專利名稱：測井儀器的配置裝置及其配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運用泥漿泵抽技術(shù)以在油井中配置測井儀器的裝置和方法。本發(fā)明的裝置和方法特別應(yīng)用于嚴重偏向的油井中。
一旦鉆開油井之后，通常是用電氣儀器來記錄油井的各特定部分。有時稱這些儀器為“繩索起下”儀表，因為它們通過它們配置的電線或電纜而與鉆井地面的測井單元通訊連通。在豎直井中，通常只是簡單地將儀器隨測井纜下到井內(nèi)。但是，在橫向井或高偏離井中，重力往往不足以將儀器下到待測的地層深度。在這些情況下，有時是需要用鉆桿推動儀器下井。
但是，因為有電纜，使得用鉆桿進行繩索起下測井變得困難。在將儀器下井之前將電纜預(yù)先穿線通過所有鉆桿，既累贅又危險。因此，已經(jīng)開發(fā)了一些配置系統(tǒng)，例如Schlumberger的困難測井條件系統(tǒng)(TLCS)，使得在將儀器下到井內(nèi)的所需深度后，可以在儀器與井底電纜之間進行電氣連接。在這些系統(tǒng)中，能很容易地用標準鉆桿配置該電氣儀器。然后在鉆桿內(nèi)將電纜下井并將器連接起來。完成檢測后，可以容易地將電纜從測井儀器上拆開，并在收回該測井儀器之前，將之移除。TLCS系統(tǒng)十分有效，在商業(yè)上廣泛地為人接受。
在TLCS與其他系統(tǒng)時里，該電纜遙距地用井下連接器連接到檢測儀器上。該連接器的一個半部分連接在該檢測儀器上并在鉆桿上下到井內(nèi)。連接器的另一個半部分連接到電纜的端部，并用在鉆桿底部開孔流出而進入井孔的循環(huán)流動的鉆井泥漿流沿鉆桿將該連接器的該另一個半部分泵送下井。該連接器有時亦稱為“濕式連接器”，因為其是在挑戰(zhàn)電氣連接的可靠性的條件下在流動的鉆井泥漿中進行連接的。在嚴重偏向或水平油井中，將連接器泵送到井底是一件富于挑戰(zhàn)性工作。在這種情況下，施加在連接器上的泵送的力必須能克服鉆井套管或鉆桿表面的摩擦力，而在某些情況下，必須能抵抗重力而起作用。
將任何繩索起下儀器用鉆井泥漿流泵送下井也和將電纜連接器泵送下井的工作一樣具有挑戰(zhàn)性。視乎其應(yīng)用和井下環(huán)境，該泥漿流在重量和粘滯性上可在很大程度上發(fā)生變化。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在電纜連接器上提供以一個帶有抽吸杯的構(gòu)造適當(dāng)?shù)膼烆^接合器，便可以成功的實現(xiàn)限制下井流量，從而可大體上改善沿鉆井特別是沿嚴重偏向的鉆井泵送連接器或測井儀器下井。
本發(fā)明的目的在于提供一種用以泵送井下儀器提供鉆井或鉆桿的配置裝置，為此，本發(fā)明提供一種悶頭接合器，以便將之與在電纜上的儀器儀器泵送下井。
根據(jù)發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一個悶頭接合器，該悶頭接合器與井下工具一起使用，在電纜上通過井套管或鉆桿泵送下井。該悶頭接合器包括一個外套殼組件，該外套殼組件具有一個用以將該套殼組件連接到電纜上的上部連接件，并有一個用以連接套殼上工具的下部連接件。接合器還具有一個圓形抽吸杯，其確定一個暴露于流動的泵液的表面面積。抽吸杯是可拆除地連接到該外套殼上，其并具有一個外徑，該外徑所圍包的一個投影面積比該儀器的投影面積為大，該投影面積是在橫切該鉆井套管或鉆桿的平面上測量的。
在某些目前為優(yōu)先的實施例中，該抽吸杯由一種諸如碳氟化合物彈性體的彈性材料制成。
在某些其他的實施例中，該抽吸杯由一種從包括鋁、銅、聚四氟乙烯或乙縮醛樹脂的一組材料中選出的材料制成。在這些材料中，目前以乙縮醛均聚物樹脂為最佳選擇。
在某些構(gòu)造中，該外套殼組件包括一個下套殼部分和一個上套殼部分。上套殼部分構(gòu)造成可拆卸地連接到下套殼部分，該抽吸杯保持在其中間。該抽吸杯最好由彈性材料制成，其壓縮在上、下套殼部分之間。
在某些情況下，該套殼還包括一個抽吸杯支持銷件，該夾持銷件在上、下套殼之間延伸通過該抽吸杯。
在某些例子中，該下套殼部分包括一個下主體，該下主體確定一個臺肩，并有一軸桿從該臺肩延伸通過該抽吸杯，該軸桿具有一個車有螺紋的端部，而下抽吸杯支持銷件套管則可轉(zhuǎn)動地配置在圍繞該臺肩與該抽吸杯之間的軸桿處。上套殼部分包括一個螺帽，其以壓縮該抽吸杯的方式嚙合在軸桿車有螺紋的端部部分上，而一個上抽吸杯支持銷件套管則可轉(zhuǎn)動地配置在圍繞該臺螺帽與該抽吸杯之間的軸桿處。
在某些優(yōu)先的設(shè)計中，該上、下套殼部分中的至少一個套殼部分確定一個內(nèi)孔，其以保持該抽吸杯的方式軸向地重疊在該抽吸杯的外表面。在某些應(yīng)用里，該內(nèi)孔確定一個具有一個錐角的截頭錐體表面，在相對于該抽吸杯的軸線上測量時，該錐角的錐度在約為五至十度之間。
在某些實施例中，該抽吸杯由一種注射模制材料制成。在某些情況下，該抽吸杯確定同心的、模制調(diào)整導(dǎo)引件，指示所調(diào)整的直徑，以便該抽吸杯適配在具有不同直徑的鉆井套管或鉆桿中使用。
在某些實施例中，該套殼確定一個內(nèi)孔，其用以將電纜穿過接合器，以便與測井儀器電氣連接。
在某些實施例中，上部連接件包括一個用以密封電纜與外套殼之間的金屬封油環(huán)，和一個用以壓縮圍繞該電纜的封油環(huán)的金屬封油環(huán)螺帽。在某些情況下，該封油環(huán)確定延展通過該封油環(huán)一側(cè)面的裂縫，使得更換該封油環(huán)時，無須將該電纜從該套殼上拆開。
本發(fā)明的另一個方面，上文敘述的接合器可結(jié)合一個連接在該接合器外套殼的下部連接器的測井儀器。
本發(fā)明的另一個方面，其提供一個井下工具，該井下工具通過鉆井套管或鉆桿在電纜上泵送下井。該井下工具包括一個圓形抽吸杯，該抽吸杯在其接近下端處連接在該工具上。該抽吸杯確定一個暴露在流動泵液的表面，該抽吸杯可拆卸地連接到該工具上。該抽吸杯有一個外徑，。
上文敘述的部件可結(jié)合在不同的實施例中，以滿足不同的特定應(yīng)用的需要。
根據(jù)發(fā)明的另一個方面，其提供一種泵送在電纜上工具通過鉆井套管或鉆桿的方法。該方法包括以下的步驟1.提供一個抽吸杯接合器，其具有帶有上部連接元件的套殼組件，該連接元件用以將該套殼組件連接到該電纜上，而其下部連接元件則用以將該套殼組件連接到該工具上；一個圓形的抽吸杯確定一個暴露在流動泵液的表面，(該抽吸杯可拆卸的連接到該套殼上，并有一該外徑，該外徑所圍包的一個投影面積比該工具的投影面積為大，該投影面積是在橫切該鉆井套管或鉆桿的平面上測量的)；2.將該工具連接到該抽吸杯接合器的下部連接件上；3.將該電纜連接到該抽吸杯接合器的上部連接件上；4.將該工具與該抽吸杯接合器放置在該鉆井套管或鉆桿中；及5.將液體泵送入鉆井套管以便推動抽吸杯接合器及其上連接的工具通過該鉆井套管或鉆桿。
在某些實施例中，該方法更包括調(diào)整該抽吸杯接合器使其直徑能正確配合該鉆井套管或鉆桿的直徑。該抽吸杯外徑最好調(diào)整到比該鉆井套管或鉆桿直徑約少0.254厘米。


圖1-5順序示出遙距接合的電氣連接器與油井測井儀器的使用情況。
圖6A-6C示出圖1的井下濕式連接器頭(下文簡稱DWCH)的井下一半部分的構(gòu)造。
圖6D為取自沿圖6B之6D-6D截線的剖面圖。
圖7A-7C示出圖1中的泵送-下井濕式連接器頭(下文簡稱PWCH)一半部分的電纜的構(gòu)造。
圖7D為取自沿圖7B之7D-7D截線的剖面圖。
圖8示出該PWCH的上端部的另一種設(shè)計。
圖9示出在鉆桿中的抽吸杯的功能。
圖9A示出一個安排在儀器下端部的抽吸杯。
圖10為該抽吸杯與相關(guān)部件的放大及分解圖。
圖11為圖7B中示出的連接器插座組件的放大圖。
圖12為圖11中所示的連接器插座部分組件的分解透視圖。
圖13為圖11中的區(qū)域13的放大圖。
圖14為圖7B所示的多插銷連接器的放大圖。
圖15為從圖14的方向15-15觀看的連接器的端視圖。6A-6C示出圖1的連接器(DWCH)一半井下部份建造情況。
請先參看圖1至5，所示的井下連接系統(tǒng)適用在裸眼井或下套管井12與繩索起下測井儀器10一起使用，在鉆井有所偏離和/或待測井的區(qū)域(例如，區(qū)域14)相當(dāng)深的時候，特別有用。在這些圖中，鉆井12具有一個待在區(qū)域14中進行測井的水平段16，并從鉆井地面用套管18延伸下套直到套管鞋20。
如圖1所示，測井儀器10配備以井下濕式連接器頭(為行文簡潔起見，下文中將之簡稱為DWCH)22，該DWCH22連接在測井儀器的上端部及鉆桿24之間。正如下文將更詳細的說明的那樣，該DWCH22提供一個井下電氣連通的插頭部分，用以在測井儀器10與流動記錄單位26之間作電氣連通。在測井過程的第一個步驟中，該測井儀器10與該DWCH22均下到鉆井12中標準鉆桿的連接長度處，直至儀器10抵達待測井的鉆井段部的上端部為止(例如，區(qū)域14的頂部)。用標準的方法將鉆桿24下井，由于該鉆桿沒有打開以讓鉆液從鉆井流入，并到一定間隔距離(例如，每二千至三千尺)以鉆液(即是，泥漿)灌滿該鉆桿。
如圖2所示，當(dāng)儀器10已抵達區(qū)域14的頂部時，將一個泵送下井濕式連接器頭(PWCH)28在一條從該記錄單位26退出的電纜30上下降在鉆桿的內(nèi)鏜。該PWCH28有一個連接器插座部分用以與該DWCH的連接器插頭部分銜接。一個電纜側(cè)入接頭(下文簡稱CSES)32預(yù)先卷繞以電纜30，再連接到鉆桿24的上端部，以給電纜提供一個從組成的鉆桿的旁通出口；還有一個泥漿蓋帽34(例如，鉆井裝置上部驅(qū)動裝置或Kelly泥漿循環(huán)流動系統(tǒng))則連接到CSES 32上方，以便將泥漿泵下鉆桿鏜內(nèi)。使用標準泥漿泵設(shè)備(未示出)進行此項目的。正如下文將要討論到的那樣，在該PWCH上一個特別構(gòu)造的抽吸杯因為泥漿從鉆桿向下流動而協(xié)助在該PWCH 28建立壓力，推動該PWCH下井，并將之鎖定在該DWCH 32上，從而形成一個電氣連通。在該DWCH22中的一個特制的閥(將在下面說明)讓泥漿流從鉆桿循環(huán)流動而進入井孔。
如圖3所示，該PWCH 28在鉆桿24內(nèi)泵下，直至它與該DWCH22鎖定為止，以便形成一個在測井儀器10與記錄單位26之間的電氣連通。在這一點上，可以停止泥漿的流動，并從鉆桿的頂部取走泥漿蓋帽34。當(dāng)測井儀器降至井底時，可以將測井儀器10可以接通電源以檢查其系統(tǒng)功能或進行初步測井。
如圖4所示，用標準的鉆桿方法，加上所需的鉆桿24的附加段部，將測井儀器10，DWCH22及PWCH28降下或推動至井底。在這過程中，CSES32保持連接在鉆桿上，為電纜30提供一個旁通出口。在CSES32上方，電纜30伸展在鉆桿24的外面，避免需將該電纜30預(yù)先穿線通過鉆桿的任何部分，但CSES32除外。記錄單位操作員與鉆桿操作員彼此協(xié)調(diào)下降程序，使鉆桿與電纜同時下降。
在井底，測井儀器的傳感器觸臂或襯墊器36(如果配備的話)便展開，然后，在記錄單位26記錄好傳感器讀數(shù)時，將測井儀器拉上到區(qū)域14的頂部。正如下降程序一樣，記錄單位操作員應(yīng)與鉆桿操作員協(xié)調(diào)，同時升起電纜和鉆桿。
參看圖5，在完成測井后，關(guān)上接通井下的電源，將PWCH28從DWCH22分開，并從井底將之拉上。從鉆桿及鉆桿其他部分移取CSES32與PWCH28，將包括DWCH與測井儀器在內(nèi)的設(shè)備一一收回。
參看圖6A至6C，DWCH 22有兩個主要子配件，即井下濕式連接器補償筒(下稱DWCC)38與井下濕式連接器鎖定組件(下稱DWCL)40。DWCC38的下端部41連接到上測井儀器10(參看圖1)。
DWCL40是DWCH22的上端部，并具有一個外套殼42，在其下端部連接到DWCC38的車有螺紋的接口44(圖6B)。連接到DWCL套殼42內(nèi)表面的密封的、車有螺紋的緊固件46是一個鎖定組件，該鎖定組件具有三個懸臂鎖定爪48，該鎖定爪徑向向內(nèi)并朝DWCC延伸，以便固定PWCH28。兩個軸向分開的扶正器50也固定在環(huán)繞DWCL套殼42的內(nèi)面，引領(lǐng)該PWCH的下端部，以便銜接DWCC的連接器插頭組件52。
DWCC 38包括DWCH的電氣和液壓部件。它有一個外套殼54，經(jīng)過車有螺紋接口55連接到下悶頭組件56；該悶頭組件在其下端部具有內(nèi)部螺紋57，以便可松開地將DWCH連接到測井儀器。在外套殼54的上端部有一個車有螺紋的接口58以將該外套殼54連接到聯(lián)接器60。在接口44、55及58處的車有螺紋的開縫套筒62使DWCH套殼部件54、60、42和56能接合起來而無須轉(zhuǎn)動DWCH的任何一個端部。悶頭組件56包含一個密封的悶頭電氣連通器64，其用以將DWCH與測井儀器電氣連通。
DWCC38的一個功能是提供暴露的電氣接觸部(以連接器插頭組件52形式提供)，其通過悶頭連接器64電氣耦合到該測井儀器。通過多條電線電纜66向上延伸穿過一個密封電線腔68達到連接器組件52的各獨立接觸部102提供這種電氣耦合。電纜66通過一個油管71穿過DWCH中心向上延伸。電線腔68用連接器組件52的各獨立O-形環(huán)接觸密封圈70、油管71上的O-形密封圈72、活塞77的O-形密封圈74與76及悶頭組件56的O-形密封圈78密封，并灌滿電的絕緣液體，例如硅油。通過壓力補償系統(tǒng)保持電線腔68的壓力，使之大約相當(dāng)于在DWCH22的頂部接近該鉆桿24(圖1)的內(nèi)部的壓力。下文將更詳細地說明該壓力補償系統(tǒng)。
一個泥漿泵活塞組件80(圖6B)，其包括活塞82、活塞圈84、活塞擋塊86、密封件88及滑動摩阻減低器90，該泥漿泵活塞組件由一個泥漿活塞彈簧94向上偏置而抵靠活塞擋塊螺帽92。以圖中所示該泥漿泵活塞組件的位置，在活塞擋塊86抵靠在活塞擋塊螺帽92上，該活塞82便可有效地阻塞液體在鉆井的環(huán)形件96(即鉆桿與井孔之間的區(qū)域；參看圖1)與鉆桿內(nèi)部(即內(nèi)部區(qū)域98)之間流動而通過間隔在圍繞DWCH直徑的三個側(cè)面出口100。在作業(yè)時，該泥漿泵活塞組件80保持在這個出口-阻塞的位置，直至內(nèi)部區(qū)域98的壓力足以超過鉆井環(huán)形件96(作用在抵靠活塞82的上端部)的壓力，以便克服彈簧94的偏置預(yù)定加載力，并將泥漿泵活塞組件向下移動，壓縮彈簧94而暴露該出口100。一旦暴露之后，該出口100可容許泥漿在鉆桿內(nèi)向下正常前向循環(huán)流動，并通過該出口100流入鉆井內(nèi)。一旦停止泥漿泵壓力，該泥漿活塞彈簧94會迫使泥漿泵活塞組件80返回到其出口-阻塞的位置。在鉆桿中沒有泥漿泵壓力時，通過阻塞DWCL套殼42的出口100，泥漿泵活塞組件80可有效地阻止非所需的入流鉆桿而來自鉆井的液體。這對避免鉆井通過鉆桿漏氣并在防止泥漿攜帶來自鉆井的碎屑干擾系統(tǒng)的鎖定和電氣部分的正常功能特別有用。還可幫助防止形成“U形彎曲管”情況的出現(xiàn)，在這個情況下，井液的突然涌入和造成的泥漿在鉆桿中的向上流動，會導(dǎo)致該DWCH與PWCH過早分離開。
連接器插頭組件52由一系列的包含九個接觸環(huán)102組成，每個接觸環(huán)均用兩個O-形密封圈70密封，并由絕緣體104分隔開。接觸環(huán)的這組件的內(nèi)部及絕緣體承受腔68內(nèi)的壓力，而這組件的外部則暴露于鉆干的壓力(即是，內(nèi)部區(qū)域98的壓力)。為了保持這個連接器組件的結(jié)構(gòu)完整性，以及密封圈70的可靠性，將跨越該連接器組件的壓力差(即是，在腔68與區(qū)域98之間的壓力差)保持在低值，是一件極為重要的事。壓力差太大(例如，超過6.895×105帕)可以造成密封圈70失效，或者，在某種極端情況下，可損壞該接連器組件。即使電導(dǎo)性鉆井泥漿從密封圈70的輕微漏泄而流入腔68，部分地由于在鉆桿與該腔68之間大的壓力差，亦可能影響電起系統(tǒng)的可靠性。
該壓力補償系統(tǒng)保持跨越該連接器插頭組件的壓力差在一個合理值的范圍內(nèi)，并偏移壓力差，使得腔68的壓力比區(qū)域98的壓力略高(可高至3.447×105帕至6.895×105帕)。這種在腔68的壓力的“過量補償”使得發(fā)生泄漏的各種傾向可造成非導(dǎo)電性的硅油從腔68滲出并進入?yún)^(qū)域98，而不是使導(dǎo)電的鉆井泥漿流入腔68內(nèi)。一個環(huán)繞油管71并形成在油管71與同心地包圍該油管71的泥漿柱108之間的環(huán)形件106，其將鉆井泥漿壓力從區(qū)域98傳遞，以便通過孔110作用在活塞77的上側(cè)邊部。該泥漿壓力通過由O-形密封圈74與76密封的活塞77傳遞到含油的腔68內(nèi)。
在裝配DWCC時，通過一個例如商標為Lee牌的止回閥CKFA1876015A的單程的灌油止回閥112(圖6D)將例如為硅油的電絕緣液體灌滿電線腔68。為正確地將油灌滿電線腔68，必須先通過一個排泄出口114用真空抽氣裝置對該電線腔68進行抽氣。進行抽氣并達到真空后，通過該排泄出口114將硅油回灌入腔68內(nèi)。經(jīng)多次重復(fù)灌注直至完全灌滿該電線腔為止。然后將該真空抽氣裝置移除，用插塞116密封排泄出口114，再通過止回閥112，將更多油泵入腔68內(nèi)以伸展補償彈簧118，直至在活塞77內(nèi)一個單程的壓力限制止回閥119打開，指示出該腔68的壓力已經(jīng)達到所需求超出電線腔98的壓力值的水平(該壓力值在灌注的過程中，通常是大氣壓力的值)。當(dāng)閥119指示出已經(jīng)達到所需求的壓力值時(典型情況，最好在3.447×105帕至6.895×105帕之間)，從單程止回閥112移除灌油管線，任由腔68加壓。
在連接器60中的泥漿腔灌注口120容許泥漿環(huán)形件106與在活塞77上方的內(nèi)部容積，在野外實地使用之前，預(yù)先灌注滿推薦的潤滑液體，例如機油。在鉆井內(nèi)使用時，潤滑液體通常停留在DWCH中(具體地說，在環(huán)形件106與活塞77上方的容積停留)，不會即時為鉆井泥漿所置換，因此簡化了儀器維修程序。除潤滑液體外，建議在所有滑動接觸表面上大量使用摩阻減低材料，例如LUBRIPLATETM。
參看圖7A至7C，PWCH28包含一個連接器插座組件140，以便在井下銜接DWCH22的連接器插頭組件52。當(dāng)將PWCH下井時，在接合該DWCH之前，一個用電絕緣材料制成的滑閘142偏置向PWCH的下端部。一個方形密封環(huán)144密封滑閘142的外徑，以保持鉆井液體流出PWCH外，直至該滑閘由DWCH的連接器插頭組件替換為止。一個錐形的底部鉆頭端部146協(xié)助調(diào)校PWCH，以便與該DWCH對接。
當(dāng)由足夠的慣性或泥漿壓力載荷推動PWCH進入DWCH時，PWCH的下端部延伸通過DWCH的鎖定爪48(圖6A)，直至鎖定爪接扣在PWCH的一個易卸鎖定環(huán)148后面為止。一旦由DWCH的鎖定爪接合該鎖定環(huán)148，它將阻礙解除DWCH與PWCH的接合，例如，因為鉆桿運動，震蕩或形成U形彎曲管造成的DWCH與PWCH接合的解除。鎖定環(huán)148可從多種具有不同抗最大剪切負荷(例如，7117.2牛頓至17,792.88牛頓，須根據(jù)預(yù)期的野外實地條件而定)的鎖定環(huán)中選擇，使得在收集資料數(shù)據(jù)后，通過將展開的電纜拉上，直至鎖定環(huán)148剪切及釋放PWCH，從而可解除PWCH與該DWCH的接合。
PWCH有一個外套殼150，和一個由連接器154與適當(dāng)?shù)能囉新菁y開縫環(huán)件156連接的繩帽套殼焊件152。在外套殼150內(nèi)有一個包括上心桿158和下心桿160的電線心桿子配件。在上心桿的插槽162和孔163(圖7D)通過外套殼形成一個在電線心桿子配件內(nèi)的從鉆桿內(nèi)部到泥漿腔164的流動路徑。從連接器插座組件140的訊號電線165鋪設(shè)在外套殼150與電線心桿之間沿在下心桿的外表面的軸向槽中，穿過上心桿158中的孔166，還穿過電線腔168，并獨立地連接到連接器組件170的下銷件。
像DWCH一樣，PWCH有一個用以平衡跨越滑閘142的壓力的壓力補償系統(tǒng)，同時，保持電絕緣液體例如硅油包圍電氣部件，直到替換該滑閘為止。下心桿160內(nèi)確定一個油腔172，該油腔由一個有O-形密封圈175的補償活塞174與泥漿腔164分隔開?；钊?74可在下心桿160內(nèi)自由運動，因而泥漿腔與油腔的壓力大致相等。上彈簧176及下彈簧178分別配置在泥漿腔164及油腔172內(nèi)，并將滑閘142向下偏置。油腔172經(jīng)過在下心桿160的電線鋪設(shè)槽和上心桿158的電線孔166與電線腔168液體連通，并通過環(huán)繞上心桿用密封件180密封鉆桿壓力。所以，當(dāng)滑閘定位于圖示位置時，鉆桿液體作用在補償活塞174上端部，該補償活塞174向油腔172及滑閘174的上端部傳遞壓力，平銜逼迫滑閘上液體壓力。位于PWCH的灌油部分的上端部和下端部處的灌油口182和灌油口184可在組裝后用以向油腔172及電線腔168灌油。在補償活塞內(nèi)的一個減壓閥186容許在組裝時將油腔加壓至比泥漿腔164的壓力高至6.895×105帕(即是，在組裝時的大氣壓力)。
PWCH的上端部為電線電纜30提供機械和電氣連接(圖2)。連接器組件170有九個電絕緣的銷件，每個銷件有相應(yīng)的用以電氣連接電纜30的獨立電線的絕緣軟辮線電纜188。一個連接器夾持器189穿過耦合器154暴露端部以便支承該連接器。下文將更詳細地討論連接器組件170的結(jié)構(gòu)。
為在電纜上組裝PWCH的上端部，先將繩帽套殼焊件152與開縫電纜密封件190、密封螺帽192和上抽吸杯心桿194與下抽吸杯心桿196一起穿過電纜的端部。將一個標準的、自拉緊的繩蓋帽套殼電纜夾持器197放置在圍繞電纜的端部位置，以便電纜的端部固定在抵靠內(nèi)部臺肩198的繩帽套殼上。電纜的電線連接到來自連接器組件軟辮線電纜188，而繩帽套殼焊件152則連接到帶有車有螺紋開縫環(huán)件156的耦合器154。繩帽套殼通過油脂孔200泵滿以電絕緣的油脂，該油脂可例如為硅油脂。將在下文更詳細討論的抽吸杯202安裝在上抽吸杯心桿194與下抽吸杯心桿196之間，用以限制流動通過PWCH周圍的鉆桿的液體，及建立壓力以便沿鉆桿驅(qū)動PWCH運動，并在井下將PWCH鎖定在DWCH上。上抽吸杯心桿194穿過繩帽套殼焊件152，以便就位支持抽吸杯202，擰緊密封螺帽192。
參看圖8，所示為PWCH上端部的另一種設(shè)計，該PWCH上端部具有兩個抽吸杯202a和202b，兩者相隔一距離L，用以限制在圍繞PWCH的液體流動。當(dāng)采用例如輕質(zhì)和低粘滯性的泥漿進行泵送時，這個種設(shè)計極為有用?？蓪⒁粋€繩帽套殼延伸件204適當(dāng)?shù)剡B接以兩個抽吸杯的心桿。也可用兩個以上的抽吸杯。
參看圖9，抽吸杯202起流動限制作用，并在點A產(chǎn)生一個相應(yīng)的壓力降。因為上游壓力(例如，在B點的壓力)比下游壓力大(例如，在C點的壓力)，在抽吸杯形成一股凈力，該力將抽吸杯及其附設(shè)的儀器推向下游。如圖9A所示，一個抽吸杯(例如，抽吸杯202C)可以另一種方式地定位在靠近儀器206底部處，以便將儀器在管或井內(nèi)下拉。當(dāng)例如將儀器對中調(diào)校以便保護靠近其下游底部的或帶有大的鉆桿/儀器直徑比或小的儀器長度/直徑比的延伸部件時，這種設(shè)計可能特別有用。抽吸杯外表面與鉆桿內(nèi)表面之間的理想徑向間隙Δr是多個因數(shù)的函數(shù)，該因數(shù)包括液體粘滯性在內(nèi)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)每邊的徑向間隙約為0.127厘米(即直徑上的間隙0.254厘米)，適合于最常見的鉆井泥漿。
參看圖10，抽吸杯202是用彈性材料例如VITON或其他碳氟化合物彈性體用注射模制而成，并在一邊有一條直下裂縫210，以便于安裝或拆除，無須將覽索從儀器上解開。抽吸杯的錐形部分214和216分別密接上抽吸杯心桿194下抽吸杯心桿196的相應(yīng)的孔，且該錐形部分有相對于抽吸杯的縱向軸錐度約為7度的外表面。錐形部分的長度有助于將抽吸杯保持在套殼孔內(nèi)。此外，有六個銷件217延伸通過在上、下抽吸杯心桿之間的抽吸杯的孔218，，以便于使用時保持該抽吸杯。圓環(huán)形整平導(dǎo)向裝置219模制在抽吸杯的一個表面內(nèi)，有助于將該抽吸杯剪切成不同的外直徑，以便密接不同大小的鉆桿管徑。也可以用其他彈性材料制成抽吸杯，雖然，制成該抽吸杯的材料以能抵受沿桿壁產(chǎn)生的嚴峻的磨損并能抵受在井中可能遭遇的多種化學(xué)物質(zhì)的侵襲最為理想。其他有用的非彈性材料是諸如黃銅和鋁的軟金屬，或諸如聚四氟乙烯(TEFLONTM)或乙縮醛均聚物樹脂(DELRINTM)的硬塑料。非彈性材料制成的抽吸杯可制成兩個重疊件，以便安裝在一個預(yù)先組裝好的儀器上。
參看圖11，PWCH的連接器插座組件140有一系列連接器插座接觸部220，該連接器插座接觸部配置成圍繞一條共同軸線222。該接觸部間具有一個線性間距d，該間距d與DWCH的連接器插頭組件的連接器插頭的間距相當(dāng)(圖6A)，其還具有刮子密封件224。該接觸部220與刮子密封件224均各支承在相應(yīng)的絕緣體226內(nèi)。所包含的該接觸部、刮子密封件和絕緣體以層疊方式盛裝在外套筒228內(nèi)，該外套筒位于尾端擋環(huán)230與上心桿232之間。
參看圖12及圖13，每個接觸部220用一塊導(dǎo)電材料加工，該材料可例如為鈹銅，其并具有一個包括八個(最好是六個或以上)延伸的指形件236的套筒部分234。接觸部220最好是鍍金的。指形件236的形狀呈徑向向內(nèi)彎曲狀，換句話說，從套筒部分234至遠端部237，具有由一個徑向向內(nèi)延伸的第一個部分238和一個徑向向外延伸的第二個部分240形成的一個徑向最內(nèi)的部分242，該徑向最內(nèi)的部分的接觸部長度dc約為0.38厘米。從一塊材料加工的接觸部220，在處于如所示的松弛狀態(tài)下，指形件236沒有使之傾向減少其抗疲勞性的殘余彎曲應(yīng)力。
按相對的指形件的接觸表面242測量的觸部接220的內(nèi)徑d1，比DWCH的連接器插頭的接觸環(huán)102的外直徑略小(圖6A)，因而在與連接器插頭接合時，將指形件236向外推動，以便在接觸表面242及插頭的接觸環(huán)102之間提供一種接觸壓力。每個指形件在其接觸表面242退拔至最小的程度處，其在圓周界上的寬度為w。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)加工該接觸部使接觸表面242的長度dc約為指形件總長度df的四分一，而指形件的徑向厚度t則約為套筒234內(nèi)表面與接觸表面242之間的徑向距離r的百分之七十五，以致造成接觸部的構(gòu)造可能承受重復(fù)性的接合。
刮子密封件224最好是用具有彈性性能的碳氟化合物彈性體模制而成，該彈性體可例如為VITONTM。刮子密封件224的內(nèi)徑也略小于連接器插頭的接觸部的外徑，因而在接合時，刮子密封件傾向于刮擦插頭接觸部表面的碎屑。接觸部的內(nèi)徑d1與刮子密封件的的內(nèi)徑d2最好相等。刮子密封件224是用電絕緣材料模制而成的，以便在出現(xiàn)導(dǎo)電液體時，可以減少接觸部之間短路的可能性。
接觸部220有一個焊接凸片244，加工在套筒部分234的一側(cè)面，該凸片用以電氣連接電線246。正如圖12所示，當(dāng)將已接線的接觸部220插入絕緣體226內(nèi)時，電線246鋪設(shè)通過絕緣體中的一個孔248。絕緣體另外的孔248的調(diào)校銷250密接在刮子密封件224的外槽252內(nèi)，以便調(diào)校該刮子密封件，使之與該電絕緣體校直。在刮子密封件224上的切口254密接地環(huán)繞凸片244。絕緣體226與刮子密封件224分別形成有足夠數(shù)量的孔248和槽252，以便將來自連接器插座的每個接觸部220的電線246鋪設(shè)在連接器組件的上端部，以便連接到密封組件170(圖7B)。
當(dāng)接觸部220插入絕緣體226后，接觸指形件的遠端部237處于由絕緣體的內(nèi)唇部258形成的軸向槽256內(nèi)。當(dāng)從DWCH解除PWCH時，該內(nèi)唇部258保護指形件的遠端部，使之避免受連接器插頭的組裝表面所抓獲。
參看圖14，PWCH的連接器組件170有一個用諸如聚乙基酮(polyethylketone)、聚乙基醚酮(polyethyletherketone)或聚芳基醚酮(polyaryletherketone)的電絕緣材料模制而成的連接器主體280。連接器主體280設(shè)計成可抵受高的靜壓力差，例如在跨越0-形槽281的O-形密封件上該壓力差最高可達至1.0343×108帕。該主體還具有貫穿孔282以將連接到導(dǎo)線286的導(dǎo)電銷件284壓插于其內(nèi)。(導(dǎo)線286形成圖7B所示的軟辮線電纜188)。將鍍黃金的17-4不銹鋼質(zhì)銷件284就位壓插，直至其下凸緣288抵靠在連接器主體的埋頭孔290底為止。為密封該連接器主體與導(dǎo)線之間的交界面，在腐蝕清除每個電線上的絕緣材料以使密封材料可更好地黏附之后，圍繞該電信號連接器主體將導(dǎo)線密封件292就位模制。密封件292必須能抵受連接器組件所能經(jīng)受的達至最高為1.0343×108帕的高的壓力差。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)諸如VITONTM與KALREZTM的某些高溫度的碳氟化合物彈性體用以造刮子密封件292效果良好。
要在連接主體280的表層294上形成在相鄰的銷284件之間與該銷件和耦合器154之間(圖7B)的電弧屏障，分別在上凸緣288和下凸緣298之間環(huán)繞每個銷件284就位模制獨立銷件絕緣體296。絕緣體296延伸通過在連接器主體的表層294的表平面約0.305厘米，且最好用諸如VITONTM或KALREZTM的高溫的碳氟化合物彈性體模制而成。絕緣體296防止例如因潮濕空氣或液體滲入PWCH的電線腔168(圖7B)造成沿連接器主體表層294產(chǎn)生電弧。除了保護不需要電弧外，在存儲及運輸過程中，該絕緣體296還有助于將在連接器主體內(nèi)部的銷件284與導(dǎo)線286之間密封，以將潮濕的水分密封于其外。
參看圖15，連接器主體280的外徑db約為2.413厘米，以便可密接典型的小的井下儀器的內(nèi)徑(比如低于2.54厘米)。已組裝的連接器有一個具有就個銷件284的圓環(huán)形的陣列，每個銷件各有相應(yīng)的絕緣體296和導(dǎo)線286。
權(quán)利要求
1.一個在電纜上配合井下工具使用泵送通過鉆井套管或鉆桿下井的悶頭接合器，其特征在于，所述悶頭接合器包括一個外套殼，所述外套殼在其頂部具有連接到所述電纜的上部連接器，在其底部還具有連接到所述井下工具的下部連接器；一個圓形抽吸杯，所述抽吸杯確定一個暴露于流動的泵液的表面區(qū)域，所述抽吸杯可活拆卸地連接，所述抽吸杯具有一個外徑，所述外徑所圍包的一個投影面積比所述井下工具的投影面積為大，所述投影面積是在橫切所述鉆井套管或鉆桿的平面上測量的。
2.如權(quán)利要求1所述悶頭接合器，其特征在于，其中所述外套殼包括下套殼部分；及上套殼部分，所述上套殼部分構(gòu)造成與所述下套殼部分可拆卸開，而所述抽吸杯保持在所述上套殼部分和下套殼部分之間。
3.如權(quán)利要求2所述悶頭接合器，其特征在于，所述抽吸杯由具有彈性特性的材料制成，所述抽吸杯壓縮在所述上套殼部分和所述下套殼部分之間。
4.如權(quán)利要求3所述悶頭接合器，其特征在于，所述外套殼還包括有所述抽吸杯的支持銷件所述抽吸杯支持銷件穿過所述抽吸杯延伸在所述上套殼部分和下套殼部分之間。
5.如權(quán)利要求3所述悶頭接合器，其特征在于，所述下套殼部分包括一個下主體，所述下主體確定一個臺肩，并有一個軸桿，所述軸桿從所述臺肩延伸通過所述抽吸杯，所述軸桿具有一個車有螺紋的端部；一個下抽吸杯支持銷件套管，所述下抽吸杯支持銷件套管可轉(zhuǎn)動地配置在圍繞所述臺肩與所述抽吸杯之間的軸桿處；所述上套殼部分包括一個螺帽，其以壓縮所述抽吸杯的方式嚙合在軸桿車有螺紋的端部部分上；一個上抽吸杯支持銷件套管，所述上抽吸杯支持銷件套管可轉(zhuǎn)動地配置在圍繞所述臺螺帽與所述抽吸杯之間的軸桿處。
6.如權(quán)利要求3所述悶頭接合器，其特征在于，所述上、下套殼部分中的至少一個套殼部分確定一個內(nèi)孔，其以保持所述抽吸杯的方式軸向地重疊在所述抽吸杯的外表面。
7.如權(quán)利要求6所述悶頭接合器，其特征在于，所述內(nèi)孔確定一個具有一個錐角的截頭錐體表面，在相對于所述抽吸杯的軸線上測量時，所述錐角的錐度在約為五至十度之間。
8.如權(quán)利要求段所述悶頭接合器，其特征在于，所述外套殼確定一個內(nèi)孔，所述內(nèi)孔可穿以所述電纜通過，使得井下工具可與所述悶頭接合器電氣連接，所述外套殼的頂部連接件包括一個用以密封電纜與外套殼之間的金屬封油環(huán)；一個用以壓縮圍繞該電纜的封油環(huán)的金屬封油環(huán)螺帽。
9.一個包括如權(quán)利要求1所述悶頭接合器及測井工具的裝置，其特征在于，所述裝置接連到所述接合器外套殼的底部連接件上。
10.如權(quán)利要求9所述裝置，其特征在于，所述測井工具還包括圓形抽吸杯，所述抽吸杯連接在所述測井工具的下端部，所述抽吸杯確定一個暴露于流動的泵液的表面區(qū)域，所述抽吸杯可活拆卸地連接，所述抽吸杯具有一個外徑，所述外徑所圍包的一個投影面積比所述井下工具的投影面積為大，所述投影面積是在橫切所述鉆井套管或鉆桿的平面上測量的。
全文摘要
一個用于井下工具的悶頭接合器,在電纜上泵下鉆井套管或鉆桿。接合器包括套殼組件,其有上部連接件用以將套殼組件連接到電纜,而下部連接件用以套殼組件連接到井下工具。接合器有圓形的抽吸杯,其有確定暴露于流動泵液的表面。抽吸杯可拆卸地連接到套殼,其有一外徑,該外徑所圍包的一個投影面積比該儀器的投影面積為大,該投影面積是在橫切該鉆井套管或鉆桿的平面上測量的。
文檔編號E21B21/00GK1199130SQ98104499
公開日1998年11月18日 申請日期1998年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月19日
發(fā)明者W·R·奔森, A·J·沙姆帕 申請人:施盧默格海外有限公司