工作，此时能明显感觉钻具跳动，开泵40分钟，仪器无任何异常。

分析可知，与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果在于：

一、在小口径钻孔需要定向钻进时，不必更换大钻具，减少施工时间与成本。

二、地面与井下对接装置能顺利对接，且对接后定向仪器在静止状态下反应良好，线路的绝缘密封性能良好。抗扰动能力强，在螺杆钻具工作时，定向仪也能稳定工作。

三、橡胶绝缘密封塞在多次针穿后仍保持绝缘密封性。

四、具有广泛的实用性和易操作性。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。