Результат интеллектуальной деятельности: СОЕДИНЕНИЕ КАРОТАЖНОГО КАБЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, применяемым при геофизических исследованиях скважин, и для контроля параметров в работающих скважинах, и предназначается для электрического и механического соединения геофизического кабеля со скважинным прибором.

Известен кабельный наконечник по патенту РФ на полезную модель №82761. Полезная модель относится к технике для промыслово-геофизических исследований скважин и направлена на повышение надежности кабельного наконечника, точности его измерений, улучшение технологичности обслуживания, а также удешевление процесса его изготовления и сборки за счет упрощения конструкции. Указанный технический результат достигается тем, что кабельный наконечник, содержит корпус, узел связи с кабелем, узел механического и электрического соединения наконечника со скважинным прибором, механизм формирования сигнала индикации натяжения с чувствительным к натяжению элементом и компенсатор внешнего давления. Чувствительный к натяжению элемент выполнен в виде поршня. Механизм формирования сигнала включает в себя камеру, заполненную гидравлической жидкостью, и датчик давления, которые соединены между собой посредством канала, выполненного в поршне. Поршень снабжен зонами уплотнения и совместно с корпусом образует компенсатор внешнего давления. Компенсатор давления содержит компенсационную камеру, которая каналом в корпусе связана с внешней средой. Поршень может быть снабжен тремя зонами уплотнения, при этом разница по величине площади поперечных сечений двух из них равна площади поперечного сечения третьей зоны уплотнения. Недостатком кабельного наконечника является необходимость соединения и разъединения кабеля со скважинным прибором на поверхности.

Известна муфта кабельная по патенту РФ на полезную модель №126218. Муфта кабельная, содержит корпус с заполненным компаундом хвостовиком переменного сечения со стороны ввода кабеля и цилиндрической расточкой с противоположной стороны, последовательно установленные в цилиндрической расточке корпуса: первую опорную вставку, уплотнители, вторую опорную вставку и разделительную шайбу, и опертую на первую опорную вставку гайку с наружной резьбой, установленную на внутренней резьбе расточки корпуса, а также штепсельные наконечники, смонтированные в сквозных направляющих отверстиях первой опорной вставки, которая со стороны, обращенной к уплотнителю, имеет отверстия для соединения каждого наконечника с проводником токоведущей жилы кабеля, при этом уплотнители выполнены в виде двух шайб, одна из которых выполнена из фторсиликона, а другая - из диэлектрического силикона, опорные вставки выполнены из полифениленсульфида, а разделительная шайба - из силиконового герметика. Корпус выполнен с фланцем, имеющим два отверстия для крепления к соединителю погружного электродвигателя или к транспортировочной крышке. Внутренняя полость хвостовика корпуса заполнена термореактивным компаундом, имеющим в отвержденном состоянии разрушающее напряжение при статическом изгибе, кгс/см2, не менее 450. Каждый наконечник выполнен со сферическим концом и с постоянным наружным диаметром по всей длине, а со стороны, противоположной сферическому концу, - с глухим резьбовым отверстием для ввинчивания проводника одной из жил кабеля. Первая опорная вставка выполнена большей толщины, чем вторая опорная вставка. Длина жилы в части, выступающей из опорной вставки к наконечнику, не превышает 2 диаметра последнего. Первая и вторая опорные вставки, уплотнитель и разделительная шайба имеют по три сквозных отверстия для токопроводящих жил кабеля и наконечников, оси которых расположены в вершинах равностороннего треугольника соосно друг другу. Первая и вторая опорные вставка выполнены каждая с уступом, причем уступ первой опорной вставки сопряжен с гайкой, а уступ второй опорной вставки сопряжен с ответным уступом, выполненным в корпусе. Хвостовик корпуса выполнен расширяющимся в сечении, проходящим через отверстия фланца и сужающимся в перпендикулярном ему сечении. На корпус установлена транспортировочная крышка, закрывающая наконечники, снабженная монтажным резиновым кольцом. Недостатком муфты кабельной является соединение через фланец со скважинной аппаратурой, которое может быть разобрано после ее подъема.

Известен кабельный наконечник для спуска аппарата в скважину по патенту РФ на полезную модель №106652. Кабельный наконечник содержит верхний и нижний корпусы, жестко соединенные между собой, и узел фиксации кабеля, расположенный в нижнем корпусе, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным узлом фиксации кабеля цангового типа, расположенным над основным узлом фиксации и характеризующимся таким усилием фиксации, которое допускает осевое перемещение кабеля от нагрузки, превышающей вес аппарата не менее чем в два раза, при этом кабель между основным и дополнительным узлами его фиксации имеет участок, свободный от натяжения, длина которого обеспечивает возможность необходимого торможения кабеля при его осевом перемещении в дополнительном узле фиксации и передачу безопасной нагрузки на основной узел фиксации. Дополнительный узел фиксации выполнен в виде цанги и связанной с ней конической втулки, взаимодействующей с нижним корпусом. В случае применения прострелочно-взрывного аппарата над дополнительным узлом фиксации кабеля, в верхнем корпусе, зафиксирован диск, рассчитанный на срезание от нагрузки при срабатывании прострелочно-взрывного аппарата. Срезной диск выполнен с радиальным пазом под кабель. Кабель в зоне дополнительного узла фиксации и на участке, свободном от натяжения, имеет защиту, предотвращающую его от разрушения. Недостатком кабельного наконечника является то, что он выполнен заодно со скважинным прибором.

Известна кабельная секция по патенту РФ на полезную модель №17197. Кабельная секция содержит провода, внутри корпуса, два разъема электросоединителя на концах и герметичный кабельный наконечник, отличающаяся тем, что корпус выполнен как минимум из двух электрически изолированных друг от друга частей, оба разъема электросоединителя установлены в стаканах, которые имеют возможность осевого перемещения, подпружинены и зафиксированы от поворота, провода внутри стаканов выполнены со спиральными участками. Металлический корпус выполнен из двух частей, соединенных трубой с эластичным диэлектрическим покрытием на внешней поверхности. Труба с эластичным диэлектрическим покрытием имеет возможность осевого перемещения в одной из частей корпуса. Кабельный наконечник содержит упорную и электроизоляционную шайбу, упругую манжету с коническими выступами по числу электровводов. Обе части металлического корпуса загерметизированы относительно окружающей среды. Недостатком кабельной секции является необходимость соединения и разъединения кабельной секции со скважинным прибором на поверхности.

Известен кабельный наконечник по патенту РФ на полезную модель №18184. Кабельный наконечник, содержит цилиндрический корпус с днищем, имеющим сквозное отверстие для ввода электропроводки разводки, зажимную втулку и гайку, электровводы электросоединителя, отличающийся тем, что на внутреннем торце днища установлены последовательно упорная шайба, например, металлическая, жесткая электроизоляционная шайба, упругая манжета, поджатая втулкой, зафиксированной гайкой, а через отверстия в электроизолированной шайбе и упругой манжете проходят электровводы и электропроводка разводки. Упругая манжета выполнена в форме цилиндра или усеченного конуса с коническими выступами на одном из торцов по числу электровводов. Основной диаметр электровводов, опорные площадки установлены в жесткой электроизоляционной шайбе в выемках, совмещенных с отверстиями под электровводы. Электровводы проходят через отверстия в дистанционно-предохранительной шайбе. Недостатком кабельного наконечника является то, что он выполнен заодно со скважинным прибором.

Известен кабельный наконечник по патенту РФ на полезную модель №90842. Полезная модель относится к технике для промыслово-геофизических исследований скважин и направлена на создание кабельного наконечника, позволяющего расширить область его применения. Указанный технический результат достигается тем, что кабельный наконечник, содержит корпус, узел связи с кабелем, имеющим по крайней мере одну жилу, узел механического и электрического соединения наконечника со скважинным прибором, механизм формирования сигнала индикации натяжения с датчиком давления. Датчик давления соединен с узлом электрического соединения наконечника со скважинным прибором с возможностью передачи сигнала в блок обработки информации, расположенный в скважинном приборе. Недостатком кабельного наконечника является то, что он выполнен заодно со скважинным прибором.

Известен герметичный электрический соединитель по патенту РФ на изобретение №2484566 (прототип). Герметичный электрический соединитель, содержит кабельный наконечник, розетку, накидную гайку и две втулки с конусными поверхностями для фиксации брони геофизического кабеля, кабельный наконечник выполнен составным, из соединенных посредством резьбы верхнего и нижнего корпусов. При этом накидная гайка и две втулки с конусными поверхностями крепятся к верхней части верхнего корпуса, в которой выполнена расточка для установки упорной шайбы и уплотнительных элементов. На внешней конусной втулке выполнена фаска, а упорная шайба выполнена из металла с меньшей твердостью, чем проволока брони кабеля. В нижнем корпусе расположен штыревой контакт в изоляторе, на который надевают втулку, предохраняющую от пробоя и служащую упором, воспринимающем усилие состыковки с розеткой. Розетка выполнена съемной, в виде корпуса, в который запрессованы с одной стороны гнездовой контакт, а с другой - хвостовик, образующие гермоввод. Сопряжение втулки, изолятора и гермоввода выполнено ступенчатым. Розетку с корпусом механически соединяют с помощью накидной гайки. Недостатком изобретения является соединение электрического соединителя со скважинным прибором по резьбе, что препятствует отсоединению кабеля без подъема скважинного прибора.

Задачами создания изобретения являются: повышение надежности электрического соединения геофизического кабеля со скважинной аппаратурой, а также обеспечение возможности соединения каротажного кабеля со скважинным прибором после его спуска в скважину и возможности разъединения каротажного кабеля со скважинным прибором перед его подъемом на колонне труб.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что соединение каротажного кабеля включает соединяемые контакты, выполненные из токопроводящего материала и установленные в изоляторах, к которым подведены провода каротажного кабеля и скважинного прибора, верхний контакт выполнен сменным и установлен на спускаемом каротажном кабеле, а нижний контакт установлен на скважинном приборе, причем оба контакта выполнены из разнополярных магнитов и взаимно притягиваются друг к другу, рабочая поверхность нижнего контакта выполнена сферической, а рабочая поверхность верхнего сменного контакта может быть выполнена в зависимости от величины нагрузки плоской, конической или сферической, что обеспечивает соединение рабочих поверхностей в точке, по линии или по поверхности. Верхний электрический контакт закреплен на резьбе в токопроводящем держателе, в центральном отверстии которого зажат винтом провод каротажного кабеля, держатель через верхний изолятор установлен в корпусе верхнего электрического контакта и закреплен на каротажном кабеле установочным винтом. Нижний электрический контакт выполнен в виде зафиксированного гайкой в отверстии нижнего изолятора контактного стержня, на нижнем изоляторе выполнен кольцевой выступ, за который он закреплен переводником, соединяющим скважинный прибор с колонной труб к втулке, соединенной накидной гайкой с корпусом скважинного прибора. Верхний и нижний контакты могут быть выполнены с установленными разнополярными магнитными вставками на соприкасающихся рабочих поверхностях. В качестве магнитных вставок используются мощные редкоземельные неодимовые магниты NdFeB. Усилие сцепления магнитов не менее 10 кгс.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, т.е. удовлетворяет всем критериям изобретения. Изобретательский уровень подтверждается тем, что новая совокупность существенных признаков обеспечивает получение нового технического результата. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении соединения каротажного кабеля применяются недефицитные материалы и известные технологии.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-5, где:

на фиг. 1 показано соединение каротажного кабеля,

на фиг. 2 показано соединение каротажного кабеля с точечным соединением,

на фиг. 3 показано соединение каротажного кабеля с соединением по линии,

на фиг. 4 показано соединение каротажного кабеля с соединением по поверхности,

на фиг. 5 показано соединение каротажного кабеля, в котором контакты выполнены из токопроводящего материала с установленными на соприкасающихся поверхностях вставками из магнитов.

Соединение каротажного кабеля состоит из соединяемых контактов 1 и 2, выполненных из токопроводящего материала и установленных в изоляторах 3 и 4, к которым подведены провода каротажного кабеля 5 и скважинного прибора 6, верхний контакт 1 выполнен сменным и установлен на спускаемом каротажном кабеле 7, а нижний контакт 2 установлен на скважинном приборе 8, причем оба контакта 1 и 2 выполнены из разнополярных магнитов и взаимно притягиваются друг к другу, рабочая поверхность 9 нижнего контакта 2 выполнена сферической, а рабочая поверхность 10 верхнего сменного контакта 1 может быть выполнена в зависимости от величины нагрузки плоской 11, конической 12 или сферической 13, что обеспечивает соединение рабочих поверхностей 9, 10 в точке, по линии или по поверхности. Верхний электрический контакт 1 закреплен на резьбе 14 в токопроводящем держателе 15, в центральном отверстии 16 которого зажат винтом 17 провод каротажного кабеля 7, держатель 15 через верхний изолятор 3 установлен в корпусе 18 верхнего электрического контакта 1 и закреплен на каротажном кабеле 7 установочным винтом 19. Нижний электрический контакт 2 выполнен в виде зафиксированного гайкой 20 в отверстии 21 нижнего изолятора 4 контактного стержня 22, на нижнем изоляторе 4 выполнен кольцевой выступ 23, за который он закреплен переводником 24, соединяющим скважинный прибор 8 с колонной труб 25 к втулке 26, соединенной накидной гайкой 27 с корпусом скважинного прибора 8. Верхний 1 и нижний 2 контакты могут быть выполнены с установленными разнополярными магнитными вставками 28, 29 на соприкасающихся рабочих поверхностях 9, 10. В качестве магнитных вставок используются мощные редкоземельные неодимовые магниты NdFeB. Усилие сцепления магнитов не менее 10 кгс.

Соединение каротажного кабеля работает следующим образом. Скважинный прибор 8 спускается на колонне труб 25 в скважину. Для соединения с наземной аппаратурой (на иллюстрациях не показана) в скважину на глубину установки скважинного прибора 8 спускается каротажный кабель 7, на котором установочным винтом 19 закреплен корпус 18 верхнего электрического контакта 1. Провод каротажного кабеля 5 входит в отверстие 16 и зажимается винтом 17 в токопроводящем держателе 15, который установлен в корпусе 18 через верхний изолятор 3. В держателе 15 на резьбе 14 установлен верхний электрический контакт 1. К скважинному прибору 8 через нижний изолятор 4 крепится гайкой 20 нижний контакт 2 с которым соединен провод скважинного прибора 6. Контакты 1 и 2 выполнены из разнополярных магнитов и притягиваются друг к другу, соединяя электрически провод каротажного кабеля 5 и скважинного прибора 6. Для повышения технологичности изготовления, контакты 1 и 2 могут быть выполнены из электропроводного материала с вставками 28, 29 из мощных разнополярных редкоземельных неодимовых магнитов. Для замены верхнего контакта 1 отворачивается резьба 14 и контакт 1 заменяется на контакт с другой формой рабочей поверхности 10. Изменением формы рабочей поверхности 10 можно изменять усилие сцепления магнитов, которое зависит от площади соприкасающихся поверхностей и электрическую мощность, передаваемую через соединение.

Применение изобретения позволило:

1. Обеспечить электрическое питание скважинной аппаратуры.

2. Повысить надежность электрического соединения геофизического кабеля со скважинной аппаратурой.

3. Увеличить площадь контакта для повышения возможной силы тока.

4. Обеспечить возможность соединения каротажного кабеля со скважинным прибором после его спуска в скважину.

5. Обеспечить возможность разъединения каротажного кабеля со скважинным прибором перед его подъемом на колонне труб.

6. Снизить время и уменьшить сложность аварийных работ, так как каротажный кабель может быть поднят без подъема скважинной аппаратуры.

7. Обеспечить регулировку усилия сцепления магнитов.

8. Обеспечить регулировку мощности, передаваемую через соединение.