CN103797207B - 井下测量仪器组件 - Google Patents

Abstract

井下测量仪器组件（1），所述组件包括具有一接收孔（32）的测量仪器外壳（3），所述外壳（3）具有带有内密封面（8）的密封装置（30），测量仪器（4）被设置在所述测量仪器外壳（3）中或连接到所述测量仪器外壳（3）上，具有内孔的金属电缆（7）与所述外壳（3）的内部相互连通，所述金属电缆（7）从一地下井的一井下位置延伸到所述地下井的顶部。一电导体或光导体（9a，9b）穿过所述金属电缆（7）内孔，所述电导体或光导体（9a，9b）通过一电连接器或光连接器（5）与所述测量仪器（4）连接。所述电连接器或光连接器（5）设置在所述测量仪器外壳（3）中，且穿过所述测量仪器外壳（3）的所述接收孔（32）。所述内密封面（8）密封在所述金属电缆（7）的外表面上。

Description

井下测量仪器组件

技术领域

本发明涉及权利要求1引言部分的一井下测量仪器组件。具体地，本发明涉及一组件，该组件包括一测量仪器外壳，该外壳与一金属电缆连接，该电缆包括一内孔，该内孔用于引导一电导体和/或光导体，该电导体和/或光导体与一测量仪器相互通信。

背景技术

在与地下井（例如一碳氢化合物井）的连接中，通常需要在井内设置一些测量仪器，例如，压力测试仪或测温仪。由于难以提供从井内位置到海平面或海床位置的无线通信，因此，一中空电缆被向下引导到井内，并被由一管柱夹持。该电缆向下引导一个或多个导体（例如，电的或光的导体）到测量仪器外壳。在随着管柱一起将测量仪器外壳和带有导体的中空电缆放到井中之前，所述组件通过光连接器和/或电连接器将所述导体连接到测量仪器。另外，在电缆和测量仪器的内部和外部之间设有一抗压装置。这样，通过一抗压装置以抵抗井内高压环境，连接器被维持在一低压环境下。

当井下测量仪器组件在地下井环境下被使用时，井下测量仪器组件可以被固定在与水下井相关的漂浮水面装置的顶侧上，或被固定在与陆地井相关的陆基结构上。在这种情况下，装置上员工的工作条件可能会受到装置升降运动的影响，以及天气条件的影响。由于所述水面装置的费用巨大，因此，任何延迟的代价都是昂贵的。因此，期望提供一测量仪器组件，能够方便、可靠地被安装。

国际专利申请公开文献WO2006090123(申请人为Parker Hannifin PLC)揭露了圆环密封装置和管道之间的密封连接。该密封连接非常合适井下使用。而且，该文献还公开了一装置，以用于安装该密封连接，该装置已在商业上使用，被命名为Phastite（商标）。

专利申请文献GB2467177公开了用于油气井的传感装置，其中，传感光纤沿着管道被引导到一井内，以用于检测井内环境。

图1示出了一现有技术方案，以用于在中空电缆和测量仪器外壳之间建立密封连接，以及在导体和连接器之间建立电的或光的连接。在该方案中，存在两个密封连接。另外，整个装置需要执行多个部分之间的组装，有时需要在困难的环境中。

发明内容

本发明提供了一井下测量仪器组件，包括带有一接收孔的测量仪器外壳，所述接收孔具有一内密封面。一测量仪器被设置在所述测量仪器外壳中，或连接到所述测量仪器外壳上。所述组件进一步包括一具有内孔的金属电缆，所述金属电缆与测量仪器外壳内部相互连通，所述金属电缆从地下井的一井下位置延伸至地下井的顶部。一电导体或光导体通过所述金属电缆的内孔，通过一电连接器或光连接器与测量仪器连接。该电连接器和/或光连接器被设置在测量仪器外壳中，并穿过测量仪器外壳的接收孔。进一步地，所述内密封面密封所述金属电缆的外表面。

对于本领域技术人员来说，应了解，术语“电导体或光导体”包括一单一导体，可以为电导体或光导体、多个电导体或多个光导体或合适数目的电导体和光导体。对于本领域技术人员来说，可以根据具体的实施例进行选择。典型地，地下井可以为碳氢井。该井也可以为注入井，或任何其它类型的地下井。进一步地，地下井可以为水下井或陆地井。

由于接收孔的密封面可以直接在金属电缆外表面进行密封，因此，本发明优于现有技术。在图1所示的现有技术中，接收孔密封在一中间组件上，该组件进一步密封金属电缆。因此，该方案需要对两组两个朝向面进行密封。

多个实施例依附于从属权利要求。

附图说明

前面已概括地对本发明的主要特征进行了描述，下面将结合附图对实施例更详细的、非限定性的示例进行描述，其中：

图1为现有技术中一井下测量仪器组件的立体图；

图2为本发明测量仪器组件的一实施例的横截面原理图；

图3为图2示出的实施例密封装置的放大横截面示意图；

图4为电连接器的横截面示意图，该电连接器为图2示出的测量仪器组件的一部分；

图5为图4示出的电连接器一部分的放大示意图；以及

图6为在电连接器中插入和固定电导体后的图4中电连接器的另一横截面示意图。

具体实施方式

图1示出了现有技术的一井下测量仪器组件101。所述组件101包括测量仪器外壳103、电连接器105、中空金属电缆107的一端部、以及穿过所述金属电缆107内孔的第一电导体109a、第二电导体109b。当装配时，两个电导体109a、109b被连接到所述电连接器105。所述电连接器105被插入到所述测量仪器外壳103中，并与设置在外壳103中的电插头（未示出）连接，以提供到外壳103内部一测量仪器（未示出）的电连接。

在该现有技术的方案中，电连接器105的外直径大于所述金属电缆107的外直径。因此，为了接收和容纳所述电连接器105，所述测量仪器外壳103必须具有一接收开口103a，所述开口103a足够大，以用于所述电连接器105的插入，因此，开口103a大于所述金属电缆107的外直径。因此，提供一密封装置111，以在所述测量仪器外壳103和密封装置111之间提供密封，以及在密封装置111和所述金属电缆107外表面之间提供密封。在现有技术的实施例中，多个部件被设置在所述金属电缆103上，以实现上述两个密封。

现在请参考图2，图2示意性地示出了根据本发明一井下测量仪器组件1的一实施例。所述组件1具有一圆柱形的测量仪器外壳3，所述测量仪器外壳3具有一内孔。在所述测量仪器外壳3的一端设置有一测温仪4。在该实施例中，所述测温仪4固定在所述测量仪器外壳3上。在其他实施例中，一测量仪器可以设置在所述测量仪器外壳3中或外部，且与所述测量仪器外壳3具有有线或无线连接。可以预想的，对于本领域技术人员来说，所述测量仪器4可以为任何类型的、合适的测量仪器，例如，可以为压力计。

在所述测量仪器外壳3的内孔中设置有一电连接器5，后续将对电连接器5进行详细的描述。在所述测温仪4和电连接器5之间设置建立了第一和第二电连接，作为示意性的，由两根导线6a、6b示出。尽管如此，如将在下文的描述一样，在测量仪器4和电连接器5之间存在有一电插头连接。在电连接器5的对面，第一电导体9a和第二电导体9b从电连接5延伸到一金属电缆7中。所述金属电缆7的端部紧靠所述电连接器5的端面。

在该实施例中，所述井下测量仪器组件被使用在海底碳氢气井中。所述金属电缆7可以从水下井的一井内位置延伸直到水下井的顶部，例如延伸到一采油树（Xmas tree）（未示出）。一生产管道（未示出）从所述采油树延伸到井中。所述金属电缆7被夹持在所述生产管道的外表面上。可预期地，对于本领域技术人员来说，本发明的所述井下测量仪器组件也适用于基于陆地的地下井。

第一和第二电导体9a、9b从所述电连接器5延伸，通过金属电缆7的内孔直到井的顶部。

在测量仪器外壳3的与测量仪器4相对的端部，测量仪器外壳3包括密封装置30，该密封装置30具有一接收孔32，以用于接收金属电缆7的井内端。接收孔32具有一环形密封唇18，以包围金属电缆7的外直径。进一步地，衬圈10径向地设置在环形唇18和金属电缆7的外部。后续将参考图3对所述衬圈10和环形唇18进行进一步的描述。

当建立井内测量仪器组件1时，操作人员将（通过金属电缆7延伸的）第一和第二导体9a、9b插入到电连接器5。然后，操作人员将电连接器插入到测量仪器外壳3中。即：操作人员通过接收孔32插入电连接器5。在测量仪器外壳3中设置有一电接口装置，例如，电插头（未示出），以用于在电连接器5和测温仪4之间建立一电连接。随着电连接器5的插入，操作人员可以将金属电缆7插入到测量仪器外壳3的接收孔32（环形唇18）中，在测量仪器外壳3和金属电缆7之间确定一密封接口。金属电缆7的插入可用于推动电连接器5到达测量仪器外壳3的正确位置。

图3示出了金属电缆7、测量仪器外壳3、环形密封唇18以及衬圈10之间的接口放大图。由于测温仪4以及测量仪器外壳3需要被设置在井内位置，因此，在测量仪器外壳3的环境内可能会出现高温高压。为了维持测量仪器外壳3内以及金属电缆7内孔中的低压，金属电缆7和测量仪器外壳3之间的接口必须被密封。

密封装置30包括有用于包围金属电缆7的环形唇18。环形唇18包括一内密封面8，内密封面8具有多个环形突起18a，这些环形突起径向向内延伸，朝着并延伸到金属电缆7的外表面中。在该实施例中，密封环形唇18包括四个突起18a。为了使突起18a进入金属电缆7的外表面，衬圈10被设置在金属电缆7和密封环形唇18的外部。衬圈10带有倾斜的驱动面10a，该驱动面10a被设置用于在环形唇18的一倾斜和朝向外的驱动面18b上滑动。这样，为了迫使突起18a径向向内，衬圈10沿着轴向（图3中箭头的方向）朝着测量仪器外壳3被移动。两个相对的倾斜（锥形）面18b、10a使得环形唇18被径向向内移动，从而迫使突起18a进入金属电缆7的外表面。通过这种方式，四个金属到金属的密封被建立。优选地，衬圈10的驱动可以通过一工具（未示出）来执行。

进一步地，优选地，环形唇18的朝外面或测量仪器外壳3的朝外面可以具有制动突起、凹槽或类似物，以与衬圈10的向内面啮合，其中，衬圈10的一部分可在环形唇18的朝外面或测量仪器外壳3的朝外面上移动。这是为了阻止衬圈10向后移动，并脱离与环形唇18的接合。

仍参考图3，大约在环形唇18的底座，测量仪器外壳3的开孔设置有孔肩12。当将金属电缆7插入到测量仪器外壳3（接收孔32）中时，金属电缆7的端部将与孔肩12抵靠。应注意，从图3可以预想，电连接器5的外直径大于金属电缆7的内直径。然后，操作人员应明白，金属电缆7已经被插入到测量仪器外壳3中的正确位置处，金属电缆7已位于确立的密封的正确位置处。进一步地，由于与孔肩12的抵靠，操作人员不需要冒在电连接器5上施加过多的力的险。这种过多的力对电连接器5和位于测量仪器外壳3对端处的测温仪4有害。

图4为电连接器5的侧视图，其中电连接器5仅在图2、3中示意性地被示出。电连接器5具有由非导电材料制成的一主体502，例如，其材料可以为硬塑料。如图4所示，在电连接器5的左端，包括有一插头接收装置501。该插头接收装置501包括第一金属接触部501a和第二金属接触部501b。第一金属接触部501a用于机械地偏向于插入到插头接收装置501的一电插头（未示出）的主杆。第二金属接触部501b用于机械地偏向于所述电插头的端杆。这样，插头（未示出）与插头接收装置501之间的接口在测温仪4和电连接器5之间提供了一两极电气通信。当电连接器5被推入到测量仪器外壳3中时，所述插头将被固定在测量仪器外壳3中，并被插入到电连接器5中。

在插头接收装置501的右方（如图4所示），电连接器5包括一导体接收部510，以用于接收第一和第二电导体9a、9b（如图2和图3所示）。导体接收部510具有第一导体固持部512a和第二导体固持部512b，以用于接收和保持插入的电导体。第一和第二导体固持部512a、512b分别具有第一引导通道511a和第二引导通道512b，当操作人员将电连接器5连接到电导体9a、9b时，第一和第二电导体9a、9b被插入到第一引导通道511a和第二引导通道512b。如前所述，第一和第二电导体9a、9b延伸通过金属电缆7的内孔。

在引导通道511a、511b中，设置有多个倾斜的固持器突起513a、513b。当例如铜线端部的电导体被插入到引导通道511a、511b中时，倾斜的固持器突起513a、513b将在插入方向上部分地延伸以及在朝向电导体的方向部分地延伸。

在该实施例中，第一导体固持器512a以及第一金属接触部501a（图4的左方）由同一金属块制成。对应地，第二导体固持器512b以及第二金属接触部501b由另一金属块制成。因此，在该实施例中，电连接器5仅具有两个金属组件。

由于固持器突起513a、513b的前述方向，操作人员能够将电导体插入到导体固持器512a、512b，但不能将电导体拉出。这是因为，当反方向拉导体时，各个固持器突起513a、513b将导体和剌入（stab)到固持器突起513a、513b的表面中。

为了保证和维持这种活动锁定，只要电导体被插入到导体固持器512a、512b，则导体固持器512a、512b的两个特定特征被提供，现在将对其进行描述。首先参考图5的放大图。如图5所示的固持器突起513a包括突起部514a以及弯曲部516a。弯曲部516从其连接部开始，大约沿着一导体的插入方向，依次延伸到导体固持器512a、512b。弯曲部的下方（参考图5）或弯曲部径向方向上为一空隙518a。当电导体被插入时，弯曲部516a可以移动到该空隙中，从而推开固持器突起513a。若用户尝试将导体向后拉出，则在导体被插入到第一导体固持器512a中后，如前所述，固持器突起513a会与导体连接。进一步地，在导体固持器512a和电连接器5的主体502之间设计一接口，以使得导体固持器512a相对于主体502可以在反方向上被拉动一小段距离，到达一后面的位置（如图6所示）。（所述反方向与电连接器的插入方向相对）这种情况将在拖拉电导体时发生。当拉动这样一小段距离时，固持器突起513a的弯曲部516a将被移动以在空隙518a的对面上与主体502的倾斜面520a接触。当在倾斜面520a上以滑动方式移动时，突起部514将被迫靠在电导体上。这样，当拖拉电导体时，依附在导体固持器512a的部分将被抬高。如图4、图6所示，第一导体固持器512a的三个固持器突起513a都被设置以与倾斜面520a连接。

应注意，图6的横截面视图相对图4、图5倒置。也就是说，第一导体固持器512a在第二导体固持器512b的下方被示出。

进一步地，当反方向拖拉电连接器以及由此在反方向移动导体固持器512a时，导体固持器512a将被锁在拉回位置中。在导体固持器512a的后部，在径向的外部位置，第一导体固持器512a包括一固定装置522a。固定装置522a包括一棘齿523a和一棘齿孔524a。棘齿523a包括一倾斜面，当导体固持器512a沿反方向被拖拉时，导体固持器512a在该倾斜面上滑动。当被拖拉一足够远距离时，棘齿523a将进入导体固持器512a的棘齿孔524a中，以这种方式将导体固持器512a锁定在后面位置。

为了使包括第一引导通道511a的第一导体固持器512a的反向拖拉移动成为可能，相对于包括第一金属接触部501a的部分，第一导体固持器512a包括一可弯曲部526a。当导体固持器512a沿反向方向被拖拉时，可弯曲部526a被弯曲。对应地，第二导体固持器512b具有一可弯曲部526b。

图4示出了位于前面（起始）位置的导体固持器512a，而图6示出了被拖拉到后面位置的导体固持器512a。从图6可以了解，相对于图4可弯曲部526a是如何进入弯曲状态的。

第二导体固持器512b还可以存在与描述的第一导体固持器512a对应的特征，其中，第一导体固持器512a的特征包括第一引导通道511a、第一固持器突起513a以及固定装置522a。

在另一实施例中，所述导体可以为光导体，以替换电导体。可以想象，在实施例中可以有少于或多于两个导体，或电导体和光导体都可以有。当使用光导体时，连接器的导体接收部基本上被成形为与前述示例中电连接器5的导体接收部510相同。

Claims (11)

1.井下测量仪器组件，所述组件用于地下井，并包括具有接收孔(32)的测量仪器外壳(3)、测量仪器(4)、与所述外壳(3)内部相互连通的具有内孔的金属电缆(7)，以及穿过所述金属电缆(7)内孔的电导体或光导体(9a，9b)，所述测量仪器外壳(3)具有内密封面(8)，所述测量仪器(4)被设置在所述测量仪器外壳(3)中或所述测量仪器(4)连接到所述测量仪器外壳(3)上，所述金属电缆(7)从一地下井的一井下位置伸到所述地下井的顶部，其中，所述电导体或光导体(9a，9b)通过一电连接器或光连接器(5)与所述测量仪器(4)连接，

其特征在于，

-所述电连接器或光连接器(5)设置在所述测量仪器外壳(3)中，且穿过所述测量仪器外壳(3)的所述接收孔(32)；以及

-所述内密封面(8)密封在所述金属电缆(7)的外表面上；

-所述电连接器或光连接器(5)为一细长的圆柱形连接器，该连接器的直径介于所述金属电缆(7)的外直径和内直径之间；

-所述金属电缆(7)的插入推动电连接器或光连接器(5)进入所述测量仪器外壳(3)中；

-所述接收孔(32)的内密封面直接在金属电缆(7)外表面进行密封；

测量仪器外壳(3)的接收孔设置有孔肩(12)，当将所述金属电缆(7)插入到所述测量仪器外壳(3)中时，所述金属电缆(7)的端部将与所述孔肩(12)抵靠。

2.如权利要求1所述的井下测量仪器组件，其特征在于，所述组件包括两个电导体或光导体(9a，9b)，所述两个电导体或光导体(9a，9b)穿过所述金属电缆(7)内孔，并通过所述电连接器或光连接器(5)与所述测量仪器(4)连接。

3.如权利要求1或2所述的井下测量仪器组件，其特征在于，所述电连接器或光连接器(5)包括导体固持器(512a，512b)，以用于将所述电导体或光导体(9a，9b)固持在一轴上固定位置中。

4.如权利要求1所述的井下测量仪器组件，其特征在于，

所述金属电缆(7)被夹持在延伸到一地下井的一输送管上。

5.如权利要求1所述的井下测量仪器组件，其特征在于，具有所述内密封面(8)的所述接收孔(32)设有环形唇(18)，所述环形唇(18)从所述外壳(3)向外延伸，其中，所述内密封面(8)位于所述环形唇(18)的内侧，所述环形唇(18)包括多个环形突起(18a)，所述多个环形突起(18a)径向向内朝向所述金属电缆(7)延伸，并延伸到所述金属电缆(7)的外表面，所述金属电缆(7)延伸到所述接收孔(32)中。

6.如权利要求5所述的井下测量仪器组件，其特征在于，所述环形唇(18)设有一倾斜外表面(18b)，所述倾斜外表面(18b)用于插入到一衬圈(10)中，所述衬圈(10)被压在所述环形唇(18)上，以迫使所述突起(18a)进入所述金属电缆(7)。

7.如权利要求1所述的井下测量仪器组件，其特征在于，所述连接器(5)包括至少一导体固持器(512a，512b)，所述导体固持器(512a，512b)具有一纵向延伸部和一引导通道(511a，511b)，所述引导通道(511a，511b)用于接收一具有纵向形状的导体端部，所述引导通道具有多个倾斜的固持器突起(513a，513b)，所述多个倾斜的固持器突起(513a，513b)通过所述导体端部的插入有弹性地向外弯曲，当所述导体端部被施加一个朝向所述导体固持器(512a，512b)外部的力时，所述多个倾斜的固持器突起(513a，513b)被迫抵靠在所述导体端部上。

8.如权利要求7所述的井下测量仪器组件，其特征在于，所述固持器突起(513a，513b)包括突起部(514a，514b)以及弯曲部(516a，516b)，所述突起部(514a，514b)相对一插入的方向倾斜并朝向一插入的导体，当一导体被插入到所述导体固持器(512a，512b)中时，所述弯曲部(516a，516b)向外弯曲进入一空隙(518a，518b)。

9.如权利要求8所述的井下测量仪器组件，其特征在于，在所述空隙(518a，518b)的对侧，倾斜面(520a，520b)面向所述弯曲部(516a，516b)被设置，当所述导体反方向被拉动时，所述弯曲部(516a，516b)用于在所述倾斜面(520a，520b)上滑动，以使得当所述导体在反方向被拉动、导体固持器(512a，512b)的一部分随着所述导体一起被拉动一段距离时，迫使所述突起部(514a，514b)抵靠所述导体。

10.如权利要求9所述的井下测量仪器组件，其特征在于，所述导体固持器(512a，512b)包括可弯曲部(526a，526b)，所述可弯曲部(526a，526b)使得所述固持器突起(513a，513b)可沿着所述距离相对所述导体固持器(512a，512b)的相对轴端作轴向移动。

11.如权利要求7所述的井下测量仪器组件，其特征在于，所述导体固持器(512a，512b)包括固定装置(522a，522b)，以用于当所述引导通道(511a，511b)通过所述导体的拉动被拉动到一在后位置时，将所述引导通道(511a，511b)保持在所述在后位置，其中，所述固定装置(522a，522b)包括棘齿(523a，523b)以及棘齿孔(524a，524b)，当所述引导通道(511a，511b)位于所述在后位置时，所述棘齿在所述棘齿孔中凸出。