DE69834357T2

DE69834357T2 - Vorrichtung zum Verschieben eines Bohrlochwerkzeuges durch Pumpen

Info

Publication number: DE69834357T2
Application number: DE69834357T
Authority: DE
Inventors: Walter Houston Benson; Augdon Stafford Sampa
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2018-02-12
Also published as: DK0860584T3; ID19902A; MX9801279A; AU735040B2; EP0860584A3; CO4771121A1; EG22072A; CN1199130A; CN1082601C; AU5294698A; US5871052A; NO980682D0; NO317354B1; NO980682L; EP0860584A2; ID19903A; DE69834357D1; EP0860584B1

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/038.110, eingereicht am 19. Feb. 1997 (Aktenzeichen des Anwalts 25.170).
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einsetzen von Werkzeugen in Ölbohrlöcher durch Schlammpumptechniken und besitzt eine spezielle Anwendung in der Verwendung in stark abgelenkten Bohrlöchern.
Sobald ein Bohrloch gebohrt ist, werden gewöhnlich gewisse Abschnitte von diesem mit elektrischen Instrumenten untersucht. Diese Instrumente werden manchmal als "Drahtleitungs- oder Seilarbeitsinstrumente" bezeichnet, da sie über einen elektrischen Draht oder ein elektrisches Kabel, an dem sie eingesetzt werden, mit der Bohrlochmesseinheit an der Oberfläche des Bohrlochs kommunizieren. Bei vertikalen Bohrlöchern werden häufig die Instrumente einfach an dem Bohrlochmesskabel in das Bohrloch abgesenkt. Bei horizontalen oder stark abgelenkten Bohrlöchern ist die Schwerkraft jedoch häufig unzureichend, um die Instrumente in die zu untersuchenden Tiefen zu bewegen. In diesen Fällen ist es manchmal notwendig, die Instrumente mit dem Bohrrohr entlang des Bohrlochs zu schieben.
Die Drahtleitungs-Bohrlochmessung mit dem Bohrrohr kann jedoch wegen des Vorhandenseins des Kabels schwierig sein. Es ist mühsam und gefährlich, das elektrische Kabel im Voraus, bevor die Instrumente in das Bohrloch abgesenkt werden, durch alle Bohrrohre zu ziehen. Daher sind einige Einsetzsysteme wie etwa das Tough Logging Conditions System^TM (TLCS) von Schlumberger entwickelt worden, die eine elektrische Verbindung zwischen den Instrumenten und dem Kabel im Bohrloch herstellen, nachdem die Instrumente in die Tiefe abgesenkt worden sind. Bei diesen Systemen werden die elektrischen Instrumente einfach mit dem Standard-Bohrrohr eingesetzt und dann das Kabel entlang der Innenseite des Bohrrohrs hinabgeführt und verbunden. Nach der Bohrlochmessung kann das Kabel ohne weiteres von dem Bohrlochmesswerkzeug gelöst werden und entfernt werden, bevor das Werkzeug geborgen wird, Das TLCS ist sehr wirksam gewesen und hat eine breite kommerzielle Akzeptanz gefunden.
Bei dem TLCS und anderen Systemen wird das Kabel ferngesteuert über einen Bohrlochverbinder mit der instrumentellen Ausrüstung verbunden. Der eine Halbabschnitt dieses Verbinders ist an der instrumentellen Ausrüstung befestigt und wird an dem Bohrrohr in das Bohrloch abgesenkt. Der andere Halbabschnitt des Verbinders ist am Ende des Kabels befestigt und wird mit dem Schlammfluss, der aus offenen Löchern am Boden des Bohrrohrs heraus in das Bohrloch strömt, das Bohrrohr hinab gepumpt. Der Verbinder wird manchmal als "Nassverbinder" bezeichnet, da die Verbindung unter Bedingungen, die eine Herausforderung an die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung stellen, in der Bohrschlammströmung hergestellt wird. Bei stark abgelenkten oder horizontalen Schächten oder Bohrlöchern kann das Hinabpumpen des Verbinders in das Bohrloch besondere schwierig sein. In solchen Fällen muss die auf den Verbinder ausgeübte Pumpkraft die Reibung zwischen der Bohrlochfutterrohr- oder Bohrrohroberfläche überwinden und in manchen Fällen auch der Schwerkraft entgegenwirken.
Das Problem beim Hinabpumpen des Kabelverbinders in das Bohrloch besteht beim Hinabpumpen irgendeines Drahtleitungswerkzeugs in das Bohrloch mit einer Strömung aus Bohrschlämmen, die je nach Anwendung und Umgebung in der Tiefe des Bohrlochs einen weiten Gewichts- und Viskositätsbereich aufweisen können.
Zusammenfassung der Erfindung
Wir haben entdeckt, dass durch Versehen des Kabelverbinders (oder eines anderen in ein Bohrloch hinab gepumpten Werkzeugs) mit einem geeigneten Schott-Adapter mit einer Pistonierkolbenmanschette erfolgreich eine Einschnürung der Strömung in das Bohrloch hinab erreicht werden kann, die das Pumpen des Verbinders oder Werkzeugs längs des Bohrlochs vor allem bei stark abgelenkten Bohrlöchern wesentlich verbessern kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Schott-Adapter für die Verwendung mit einem Bohrlochwerkzeug, das an einem Kabel durch ein Bohrlochfutterrohr oder ein Bohrrohr gepumpt werden soll, versehen. Der Schott-Adapter umfasst eine Gehäusebaueinheit, die ein oberes Befestigungselement für die Verbindung des Gehäuses mit dem Kabel und ein unteren Befestigungselement für die Verbindung des Gehäuses mit dem Werkzeug besitzt. Der Adapter umfasst außerdem eine kreisförmige Pistonierkolbenmanschette, die einen Oberflächenbereich definiert, der einer Strömung des Pumpfluids ausgesetzt ist.
Die Pistonierkolbenmanschette ist an dem Gehäuse lösbar befestigt und besitzt einen Außendurchmesser, der einen vorstehenden Bereich umgibt, der größer als der vorstehende Bereich des Werkzeugs, gemessen in einer Ebene quer zu dem Bohrlochfutterrohr oder Bohrrohr, ist.
In einigen gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen enthält die Pistonierkolbenmanschette ein elastisches Material wie etwa Fluorkohlenstoff.
In einigen anderen Ausführungsformen enthält die Pistonierkolbenmanschette ein Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Aluminium, Messing, Polytetrafluorethylen und Acetalharz besteht. Das gegenwärtig am stärksten bevorzugte dieser Materialien ist Acetal-Homopolymerisat-Harz.
Erfindungsgemäß umfasst die Gehäusebaueinheit einen unteren Gehäuseabschnitt und einen oberen Gehäuseabschnitt. Der obere Gehäuseabschnitt ist so konstruiert, dass er im Bohrloch am unteren Gehäuseabschnitt lösbar befestigt werden kann, wobei dazwischen die Pistonierkolbenmanschette gehalten wird. Die Pistonierkolbenmanschette enthält vorzugsweise ein zwischen dem oberen und dem unteren Gehäuseabschnitt zusammengedrücktes elastisches Material.
Das Gehäuse weist in manchen Fällen außerdem einen Pistonierkolbenmanschetten-Haltestift auf, der sich zwischen dem oberen und dem unteren Gehäuseabschnitt durch die Pistonierkolbenmanschette erstreckt.
In einigen Fällen umfasst der untere Gehäuseabschnitt einen unteren Körper, der eine Schulter definiert und eine Welle besitzt, die sich von der Schulter durch die Pistonierkolbenmanschette erstreckt, wobei die Welle einen mit Gewinde versehenen Endabschnitt besitzt, und eine untere Pistonierkolbenmanschetten-Haltehülse, die zwischen der Schulter und der Pistonierkolbenmanschette um die Welle drehbar angeordnet ist. Der obere Gehäuseabschnitt enthält eine Mutter mit Gewinde, die mit dem mit Gewinde versehenen Endabschnitt der Welle in der Weise in Eingriff ist, dass die Pistonierkolbenmanschette zusammengedrückt wird, und eine obere Pistonierkolbenmanschetten-Haltehülse, die um die Welle drehbar zwischen der Mutter und der Pistonierkolbenmanschette angeordnet ist.
Bei einigen bevorzugten Anordnungen definieren der obere und/oder der untere Gehäuseabschnitt eine Innenbohrung, die mit der äußeren Oberfläche der Pistonierkolbenmanschette in der Weise axial überlappt, dass die Pistonierkolbenmanschette gehalten wird. Bei einigen Anwendungen definiert die Innenbohrung eine kegelstumpfförmige Oberfläche mit einem Konuswinkel, der in Bezug auf die Achse der Pistonierkolbenmanschette gemessen wird und im Bereich von etwa 5 bis 10 Grad liegt.
Bei einigen Ausführungsformen enthält die Pistonierkolbenmanschette ein Spritzgussmaterial. In einigen Fällen definiert die Pistonierkolbenmanschette konzentrische, gegossene Trimmführungen, die die Trimmdurchmesser zum Anpassen der Pistonierkolbenmanschette für die Verwendung bei verschiedenen Bohrlochfutterrohr- oder Bohrrohrdurchmessern kennzeichnen.
Bei einigen Ausführungsformen definiert das Gehäuse eine Innenbohrung, durch die das Kabel durch den Adapter verläuft, um eine elektrische Verbindung mit dem Werkzeug zu schaffen.
Die obere Befestigung umfasst bei einigen Ausführungsformen eine Durchgangstülle für eine Abdichtung zwischen dem Kabel und dem Gehäuse und eine Durchgangstüllenmutter zum Zusammendrücken der Durchgangstülle um das Kabel. In manchen Fällen definiert die Durchgangstülle einen Schlitz, der durch eine Seite der Durchgangstülle verläuft, derart, dass die Durchgangstülle ersetzbar ist, ohne das Kabel von dem Gehäuse zu trennen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der oben beschriebene Adapter mit einem Bohrlochmesswerkzeug kombiniert, das an der unteren Befestigung des Adaptergehäuses befestigt ist.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Bohrlochwerkzeug vorgesehen, das an einem Kabel durch ein Bohrlochfutterrohr oder Bohrrohr gepumpt werden soll. Das Bohrlochwerkzeug weist eine kreisförmige Pistonierkolbenmanschette auf, die an dem Werkzeug in der Nähe seines unteren Endes befestigt ist. Die Pistonierkolbenmanschette definiert einen Oberflächenbereich, der einer Strömung des Pumpfluids ausgesetzt ist, und ist an dem Werkzeug lösbar befestigt. Die Pistonierkolbenmanschette besitzt einen Außendurchmesser, der einen vorstehenden Bereich umgibt, der größer als der vorstehende Bereich des Werkzeugs, gemessen in einer Ebene quer zu dem Bohrlochfutterrohr oder Bohrrohr, ist.
Die oben beschriebenen Merkmale sind bei verschiedenen Ausführungsformen so kombiniert, wie es erforderlich ist, um die Bedürfnisse einer gegebenen Anwendung zu erfüllen.
Der erfindungsgemäße Adapter kann in einem Verfahren verwendet werden, in dem ein Werkzeug an einem Kabel durch ein Bohrlochfutterrohr oder ein Bohrrohr gepumpt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

1. Vorsehen eines Adapters mit Pistonierkolbenmanschette, der eine Gehäusebaueinheit mit einem oberen Befestigungselement für die Verbindung der Gehäusebaueinheit mit dem Kabel und ein unteres Befestigungselement für die Verbindung des Gehäuses mit dem Werkzeug sowie eine kreisförmige Pistonierkolbenmanschette aufweist, die einen Oberflächenbereich definiert, der einer Strömung des Pumpfluids ausgesetzt ist (wobei die Pistonierkolbenmanschette an dem Gehäuse lösbar befestigt ist und einen Außendurchmesser besitzt, der einen vorstehenden Bereich umgibt, der größer als der vorstehende Bereich des Werkzeugs, gemessen in einer Ebene quer zu dem Bohrlochfutterrohr oder Bohrrohr, ist);
2. Befestigen des Werkzeugs an der unteren Befestigung des Adapters mit Pistonierkolbenmanschette;
3. Befestigen des Kabels an der oberen Befestigung des Adapters mit Pistonierkolbenmanschette;
4. Platzieren des Werkzeugs und des Adapters mit Pistonierkolbenmanschette in dem Bohrlochfutterrohr oder Bohrrohr; und
5. Pumpen von Fluid durch das Bohrlochfutterrohr, um den Adapter mit Pistonierkolbenmanschette und das befestigte Werkzeug durch das Bohrlochfutterrohr oder Bohrrohr zu schieben.

In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner den Schritt, in dem der Adapter mit Pistonierkolbenmanschette auf einen Durchmesser getrimmt wird, der an den Durchmesser des Bohrlochfutterrohrs oder Bohrrohrs angepasst ist. Vorzugsweise wird die Pistonierkolbenmanschette auf einen Außendurchmesser getrimmt, der um etwa 0,10 Zoll kleiner als der Durchmesser des Bohrlochfutterrohrs oder Bohrrohrs ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die 1–5 zeigen nacheinander die Verwendung eines ferngesteuert mit einem Bohrlochmesswerkzeug in Eingriff gebrachten elektrischen Verbinders.
Die 6A–6C zeigen den Aufbau des bohrlochseitigen Halbabschnitts des Verbinders (DWCH) von 1.
6D ist eine längs der Linie 6D-6D in 6B aufgenommene Querschnittsansicht.
Die 7A–7C zeigen den Aufbau des kabelseitigen Halbabschnitts des Verbinders (PWCH) von 1.
7D ist eine längs der Linie 7D-7D in 7B aufgenommene Querschnittsansicht.
8 zeigt eine alternative Anordnung des oberen Endes des PWCH.
9 veranschaulicht eine Funktion der Pistonierkolbenmanschette in einem Rohr.
9A zeigt eine am unteren Ende eines Werkzeugs angeordnete Pistonierkolbenmanschette.
10 ist eine vergrößerte, auseinander gezogene Ansicht der Pistonierkolbenmanschette und zugehöriger Komponenten.
11 ist eine vergrößerte Ansicht der aufnehmenden Verbinderbaueinheit von 7B.
12 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht einer Baugruppe der aufnehmenden Verbinderbaueinheit von 11.
13 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 13 in 11.
14 ist eine vergrößerte Ansicht des Mehrstiftverbinders von 7B.
15 ist eine Stirnansicht des Verbinders, wie sie aus der Richtung 15 in 14 gesehen wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Das Bohrloch-Verbindungssystem, das zunächst in den 1 bis 5 gezeigt ist, ist für die Verwendung mit einem Drahtleitungs-Messwerkzeug 10 entweder in einem unverrohrten Bohrloch oder in einem verrohrten Bohrloch 12 geeignet und in Fällen, in denen das Bohrloch abgelenkt ist und/oder sich die Zone (z. B. die Zone 14), die gemessen werden soll, in großer Tiefe befindet, besonders nützlich. In diesen Figuren weist das Bohrloch 12 einen horizontalen Abschnitt 16 auf, der in der Zone 14 zu messen ist, und ist mit einer Verrohrung 18, die sich von der Bohrlochoberfläche bis zu einem Rohrschuh 20 erstreckt, ummantelt.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die Bohrlochmesswerkzeuge 10 mit einem Bohrloch-Nassverbinderkopf (DWCH) 22 versehen, der eine Verbindung zwischen einem oberen Ende der Bohrlochmesswerkzeuge und einem Bohrrohr 24 herstellt. Wie weiter unten näher erläutert wird, bildet der DWCH 22 ein steckbares Teil einer elektrischen Verbindung im Bohrloch für Fernmeldung zwischen den Bohrlochmesswerkzeugen 10 und einer beweglichen Bohrlochmesseinheit 26. Während des ersten Schritts der Bohrlochmessprozedur werden die Bohrlochmesswerkzeuge 10 und der DWCH 22 an verbundenen Längen eines Standard-Bohrrohrs 24 in ein Bohrloch 12 abgesenkt, bis die Werkzeuge 10 das obere Ende des zu messenden Bohrlochabschnitts (z. B. die Spitze der Zone 14) erreichen. Das Bohrrohr 24 wird durch Standardtechniken abgesenkt, wobei es, wenn es für eine Einströmung von Fluid aus dem Bohrloch nicht offen ist, in regelmäßigen Intervallen (z. B. alle 2000 bis 3000 Fuß (509,6 bis 914,4 Meter)) mit Bohrfluid (z. B. Schlamm) gefüllt wird.
Wie in 2 gezeigt ist, wird dann, wenn die Werkzeuge 10 die Spitze der Zone 14 erreicht haben, ein Hinabpump-Nassverbinderkopf (PWCH) 28 an einem elektrischen Kabel 30, das von der Bohrlochmesseinheit 26 abgespult wird, in die Innenbohrung des Bohrrohrs abgesenkt. Der PWCH 28 besitzt ein aufnehmendes Verbinderteil, das mit dem steckbaren Verbinderteil des DWCH 22 zusammenpasst. Eine kabelseitige Eingabebaugruppe (CSES) 32, durch die das Kabel 30 im Voraus geführt ist, um einen seitlichen Austritt des Kabels aus dem fertigen Bohrrohr zu schaffen, ist am oberen Ende des Bohrrohrs 24 befestigt, während über der CSES 32 eine Schlammkappe 34 (z. B. ein Bohrturm-Top-Drive- oder Mitnehmerstangen-Schlammzirkulationssystem) angebracht ist, um Schlamm durch die Bohrung des Bohrrohrs hinab zu pumpen. Zu diesem Zweck wird eine Standard-Schlammpumpeinrichtung (nicht gezeigt) verwendet. Wie später besprochen wird, hilft eine speziell konstruierte Pistonierkolbenmanschette an dem PWCH, eine durch die Strömung des Schlamms durch das Bohrrohr hinab bedingte Druckkraft auf den PWCH 28 zu entwickeln, die den PWCH durch das Bohrloch hinab schiebt und ihn an dem DWCH 22 verriegelt, um eine elektrische Verbindung zu bilden. Ein spezielles Ventil (das weiter unten erläutert wird) in dem DWCH 22 ermöglicht das Zirkulieren des Schlammflusses von dem Bohrrohr zum Bohrloch.
Wie in 3 gezeigt ist, wird der PWCH 28 das Bohrrohr 24 hinab gepumpt, bis er in dem DWCH 22 einrastet ist und eine elektrische Verbindung zwischen den Bohrlochmesswerkzeugen 10 und der Messeinheit 26 bildet. An diesem Punkt kann der Schlammfluss unterbrochen werden und die Schlammkappe 34 von der Oberseite des Bohrrohrs entfernt werden. Die Bohrlochmesswerkzeuge 10 können eingeschaltet werden, um die Systemfunktion zu prüfen oder ein vorläufiges Protokoll zu erstellen, sobald die Bohrlochmesswerkzeuge auf den Boden des Bohrlochs abgesenkt sind.
Wie in 4 gezeigt ist, werden die Messwerkzeuge 10, der DWCH 22 und der PWCH 28 durch Standard-Bohrrohrverfahren auf den Boden des Bohrlochs abgesenkt oder hinabgedrückt, wobei, falls erforderlich, zusätzliche Abschnitte eines Bohrrohrs 24 hinzugefügt werden. Während dieses Prozesses bleibt die CSES 32 am Bohrrohr 24 befestigt und bietet einen seitlichen Austritt für das Kabel 30. Über der CSES 32 liegt das Kabel 30 an der Außenseite des Bohrrohrs 24, womit es sich erübrigt, das Kabel 30, außer durch die CSES 32, durch irgendwelche andere Abschnitte des Bohrrohrs zu ziehen. Der Absenkprozess wird zwischen dem Bediener der Bohrlochmesseinheit und dem Bediener des Bohrrohrs so koordiniert, dass das Bohrrohr und das Kabel gleichzeitig abgesenkt werden.
Am Boden des Bohrlochs werden die Sensorfinger- oder Sensorkissenvorrichtungen 36 des Messwerkzeugs (falls damit ausgerüstet) ausgefahren bzw. entfaltet und die Bohrlochmesswerkzeuge das Bohrloch hoch zur Spitze der Zone 14 zurückgezogen, wenn die Sensormesswerte in der Bohrlochmesseinheit 26 aufgezeichnet werden. Wie beim Absenkprozess wird das Emporheben des Bohrlochmesswerkzeugs zwischen dem Bediener der Bohrlochmesseinheit und dem Bediener des Bohrrohrs so koordiniert, dass das Kabel und das Bohrrohr gleichzeitig emporgehoben werden.
In 5 wird, nachdem die Bohrlochmessung abgeschlossen ist, die Energie für das Bohrloch abgeschaltet und der PWCH 28 vom DWCH 22 gelöst und aus dem Bohrloch heraus gebracht. Die CSES 32 und der PWCH 28 werden vom Bohrrohr abgenommen, während der Rest des Bohrrohrs einschließlich des DWCH und der Bohrlochmesswerkzeuge geborgen werden.
In den 6A bis 6C besitzt der DWCH 22 zwei Hauptbaugruppen, die Bohrloch-Nassverbinder-Kompensationskartusche (DWCC) 38 und die Bohrloch-Nassverbinder-Einrastbaugruppe (DWCL) 40. Das untere Ende 41 der DWCC 38 stellt eine Verbindung mit den Bohrlochmesswerkzeugen 10 her (siehe 1).
Die DWCL 40 ist das obere Ende des DWCH 22 und besitzt ein Außengehäuse 42, das an seinem unteren Ende eine Verbindung mit der DWCC 38 an einer Schraubverbindung 44 (6B) herstellt. An der Innenfläche des DWCL-Gehäuses 42 ist durch abgedichtete, mit Gewinde versehene Befestigungen 46 eine Einrastbaugruppe befestigt, die drei einseitig eingespannte Einrastfinger 48 aufweist, die sich radial nach innen zu der DWCC erstrecken, um den PWCH 28 zu sichern. An der Innenseite des DWCL-Gehäuses 42 sind außerdem zwei axial beabstandete Zentralisierer 50 befestigt, um das untere Ende des PWCH so zu führen, dass er in die steckbare Verbinderbaueinheit 52 der DWCC greift.
Die DWCC 38 enthält die elektrischen und hydraulischen Komponenten des DWCH. Sie besitzt ein Außengehäuse 54, das über eine Schraubverbindung 55 an einer unteren Schott-Baueinheit 56 befestigt ist, die an ihrem unteren Ende ein Innengewinde 57 aufweist, um den DWCH an den Bohrlochmesswerkzeugen lösbar zu befestigen. Am oberen Ende des Gehäuses 54 befindet sich eine Schraubverbindung 58, die das Gehäuse 54 mit einer Kupplung 60 verbindet. Schlitz-Gewindehülsen 62 an den Verbindungsstellen 44, 55 und 58 ermöglichen ein Koppeln der DWCH-Gehäusekomponenten 54, 60, 42 und 56, ohne ein Ende des DWCH zu drehen. Die Schott-Baueinheit 56 enthält einen abgedichteten elektrischen Schott-Verbinder 64, der den DWCH mit den Bohrlochmesswerkzeugen elektrisch verbindet.
Eine Funktion der DWCC 38 ist es, freiliegende elektrische Kontakte (in Form der Steckverbinderbaueinheit 52) bereitzustellen, die durch den Schott-Verbinder 64 mit den Bohrlochmesswerkzeugen elektrisch gekoppelt werden. Diese elektrische Kopplung wird durch ein Mehrdrahtkabel 66 geschaffen, das nach oben durch eine abgedichtete Drahtkammer 68 zu den einzelnen Kontakten 102 der Verbinderbaueinheit 52 verläuft. Das Kabel 66 verläuft durch ein Ölrohr 71 durch die Mitte des DWCH nach oben. Die Kammer 68 ist durch einzelne O-Ring-Kontaktdichtungen 70 der Verbinderbaueinheit 52, O-Ring-Dichtungen 72 an dem Ölrohr 71, O-Ring-Dichtungen 74 und 76 an dem Kolben 77 und O-Ringe 78 an der Schott-Baueinheit 56 abgedichtet und mit einem elektrisch isolierenden Fluid wie etwa Siliconöl befüllt. Der Druck in der Kammer 68 wird durch das weiter unten näher beschriebene Druckkompensationssystem auf etwa dem Druck innerhalb des Bohrrohrs 24 (1) in der Nähe der Oberseite des DWCH 22 gehalten.
Eine Schlammkolben-Baueinheit 80 (6B), die aus einem Kolben 82, einem Kolbenbund 84, einem Kolbenanschlag 86, Dichtungen 88 und Gleitreibungsverminderungsmitteln 90 besteht, ist durch eine Schlammkolbenfeder 94 in Aufwärtsrichtung gegen eine Kolbenanschlagmutter 92 vorbelastet. Wenn sich die Schlammkolben-Baueinheit in der gezeigten Position befindet und der Anschlag 86 an der Mutter 92 anliegt, verhindert der Kolben 82 wirksam, dass sich Fluid durch drei seitliche Öffnungen 100, die um den Durchmesser des DWCH in einem Abstand angeordnet sind, zwischen dem Bohrlochringraum 96 (dem Bereich zwischen dem Bohrrohr und dem Bohrloch; siehe 1) und der Innenseite des Bohrrohrs (d. h. dem Innenbereich 98) bewegt. Im Betrieb bleibt die Schlammkolben-Baueinheit 80 in dieser die Öffnungen versperrenden Position, bis im Innenbereich 98 ein ausreichender Druck vorhanden ist, der den Druck im Bohrlochringraum 96 (der gegen das obere Ende des Kolbens 82 wirkt) übersteigt, die Vorbelastungskraft der Feder 94 überwindet und die Schlammkolben-Baueinheit nach unten bewegt, die Feder 94 zusammendrückt und die Öffnungen 100 freigibt. Die Öffnungen 100 ermöglichen, sobald sie freigegeben sind, eine normale Vorwärtszirkulation von Schlamm das Bohrrohr hinab und durch Öffnungen 100 heraus in das Bohrloch. Sobald der Schlammpumpdruck weggenommen ist, zwingt die Schlammkolbenfeder 94 die Schlammkolben-Baueinheit 80 in ihre die Öffnungen versperrende Position zurück. Durch Versperren der Öffnungen 100 in dem DWCL-Gehäuse 42 bei Ausbleiben des Schlammpumpdrucks in dem Bohrrohr verhindert die Schlammkolben-Baueinheit 80 wirksam eine unerwünschte Einströmung von dem Bohrloch in das Bohrrohr. Dies ist besonders nützlich, um ein Ausblasen des Bohrlochs durch das Bohrrohr zu vermeiden und zu verhindern, dass mit dem Schlamm beförderter Schutt aus dem Bohrloch die korrekte Funktion der einrastenden und elektrischen Abschnitte des Systems beeinträchtigt. Es trägt auch dazu bei, das "U-Tubing" (den Rückfluss) zu verhindern, bei dem ein plötzlicher Einbruch von Bohrlochfluiden und das sich ergebende Aufwärtsströmen von Schlamm in dem Bohrrohr dazu führen können, dass sich der DWCH und der PWCH vorzeitig trennen.
Die steckbare Verbinderbaueinheit 52 ist aus einer Reihe von neun Kontaktringen 102 gebildet, die jeweils durch zwei O-Ring-Dichtungen 70 abgedichtet und durch Isolatoren 104 getrennt sind. Der Innenraum dieser Baueinheit aus Kontaktringen und Isolatoren steht unter dem Druck der Kammer 68, während die äußere Umgebung dieser Baueinheit dem Bohrrohrdruck (d. h. dem Druck des Innenbereichs 98) ausgesetzt ist. Um die strukturelle Integrität dieser Verbinderbaueinheit sowie die Zuverlässigkeit der Dichtungen 70 zu bewahren, ist es wichtig, dass die Druckdifferenz an der Verbinderbaueinheit (d. h. die Differenz zwischen dem Druck in der Kammer 68 und dem Druck im Bereich 98) klein gehalten wird. Eine zu große Druckdifferenz (z. B. von über 100 psi (689,47 kPa)) kann dazu führen, dass die Dichtungen 70 versagen oder in extremen Fällen die Verbinderbaueinheit einknickt. Selbst ein zum Teil durch eine große Differenz zwischen dem Bohrrohrdruck und dem Druck in der Kammer 68 bedingtes geringfügiges Entweichen von elektrisch leitendem Bohrschlamm durch die Dichtungen 70 in die Kammer 68 kann die Zuverlässigkeit der elektrischen Systeme beeinträchtigen.
Das Druckkompensationssystem hält die Druckdifferenz an der steckbaren Verbinderbaueinheit in vernünftigen Grenzen und stellt die Druckdifferenz im Voraus so ein, dass der Druck in der Kammer 68 etwas größer (um bis zu 50 bis 100 psi (344,73 bis 689,47 kPa) größer) als der Druck im Bereich 98 ist. Diese "Überkompensation" des Drucks in der Kammer 68 bewirkt, dass jegliche Tendenz in Richtung Undichtheit dazu führt, dass nicht leitendes Siliconöl aus der Kammer 68 in den Bereich 98 eintritt, anstatt dass leitender Bohrschlamm in die Kammer 68 strömt. Ein Ringraum 106 um das Ölrohr 71, der teilweise zwischen dem Ölrohr 71 und einem Schlammschacht 108, der das Ölrohr 71 konzentrisch umgibt, gebildet ist, befördert den Bohrschlammdruck durch Löcher 110 aus dem Bereich 98, so dass er auf die Oberseite des Kolbens 77 einwirkt. Der Schlammdruck wird durch den Kolben 77, der durch die O-Ring-Dichtungen 74 und 76 abgedichtet ist, auf die Ölkammer 68 übertragen.
Während des Zusammenbaus der DWCC wird die Ölkammer 68 über ein Einweg-Öleinfüll-Rückschlagventil 112 (6D) wie etwa ein Rückschlagventil CKFA 1876015A^TM von Lee brand mit einem elektrisch isolierenden Fluid wie etwa Siliconöl befüllt. Um die Ölkammer richtig zu befüllen, wird die Kammer zuerst über eine Ausströmöffnung 114 mit einem Vakuum beaufschlagt. Wenn das Vakuum hergestellt ist, wird Öl über die Ausströmöffnung 114 in die Kammer 68 zurück gefüllt. Dies wird einige Male wiederholt, bis die Kammer vollständig befüllt worden ist. Danach wird das Vakuum beseitigt, die Öffnung 114 mit einem Stopfen 116 verschlossen und über das Rückschlagventil 112 weiteres Öl in die Kammer 68 gepumpt, wodurch eine Ausgleichsfeder 118 gedehnt wird, bis sich ein Einweg-Druckbegrenzungs-Rückschlagventil 119 in dem Kolben 77 öffnet, was angibt, dass der Druck in der Kammer 68 einen gewünschten Pegel über dem Druck in der Kammer 98 (die während dieses Einfüllprozesses im Allgemeinen unter atmosphärischem Druck steht) erreicht hat. Wenn das Ventil 119 angibt, dass der gewünschte Druck (von vorzugsweise 50 bis 100 psi (344,73 bis 689,47 kPa, typischerweise) erreicht ist, wird die Öleinfüllleitung von dem Einweg- Rückschlagventil 112 abgenommen und die Kammer 68 mit Druck beaufschlagt hinterlassen.
Schlammkammer-Einfüllöffnungen 120 in der Kupplung 60 ermöglichen vor der Nutzung im Feld ein Befüllen des Schlammringraums 106 und des Innenvolumens über dem Kolben 77 im Voraus mit einem empfohlenen Schmierfluid wie etwa Motoröl. Das Schmierfluid bleibt während der Verwendung in dem Bohrloch typischerweise in dem DWCH (speziell in dem Ringraum 106 und dem Volumen über dem Kolben 77) und wird durch den Bohrschlamm nicht ohne weiteres verdrängt, wodurch sich die Werkzeugwartung vereinfacht. Neben dem Schmierfluid wird ein reichliches Auftragen eines die Reibung verringernden Materials wie etwa LUBRIPLATE^TM für alle Gleitkontaktflächen empfohlen.
In den 7A bis 7C enthält der PWCH 28 eine aufnehmende Verbinderbaueinheit 140, die mit der steckbaren Verbinderbaueinheit 52 des DWCH 22 im Bohrloch zusammenpasst. Wenn der PWCH in das Bohrloch hinab gelassen wird, wird vor dem Eingriff mit dem DWCH das untere Ende des PWCH durch eine Pendelvorrichtung 142 aus einem elektrisch isolierenden Material vorbelastet. Eine Quadring- bzw. X-Ring-Dichtung 144 dichtet gegen den Außendurchmesser der Pendelvorrichtung 142 ab, um den PWCH von Fluiden frei zu halten, bis die Pendelvorrichtung durch die steckbare Verbinderbaueinheit des DWCH verdrängt wird. Eine konisch zulaufende Bodennase 146 unterstützt das Ausrichten des PWCH zum Ankoppeln an den PWCH.
Wenn das untere Ende des PWCH durch eine hinreichende Trägheitslast oder Schlammdrucklast in den DWCH gedrückt ist, geht es durch die Einrastfinger 48 des DWCH hindurch (6A), bis die Einrastfinger hinter einem zerbrechlichen Einrastring 148 an dem PWCH einschnappen. Sobald der Einrastring 148 von den Einrastfingern des DWCH ergriffen ist, widersteht er einem Lösen des DWCH von dem PWCH, z. B. infolge der Bohrrohrbewegung, einer Vibration oder eines U-Tubing. Der Einrastring 148 ist aus einem Sortiment von Ringen mit unterschiedlichen maximalen Widerständen gegen Scherlast (z. B. von 1600 bis 4000 Pfund je nach voraussichtlichen Feldbedingungen) wählbar, so dass nach der Datensammlung der PWCH von dem DWCH durch Ziehen an dem Einsetzkabel nach oben, bis der Einrastring 148 abschert und den PWCH freigibt, gelöst werden kann.
Der PWCH besitzt ein Außengehäuse 150 und eine Seilschlossgehäuse-Schweißkonstruktion 152, die durch eine Kupplung 154 und geeignete Schlitz- Gewinderinge 156 verbunden sind. In dem Außengehäuse 150 befindet sich eine Drahtspanndorn-Baugruppe mit einem oberen Spanndorn 158 und einem unteren Spanndorn 160. Schlitze 162 in dem oberen Drahtspanndorn und Löcher 163 (7D) durch das Außengehäuse bilden einen offenen Strömungspfad von dem Innenraum des Bohrrohrs zu einer Schlammkammer 164 in der Drahtspanndorn-Baugruppe. Die Signaldrähte 165 von der aufnehmenden Verbinderbaueinheit 140 sind zwischen dem Außengehäuse 150 und dem Drahtspanndorn längs axialer Rillen in der Außenfläche des unteren Spanndorns 160, durch Löcher 166 in dem oberen Spanndorn 158 und durch einen Drahthohlraum 168 geleitet und einzeln mit unteren Stiften einer Verbinderbaueinheit 170 verbunden.
Wie der DWCH besitzt der PWCH ein Druckkompensationssystem, das den Druck an der Pendelvorrichtung 142 ausgleicht, wobei die elektrischen Komponenten von elektrisch isolierendem Fluid wie etwa Siliconöl umgeben bleiben, bis die Pendelvorrichtung verlagert ist. In dem unteren Spanndorn 160 ist eine Ölkammer 172 definiert, die durch einen Kompensations- oder Ausgleichskolben 174 mit einer O-Ring-Dichtung 175 von der Schlammkammer 164 getrennt ist. Der Kolben 174 kann sich in dem unteren Spanndorn 160 frei bewegen, so dass der Druck in der Schlammkammer und der Ölkammer im Wesentlichen gleich ist. In der Schlammkammer 164 und der Ölkammer 172 sind eine obere Feder 176 bzw. eine untere Feder 178 angeordnet, die eine Pendelvorrichtung 142 nach unten vorbelasten. Die Ölkammer 172 steht über die die Drähte leitenden Rillen in dem unteren Spanndorn 160 und Drahtlöcher 166 in dem oberen Spanndorn 158 mit dem Drahthohlraum 168 in Fluidverbindung und ist durch Dichtungen 180 um den oberen Spanndorn gegen den Bohrrohrdruck abgedichtet. Wenn die Pendelvorrichtung wie gezeigt positioniert ist, wirkt daher das Bohrrohrfluid gegen das obere Ende des Kompensationskolbens 174, der den Druck auf die Ölkammer 172 und das obere Ende der Pendelvorrichtung 174 überträgt und die Fluiddruckkräfte auf die Pendelvorrichtung ausgleicht. Einfüllöffnungen 182 und 184 an dem oberen bzw. dem unteren Ende des Öleinfüllabschnitts des PWCH ermöglichen nach dem Zusammenbau das Befüllen der Ölkammer 172 und des Drahthohlraums 168. Ein Überdruckventil 186 in dem Kompensationskolben ermöglicht beim Zusammenbau das Beaufschlagen der Ölkammer mit einem Druck, der um bis zu 100 psi (689,47 kPa) über dem Druck in der Schlammkammer 164 (d. h. atmosphärischem Druck während des Zusammenbaus) liegt.
Das obere Ende des PWCH schafft sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung mit dem Drahtleitungs- oder Seilarbeitskabel 30 (2). Die Verbinderbaueinheit 170 besitzt neun elektrisch isolierte Stifte, jeweils mit einem entsprechenden isolierten Anschlusslitzendraht 188 für die elektrische Verbindung mit einzelnen Drähten des Kabels 30. Auf die freiliegenden Enden der Kupplung 154 ist ein Verbinderhalter 189 geführt bzw. geschraubt, der den Verbinder an Ort und Stelle hält. Die spezifische Konstruktion der Verbinderbaueinheit 170 wird weiter unten näher besprochen.
Um das obere Ende des PWCH mit dem Kabel zusammenzufügen, wird zuerst das Seilschlossgehäuse 152 zusammen mit einer Schlitz-Kabeldichtung 190, einer Dichtungsmutter 192 und einem oberen und einem unteren Pistonierkolbenmanschetten-Spanndorn 194 bzw. 196 über das Ende des Kabels geführt oder geschraubt. Um die Kabelenden wird ein sich selbst festziehender Standard-Seilschloss-Kabelhalter 197 angeordnet, der die Kabelenden an einer Innenschulter 198 an dem Seilschlossgehäuse befestigt. Die Drähte des Kabels werden mit Litzendrähten 188 von der Verbinderbaueinheit verbunden, während das Seilschlossgehäuse 152 mit einem Spaltring mit Gewinde 156 an der Kupplung 154 befestigt und über Fettlöcher 200 mit einem elektrisch isolierenden Fett wie etwa Siliconfett voll gepumpt wird. Die Pistonierkolbenmanschette 202, die weiter unten näher besprochen wird, wird zwischen die oberen und unteren Pistonierkolbenmanschetten-Spanndornen 194 und 196 eingesetzt, um die Strömung durch das Bohrrohr um den PWCH zu einzuschnüren und eine Druckkraft zu entwickeln, die den PWCH längs des Bohrrohrs bewegt und ihn im Bohrloch in dem DWCH einrasten lässt. Der obere Pistonierkolbenmanschetten-Spanndorn 194 wird auf das Seilschlossgehäuse 152 geführt oder geschraubt, um die Pistonierkolbenmanschette 202 an Ort und Stelle zu halten, wobei die Dichtungsmutter 192 festgezogen wird.
In 8 besitzt eine alternative Anordnung für das obere Ende des PWCH zwei Pistonierkolbenmanschetten 202a und 202b, die um einen Abstand L getrennt sind, um die Strömung um den PWCH weiter einzuschnüren. Diese Anordnung ist sinnvoll, wenn beispielsweise leichte, dünnflüssige Schlämme für das Pumpen verwendet werden. Eine Seilschlossgehäuseverlängerung 204 verbindet die Spanndorne der zwei Pistonierkolbenmanschetten geeignet. Es können auch mehr als zwei Pistonierkolbenmanschetten verwendet werden.
In 9 schafft eine Pistonierkolbenmanschette 202 eine Strömungs einschnürung und einen entsprechenden Druckabfall am Punkt A. Da der Druck stromaufwärts (z. B. der Druck am Punkt B) größer als der Druck stromabwärts (z. B. der Druck am Punkt C) ist, wird eine Nettokraft auf die Pistonierkolbenmanschette entwickelt, die die Pistonierkolbenmanschette und das daran befestigte Werkzeug stromabwärts drückt. Wie in 9A gezeigt ist, kann eine Pistonierkolbenmanschette (z. B. die Pistonierkolbenmanschette 202c) alternativ in der Nähe der Unterseite eines Werkzeugs 206 angeordnet sein, um das Werkzeug ein Rohr oder ein Bohrloch hinab zu ziehen. Diese Anordnung kann beispielsweise zum Zentrieren des Werkzeugs, um ausgedehnte oder ausgefahrene Merkmale in der Nähe seines stromabwärts befindlichen Endes zu schützen, oder bei großen Rohrdurchmesser/Werkzeugdurchmesser-Verhältnissen oder kleinen Werkzeuglänge/Werkzeugdurchmesser-Verhältnissen besonders sinnvoll sein. Der gewünschte radiale Zwischenraum DELTA zwischen der Außenfläche der Pistonierkolbenmanschette und der Innenfläche des Rohrs hängt von mehreren Faktoren einschließlich der Fluidviskosität ab. Wir haben festgestellt, dass ein radialer Zwischenraum von etwa 0,05 Zoll (1,27 mm) pro Seite (d. h. ein diametraler Zwischenraum von 0,10 Zoll (2,54 mm) bei gewöhnlichen Bohrlochschlämmen genügt.
In 10 ist die Pistonierkolbenmanschette 202 aus einem elastischen Material wie etwa VITON^TM oder einem anderen Fluorkohlenstoffpolymer durch Spritzgießen gebildet und weist einen an einer Seite hinablaufenden Schlitz 210 auf, um das Einbauen und Abnehmen des Kabels, ohne es von dem Werkzeug zu lösen, zu erleichtern. Konisch zulaufende Abschnitte 214 und 216 der Pistonierkolbenmanschette passen in entsprechende Bohrungen in dem oberen 194 bzw. dem unteren Pistonierkolbenmanschetten-Spanndorn 196 und besitzen Außenflächen, die sich um etwa 7 Grad in Bezug auf die Längsachse der Pistonierkolbenmanschette verjüngen. Die Länge der konisch zulaufenden Abschnitte trägt dazu bei, die Pistonierkolbenmanschette in den Bohrungen in dem Gehäuse zu halten. Außerdem erstrecken sich zwischen dem oberen und dem unteren Pistonierkolbenmanschetten-Spanndorn sechs Stifte 217 durch Löcher 218 in der Pistonierkolbenmanschette, um diese während ihres Gebrauchs zu halten. In eine Oberfläche der Pistonierkolbenmanschette sind kreisförmige Trimmführungen 219 gegossen, um das Zuschneiden der Manschette auf unterschiedliche Außendurchmesser, damit sie für verschiedene Rohrgrößen passt, zu unterstützen. Für die Pistonierkolbenmanschette können auch andere elastische Materialien verwendet werden, obwohl das Pistonierkolbenmanschettenmaterial idealerweise dem starken Abrieb, der entlang der Rohrwände entstehen kann, und dem großen Bereich an Chemikalien, die in Bohrlöchern angetroffen werden können, widerstehen können soll. Weitere nicht elastische Materialien, die ebenso sinnvoll sind, sind weiche Metalle wie etwa Messing oder Aluminium oder harte Kunststoffe wie etwa Polytetrafluorethylen (TEFLON^TM) oder Acetal-Homopolymerisat-Harz (DELRIN^TM). Nicht elastische Pistonierkolbenmanschetten können für den Einbau über einem vormontierten Werkzeug in zwei überlappenden Stücken ausgebildet sein.
In 11 besitzt eine aufnehmende Verbinderbaueinheit 140 des PWCH eine Folge von aufnehmenden Kontakten 220, die um eine gemeinsame Achse 222 angeordnet sind. Die Kontakte weisen einen linearen Abstand d auf, der dem Abstand der Steckkontakte der steckbaren Verbinderbaueinheit des DWCH entspricht (6A), und besitzen eine Abstreifdichtung 224. Die Kontakte 220 und die Abstreifdichtungen 224 sind jeweils in einem entsprechenden Isolator 226 gehalten. Die Gruppe aus Kontakten, Abstreifdichtungen und Isolatoren ist in einer Außenhülse 228 zwischen einem Endhalter 230 und einem oberen Spanndorn 232 enthalten.
Wie außerdem in den 12 und 13 gezeigt ist, ist jeder Kontakt 220 in einem einzigen Teil aus elektrisch leitendem Material wie etwa Berylliumkupfer gearbeitet und besitzt einen Hülsenabschnitt 234 mit acht (vorzugsweise sechs oder mehr) wegführenden Fingern 236. Ein Kontakt 220 ist vorzugsweise mit Gold plattiert. Die Finger 236 sind jeweils so geformt, dass sie sich radial nach innen biegen, mit anderen Worten, so, dass sie von dem Hülsenabschnitt 234 bis zu einem distalen Ende 237 einen ersten Abschnitt 238, der sich radial nach innen erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 240, der sich radial nach außen erstreckt, besitzen, die einen radial am weitesten innen liegenden Abschnitt 242 mit einer Kontaktlänge d von etwa 0,150 Zoll (3,81 mm) bilden. Durch Erarbeiten des Kontakts 220 in einem Stück aus Rohmaterial besitzen die Finger 236 in ihrem entspannten Zustand, wie er gezeigt ist, keine Restbiegespannungen, die dazu führen können, dass ihr Widerstand gegen Ermüdung abnimmt.
Der Innendurchmesser d₁ eines Kontakts 220, gemessen zwischen Kontaktflächen 242 gegenüberliegender Finger, ist etwas kleiner als der Außendurchmesser von elektrischen Steckkontakten 102 des DWCH (6A), so dass die Finger 236 während des Eingriffs mit dem Steckverbinder nach außen gedrückt werden und einen Kontaktdruck zwischen den Kontaktflächen 242 und den Steckkontakten 102 schaffen. Die Umfangsweite w jedes Fingers verjüngt sich an der Kontaktfläche 242 auf ein Minimum. Wir haben festgestellt, dass das Bearbeiten des Kontakts derart, dass die Länge d_c der Kontaktflächen 242 etwa ein Viertel der Gesamtlänge d_f der Finger beträgt und die radiale Dicke t der Finger s etwa 75 Prozent des radialen Abstands r zwischen den Innenfläche des Hülsenabschnitts 234 und den Kontaktflächen 242 beträgt, zu einer Kontaktkonstruktion führt, die wiederholten Eingriffen widersteht.
Die Abstreifdichtungen 224 sind vorzugsweise aus einem elastischen Fluorkohlenstoffelastomer wie etwa VITONTM gegossen. Der Innendurchmesser d₂ der Abstreifdichtungen 224 ist außerdem etwas kleiner als der Außendurchmesser der Steckkontakte, so dass die Abstreifdichtungen versuchen, während des Einrückens Schutt bzw. Schmutz von der Steckkontaktoberfläche wegzuwischen. Vorzugsweise sind die Innendruchmesser d₁ und d₂ der Kontakte und der Abstreifdichtungen etwa gleich. Die Abstreifdichtungen 224 sind aus einem elektrisch isolierenden Material gegossen, um die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen den Kontakten in Gegenwart von elektrisch leitenden Fluiden zu verringern. Ein Kontakt 220 weist zum elektrischen Verbinden eines Drahts 246 eine an einer Seite seines Hülsenabschnitts 234 erarbeitete Lötnase 244 auf. Wie in 12 gezeigt ist, ist der Draht 246, wenn der Drahtkontakt 220 in den Isolator 226 eingeführt ist, durch ein Loch 248 in dem Isolator geleitet.
Ausrichtstifte 250 in anderen Löchern 248 in dem Isolator sitzen in äußeren Rillen 252 der Abstreifdichtung 224, um diese auf den Isolator auszurichten. Eine Kerbe 254 an der Abstreifdichtung führt um die Lötnase 244. Die Isolatoren 228 und die Abstreifdichtungen 224 sind mit ausreichenden Löchern 248 bzw. Rillen 252 ausgebildet, um sämtliche Drähte 246 von allen Kontakten 220 in dem aufnehmenden Verbinder zur Befestigung an der Dichtungseinheit 170 (7B) zum oberen Ende der Baueinheit zu leiten.
Wenn die Kontakte 220 in den Isolator 226 eingeführt sind, liegen die distalen Enden 237 der Kontaktfinger in einer durch eine Innenlippe 258 des Isolators gebildeten axialen Rille 256. Die Lippe 258 schützt die distalen Enden der Finger davor, während des Lösens des PWCH von dem DWCH an den Oberflächen der steckbaren Verbinderbaueinheit hängen zu bleiben.
In 14 besitzt die Verbinderbaueinheit 170 des PWCH einen gegossenen Verbinderkörper 280 aus einem elektrisch isolierenden Material wie etwa Polyethylketon, Polyethyletherketon oder Polyaryletherketon. Der Körper 280 ist so entworfen, dass er einen hohen statischen Differenzdruck von beispielsweise bis zu 15.000 psi (103421,3 kPa) an einem O-Ring in einer O-Ring-Rille 281 aushält, und weist Durchgangslöcher 282 auf, in die elektrisch leitende Stifte 284, die an Zuleitungsdrähten 286 (Zuleitungsdrähte 286 von den Litzendrähten 188 in 7B) befestigt sind, gedrückt sind. Die mit Gold plattierten Stifte 284 aus 17-4-Edelstahl werden in ihre Position gedrückt, bis ihre unteren Flansche 288 an den Böden der Gegenbohrungen 290 in dem Verbinderkörper anliegen. Um die Grenzfläche zwischen dem Verbinderkörper und den Zuleitungsdrähten abzudichten, wird eine Drahtdichtung 292 um die Drähte und den Verbinderkörper angegossen, nachdem zur besseren Haftung an dem Dichtungsmaterial die Isolation an den einzelnen Zuleitungsdrähten weggeätzt worden ist. Die Dichtung 292 muss den hohen Differenzdrücken von bis zu 15.000 psi (103421,3 kPa), die von der Verbinderbaueinheit erfahren werden, widerstehen. Wir haben festgestellt, dass einige Hochtemperatur-Fluorkohlenstoffelastomere wie etwa VITON^TM und KALREZ^TM für die Drahtdichtung 292 günstig sind. Um eine Lichtbogenbarriere zwischen benachbarten Stiften 284 und zwischen den Stiften und der Kupplung 154 (7B) zu bilden, sind um alle Stifte 284 zwischen ihren unteren und oberen Flanschen 288 bzw. 298 an einer Fläche 294 des Verbinderkörpers 280 einzelne Stiftisolatoren 296 angegossen. Die Isolatoren 296 stehen aus der Ebene der Fläche 294 des Verbinderkörpers um etwa 0,120 Zoll (3,048 mm) vor und sind vorzugsweise aus einem Hochtemperatur-Fluorkohlenstoffelastomer wie etwa VITON^TM oder KALREZ^TM gegossen. Die Isolatoren 296 schützen gegen einen Überschlag, der entlang der Fläche 294 des Verbinderkörpers eintreten kann, falls beispielsweise feuchte Luft oder flüssiges Wasser den Drahthohlraum 168 des PWCH (7B) infiltriert. Neben dem Schützen vor unerwünschtem elektrischem Überschlag tragen die Isolatoren 296 auch dazu bei, während der Lagerung und des Transports Feuchtigkeit von der Verbindung zwischen den Stiften 284 und den Zuleitungsdrähten 286 innerhalb des Verbinderkörpers fern zu halten.
Wie außerdem in 15 gezeigt ist, besitzt der Verbinderkörper 280 einen Außendurchmesser d_D von etwa 0,95 Zoll (2,413 cm), so dass er in die kleinen Werkzeuginnendurchmesser, die für eine Bohrlochinstrumentenausrüstung typisch sind (und beispielsweise bis zu 1,0 Zoll (2,54 cm) hinab reichen), passt. Der zusammengesetzte Verbinder besitzt ein kreisförmiges Feld von neun Stiften 284, jeweils mit entsprechenden Isolatoren 296 und Zuleitungsdrähten 286.

Claims

Schott-Adapter für die Verwendung mit einem Bohrlochwerkzeug (10), das an einem Kabel (30) durch ein Bohrlochfutterrohr oder ein Bohrrohr gepumpt werden soll, mit einer Gehäusebaueinheit, die einen oberen Gehäuseabschnitt (28) mit einem oberen Befestigungselement (152) für die Verbindung der Gehäusebaueinheit mit dem Kabel (30) und einen unteren Gehäuseabschnitt (22) mit einem unteren Befestigungselement (56) für die Verbindung des Gehäuses mit dem Werkzeug (10) besitzt, und einer kreisförmigen Pistonierkolbenmanschette (202), die ein zwischen dem oberen und dem unteren Gehäuseabschnitt zusammengedrücktes elastisches Material enthält und einen Oberflächenbereich definiert, der einer Strömung des Pumpfluids ausgesetzt ist, wobei die Pistonierkolbenmanschette (202) an dem Gehäuse lösbar befestigt ist und einen Außendurchmesser besitzt, der einen vorstehenden Bereich umgibt, der größer als der vorstehende Bereich des Werkzeugs (10), gemessen in einer Ebene quer zu dem Bohrlochfutterrohr oder Bohrrohr, ist, wobei der Schott-Adapter (28) dadurch gekennzeichnet ist, dass: der untere Gehäuseabschnitt (22) so konstruiert ist, dass er im Bohrloch am oberen Gehäuseabschnitt (28) lösbar befestigt werden kann.
Adapter nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse ferner einen Pistonierkolbenmanschetten-Haltestift (217) aufweist, der sich zwischen dem oberen und dem unteren Gehäuseabschnitt (28, 22) durch die Pistonierkolbenmanschette (202) erstreckt.
Adapter nach Anspruch 1, bei dem der obere und/oder der untere Gehäuseabschnitt (28, 22) eine Innenbohrung definieren, die mit der äußeren Oberfläche (214, 216) der Pistonierkolbenmanschette (202) in der Weise axial überlappt, dass die Pistonierkolbenmanschette (202) gehalten wird.
Adapter nach Anspruch 1, bei dem die Innenbohrung eine kegelstumpfförmige Oberfläche mit einem Konuswinkel definiert, der in Bezug auf die Achse der Pistonierkolbenmanschette (202) gemessen wird und im Bereich von etwa 5 bis 10 Grad liegt.
Adapter nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse eine Innenbohrung definiert, durch die das Kabel (30) durch den Adapter verläuft, um eine elektrische Verbindung mit dem Werkzeug (10) zu schaffen, wobei die obere Befestigung umfasst: eine Durchgangstülle für eine Abdichtung zwischen dem Kabel und dem Gehäuse und eine Durchgangstüllenmutter zum Zusammendrücken der Durchgangstülle um das Kabel.
Vorrichtung, die den Adapter nach Anspruch 1 und ein Bohrloch-Protokollierungswerkzeug, das an der unteren Befestigung des Adaptergehäuses befestigt ist, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Werkzeug ferner umfasst: eine kreisförmige Pistonierkolbenmanschette, die an dem Werkzeug in der Nähe seines unteren Endes befestigt ist, wobei die Pistonierkolbenmanschette einen einer Strömung von Pumpfluid ausgesetzten Oberflächenbereich definiert und an dem Werkzeug lösbar befestigt ist und einen Außendurchmesser besitzt, der einen vorstehenden Bereich umgibt, der größer als der vorstehende Bereich des Werkzeugs, gemessen in einer Ebene quer zum Bohrlochfutterrohr oder zum Bohrrohr, ist.