DE69839287T2

DE69839287T2 - Steckverbinder

Info

Publication number: DE69839287T2
Application number: DE69839287T
Authority: DE
Inventors: Walter Houston Benson; Augdon Stafford Sampa; Gary Houston Bickford
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2018-02-14
Also published as: CA2229882A1; DK0860902T3; CN1111927C; MX9801333A; DE69839287D1; EP0860902A2; EP0860902A3; CA2229882C; NO980685L; EG21916A; AU5537698A; NO320775B1; AU744345B2; US6062905A; EP0860902B1; NO980685D0; CN1199254A

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Steckstiftverbinder und insbesondere auf solche Verbinder, die für die Verwendung in Ölbohrungswerkzeugen ausgelegt sind.
Wenn eine Ölbohrung gebohrt ist, werden gewöhnlich bestimmte Abschnitte des Bohrlochs mit elektrischen Geräten vermessen. Diese Geräte werden gelegentlich als "drahtgebundene" Geräte bezeichnet, da sie über einen elektrischen Draht oder ein elektrisches Kabel, mit dem sie eingesetzt werden, mit der Vermessungseinheit an der Oberfläche des Bohrlochs kommunizieren. In vertikalen Bohrlöchern werden die Geräte oft einfach an dem Vermessungskabel in das Bohrloch abgesenkt. In horizontalen oder stark abgelenkten Bohrlöchern jedoch ist die Schwerkraft häufig unzureichend, um die Geräte in die zu vermessenden Tiefen zu bewegen. In diesen Situationen ist es gelegentlich erforderlich, die Instrumente mit einem Gestängerohr entlang des Bohrlochs zu schieben.
Eine drahtgebundene Vermessung mit einem Gestängerohr kann jedoch wegen des Vorhandenseins des Kabels schwierig sein. Es ist kompliziert und gefährlich, das Elektrokabel im Voraus durch das ganze Gestängerohr zu ziehen, bevor die Geräte in das Bohrloch abgesenkt wenden. Daher sind einige Einsetzsysteme entwickelt worden wie etwa das Tough Logging Conditions System (TLCS) von Schlumberger, die die elektrische Verbindung zwischen den Geräten und dem Kabel im Bohrloch herstellen, nachdem die Geräte in die Tiefe abgesenkt worden sind. Bei diesen Systemen werden die elektrischen Geräte leicht mit einem normalen Gestängerohr eingesetzt, wobei das Kabel danach auf der Innenseite des Gestängerohrs nach unten geführt und verbunden wird. Nach der Vermessung kann das Kabel leicht von dem Vermessungswerkzeug gelöst und entfernt werden, bevor das Werkzeug zurückgeholt wird. Das TLCS ist sehr effektiv gewesen und hat eine starke kommerzielle Akzeptanz erreicht.
Bei dem TLCS und anderen Systemen wird das Kabel durch einen Bohrlochverbinder mit der Ausrüstung fernverbunden. Ein Halbabschnitt dieses Verbinders ist an der Ausrüstung befestigt und wird an einem Gestängerohr in das Bohrloch abgesenkt. Der andere Halbabschnitt des Verbinders ist an dem Ende des Kabels befestigt und wird in dem Gestängerohr mit einem Strom aus Spülschlamm, der aus offenen Löchern an der Unterseite des Gestängerohrs in das Bohrloch zirkuliert, nach unten gepumpt. Der Verbinder wird gelegentlich als ein "Nassverbinder" bezeichnet, weil die Verbindung in dem Strom des Bohrspülschlamms unter Bedingungen hergestellt wird, die eine Herausforderung an die Zuverlässigkeit einer elektrischen Verbindung stellen.
Innenverbinder, die in solchen Bohrungswerkzeugen, etwa zum Verbinden von Innenleitungen von dem Werkzeug zu dem Nassverbinder, verwendet werden, müssen außerdem schwierige Einsatzbedingungen aushalten. Gelegentlich können die besten Werkzeugabdichtungstechniken nicht verhindern, dass elektrisch leitende Fluide in den Innenverbindungsbereich eindringen. In einigen Fällen können drastische Druckdifferenzen (gelegentlich z. B. bis zu 103 MPa) über Verbindern dazu neigen, Fluide dazu zu drängen, entlang Grenzflächen zwischen verschiedenen Verbinderkomponenten oder sogar in die Leiterisolation zu ziehen. Die Temperaturen im Bohrloch können ebenfalls drastische Pegel erreichen, die die Verwendung üblicher Dichtungs- und Verbindermaterialien einiger kommerzieller Verbinder ausschließen. Somit müssen Innenverbinder dicht abgedichtet und richtig konstruiert sein, um sowohl gegen bekannte als auch gegen unvorhergesehene Umgebungen und Umstände im Bohrloch zu schützen.
Darüber hinaus müssen die Werkzeuge im Bohrloch so konstruiert sein, dass sie in Bohrlöcher mit kleinem Durchmesser passen, die gelegentlich so klein wie vier Zoll im Durchmesser oder weniger sind. Diese Größenbeschränkung überträgt sich auf die Innenverbinder, die gelegentlich gezwungen sind, in Bohrungen von nur einem Zoll Durchmesser oder weniger zu passen. In dieser Packungsgröße muss der Innenverbinder je nach Anwendung eine einzeln isolierte Verbindung für bis zu acht oder mehr elektrische Verbinder bereitstellen, um eine Leistungs- und Signalverbindung von dem Werkzeug an die Oberfläche der Bohrung bereitzustellen. Da solche Verbinder üblicherweise in Last tragende Elemente eingebaut sind (von denen somit erwünscht ist, dass sie aus Stahl oder aus einem anderen Metall hergestellt sind), besteht die Möglichkeit des Kurzschlusses zwischen eng benachbarten Verbinderstiften und solchen nahegelegenen Metalloberflächen.
Außerdem müssen solche Innenverbinder, gelegentlich im Einsatz, falls eine Fehlersuche oder Reparatur erforderlich ist, leicht zusammenzusetzen sein. Außerdem ist eine schnelle Stiftanordnungsrekonfigurierung von Mehrstiftverbindern erwünscht, um unvorhergesehene Einsatzprobleme wie etwa den Innenbruch in einem Leiter in dem Kabel zu überwinden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist es notwendig, dass die getrennten Drähte von dem Werkzeug einzeln mit dem Innenverbinder verbunden werden können. Diese Einzelverbindungsanforderung schließt die Verwendung eines einzigen Mehrstiftbuchsenverbinders aus. Stattdessen sind solche Bohrungswerkzeuge im Allgemeinen mit einzelnen Buchsenstifthülsen an jedem Werkzeugdraht zur Verbindung mit einem Stift des Innenverbinders konstruiert. Obgleich eine solche Konstruktion eine leichte Montage und Rekonfigurierung ermöglicht, bietet sie zusätzliche Herausforderungen der Abdichtung und der Kurzschlussfestigkeit, die herkömmlicher in typischen einzigen Buchsenstiftverbindern behandelt sind.
US 4,927,386 offenbart einen elektrischen Kabelverbinder zur Verwendung in Ölbohrungen, der eine Dichtungsanordnung zum Abdichten des Raums zwischen dem Kabel und dem Gehäuse des Verbinders umfasst. Die Dichtungsanordnung enthält einen aus einem ungehärteten, fließfähigen, aber inkompressiblen Dichtungsmaterial hergestellten Dichtungsstopfen, der zwischen zwei Scheiben eingelegt ist
US 3,945,700 offenbart einen Verbinder mit einer fluidbeständigen Hülsenanordnung, wobei der Verbinder mehrere stiftartige Kontakte umfasst, die mit einem Kontaktgeberstützkörper abgedichtet sind, der aus einem elastisch verformbaren Isoliermaterial hergestellt ist.
US 4,188,084 offenbart einen elektrischen Unterwasserverbinder, der einen Stopfen und eine Basis, die ein zu verbindendes elektrische Kontaktelement enthalten, umfasst. Die Kontaktelemente in dem Stopfen sind in einer ringförmigen Hülle, die nach innen durch einen Innenschutzkörper begrenzt ist, in Öl angeordnet, während die Kontakte in der Basis in einer zylindrischen Hülle, die nach außen durch einen Außenschutzkörper begrenzt ist, in Öl angeordnet sind. Der Stopfen und die Basis werden verbunden, indem die zylindrische Hülle so über die Oberfläche der ringförmigen Hülle geschoben wird, dass der Innenschutzkörper durch die zylindrische Hülle ersetzt wird und die Kontaktelemente zur Ausrichtung gebracht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung umfasst ein Steckverbinder, der ausgelegt ist, um mit einem Buchsenverbinder in Eingriff zu gelangen, um eine elektrische Verbindung zu bilden: einen elektrisch isolierenden Körper; mehrere elektrisch leitende Stifte, die an dem Körper befestigt sind und sich durch eine Fläche des Körpers erstrecken, um einen elektrischen Kontakt mit dem Buchsenverbinder herzustellen; und entsprechende Drähte, die mit jeweils einem der Stifte in elektrischer Verbindung stehen und sich von dem Verbinder erstrecken, wobei jeder Draht eine Drahthülle besitzt, die eine Drahtader umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass um jeden Stift ein entsprechender zylindrischer Stiftisolator angeordnet ist, wobei die Isolatoren jeweils ein elastisches Material enthalten, das eine Dichtung zwischen dem Körper und seinem jeweiligen Stift bildet und sich durch die Fläche des Körpers und über eine Strecke über die Fläche des Körpers hinaus erstreckt, derart, dass die Dichtungen eine Lichtbogensperre zwischen benachbarten Stiften zwischen der Fläche des Körpers, durch die sich die Stifte erstrecken, bilden.
Vorteilhaft besitzt jeder Stift zwei Flansche und sind die Stiftisolatoren zwischen den zwei Flanschen angeordnet.
Vorzugsweise umfasst der Steckverbinder wenigstens acht Drähte, acht entsprechende Stifte und acht entsprechende Stiftisolatoren.
Die Drahtdichtung kann ein einziges Element umfassen, das an seinem Ort gebildet ist, um eine Dichtung um alle Drähte zu bilden.
Vorzugsweise erstreckt sich der Stiftisolator wenigstens 0,127 cm [0,05 Zoll] von der Körperfläche, am meisten bevorzugt 0,254 cm [0,10 Zoll] von der Körperfläche.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Stiftisolator ein elastisches Material, z. B. einen Fluorkohlenwasserstoffelastomer.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Drahtdichtung ein elastisches Material, z. B. einen Fluorkohlenwasserstoffelastomer.
Der Körper kann aus Polyethylketon, Polyethyletherketon und Polyaryletherketon, vorzugsweise aus Polyethylketon, hergestellt sein.
Vorzugsweise definiert der Körper eine Umfangsnut zum Halten einer O-Ringdichtung. Vorzugsweise ist der Steckverbinder so konstruiert, dass er einem statischen Differenzdruck von wenigstens 700 kg/cm² [10000 Pfund pro Quadratzoll] und am meisten bevorzugt von wenigstens 1050 kg/cm² [15000 Pfund pro Quadratzoll] über die O-Ringdichtung widersteht, ohne eine andauernde strukturelle Beschädigung zu erfahren.
Vorzugsweise ist der Steckverbinder so konstruiert, damit er durch eine kreisförmige Öffnung mit einem Durchmesser von 2,54 cm passt.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die oben beschriebenen Merkmale nach Bedarf kombiniert, um die Anforderungen einer gegebenen Anwendung zu erfüllen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein drahtloses Protokollierungswerkzeug für Bohrlochverwendung in einem Bohrloch am Ende eines Elektrokabels einen Sensor zum Messen einer Bohrlochcharakteristik mit einem Buchsenverbinder, wobei der oben beschriebene Steckverbinder mit dem entsprechenden Buchsenverbinder in Eingriff ist, um den Sensor mit dem Kabel zu verbinden.
Die verbesserte Konstruktion des Steckverbinders der Erfindung kann selbst unter den harten Bedingungen, die für die Verwendung im Ölbohrloch in einer Ölbohrung typisch sind, eine zuverlässig abgedichtete und elektrisch isolierte Verbindung für einen oder mehrere Leiter schaffen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1–5 veranschaulichen nacheinander die Verwendung eines mit einem Bohrloch-Vermessungswerkzeug in Ferneingriff stehenden elektrischen Verbinders.
6A–6C veranschaulichen die Konstruktion des Bohrloch-Halbabschnitts des Verbinders (des DWCH) von 1.
6D ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 6D-6D in 6B.
7A–7C veranschaulichen die Konstruktion des Kabel-Halbabschnitts des Verbinders (des PWCH) von 1.
7D ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 7D-7D in 7B.
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 Explosionsdarstellung der Pistonierkolbenmanschette und zugehöriger Komponenten.
11 ist eine vergrößerte Ansicht der Buchsenverbinderanordnung von 7B.
12 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Baugruppe der Buchsenverbinderanordnung von 11.
13 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 13 in 11.
14 ist eine vergrößerte Ansicht des Mehrstiftverbinders von 7B.
15 ist eine Seitenansicht des Verbinders, wie sie aus Richtung 15 in 14 zu sehen ist.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Wie zunächst in den 1 bis 5 gezeigt ist, ist das Bohrloch-Verbindungssystem für eine Verwendung mit drahtgebundenen Vermessungswerkzeugen 10 entweder in einem unverrohrten Bohrloch oder einem verrohrten Bohrloch 12 geeignet, wobei es in Situationen, in denen das Bohrloch abgelenkt ist und/oder die zu vermessende Zone (z. B. Zone 14) in erheblicher Tiefe liegt, besonders nützlich ist. In diesen Figuren weist das Bohrloch 12 einen in der Zone 14 zu vermessenden horizontalen Abschnitt 16 auf und ist mit einer Verrohrung 18 verrohrt, die sich von der Bohrlochoberfläche nach unten zu einem Verrohrungsschuh 20 erstreckt.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die Vermessungswerkzeuge 10 mit einem Bohrloch-Nassverbinderkopf (DWCH) 22 versehen, der eine Verbindung zwischen einem oberen Ende der Vermessungswerkzeuge und einem Gestängerohr 24 herstellt. Wie unten ausführlicher erläutert wird, stellt der DWCH 22 ein Steckteil einer elektrischen Bohrlochverbindung für eine elektrische Verbindung zwischen den Vermessungswerkzeugen 10 und einer mobilen Vermessungseinheit 26 bereit. Während des ersten Schritts des Vermessungsvorgangs werden die Vermessungswerkzeuge 10 und der DWCH 22 in ein Bohrloch 12 an verbundenen Längen eines normalen Gestängerohrs 24 abgesenkt, bis die Werkzeuge 10 das obere Ende des zu vermessenden Bohrlochabschnitts (z. B. die Oberseite der Zone 14) erreichen. Das Gestängerohr 24 wird durch Standardtechniken abgesenkt, wobei das Gestängerohr in regelmäßigen Intervallen (z. B. alle 610 bis 914 m) mit einem Bohrfluid (z. B. Spülschlamm) gefüllt wird, wenn das Gestängerohr für ein Einströmen eines Fluids aus dem Bohrloch nicht offen ist.
Wie in 2 gezeigt ist, wird ein Abwärtspump-Nassverbinderkopf (PWCH) 28 in der Innenbohrung des Gestängerohrs an einem Elektrokabel 30, das von der Vermessungseinheit 26 abgespult wird, abgesenkt, wenn die Werkzeuge 10 die Oberseite der Zone 14 erreicht haben. Der PWCH 28 weist ein Buchsenverbinderteil auf, das mit dem Steckverbinderteil des DWCH zusammenpasst. Eine Kabelseiteneintrittsbaugruppe (CSES) 32, durch die im Voraus das Kabel 30 gezogen ist, um einen Seitenaustritt des Kabels aus dem gebildeten Gestängerohr zu schaffen, ist an dem oberen Ende eines Gestängerohrs 24 befestigt, wobei über der CSES 32 eine Spülschlammabdeckung 34 (z. B. ein Bohrturm-Top-Drive- oder ein Mitnehmerstangen-Spülschlammzirkulationssystem) angebracht ist, um Spülschlamm die Gestängerohrbohrung hinabzupumpen. Zu diesem Zweck wird eine normale Spülschlamm-Pumpausrüstung (nicht gezeigt) verwendet. Wie später erläutert wird, hilft eine speziell konstruierte Pistonierkolbenmanschette an dem PWCH, eine Druckkraft infolge des Spülschlammflusses das Gestängerohr hinab auf den PWCH 28 zu entwickeln, so dass der PWCH in dem Bohrloch hinabgedrückt wird, um ihn zur Bildung einer elektrischen Verbindung an dem DWCH 22 zu verriegeln. Ein (unten erläutertes) spezielles Ventil im DWCH 22 ermöglicht ein Zirkulieren des Spülschlammflusses von dem Gestängerohr zu dem Bohrloch.
Wie in 3 gezeigt ist, wird der PWCH 28 das Gestängerohr 24 hinabgepumpt, bis er mit dem DWCH 22 verriegelt, um eine elektrische Verbindung zwischen den Vermessungswerkzeugen 10 und der Vermessungseinheit 26 zu bilden. An diesem Punkt kann der Spülschlammfluss unterbrochen und die Spülschlammabdeckung 34 von der Oberseite des Gestängerohrs entfernt werden. Die Vermessungswerkzeuge 10 können eingeschaltet werden, um die Systemfunktion zu prüfen oder um einen vorläufigen Bohrbericht zu erstellen, wenn die Vermessungswerkzeuge zum Boden des Bohrlochs abgesenkt sind.
Wie in 4 gezeigt ist, werden die Vermessungswerkzeuge 10, der DWCH 22 und der PWCH 28 durch Standard-Gestängerohrverfahren zum Boden des Bohrlochs hinab abgesenkt oder geschoben, wobei gegebenenfalls zusätzliche Abschnitte des Gestängerohrs 24 hinzugefügt werden. Während dieses Vorgangs bleibt die CSES 32 an dem Gestängerohr befestigt und stellt einen Seitenaustritt für das Kabel 30 bereit. Über der CSES 32 liegt das Kabel 30 an der Außenseite des Gestängerohrs 24, wodurch die Notwendigkeit, das Kabel 30 im Voraus durch irgendwelche anderen Gestängerohrabschnitte als die CSES 32 zu ziehen, vermieden wird. Der Absenkvorgang wird zwischen dem Bediener der Vermessungseinheit und dem Bediener des Gestängerohrs abgestimmt, um das Gestängerohr und das Kabel gleichzeitig abzusenken.
Am Boden des Bohrlochs werden die Sensorfinger- oder -kissenvorrichtungen 36 des Vermessungswerkzeugs (falls damit ausgerüstet) ausgefahren, wobei die Vermessungswerkzeuge das Bohrloch hinauf zu der Oberseite der Zone 14 zurückgezogen werden, wenn die Sensormesswerte in der Bohrlochvermessungseinheit 26 aufgezeichnet werden. Wie während des Absenkvorgangs wird der Hebevorgang des Vermessungswerkzeugs zwischen dem Bediener der Vermessungseinheit und dem Bediener des Gestängerohrs koordiniert, derart, dass das Kabel und das Gestänkerohr gleichzeitig gehoben werden.
Wie in 5 gezeigt ist, wird die Versorgung des Bohrlochs mit Energie abgeschaltet und der PWCH 28 von dem DWCH 22 gelöst und im Bohrloch hinauf zurückgebracht, nachdem die Vermessung abgeschlossen ist. Die CSES 32 und der PWCH 28 werden von dem Gestängerohr entfernt und der Rest des Gestängerohrs einschließlich des DWCH und der Vermessungswerkzeuge wird zurückgeholt.
In den 6A bis 6C weist der DWCH 22 zwei Hauptbaugruppen auf, den Bohrloch-Nassverbinder-Ausgleichseinsatz (DWCC) 38 und die Bohrloch-Nassverbinder-Verriegelungsanordnung (DWCL) 40. Das untere Ende 41 des DWCC 38 stellt eine Verbindung mit den Vermessungswerkzeugen 10 her (siehe 1).
Die DWCL 40 ist das obere Ende des DWCH 22 und besitzt ein Außengehäuse 42, das an seinem unteren Ende mit dem DWCC 38 mit einer Schraubverbindung 44 (6B) verbunden ist. An der Innenfläche des DWCL-Gehäuses 42 ist mit abgedichteten Gewindebefestigungseinrichtungen 46 eine Verriegelungsanordnung befestigt, die drei Auslegerverriegelungsfinger 48 aufweist, die sich zum Festhalten des PWCH 28 radial einwärts und zu dem DWCC erstrecken. Zwei axial getrennte Zentriereinrichtungen 50 sind außerdem über der Innenseite des DWCL-Gehäuses 42 zum Führen des unter Endes des PWCH befestigt, um mit der Steckverbinderbaueinheit 52 des DWCC ineinander zu greifen.
Der DWCC 38 enthält die elektrischen und hydraulischen Komponenten des DWCH. Er besitzt ein Außengehäuse 54, das über eine Schraubverbindung 55 an einer unteren Trennwandanordnung 56 angebracht ist, die an ihrem unteren Ende innere Gewindegänge 57 zum lösbaren Befestigen des DWCH an Vermessungswerkzeugen aufweist. An dem oberen Ende des Gehäuses 54 befindet sich eine Schraubverbindung 58, die das Gehäuse 54 mit einer Kupplung 60 verbindet. Schlitzgewindehülsen 62 an den Verbindungsstellen 44, 55 und 58 ermöglichen, dass die DWCH-Gehäusekomponenten 54, 60, 42 und 56 ohne Drehen eines Endes des DWCH gekoppelt werden. Die Trennwandanordnung 56 enthält einen abgedichteten elektrischen Trennwandverbinder 64, um den DWCH mit den Vermessungswerkzeugen elektrisch zu verbinden.
Eine Aufgabe des DWCC 38 ist das Bereitstellen freiliegender elektrischer Kontakte (in Form einer Steckverbinderanordnung 52), die mit den Vermessungsgeräten durch den Trennwandverbinder 64 elektrisch gekoppelt sind. Diese elektrische Kopplung wird durch ein mehradriges Kabel 66 geschaffen, das durch eine abgedichtete Drahtkammer 68 aufwärts zu den einzelnen Kontakten 102 der Verbinderanordnung 52 verläuft. Das Kabel 66 verläuft aufwärts durch ein Ölrohr 71 durch die Mitte des DWCH. Die Kammer 68 wird durch einzelne O-Ring-Kontaktdichtungen 70 der Verbinderanordnung 52, O-Ring-Dichtungen 72 an dem Ölrohr 71, O-Ring-Dichtungen 74 und 76 am Kolben 77 und O-Ringe 78 an der Trennwandanordnung 56 abgedichtet und mit einem elektrisch isolierenden Fluid wie etwa Silikonöl gefüllt. Der Druck in der Kammer 68 wird durch das unten vollständiger beschriebene Druckausgleichssystem auf etwa dem Druck innerhalb des Gestängerohrs 24 (1) nahe der Oberseite des DWCH 22 gehalten.
Eine Spülschlamm-Kolbenanordnung 80 (6B), die aus einem Kolben 82, einer Kolbenmanschette 84, einem Kolbenanschlag 86, Dichtungen 88 und Gleitreibungsminderern 90 besteht, wird durch eine Spülschlamm-Kolbenfeder 94 in Aufwärtsrichtung gegen eine Kolbenanschlagmutter 92 vorbelastet. Mit der Spülschlamm-Kolbenanordnung in der gezeigten Position und mit dem Anschlag 86 an der Mutter 92 hemmt der Kolben 82 wirksam ein Fluid an einer Bewegung zwischen dem Bohrloch-Ringraum 96 (der Bereich zwischen dem Gestängerohr und dem Bohrloch; siehe 1) und der Innenseite des Gestängerohrs (d. h., dem Innenbereich 98) durch drei um den Durchmesser des DWCH beabstandete Seitenöffnungen 100. Im Betrieb bleibt die Spülschlamm-Kolbenanordnung 80 in dieser Öffnungssperrposition, bis ein ausreichender Druck im Innenraum 98 von mehr als dem Druck in dem Bohrloch-Ringraum 96 (der gegen das obere Ende des Kolbens 82 wirkt) besteht, um die Vorbelastungskraft der Feder 94 zu überwinden und die Spülschlamm-Kolbenanordnung abwärts zu bewegen, wobei die Feder 94 zusammengedrückt wird und die Öffnungen 100 freigegeben werden. Wenn sie freigegeben sind, ermöglichen die Öffnungen 100 eine normale Vorwärtszirkulation von Spülschlamm das Gestängerohr hinab sowie durch die Öffnungen 100 hinaus in das Bohrloch. Wenn der Spülschlamm-Pumpdruck unterbrochen wird, zwingt die Spülschlamm-Kolbenfeder 94 die Spülschlamm-Kolbenanordnung 80 zurück in ihre Öffnungssperrposition. Durch das Sperren der Öffnungen 100 in dem DWCL-Gehäuse 42 beim Fehlen eines Spülschlamm-Pumpdrucks in dem Gestängerohr verhindert die Spülschlamm-Kolbenanordnung 80 wirksam einen unerwünschten Zufluss aus dem Bohrloch in das Gestängerohr. Dies ist besonders nützlich beim Vermeiden eines Bohrlochausbruchs durch das Gestängerohr, und um mit Spülschlamm transportiertes Bohrmehl davon abzuhalten, die genaue Funktion der Verriegelung und der elektrischen Abschnitte des Systems zu stören. Es hilft außerdem, eine "U-Leitung" zu vermeiden, bei der ein plötzlicher Zustrom von Bohrlochfluiden und der resultierende Aufwärtsfluss von Spülschlamm in dem Gestängerohr bewirken können, dass sich der DWCH und der PWCH vorzeitig trennen.
Die Steckverbinderanordnung 52 besteht aus einer Reihe von neun Kontaktringen 102, die jeweils durch zwei O-Ring-Dichtungen 70 abgedichtet und durch Isolatoren 104 getrennt sind. Der Innenraum dieser Anordnung aus Kontaktringen und Isolatoren steht unter dem Druck der Kammer 68, während die Außenseite dieser Anordnung dem Gestängerohrdruck (d. h. dem Druck des Innenbereichs 98) ausgesetzt ist. Um sowohl die strukturelle Integrität dieser Verbinderanordnung als auch die Zuverlässigkeit der Dichtungen 70 aufrechtzuerhalten, ist es wichtig, dass die Druckdifferenz über die Verbinderanordnung (d. h., der Differenz zwischen dem Druck in der Kammer 68 und dem Druck im Bereich 98) niedrig gehalten wird. Eine zu große Druckdifferenz (z. B. über 100 psi) kann zum Versagen der Dichtungen 70 führen oder in extremen Fällen zu einem Zerfall der Verbinderanordnung. Selbst ein geringes Durchsickern von elektrisch leitendem Bohrspülschlamm durch die Dichtungen 70 in die Kammer 68 zum Teil wegen einer zu großen Differenz zwischen dem Gestängerohrdruck und dem Druck in der Kammer 68 kann die Zuverlässigkeit des elektrischen Systems beeinträchtigen.
Das Druckausgleichssystem hält die Druckdifferenz quer über die Steckverbinderanordnung in einer vernünftigen Höhe aufrecht und stellt die Druckdifferenz vorab so ein, dass der Druck in der Kammer 68 etwas größer (bis zu 50 bis 100 psi größer) als der Druck im Bereich 98 ist. Diese "Überkompensation" des Drucks in der Kammer 68 bewirkt, dass irgendeine Tendenz zu einem Leckverlust dazu führt, dass eher nicht leitendes Silikonöl aus der Kammer 68 in den Bereich 98 aussickert, als dass leitende Bohrspülschlämme in die Kammer 68 fließen. Ein Ringraum 106 um das Ölrohr 71, der teilweise zwischen dem Ölrohr 71 und einer Spülschlammwelle 108 konzentrisch um das Ölrohr 71 ausgebildet ist, überträgt den Bohrspülschlammdruck aus dem Bereich 98 durch Löcher 110, so dass er auf die Oberseite des Kolbens 77 wirkt. Der Spülschlammdruck wird durch den Kolben 77, der durch O-Ring-Dichtungen 74 und 76 abgedichtet wird, in die Ölkammer 68 übertragen.
Während des Zusammenbaus des DWCC wird die Ölkammer 68 mit einem elektrisch isolierenden Fluid wie etwa Silikonöl durch ein Einweg-Ölfüll-Rückschlagventil 112 (6D) wie etwa ein Rückschlagventil CKFA1876015A der Marke Lee gefüllt. Um die Ölkammer richtig zu füllen, wird die Kammer zunächst durch eine Entlüftungsöffnung 114 mit einem Vakuum beaufschlagt. Mit dem aufgebrachten Vakuum wird Öl durch die Entlüftungsöffnung 114 zurück in die Kammer 68 gefüllt. Dies wird einige Male wiederholt, bis die Kammer vollständig gefüllt worden ist. Danach wird das Vakuum entfernt, die Öffnung 114 wird mit einem Stopfen 116 verschlossen und es wird mehr Öl durch ein Rückschlagventil 112 in die Kammer 68 gepumpt, wobei sich eine Ausgleichsfeder 118 ausdehnt, bis ein Einweg-Druckbegrenzungs-Rückschlagventil 119 im Kolben 77 öffnet, was anzeigt, dass der Druck in der Kammer 68 einen Sollpegel über dem Druck in der Kammer 98 erreicht hat (die während dieses Füllvorgangs im Allgemeinen unter einem atmosphärischen Druck steht). Wenn das Ventil 119 anzeigt, dass der Solldruck erreicht ist (vorzugsweise typisch 50 bis 100 psi), wird die Ölfüllleitung von dem Einweg-Rückschlagventil 112 abgenommen, wobei die Kammer 68 unter Druck gesetzt bleibt.
Spülschlammkammer-Füllöffnungen 120 in der Kupplung 60 ermöglichen, dass der Spülschlamm-Ringraum 106 und das Innenvolumen über dem Kolben 77 vor der Einsatzverwendung mit einem empfohlenen Schmierfluid wie etwa Motoröl vorgefüllt werden. Das Schmierfluid bleibt während der Verwendung in dem Bohrloch typischerweise in dem DWCH (genauer im Ringraum 106 und dem Volumen über dem Kolben 77) und wird nicht ohne weiteres durch den Bohrspülschlamm verdrängt, wodurch eine Werkzeugwartung vereinfacht wird. Zusätzlich zu dem Schmierfluid wird eine großzügige Anwendung eines reibungsreduzierenden Materials wie etwa LUBRIPLATE^TM für alle gleitenden Kontaktoberflächen empfohlen.
Wie in den 7A bis 7C gezeigt ist, enthält der PWCH 28 eine Buchsenverbinderanordnung 140, die im Bohrloch mit der Steckverbinderanordnung 52 des DWCH 22 zusammengebracht wird. Wenn der PWCH das Bohrloch hinabgebracht wird, wird das untere Ende des PWCH, bevor er mit dem DWCH in Eingriff gelangt, durch eine Pendeleinrichtung 142 aus einem elektrisch isolierenden Material vorbelastet. Eine X-Ring-Dichtung 144 dichtet gegen den Außendurchmesser der Pendeleinrichtung 142 ab, um Bohrlochfluide aus dem PWCH herauszuhalten, bis die Pendeleinrichtung durch die Steckverbinderanordnung des DWCH verschoben wird. Eine konisch zulaufende untere Nase 146 hilft, den PWCH zur Kopplung mit dem PWCH auszurichten.
Wenn es durch eine ausreichende Trägheitslast oder Spülschlammdrucklast in den DWCH gedrückt wird, erstreckt sich das untere Ende des PWCH durch Verriegelungsfinger 48 des DWCH (6A), bis die Verriegelungsfinger hinter einem zerbrechlichen Verriegelungsring 148 an dem PWCH einschnappen. Wenn der Verriegelungsring 148 mit den Verriegelungsfingern des DWCH in Eingriff gebracht ist, verhindert er eine Trennung des DWCH und PWCH z. B. wegen einer Gestängerohrbewegung, einer Schwingung oder einer U-Leitung. Der Verriegelungsring 148 ist aus einem Sortiment von Ringen mit verschiedenen maximalen Scherlastwiderständen (z. B. 1600 bis 4000 Pfund je nach den zu erwartenden Einsatzbedingungen) auswählbar, so dass der PWCH nach der Datensammlung von dem DWCH gelöst werden kann, indem er an dem Einsetzkabel aufwärts gezogen wird, bis der Verriegelungsring 148 abschert und den PWCH freigibt.
Der PWCH besitzt ein Außengehäuse 150 und eine Seilhülsengehäuse-Schweißkonstruktion 152, die durch eine Kupplung 154 und geeignete Schlitzgewinderinge 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 Spanndorn und Löcher 163 (7D) durch das Außengehäuse bilden einen offenen Strömungsweg von dem Innenraum des Gestängerohrs zu einer Spülschlammkammer 164 in der Drahtspanndorn-Baugruppe. Die Signaldrähte 165 aus der Buchsenverbinderanordnung 140 sind zwischen dem Außengehäuse 150 und dem Drahtspanndorn längs axialer Nuten in der Außenfläche des unteren Spanndorns 160, durch die Löcher 166 im oberen Spanndorn 158 und durch einen Drahthohlraum 168 geleitet und einzeln mit unteren Stiften einer Verbinderanordnung 170 verbunden.
Wie der DWCH weist der PWCH ein Druckausgleichssystem zum Angleichen des Drucks über eine Pendeleinrichtung 142 auf, wobei die elektrischen Komponenten von einem elektrisch isolierenden Fluid wie etwa Silikonöl umgeben bleiben, bis die Pendeleinrichtung verschoben wird. Eine Ölkammer 172 ist in dem unteren Spanndorn 160 definiert und von einer Spülschlammkammer 164 durch einen Ausgleichskolben 174 mit einer O-Ring-Dichtung 175 getrennt. Der Kolben 174 kann sich innerhalb des unteren Spanndorns 160 frei bewegen, so dass der Druck in der Spülschlamm- und der Ölkammer im Wesentlichen gleich ist. Eine obere und eine untere Feder 176 und 178 sind in der Spülschlamm- und der Ölkammer 164 bzw. 172 angeordnet und belasten die Pendeleinrichtung 142 nach unten vor. Die Ölkammer 172 steht über die drahtleitenden Nuten im unteren Spanndorn 160 und Drahtlöcher 166 im oberen Spanndorn 158 in Fluidverbindung mit dem Drahthohlraum 168 und ist gegen den Gestängerohrdruck durch Dichtungen 180 um den oberen Spanndorn abgedichtet. Mit der wie gezeigt positionierten Pendeleinrichtung wirkt daher das Gestängerohrfluid gegen das obere Ende des Ausgleichskolbens 174, der den Druck auf die Ölkammer 172 und das untere Ende der Pendeleinrichtung 174 überträgt, wobei die Fluiddruckkräfte auf die Pendeleinrichtung ausgeglichen werden. Füllöffnungen 182 und 184 am unteren bzw. oberen Ende des ölgefüllten Abschnitts des PWCH ermöglich ein Füllen der Ölkammer 172 und des Drahthohlraums 168 nach dem Zusammenbau. Ein Druckbegrenzungsventil 186 in dem Ausgleichskolben ermöglicht, dass die Ölkammer beim Zusammenbau bis zu 0,7 MPa über dem Druck in der Spülschlammkammer 164 (d. h. dem atmosphärischen Druck während des Zusammenbaus) unter Druck gesetzt wird.
Das obere Ende des PWCH stellt sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung für das Drahtleitungskabel 30 (2) bereit. Die Verbinderanordnung 170 besitzt neun elektrisch isolierte Stifte, jeder mit einem entsprechenden isolierten Anschlussdraht 188 zur elektrischen Verbindung mit einzelnen Drähten des Kabels 30. Ein Verbinderhalter 189 ist auf das freiliegende Ende der Kupplung 154 geschraubt, um den Verbinder an seinem Platz zu halten. Die spezifische Konstruktion der Verbinderanordnung 170 wird unten ausführlicher erläutert.
Um das obere Ende des PWCH mit dem Kabel zusammenzufügen, wird zunächst ein Seilhülsengehäuse 152 zusammen mit einer Schlitzkabeldichtung 190, einer Dichtungsmutter 192 und einem oberen und einem unteren Pistonierkolbenmanschetten-Spanndorn 194 bzw. 196 über das Ende des Kabels geschraubt. Ein normaler sich selbst festziehender Seilhülsen-Kabelhalter 197 wird über dem Kabelende platziert, um das Kabelende an dem Seilhülsengehäuse gegen eine innere Schulter 198 zu befestigen. Die Drähte des Kabels werden mit Anschlussdrähten 188 von der Verbinderanordnung verbunden, das Seilhülsengehäuse 152 wird mit einem Gewindespaltring 156 an der Kupplung 154 befestigt und das Seilhülsengehäuse wird durch Fettlöcher 200 mit elektrisch isolierendem Fett wie etwa Silikonfett voll gepumpt. Eine unten ausführlicher erläuterte Pistonierkolbenmanschette 202 wird zwischen dem oberen und dem unteren Pistonierkolbenmanschetten-Spanndorn 194 und 196 installiert, um einen Fluss durch das Gestängerohr um den PWCH einzuschränken und eine Druckkraft zum Bewegen des PWCH entlang des Gestängerohrs und zum Verriegeln des PWCH mit dem DWCH im Bohrloch zu entwickeln. Der obere Pistonierkolbenmanschetten-Spanndorn 194 wird auf das Seilhülsengehäuse 152 geschraubt, um die Pistonierkolbenmanschette 202 an ihrem Platz zu halten, und die Dichtungsmutter 192 wird festgezogen.
In 8 weist eine alternative Anordnung für das obere Ende des PWCH zwei durch einen Abstand L getrennte Pistonierkolbenmanschetten 202a und 202b für eine weitere Einschränkung eines Flusses um den PWCH auf. Diese Anordnung ist nützlich, wenn z. B. leichte niedrig viskose Spülschlämme zum Pumpen verwendet werden sollen. Eine Seilhülsengehäuse-Verlängerung 204 verbindet die Spanndorne der zwei Pistonierkolbenmanschetten passenderweise. Es können außerdem mehr als zwei Pistonierkolbenmanschetten verwendet werden.
In 9 erzeugt die Pistonierkolbenmanschette 202 eine Durchflusseinengung und einen entsprechenden Druckabfall am Punkt A. Da der stromaufwärtige Druck (z. B. der Druck am Punkt B) größer als der stromabwärtige Druck (z. B. der Druck am Punkt C) ist, wird eine Nettokraft auf die Pistonierkolbenmanschette entwickelt, um die Pistonierkolbenmanschette und ihr befestigtes Werkzeug stromabwärts zu schieben. Wie in 9A gezeigt ist, kann eine Pistonierkolbenmanschette (z. B. die Pistonierkolbenmanschette 202c) alternativ in der Nähe der Unterseite eines Werkzeugs 206 positioniert sein, um das Werkzeug in einem Rohr oder Bohrloch nach unten zu ziehen. Diese Anordnung kann z. B. zum Zentrieren des Werkzeugs, um ausgedehnte Merkmale in der Nähe seines stromabwärtigen Endes zu schützen, oder bei großen Rohr-/Werkzeugdurchmesser-Verhältnissen oder kleinen Werkzeuglänge/Werkzeugdurchmesser-Verhältnissen besonders nützlich sein. Der gewünschte radiale Spalt Δ_r zwischen der Außenfläche der Pistonierkolbenmanschette und der Innenfläche des Rohrs ist von mehreren Faktoren einschließlich der Fluidviskosität abhängig. Die Erfinder haben festgestellt, dass ein radialer Spalt von etwa 0,127 cm je Seite (d. h. ein diametraler Spalt von 0,254 cm) bei den üblichsten Bohrspülschlämmen ausreicht.
In 10 ist die Pistonierkolbenmanschette 202 aus einem elastischen Material wie etwa VITON oder einem anderen Fluorkohlenwasserstoffelastomer im Spritzgussverfahren hergestellt und weist auf einer Seite einen Schlitz 210 nach unten auf, um den Einbau und den Ausbau ohne Lösen des Kabels vom Werkzeug zu ermöglichen. Konisch zulaufende Abschnitte 214 und 216 der Pistonierkolbenmanschette passen in entsprechende Bohrungen in dem oberen und dem unteren Pistonierkolbenmanschetten-Spanndorn 194 bzw. 196 und weisen Außenflächen auf, die sich um etwa 7 Grad in Bezug auf die Längsachse der Pistonierkolbenmanschette konisch verjüngen. Die Länge der konisch zulaufenden Abschnitte hilft, die Pistonierkolbenmanschette in den Bohrungen des Gehäuses zu halten. Außerdem erstrecken sich sechs Stifte 217 durch Löcher 218 in der Pistonierkolbenmanschette zwischen dem oberen und dem unteren Pistonierkolbenmanschetten-Spanndorn, um die Pistonierkolbenmanschette während des Gebrauchs festzuhalten. Kreisförmige Schnittführungen 219 sind in einer Oberfläche der Pistonierkolbenmanschette geformt, um ein Schneiden der Manschette auf unterschiedliche Außendurchmesser zur Anpassung an verschiedene Rohrgrößen zu unterstützen. Es können außerdem weitere elastische Materialien für die Pistonierkolbenmanschette verwendet werden, obgleich das Material für die Pistonierkolbenmanschette idealerweise in der Lage sein soll, dem starken Abrieb, der längs der Rohrwände vorkommen kann, und dem großen Umfang an Chemikalien, die in Bohrlöchern auftreten können, standzuhalten. Weitere nichtelastische Materialien, die ebenso nützlich sein können, sind weiche Materialien wie etwa Messing oder Aluminium oder harte Kunststoffe wie etwa Polytetrafluorethylen (TEFLON^TM) oder Acetalhomopolymerharz (DELRIN^TM). Nichtelastische Pistonierkolbenmanschetten können in zwei überlappenden Stücken für eine Installation über einem vormontierten Werkzeug ausgebildet sein.
In 11 weist die Buchsenverbinderanordnung 140 des PWCH eine Reihe von Buchsenkontakten 220 auf, die um eine gemeinsame Achse 222 angeordnet sind. Die Kontakte weisen einen linearen Abstand d, der dem Abstand der Steckkontakte der Steckverbinderanordnung des DWCH (6A) entspricht, und eine Wischdichtung 224 auf. Die Kontakte 220 und die Wischdichtungen 224 werden jeweils in einem entsprechenden Isolator 226 festgehalten. Der Stapel von Kontakten, Wischdichtungen 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 aus einem einzigen Stück eines elektrisch leitenden Materials wie etwa Berylliumkupfer spanabhebend bearbeitet und weist einen Hülsenabschnitt 234 mit acht (vorzugsweise sechs oder mehr) sich ausdehnenden Fingern 236 auf. Der Kontakt 220 ist vorzugsweise vergoldet. Die Finger 236 sind jeweils so geformt, dass sie sich radial einwärts krümmen, mit anderen Worten, dass sie vom Hülsenabschnitt 234 zu einem distalen Ende 237 einen ersten Abschnitt 238, der sich radial einwärts erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 240, der sich radial auswärts erstreckt, aufweisen, wobei sie einen radial innersten Abschnitt 242 mit einer Kontaktlänge d_c von etwa 0,381 cm bilden. Durch die spanabhebende Bearbeitung des Kontakts 220 aus einem einzigen Materialstück weisen die Finger 236 in ihrem entspannten Zustand, wie er gezeigt ist, keine verbleibenden Biegespannungen auf, die zu einer Verringerung ihrer Dauerfestigkeit führen.
Der Innendurchmesser d₁ des Kontakts 220, der zwischen den Kontaktoberflächen 242 gegenüberliegender Finger gemessen wird, ist etwas kleiner als der Außendurchmesser des elektrischen Steckkontakts 102 des DWCH (6A), so dass die Finger 236 während des Eingriffs mit dem Steckverbinder nach außen gedrückt werden und einen Kontaktdruck zwischen den Kontaktoberflächen 242 und den Steckkontakten 102 liefern. Die Umfangsweite w jedes Fingers verjüngt sich auf ein Minimum an der Kontaktoberfläche 242. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine spanabhebende Bearbeitung des Kontakts, derart, dass die Länge d_c der Kontaktoberflächen 242 etwa ein Viertel der Gesamtlänge d_f der Finger beträgt und die radiale Dicke t der Finger etwa 75 Prozent des radialen Abstands r zwischen der Innenfläche des Hülsenabschnitts 234 und den Kontaktoberflächen 242 beträgt, zu einer Kontaktkonstruktion führt, die wiederholte Eingriffe aushält.
Die Wischdichtungen 224 sind vorzugsweise aus einem elastischen Fluorkohlenwasserstoffelastomer wie etwa VITON^TM geformt. Der Innendurchmesser d₂ der Wischdichtungen 224 ist außerdem etwas kleiner als der Außendurchmesser der Steckkontakte, so dass die Wischkontakte dazu neigen, beim Ineinandergreifen Bohrmehl von der Steckkontaktoberfläche zu wischen. Die Innendurchmesser d₁ und d₂ der Kontakte und der Wischdichtungen sind vorzugsweise etwa gleich. Die Wischdichtungen 224 sind vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material geformt, um die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen Kontakten bei Vorhandensein elektrisch leitender Fluide zu verringern.
Ein Kontakt 220 weist einen auf einer Seite seines Hülsenabschnitts 234 spanabhebend bearbeiteten Lötansatz 244 zur elektrischen Verbindung eines Drahts 246 auf. Wie in 12 gezeigt ist, wird der Draht 246, wenn der verdrahtete Kontakt 220 in den Isolator 226 eingesetzt wird, durch ein Loch 248 in dem Isolator geleitet. Ausrichtstifte 250 in weiteren Löchern 248 in dem Isolator, passen in äußere Nuten 252 der Wischdichtung 224, so dass die Wischdichtung auf den Isolator ausgerichtet wird. Eine Kerbe 254 an der Wischdichtung passt um den Lötansatz 244. Die Isolatoren 226 und die Wischdichtungen 224 sind mit genügend Löchern 248 bzw. Nuten 252 ausgebildet, um alle Drähte 246 von jedem der Kontakte 220 in dem Buchsenverbinder zu dem oberen Ende der Anordnung zur Befestigung an einer Dichtungsanordnung 170 (7B) zu leiten.
Mit dem in den Isolator 226 eingesetzten Kontakt 220 liegen die distalen Enden 237 der Kontaktfinger in einer durch eine Innenlippe 258 des Isolators gebildeten axialen Nut 256. Die Lippe 258 schützt die distalen Enden der Finger vor einem Hängenbleiben an den Oberflächen der Steckverbinderanordnung während des Loslösens des PWCH von dem DWCH.
In 14 besitzt die Verbinderanordnung 170 des PWCH einen geformten Verbinderkörper 280 aus einem elektrisch isolierenden Material wie etwa Polyethylketon, Polyethyletherketon oder Polyaryletherketon. Der Körper ist so konstruiert, dass er einem hohen statischen Differenzdruck von z. B. bis zu 103 MPa über einen O-Ring in einer O-Ring-Nut 281 standhält, wobei er Durchgangslöcher 282 aufweist, in die an Zuleitungsdrähte 286 befestigte elektrisch leitende Stifte 284 gepresst sind. (Die Zuleitungsdrähte 286 bilden die Anschlussdrähte 188 von 7B.) Vergoldete Stifte 284 aus Edelstahl 17-4 werden in ihren Platz gepresst, bis ihre unteren Flansche 288 auf den Böden der Senkbohrungen 290 in dem Verbinderkörper aufsitzen. Zur Abdichtung der Schnittstelle zwischen dem Verbinderkörper und den Zuleitungsdrähten wird hier eine Drahtdichtung 292 über die Drähte und den Verbinderkörper gegossen, nachdem die Isolierung an den einzelnen Zuleitungsdrähten zur besseren Haftung an dem Dichtungsmaterial geätzt worden ist. Die Dichtung 292 muss außerdem den hohen Differenzdrücken von bis zu 103 MPa standhalten, die die Verbinderanordnung erfährt. Die Erfinder haben festgestellt, dass einige Hochtemperatur-Fluorkohlenwasserstoffelastomere wie etwa VITON^TM und KALREZ^TM für die Drahtdichtung 292 gut wirksam sind.
Um eine Funkensperre zwischen benachbarten Stiften 284 sowie zwischen den Stiften und der Kupplung 154 (7B) zu bilden, sind hier auf einer Stirnfläche 294 des Verbinderkörpers 280 einzelne Stiftisolatoren 296 um jeden der Stifte 284 zwischen ihrem untern und ihrem oberen Flansch 288 bzw. 298 geformt. Die Isolatoren 296 erstrecken sich etwa 0,305 cm durch die Ebene der Stirnfläche 294 des Verbinderkörpers heraus und sind vorzugsweise aus einem Hochtemperatur-Fluorkohlenwasserstoffelastomer wie etwa VITON^TM oder KALREZ^TM geformt. Die Isolatoren 296 schützen gegen eine Funkenbildung, die entlang der Stirnfläche 294 des Verbinderkörpers vorkommen kann, wenn z. B. feuchte Luft oder flüssiges Wasser in den Drahthohlraum 168 des PWCH (7B) eindringt. Neben dem Schutz gegen eine unerwünschte elektrische Funkenbildung helfen die Isolatoren 296 außerdem, Feuchtigkeit während der Lagerung und dem Transport von der Verbindung zwischen den Stiften 284 und den Zuleitungsdrähten 286 in dem Verbinderkörper fernzuhalten.
Wie außerdem in 15 gezeigt ist, hat der Verbinderkörper 280 einen Außendurchmesser d_b von etwa 2,413 cm, um in die für eine Bohrlochausrüstung typischen kleinen Werkzeuginnendurchmesser (z. B. bis zu 2,540 cm) zu passen. Der zusammengesetzte Verbinder weist eine kreisförmige Anordnung von neun Stiften 284, alle mit entsprechenden Isolatoren 296 und Zuleitungsdrähten 286, auf.

Claims

Steckverbinder, der ausgelegt ist, um mit einem Buchsenverbinder in Eingriff zu gelangen, um eine elektrische Verbindung zu bilden, wobei der Steckverbinder (170) umfasst: einen elektrisch isolierenden Körper (280); mehrere elektrisch leitende Stifte (284), die an dem Körper befestigt sind und sich durch eine Fläche (294) des Körpers erstrecken, um einen elektrischen Kontakt mit dem Buchsenverbinder herzustellen; und entsprechende Drähte (286), die mit jeweils einem der Stifte in elektrischer Verbindung stehen und sich von dem Verbinder erstrecken, wobei jeder Draht eine Drahthülle besitzt, die eine Drahtader umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass um jeden Stift ein entsprechender zylindrischer Stiftisolator (296) angeordnet ist, wobei die Isolatoren jeweils ein elastisches Material enthalten, das eine Dichtung zwischen dem Körper (280) und seinem jeweiligen Stift (284) bildet und sich durch die Fläche des Körpers und über eine Strecke über die Fläche des Körpers hinaus erstreckt, derart, dass die Dichtungen eine Lichtbogensperre zwischen benachbarten Stiften an der Fläche (294) des Körpers, durch die sich die Stifte erstrecken, bilden.
Steckverbinder nach Anspruch 1, wobei die Stifte (284) jeweils zwei Flansche (288, 298) besitzen und die Stiftisolatoren (296) zwischen den zwei Flanschen ihrer jeweiligen Stifte angeordnet sind.
Steckverbinder nach Anspruch 1, der wenigstens drei Drähte (286), drei entsprechende Stifte (284) und drei entsprechende Stiftisolatoren (296) umfasst.
Steckverbinder nach einem vorhergehenden Anspruch, der wenigstens acht Drähte (286), acht entsprechende Stifte (284) und acht entsprechende Stiftisolatoren (296) umfasst.
Steckverbinder nach einem vorhergehenden Anspruch, der ferner eine einzige Drahtdichtung (292) umfasst, die an ihrem Ort ausgebildet ist, um eine Dichtung um alle Drähte (286) zu bilden.
Steckverbinder nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Körper (280) eine Umfangsnut (281) zum Halten einer O-Ringdichtung definiert.
Steckverbinder nach Anspruch 6, der so konstruiert ist, dass er einem statischen Differenzdruck von wenigstens 700 kg/cm² über der O-Ringdichtung widersteht, ohne eine strukturelle Beschädigung zu erfahren.
Steckverbinder nach Anspruch 1, der konstruiert ist, damit er durch eine kreisförmige Öffnung mit einem Durchmesser von 2,54 cm passt.
Steckverbinder nach Anspruch 8, wobei sich die Stiftisolatoren (296) durch die Fläche (294) des Körpers (280) und wenigstens um 0,127 cm über die Fläche des Körpers hinaus erstrecken, um die Lichtbogensperre zu bilden.
Drahtloses Protokollierungswerkzeug für Bohrlochverwendung in einem Bohrloch am Ende eines Elektrokabels, wobei das Werkzeug einen Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält, der mit dem Ende des Kabels gekoppelt ist und mit einem entsprechenden Buchsenverbinder in Eingriff ist, der mit einem Sensor zum Messen einer Bohrlochcharakteristik gekoppelt ist.