NO318116B1 - Nedhulls instrumentkabel med redusert diameter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt instrumentkabler for bruk i langstrakte passasjer, og angår mer spesielt en kabel med redusert diameter for bruk i omgivelser med høyt trykk.

Det har lenge vært behov for visuell undersøkelse av tilstander nede i brønner av forskjellige grunner. En av de vanligste bruksmåter for video nede i hull er deteksjon av lekkasje. Kamerasystemet kan detektere turbulens skapt av en lekkasje og kan identifisere forskjellige fluider som lekker inn i brønnen. Partikkelformet stoff som flyter ut gjennom et hull, kan detekteres. Skadde, adskilte eller sammenklattede rørledninger og foringer kan også detekteres. Alvorlighets-graden av skalloppbygging i rør nede i borehull, strømningsstyre-anordninger, perforeringer og låsefordypninger i avsatsnipler kan sees og analyseres.

Ytterligere bruksområder for videokamera-systemer innbefatter deteksjon av formasjonssprekker og deres orienteringer. Videologging gir visuelle bilder av størrelsen og utstrekningen av slike sprekker. Nedhulls video er også nyttig når det gjelder å identifisere gjenstander nede i hullet og kan forkorte fiskeoperasjonen. Igjenpluggende perforeringer kan detekteres såvel som strømningen gjennom disse perforeringene mens brønnen er produserende eller mens væsker eller gasser blir injisert gjennom perforeringene. Korrosjonsundersøkelser kan utføres med nedhulls video og sanntids betraktning med videobilder kan identifisere årsaker til produksjonstap, slik som sandbroer, fluidinvasjon eller feilvirkende strømningsstyringer nede i hullet.

Nedhulls instrumentsonder kan gjøres uhyre små på grunn av forekomsten av avbildningssystemer med ladningskoplede anordninger og andre teknologier som kan virke som et kamera i instrumentet nede i hullet. Elektriske kretser inne i et slikt instrument kan også gjøres små ved bruk av halvlederanordninger. Instrumentsonden som inneholder videokamera-systemet og annet elektrisk utstyr, er forbundet med overflateutstyret ved hjelp av en navlestreng i form av en instrumentkabel for derved å tillate overføring av elektrisk kraft til videokameraet og overføring fra data fra videokameraet til overflateutstyret.

Mange brønner har forholdsvis liten diameter, i størrelsesorden 4,5 cm. Følgelig er instrumentsonden og dens kabel som er konstruert for bruk i en slik brønn, begrenset med hensyn til deres respektive diametere. Dette kan medføre praktiske problemer i forbindelse med en brønn med høyt trykk. Slike brønner er forsynt med hetter for å forhindre ukontrollert utstrømming av brønnfluider under høyt trykk, og for å innføre et nedhulls videoinstrument i en slik brønn, må instrumentet tvinges inn i brønnen gjennom hetten. Som kjent på området er mindre instrumenter lettere å innføre i et miljø med høyt trykk fordi de oppviser mindre overflateareal som borehullsfluidene med høyt trykk kan virke mot. Brønnfluider med høyt trykk motvirker således innføring av kabelen i brønnen, og kabelen må gjøres tung nok til å overvinne denne trykk-kraften. Det har også vist seg at små differanser i diametrane til nedhulls instrumentkabler kan ha en meget stor virkning på lettheten og omkostningene med innføring av kabelen og et påfestet instrument i brønnen.

Det vises nå til tegningenes figur 1 hvor det kan sees at ved et brønntrykk på 27,6 MPa (4000 psi), vil en kabel med diameter 1,11 cm kreve et tillegg på 295 kg ytterligere vekt for å overvinne den kraft som skapes av borehullsfluid-trykket mot innføring i brønnen. En vanlig teknikk for å tilføye denne vekten, er å feste søkksestaver til kabelen. Brønnens diameter begrenser diameteren på søkkestavene, noe som krever en langsgående fordeling av vekten langs kabelen. I en brønn med diameter 4.5 cm vil det bli brukt søkkestaver med ytre standard-diameter på 3,5 cm. Selv om det brukes vekter med wolfram av høy densitet, vil hver stav være 1,8 meter lang og ha en vekt på bare 20,4 kg. Dette vil resultere i behov for 15 søkkestaver anbrakt ende mot ende på kabelen og hver med en lengde på 1,8 meter, noe som resulterer i søkkestaver med en total lengde på 27,4 meter. Tilføyes denne lengden til lengden av selve instrumentet som kan være 4,5 meter, oppnås det en total lengde på 31,9 meter for den komplette sammenstilling. Som vist på figur 2 må kabelen 16 heves over brønnhodet 2, innføres gjennom en trykktetningsanordning 4, gjennom smøre-stigerør 6 og forbi hovedventilen 8. Med en slik lang lengde vekter som i dette tilfellet, vil det være nødvendig med en forlenget kran for å løfte sammenstillingen av instrument, kabel og søkkestaver over hovedventilen 8 til brønnhodet 2 og de spesielt påmonterte smøre-stigerørene 6 festet til brønnhodet som vist på figur 2 for å romme sammenstillingen. Det har vist seg i enkelte tilfeller at omkostningene med å understøtte smøre-stigerør 6 med en slik lang lengde, behovet for store kranhøyder og den tid som medgår til sammenstilling og demontering, opphever den fordel som kan tilveiebringes av nedhulls video.

En ytterligere undersøkelse av figur 1 viser at for en kabel med diameter på 0,55 cm (ca halvparten av den tidligere kabeldiameter) og i en brønn med samme trykk på 281 kg/cm<2>, er den vekt som er nødvendig for å overvinne fluidtrykket og innføre kabelen i brønnen bare 77 kg, som er omkring 1/4 av den vekt som er nødvendig for en kabel med dobbelt størrelse. Ved å bruke de samme vektstengene som beskrevet ovenfor, er det bare nødvendig med fire, og når hver har en lengde på 1,8 meter er den totale lengde av smøre-stigerørene som er nødvendige for å romme vektene og instrumentet, 12 meter. Dette er meget mer praktisk og meget mindre kostbart enn den lengde som er nødvendig i det første eksempelet. Som det fremgår tydelig av figur 1 vil selv små endringer i kabeldiameteren resultere i meget større endringer i vektbehovene. De som arbeider med brønner med høyt trykk har derfor innsett den betydelige virkning som kabeldiameteren har, og har innsett behovet for kabler med redusert diameter slik at innføring i brønner med høyt trykk blir lettet og gjort billigere.

En annen betraktning når det gjelder kabelkonstruksjon, er virkningen av kabellengder» på dimensjonen til de indre kabelkomponentene. i tilfellet med en koaksialkabel må kabeldiameteren være større jo lenger kabelen er, for å understøtte nødvendige dataoverføringsparametere for video i sann tid. Det ha således vist seg at for en koaksialkabel-lengde på 4.572 meter er det nødvendig med en kabeldiameter på 1,3 cm for å oppnå de datahastigheter som er ønskelige for sanntids-video. Som vist ovenfor resulterer denne kabeldiameteren i en upraktisk lengde av vekter for store brønntrykk. Det har imidlertid vist seg at optiske fibere ikke er så følsomme for lange avstander og har store båndbredder som er i stand til å understøtte videoavbildning i sann tid. Bruken av fiberoptikk muliggjør bruk av kabler med meget mindre diameter.

Det er også viktig at en nedhulls instrumentkabel innbefatter elektriske ledere for tilførsel av elektrisk energi. Elektriske ledere opptar også rom i en kabel, og derfor har man innsett at de elektriske lederne også bør holdes ved så små dimensjoner som mulig. Visse elektriske ytelseskrav må imidlertid oppfylles. De tilstander inne i en brønn som instrumentkabelen utsettes for, kan i tillegg være ganske barske, med hydrostatiske brønntrykk i overkant av 41 MPa og med omgivende veggtemperaturer som når 110°C og høyere. Brønner kan inneholde visse etsende fluider slik som hydrogensulfid som kan forårsake ødeleggelse av optiske fibere og dårlig ytelse. Fiberen må være beskyttet fra slike fluider. Brønner har også ofte skjøter med utragende kraver som kabelen kan skrubbe mot mens den føres inn og ut av brønnen. Skarpe gjenstander i brønnen kan også skade kabelen, og kan bryte gjennom og skade alvorlig en fluidtetning som utgjøres av en ytre plastkappe på kabelen, fagfolk på området har derfor innsett at en fluidtett tetning er nødvendig omkring den optiske fiberen eller fibrene i kabelen såvel som en robust ytre kabeloverflate.

I mange tilfeller kan brønnen også være ganske dyp, og lengden av en nedhulls instrumentkabel kan overstige 4572 til 4877 meter. Langsgående mekaniske påkjenninger på en optisk fiber i en slik lang kabel kan brekke eller føre til sprekkdannelser i den optiske fiberen, noe som forårsaker betydelig signaldemping. Kabelen må dermed være konstruert ikke bare for å motstå fysisk skade på sin ytre overflate ved bruk i en brønn og tilveiebringe en robust fluidtetning for å beskytte den optiske fiberen og elektriske ledere, men også for å understøtte vekten av instrumentet nede i hullet og selve kabelen.

Optiske fiberinstrumenter for bruk nede i borehull innbefatter termineringer for mottak av den optiske fiberen, elektriske ledere og armeringsorganer. Slike kontakt-anordninger bør implementeres på en slik måte at de indre komponentene i instrumentsonden er isolert fra de høye trykk og temperaturer i borehullet.

Fagfolk på området for nedhulls instrumentkabler og termineringer har dermed innsett behovet for en kabel med redusert diameter til bruk i brønner med høyt trykk og termineringer utført på en måte som ikke utsetter instrumentene for høytrykksfluidene i brønnen. Foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller disse og andre behov.

De fremtrukne publikasjoner med henvisning til kjent teknikk, nemlig europeisk patent nr. 371,660, US patent nr. 5,202,944 og US patent nr. 5,150,443, nevner blant annet ikke noe beskyttende bufferlag som omgir en optisk fiber. Slik det er velkjent for fagfolk innen teknikken, kan en typisk optisk fiber innbefatte en kappe som en ytre betegning. Det beskyttende bufferlaget er imidlertid ikke denne type kappe, eller engang hermetisk belegning. En kabel for nedhulls bruk i brønner utsettes for barske omgivelser. Kabelen må være utformet ikke bare for å motstå fysisk skade på sin ytre overflate fra bruk i brønnen og tilveiebringe en robust fluidtetning for å beskytte den optiske fiberen, men også for å oppta vekten av nedhulls-instrumentet og selve kabelen. Et beskyttende bufferlag må være i stand til å beskytte den optiske fiberen fra skade som kan forekomme på grunn av gnisning, og en slik beskyttelse tilveiebringes ikke av en kappe eller et hermetisk belegg. De ovennevnte framtrukne publikasjoner frembringer blant annet ikke noe slikt lag som er utformet for å gi adekvat beskyttelse for kabelen.

Generelt uttrykt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en kommunikasjons-kabel for en nedhulls instrumentsonde, idet kabelen er konstruert for å virke i en nedhulls omgivelse for ledning av elektrisitet og kommunisering av optiske datasignaler mellom instrumentsonden og en overflatestasjon.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en nedhulls instrumentkabel med redusert diameter, og instrumentkabelen kjennetegnes ved

en optisk fiber med et belegg på sin ytre overflate;

et beskyttende bufferlag som omgir den optiske fiberen og belegget;

et beskyttende hylster som omgir den optiske fiberen og det beskyttende bufferlaget;

en første isolator som omgir det beskyttende hylsteret, idet den første isolatoren er laget av et varmebestandig materiale med forholdsvis høyt smeltepunkt;

et lag av elektriske ledere som omgir den første isolatoren;

en andre isolator som omgir laget med elektriske ledere, idet den annen isolator er laget av et varmebestandig materiale med forholdsvis høyt smeltepunkt; og

et antall elektrisk ledende armeringstråder som omgir den annen isolator og danner en ytre overflate for kabelen.

En nedhulls instrumentkabel kan således omfatte en hermetisk belagt optisk fiber omgitt av et beskyttende bufferlag, og et inert gellag inne i et beskyttende rør. Det beskyttende røret er dekket av en indre isolator, et flettet lag av elektriske ledere og en ytre isolator/fluidtetning som igjen er omgitt av et antall elektrisk ledende armeringstråder som utgjør en del av den elektriske sløyfen.

Kabelen kan videre omfatte en kabel-termineringsanordning omfattende et elektrisk ledende kabelholde-legeme som er elektrisk forbundet med armeringstrådene, som ender ved kabelhode-legemet. De elektriske lederne i kabelen strekker seg gjennom en elektrisk ledende kontakt-delanordning som er elektrisk forbundet med kabelhode-legemet. Kontakt-delanordningen tilveiebringer en elektrisk terminal for forbindelse med instrumentet nede i hullet, mens laget av elektriske ledere utgjør en annen elektrisk terminal for forbindelse med instrumentet nede i borehullet, og den optiske fiberen strekker seg gjennom kontakt-delanordningen for tilkopling til instrumentet nede i hullet.

Disse og andre sider og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse og de vedføyde tegninger som i form av eksempler illustrerer trekk ved oppfinnelse, og hvor: Fig. 1er et diagram som viser søkkestav-vekt som funksjon av brønntrykk; Fig. 2eret blokkskjema over et brønnloggesystem hvor instrumentkabelen ifølge oppfinnelsen kan benyttes; Fig. 3er et sideriss av en instrumentsonde på plass i et borehull og viser kameraseksjonen og lysseksjonen med hvilken instrumentkabelen ifølge oppfinnelsen kan brukes; Fig. 4er et delvis tverrsnitt sett fra siden gjennom en del av kameraseksjonen i instrumentsonden som viser kamera, linse og vindu- eller åpnings-deksel, og en monteringsanordning for lysseksjonen som instrumentkabelen kan benyttes med; Fig. 5er et delvis tverrsnitt av lysseksjonen til instrumentet som instrumentkabelen ifølge oppfinnelsen kan brukes sammen med; Fig. 6er et tverrsnitt gjennom en utførelsesform av en instrumentkabel i samsvar med oppfinnelse; Fig. 7er et delvis tverrsnitt gjennom en utførelsesform av en kabel- termineringsanordning for instrumentkabelen ifølge oppfinnelsen; Fig. 8er et delvis tverrsnitt gjennom kontakt-delanordningen på figur 7 som viser et

foretrukket tetningsarrangement; og

Fig. 9er et tverrsnitt gjennom kontakt-delanordningen i likhet med den på figur 8,

som viser et alternativt tetningsarrangement.

Visuell undersøkelse av rørene, foringsrørene og koplingsanordningene i en brønn og innholdet av en brønn, krever vanligvis spesielt konstruerte brønnloggingssystemer som kan motstå de barske tilstandene i slike brønner. Slike brønnloggingssystemer for undersøkelse av brønner er beskrevet i US patent nr. 5 140 319 og 5 202 944 som herved inntas som referanse. Som diskutert ovenfor kan slike brønner ofte ha en dybde på 15-1600 meter eller mer, og kan utsette et betraktnings-instrument for høye temperaturer og trykk.

Som vist på tegningene er instrumentkabelen for bruk i borehull ifølge oppfinnelsen ment for bruk i et brønnloggingssystem 10 til undersøkelse av innsiden av en brønn, som vist på figur 2. Brønnloggingssystemet omfatter en instrumentsonde 12 som kan senkes ned i en brønn 14 hengende i en instrument-bærekabel 16. Kabelen blir holdt i en skive 18 og en roterbar heiseanordning 20 for å heve eller senke bærekabelen og instrumentsonden. En overflate-styreanordning 22 er anordnet i et hus 23 på en transportabel plattform 24 som vanligvis er en sledeenhet, for å styre driften av heiseanordningen. Overflate-styreanordningen mottar og behandler også informasjon som overføres over kabelen fra instrumentsonden. Huset kan også inneholde en registreringsanordning, slik som en videobåndopptaker for registrering av den informasjon som leveres fra instrumentsonden.

Instrumentsonden omfatter generelt tre seksjoner: et kabelhode 25 forbundet med bærekabelen, et kabelhode 26 og et lyshode 28 som vist mer detaljert på figurene 3, 4 og 5. Lyshodet er festet til kamerahodet ved hjelp av tre ben 30, av hvilke to er vist. Den fjerne endeseksjon 32 av bærekabelen er koplet til en optisk sender eller omformer 34 hvor elektriske signaler som representerer bilder fra kameraet, blir omformet til optiske signaler. Slike elektrisk/optiske-omformere og kopiere for kopling av omformeren til den optiske fiberen, er velkjente på området. De optiske signalene blir vanligvis overført fra den optiske omformeren gjennom en optisk fiber 50 i bærekabelen 16 til overflaten.

Den elektrisiteten som overføres av kabelen, kan omformes i den elektriske seksjonen 36 til de spenninger som er nødvendige for kameraet 38, lyshodet 28 og den elektrisk/optiske omformeren 34. Den spenning som for eksempel leveres av kabelen kan være 100 volt likespenning, mens kameraet arbeider ved 12 volt likespenning og lyshodet ved 50 volt likespenning. Slike omformerkort er velkjente på området, slik som modell SWA 175-4300 fra Power-One, Inc., Camarillo, California. I en utførelsesform blir energi fra styreanordningen på overflaten overført til bærekabelen via sleperinger ved heisetrommelen i samsvar med kjente teknikker.

I en for tiden foretrukket utførelsesform er kamera et televisjonskamera av typen ladningskoplet anordning (CCD) som er i stand til å frembringe bilder med høy hastighet og høy oppløsning ved forholdsvis dårlige lysforhold. Et egnet kamera er CCD Video Camera Mod ule, modell nr. XC37 laget av Sony Corporation. Kamerasystemet omfatter en linse 40 som for eksempel kan være en "fiskeøye"-linse, og en ytre beskyttelse eller vindusåpning 42 som tetter og beskytter kameraet 38 fra fluider med høy temperatur og høyt trykk som kan befinne seg i en brønn. Som vist tidligst på figur 5 omfatter lyshodet 28 fortrinnsvis en lampe, slik som en halogenlampe 46, en kuppel 47 som dekker lampen 46 og elektriske ledere 48 som er ført gjennom bærebena 30 for lyshodet som er montert til kamerahodet.

Det vises så til figur 6 hvor en instrumentkabel for bruk i borehull i samsvar med oppfinnelsen omfatter en optisk fiber 50 som er sentralt anbrakt i kabelen for overføring av optiske signaler over lange avstander, og som er i stand til å arbeide ved høye temperaturer. Selv om en enkel optisk fiber er vist, kan det brukes flere optiske fibere for å tilveiebringe en fiberoptisk kabel. Den optiske fiberen er fortrinnsvis hermetisk forseglet i et lag av uorganisk materiale 52, slik som karbon, for å beskytte den optiske fiberen fra de ødeleggende virkningene til hydrogen og andre gasser som kan forårsake dempning av det optiske signalet, spesielt ved høye temperaturer og trykk. Belegget av uorganisk materiale er typisk et meget tynt lag mindre enn 500 ångstrøm påført den optiske fiberen over det ytre kledningslageret til den optiske fiberen, og er fortrinnsvis dekket av med et polymerbelegg 54 som kan være en varmeherdende, akrylatharpiks slik som 2-hydroxyetylakrylat eller hydroxypropylakrylat. I en foretrukket utførelsesform er det optiske fiberen en 50/125 CPC3 multimodus-optisk fiber som er tilgjengelig fra Corning. Kjernediaméteren til den optiske fiberen er omkring 0,050 mm; den ytre diameteren til kledningen er omkring 0,125 mm, og den ytre diameteren til polymerbelegget er omkring 0,250 mm. For ytterligere å beskytte den optiske fiberen fra skade som kan inntreffe på grunn av gnidning, er den hermetisk belagte optiske fiberen også fortrinnsvis belagt med et silikonlag 56 som igjen er dekket med et lag av tetrafluoretylen (TFE) fluorkarbonpolymer 58 for å tilveiebringe et overflatebelegg med lav friksjonskoeffisient.

Den hermetisk dekkede optiske fiberen sammen med beleggene av silikon og TFE, er anordnet i et beskyttende hylster 60 som i en foretrukket utførelsesform er et rustfritt stålrør som er lasersveiset i langsgående retning og med en veggtykkelse på omkring 0,200 mm, slik at det er tynt nok til å være relativt fleksibelt. Det beskyttende hylsteret frembringer i tillegg en fluidtetning. Det rustfrie stålet er fortrinnsvis dannet fra en strimmel av rustfritt stål som er foldet i form av et rør. Etter hvert som røret foldes blir den belagte optiske fiberen innført i røret. Det beskyttende hylsteret av rustfritt stål er fordelaktig fordi det kan lasersveises, noe som resulterer i at mindre varme blir påført innholdet under monteringen. Olen-rør som er dannet av kopper eller messing og loddet er blitt brukt ved konvensjonelle teknikker, men det har vist seg over mange år at når et loddet kopper- eller messingrør har en stor lengde, har loddeskjøtene en tendens til å åpne seg. Et inert gellag 62 er også fortrinnsvis innsprøytet i det beskyttende hylsteret omkring den belagte optiske fiberen etter hvert som hylsteret foldes i form av et rør og lasersveises. De inerte gellaget virker til å redusere sjokk, friksjon og abrasjon som den optiske fiberen ellers ville bli utsatt for på grunn av opprulling og avrulling av kabelen på og fra heisetrommelen, og andre vridnings- og bøyningsbevegelser som kabelen utsettes for under bruk. Den inerte gelen bidrar også til å understøtte vekten av den optiske fiberen inne i det beskyttende hylsteret for å forhindre den optiske fiberen fra å briste på grunn av sin egen vekt når bærekabelen er opphengt i et borehull. En inert gel som typisk kan brukes, er en tiksotropisk bufferrør-sammensetning med en viskositet på omkring 280 +15, (Penetrometer, ASTM D-217) og glatt, smøreaktig konsistens og som er tilgjengelig under varemerket "SYNCOFOX" fra Synco Chemical Corporation.

Omkring det beskyttende hylsteret er en indre isolatorkappe 64, fortrinnsvis laget av et høytemperatur-bestandig materiale som er en elektrisk isolator, med et forholdsvis høyt smeltepunkt over 148°C, slik som polypropylen som har et smeltepunkt på omkring 168-171°C. Andre materialer som også kan være egnet for bruk som en isolatorkappe, er høytemperatur-bestandig fluorkarbon-polymerer slik som TFE, en etylentetrafluoretylen-copolymer (ETFE) solgt under varemerket "TEFZEL" av E.l. du Pont. Den indre isolatorkappen har vanligvis en tykkelse på omkring 0,254 mm og en ytre diameter på omkring 1,68 mm. Dette laget tilveiebringer en overflate på hvilken kopperfletningslaget kan dannes.

Dannet på og omkring den indre isolatorkappen 64 er et innerlag av elektrisk ledende tråder 66 som i en utførelsesform er et enkelt lag av en fletning av bare koppertråder som er flettet på den indre isolatorkappen 64 av polypropylen etter hvert som kappen ekstruderes over det beskyttende hylsteret 60 av rustfritt stål. Det har vist seg at bruken av flettet kopper som elektrisk ledende lag resulterer i en økning i densiteten til kopper i forhold til laget ved tidligere kjente teknikker som benyttet et spiralsnodd omflettingslag av kopper. En økning i elektrisk konduktivitet er således resultatet med dette forholdsvis tynne kopperlaget. I tidligere kjente teknikker som bruker en omfletning vil lagstørrelsen være stor for å oppnå den samme lednings-kapasiteten som tilveiebringes ved hjelp av den fletningen som er vist her. Disse koppertrådene kan lede elektrisistet mellom styreanordningen 22 og instrumentsonden, lyshodet og de optiske omformerkomponentene.

I en annen utførelsesform behøver den indre isolatorkappen 64 ikke være innbefattet og fletningen av kopper 66 kan være dannet direkte på det beskyttende hylsteret 60.

En ytre isolatorkappe 68 som også fortrinnsvis er dannet av et materiale med forholdsvis høyt smeltepunkt, og som i denne utførelsesformen også er polypropylen, men som også kan være laget av de andre materialene som er nevnt ovenfor i forbindelse med den indre kappen 64, omgir det indre laget av elektrisk ledende tråder, og har typisk en veggtykkelse på omkring 0,56 mm og en ytre diameter på omkring 3,30 mm. Dette laget blir fortrinnsvis dannet ved to ekstruderinger. I den første ekstruderingen flyter polypropylenen inn i kopper-fletningen og resulterer i en stabiliserende kappe. Den annen ekstrudering tilveiebringer tykkelsen av laget 68 som er nødvendig for fluid-tetningsformål. Den ytre kappen 68 danner også en elektrisk isolator mellom armeringsorganene 70 som blir brukt til å lede elektrisitet, og kopperfletningslaget 66.

Et antall armeringstråder 70 som fortrinnsvis omgir den ytre isolatorkappen 68 og som i en foretrukket utførelsesform omfatter et indre lag 71 av armeringstråder spiralviklet omkring den ytre isolatorkappen i en retning, og et ytre lag 72 av armeringstråder av rustfritt stål spiralviklet omkring det indre laget med armeringstråder i motsatt retning. Det motsatte fletningene av armeringstrådene bidrar til at kabelen hindres i å bli vridd. I en utførelsesform var armeringstrådene dannet av galvanisert forbedret plogstål. Andre utførelsesformer kan bruke rustfritt stål i trådene eller en legering kjent som MP35 for spesielt korroderende omgivelser, slik som når hydrogensulfid er til stede.

Med de to lagene med armeringstråder er den totale diameteren til kabelen 16 for eksempel omkring 5,72 mm, og med mindre variasjoner i tykkelsen av de forskjellige lag i kabelen, kan den totale d typisk ligge i området fra omkring 4,76 mm til omkring 7,94 mm. Antallet armeringstråder er elektrisk ledende og kan tilveiebringe en gren i en elektrisk kraftforsyningssløyfe.

Bærekabelen 16 omfatter en kabel-termineringsanordning 74 som er vist på figurene 7, 8 og 9. kabel-termineringsanordningen omfatter vanligvis et elektrisk ledende kabeihode-legeme 76 koaksialt anordnet omkring den fjerntliggende ende av bærekabelen 16, et elektrisk ledende repsokkel-legeme (roap socket body) 78 anordnet inne i og festet til kabelhode-legemet 76 og koaksialt anordnet omkring bærekabelen, en elektrisk ledende klem ring 80 anordnet inne i kabelhode-legemet og festet over repsokkel-legemet, og en elektrisk ledende kontakt-delanordning 82 som er festet til den fjerntliggende ende av kabelhode-legemet. Fluider nede i borehullet kan vanligvis komme inn i kabelhode-legemet gjennom den nærmeste ende av lumenet 84 som strekker seg aksialt gjennom kabelhode-legemet over den ytre armeringen med armeringstråder i kabelen, spesielt ved høye trykk, noe som tillater borehullsfluider å komme inn i de indre kammeret 86 av kabelhode-legemet. Repsokkel-legemet er typisk festet til kabelhode-legemet ved hjelp av settskruer 88 i kabelhode-legemet.

Armeringstrådene blir terminert i kort avstand fra repsokkel-legemet og blir på tilpassende måte låst på plass over den koniske flensen ved hjelp av spennringen 80 for å fullstendiggjøre en elektrisk forbindelse av armeringstrådene til kabelhode-legemet. Antallet armeringstråder som er brettet tilbake, bestemmer den brekk-kraft som er nødvendig for å skille kabelen fra instrumentsonden. Ved omhyggelig å velge antall tilbakebrettede armeringstråder, kan kraften innstilles slik at hvis instrumentsonden kiler seg fast i en brønn, kan kabelen trekkes fri fra instrumentsonden og sonden kan gjenvinnes for seg. Armeringsorganer som ikke er brettet tilbake, blir kuttet. Den ytre isolatorkappen 68 blir ikke terminert ved dette punktet, og resten av kabelen, innbefattet den ytre isolatorkappen, elektriske ledere, den indre isolatorkappen, det beskyttende hylsteret og bufferlagene og den optiske fiberen i kabelen fortsetter videre gjennom det indre kammeret 86 i kabelhode-legemet for å strekke seg gjennom et aksialt lumen 94 i kontakt-delanordningen 82. Den del av kabelen som er igjen etter det punkt hvor armeringsorganene er foldet tilbake, trer inn i kontakt-delanordningen gjennom en hovedsakelig konisk tetningsnippel 96 ved den nærmeste ende 98 av kontakt-delanordningen.

Tetningsnippelen 96 i kontakt-delanordningen omfatter et ytre ringformet forsenket parti 100 for sneppert-tilpasning med en hovedsakelig konisk, fleksibel tetningssko 102 med en indre ribbe 104 svarende til fordypningen 100 i tetningsnippelen. Skoen omfatter en smal åpning 106 som passer tett over den ytre isolatorkappen til kabelen, og er videre sammenpresset over kabelen og tetningsnippelen for å danne en tetning mellom kontakt-delanordningen og brønnfluidene ved det høye trykket til brønnfluidene. kabelen trer ut gjennom en åpning 108 i kontakt-delanordningen ved den fjerntliggende ende 110 av kontakt-delanordningen. Kontakt-delanordningen er forbundet med en fjerntliggende ende av kabelhode-legemet ved hjelp av ytre nærgjenger 112 som er tilsvarende festet til motsvarende indre gjenger 114 på den fjerntliggende del av kabelhode-legemet. Den fjerntliggende del av kontakt-delanordningen omfatter en skulder 116 for mottakelse av stativet 118 til omformeranordningen 34, og omfatter sokler 120 for settskruer til sikring av omformerstativet til kontakt-delanordningen. O-ringpakninger 122 er anordnet i sokler 124 for ytterligere tetning av den fjerntliggende ende av kontakt-delanordningen og omformerstativet fra borefluid-trykk. Som vist på figurene 8 og 9 er en elektrisk leder 126 elektrisk koplet til kontakt-delanordningen for å fullføre den elektriske forbindelse gjennom kontakt-delanordningen og armeringstrådene, for å tilveiebringe en første elektrisk terminal for kamerahodet, lyshodet og den elektro-optiske omformeren. Den ytre isolatorkappen 68 ender vanligvis en kort avstand fra den fjerntliggende ende av kontakt-delanordningen og frilegger det indre lag med elektrisk ledende tråder, til hvilke en elektrisk kontaktanordning er elektrisk forbundet, slik som ved lodding, sveising, bolter eller skruer eller lignende, for å tilveiebringe en annen elektrisk terminal. Den fjerntliggende ende 138 av den optiske fiberen er anordnet fjernt fra kontakt-delanordningen for forbindelse med den elektro-optiske omformeren, for å kommunisere datasignaler fra kamera til overflateutstyret.

Selv om brønnfluid-tetningen ved tetningsnippelen i kontakt-delanordningen er blitt beskrevet som en fleksibel sko, kan tetningsnippelen i en annen for tiden foretrukket utførelsesform være tettet ved hjelp av et passende tetningsmateriale, som for eksempel kan omfatte et første lag med TFE-bånd 136 med klebende bakside, typisk omkring 12,7 mm bredt, et annet lag med spleisebånd 140, slik som gummiskjøtebånd nr. 23 tilgjengelig fra 3M, og et tredje lag med allværsbånd 142, slik som super 88 allværs vinylbånd tilgjengelig fra 3M. Brønnfluid-trykket har vist seg å trykke sammen de flere båndlag til også effektivt å tette kontaktanordningen fra borehullsfluidene.

Ved bruk av enten tetningsskoen eller båndtetningslagene blir således de elektriske og optiske forbindelsene av bærekabelen til instrumentsonden gjort fluidtett for bruk i omgivelser med borehullsfluider under høyt trykk. Fordi tetningen er laget av vanlige komponenter er den i tillegg økonomisk å tilveiebringe og fremstilling på repeterbar basis blir lettet. Lagene for mekanisk, termisk og elektrisk isolasjon i kabelen som omgir den optiske fiberen, minker dempning av datasignaler som overføres ved hjelp av den optiske fiberen og som kan inntreffe på grunn av skader fra hydrogen og andre gasser ved høye temperaturer og trykk, samt deling eller sprekkdannelser i den optiske fiberen på grunn av mekaniske påkjenninger. Ved å videreføre den optiske fiberen i bærekabelen gjennom kontakt-delanordningen direkte til den optiske omformer-anordningen uten terminering før delanordningen, blir i tillegg dempning av datasignalet som kommuniseres fra instrumentsonden ytterligere minsket.

Det skal bemerkes at de elektriske lederne i instrumentkabelen ifølge oppfinnelsen, som kan brukes til å føre elektrisk kraft fra overflaten for drift av instrumentsonden eller andre anordninger, også kan brukes til å lede elektriske signaler, spesielt når instrumentsonden kan drives med batterikraft fra selve instrumentsonden. Kabelens dimensjon blir minimalisert ved hjelp av dobbeltfunksjonen til armeringstrådene, å beskytte kabelen fra fysisk skade og som en del av en elektrisk bane. Ved å benytte en enkelt optisk fiber i kabelkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen, et flettet kopperlag og armeringsorganer som utgjør en del av den elektriske sløyfen, er den totale diameteren til kabelen ifølge en utførelsesform bare omkring 5,72 mm, noe som er meget lite, og innføring av kabelen i en brønn med høyt trykk blir sterkt lettet og gjort mindre kostbar.

Det vil av det foregående fremgå at selv om spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen er blitt illustrert og beskrevet, kan det foretas forskjellige modifikasjoner uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. Bortsett fra de vedføyde krav er det derfor ikke meningen å begrense oppfinnelsen.

Claims (10)

1. Nedhulls instrumentkabel (16) med redusert diameter, karakterisert ved: en optisk fiber (50) med et belegg (52) på sin ytre overflate; et beskyttende bufferlag (56, 58) som omgir den optiske fiberen (50) og belegget (52); et beskyttende hylster (60) som omgir den optiske fiberen og det beskyttende bufferlaget (56, 58); en første isolator (64) som omgir det beskyttende hylsteret (60), idet den første isolatoren er laget av et varmebestandig materiale med forholdsvis høyt smeltepunkt; et lag av elektriske ledere (66) som omgir den første isolatoren; en andre isolator (68) som omgir laget med elektriske ledere, idet den annen isolator er laget av et varmebestandig materiale med forholdsvis høyt smeltepunkt; og et antall elektrisk ledende armeringstråder (70) som omgir den annen isolator og danner en ytre overflate for kabelen.

2. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved et lag av gelmateriale (62) anbrakt mellom det beskyttende hylsteret (60) og bufferlaget.

3. Kabel ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at det beskyttende bufferlaget omfatter et silikonlag (56).

4. Kabel ifølge krav 3, karakterisert ved at det beskyttende bufferlaget innbefatter et lag av tetrafluoretylen (58) anbrakt over silikonlaget (56).

5. Kabel ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at det beskyttende hylsteret (60) omfatter et rør av rustfritt stål.

6. Kabel ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at den optiske fiberen omfatter en enkelt optisk fiber anbrakt sentralt inne i kabelen.

7. Kabel ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved en elektrisk ledende kontakt-delanordning (82) som innbefatter et tetningsorgan (96), hvor tetningsorganet har en åpning (106) som strekker seg aksialt gjennom dette, idet den ikke armerte del av kabelen (16) strekker seg gjennom åpningen i tetningsorganet, og ved at den videre omfatter en tetningsanordning anbrakt over åpningen i tetningsorganet og den ikke-armerte del av kabelen fortetning av den proksimale del av kontakt-delanordningen mot brønnfluider.

8. Kabel ifølge noen av de foregående krav 1 til 6, karakterisert ved et ledende kabelhode-legeme (76) som er elektrisk forbundet med antallet elektrisk ledende armeringstråder, idet de elektrisk ledende armeringstrådene er terminert ved det ledende kabelhode-legemet; og en ledende kontakt-delanordning (82) med nærliggende og fjerntliggende ender, hvilken kontakt-delanordning er elektrisk forbundet med kabelhode-legemet, der kontakt-delanordningen tilveiebringer en første elektrisk terminal for tilkopling til et instrument nede i hullet, idet kontakt-delanordningen innbefatter en åpning (94) som strekker seg aksialt gjennom denne, hvor en gjenværende del av kabelen innbefattet den optiske fiberen, det beskyttende bufferlaget, det beskyttende røret, den første og annen isolator og laget med elektrisk ledere strekker seg gjennom åpningen i kontakt-delanordningen, og ved at laget med elektriske ledere utgjør en annen elektrisk terminal for tilkopling til instrumentet nede i hullet, og den optiske fiberen danner en optisk terminal for instrumentet nede i hullet.

9. Kabel ifølge krav 8, karakterisert ved at kontakt-delanordningen (82) innbefatter et tetningsorgan (96) ved den nærliggende ende av kontakt-delanordningen, at åpningen ved den nærliggende ende av kontakt-delanordningen og den gjenværende del av kabelen strekker seg gjennom tetningsorganet, og at åpningen i tetningsorganet er forseglet omkring den gjenværende del av kabelen ved hjelp av en fleksibel sko (192).

10. Kabel ifølge krav 8, karakterisert ved at kontakt-delanordningen (82) omfatter et tetningsorgan (96) ved den nærliggende ende av kontakt-delanordningen, at åpningen ved den nærliggende ende av kontakt-delanordningen og den gjenværende del av kabelen strekker seg gjennom tetningsorganet, og ved at åpningen i tetningsorganet er forseglet omkring den gjenværende del av kabelen ved hjelp av et antall lag med tetningsbånd (136, 140, 142).