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Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung, die die
mechanische und elektrische Verbindung von Bohrlochsonden an
ein Elektro-Trägerkabel ermöglicht.
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Die Messungen in den Bohrlöchern werden vermittels Empfängern
durchgeführt, die im allgemeinen in einer oder mehreren von
einer Oberflächeninstallation herabgelassenen Sonden am
Ende eines Kabels, dem sogenannten Elektro-Trägerkabel,
vorgenommen werden, das in der Lage ist, das Gewicht der Sonden
zu tragen und das aus einer Vielzahl elektrischer Leiter
gebildet ist. Eine der Sonden wenigstens umfaßt von
Stellzylindern betätigte Verankerungsarme. Die für das Funktionieren
der Stellzylinder notwendige Flüssigkeit wird erzeugt durch
ein hydraulisches System, das im allgemeinen durch einen
Elektromotor bewegt wird, der von einer
Oberflächeninstallation aus vermittels elektrischer Leiter des Kabels gespeist
ist.
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Die Betätigung der Verankerungsarme, die es ermöglicht, die
Sonde (oder die Sonden) auf einer bestimmten Tiefe im
Bohrloch festzusetzen, wird gesteuert vermittels Magnetventilen,
die durch einen oder mehrere Leiter mit der
Oberflächeninstallation verbunden sind. Andere elektrische Leiter dienen
dazu, mit einem Aufzeichnungslabor verschiedene in den
Sonden enthaltene Empfänger zu verbinden und insbesondere die
verschiedenen Empfänger, die verwendet werden, um die
Charakteristiken der das Bohrloch umgebenden unterirdischen
Formationen zu bestimmen.
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Die Notwendigkeiten der seismischen Prospektion, wo man so
schnell wie möglich detaillierte Aufzeichnungen seismischer
Profile erhalten will, führen dazu, eine immer größere Anzahl
von Empfängern zu verwenden und sie in einer Anordnung von
Sonden zu verteilen, die untereinander aufgehängt sind. Die
verschiedenen von den Empfängern stammenden Signale werden
durch eine Datenerfassungseinrichtung gesammelt, die so
ausgelegt ist, daß sie diese Signale multiplexiert,
digitalisiert und adaptiert, bevor sie vermittels einer oder mehrerer
Leitungen des Kabels an das seismische Oberflächenlabor
übertragen werden.
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Die Erfassung der Daten wird koordiniert von dem seismischen
Labor aus, das an die Empfangseinrichtung im Bohrloch Steuer-
und Synchronisationssignale schickt. Die Verbindung jedes
Empfängers, der in einer Satellitensonde mit der im
allgemeinen in der Hauptsonde angeordneten Datenerfassungseinrichtung
angeordnet ist, wird vermittels eines besonderen Leiters
ausgeführt.
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Verschiedene Teile einer solchen sogenannten Bohrlochflöte
sind beispielsweise beschrieben in den folgenden
französischen Patentanmeldungen: FR-2.501.380, 2.548.727, 2.564.599;
nationale französische Eintragungen EN. 87/04.365 und 87/04.677.
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Die Ausbildung einer sogenannten Bohrlochflöte, die so aus
einer Anordnung mehrerer Sonden gebildet ist, welche auf
unterschiedlichen Tiefenniveaus verteilt sind und eine erhebliche
Anzahl von Empfängern enthalten, macht somit die Erstellung
einer großen Anzahl von Verbindungen sowohl zwischen dem
Steuer- und Aufzeichnungslabor an der Oberfläche und der
Hauptsonde als auch zwischen dieser und den verschiedenen
Satellitensonden notwendig.
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Aus diesem Grunde ist man veranlaßt, elektrische Verbinder
immer komplizierter zu gestalten, um die verschiedenen Sonden
mit den Verbindungskabeln zu verbinden.
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Die Ausführung solcher Verbindungen wird umso schwieriger, je
mehr die Sonden aus Gründen insbesondere der seismischen
Prospektion bis auf Tiefen von mehreren Kilometern
herabgelassen
werden müssen, wo Drücke von etlichen hundert Bar und
Temperaturen herrschen, die 200 bis 300ºC erreichen können.
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Die Verbindung der Kabel mit den Enden der Sonden wird im
allgemeinen vermittels eines Durchführungselements ausgeführt,
das dicht ist und aus einer dicken Trennwand in Scheibenform
gebildet ist, die aus einem isolierenden
Durchführungsmaterial realisiert ist, wobei metallische Stangen zu beiden
Seiten der Trennwand münden.
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Die Stangen werden auf einer Seite an die Leiter des Kabels
geschweißt oder angequetscht und auf der gegenüberliegenden
Seite an Leiter innerhalb der Sonde. Man begrenzt und
isoliert die Verbindungszone zu beiden Seiten der Trennwand
vermittels einer Muffe, die gebildet wird aus zwei einander
angenäherten Halbschalen, derart, daß das Kabel und das Ende
des Sondenkörpers eingespannt und aneinander befestigt werden.
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Dichtungsanordnungen sind zwischen zwei Halbschalen
angeordnet, um diesen Hohlraum zu isolieren und eine isolierende
Substanz hierin einzuspritzen. Um die Verbindung zwischen dem
Kabel und den verschiedenen Leitern inerhalb jeder Sonde
lösbar zu machen, verwendet man im übrigen einen
elektrischen Mehrstecker - Verbinder, der im Hohlraum auf einer Seite der
Trennwand angeordnet ist. Die Ausführung jeder gegenseitigen
Verbindung ist langwierig und aus diesem Grunde schwierig. Im
übrigen ist die elektrische Isolierung schwierig
aufrechtzuerhalten, wenn der äußere hydrostatische Druck sehr hoch wird,
und dies wegen der Art der Begrenzung der Verbinder durch
Halbschalen, was einen schlechten Widerstand gegen
Wassereinbruch bietet.
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Es ist bekannt, zwei Mehrleiterkabel miteinander zu verbinden,
indem man die Leiter des einen an die männlichen Pole des
anderen verbindet, die in dichter Weise eine Trennscheibe
durchsetzen,die mit einer Verlängerung in der Form und im
Querschnitt angepaßt an die eines weiblichen Verbinders
vorgesehen ist, der Weibchenstecker umfaßt, die mit den Leitern des
anderen Kabels für die die Scheibe durchsetzenden Stecker-
Ausbildungen verbunden sind. Auch bekannt ist, die
Trennscheibe und den Weibchenverbinder je in einen Ansatz
oder eine Muffe einzusetzen, der oder die mit Haltemitteln
für die Kabel versehen ist, und die beiden Ansätze oder
Stekker in einer Verbindungsmuffe zu vereinigen, die mit die
Täuschung verhindernden Mitteln versehen ist. Eine solche
Verbindungseinrichtung zur gegenseitigen Verbindung von
Mehrleiterkabeln ist beispielsweise beschrieben in der US-PS 4 198 110.
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Die Erfindung hat eine Verbindungseinrichtung zum Ziel, die
es erlaubt, schnell und fehlerfrei mit einem Mehrleiterkabel
eine Eingriffsanordnung für ein Bohrloch oder eine Bohrung
zu verbinden, die wenigstens eine Bohrlochsonde umfaßt.
Hierzu umfaßt die Verbindungseinrichtung Mittel zur elektrischen
Verbindung, die die Verbindung der verschiedenen
elektrischen Leiter in der Sonde und der Leiter des Mehrleiterkabels
ermöglichen, wobei diese Mittel zur elektrischen Verbindung
eine Trennscheibe umfassen, die auf der Bohrlochsondenseite
mit einer röhrenförmigen Verlängerung und einem elektrischen
Weibchenverbinder versehen ist, der in die röhrenförmige
Verlängerung eintreten kann, wobei die Trennscheibe mit dichten
Durchführungen für eine Anordnung männlicher Steckerteile
versehen ist, die so ausgelegt sind, daß sie auf der Seite
hiervon sich in eine Anordnung hohler Stangen stecken lassen,
die elektrisch mit den Leitern des Kabels verbunden sind und
auf der gegenüberliegenden Seite gegen Weibchenstecker des
elektrischen Verbinders stecken lassen, die elektrisch mit
den Leitern innerhalb der Sonde verbunden sind, wobei die
Einrichtung auch Mittel zur mechanischen Verbindung mit einer
Ringmuffe umfaßt, die an einem ersten Ende mit einem Ansatz
versehen ist, der ersten Haltemitteln für das Kabel
zugeornet und so ausgelegt ist, daß sie an einem gegenüberliegenden
Ende den Endteil des Gehäuses der Sonde aufnimmt, welcher
Ausnehmungen umfaßt, die die Trennscheibe und den
Weibchenverbinder enthalten können, wobei die Mittel der mechanischen
Verbindung im übrigen die Täuschung verhindernden Mittel und
Mittel umfaßt, um die Ringmuffe an das Endteil des Gehäuses
der Bohrlochsonde zu befestigen, wobei diese Mittel durch
eine Annäherung der Ringmuffe und des Endteils es ermöglichen,
die korrekte elektrische Verbindung zwischen der Trennscheibe
und dem elektrischen Weibchenverbinder herzustellen und
das Innere des Gehäuses gegen das Bohrloch dicht zu isolieren.
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Die Verbindungseinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich
dadurch aus, daß sie an jedem Sondenkopf ein schräg
zugeschnittenes Blockierteil und Schrauben umfaßt, um dieses
Teil gegen das Mehrleiterkabel zu pressen, wobei diese
Schrauben so gewählt sind, daß sie innerhalb genau festgelegter
Grenzen einem Herausreißen des Mehrleiterkabels widerstehen,
wobei Dichtungsmittel vorgesehen sind, um die Hülle gegen die
Außenwandung des Ansatzes zu pressen.
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Durch diese Verwendung von Haltemitteln mit begrenzter
Haltekraft ermöglicht es die Einrichtung nach der Erfindung,
wenigstens einen Teil der Ausrüstung rückzugewinnen, die in das
Bohrloch abgesenkt wurde, während ein Teil hiervon sich
anschließend an Absenk- und/oder Hievmanöver eingeklemmt
befindet. Diese Ausbildung ist besonders brauchbar, wenn die
Eingriffsanordnung mehrere Sonden umfaßt, die untereinander an
Mehrleiterkabeln hängen.
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In diesem Fall verwendet man, um ein Kabelelement an die
Basis einer Sonde zu verbinden, die Mittel zur elektrischen und
mechanischen Verbindung der oben definierten Art, wobei diese
Mittel mit zweiten Haltemitteln des Kabels versehen sind und ein
zylindrisches Bauteil umfassen, das mit Ausnehmungen und
Körnerschrauben versehen ist, derartiger Auslegung, daß sie
in diese Ausnehmungen greifen und dieses Bauteil gegen das
Mehrleiterkabel pressen, und wobei Dichtungsmittel vorgesehen
sind, um die Hülle des Kabelelements gegen die Außenwand des
Ansatzes zu pressen.
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Dank dieser unterschiedlichen Haltemittel, deren Haltekraft
größer als die der ersten Haltemittel ist, wird es möglich,
im Falle des Blockierens im Bohrloch eines Teils der
Ausrüstung,
welche die Absenk- oder Hubmanöver übersteht, Orte für
den Bohrlochsondenstrang zu wählen, wo ein Reißen sich
einstellen kann, wenn die Zugkraft am Mehrleiterkabel, ausgeübt
von der Obefläche aus, einen vorbestimmten Schwellenwert
überschreitet.
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Andere Charakteristiken und Vorteile der Einrichtung ergeben
sich beim Lesen der Beschreibung einer Ausführungsform, die
als nicht begrenzendes Beispiel gegeben wird, wobei auf die
beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
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- Fig. 1 eine Verbindungseinrichtung eines Kabels an den
Endteil einer Sonde zeigt;
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- Fig. 2 eine Teilansicht der Verbindungseinrichtung der Fig. 1
darstellt und eine Variante der Haltemittel für das
Kabel zeigt und
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- Fig. 3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung zeigt.
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Die Einrichtung ermöglicht es, ein Mehrleiterkabel 1 an das
Ende eines Bohrlochsondenkörpers 2 zu verbinden. Das Ende des
Körpers 2 ist röhrenförmig und umfaßt eine erste Innenbohrung
3, die mit einem durch eine zweite Bohrung 4 verlängerten
Gewinde von einem Querschnitt kleiner dem des ersten und einer
dritten Bohrung 5 von einem Querschnitt kleiner als dem des
zweiten versehen ist.
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Auf Höhe der dritten Bohrung wird die röhrenförmige Wandung
des Gehäuses durchsetzt durch drei unter 120º bezüglich einander durch
drei Täuschung verhindernde Stifte 6 getrennte Lager. In der
gleichen Weise wird in Höhe der zweiten Bohrung 4 die Wandung
des Gehäuses von drei Radiallagern, die ebenfalls unter 120º
zueinander stehen, für drei andere die Täuschung verhindernde
Zapfen 7 durchsetzt. Die Zapfen 6 und 7 sind mit
Dichtungsanordnungen 8 versehen und ihre jeweiligen Längen sind so
gewählt, daß ihre Enden aus der Innenwand 9 des Körpers 2
vorstehen.
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Die Einrichtung umfaßt einen elektrischen Weibchenverbinder
10 von einem Querschnitt, der dem des dritten Hohlraums 5
angepaßt ist und von einer Länge, die größer ist als dieser.
Der Verbinder 10 ist mit drei Längsnuten 11 von einer
Breite versehen, die an die die Täuschung verhindernden
Zapfen 6 angepaßt ist und die auch unter 120º zueinander
angeordnet sind. Er umfaßt (Fig. 3) eine gewisse Anzahl von
Weibchenkupplungen P.
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Ein Ring 12 von einem Querschnitt kleiner als dem des
zweiten Hohlraums 4 ist um den Verbinder 10 befestigt. Die
Einrichtung umfaßt auch eine Trennscheibe 13, deren
Außenquerschnitt an den des zweiten Hohlraums angepaßt ist, wobei die
Scheibe auf der einen Seite eine röhrenförmige Verlängerung
14 umfaßt, die mit drei Längsnuten 15 von einer Breite
versehen ist, die auf den Durchmesser der die Täuschung
verhindernden Zapfen 7 abgestellt ist und die unter 120º
zueinander angeordnet sind. Der Innenquerschnitt der Verlängerung
14 ist auf den Außenquerschnitt des Weibchenverbinders 10
angepaßt. Eine Dichtungsanordnung 16 ist in einer Ringnut am
Umfang der Scheibe angeordnet.
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Auf der der röhrenförmigen Verlängerung 11 gegenüberliegenden
Seite ist die Scheibe mit einer kreisförmigen Schulter 17
mit einer Längsnut 18 versehen. Durch die Scheibe 13 sind
Durchlässe belassen,und vorstehende Steckerteile 19, die mit
Dichtungsanordnungen versehen sind, sind hierin eingelassen
und durchsetzen sie stellenweise. Die Länge der Stecker ist
größer als die Dicke der Scheibe. Ihre Anzahl und Anordnung
sind derart auf der Seite der röhrenförmigen Verlängerung,
daß die Steckerteile in die verschiedenen Aufnehmerteile
des Weibchenverbinders 10 eingreifen, wenn die Längsnuten
11 und 15 sich in Verlängerung zueinander befinden.
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Die Einstellung der Steckerteile in den die Trennscheibe
durchsetzenden Kanälen wird untersucht, um jedes Eindringen
von Wasser bis zu erhöhten Drücken (mehr als 1000 Bar
beispielsweise) und Temperaturen von mehreren hundert Grad
Celsius
zu verhindern.
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Die Einrichtung umfaßt auch eine Ringmuffe 20, deren
Innenquerschnitt auf der Seite eines ersten Endes auf den der
Ringschulter 17 der Scheibe 13 angepaßt ist. An ebendiesem
ersten Ende umfaßt die Muffe einen Bund 21. Ein die Täuschung
verhindernder Keil 22 von einer auf die Breite der Axialnut
18 angepaßten Breite ist an der Innenwandung der Muffe
benachbart ihrem ersten Ende befestigt. Eine den Bund radial
durchsetzende Körnerschraube 23 ermöglicht es, die Scheibe
13 in Translation bezogen auf die Muffe 20 festzusetzen. Eine
Mutter 24 kann längs der Muffe gleiten. Vorgesehen ist eine
röhrenförmige Verlängerung 25 von einem Außendurchmesser, der
an den der ersten Innenbohrung 3 des Gehäuses 2 angepaßt und
außen mit Gewinde versehen ist. Die Außenwand der Muffe 20
ist über einen Teil ihrer Länge mit Gewinde versehen. Eine
Gegenmutter 26 in Scheibenform und deren Innenwandung
Gewinde trägt, kann sich auf das Außengewinde der Muffe 20
schrauben lassen.
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Der Innenhohlraum 27 der Muffe steht mit der äußeren
Umgebung über zwei Radialöffnungen in Verbindung, die durch zwei
Gewindestopfen 28 geschlossen sind. An ihrem dem Bund 21
gegenüberliegenden Ende umfaßt die Muffe einen Ansatz 29 zur
Verbindung mit dem Kabel, der aus zwei Kegelstümpfen 30, 31
gebildet ist, die miteinander über einen zylindrischen Teil
32 verbunden sind. Eine Axialöffnung 33 ist in der Achse des
Ansatzes ausgespart. Das Kabel umfaßt ein Bündel von
Leitungen 34 innerhalb einer äußeren Bewehrung 35 in Litzenform.
Die Anordnung ist in eine Dichtheitshülle aus Elastomer 36
eingehüllt. Der eine Abschrägung bildende Endteil 31 läßt
sich unter die Hülle einführen, und ein
Dichtungsring 37 wird von oben in Höhe des zylindrischen Teils 32
angespannt.
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Ein abgeschrägtes rohrenförmiges Bauteil 38, das mit einer
Öffnung von einem Durchmesser, der an den der Hülle angepaßt
ist, versehen ist, ist in der Axialöffnung 33 des Ansatzes
angeordnet. Es wird gegen die Litze durch Eindrücken von drei
Schrauben oder Spannstiften 39 in drei Gewindeöffnungen 40
gepreßt, die radial im Ansatz in Höhe ihres zylindrischen
Teils 32 ausgespart sind.
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Aus Sicherheitsgründen sind die Abmessungen dieser drei Stifte
oder Pione 39 derart gewählt, daß sie nachgeben, wenn die
Axialbeanspruchungen, die auf das Kabel ausgeübt werden, einen
bestimmten Wert überschreiten. Dieses Sicherheitssystem wird
am Kopf der Sonde verwendet, wenn es sich um eine einzige
handelt, oder auch zwischen jedem Sondenkopf und dem Teil des
Kabels, der ihn mit der darüber angeordneten Sonde für den Fall
verbindet, wo man in das Bohrloch einen Satz mehrerer
untereinander verbundener Sonden hinabläßt.
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Im Falle einer Mehrsondenempfangseinrichtung verbindet sich
der Kabelteil an seinem Ende (Fig. 2) mit einem ähnlichen
Ansatz 29 einer anderen Sonde, die im Betrieb darüber
angeordnet ist. Die Art der Verbindung ist identisch, nur daß das
schräg abeschnittene Teil 38 durch ein zylindrisches Stück 41
und die Spannstifte 39 durch Körnerschrauben 42 ersetzt sind,
welche in Hohlräume greifen, die im Bauteil 40 belassen sind.
Der erhaltene Widerstand gegen Herausreißen ist wohl
erheblich größer als der vom schräg abgeschnittenen Stück und den
Stiften gebotene. Hieraus resultiert, daß eventuelle Risse
sich immer in Höhe des oberen Ansatzes jeder Sonde einstellen.
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Dies wird so untersucht, daß man immer einen Teil der
Vorrichtung im Falle des Verklemmens einer der Sonden hieven kann.
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Auf die verschiedenen Steckerstifte 19 rasten auf der dem
Weibchenstecker 10 gegenüberliegenden Seite der Scheibe 13
Stangen 43 ein. An diese Stangen sind die Enden der
verschiedenen Leitungen 34 des Kabels 1 geschweißt. Über die
Öffnungen führt man eine dielektrische flüssige oder pastenförmige
Substanz ein, um die Stangen 43 elektrisch gegen Feuchtigkeit zu
isolieren, die in das Innere der Muffe 20 eintreten könnte.
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In einer vorbereitenden Phase verbindet man elektrisch die
verschiedenen aus dem Gehäuse 2 austretenden Leiter L mit den
verschiedenen Fassungen des Weibchensteckers 10. Man kürzt
die äußere Hülle 36 des zu verbindenden Kabels sowie seine
Litze 35, derart, daß eine Länge des inneren Kabels größer
als die Länge der Muffe frei wird.
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Nach Positionierung der Mutter 24 und ihrer Gegenmutter 26
um die Muffe herum greift das zu verbindende Kabel in die
Öffnung 33 des Ansatzes, wobei die Litze 35 durch das
abgeschrägte Teil 38 und die Spannstifte 39 blockiert ist; dann
wird die Außenhülle über den zylindrischen Teil des Ansatzes
29 geführt und um den Ring 37 gespannt. Die unterschiedlichen
Leitungen 34 des Kabels werden dann elektrisch mit den
Stangen 43 verbunden.
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Ist diese Vorphase realisiert, so
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- verbindet man durch Eindrücken die verschiedenen
spindelartigen Ausbildungen 18 der Scheibe 13 mit den stangenartigen
Ausbildungen 43,
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- drückt man die Scheibe gegen den Bund 21 der Muffe in einer
Position, die den Eingriff des Keils 22 in die Nut 18
erlaubt,
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- drückt man die Weibchenverbinder 10 auf die spindelartigen
Ausbildungen ein, die über die Scheibe 13 auf der den Stangen
43 gegenüberliegenden Seite hinausragen, indem man darüber
wacht, in der Verlängerung zueinander die beiden Nuten 11,
15 zu positionieren, die jeweils in der röhrenförmigen
Verlängerung 14 der Scheibe und im Weibchenverbinder 10
ausgespart sind,
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- setzt man die bereits zusammenmontierten Teile in das Ende des
Körpers der Sonde, derart, daß die die Täuschung
verhindernden Stifte 6, 7 mit den Nuten zusammenfallen, und
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- spannt man die Mutter 24 in der ersten Gewindebohrung 3 des
Endes des Gehäuses und dann die Gegenmutter 26, derart, daß
die unterschiedlichen Elemente bezüglich einander
festgelegt werden.
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Zum Abschluß nimmt man die beiden Stopfen 28 der Muffe ab und
spritzt ein Isolierfluid, beispielsweise eine Silikonpaste,
ein, bis der Innenhohlraum 27 komplett gefüllt ist, und setzt
die Stopfen wieder auf. Die elektrische Verbindung ist also
schnell und ohne Gefahr eines Fehlers hergestellt. Nachdem
die Verbindung mittels einer auf das Ende des Gehäuses
verschraubten Zylindermuffe ausgeführt ist, kann man also leicht
eine günstige mechanische Steifigkeit und eine günstige
elektrische Isolierung der miteinander verbundenen Leitungen
erhalten.