кольцевое электрическое "мокрое" соединение

Формула изобретения

1. Трубчатый соединитель для сборки в скважине, содержащий трубчатый охватывающий компонент, имеющий сквозной канал и, по меньшей мере, один электрический контакт, прилегающий к внутренней стенке, образующей этот канал,

трубчатый охватываемый компонент, имеющий сквозной канал и, по меньшей мере, один электрический контакт, прилегающий к наружной стенке этого компонента,

съемный чехол на контакте, по меньшей мере, одного из указанных компонентов,

причем, по меньшей мере, один из упомянутых контактов включает, по меньшей мере, один проводящий упругий элемент.

2. Соединитель по п.1, в котором при соединении охватываемого и охватывающего компонентов происходит снятие чехла.

3. Соединитель по п.2, в котором контакт как на охватываемом, так и на охватывающем компонентах имеет съемный чехол.

4. Соединитель по п.3, в котором на охватываемом компоненте имеется уступ, снимающий чехол с контакта на охватывающем компоненте, и на охватывающем компоненте имеется уступ, снимающий чехол с контакта на охватываемом компоненте.

5. Соединитель по п.3, в котором чехлы входят в соприкосновение, когда компоненты сдвигаются вместе, чтобы обнажить контакты на охватываемом и охватывающем компонентах.

6. Соединитель по п.3, в котором чехлы выполнены с возможностью удаления химическим путем, давлением или приложенной механической силой, чтобы обнажить контакты на охватываемом и охватывающем компонентах перед их совмещением.

7. Соединитель по п.1, в котором контакты на охватываемом и охватывающем компонентах вытянуты по дуге, по меньшей мере, на 180°.

8. Соединитель по п.1, в котором упругий элемент включает дугообразную пружину.

9. Соединитель по п.7, в котором контакты имеют сопрягаемые контактные поверхности цилиндрической формы.

10. Трубчатый соединитель для сборки в скважине, содержащий трубчатый охватывающий компонент, имеющий сквозной канал и, по меньшей мере, один электрический контакт, прилегающий к внутренней стенке, образующей этот канал,

трубчатый охватываемый компонент, имеющий сквозной канал и, по меньшей мере, один электрический контакт, прилегающий к наружной стенке этого компонента,

причем, по меньшей мере, один из упомянутых контактов включает, по меньшей мере, один проводящий упругий элемент, и контакты на охватываемом и охватывающем компонентах протянуты по дуге, по меньшей мере, на 180°.

11. Соединитель по п.10, в котором упругий элемент включает дугообразную пружину.

12. Соединитель по п.10, в котором контакты имеют сопрягаемые контактные поверхности цилиндрической формы.

13. Соединитель по п.10, дополнительно имеющий съемный чехол на контакте, по меньшей мере, одного из компонентов.

14. Соединитель по п.13, в котором при соединении охватываемого и охватывающего компонентов происходит снятие чехла.

15. Соединитель по п.14, в котором контакт как на охватываемом, так и на охватывающем компонентах имеет съемный чехол.

16. Соединитель по п.15, в котором на охватываемом компоненте имеется уступ, снимающий чехол с контакта на охватывающем компоненте, и на охватывающем компоненте имеется уступ, снимающий чехол с контакта на охватываемом компоненте.

17. Соединитель по п.15, в котором чехлы входят в соприкосновение, когда сдвигаются компоненты, чтобы обнажить контакты на охватываемом и охватывающем компонентах.

18. Соединитель по п.15, в котором чехлы выполнены с возможностью удаления химическим путем, давлением или приложенной механической силой, чтобы обнажить контакты на охватываемом и охватывающем компонентах перед их совмещением.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к области соединений, которые могут выполняться в скважине во влажной среде для замыкания силовых и сигнальных цепей.

Предпосылки создания изобретения

Для работы датчиков и различного скважинного инструмента требуется подвод питания и передача сигналов по электрическим цепям. В некоторых случаях для подключения к этим цепям требуется выполнять соединения в скважине. Помимо соединения силовых цепей и цепей передачи сигналов, также в скважине бывает необходимо соединить цепи линий управления или трубчатые элементы, сквозь которые может быть пропущен волоконно-оптический кабель различного назначения.

Так называемые "мокрые соединители" для электрических цепей, относящиеся к одному из типов, включают охватываемый компонент с наружным контактным кольцом и охватывающий сопрягаемый компонент с кольцом на внутренней поверхности. Часть колонны труб, находящаяся в скважине, обычно имеет первую стыковочную втулку с направленным вверх охватывающим компонентом. У колонны труб, опускаемой с поверхности, имеется вторая стыковочная втулка с вытянутым вниз охватываемым компонентом. Опускаемая стыковочная втулка ориентируется вращением по мере ее приближения к охватывающей стыковочной втулке с тем, чтобы охватываемый компонент с кольцами и охватывающий компонент расположились по одной линии, после чего они сдвигаются, пока их электрические контакты не оказываются друг против друга, замыкая цепи. Некоторые примеры приведены в US 6439932 и US 4510797. "Мокрые" соединители для осуществления аналогичным образом трубных соединений описаны в US 6755253, US 6390193 и US 6186229. Некоторые соединители совмещают соединение электрических линий и гидравлических линий, как это показано в US 6209648. "Мокрые" соединители для проводных линий, содержащие индексирующий элемент без основного отверстия в соединении, описаны в US 5058683.

В некоторых соединителях имеется полированное приемное отверстие и вставляемая в него колонна труб. В приемном отверстии имеется радиально выступающий в отверстие электрод, а на наружной поверхности колонны труб имеется по кругу кольцо в виде открытой спирали с отогнутыми краями. Когда колонна труб полностью опущена в полированное приемное отверстие, происходит соединение центрального трубопровода, и отогнутые язычки "находят" электрод, устанавливая электрическое соединение в полированном приемном отверстии, не используя вращательного совмещения. Эта конструкция описана в US 5577925.

В настоящем изобретении поставлена и решена задача создания "мокрого" соединителя, в котором имеется одно или более круговых проводящих колец, охватывающих снаружи охватываемый компонент и расположенных внутри охватывающего компонента, для обеспечения надежного контакта при их осевом совмещении без необходимости какой-либо вращательной ориентации. Контакт, при необходимости, сохраняется при непрерывном повороте на угол практически 360 градусов или менее. Выступающие компоненты, которые могут быть отломаны при опускании в скважину, где производится соединение, не используются, а вместо них имеются цилиндрические совмещаемые контактные поверхности для обеспечения более надежного соединения. На время спуска контакты могут быть закрыты для их защиты от скважинных флюидов и механических повреждений при спуске, пока не будет выполнено соединение. В предпочтительном варианте осуществления, в процессе соединения смещаются защитные втулки с обеих соединяемых частей при соединении. Когда контакты совмещены, уплотнители не пропускают текучую среду к области контакта. Эти и другие преимущества настоящего изобретения будут очевидны специалистам при ознакомлении с описанием предпочтительного варианта осуществления и приложенными чертежами, а область патентных притязаний в целом будет понятна из приложенной формулы.

Краткое изложение сущности изобретения

В настоящем изобретении предлагается соединитель, сборка которого производится в скважине и который может соединять силовые электрические цепи или линии передачи сигналов. На охватываемом компоненте имеется одно или более круговых колец и такие же кольца имеются внутри охватывающего компонента. В предпочтительном варианте, до осуществления соединения кольца покрыты съемными втулками. В предпочтительном варианте осуществления втулки сдвигают друг друга в сторону при выполнении стыковки. В предпочтительном варианте кольца выполнены в виде цилиндров на соответствующих опорных частях, составляющих соединитель, для обеспечения надежного контакта и простого соединения при стыковке сдвигаемых частей, без необходимости вращения для достижения требуемого соединения. После выполнения соединения соединенные контакты окружаются уплотнителями для защиты от скважинных флюидов.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 представлен вид соединяемых частей непосредственно перед стыковкой;

на фиг.2 представлен вид частей, изображенных на фиг.1, после завершения стыковки;

на фиг.3 приведено увеличенное изображение контактов на охватывающем компоненте, показывающее дугообразные пружины, упрощающие выполнение соединения;

на фиг.4 приведено детальное изображение готового соединения, показывающее и компоненты прилегающего пакера.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

На фиг.1 показана часть составной части 10 соединительного узла, установленного в скважине. Обычно часть соединительного узла 10, называемая охватывающей частью, поддерживается скважинным пакером или якорем. Эта часть содержит одну или более электрических линий 12, которые могут, в свою очередь, включать силовые и/или сигнальные линии, которые, в предпочтительном варианте, проходят в продольном канале в охватывающей части 10, но на фиг.1 показаны схематически. Линии 12 проходят к датчикам или запитываемому скважинному оборудованию или электроинструменту, либо иному скважинному устройству, подключенному к концу 14, причем для ясности изложения все эти устройства не показаны. Контакты 16 и 18 установлены на внутренней стенке 20 охватывающей части 10 на поверхности изоляционного материала 22. Контакты 16 и 18 характеризуются размером дуги по меньшей мере 180 градусов или более, а в предпочтительном варианте, 360 градусов по стенке 20, и на чертеже показана часть с размером дуги 360 градусов для контактов 16 и 18. Изоляционный материал 22 для каждого контакта показан на фиг.3 в виде раздельных секций, но в альтернативном варианте может быть выполнен без разрыва между секциями. В варианте осуществления контакты 16 и 18 могут представлять собой дугообразные пружины 24 и 26. Дугообразные пружины 24 и 26 позволяют перекрыть любой зазор со стыкуемыми контактами, например, 28 и 30, которые установлены на наружной стенке 34 охватываемого компонента 32 и электрически изолированы от нее изолятором 36. Линия 38, которая может представлять собой проводник электрической, сигнальной или какой-либо иной цепи, подходит от конца 40, расположенного обычно на поверхности, и проходит через канал в охватываемом компоненте 32. Во внутренней стенке охватываемого компонента 32 имеется отверстие 42, обеспечивающее соединение с контактами 28 и 30 после того как отверстие герметично закрыто известным способом, предотвращая доступ флюида. Аналогично, через отверстия 46 и 48 обеспечивается доступ к контактам 16 и 18 для присоединения линии 12, после чего они вставляются известным способом.

При спуске колонны труб контакты 28 и 30 закрыты съемной втулкой 50, которая показана закрывающей контакты на фиг.1 и смещенной на изолятор 22 на охватывающей части 10 на фиг.2. По аналогии, контакты 16 и 18 первоначально закрыты втулкой 52, пока она не сдвинута соприкосновением с уступом 54 при осуществлении соединения, показанного на фиг.2. В альтернативном варианте втулки могут сдвигать друг друга при стыковке. На фиг.4 втулки 50 и 52 показаны в смещенном положении после завершения соединения. На фиг.4 контакты 18 и 16 показаны совмещенными с контактами 28 и 30. Кроме того, на фиг.4 показаны пары 56 и 58 уплотнителей, изолирующих контакты 18 и 28 от соприкосновения со скважинными флюидами, а также пары 60 и 62 уплотнителей, изолирующих контактные пары 16 и 30 от соприкосновения со скважинными флюидами, после того как стыковка соединения закончена. В варианте осуществления уплотнители 58 и 60 могут не устанавливаться, а вместо этого дискретные сегменты 22 изолятора могут без разрыва проходить между контактами 16 и 18. Описанные уплотнители, в альтернативном варианте, могут устанавливаться на охватываемом компоненте 32, вместо охватывающего компонента 10, либо, в другом варианте, уплотнители могут быть установлены на обоих компонентах, либо могут не устанавливаться ни на одном из них.

Для специалистов должно быть понятно, что показанные на фиг.3 дугообразные пружины 24, представляющие контакты 16 и 18, также могут иллюстрировать и внешний вид сопрягаемых контактов 28 и 30. Дугообразные пружины 24 могут использоваться для контактов на охватываемом компоненте 32 или на охватывающем компоненте 10, либо для контактов на обоих компонентах, либо ни на одном из них. Поверхности контактов могут быть цилиндрическими, при этом, в предпочтительном варианте, между стыкуемыми контактами должно быть некоторое взаимное давление с тем, чтобы обеспечить их плотное соприкосновение при совмещении для обеспечения хорошей проводимости.

В то время как, в предпочтительном варианте, смещение защитных втулок 50 и 52 происходит непосредственно перед совмещением противолежащих контактов за счет сдвигания частей соединительного узла, могут быть рассмотрены и другие способы удаления втулок, например посредством химического разрушения, приложенного давления или механического воздействия, например сдвигаемые втулки или механизмы с байонетными пазами.

Хотя были описаны по два контакта на каждой стыкующейся части, для специалиста должно быть понятно, что на каждой части может быть использовано меньшее или большее количество контактов, с одинаковым или различным расстояниями на каждой части, для создания одного или нескольких соединений при стыковке узла. Специалисту должно быть понятно, что когда компоненты 10 и 32 полностью сдвинуты при совмещении контактов, для сохранения контакта они будут заблокированы с использованием фиксирующего устройства, известного в уровне техники и поэтому не показанного для большей ясности иллюстрации изобретения. Некоторые из таких устройств включают фиксирующие зажимные втулки или собачки, или байонетные соединения.

В том случае, когда контакты на компонентах 10 и 32 характеризуются размером дуги в полные 360 градусов, в ориентирующих устройствах нет необходимости. Фактически, для каждого компонента достаточно размера по дуге, превышающего на несколько градусов 180 градусов, и достаточный контакт может быть получен без вращательной ориентации при стыковке.

Втулки 50 и 52 обеспечивают защиту контактов от скважинного флюида непосредственно перед окончательной сборкой. Эту функцию принимают на себя уплотнители 56-62 после того, как втулки сдвигаются, и происходит соединение соответствующих контактных пар, предотвращая попадание скважинных флюидов к контактным парам, например парам 18 и 28, и 16 и 30, показанных соединенными на фиг.4.

Приведенное описание является иллюстрацией предпочтительного варианта осуществления, и специалисты могут предложить большое число модификаций в рамках изобретения, область притязаний которого должна буквально и эквивалентно определятся областью притязаний следующей далее формулы.