油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置

本发明属于智能完井，具体涉及到一种油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置。

背景技术：

1、在智能完井实际生产中，井下实时监控数据对于生产优化调控方面的决策制定至关重要。但是，由于井下长距离数据传输和线路连接的复杂性，如何在复杂的井下工况下可靠地传递井下实时数据一直是巨大挑战。智能完井通过一根连续单芯电缆可以将井下智能监控工具的实时数据快速可靠地传输到地面的上位机进行智能控制优化调控全井筒的生产。以前，智能完井将抽油泵或电潜泵起出进行日常维护时，需要将整个智能完井管柱全部提出到地面，进行该作业时需要大量的时间并带来相应的作业风险和生产成本增加。井下信号传输与电力传输工具是保证智能完井井下智能电控工具操作安全、远程操控自动连接或脱离的关键技术设备，其提供井下智能完井管柱与上部抽油泵或电潜泵管柱与电力线路快速连接、断开和准确重新连接井筒内控制信号与电力的能力，使操作人员可以在多次断开与对接上、下管柱的工况下，无需将智能完井下部智能完井管柱与抽油泵或电潜泵等上部管柱一起起出到地面检修已经重新下入井筒的作业，可以有效减少抽油泵或电潜泵等上部管柱更换操作期间的流体损失事故相关的成本问题和安全问题，不会对作业造成影响，从而显着减少了所需的钻机时间，降低了安全风险和设备成本。

2、目前，国外已有的井下信号传输与电力传输工具包括留井对接总成和电力连接总成两部分。对接总成采用棘爪分瓣式螺纹结构，设有卡扣、旋转、剪切三种锁定方式实现对接锁紧与脱离；电力连接总成采用公、母接触环式进行电力、信号传递。由于棘爪分瓣式机械锁爪机械结构复杂，加工成本高，而且需要配合加工相应反向棘齿锁紧结构，反向棘齿锁紧结构加工复杂成本高，且要求强度较高的钢材加工防止脱离时反向棘齿被拉断或拉伤，进而影响再次对接时的锁紧可靠性。另外，由于棘爪分瓣式机械锁爪无保护罩，在下入井筒的过程中棘爪分瓣式机械锁爪上的棘齿容易被碰撞掉或变形，导致棘爪分瓣式机械锁爪上的棘齿无法卡入反向棘齿锁紧结构内，导致留井对接总成锁紧或脱离失效。

3、国内已有的井下信号传输与电力传输工具包括丢手部分和连接部分，丢手部分用于实现下部智能管柱分离，连接部分与抽油泵或电潜泵等上部管柱相连接其用于电缆对接密封。对接部分采用空心中心管与母接触环式接触式进行电力、信号传递，流体通过整个工具与套管的环形空间进行流动。该方式目前无机械锁紧结构，仅仅是考实心空心管插入丢手部分的母接触环内，通过空心中心管上的公接触环外侧与丢手部分母接触环内侧相接触实现电力与信号的传递。在实际生产过程中，该工具由于没有丢手部分和连接部分之间的锁紧机械结构导致整个管柱经常由于震动等原因引起公、母接触环的脱离与松动，或者是经过多次插拔后公、母接触环之间的间隙被井下流体(如泥浆、盐水、油、气)、碎屑填充导致公、母接触环被腐蚀或结垢，进而影响井下信号与电力的稳定传输，导致井下智能工具的监控信号丢失，进而影响整个智能完井的生产决策的制定与调控。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺点，提供一种能够实现快速机械插入锁紧与解锁脱离、结构紧凑、提高作业效率、适应性强的油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置。

2、解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置，脱离公接头a通过弹性锁爪锁脱机构插接在丢手母接头b上；

3、所述脱离公接头a为：上接头的下端连接有电气连接管组件，电气连接管组件的下端连接有公头中心管组件，电气连接管组件和公头中心管组件内设置有依次电性连接的单芯钢管电缆i、公头主控电路组件、软电缆i、井下信号无线传输线圈i、井下电力无线发射线圈；

4、所述弹性锁爪锁脱机构包括复位弹簧、导向环、锁爪保护筒、弹性锁爪、锁紧滑块、定位滑块；复位弹簧、导向环、弹性锁爪、锁紧滑块、定位滑块依次套装在公头中心管组件中部，弹性锁爪的锁头通过卡固件固设在公头中心管组件上，所述锁爪保护筒套设在弹性锁爪外并与导向环相连，锁爪保护筒壁上设置有通孔i，所述定位滑块上端插装在锁紧滑块与公头中心管组件之间，使锁紧滑块内侧形成密封液压环腔，公头中心管组件上设置有通孔ii，使公头中心管组件内腔与密封液压环腔相连通，定位滑块与锁紧滑块通过剪切销钉连接，定位滑块上设置有通孔ⅲ；

5、所述丢手母接头b为：锁筒与所述弹性锁爪锁脱机构匹配连接，锁筒下端连接有线圈保护筒组件，线圈保护筒组件下端连接有母头线缆保护筒组件，线圈保护筒组件和母头线缆保护筒组件内设置有依次电性连接的井下信号无线传输线圈ii、井下电力无线接收线圈、软电缆ii、母头主控电路组件、单芯钢管电缆ii。

6、作为一种优选的技术方案，所述电气连接管组件包括公头保护筒、公头托管、连接短接头、电缆保护罩，公头托管上端通过连接短接头与上接头相连，公头托管外套装有公头保护筒，公头保护筒上端连接在连接短接头上，公头托管与公头保护筒之间形成密封电气安装腔，密封电气安装腔内设置有公头主控电路组件，电缆保护罩套装在上接头外并固设在公头保护筒上，公头保护筒下端和公头托管下端与公头中心管组件相连。

7、作为一种优选的技术方案，所述公头中心管组件包括公头中心管、公头线圈保护筒i、隔环i、公头线圈保护筒ii、公头线圈固定筒、密封保护筒结构；

8、公头中心管侧壁上加工有线缆孔，线缆孔内安装有软电缆i，公头中心管上套设有公头线圈保护筒i、隔环i、公头线圈保护筒ii，公头线圈保护筒i与公头中心管之间设置有井下信号无线传输线圈i，公头线圈保护筒ii与公头中心管之间设置有井下电力无线发射线圈，公头中心管尾端设置有公头线圈固定筒，公头线圈固定筒外设置有密封保护筒结构。

9、作为一种优选的技术方案，所述密封保护筒结构包括c形定位环、密封保护罩、定位块、固定环、中间隔环、t形密封圈i、t形密封圈ii、导向头；密封保护罩套在公头线圈固定筒下部，密封保护罩内侧公头线圈固定筒上套装有c形定位环，密封保护罩上端侧壁周向均匀分布有定位块，位于定位块下方密封保护罩内公头线圈固定筒上依次套装有固定环、t形密封圈i、中间隔环、t形密封圈ii、导向头。

10、作为一种优选的技术方案，所述线圈保护筒组件为：线圈外保护筒内设置有依次相连的内线圈保护筒i、隔环ii、内线圈保护筒ii，内线圈保护筒i与线圈外保护筒之间设置有所述井下信号无线传输线圈ii，内线圈保护筒ii与线圈外保护筒之间设置有所述井下电力无线接收线圈。

11、作为一种优选的技术方案，所述母头线缆保护筒组件为：母头线缆保护外筒内设置有母头托管，母头托管与母头线缆保护外筒之间形成母头电路板仓，母头托管下端连接有母头连接短接，母头连接短接下端连接有下接头，电缆下保护罩套装在下接头外并固设在母头线缆保护外筒上。

12、作为一种优选的技术方案，所述卡固件包括c形限位环和l形限位环，c形限位环卡在公头中心管上端的第一卡槽内，限定导向环向下移动的距离；l形限位环卡在公头中心管上端的第二卡槽内，限定弹性锁爪轴向安装位置。

13、本发明的有益效果如下：

14、本发明通过机械弹性锁爪锁紧与脱离机构，实现快速机械插入锁紧与解锁脱离，简化了井下智能完井管柱与上部管柱的连接和断开过程，允许在不提出井下管柱的情况下进行维护和检修，减少了起出和下入井下管柱的次数，显著提高了作业效率，降低了因作业导致的非生产时间成本。

15、本发明利用电感耦合技术实现井下信号与电力的无线传输，避免了物理接触，提高了传输的稳定性，从而降低了因物理连接问题导致的信号和电力传输故障的风险。

16、本发明采用模块化结构，使得各个部件易于制造、组装和维护，提高了整个系统的可靠性和维修性。

技术特征：

1.一种油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置，其特征在于：脱离公接头a通过弹性锁爪锁脱机构插接在丢手母接头b上；

2.根据权利要求1所述油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置，其特征在于：所述电气连接管组件包括公头保护筒(a3)、公头托管(a17)、连接短接头(a16)、电缆保护罩(a2)，公头托管(a17)上端通过连接短接头(a16)与上接头(a1)相连，公头托管(a17)外套装有公头保护筒(a3)，公头保护筒(a3)上端连接在连接短接头(a16)上，公头托管(a17)与公头保护筒(a3)之间形成密封电气安装腔，密封电气安装腔内设置有公头主控电路组件(a18)，电缆保护罩(a2)套装在上接头(a1)外并固设在公头保护筒(a3)上，公头保护筒(a3)下端和公头托管(a17)下端与公头中心管组件相连。

3.根据权利要求1所述油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置，其特征在于：所述公头中心管组件包括公头中心管(a4)、公头线圈保护筒i(a10)、隔环i(a11)、公头线圈保护筒ii(a12)、公头线圈固定筒(a13)、密封保护筒结构；

4.根据权利要求3所述油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置，其特征在于，所述密封保护筒结构包括c形定位环(a28)、密封保护罩(a14)、定位块(a29)、固定环(a33)、中间隔环(a34)、t形密封圈i(a30)、t形密封圈ii(a31)、导向头(a32)；密封保护罩(a14)套在公头线圈固定筒(a13)下部，密封保护罩(a14)内侧公头线圈固定筒(a13)上套装有c形定位环(a28)，密封保护罩(a14)上端侧壁周向均匀分布有定位块(a29)，位于定位块(a29)下方密封保护罩(a14)内公头线圈固定筒(a13)上依次套装有固定环(a33)、t形密封圈i(a30)、中间隔环(a34)、t形密封圈ii(a31)、导向头(a32)。

5.根据权利要求1所述油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置，其特征在于，所述线圈保护筒组件为：线圈外保护筒(b2)内设置有依次相连的内线圈保护筒i(b7)、隔环ii(b8)、内线圈保护筒ii(b9)，内线圈保护筒i(b7)与线圈外保护筒(b2)之间设置有所述井下信号无线传输线圈ii(b6)，内线圈保护筒ii(b9)与线圈外保护筒(b2)之间设置有所述井下电力无线接收线圈(b10)。

6.根据权利要求1所述油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置，其特征在于，所述母头线缆保护筒组件为：母头线缆保护外筒(b3)内设置有母头托管(b14)，母头托管(b14)与母头线缆保护外筒(b3)之间形成母头电路板仓，母头托管(b14)下端连接有母头连接短接(b15)，母头连接短接(b15)下端连接有下接头(b5)，电缆下保护罩(b4)套装在下接头(b5)外并固设在母头线缆保护外筒(b3)上。

7.根据权利要求1所述油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置，其特征在于，所述卡固件包括c形限位环(a20)和l形限位环(a35)，c形限位环(a20)卡在公头中心管(a4)上端的第一卡槽内，限定导向环(a6)向下移动的距离；l形限位环(a35)卡在公头中心管(a4)上端的第二卡槽内，限定弹性锁爪(a21)轴向安装位置。

技术总结
油气井下信号与电力无线传输机械插拔装置，脱离公接头A与丢手母接头B通过弹性锁爪锁脱机构实现脱离与连接，简化了井下智能完井管柱与上部管柱的连接和断开过程。允许在不提出井下管柱的情况下进行维护和检修，减少了起出和下入井下管柱的次数，显著提高了作业效率，降低了因作业导致的非生产时间成本。利用电感耦合技术实现井下信号与电力的无线传输，避免了物理接触，提高了传输的稳定性，从而降低了因物理连接问题导致的信号和电力传输故障的风险。

技术研发人员：程嘉瑞,郭燕,王金龙,魏文澜,潘泽伟
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5