NO172779B - Anordning for mekanisk og elektrisk sammenkobling mellom en flerlederkabel og en broennsonde - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for å forbinde en brønn-driftsenhet som omfatter minst en sonde, med en flerleder-opphengskabel.

Målinger i borehull blir foretatt ved hjelp av sensorer som vanligvis befinner seg i en eller flere sonder som er senket ned fra en overflateinstallasjon ved enden av en elektrisk opphengskabel som er i stand til å understøtte vekten av sondene og utgjøres av en rekke elektriske ledere. Minst en av sondene har forankringsarmer aktivert ved hjelp av jekkanordninger. Den væske som kreves til drift av jekk-anordningene, blir frembrakt av et hydraulisk system som vanligvis drives av en elektrisk motor matet fra en overflateinstallasjon via elektriske ledere i kabelen.

Drift av forankringsarmene for å holde sondene urørlige ed en gitt dybde i brønnen eller borehullet, blir styrt ved hjelp av magnetventiler som ved hjelp av en eller flere ledere er forbundet med overflateinstallasjonen. Andre elektriske ledere blir brukt for å forbinde forskjellige sensorer i sondene med en registreringsanordning, og spesielt de forskjellige sensorer som brukes til å bestemme egenskapene til de undergrunnsformasjoner som omgir borehullet.

Kravene til seismiske undersøkelser hvor det er ønskelig å oppnå detaljerte registreringer av de seismiske profiler så hurtig som mulig, medfører et høyere og høyere antall sensorer og fordeling av disse i en sammenstilling av sonder som henger under hverandre. De forskjellige signalene fra de forskjellige sensorene blir innsamlet ved hjelp av et datainnsamlings-apparat konstruert for multipleksing, digitalisering og tilpasning av disse signalene før de overføres til en eller flere linjer i kabelen til det seimiske laboratoriet på overflaten. Datainnsamlingen blir koordinert fra det seimiske laboratorium som sender styre- og synkroniserings-signaler til mottageranordningen i brønnen. Forbindelsen mellom hver sensor anbrakt i en satellitt-sonde med datainnsamlings-apparatet som vanligvis befinner seg i hovedsonden, blir tilveiebrakt ved hjelp av en spesiell leder.

De forskjellige deler av en slik spredekabel er for eksempel beskrevet i følgende franske patentpublikasjoner nr. 2 501 380, 2 548 727, 2 564 592, 2 613 159 og 2 613 496.

Konstruksjonen av en slik blandet spredekabel for et sett med flere sonder adskilt fra hverandre ved forskjellige dybde-nivåer og som inneholder et stort antall sensorer, gjør det nødvendig å tilveiebringe et stort antall forbindelser, ikke bare mellom registrerings- og styre-stasjonen på overflaten over hovedsonden, men også mellom denne sistnevnte og de forskjellige satellitt-sonder.

Det er derfor nødvendig å tilveiebringe elektriske ledere som er mer og mer sammensatte for å forbinde de forskjellige sonder med forbindelseskablene.

Konstruksjonen av slike forbindelser er desto mer ømfintlig, siden sondene, spesielt for å tilfredsstille behovene ved seismiske undersøkelser, må senkes til dybder på flere kilometer hvor det hersker trykk på flere hundre bar og temperaturer som kan nå 200 til 300°C.

Det er tidligere kjent å forbinde elektriske enkeltledere eller flerledere ved hjelp av kontakter som omfatter en hann-del og en hunn-del som passer inn i hverandre, og er tilordnet midler for fastholding og avtetning, slik som hylser og skjøter for elektrisk isolering av de elektriske ledningene fra det ytre miljø, spesielt til bruk under vann og på større dyp. Eksempler på slike elektriske kontakter gis bl.a. i US patent 3,816,641 og 2,881,406.

Koblingen av kabelen til enden av sondene blir vanligvis tilveiebrakt ved hjelp av et forseglet gjennomførings-element som utgjøres av en tykk skillevegg i form av en skive laget av et isolasjonsmateriale gjennom hvilket det passerer metall-staver som strekker seg på hver side av skilleveggen.

Stavene er sveiset eller krympet på en side til lederne i kabelen og på motsatt side til lederne inne i sonden. Koblingssonen er avgrenset og isolert, på hver side av skilleveggen, ved hjelp av en hylse dannet av to halvskall brakt sammen for å gripe om kabelen og enden av sondelegemet, og som er festet til hverandre.

Tetninger er anbrakt mellom de to halvskallene for å isolere dette hulrommet, og et isolerende materiale er inn-sprøytet i dette. For å gjøre forbindelsen mellom kabelen og de forskjellige lederne inne i hver sonde fjernbar, blir det videre brukt en elektrisk kontaktanordning med flere pinner anbrakt i hulrommet på en side av skilleveggen. Konstruksjonen av hver sammenkoblingsanordning er tidkrevende og vanskelig av denne grunn. Videre er den elektriske isolasjonen vanskelig å opprettholde når det ytre hydro-statiske trykk blir meget høyt, fordi fremgangsmåten med å inneslutte lederne ved hjelp av halvskall, ikke motstår vanninntrengningen.

Anordningen ifølge oppfinnelsen overvinner ovennevnte ulemper. Den defineres som en anordning for å forbinde en driftsenhet for en brønn, hvilken driftsenhet omfatter minst en sonde, med en opphengskabel av flerledertype utstyrt med en kappe av elastisk materiale, for å muliggjøre at brønnsondens hode kan forbindes elektrisk og mekanisk med kabelen. Anordningen omfatter elektriske forbindelsesanordninger for tilveiebringelse av forbindelse mellom forskjellige elektriske ledere i sonden og ledere i flerlederkabelen, og festeanordninger, idet disse elektriske forbindelsesanordninger innbefatter en skilleskive med, på siden mot brønnsonden, en rørformet forlengelse og en elektrisk hunn-kontakt som kan trenge inn i den rørformede forlengelse, idet skilleskiven er forsynt med forseglede passasjer for et sett med hann-tapper som på en side av skiven er tilpasset for å plugges inn i et sett med hule staver som er elektrisk forbundet med kabelens ledere, og på den motsatte side inn i hunn-tapper i den elektriske kontakten, som er elektrisk forbundet med lederne inne i sonden. Anordningen har også mekaniske forbindelsesanordninger som omfatter en ringformet hylse som ved en første ende har et endestykke tilordnet en første anordning for å holde kabelen og egnet for å motta ved sin motsatte ende terminaldelen av sondelegemet som innbefatter hulrom som kan inneholde skilleskiven og hunn-kontakten. De mekaniske forbindelsesanordningene omfatter i tillegg lokaliseringsanordninger og en innretning for å feste den ringformede hylsen til brønnsondelegemets terminaldel, idet disse gjør det mulig, ved å trekke den ringformede hylsen og terminaldelen sammen, å danne den korrekte elektriske forbindelse mellom skilleskiven og den elektriske hunn-kontakten og å isolere innsiden av legemet tettende fra brønnen. Anordningen kjenne-tegnes særskilt ved at den innbefatter, på hvert sondehode, et avskrådd låsestykke og skruer for å presse nevnte stykke mot flerlederkabelen, idet skruene er dimensjonert for å gi etter når drag-kraften i flerlederkabelen overstiger en gitt verdi, samt en tetningsanordning for å presse kappen mot endestykkets yttervegg.

Ovennevnte definisjon av oppfinnelsen fremgår også av det vedføyde patentkrav 1. Ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de tilknyttede uselvstendige patentkrav.

Andre trekk og fordeler ved anordningen vil fremgå av den følgende beskrivelse av en utførelsesform, som er gitt som ikke-begrensende eksempel, under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Fig. 1 viser en anordning for å forbinde en kabel med en

sondes terminaldel;

Fig. 2 viser et deleriss av forbindelsesanordningen på

figur 1 med en kabelholdende anordning; og

Fig. 3 viser et tverrsnitt av anordningen.

Anordningen er tilveiebrakt for å sammenkoble en fler-lederkabel 1 med enden av et brønnsonde-legeme 2. Enden av legemet 2 er rørformet og har en første indre boring 3 med et gjenget parti forlenget med en andre boring 4 med mindre tverrsnitt enn det første, og en tredje boring 5 med et tverrsnitt som er mindre enn tverrsnittet av den annen boring.

Ved nivået til den tredje boring 5 passerer det gjennom legemets rørformede vegg tre radielle hus som er adskilt med 120° for tre sikringstapper 6. Ved nivået for den annen boring 4 passerer det likeledes gjennom legemet i veggen tre radielle hus som også er adskilt med 120° for tre andre sikringstapper 7. Tappene 6 og 7 er forsynt med tetninger 8, og deres respektive lengder er valgt slik at deres ender rager

ut fra innerveggen 9 til legemet 2.

Anordningen omfatter en elektrisk hunn-kontakt 10 med et tverrsnitt tilpasset tverrsnittet til den tredje boringen 5 og med en lengde større enn sistnevnte. Kontakten 10 er forsynt med tre langsgående riller 11 hvis bredde er tilpasset bredden av sikringstappene, og er også anbrakt 120° fra hverandre.

Den omfatter (figur 3) et antall hunn-sokler P.

En ring 12 hvis tverrsnitt er mindre enn tverrsnittet til den andre boringen 4, er festet omkring kontakten 10. Inn-retningen omfatter også en skilleskive 13 hvis ytre tverrsnitt er tilpasset den andre boringen, idet denne skiven på en side har en rørformet forlengelse 14 med tre langsgående riller 15 hvis bredde er tilpasset diameteren av sikringstappene 7 og er festet 120° fra hverandre. Det indre tverrsnitt av forlengelsen 14 er tilpasset det ytre tverrsnitt av hunn-kontakten. En tetning 16 er anbrakt i en ringformet rille ved skivens

omkrets.

På siden motsatt den rørformede forlengelse 14, er skiven forsynt med en sirkulær skulder 17 som omfatter en langsgående rille 18. Passasjer er dannet gjennom skiven 13 og hann-tapper 19 med tetninger er innsatt i disse og passerer gjennom disse fra en side til den annen. Lengden av tappene er større enn tykkelsen av skiven. Deres antall og arrangement er slik at på siden med den rørformede forlengelse, er hann-tappene opptatt i de forskjellige sokler i hunn-kontakten 10 når de langsgående riller 11 og 15 er i forlengelsen av hverandre.

Pasningen av tappene i kanalene som passerer gjennom skilleskiven, er konstruert for å forhindre enhver gjennom-trenging av vann ved høye trykk (større enn 1000 bar, for eksempel) og ved temperaturer på flere hundre grader Celsius.

Anordningen omfatter også en ringformet hylse 20 hvis indre tverrsnitt, ved siden av den første enden, er tilpasset tverrsnittet for den sirkulære skulderen 17 til skiven 13. Ved denne samme første enden, har hylsen en krave 21. Et sikringsstykke 22 med en bredde tilpasset bredden av den aksiale rille 18, er festet til den indre vegg av hylsen i nærheten av dens første ende. En spiss skrue 23, som passerer gjennom kraven, gjør det mulig å fastsette skiven 13 i langsgående retning i forhold til hylsen 20. En mutter 24 kan gli langs hylsen. Den er forsynt med en rørformet forlengelse 25 med en ytre diameter tilpasset diameteren av den første indre boring 3 i legemet 2, og er gjenget på utsiden. Den ytre veggen til hylsen 20 er gjenget over en del av sin lengde. En låsemutter 26 i form av en ring og hvis indre vegg er gjenget, kan skrus på den ytre gjengen til hylsen 20.

Det indre hulrommet 27 i hylsen står i forbindelse med utsiden gjennom to radiale åpninger lukket av to gjengede plugger 28. Ved den ende som er motsatt kraven 21, har hylsen et endestykke 29 for forbindelse med kabelen, dannet av to avkortede kjegler 30, 31, koblet sammen ved hjelp av et sylindrisk parti 32. En aksial åpning 33 er dannet i endestykkets akse. Kabelen omfatter en bunt med ledninger 34 inne i en ytre bunt i form av en fletning 35. Sammenstil-lingen er innlagt i en elastomer tetningskappe 36. Det endeavskrådde partiet 31 er festet under kappen, og en tetningsring 37 er fastspent over ved nivået til det sylindriske partiet 32.

Et rørformet, avskrådd stykke 38 med en åpning med diameter tilpasset diameteren til kappen, er anbrakt i endestykkets aksiale åpning 33. Det trykkes mot fletningen ved press fra tre fastspenningsskruer eller tapper 39 i tre gjengede åpninger 40 som er dannet radialt i endestykket 29 ved nivået til det sylindriske parti 32.

For sikkerhets skyld er dimensjonene til disse tre tappene 39 valgt slik at de gir etter hvis de aksiale trekk-krefter som utøves på kabelen, overstiger en gitt verdi. Dette sikkerhetssystemet blir brukt ved sondehodet hvis der er bare ett slikt, eller ellers mellom hvert sondehode og det kabelparti som forbinder det med sonden under, i det tilfelle hvor en kjede med flere sammenkoblede sonder blir senket ned i brønnen.

I tilfellet med en flersonde-mottageranordning, blir kabelpartiet ved sin ende (figur 2) forbundet med et lignende endestykke 29 i en annen sonde, som er anbrakt ovenfor. For-bindelsesmetoden er identisk bortsett fra at det avskrådde stykket 38 er erstattet med et sylindrisk stykke 41 og fastspenningstappene 39 med spisse skruer 42 som er opptatt i hulrom dannet i stykket 41. Adskillingsstyrken som oppnås, er meget større enn den som gis av avskråningen og tappene. Resultatet er at mulige brudd alltid opptrer ved nivået for det øvre endestykket av hver sonde.

Dette er gjort slik for at en del av anordningen alltid skal kunne heves hvis en av sondene skulle kile seg fast.

Staver 43 er presset på de forskjellige hann-tapper 19, på den side av skiven 13 som er motsatt den elektriske hunn-kontakten 10. Endene av de forskjellige ledningene 34 i kabelen 1, er sveiset til disse stavene. Gjennom åpningene kan en væskeformet eller pastaformet dielektrisk substans innføres for elektrisk å isolere stavene 43 fra den fuktighet som kan trenge inn i hylsen 20.

I en forberedende fase blir de forskjellige ledere 34 som forlater legemet 2, koblet elektrisk til de forskjellige soklene i den elektriske hunn-kontakten 10. Den ytre kappen 36 til kabelen som skal tilkobles såvel som dens fletning 35 er forkortet, for å frilegge en lengde av den indre kabelen som er større enn hylsens lengde.

Etter anbringelse av mutteren 24 og dens låsemutter 26 omkring hylsen, blir kabelen som skal tilkobles, innført i åpningen 33 til endestykket. Dens fletning 35 blir låst ved hjelp av det avskrådde stykket 38 og fastspenningstappene 39, så blir den ytre hylsen presset omkring den sylindriske delen av endestykket 29 og fastspent ved hjelp av ringen 37. De forskjellige ledningene 34 i kabelen blir så koblet elektrisk til stavene 43.

Med denne forberedende fasen ferdig:

blir de forskjellige tappene 18 til skiven 13 ført inn i stavene 43,

skiven blir ført mot kraven 21 til hylsen i en posisjon som gjør det mulig å oppta mellomstykket 22 i rillen 18,

den elektriske hunn-kontakten 10 blir passet inn på tappene som rager fram fra skiven 13, på den side som er

motsatt stavene 43, mens det sørges for at de to rillene 11, 15 posisjoneres i forlengelsen av hverandre, hvilke riller er dannet henholdsvis i den rørformede forlengelse 14 av skiven og i den elektriske hunn-kontakten 10,

de allerede sammensatte deler blir opptatt i enden av sondelegemet slik at sikringstappene 6, 7 faller sammen med rillen, og - mutteren 24 blir strammet i den første gjengede boringen 3 ved enden av legemet og så låsemutteren 26 for å binde sammen de forskjellige elementene med hverandre.

Som avslutning blir de to pluggene 28 fjernet fra hylsen og et isolerende fluidum blir innsprøytet, slik som silikonpasta, inntil det indre hulrommet 27 er fullstendig fyllt, hvoretter de blir innsatt igjen. Den elektriske forbindelsen blir således hurtig dannet og uten risiko for feil. Siden forbindelsen oppnås ved hjelp av en sylindrisk hylse som skrus på enden av sondelegemet, er det dermed lett å oppnå en god mekanisk stivhet og god elektrisk isolasjon av de sammenkoblede ledninger.

Claims (5)

1. Anordning for å forbinde en driftsenhet for en brønn, hvilken driftsenhet omfatter minst en sonde, med en opphengskabel (1) av flerledertype utstyrt med en kappe (36) av elastisk materiale, for å muliggjøre at brønnsondens (2) hode kan forbindes elektrisk og mekanisk med kabelen, omfattende elektriske forbindelsesanordninger for tilveiebringelse av forbindelse mellom forskjellige elektriske ledere (P) i sonden og ledere (34) i flerlederkabelen, og festeanordninger, idet disse elektriske forbindelsesanordninger innbefatter en skilleskive (13) med, på siden mot brønnsonden (2), en rørformet forlengelse (14) og en elektrisk hunn-kontakt (10) som kan trenge inn i den rørformede forlengelse (14),* idet skilleskiven (13) er forsynt med forseglede passasjer for et sett med hann-tapper (19) som på en side av skiven er tilpasset for å plugges inn i et sett med hule staver (43) som er elektrisk forbundet med kabelens ledere, og på den motsatte side inn i hunn-tapper i den elektriske kontakten (10), som er elektrisk forbundet med lederne (P) inne i sonden, idet anordningen også har mekaniske forbindelsesanordninger som omfatter en ringformet hylse (20) som ved en første ende har et endestykke (29) tilordnet en første anordning for å holde kabelen (l) og egnet for å motta ved sin motsatte ende terminaldelen av sondelegemet (2) som innbefatter hulrom som kan inneholde skilleskiven (13) og hunn-kontakten (10), idet de mekaniske forbindelsesanordningene i tillegg omfatter lokaliseringsanordninger (6, 7, 22) og en innretning for å feste den ringformede hylsen (20) til brønnsondelegemets (2) terminaldel, idet disse gjør det mulig, ved å trekke den ringformede hylsen (20) og terminaldelen sammen, å danne den korrekte elektriske forbindelse mellom skilleskiven (13) og den elektriske hunn-kontakten (10) og å isolere innsiden av legemet tettende fra brønnen, karakterisert ved at den innbefatter, på hvert sondehode, et avskrådd låsestykke (38) og skruer (39, 42) for å presse nevnte stykke mot flerlederkabelen (1), idet skruene er dimensjonert for å gi etter når drag-kraften i flerlederkabelen (1) overstiger en gitt verdi, samt en tetningsanordning (37) for å presse kappen (36) mot endestykkets (29) yttervegg.

2. Anordning ifølge krav 1, for en driftsenhet som omfatter flere brønnsonder forbundet med hverandre ved hjelp av kabelelementer av flerledertype, karakterisert ved at nevnte mekaniske forbindelsesanordninger forbinder et kabelelement med basis-delen av en sonde som innbefatter en andre anordning for å holde kabelen, omfattende et sylindrisk stykke (41) forsynt med hulrom og settskruer (42) tilpasset for å gripe inn i hulrommene og trykke stykket mot flerlederkabelen, og en tetningsanordning (37) for å presse kappen (36) på kabel-elementet mot endestykkets (29) yttervegg.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den ringformede hylsen (20) innbefatter en krage (21) på den side som er motsatt endestykket (29), idet skilleskiven (13) innbefatter en del med mindre tverrsnitt tilpasset for innsetting inne i endestykket (29), på siden med kragen .(21), og terminaldelen av sondelegemet omfatter, i rett forlengelse med hverandre, flere boringer (3, 4, 5) med avtakende tverrsnitt tilpasset for å motta henholdsvis den elektriske hunn-kontakten (10), den rørformede forlengelse (14) av skilleskiven (13) og kragen (21) , idet festeanordningen innbefatter en mutter (24) som kan gli over den ringformede hylsen (20) og hvis yttervegg omfatter et gjenget parti som er tilpasset for påskruing på en indre gjenge i den boring (3) som ligger nærmest enden av sondelegemet, og en låsemutter (26) som kan skrus på et utvendig gjenget parti av den ringformede hylse (20) for å bevege mutteren (24) sideveis i forhold til den ringformede hylsen (20).

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at lokaliseringsanordningene omfatter tapper (6, 7) tilpasset for inngrep i langsgående riller (11, 15) dannet i den elektriske hunn-kontakten (10) og den rørformede forlengelse (14) av skilleskiven (13), idet disse tappene (6, 7) er i ett stykke med sondelegemets terminaldel, og et element (22) i ett stykke med den ringformede hylsen (20) og anordnet for inngrep i en rille (13).

5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det indre hulrom (27) i den ringformede hylse (20), mellom skilleskiven (13) og endestykket (29), står i forbindelse med utsiden gjennom åpninger forsynt med plugger (28) for innføring av et dielektrisk stoff.