CN102742084A - 用于连接电缆和井下工具的连接头以及相关联的介入装置 - Google Patents

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Abstract

头(80)包括用于与电缆(32)附着和连接的上部以及用于与待下降到井中的工具的控制和传递模块(82)电连接的下附着部。头(80)包括中空的外部外壳(94)和机械连接组件。机械连接组件包括附着部件(114)和限定容纳附着部件(114)和电缆(32)下端的内腔(121)的衬垫(116)。连接头(80)限定能够从电缆的下部分(126)延伸到控制和传递模块(82)的第一连接器的第一井下电路径(70)，第一井下电路径(70)与外部外壳(94)完全电绝缘。

Description

用于连接电缆和井下工具的连接头以及相关联的介入装置
技术领域
本发明涉及连接头，包括：
-上部，用于与具有光滑外表面的电缆附着和连接，电缆能够在井中部署介入和/或测量工具；以及
-下附着部，用于与待下降到井中的工具的控制和传递模块电连接，
头包括中空的外部外壳和在中空的外部外壳中所容纳的机械连接组件，机械连接组件包括：
-附着部件；
-衬垫，其限定容纳附着部件和电缆下端的内腔，附着部件能够抓紧衬垫中的电缆。
背景技术
这种连接头用于固定电缆底部的工具，以使得在掘入底土中的流体开采井中下降工具。
为了在井中执行各种复杂操作，例如诸如打开和关闭阀，放置元件例如填料，或者穿过壁，已知的是，通过使用绞合电缆来下降介入工具，这使得在表面和位于电缆下端处的井中的工具之间发射电功率、控制信息、以及控制从底部朝向表面的信息(例如，测量)成为可能。这种电缆通常被称为“电力线”。
这些电缆通常由一组电导体来形成，所述电导体由使得其可以确保电缆的良好机械强度的一股金属增强线来环绕。
这种电缆很昂贵并且它们在井口处的操控(特别是在电缆周围获得密封)由电缆不一致的外表面而变得复杂。
而且，该类型的绞合电力线通常提供有位于工具和线之间的连接处的薄弱点，以使得当工具在井底部保持停留时可以恢复线。它的抗拉强度可能因此受限。
为了补偿这些问题，从WO 2006/054092中已知的是具有光滑外表面的电缆，具有“钢丝(slickline)”类型，在其结构中其具有由聚合物鞘围绕的中央电线，所述聚合物鞘由增强纤维来增强。电导体嵌入鞘中。
当电缆被引入井中时，这种电缆具有促进井口处密封的外表面。
然而，这种电缆具有有限的强度。
此外，这种电缆必须与下面的工具连接，而连接头提供高的机械阻力以允许在井中进行各种操作，特别的是震动或者其它粗糙的机械操作。此外，连接头必须能够在井下组件和位于电缆中的导体之间提供电连接。
发明内容
本发明的一个目的因此是提供一种连接头，其适于将电动工具与钢丝电缆连接，同时维持工具的功能。
为此，本发明涉及前述类型的连接头，其特征在于：
-连接头限定能够从电缆的下部分延伸到控制和传递模块的第一连接器的第一井下电路径，第一井下电路径与外部外壳完全电绝缘。
根据本发明的连接头可以包括一个或者若干个以下特征，其被单独考虑或者根据所有技术上可能的结合来考虑：
-机械连接组件包括将附着部件和衬垫与外壳电绝缘的电绝缘套筒；
-附着部件是包括楔形物的附着圆锥体，内腔向上会合以容纳楔形物和电缆下端；
-至少一个衬垫和至少一个附着部件由导电材料(特别是金属)制成，第一井下电路径包括衬垫和/或附着部件；
-下附着部包括电井下连接器，其是第一井下电路径的一部分，至少一个附着部件和至少一个衬垫与井下连接器电连接；
-上部包括被布置在电缆周围的顶绝缘套筒，其用于环绕电缆和多个密封环，特别地用于密封中空的外部外壳；
-外壳具有具有基本上圆柱形的截面的尖的上区域和下区域，上区域和下区域限定外环形槽，其计划用于由从表面上所部署的钓具来抓紧；
-连接头包括用于连接电缆的导线的上电连接组件，上连接组件至少包括环部件，所述环部件至少具有压向电缆轴线的可变形耳状物，耳状物被应用在电缆的导线上；
-连接头包括第二电路径，其与第一电路径完全绝缘，第二电路径用于与电缆连接以及与控制和传递模块的第二连接器连接，第二电路径包括外壳；以及
-环部件被放置与作为第二电路径的一部分的外壳电接触。
本发明还涉及一种在底土中流体开采井中的介入装置，包括：
-介入和/或测量工具，其计划用于下降到井中；
-电缆，用于在井中部署工具，电缆与工具电连接，电缆具有光滑外表面并且包括：
●基本上圆柱形的中心导体；
●应用到中心导体的整个外围上的外鞘，外鞘有益地包括聚合物基质；
-用于工具的传递和控制模块；以及
-如上所述的连接头，电缆的下部分在附着部件和衬垫之间的腔中被抓紧，至少电缆的导体与第一电路径电连接。
根据本发明的装置可以包括一个或者若干个以下特征，其被单独考虑或者根据所有技术上可能的结合来考虑：
-电缆包括在其中外鞘已经被剥离的下部分，下部分在附着部件和衬垫之间的腔中被抓紧，附着部件和/或衬垫是第一电路径的一部分；
-电缆的下部分在附着部件周围被折叠以应用到衬垫上，从而在电缆的第一导体和头之间形成机械和电连接；
-头限定与第一电路径完全电绝缘的第二电路径，第二电路径包括外壳，第二电路径与在电缆中所包含的第二导体连接；
-连接头包括上电连接组件，用于与电缆的导线连接，上连接组件至少包括环部件，所述环部件至少具有压向电缆轴线的可变形耳状物，耳状物应用到电缆的导体上，特别是第二导体上；以及
-电缆的中心导体包括实心金属芯，其具有光滑外表面，大于300daN的断裂强度和大于30mohms/m的线性电阻；
-电缆包括基本上在电缆的整个长度上延伸的至少一个导线，电缆在基质中与外表面间隔一段距离以及与中心导体间隔一段距离，同时与中心导体电绝缘，导线由至少一个井下电路径与工具电连接；
-工具由附加的井下电路径与电缆的中心导体电连接，所述附加的井下电路径与井下电路径电绝缘；
-外鞘包括嵌入聚合物基质中的电绝缘纤维的内层，所述内层甚至在鞘中缺少导线时存在，在鞘包括至少一个导线的情况下，内层被插到每个导线与中心导体之间或者每个导线和中心导体；
-电绝缘纤维由二氧化硅纤维形成，有益的是玻璃纤维；
-中心导体包括布置在圆柱形芯周围的金属外层，金属外层具有小于圆柱形芯厚度15%的厚度，金属外层被制成具有金属材料的基底，所述金属材料的电阻小于或者等于形成金属芯的金属材料电阻；
-经由井下电路径与介入工具连接的至少一个导线由导体形成，所述导体有益地由铜、银、含铜合金(特别是镍铜合金)或者含银合金形成；
-经由井下电路径与介入工具连接的至少一个导线由机械增强纤维形成，机械增强纤维具有大于3000mohms/m的线性电阻，有益地大于5000mohms/m；以及
-机械增强纤维是碳纤维。
本发明还涉及用在底土中流体开采井中的组件，所述类型包括：
-如以上所限定的介入装置，其计划被引入开采井中；
-组件，用于在井中部署装置；
-包括电源的控制单元，其计划被放置在井外侧的表面上，电源由至少一个表面电路径与电缆连接。
根据本发明的组件可以包括一个或者若干个以下特征，其被单独考虑或者根据所有技术可能的结合来考虑：
-电缆包括基本上在电缆的整个长度上延伸的至少一个导线，电缆在基质中与外表面间隔一段距离以及与中心导体间隔一段距离，同时与中心导体电绝缘，导线由至少一个井下电路径与工具电连接以及由表面电路径与电源连接；
-电源由附加的表面电路径与中心导体连接，附加的表面电路径与表面电路径电绝缘；
-电源包括表面发射器和/或接收器，以发射和/或接收传送信息的电信号，工具与能够发射和/或接收传送信息的电信号的井下接收器和/或发射器连接；以及
-电源包括能够通过至少一个导线电力供能的电能发生器，布置在工具中的电能接收器具有有益地大于1mW，特别地大于1W的电能。
本发明还涉及一种用于底土中流体开采井中的操作的方法，所述类型包括以下步骤：
-放置如上所限定的组件，工具通过使用电缆布置在井中；
-从电源至少部分地通过电缆向工具来发送发射信息的电信号和/或有益地大于1mW(特别地大于1W)的电能。
发明内容
当阅读仅仅提供为实施例的以下描述时，本发明将更好地被理解，并且参考附图完成本发明，其中：
-图1是根据本发明用于在井中操作的第一示例性组件的概略性横截面图，工具被布置在井底的电缆下端处；
-图2是横向的横截面图，其图示了图1的组件中用于运送工具的电缆结构；
-图3是位于电缆和介入工具之间的根据本发明的第一电和机械的连接头的横截面图；
-图4是类似于图2、根据本发明的第二介入组件的电缆的图；
-图5是类似于图2、根据本发明的第三介入组件的电缆的图；
-图6是类似于图2、根据本发明的第四组件的电缆的图；
-图7是类似于图2、根据本发明的第五组件的电缆的图；以及
-图8是类似于图2、根据本发明的第六组件的电缆的图。
-图9是类似于图3、根据本发明的第二电和机械连接头的图。
具体实施方式
根据本发明的第一介入组件10在图1到3中示出。
该组件10计划在底土14中的流体开采井12中执行操作。
在井12中开采的流体例如是碳氢化合物(如，油或者天然气)或者另一种废物(如，水蒸气或者水)。可替代地，井是在其中注入液体或者气体的“注射器”井。
介入组件10计划在井12的无论哪个点处从表面16执行操作和/或测量。
在形成底土14过程中，井12在位于土壤的表面16和位于给定深度处的待开采的流体池(未示出)之间的腔18中形成。
井12通常包括管状的外管20，其通过使用术语“套(casing)”来指定以及例如通过组装对底土14形成所应用的软管(tube)来形成。有益地，井12包括至少一个内部的管状管子22，其安装在外部的管状管子20中，具有更小的直径。在某些例子中，井12不具有管子22。
内部的管状管子22通常被称为“生产输液管”。有益地是，通过组装由金属制成的金属软管来形成。其例如通过填料(packing)楔入外面的管状管子20内部。
井12有益地包括表面上的井口26，其选择性地封闭外部的管状管子20和内部的管状管子22或者每个内部的管状管子22。井口26包括外部管状管道20内部和内部管状管道22的多个选择性入口阀。
在一个变形中，特别是在完成时，井12在安装井口26之前仅仅通过钻孔的防喷器(BOP)来封闭。
介入组件10包括由介入所形成的、并且测量计划通过内部的管状管子22下降到井12内的下组件30的介入装置，以及在井12中部署下组件30的电缆32，下组件通过连接头80与电缆32连接，这根据本发明将在以后详细描述。
介入组件10还包括安装在井口26上的电缆32的密封和对齐组件34，布置在井口26附近的电缆32的部署组件36，以及控制单元38。
在所谓的“开洞”替代中，组件34仅仅是电缆对齐组件，而没有密封用具。
正如由图2所图示的，电缆32是具有光滑外表面40的实心圆柱形电缆。
电缆32在紧固在表面部署组件36上的上端41A和计划被引入井12中的下端41B之间延伸。下组件30吊在电缆32的下端41B处。
端41A，41B之间的电缆32的长度大于1000m并且特别地大于1000m以及在1000m和10,000m之间。
电缆32具有小于8mm的外径，有益地小于6mm。
电缆32具有非常高的抗拉强度并且仍然令人惊奇地形成用于介入下组件30和表面控制单元38之间的传送信息的电信号或者电能的传递媒介。电信号通过连接头80被传送到下组件30中。
参考图2，电缆32包括形成第一中间电路径的基本上圆柱形的中心导体42、在导体42整个外围上的中心导体42周围应用的外鞘44、以及与中心导体42电绝缘以形成与第一中间电路径电绝缘的第二中间电路径的多个导线46。
在该实施例中，中心导体42包括由第一金属材料制成的圆柱形的中心芯48，以及由第一金属材料或者由与第一金属材料隔离的第二金属材料制成的外部镀金属层50。
中心芯48由单股实心金属电缆形成，其由术语“钢琴弦”以及有时由术语“钢丝电缆”来指定。
形成芯48的金属材料是例如镀锌的或者不锈钢的钢。该钢例如包括以下重量百分比的组分：
-碳：在0.010%和0.100%之间，有益地等于0.050%；
-铬：在10%和30%之间，有益地等于15%；
-锰：在0.5%和6%之间，特别地在0.5%和3%之间，有益地等于1.50%；
-钼：在1.5%和6%之间，特别地在1.50%和4%之间，有益地等于2%；
-镍：在5%和40%之间，特别地在5%和20%之间，有益地等于10%；
-磷：小于0.1%，有益地小于0.050%；
-硅：小于1％，有益地小于0.8%；
-硫：小于0.05%，有益地小于0.03%；
-氮：小于1%，有益地小于0.5%。
该钢是例如具有5R60类型。
芯48是实心的并且在其整个厚度上是同质的。其具有在其上应用金属外层50的平滑外表面52。
芯48的直径典型地在1mm和5mm之间，有益地在2mm和4mm之间，并且例如等于3.17mm，或者0.125英寸。
芯48具有大于300daN的断裂强度，并且特别地在300daN和3000daN之间，有益地在600daN和2000daN之间。
芯48还具有比较高的线性电阻，其大于30mohms/m，以及例如在50mohms/m和150mohms/m之间。
芯48具有足够的柔性去被缠绕到具有小于0.8m直径的鼓状物上，而没有明显的塑性变形。
金属外层50被制成具有金属材料的基底，所述金属材料具有小于或者等于芯48的电阻，例如小于150mohms/m，以及特别地在60mohms/m和150mohms/m之间。
金属层50的厚度是例如小于芯48的直径的15%。
该厚度是例如小于0.5mm以及特别地小于0.3mm。
金属外层50的外表面有益地是粗糙的，以促使外鞘44粘合到层50上。
外鞘44在电缆端41A，41B之间形成在芯48上应用的环形套筒，其在芯的整个边缘上，基本上在电缆32的整个长度上，例如，在大于电缆32长度的90%的长度上。
外鞘44因此具有应用到中心导体42上的圆柱形内表面54和限定电缆32的光滑外表面40的光滑外表面。
外鞘44的厚度有益地在0.2mm和2mm之间。
如图2中所示出的，外鞘44包括聚合物基质56和嵌入基质56中以增强电缆32的机械属性的机械增强纤维58，60。
基质56被制成具有聚合物的基底(所述聚合物例如氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烃、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟甲基乙烯基醚类型的含氟聚合物)，或者具有聚酮的基底(所述聚酮例如聚醚醚酮(PEEK)或者聚醚酮(PEK))，或者具有环氧树脂的基底(其可能与含氟聚合物混合)，或者具有聚苯硫醚(PPS)的基底，或其混合物。
有益地，聚合物基质由聚醚醚酮(PEEK)制成。
增强纤维58，60嵌入基质56中，以使得每个单独纤维58，60或者每组纤维的外表面基本上完全由形成基质56的聚合物所覆盖。
在图2中所图示的实施例中，鞘44包括基本上电绝缘的机械增强纤维58的内层62和相对导电的机械增强纤维60的外层64。
在图2所图示的实施例中，第一层60的增强纤维58例如通过编织而交织，并且限定它们之间充满聚合物的中间间隔。在一个替代方案中，增强纤维58仅仅被缠绕而没有交织。
增强纤维58有益地被制成具有有大于10,000mohms/m的线性电阻的材料。
嵌入聚合物基质56的增强纤维58可以获得大于2000V的击穿电压。
内层62的每个纤维58基本上在电缆32的整个长度上延伸，有益地超过电缆32长度的90%。
增强纤维58例如被形成具有硅纤维的基底，特别是具有小于3的密度，大于30并且例如等于33或者有益地等于66的纤度(特克斯，单位：克每公里)的玻璃纤维。纤维的直径特别地小于0.5mm，有益地小于0.3mm并且等于大约0.2mm。
这些纤维58具有高的抗拉强度，并且例如具有大于1,000MPa的断裂强度。
内层62例如由交织纤维58的至少一个二维层来制成，有益地通过编织，或者可替代地为缠绕制成，而不需要交织。它们具有小于1nm的厚度，优选地小于0.6mm，以及在0.3mm和0.6mm之间。
因此，内层62可以使中心导体42与导线46电绝缘，以避免导体48和线46之间的任何短路。
其次，机械纤维58增强聚合物基质56的整体性，例如，导体在震动之后的电绝缘。
在图2所图示的实施例中，外层64的增强纤维60被布置在内层62的外侧。外层64具有小于1mm的厚度，有益地小于0.5mm，并且特别地在0.3mm和0.6mm之间。
外层64例如由交织纤维60的至少一个二维层60组成，有益地通过编织，或者可替代地为缠绕组成，而不需要交织。
外层64的每个纤维60基本上在电缆32的整个长度上延伸，有益地在超过电缆32长度的90%上延伸。
增强纤维60具有有益地小于2的密度，而大量的纤维大于10,000，有益地等于24,000。
纤维60的线性电阻小于7,000mohms/m和例如在3,000mohms/m和7,000mohms/m之间。
纤维60的抗拉强度是高的，以使得每个纤维60具有大于2500MPa的断裂强度，优选地在3000MPa和5000MPa之间。增强纤维60有益地被制成具有碳纤维基底。
其次，纤维60增强聚合物基质56的整体性，例如导体在震动之后的电绝缘。
这些增强纤维60由例如碳纤维制成。
在图2中所图示的实施例中，导线46由具有相对高的导电性的增强纤维60来形成。
因而，中心导体42和导线46在电缆的整个长度上彼此电绝缘，以通过表面控制单元38和在电缆32的下端41B上连接的下组件30之间的电缆32形成两个平行的中间电路径。
导线46因而基本上在电缆32的整个长度上延伸，例如，在电缆32的长度的至少90%上延伸。
为此，电缆32的中心导体42在端41A处通过第一表面电路径66与控制单元32电连接，并且导线46在电缆的上端41A附近通过第二表面电路径68(其与第一表面电路径66电绝缘)与电控制单元38连接。
同样，正如以后将看出的，中心导体42在下端41B附近通过第一井下电路径70与下组件30电连接，以及导线46在下端41B处通过第二井下电路径72与下组件30电连接。
因而可以在表面单元38、第一表面电路径66、中心导体42、第一井下电路径70、下组件30、第二井下电路径72、导线46以及第二表面电路径68之间建立电流环。
下组件30包括电缆32上的电和机械的连接头80、控制传递模块82和计划在井底执行操作和/或测量的至少一个井下工具84。
可选地，下组件30还包括震击器86，以执行工具84上的机械震击。
工具84是例如可以在井底处执行操作(例如，打开和关闭阀，放置元件，特别地放置填料或者其它部件)的机械致动器。
可选地，工具84有益地包括用于探测物理参数(例如，温度、压力、流量、深度、深度阀的状态、土地自然辐射(伽马辐射)、套管接箍的位置(套管接箍定位器))的传感器，或者其它测量传感器。其还包括开采装置，例如，摄像机。
工具84还包括用于检查管状管子20或者管状管子22的用具，用于清洁管状管子22的工具、用于切割管状管子22的工具、切割工具或者穿孔用具、或者定心夹具。
工具84由低电能供电能，例如，小于100W。
在某些例子中，下组件30可以包括一个或者若干个工具85，其必须由更高的电能(大于300W)来供能，例如，井下牵引机。
在附加工具85安装到工具84之下的例子中，工具85通过工具84来供电能。
在另一个替代例子中，工具还包括外部管状管子20和/或内部管状管子22的穿孔用具，以到达位于底土14中的层。
穿孔用具特别地包括爆破载荷和雷管。
传递和控制模块82包括能够接收从表面16控制单元38通过电缆32传送的电控制信号和能够发射从井下工具84通过电缆32朝向表面控制单元38传送的确认或者工具状态或者传感器信号的井下发射器/接收器。
模块82还包括与工具和发射器/接收器电连接的工具84的控制单元。
发射器/接收器与电缆32通过连接头80电连接，这将在以后看出。
井下发射器/接收器包括电路和功率源，例如，发电机或者电池。其能够发射和接收具有10Hz和10KHz之间的频率的调制AC电信号，该信号在以上所限定的电流环上循环。
头80包括用于附着和连接电缆32的上部90以及用于电连接控制和传递模块82的下附着部92。
上部90包括中空的外部的外壳94、上电连接组件96和下机械和电连接组件98、在外壳94中容纳的组件96和98。
外壳94被制成具有导电金属材料的基底。
外壳94具有具有基本上圆柱形的截面的尖的上区域99A和下区域99B。
外壳94具有传统的形状以适于“钢丝”操作。
上区域99A和下区域99B因而限定它们之间的外部环形槽99C，以用于夹板固定下组件30，其可以由从表面所部署的钓具来抓紧。
它们向内限定在外壳94整个长度上延伸的贯穿壳体99D。
上电连接组件96从顶到底包括：具有环绕电缆32的头的绝缘套筒100，布置在电缆32周围的多个密封环102，以及用于与线电连接的上夹套104。
上夹套104包括金属管状主体106和用于与导线46连接的环108，环108布置在管状主体106中。
管状主体106由导电材料制成。其被放置与外壳94电连接。其限定内部通道110，用于容纳在其端头之间纵向通过其的电缆。
连接环108布置在通道110中。其包括压向电缆32的轴线X-X’的多个可变形耳状物112。
耳状物112通过接触应用到导线46上。为此，外鞘44部分地被剥去，直到导线46出现。
下组件98包括附着圆锥体114、用于容纳圆锥体114和电缆32的圆锥形衬垫116、以及将圆锥体114和衬垫116与外壳94和上连接组件96电绝缘的绝缘套筒118。
圆锥体114被制成具有金属材料的基底。
圆锥体114包括楔形物120，其具有朝向表面会合的截面(其计划抓紧衬垫116中的电缆32)，以及下底座122(其计划与头100的下部92电连接)。底座112限定用于插入连接耳状物的下孔124。
衬垫116限定向上会合的内腔121，以容纳楔形物120和电缆32的下端。
其中鞘44已经被剥离的电缆32的下部分126在楔形物120和衬垫116之间的腔121中被抓紧。该部分126在楔形物120周围交叉折叠，以通过形成头上电缆32的中心导体40的机械和电的连接而应用到衬底116上和楔形物120上。
绝缘套筒118包括插在上连接夹套104和衬垫116之间的中间横向环128，以及插在衬垫116和外壳94之间的边缘绝缘壁130。
用螺丝拧入下组件98之下的壳体99D中的抓紧环132从底向顶推动绝缘套筒118、抓紧圆锥体114、衬垫116、中间环128、上夹套104和上绝缘套筒100的密封环102，以沿着轴线X-X’产生机械堆叠。
下部92包括紧固在外壳94的壳体99D中的下管状主体140，管状主体140限定贯穿通路142的轴线。下部92还包括布置在通路142中的下绝缘套筒144和插入绝缘套筒144中的连接器146。
管状主体140包括插入下组件98之下的外壳94中的上区域148和在外壳94外部突起以通过用螺丝拧到传递和控制模块82中来衔接的下区域150。
主体140支撑计划获得用外壳94的密封的上环形密封环152和计划获得模块82周围的密封的下环形密封环154。
贯穿通路142沿着轴线X-X’延伸通过主体140。其在主体140的端头处显现。
绝缘套筒144基本上在通路142的整个长度上延伸。其限定位于通路142下端附近的下连接器限位器(stop)156，以及布置在通路142上端附近的上连接器限位器158。
井下连接器146包括上耳状物160、中心滑动部件162和下耳状物164。其还包括插在滑动部件162和上耳状物160之间的上弹簧166，以及插在下耳状物164和滑动部件162之间的下弹簧168。
上耳状物160可以在回缩位置和在套管144外侧部分地紧靠上限位器158的所部署位置之间的绝缘套筒144中平移运动。下耳状物164也可以在部分地回缩位置的绝缘套筒144和所部署的紧靠下限位器156的套筒144外侧的位置之间平移运动。
滑动部件162被安装在绝缘套筒144中自由平移。弹簧168，166分别被插在滑动部件162和上耳状物160以及下耳状物164之间，以将耳状物160,164压向它们所部署的位置。
上耳状物160可移动地容纳在圆锥体114的底座122中所形成的孔124中，以产生电接触。下耳状物164容纳在布置在模块82中的连接器(未示出)中。
第一井下电路径70因此从电缆32的被剥离的下部分126开始延伸连续通过圆锥体120、底座122、上耳状物160、上弹簧166、滑动部件162、下弹簧168、直到与模块82的第一电连接器连接的下耳状物164。
第二井下电路径72从线46开始延伸连续通过电接触环108、夹套106、外壳94、下主体140和与模块82的第一电连接器电绝缘的模块82的第二电连接器。
第一井下电路径70与第二井下电路径完全电绝缘。
在图1的实施例中，密封和对齐组件34包括安装在井口26上的闸门室200、获得电缆32周围密封的填充箱202、以及分别有益地紧固到填充箱202上以及有益地紧固到井口26上以使电缆32朝向部署组件36返回的恢复滑轮204。
如上所指出的，在一些例子中填充箱202是可选的。
闸门室200计划允许将下组件30引入井12中。
填充箱202可以在电缆32的光滑外表面40周围产生密封，例如，经由在所述表面40周围应用的环形填料和/或通过在外表面40和填充箱202的壁之间注入流体。
转向组件36包括具有卷绕器208的卷扬机206。卷扬机206和其卷绕器208被放置在地面上或者被机载放置在交通工具(未示出)上。
卷扬机206可以卷绕或者松开给定长度的电缆32，以使其分别上升或者下降时，使下组件30在井12中的运动转向。
电缆的上端41A被紧固到卷绕器208上。
在图2的实施例中，第一表面电路径66和第二表面电路径68分别在一方面与中心芯48及镀金属层50电接触，以及在另一方面例如经由旋转集电器(例如，集电刷)与导线46电连接。
单元38包括具有卷扬机、用于工具30的转向面板208、以及与转向面板208连接的表面发射器/接收器210的转向装置206。
发射器/接收器210包括电子电路和电源，例如，发电机或者电池。其可以发射和接收被调制的ac电信号承载信息，其具有在10Herz和10KHz之间的频率。
电信号是在0和2000伏特之间、例如在0和50伏特之间的电压之下被注入到以上所限定的电流环上的电流，而密度在0和5安培之间，优选地在0和2安培之间。
在井中操作过程中，根据本发明的介入组件10的操作的实施例现在将被描述。
最初，部署组件36和控制单元38被带到井口26附近的表面16。密封组件34被安装到井口26上。
然后，电缆32经由第一表面电路径66和第二表面电路径68与控制单元38电连接。电缆32然后在滑轮204周围缠绕，然后通过填充箱202被引入闸门室200。
下组件30然后被安装到闸门室200，以紧固到电缆32的下端41B上。
当井下发射器/接收器被安装时，其经由第一井下电路径70和第二井下电路径72与电缆32电连接。
然后，闸门室200闭合并且在填充盒203处的电缆32周围完成密封。井口26然后被打开，以通过松开卷扬器208外侧的电缆的增加长度来将下组件30下降到井12中。
下组件30然后在井中下降到理想介入点，其可以位于内管22中，或者超出内管22的下端，在外管20中，或者直接在缺少内管22的外管20中。
在下降下组件30过程中，单元38有益地由通过中心导体42和外导线46之间的电缆32所限定的电流环来激励存在于下组件30中的测量传感器。这些传感器例如使其可以精确地定位井中的下组件。
由传感器所发出的信号被传送到控制和传递模块82，以被转变为电测量信号，其通过头80、电缆32以及路径66，68传送到单元38。
当下组件30到达其在井中的理想位置时，卷扬机206不动。
表面操作者然后激励单元38向井下工具84发送介入控制信号。电控制信号由表面发射器/接收器210来发出并且沿着以上所限定的电流环行进到传递和控制模块86中所容纳的井下发射器/接收器。
模块82然后激励工具84执行操作。
当操作完成时，模块82有益地经由井下发射器/接收器发出确认信号。确认信号通过头80、电缆32和路径66，68向以上所限定的电流环上的单元38中的表面发射器/接收器发射。
电缆32因此具有电力线的所有优点，因为其限定了彼此电绝缘的两个独立的电路径。
因此可以形成如以上所限定的电流环来通过电缆32发射信息，而不必通过套管或者通过其它通信用具。
由于其设计，电缆32然而在机械方面相当强。它保持促使表面密封的光滑外表面40，以及具有小的直径。
电缆32和相关操作的成本因此减少。
在一个替代方案中，震击器86被插在模块82和头80之间或者模块82和工具24之间。
鉴于电缆32的机械强度，可以通过使用电缆32来执行震击操作，而其不必将工具上升到表面或者具有第二、更强的电缆。
在一个实施方案中，电缆32包括具有等于大约3.17mm(0.125英寸)直径的金属中心芯，金属层50由具有基本上等于0.1mm的厚度的铝制成，聚合物基质56例如由PEEK制成，而厚度等于大约0.9mm，玻璃纤维58的内层62具有等于0.4mm的厚度，以及碳纤维60的外层64具有等于大约0.4mm的厚度。
电缆的长度然后是大约7000m。芯48的电阻然后是大约700ohms，而碳纤维的电阻是大约40,000ohms。
在一个替代方案(未示出)中，第二表面电路径68经由井口26与管22电连接。同样，第二井下电路径72经由定心夹具170或者牵引器或者合适的工具与管22电连接。
电流环然后形成在表面单元38、第一表面电路径66、中心导体42、第一井下电路径70、下组件30、第二井下电路径72、管22、井口26和第二表面电路径68之间。
在该例子中，头80不包括电连接环108。
在另一个替代方案(未示出)中，第一表面电路径66和第一井下电路径与导线46电连接。
电流环然后形成在表面单元38、第一表面电路径66、导线46、第一井下电路径70、下组件30、第二井下电路径72、管22、井口26和第二表面电路径68之间。
根据本发明的第二介入组件220的电缆32在图4中示出。
与图2中所示出的电缆32不同，中心导体42由金属圆柱形中心芯48形成。导体42因而不具有金属外层50。
外鞘44因此直接应用到由芯48所限定的外表面52上。
鞘44中增强纤维58，60的容积百分比有益地大于30%并且是例如大于40%，特别地等于大约50%。
根据本发明的第二介入组件220的操作还与第一组件10的操作类似，其具有更低的生产成本。
根据本发明的第三组件230的电缆32在图5中示出。与第一组件10的电缆32不同，其不具有机械上增强的导电纤维20或者金属层50。
组件230包括形成导线46的导体232。
导体232具有铜、银或者合金或者银和铜或者其它导电材料的基底。
导线46特别地通过编织来交织，或者缠绕。它们具有小于0.5mm的直径，并且例如小于0.3mm，特别地等于0.1mm。
导线46的数量大于10，并且有益地大于50，特别地在100附近。
导体232的直径大于0.05mm并且是例如基本上等于0.1mm。导体232的数量大于50并且是例如在50和200之间。导体232的电阻小于100mohms/m，有益地小于70mohms/m。
在一个有益的介入方式中，中心导体42分别与第一表面电路径66和第一井下电路径70电连接。
导体232然后分别与第二表面电路径68和第二井下电路径72连接。
可选地，如所描述的图2的组件10，导体232与第一井下电路径70和第一表面电路径66连接，电流环然后通过管22。
在另一个替代方案(未示出)中，铜导体232的一部分组成通过电缆32的第一中间电路径，而铜导体232的另一部分形成通过电缆32的第二中间电路径。中心芯48然后不与控制单元38连接。在该例子中，导体232彼此绝缘，以使得避免任何短路。
根据本发明的第四组件240的电缆32在图6中示出。与第三组件230的电缆32不同，第四组件240的电缆32包括布置在中心芯48和鞘之间的中心芯48上的外金属层50。
电路径与之前在图5中所描述的、用于组件230的路径相同。
在该实施例中，控制单元38包括能够生成足够的电能以对井下工具84和85电力供能的电源。因而，中心导体42与工具84的电能接收器(例如，致动器、测量传感器或者雷管)的第一端电连接，并且导体232与工具84的电接收器的第二端连接。
电缆32然后构成了用于将电能从布置在表面单元38中的电源向位于下组件中的工具84发射的链接。
在特定的操作中，例如高于100伏特(特别地高于500伏特)的电压由电源来创建。该电压分别在表面上电源的对应端之间和经由中心导体42和导线46在井下工具84中的接收器的对应端之间发射。
在控制模块86的影响下，工具84的电流可以因此从建立的电流环上的电源开始、通过第一表面电路径66、中心导体42、第一井下电路径70、位于井下工具84中的接收器、第二井下电路径72、线46、以及第二表面电路径68循环。所创立的电流具有大于0.5安培的密度，并且例如基本上等于1安培，以用于传送到工具84、等于大约500瓦特的电能。
电流可以有益地携带从底部向表面的信息传递信号，反之亦然。
在一个实施方案中，电缆32具有基本上等于7000米的长度。圆柱形的中心芯48具有大约710ohms的总电阻，以及金属层50具有基本上等于490ohms的电阻。中心导体的等价电阻然后是290ohms。
铜电阻的总电阻是150ohms，以使得限定用于电缆32的电路径具有在400ohms和450ohms之间的总电阻，并且有益地等于425ohms。
在该例子中，通过将900伏特的电压施加到表面上，可以获得1安培的密度并且从表面单元38开始以及向井下工具84发出和传送基本上等于500瓦特的电能。
通过电缆32传递电能还可以应用到如实施例中所给出的其它介入组件。
图6图示了根据本发明的第五介入组件250的电缆32。与图4中所描述的组件220不同，组件250具有仅仅绝缘的机械增强纤维58。这些机械增强纤维48有益地是玻璃纤维。
在该例子中，第二表面电路径68经由井口26与管22电连接。同样，第二井下电路径72经由定心夹具170或者牵引机或者另一种合适的工具与管22电连接。
电流环然后形成在表面单元38、第一表面电路径66、中心导体42、第一井下电路径70、下组件30、第二井下电路径72、管22、井口26和第二表面电路径68之间。
根据本发明的第六组件260的电缆32在图8中示出。与图7中所示出的电缆32不同，该电缆32包括如所述用于第一组件10的电缆32的镀金属层50。
金属层50例如被制成具有铝基底，其具有小于150mohms/m的电阻，并且例如在60mohms/m和150mohms/m之间。
更通常地，在图9的实施方案中，电缆32可以包括仅仅一个与控制模块82和与相关工具84的连接。电缆32可以然后包括在表面和连接头80之间的单个中间电路径。
单个中间电路径有益地由中心导体42制成或者由位于外鞘44中的一个或者多个导线46制成。
在该例子中，连接头80具有与电缆32中所限定的中间电路径的电接触，以将中间电路径与控制模块82的连接器连接。
在图9中所示出的实施方案中，电缆32和连接头80之间的唯一电接触位于附着圆锥体114处。如上所述，电缆32的外鞘46部分地被剥离，以允许以上所限定的唯一的中间电路径和第一井下电路径之间的电接触。
环108与在电缆32中所限定的中间电路径电绝缘。特别地，环108不包括与电缆32连接的多个耳状物112。
在另一个实施方案(未示出)中，连接头80包括在管状主体106的通道110中所容纳的连接环108。如在图3中所公开的，连接环108具有至少一个可变形的耳状物112，其构成了中间电路径和连接头80之间的唯一电接触点。
在该实施例中，电缆的下端126不与附着部件114或者圆锥形衬垫116电接触。
环108由绝缘工具(未示出)与外壳94电绝缘。
连接环108通过衬垫116与井下连接器连接，所述衬垫本身与附着部件连接。
在该例子中，隔离的套筒118不包括插到上连接夹套104和衬垫116之间的横向环128。
更通常地，本发明的连接头80可以与至少包括由电绝缘外鞘与外侧绝缘的内导体的任何钢丝电缆机械连接。电绝缘外鞘可以没有电导体。

Claims (16)

1.连接头(80)，包括：
-上部，用于与具有光滑外表面(40)的电缆(32)附着和连接，所述电缆(32)能够在井中部署介入和/或测量工具(84)；以及
-下附着部，用于与待下降到所述井中的工具的控制和传递模块(82)电连接，
所述头(80)包括中空的外部外壳(94)和在所述中空的外部外壳(94)中所容纳的机械连接组件，所述机械连接组件包括：
-附着部件(114)；
-衬垫(116)，其限定容纳所述附着部件(114)和所述电缆(32)下端的内腔(121)，所述附着部件(114)能够抓紧所述衬垫(116)中的所述电缆(32)；
其特征在于，所述连接头(80)限定能够从所述电缆的下部分(126)延伸到所述控制和传递模块(82)的第一连接器的第一井下电路径(70)，所述第一井下电路径(70)与所述外部外壳(94)完全电绝缘。
2.根据权利要求1所述的连接头(80)，其特征在于，所述机械连接组件包括将所述附着部件(114)和所述衬垫(116)与所述外壳(94)电绝缘的电绝缘套筒(118)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的连接头(80)，其特征在于，所述附着部件(114)是包括楔形物(120)的附着圆锥体，所述内腔(121)向上会合以容纳所述楔形物(120)和所述电缆(32)的下端。
4.根据前述权利要求中任一项所述的连接头(80)，其特征在于，至少一个所述衬垫(116)和至少一个所述附着部件(114)由导电材料制成，特别地由金属制成，所述第一井下电路径(70)包括所述衬垫(116)和/或所述附着部件(114)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的连接头(80)，其特征在于，所述下附着部包括电井下连接器(146)，其是第一井下电路径(70)的一部分，至少一个所述附着部件和至少一个衬垫(116)与所述井下连接器(146)电连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的连接头(80)，其特征在于，所述上部包括用于环绕所述电缆(32)的顶绝缘套筒(144)，被布置在所述电缆(32)周围、特别地用于密封所述中空的外部外壳(94)的多个密封环(102)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的连接头(80)，其特征在于，所述外壳(94)具有尖的上区域(99A)和具有基本上圆柱形的截面的下区域(99B)，所述上区域(99A)和所述下区域(99B)限定外环形槽(99C)，其计划用于由从表面所部署的钓具来抓紧。
8.根据前述权利要求中任一项所述的连接头(80)，其特征在于，其包括用于连接所述电缆(32)的导线(46)的上电连接组件(96)，所述上连接组件至少包括环部件(108)，所述环部件(108)至少具有压向所述电缆的轴线的可变形耳状物(112)，所述耳状物(112)被应用在所述电缆(32)的所述导线(46)上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的连接头(80)，其特征在于，其包括第二电路径(72)，其与所述第一电路径(70)完全绝缘，所述第二电路径(72)用于与所述电缆连接以及与所述控制和传递模块(82)的第二连接器连接，所述第二电路径(72)包括所述外壳(94)。
10.根据权利要求9所述的连接头(80)，其与权利要求8相结合，其特征在于，所述环部件(108)被放置与所述外壳(94)电接触，以作为所述第二电路径(72)的一部分。
11.在底土中的流体开采井中的介入装置，包括：
-介入和/或测量工具(84)，其计划用于下降到所述井(12)中，
-电缆(32)，用于在所述井(12)中部署所述工具(84)，所述电缆与所述工具(84)电连接，所述电缆(32)具有光滑外表面(40)并且包括：
*基本上圆柱形的中心导体(42)；
*应用到所述中心导体(42)整个外围上的外鞘(44)，所述外鞘(44)有益地包括聚合物基质；
-用于所述工具(84)的传递和控制模块(82)；以及
-根据前述权利要求中任一项所述的连接头(80)，所述电缆的所述下部分在所述附着部件(114)和所述衬垫(116)之间的所述腔(121)中被抓紧，至少所述电缆(32)的导体与所述第一电路径(70)电连接。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电缆(32)包括在其中所述外鞘(44)已经被剥离的下部分(126)，所述下部分(126)在所述附着部件(114)和所述衬垫(116)之间的所述腔(121)中被抓紧，所述附着部件(114)和/或所述衬垫(116)是所述第一电路径(70)的一部分。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的装置，其特征在于，所述电缆的所述下部分(126)在所述附着部件(114)周围被折叠以应用到所述衬垫(116)上，从而在所述电缆(32)的第一导体和所述头(80)之间形成机械和电连接。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述头(80)限定与所述第一电路径完全电绝缘的第二电路径(72)，所述第二电路径(72)包括所述外壳(94)，所述第二电路径(72)与在所述电缆(32)中所包含的第二导体连接。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述连接头包括上电连接组件(96)，用于与所述电缆(32)的导线(46)连接，所述上连接组件至少包括环部件(108)，其至少具有压向所述电缆的轴线的可变形耳状物(112)，所述耳状物(112)应用到所述电缆(32)的导体(46)上，特别是在所述第二导体上。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述电缆的所述中心导体(42)包括实心金属芯(48)，其具有光滑外表面(52)，大于300daN的断裂强度和大于30mohms/m的线性电阻。
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