NO319684B1 - Elektrisk hunkjonns-Koblingsstykke for bruk i en oljebronn - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Denne oppfinnelse vedrører hunkjønns-koblingsstykker som er tilpasset slik at de kan sammenkobles i hull med hankjønns-koblingsstykker fra vaierredskaper i oljebrønner.

Som kjent teknikk på området kan nevnes US 3.753.206 som omhandler en elektrisk konnektor for bruk i en brønn, hvor en hunkjønns kontakt omfatter en sentraliseringsring og fribærende kontaktfingre.

Så snart en oljebrønn er boret, er det vanlig å logge visse deler av brønnen med elektriske instrumenter. Disse instrumentene omtales iblant som "vaierredskaper", ettersom de kommuniserer med loggeenheten på overflaten via en elektrisk vaier eller kabel som de er utplassert sammen med. I vertikale brønner blir instrumentene ofte ganske enkelt senket ned i brønnen med loggekabelen. I hori-sontale brønner eller brønner som avviker sterkt mht. form, er imidlertid tyngde-kraften ofte ikke tilstrekkelig til å bevege instrumentene til de dypene som skal logges. I slike situasjoner er det noen ganger nødvendig å skyve instrumentene langs brønner med borerør.

Vaierlogging med borerør kan imidlertid være vanskelig på grunn av kabelen. Det er tungvint og farlig å sette en streng på den elektriske kabelen før den skal gå gjennom hele borerøret og instrumentene skal senkes ned i brønnen. Det er av den grunn utviklet noen utplasseringssystemer, som Schlumberger Tough Logging Conditions System (TLCS) (System for logging under krevende forhold), som utfører den elektriske koblingen mellom instrumentene og kabelen nede i hullet etter at instrumentene er blitt senket ned i dypet. I disse systemene blir de elektriske instrumentene ganske enkelt lagt ut sammen med et standard borerør. Kabelen kjøres deretter ned på innsiden av borerøret og tilkobles. Etter at logg-ingen er utført, kan kabelen med letthet frigjøres fra loggeredskapet og fjernes før redskapet blir tatt inn igjen. TLCS har vært meget effektivt og hevdet seg svært godt kommersielt.

I TLCS og andre systemer blir kabelen fjerntilkoblet instrumentet med et koblingsstykke nede i hullet. Den ene halvdelen av dette koblingsstykket er festet til instrumentet og blir senket ned i brønnen med borerør. Den andre halvdelen av koblingsstykket er festet til enden av kabelen og blir pumpet ned i borerøret med en slamstrøm som sirkulerer ut av åpne hull på bunnen av borerøret og inn mot brønnborehullet. Koblingsstykket omtales noen ganger som "koblingsstykke for våtelement" fordi koblingen foretas i strømmen av boreslam og under forhold som setter elektrisk kobling på prøve.

Hunnkjønnskontaktene i koblingsstykker for våtelement må gi et positivt kontakttrykk mot kontaktoverflatene av hankjønn for at det skal være stabil elektrisk kobling. Å gi hunkjønnskontakt ved hjelp av fribærende fjærfingre har vist seg å fungere godt ved anvendelse av slikt trykk, selv om endene av fingrene som er lengst bore iblant henger fast i/hankjønns-koblingsstykker under frigjøring. Dermed ødelegges koblingsstykkene av hunkjønn. Slike fingre, som dannes ved å bøye tynne metallflak, har også en tendens til å bli permanent forskjøvet på en radielt utgående måte. Dermed reduseres deres evne til å gi positivt kontakttrykk, hvilket resulterer i dårlig og noen ganger periodisk kontakt.

Formålet med oppfinnelsen er å avhjelpe ovennevnte ulemper ved den kjente teknikk på området, og dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et hunkjønns-koblingsstykke som angitt i de etterfølgende patentkrav.

Sammendrag av oppfinnelsen

Ifølge ett aspekt ved oppfinnelsen utvikles det et elektrisk hunkjønns-kobltngsstykke som er egnet til å bli senket ned i brønn med en elektrisk kabel slik at den kan fjerntilkobles til et hankjønns-koblingsstykke nede i hullet for derved å skaffe elektrisk forbindelse mellom hankjønns-koblingsstykket og brønnens overflate via kabelen. Det elektriske hunkjønns-koblingsstykket innbefatter et hus med et sikkert feste mellom det elektriske hunkjønns-koblingsstykket og kabelen, og en isolator som er plassert mellom huset og den elektriske hunkjønnskontakten på en slik måte at det forhindrer elektrisk ledning mellom den elektriske hunkjønns-kontakten og huset. Huset avgrenser en indre bor med en åpen ende for mottak av hankjønns-koblingsstykket. Den elektriske hunkjønnskontakten er i elektrisk forbindelse med kabelen og innbefatter en periferisk ring som avgrenser en sentralakse, og en fribærende finger som går i det vesentlige aksielt ut fra ringen. Fingeren har en første del som går i det vesentlige radielt innover fra ringen, og en annen del som går ut i det vesentlige radielt fra første del til en aksielt rettet fjernende. Første og annen del av fingeren avgrenser mellom seg en kontaktflate som er radielt innerst inne. Isolatoren innbefatter en ytre kappe som er plassert mellom den periferiske ringen på den elektriske hunkjønnskontakten og den indre boren i huset, og en indre flens eller kant som aksielt overlapper fjernenden på den fribærende fingeren på den elektriske hunkjønnskontakten. Den indre kanten er plassert radielt innover fra fjernenden på den fribærende fingeren slik at den beskytter fingerenden mot berøring med hankjønns-koblingsstykket som beveger seg inni hunkjønns-koblingsstykket.

I noen utførelser er den elektriske hunkjønnskontakten et enhetlig element av et elektriskledende materiale, fortrinnsvis beryllium-kopper. I noen tilfeller har den elektriske hunkjønnskontakten en ytterkledning av gull.

I noen utførelser har den elektriske hunkjønnskontakten også en rensepakning som er plassert inni huset mellom husets åpne ende og den elektriske hun-kjønnskontakten. Rensepakningen er ordnet slik at den kobler seg til en eksponert overflate på hunkjønns-koblingsstykket og derved tar bort avfall fra den eksponerte overflaten. Den indre diameteren i rensepakningen er fortrinnsvis noenlunde like den indre diameteren på den elektriske kontakten av hunkjønn, som er avgrenset av kontaktflaten innerst inne på den elektriske hunkjønnskontakten.

Den elektriske hunkjønnskontakten innbefatter i noen utførelser en loddetagg som er i elektrisk forbindelse med - og går radielt utover fra - den periferiske ringen. I noen oppsett avgrenser isolatoren et aksielt vaierhull og går ut gjennom det for å få kabelen til å gå mot loddetaggen.

I noen utførelser har den elektriske hunkjønnskontakten minst seks fribærende fingre som befinner seg rundt den periferiske ringen.

I noen utførelser løper bredden på fingeren, målt transversalt til radius på den periferiske ringen, ut i kontaktflaten som er radielt innerst inne.

Kontaktflaten som er radielt innerst inne, har i noen konstruksjoner en indre overflate med en lengde som, målt langs kontaktaksen, er ca. en fjerdedel av fingerens lengde.

I noen tilfeller har fingeren på kontakten en radiell tykkelse som er 75 pst. av den radielle avstanden mellom kontaktflaten som er radielt innerst inne og den indre radiusen på den periferiske ringen.

I noen utførelser innbefatter hunkjønns-koblingsstykket også en bevegelig skyttels som går på innsiden av kontakten langs kontaktaksen til en forseglet ende, slik at koblingsstykkets indre forsegles inntil det flyttes av hankjønns-koblingsstykket.

I noen utførelser der man bruker kabel med flere ledere, har koblingsstykket en serie elektriske hunkjønnskontakter som er anbrakt konsentrisk langs en felles akse. Hver av de elektriske hunkjønnskontaktene er i elektrisk kontakt med en tilhørende leder på kabelen. De er plassert inne i en av isolatorene i huset og er elektrisk isolert fra de andre elektriske hunkjønnskontaktene og ledere. En slik konstruksjon innbefatter fortrinnsvis ovennevnte rensepakninger som er anbrakt i huset og mellom de elektriske hunkjønnskontaktene, slik at de fester seg til en eksponert flate på hankjønns-koblingsstykket idet hankjønns-koblingsstykket går inn i hunkjønns-koblingsstykket, og derved fjerner avfall fra den eksponerte overflaten. Serien av elektriske hunkjønnskontakter innbefatter fortrinnsvis minst fire, men helst åtte, slike kontakter.

Den elektriske hunkjønnskontakten dannes fortrinnsvis ved å bearbeide kontakten maskinelt, i sin ferdige utforming, fra et enhetlig metallstykke.

Ovennevnte særtrekk kombineres i ulike utførelser, alt etter de behov en gitt anvendelse måtte ha.

Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen gis det en hunkjønnskontakt for et elektrisk koblingsstykke som er tilpasset slik at den fester seg til et hankjønns-koblingsstykke og derved danner en elektrisk forbindelse. Hunkjønnskontakten har en periferisk ring som avgrenser en sentralakse og en fribærende finger som går i det vesentlige aksielt fra ringen. Første del av fingeren går i det vesentlige radielt innover fra ringen, mens andre del går i det vesentlige aksielt utover fra første del av en aksielt rettet fjernende. Første og andre del avgrenser mellom seg en kontaktflate som er radielt innerst inne og som kommer i kontakt med en ytre flate på hankjønns-koblingsstykket.

Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen inkluderes følgende trinn i en met-ode for etablering av elektrisk forbindelse mellom et hankjønns-koblingsstykke i et redskap anbrakt nede i et borehull for kommunikasjon mellom redskapet og brønnoverflaten: 1. Senke hunkjønns-koblingsstykket i krav 1 ned i en brønn med en elektrisk kabel, og 2. Feste hunkjønns-koblingsstykket til hankjønns-koblingsstykket slik at elektrisk kontakt etableres.

I noen utførelser innbefatter trinnet med å senke hunkjønns-koblingsstykket ned i brønnen pumping av hunkjønns-koblingsstykket langs brønnen med en flytende væske.

Hunkjønns-koblingsstykket i oppfinnelsen kan gi forbedret, mer pålitelig og gjentagbar kontakt, samtidig som man unngår feil ved kontaktelementene som følge av at kontaktfingeren hårfestet seg til det bevegelige hankjønns-koblingsstykket. Konstruksjonen av fingrene på koblingsstykket kan gjøre det mulig med gjentatt bruk med mye mindre risiko for permanent skade på fingrenes form og derav følgende mangel på kontakttrykk. Koblingsstykket kan med letthet settes sammen og er spesielt velegnet til bruk i våte miljøer, som i oljebrønner.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 - 5 illustrerer i rekkefølge bruken av elektriske koblingsstykker som fjernfestes til et redskap for brønnlogging. Fig. 6A - 6C illustrerer konstruksjonen av den delen av koblingsstykket som nede i borehullet (DWCH, Down Hole Wet-Connector Head) i fig. 1.

Fig. 6D er et tverrsnitt tatt langs linje 6D-6D i fig. 6B.

Fig. 7A - 7C illustrerer konstruksjonen av kabelhalvdelen av koblingsstykket (PWCH, Pump Down Wet-Connector Head) i fig. 1.

Fig. 7D er et tverrsnitt tatt langs linjen 7D-7D i fig. 7B.

Fig. 8 viser en alternativ plassering av den øvre enden på PWCH.

Fig. 9 illustrerer en funksjon ved sugekoppen i et rør.

Fig. 9A viser en sugekopp anbrakt på nedre ende av et redskap.

Fig. 10 er en forstørret eksplodert oversikt over sugekoppen og tilhørende komponenter. Fig. 11 er en forstørret oversikt over koblingsaggregatet av hunkjønn i fig. 7B. Fig. 12 er en eksplodert oversikt over et sub-koblingsaggregat av hunnkjønn i fig. 11.

Fig. 13 er en forstørret oversikt over sone 13 i fig. 11.

Fig. 14 er en forstørret oversikt over koblingsstykket med flere stifter i fig. 7B. Fig. 15 er en oversikt over enden på koblingsstykket, sett fra retning 15 i fig. 14.

Beskrivelse av de foretrukne utførelsene

Under henvisning til fig. 1 til og med 5, så er koblingssystemet for borehull egnet til bruk ved vaierloggeredskaper 10, enten i en brønn med åpent hull eller en lukket brønn 12. Den er spesielt anvendelig i situasjoner der brønnen har uvanlig form, og/eller sonen som skal logges (f.eks. sone 14) er meget dyp. I disse figur-ene har brønn 12 en horisontal del 16 som skal logges i sone 14, og er lukket med en kapsel 18 som går fra brønnoverflaten ned til en hussko 20.

Som vist i fig. 1, så er logge redskapene utstyrt med et hode på koblingsstykket for våtelement (DWCH) 22 som forbinder øvre ende av loggeredskapene og et borerør 24. Som en vil se av den mer detaljerte forklaringen som følger, tilveiebringer DWCH 22 en hankjønnsdel av elektrisk forbindelse for elektrisk kommunikasjon mellom loggeredskapene 10 og en mobil loggeenhet 26. I det første trinnet i loggeprosedyren blir loggeredskapene 10 og DWCH 22 senket ned i brønnen 12 med sammenkoblete lengder av standard borerør 24 inntil redskapene 10 når øvre ende av brønndelen som det skal logges i (dvs. toppen av sone 14). Borerør 24 senkes ved hjelp av standard teknikker og ved regulære mellomrom (f.eks. for hver 440. til 660. meter). Ettersom borerøret ikke er åpent for flytende innstrømming fra brønnen, vil nemlig borerøret fylles med borevæske (dvs. slam).

Fig. 2 viser at når redskapene 10 har nådd toppen på sone 14, så senkes et hode på koblingsstykket for våtelement med nedpumpingsevne (PWCH) 28 inn i den indre boren på borerøret med en elektrisk kabel 30 som rulles fra loggeenheten 26. PWCH 28 har et hunkjønns-koblingsstykke som parer seg med koblings-stykkedelen av hankjønn på DWCH. En hjelper med sideinngang på kabelen (CSES, Cable Side-Entry Sub) 32, som på forhånd er tredd med kabel 30 for å gi sideutgang for kabelen fra det utbygde borerøret, festes til den øvre enden på borerøret 24, og en slamkapsel 34 (f.eks. av en riggtopp-drive eller Kelly slam-si rkulasjonssystem) festes over CSES 32 for å pumpe slam ned i borerørløpet. Det brukes standard utstyr for pumping av slam til dette formål (ikke vist). Som det vil redegjøres for senere, bidrar en spesiallaget sugekopp på PWCH-en til at det utvikles en trykkstyrke på PWCH 28, som følge av strømmen av slam ned i borerøret. Denne styrken skyver PWCH-en ned i brønnen og slutter den til DWCH 22, slik at elektrisk forbindelse etableres. En spesialventil (forklart nedenfor) i DWCH 22 gjør det mulig for slamstrømmen å sirkulere fra brønnrøret til brønn-boren.

Som vist i fig. 3, pumpes PWCH 28 ned i borerøret inntil den slutter seg til DWCH 22 for å etablere elektrisk forbindelse mellom logge redskaper 10 og loggeenhet 26. På dette tidspunkt kan slamstrømmen stoppes og slamkapselen 34 fjernes fra toppen av borerøret. Loggeredskaper 10 kan tilføres styrke nok til å sjekke at systemet fungerer eller utføre en foreløpig logging, idet loggeredskapene senkes ned til bunnen av brønnen.

Som vist i fig. 4, så blir loggeredskapene 10, DWCH 22 og PWCH 28 senket eller skjøvet ned til bunnen av brønnen ved standard borerørsmetoder. Man legger ekstra deler til borerøret 24 etter behov. I denne prosessen forblir CSES 32 festet til borerøret og gir en sideutgang for kabel 30. Over CSES 32 ligger kabel 30 på utsiden av borerør 24; derved slipper man på forhånd å sette en streng på kabelen 30 i noen deler av borerøret utenom CSES 32. Senkeprosessen blir ko-ordinert mellom operatøren av loggeenheten og operatøren av borerøret, slik at borerøret og kabelen senkes samtidig.

Sensorfingrene eller loggeredskapets puteinnretninger 36 (hvis det er utstyrt med det) plasseres på bunnen av brønnen, og loggeredskapene trekkes tilbake opp brønnen til toppen av sone 14, idet sensormålingene registreres i brønnloggeenheten 26. Som under senking koordineres hevingen av loggeredskapet mellom operatøren av loggeenheten og operatøren av borerøret, slik at kabelen og borerøret kommer opp samtidig.

Under henvisning til fig. 5, så skrus strømmen nede i hullet av, og PWCH 28 frigjøres fra DWCH 22 og bringes tilbake opp brønnen. CSES 32 og PWCH 28 flyttes fra borerøret, og resten av borerøret, inklusive DWCH-en og loggeredskapene, tas inn igjen.

Under henvisning til fig. 6A til og med 6C, så har DWCH 22 to store sub-aggregater: kompensasjonsinnsatsen for våtelement-koblingsstykket i borehullet (DWCC) 38 og smekklåsaggregatet for våtelement-koblingsstykket i borehullet (DWCL) 40. Nedre ende 41 av DWCC 38 er koblet til loggeredskapene 10 (se fig. 1).

DWCL 40 er øvre ende av DWCH 22 og har et ytre hus 42 som på sin nedre ende er koblet til DWCC 38 ved en gjenget sammenføyning 44 (fig. 6B). Et smekklåsaggregat er festet til overflaten av DWCL-husets innside 42 med forsegl-ete, gjengede fester 46. Smekklåsaggregatet har tre fribærende smekkfingre 48 som går radielt innover og mot DWCC-en for å sikre PWCH 28. To aksielt adskilte sentralisatorer 50 er sikret rundt innsiden av DWCL-huset 42 for å få nedre ende av PWCH-en til å pare seg med aggregatet av hankjønnskoblingsstykket 52 på

DWCC.

DWCC 38 inneholder de elektriske og hydrauliske komponentene i DWCH. Det har et ytre hus 54 som er festet med en gjenget sammenføyning 55 til et nedre skottaggregat 56, som har indre kjeder 57 på sin nedre ende slik at DWCH-en kan festes til loggeredskapene og frigjøres igjen. På øvre ende av huset 54 er det en gjenget sammenføyning 58 som knytter huset 54 til en kobling 60. Delte og gjengete hylser 62 ved sammenføyningene 44, 55 og 58 gjør det mulig for komponentene i DWCH-huset å koble seg sammen uten å flytte på noen ende av DWCH. Skottaggregatet 56 inneholder et forseglet elektrisk koblingsstykke 64 som sørger for elektrisk kobling av DWCH-en til loggeredskapene.

En funksjon av DWCC 38 er å skaffe til veie eksponerte elektriske kontakter (i form av et koblingsaggregat 52 av hankjønn) som er elektrisk koblet til loggeredskapene gjennom skottaggregatet 54. Denne elektriske koblingen etableres gjennom en kabel med flere vaiere 66 som går oppover gjennom et lukket vaierkam-mer 68 til de enkelte kontaktene 102 på koblingsaggregatet 52. Kabel 66 går oppover gjennom et oljerør 71 gjennom senteret i DWCH-en. Kammer 68 er lukket ved individuelle kontaktforseglinger av O-ring-typen 70 på koblingsaggregat 52, O-ring-forseglinger 72 på oljerør 71, O-ring-forseglinger 74 og 76 på stempelet 77 og O-ring-forseglinger 78 på skottaggregatet 56, og er fylt med en elektrisitetsisolerende væske, som silikonolje. Trykket i kammer 68 opprettholdes ved omtrent samme nivå som trykket inne i borerør 24 (fig. 1) nær toppen av DWCH 22 ved hjelp av trykk-kompensasjonssystemet som er mer utførlig beskrevet nedenfor.

Et slamstempelaggregat 80 (fig. 6B9 som består av et stempel 82, en stem-pelkrage 84, en stempelstopper 86, forseglinger 88 og glidefriksjonsforhindrere 90), er skråstilt oppover mot en stempelstoppmutter 92 ved hjelp av en slam-stempelfjær 94. Med slamstempelaggregater i den stillingen som er vist, og med stopperen 86 mot mutteren 92, blokkerer stempelet 82 effektivt væske fra å bevege seg mellom brønnens ringrom 96 (område mellom borerøret og borehullet, se fig. 1) og innsiden av borerøret (dvs. det indre området 98) gjennom tre side-porter 100, anbrakt med mellomrom som er omtrent likt DWCH-ens diameter. Under drift forblir slamstempelaggregatet i denne portblokkerende stillingen inntil det er tilstrekkelig trykk i det indre området 98 til at det overstiger trykket i ringrommet 96 (ved at den opererer mot den øvre enden av stempelet 82) og til at det kan overvinne den skrånende forhåndsladede kraften i fjæren 94 og bevege stempelaggregatet nedover og komprimere fjæren 94 og eksponerende porter 100. Så snart de er eksponert, tillater portene 100 normal bevegelse av slam forover ned gjennom borerøret og ut gjennom portene 100 og inn i brønnen. Straks slampumpetrykket er stoppet, tvinger slamstempelfjæren 94 slamstempelaggregatet 80 tilbake til sin portblokkerende stilling. Ved å blokkere portene 100 i DWCL-huset 42 når det ikke er slampumpetrykk i borerøret, forhindrer stempelaggregatet på en effektiv måte uønsket innløp fra brønnen og inn i borerøret. Dette er spesielt nyttig når man skal forhindre utblåsing fra brønnen fra borerøret og når man skal forhindre at brønnavfall som er kommet med slammet, skal påvirke systemets lukke- og elektriske deler. Dette bidrar også til å forhindre "U-rør-dannelse" (u-tubing") der et plutselig innløp av brønnvæsker og slammet som derved presses oppover, kan føre til at DWCH-en og PWCH-en skiller seg fra hverandre for tidlig.

Koblingsaggregatet 52 av hankjønn er satt sammen av en serie av ni kontaktringer 102, hver forseglet med to forseglinger av O-ring-typen 70 og adskilt med isolatorer 104. Interiøret i dette aggregatet av kontaktringer og isolatorer har samme trykk som kammer 68, mens eksteriøret i dette aggregatet er utsatt for borerørstrykk (dvs. trykk fra interiø rom råde 98). For å opprettholde strukturell integritet i dette koblingsaggregatet og forseglingenes stabilitet og pålitelighet 70, er det viktig at trykkdifferansen i koblingsaggregatet (dvs. differansen mellom trykket i kammer 68 og trykket i område 98) holdes liten. En altfor stor trykkdifferanse (dvs. over 690 kPa) kan forårsake at forseglinger 70 ødelegges, eller, i ekstreme tilfeller, at koblingsaggregatet faller sammen. Påliteligheten og stabiliteten ved de elektriske systemene.kan også påvirkes til og med av små lekkasjer av elektrisi-tetsførende boreslam gjennom forseglingene 70 inn i kammeret 68, hvilket delvis skyldes stor differanse mellom borerørstrykk og trykket i kammer 68.

Trykkompensasjonssystemet opprettholder trykkdifferensialen i koblingsaggregatet av hankjønn på et rimelig nivå, og skråskyver trykkforskjellen slik at trykket i kammer 68 er så vidt større (opptil 345 til 690 kPa) enn trykket i område 98. Denne "over-kompensasjonen" av trykk i kammer 68 bidrar til at enhver tendens til lekkasje kan føre til at ikke-ledende silikonolje fra kammer 68 siver ut i område 98, istedenfor at ledende boreslam strømmer inn i kammer 68. Et ringrom 106 rundt oljerør 71, delvis dannet mellom oljerør 71 og et slamskaft 108 som konsentrisk omgir oljerør 71, fører boreslamtrykket bort fra område 98, gjennom hullene 110, slik at det opererer mot øvre side av stempelet 77. Slamtrykket blir overført gjennom stempelet 77, som er lukket av forseglinger 74 og 76, og inn i oljekammeret 68.

Under sammensetningen av DWCC fylles oljekammeret 68 med en elektrisitetsisolerende væske, som f.eks. silikonolje, gjennom en én-veis kontrollventil 112 (fig. 6D), som f.eks. Lee brand check valve CKFA1876015A. For å fylle oljekammeret på riktig måte må det først etableres et vakuum i kammeret gjennom en skilleport 114. Når vakuum er dannet, fylles olje opp i kammeret 68 gjennom skille-porten 114. Dette gjentas noen ganger inntil kammeret er helt fullt. Så tas vaku-umet bort, port 114 lukkes med en plugg 116, og mer olje pumpes inn i kammer 68 gjennom kontrollventilen 112. Derved utvides kompensasjonsfjæren 118, inntil en én-veis trykkbegrensende kontrollventil 119 i stempelet 77 åpner seg og viser at trykket i kammer 68 har nådd det ønskede nivået over trykket i kammer 98 (som under fylleprosessen normalt holdes på atmosfærisk trykknivå). Når ventilen 119 viser at det ønskede trykket er nådd (fortrinnsvis normalt 345 til 690 kPa), fjernes oljefylle linjen fra én-veis kontrollventilen 112 og gir dermed trykk i kammer 68.

Slamkammerfylleportene 120 i koblingen 60 gjør det mulig for slamringrom-met 106 og det indre volumet over stempelet 77 å bli forhåndsfull med en anbefalt smørevæske, som motorolje, før utstyret blir tatt i bruk på feltet. Det er vanlig at smørevæsken forblir i DWCH-en (nærmere bestemt i ringrommet 106 og i volumet over stempelet 77) under bruk i brønnen og er ikke så lett å fjerne for boreslam-met, hvilket gjør vedlikeholdet av redskapet enklere. I tillegg til smørevæsken anbefales rikelig bruk av et.friksjonsreduserende materiale, som LUBRIPLATE™, på alle glidende kontaktflater.

Under henvisning til fig. 7A til og med 7C, så inneholder PWCH 28 et koblingsaggregat av hunkjønn 140 som skal pare seg med koblingsaggregatet av hankjønn 52 på DWCH 22 i borehullet. Idet PWCH-en kjøres ned i brønnen, skyves en skyttel 142 av et elektrisitetsisolerende materiale på skrått til nedre ende av PWCH-en før PWCH-en fester seg til DWCH-en. En stjerneringforsegling 144 luk-ker seg mot skyttelens ytre diameter 142 for å holde oljevæsker ute av PWCH-en inntil skyttelen blir fjernet av DWCH-ens koblingsaggregat av hankjønn. En kjegle-formet bunnese bidrar til å justere PWCH-en slik at den lander på PWCH-en.

Når den presses inn i DWCH-en med tilstrekkelig inerti- eller trykklast, ut-vider den nedre enden av PWCH-en seg gjennom smekkfingrene 48 på DWCH-en (fig. 6A) inntil smekkfingrene snapper sammen bak en skjør smekkring 148 på PWCH-en. Straks smekkringen 148 er berørt av smekkfingrene på DWCH-en, motsetter den seg løsrivelse fra DWCH-en og PWCH-en, f.eks. på grunn av bore-rørbevegelse, vibrasjon eller U-rørsdanneise. Smekkring 148 kan velges av et assortement av ringer med maksimal ren lastemotstand (f.eks. 1600 til 4000 pund (726-1814 kg), avhengig av forventete feltforhold), slik at PWCH-en kan frigjøres fra DWCH-en etter datainnsamling ved at man trekker oppover på utplasserings-kabelen inntil smekkringen 148 klipper og frigjør PWCH-en.

PWCH-en har et ytre hus 150 og en hussveising med tausokkel 152 for-bundet med en kobling 154 og egnete delte gjengete ringer 156. I det ytre huset 150 er det et sub-vaieraggregat av spindeltypen med en øvre spindel 158 og en nedre spindel 160. Spalter 162 i den øvre vaierspindelen og hull 163 (fig. 7D) gjennom det ytre huset danner en åpen strømbane fra borerørets indre til et slamkammer 164 i sub-vaieraggregatet av spindeltypen. Signalvaierne 165 fra koblingsaggregatet av hunnkjønn 140 er anbrakt mellom det ytre huset 150 og vaierspindelen langs aksielle furer på den ytre overflaten til den nedre spindelen 160, gjennom hull 166 i den øvre spindelen 158, gjennom vaiemulrom 168, og er enkeltvis koblet til nedre stifter på koblingsaggregatet 170.

I likhet med DWCH har PWCH-en et trykkompensasjonssystem til å jevne ut trykket over skyttelen 142, mens det holder de elektriske komponentene omgitt av elektrisitetsisolerende væske, som f.eks. silikonolje, inntil skyttelen fjernes. Et oljekammer 172 er avgrenset i den nedre spindelen 160 og atskilt fra slamkammeret 164 ved hjelp av et kompensasjonsstempel 174 med en forsegling 175 av O-ring-typen. Stempelet 174 er fritt til å bevege seg i den nedre spindelen 160, slik at trykket i slamkammeret og oljekammeret er substansielt likt.

Den øvre fjæren 176 og den nedre fjæren 178 er anbrakt i henholdsvis slamkammeret 164 og oljekammeret 172, og skyver skyttelen 142 på skrå nedover. Oljekammeret 172 er i væskeforbindelse med vaierhulrommet 168 og spor-furene langs vaieren i den nedre spindelen 160 og vaierhullene 166 i den øvre spindelen 158, som er lukket mot borerørstrykk ved forseglinger 180 rundt øvre spindel. Av den grunn virker borerørsvæske mot øvre ende av kompensasjons-stempelet 174 når skyttelen er i den anviste stillingen, hvilket overfører trykk til oljekammeret 172 og øvre ende av skyttelen 174, og derved balanserer trykk-kreftene på skyttelen. Fyllportene 182 og 184, på henholdsvis øvre ende og nedre ende av den oljefylte delen av PWCH-en, gjør det mulig å fylle oljekammeret 172 og vaierhulrommet 168 etter sammensetning. En ventil f or trykklettelse 186 i kom-pensasjonsstempelet gjør det mulig for oljekammeret å få trykk ved sammensetning opptil 690 kPa over trykket i slamkammeret 164 (dvs. atmosfærisk trykk under sammensetning).

Øvre ende av PWCH-en gir både en mekanisk og en elektrisk forbindelse med vaierlinjekabelen 30 (fig. 2). Koblingsaggregatet 170 har ni elektrisk isolerte stifter, hver med en tilhørende grisehalevaier 188 for elektrisk forbindelse til enk-eltvaiere på kabelen 30. En holder for koblingsstykket 189 er gjenget på den eksponerte enden av koblingen for å holde koblingsstykket på plass. Den spesi-elle konstruksjon av koblingsaggregatet 170 blir drøftet mer i detalj nedenfor.

For å sette øvre ende av PWCH-en på kabelen tres først huset med tausokkel 152 over enden på kabelen, sammen med delkabelforsegling 190, for-seglingsmutter 192 og spindlene til henholdsvis øvre og nedre sugekoppspindel 194 og 196. En standard holder for tausokkelkabelen som strammer seg selv 197 er plassert rundt enden på kabelen for å sikre kabelenden til tausokkelhuset mot en indre skulder 198. Vaierne på kabelen er koblet til grisehalevaierne 188 fra koblingsaggregatet, tausokkelhuset 152 er festet til koblingen 154 med en gjenget delt ring 156, og tausokkelhuset blir pumpet fullt av elektrisitetsisolerende fett, som f.eks. silikonfett, gjennom smørehull 200. Sugekoppen 202, som blir mer utførlig drøftet nedenfor, er satt inn mellom spindlene på øvre sugekopp og nedre sugekopp 194 og 196 for å begrense strømmen gjennom borerøret rundt PWCH-en og for å utvikle en trykkstyrke som kan bevege PWCH-en langs borerøret og smekk-låse PWCH-en til DWCH-en i borehullet. Spindelen på øvre sugekopp 194 er gjenget på huset av tausokkel 152 for å holde sugekoppen 202 på plass, og forseglingsmutteren skrus til.

Under henvisning til fig. 8, så har et alternativt oppsett for øvre ende av PWCH-en to sugekopper 202a og 202b, atskilt med avstand L, for ytterligere å begrense strømmen rundt PWCH-en. Dette oppsettefer nyttig når f.eks. lyst slam med lav viskositet skal brukes til pumping. En forlengelse av tausokkelhuset 204 forbinder på en egnet måte spindlene til de to sugekoppene. Flere enn to sugekopper kan også benyttes.

Under henvisning til fig. 9, så skaper sugekopp 202 en strømbegrensning og tilsvarende trykkreduksjon ved punkt A. Ettersom trykket oppover (f.eks. trykket ved punkt B) er større enn trykket nedover (f.eks. trykket ved punkt C), utvikles en nettostyrke på sugekoppen for å skyve sugekoppen og redskapet som er festet på den, nedover. Som vist på fig. 9A, så kan en sugekopp (f.eks. sugekopp 202c) alternativt plasseres nær bunnen på redskap 206 for å dra redskapet ned et rør eller en brønn. Dette oppsettet kan være særlig nyttig hvis en f.eks. skal sentrere redskapet for å beskytte utvidete egenskaper nær enden nedover strømmen eller med store rør/redskapsdiameterforhold eller små redskapslengde/diameterforhold. Det ønskete radiale gapet Ar mellom ytre overflate på sugekoppen og rørets indre overflate er en funksjon av flere faktorer, inkl. væskeviskositet. Vi har funnet ut at et radielt gap på rundt 1,27 mm per side (dvs. et diametergap på 254 mm) fungerer best i vanlig oljeboringsslam.

Under henvisning til fig. 10, så er sugekopp 202 injeksjonsdannet med et elastisk materiale som f.eks. VITRON eller andre fluorkarbonelastomer, og har en spalte 210 nedover på den ene siden for å gjøre installering og demontering lett-ere uten at kabelen løsnes fra redskapet. Kjegleformete deler 214 og 216 av sugekoppen passer til tilhørende borehull i spindlene på henholdsvis øvre sugekopp 194 og nedre sugekopp 196, og har ytre flater som spisses ved ca. 7 grader med hensyn til den langsgående aksen på sugekoppen. Lengden på de kjegleformete delene bidrar til å holde sugekoppen innenfor borehullet på huset. I tillegg er det seks stifter 217 som går gjennom hullene 218 i sugekoppen, mellom spindlene på øvre sugekopp og nedre sugekopp, for å holde på sugekoppen under bruk. Sirkel-formete tilpasningsføringer 219 er støpt inn i overflaten på sugekoppen for å hjelpe til med kuttingen av koppen til ulike ytre diametre, slik at de passer til forskjellige rørdimensjoner. Andre elastiske materialer kan også brukes til sugekoppen, selv om sugekoppmaterialet ideelt sett bør være i stand til å tåle den sterke slitasjen som kan finnes langs rørvegger og det store omfanget av kjemikalier som kan påtreffes i brønner. Andre ikke-elastiske materialer som kan brukes, er myke materialer, som messing eller aluminium, eller hard plast, som polytetrafluoretylen (TEFLON™) eller acetal homopolymer harpiks (DELRIN™). Ikke-elastiske sugekopper kan dannes i to enheter som overlapper hverandre for så å bli installert i et pre-montert redskap.

Under henvisning til fig. 11, så har koblingsaggregatet av hunkjønn 140 på PWCH-en en serie hunnkjønnskontakter 220, som er plassert rundt en fellesakse 222. Kontaktene har et lineært mellomrom, d, som svarer til mellomrommet på hankjønnskontaktene på koblingsaggregatet av hankjønn på DWCH-en (fig. 6A), og en rensepakning 224. Kontaktene 220 og rensepakningene 224 blir holdt hver for seg i en tilsvarende isolator 226. Stabelen av kontakter, rensepakninger og isolatorer blir holdt i en ytre hylse 228 og en endeholder 230 og en øvre spindel 232.

Under henvisning til fig. 12 og 13, så blir hver kontakt dannet maskinelt fra et enkelt stykke ledende materiale, som f.eks. beryllium kopper, og har en hylsedel 234 med åtte (fortrinnsvis seks eller flere) utgående fingre 236. Kontakten 220 har fortrinnsvis et gullbelegg. Fingrene 236 er slik formet at de bøyer seg radielt innover, med andre ord slik at de har, fra hylsedel 234 til fjernende 237, en første del 238 som går radielt innover og en andre del 240 som går radielt utover, og danner den innerste delen 242 med en kontaktlengde d, på rundt 0,150 tommer (3,81 mm). Ved å bearbeide kontakten 220 maskinelt fra et enkelt stykke har fingrene 236, når de er i avslappet stilling, som vist, ikke noe bøyende residualtrykk som kan redusere deres tretthetsmotstand.

Den indre diameteren d1 på kontakten 220, målt mellom kontaktflatene på motsatte fingre, er litt mindre enn den ytre diameteren på de elektriske hankjønn-kontaktene 102 på DWCH-en (fig. 6A), slik at fingrene 236 skyves utover ved be-røring av hankjønns-koblingsstykket og gir et kontakttrykk mellom kontaktflatene 242 og hankjønnkontaktene 102. Den periferiske bredden, w, på hver finger til-spisser seg til et minimum på kontaktflaten 242. Vi har funnet at å bearbeide kontakten slik at lengden dc på kontaktflatene 242 er omtrent en fjerdedel av den to-tale lengden df på fingrene, og radiustykkelsen, t, på fingrene er omtrent 75 pro-sent radiusavstanden, r, mellom den indre overflaten på hylsedelen 234 og kontaktflatene 242, resulterer i en kontaktkonstruksjon som tåler gjentatt berøring.

Rensepakningene 224 er fortrinnsvis formet av elastisk fluorkarbon, som f.eks. VITON™. Den indre diameteren d2 på rensepakningene 224 er også litt mindre enn den ytre diameteren på hankjønnskontaktene, slik at rensepakningene kan ta bort avfall fra overflaten på hankjønnskontaktene under berøring. De indre diameterne di og d2 på kontaktene og rensepakningene er omtrent like. Rensepakninger 224 er formet av et elektrisitetsisolerende materiale for å redusere mu-ligheten for kortslutning mellom kontaktene når det er elektrisitetsførende væsker tilstede.

Kontakt 220 har en loddetagg som er bearbeidet på den ene siden av hylsedelen 234 for elektrisk kobling til en vaier 246. Som vist på fig. 12, så føres vaieren 246 gjennom et hull 248 i isolatoren idet vaierkontakten 220 blir satt inn i isolatoren 226. Justeringsstifter 250 i andre hull 248 i isolatoren passer inn i rensepakningen 224 slik at de justerer rensepakningen i forhold til isolatoren. Et hakk 254 på rensepakningen passer rundt loddetaggen 244. Isolatorer 226 og rensepakninger er laget med tilstrekkelig hull 248 og furer 252, for henholdsvis å føre alle vaierne 246 fra hver av kontaktene 220 på hunkjønns-koblingsstykket til den øvre enden av aggregatet for å festes til forseglingen 170 (fig. 7B).

Med kontakten 220 satt inn i isolatoren 226 ligger fjernendene 237 på kon-taktfingrene i en aksiell fure 256 som er dannet av en indre leppe 258 på isolatoren. Leppen 258 beskytter fjernendene på fingrene slik at de ikke blir fanget av flatene på koblingsaggregat av hankjønn når PWCH-en frigjøres fra DWCH-en.

Under henvisning til fig. 14, så har et koblingsaggregat 170 på PWCH-en et formet koblingsstykkelegeme 280 av et elektrisitetsisolerende materiale, som f.eks. polyetylketon, polyetyleterketon eller polyaryleterketon. Legemet 280 er konstruert for å tåle høyt statisk differensialtrykk på opptil f.eks. 15 000 psi (103,5 MPa) over en O-ringfure 281, og har gjennomgående hull 282 som det er presset elektrisitetsledende stifter inn i 284, festet til ledevaiere 286. (Ledevaieme 286 danner grisehalevaierne 188 på fig. 7B). Gullbelagte stifter 284 som er laget av 17-4 rustfritt stål, blir presset på plass inntil de nedre kantene 288 hviler mot bunnen av forsenkerborene 290 i koblingsstykkelegemet. For å lukke grensesnittet mellom koblingsstykkelegemet og ledevaieme er en vaierforsegling 292 formet på plass rundt vaierne og koblingsstykkelegemet etter at isolasjonen på de enkelte blyvaierne er blitt etset for bedre å feste seg til forseglingsmaterialer. Forseglingen 292 må også tåle det høye differensialtrykket på opptil 15 000 psi (103,5 MPa) som koblingsaggregatet utsettes for. Vi har funnet ut at noen fluorkarbon elastomerer av høy temperatur, som f.eks. VITON™ og KALREZ™, fungerer godt som vaierforsegling 292.

For å danne en buesperre mellom tilgrensende stifter 284 og mellom stifter og koblingen 154 (fig. 7B), ved fronten 294 på koblingsstykkelegemet 280, er individuelle stiftisolatorer formet på plassen rundt hver av stiftene 284 mellom henholdsvis øvre kant 288 og nedre kant 298. Isolatorer går ut gjennom planet på fronten 294 på koblingsstykkelegemet på 3,05 mm, og er fortrinnsvis dannet av fluorkarbon elastomerer av høy temperatur, som f.eks. VITON™ eller KALREZ™. Isolatorer 296 beskytter mot gnistring som kan forekomme langs fronten 296 på koblingsstykkelegemet hvis f.eks. fuktig luft eller rennende vann infiltrerer vaierhulrommet 168 på PWCH-en (fig. 7B). Foruten å beskytte mot uønsket elektrisk gnistring bidrar isolatorene 296 også til å holde ute fuktighet fra forbindelsen mellom stiftene 284 og ledevaieme 296 inni koblingsstykkelegemet under lagring og transport.

Også under henvisning til fig. 15, så har koblingsstykkelegemet 280 en ytre diameter, db, på rundt 24,13 mm for å passe i de små diameterne på redskapene (f.eks. nede i 25,4 mm), som er vanlig for borehullsinstrumenter. Det sammen-satte koblingsstykket har en sirkelformet samling av ni stifter 284, hver med tilsvarende isolatorer 296 og ledevaiere 286.

Claims (10)

1. Hunkjønns-koblingsstykke som er tilpasset slik at det kan senkes ned i en brønn (12) på en elektrisk kabel (30) for å bli fjerntilkoblet til et hankjønns-koblingsstykke nede i hullet for elektrisk forbindelse mellom hankjønns-koblingsstykket og brønnens overflate gjennom kabelen (30), der hunkjønns-koblingsstykket innbefatter et hus (42) med et feste for å sikre det elektriske forbindelses-leddet til kabelen, der huset avgrenser en indre boring med en åpen ende til å motta hankjønns-koblingsstykket, og en hunkjønnskontakt inne i huset, der den elektriske hunkjønnskontakten er i elektrisk forbindelse med kabelen og innbefatter en periferisk ring som avgrenser en sentralakse, karakterisert ved en fribærende finger (48) som går ut i det vesentlige aksielt fra ringen, der fingeren (48) har en første del som går i det vesentlige radielt innover fra ringen, og en annen del som går ut i det vesentlige radielt fra første del til en aksielt rettet fjernende, der første og annen del av fingeren avgrenser mellom seg en kontaktflate som er radiell innerst inne, og en isolater (104) anbrakt mellom huset og den elektriske hunkjønnskontakten slik at den tåler elektrisk ledning mellom den elektriske hunkjønnskontakten og huset, der isolatoren innbefatter: en ytre kappe som er plassert mellom den periferiske ringen på den elektriske hunkjønnskontakten og den indre boringen i huset, og en indre leppe (258) som aksielt overlapper fjernenden på den fribærende fingeren på den elektriske hun-kjønnskontakten, der den indre leppen er anbrakt radielt innover fra fjernenden på den fribærende fingeren (48) slik at den beskytter fingerenden mot berøring med hankjønns-koblingsstykket som beveger seg inni hunkjønns-koblingsstykket.

2. Hunkjønns-koblingsstykke ifølge krav 1, karakterisert ved at det innbefatter en rensepakning (224) anbrakt i huset (42) mellom den åpne enden av huset og den elektriske hunkjønnskontakt-en, og ordnet slik at den kobler seg til en eksponert overflate på hankjønns-koblingsstykket idet hankjønns-koblingsstykket går inn i hunkjønns-koblingsstykket og derved tar bort avfall fra den eksponerte overflaten.

3. Hunkjønns-koblingsstykke ifølge krav 2, karakterisert ved at den indre diameteren i rensepakningen (224) er noenlunde lik den indre diameteren på den elektriske hunkjønnskontakten, som er avgrenset av kontaktflaten radielt innerst inne på den elektriske hunkjønnskontakt-en.

4. Hunkjønns-koblingsstykke ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektirske hunkjønnskontakten ytterligere innbefatter en loddetagg (244) som er i elektrisk forbindelse med og går radielt utover fra den periferiske ringen.

5. Hunkjønns-koblingsstykke ifølge krav 5, karakterisert ved at isolatoren (226) avgrenser et aksielt vaierhull (166) og går ut gjennom det for å få kabelen (30) til å gå mot loddetaggen.

6. Hunkjønns-koblingsstykke ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektriske hunkjønnskontakten omfatter minst seks nevnte fribærende fingre (48) som befinner seg rundt nevnte periferiske ring.

7. Hunkjønns-koblingsstykke ifølge krav 1, til bruk med en kabel (30) med flere ledere, karakterisert ved at lederen har en serie av nevnte elektriske hun-kjønnskontakter som er anbrakt konsentrisk langs en felles akse, der hver av de elektriske hunkjønnskontaktene er i elektrisk kontakt med en tilhørende leder på kabelen, plassert i en av isolatorene inne i huset, og elektrisk isolert fra de andre elektriske hunkjønnskontaktene og lederne.

8. Hunkjønns-koblingsstykke ifølge krav 7, karakterisert ved at det innbefatter rensepakninger (224) anbrakt i huset (42) og mellom de elektriske hunkjønnskontaktene, slik at de fester seg til en eksponert flate på hankjønns-koblingsstykket idet hankjønns-koblingsstykket går inn i hunkjønns-koblingsstykket, og derved fjerner avfall fra den eksponerte overflaten.

9. Hunkjønns-koblingsstykke ifølge krav 8, karakterisert ved at de indre diameterne på rensepakningene (224) er noenlunde like de indre diameterne på de elektriske hunkjønnskontaktene, som er avgrenset av kontaktflatene radielt innerst inne på de elektriske hunkjønnskontakt-ene.

10. Hunkjønns-koblingsstykke ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektriske hunkjønnskontakten er dannet ved at den er bearbeidet maskinelt, i sin ferdige utforming, fra et enhetlig metallstykke.