Кабельный разъем для работы в проводящей среде

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в процессе бурения и эксплуатации наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважин. Технический результат - предотвращение попадания наружной проводящей среды (бурового раствора) в кабельный разъем, что обеспечивает надежную изоляцию контактов от внешней среды и предотвращает утечку электрического тока (сопротивление утечки не менее 50÷100 МОм) и нарушение контакта соединяемых частей разъема. Кабельный разъем состоит из штыревой и гнездовой частей с контактными элементами внутри них и мембраной. Гнездовая часть выполнена в виде цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого выполнена ступенчатой, с контактами, выполненными в виде упругих разрезных колец, закрепленных на гибких траверсах, эластичной мембраной, расположенной со стороны сочленения со штыревой частью, и подпружиненным уплотняющим кольцом, установленным в корпусе с возможностью перемещения. Внутренняя полость гнездовой части заполнена изоляционной жидкостью. Штыревая часть выполнена цилиндрической с конусообразным концом, причем диаметр цилиндрической части штыря больше внутреннего диаметра уплотняющего кольца. 4 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в процессе бурения и эксплуатации наклонно-направленных и горизонтальных нефтегазовых скважин.

Известен кабельный разъем по патенту US №4570709 (опубл. 1986 г.) содержащий корпус, состоящий из двух частей (штыревой и гнездовой), в которых размещены контактные элементы. Контактные элементы выполнены в виде металлических штырей, при механическом соединении обеспечивающих электрический контакт. Гнездовая часть разъема является частью корпуса геофизического прибора, спускаемого в скважину на бурильных трубах. В процессе работы штыревую часть разъема опускают в скважину через бурильные трубы на каротажном кабеле. При стыковке обеих частей разъема электрические контакты соединяются, обеспечивая электрическое питание блоков геофизического прибора и прохождение от него информации по каротажному кабелю на поверхность.

Недостатком данного разъема является возможность попадания бурового раствора во внутреннюю полость кабельного разъема.

Известен герметичный электрический соединитель по а.с.792383 (опубл. 30.12.80), содержащий вилку со штыревыми контактами, размещенными в изоляторе, и центрирующей втулкой, телескопически охватывающей розетку, с гнездами, внутренняя полость которой заполнена изоляционной жидкостью и закрыта со стороны сочленения эластичной диафрагмой, узел взаимной фиксации вилки и розетки, элементы угловой ориентации в виде продольного паза и расположенного в нем пальца, выполненных в центрирующей втулке и в одной из деталей соединителя, и токоподвод, который снабжен цилиндрической деталью, имеющей вес, обеспечивающий прокол диафрагмы штырями, на одном конце которой закреплена розетка, последняя соединена с токопроводом, на части длины размещенном в цилиндрической детали, узел взаимной фиксации выполнен в виде неподвижно установленной на свободном участке токоподвода со стороны, противоположной розетке, втулки, на которой шарнирно закреплена пара одноплечих рычагов, шарнирно связанных с двуплечими рычагами, одни концы которых соединены между собой пружиной, а другие взаимодействуют с кольцевым выступом, выполненным на внутренней поверхности центрирующей втулки, при этом паз имеет заходную часть и образован на цилиндрической детали, а палец - в центрирующей втулке, причем изоляционная жидкость имеет плотность меньшую, чем плотность промывочной жидкости, а изолятор вилки выполнен из гидрофобного материала.

Недостатком данного решения является возможность попадания бурового раствора во внутреннюю полость разъема, что приводит к нарушению контакта соединяемых частей разъема.

Предлагаемым изобретением решается задача предотвращения попадания наружной проводящей среды в кабельный разъем, что обеспечит надежную изоляцию от внешней среды и предотвратит:

1) утечку электрического тока;

2) нарушение контакта соединяемых частей разъема.

Для достижения указанного технического результата в кабельном разъеме для работы в проводящей среде, состоящем из штыревой и гнездовой частей с контактными элементами внутри них и мембраной, гнездовая часть выполнена в виде цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого выполнена ступенчатой, с контактами, выполненными в виде упругих разрезных колец, закрепленных на гибких траверсах, эластичной мембраной, расположенной со стороны сочленения со штыревой частью, и подпружиненным уплотняющим кольцом, установленным в корпусе с возможностью перемещения, причем внутренняя полость гнездовой части заполнена изоляционной жидкостью, штыревая часть выполнена цилиндрической с конусообразным концом, причем диаметр цилиндрической части штыря больше внутреннего диаметра уплотняющего кольца.

Отличительными признаками предлагаемого кабельного разъема от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что гнездовая часть выполнена в виде цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого выполнена ступенчатой, с контактами, выполненными в виде упругих разрезных колец, закрепленных на гибких траверсах, эластичной мембраной, расположенной со стороны сочленения со штыревой частью, и подпружиненным уплотняющим кольцом, установленным в корпусе с возможностью перемещения, причем внутренняя полость гнездовой части заполнена изоляционной жидкостью, штыревая часть выполнена цилиндрической с конусообразным концом, причем диаметр цилиндрической части штыря больше внутреннего диаметра уплотняющего кольца.

Благодаря наличию этих признаков предлагаемая конструкция исключает попадание бурового раствора во внутреннюю полость разъема, обеспечивая надежную герметизацию контактов и нормальную работу прибора при сопротивлении утечки не менее 50...100 МОм.

Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 показана гнездовая часть кабельного разъема.

На фиг.2 показана штыревая часть кабельного разъема.

На фиг.3 показан кабельный разъем в сборе.

На фиг.4 показан процесс вытеснения изоляционной жидкости из гнездовой части кабельного разъема.

Кабельный разъем состоит из гнездовой 1 штыревой 2 частей (фиг.1). Гнездовая часть выполнена в виде цилиндрического корпуса 1 (фиг.1), внутренняя полость которого выполнена ступенчатой. Контактные элементы выполнены в виде упругих разрезных колец 2, закрепленных на гибких траверсах 3. Со стороны сочленения со штыревой частью корпус закрыт эластичной мембраной 4. В корпусе расположено уплотняющее кольцо 5, которое размещено в проточке 6 корпуса и прижато к внутреннему кольцевому уступу пружиной 7. Внутренняя полость гнездовой части заполнена изоляционной жидкостью 8. Штыревая часть выполнена цилиндрической с конусообразным концом 9 и контактными кольцами 10 (фиг.2). Диаметр цилиндрической части штыря 11 больше внутреннего диаметра уплотняющего кольца 5 (фиг.1).

Кабельный разъем для работы в проводящей среде является ключевым элементом технологического комплекса доставки геофизических приборов на забой в процессе бурения и эксплуатации наклонно-направленных скважин, т.е. таких, где прибор нельзя просто опустить на забой на каротажном кабеле. Прибор доставляется на забой на конце колонны из достаточно гибких труб, например, насосно-компрессорных, общее количество которых подобрано так, что они достигают забоя под собственным весом. Геофизический прибор соединяется с колонной труб через кабельный разъем. После сборки в вертикальном стволе скважины внутрь колонны опускают каротажный кабель, снабженный на конце гнездовой частью кабельного разъема, до соединения со штыревой частью, при этом устанавливается электрический контакт с прибором. Соединение может происходить в буровом или ином растворе, заполняющем скважину, при этом для нормальной работы прибора сопротивление утечки должно быть не менее 50...100 МОм.

Работа с предлагаемым кабельным разъемом осуществляется следующим образом.

Каротажный кабель, снабженный на конце гнездовой частью кабельного разъема, опускают внутрь колонны до соединения со штыревой частью. Конусообразный конец штыревой части прокалывает мембрану и входит во внутреннюю полость гнездовой части кабельного разъема, вытесняя наружу изоляционную жидкость, вязкость которой подобрана так, чтобы она свободно выходила в зазор между штыревой частью и корпусом гнездовой части кабельного разъема. В крайнем положении электроды входят в контакт (фиг.3). Уплотнение 5 предотвращает смешивание изоляционной жидкости и бурового раствора, при этом контактные кольца и штыревая часть разъема всегда находятся в изоляционной жидкости, чем и обеспечивается надежная изоляция кабельного разъема для работы в проводящей среде. Изоляционная жидкость находится в кабельном разъеме под давлением, равным наружному, благодаря чему не происходит ее смешение с буровым раствором. Конусообразный конец штыревой части после прокола мембраны при движении во внутренней полости гнездовой части кабельного разъема растягивает уплотняющее кольцо, при этом изоляционная жидкость имеет возможность свободно выходить, отжимая уплотнительное кольцо 5 (фиг.4), затем кольцо прижимается пружиной к внутренней проточке корпуса, что предотвращает попадание наружной проводящей среды внутрь корпуса, обеспечивая надежную изоляцию от внешней среды. Надежному контакту способствует то, что контакты выполнены в виде подвижных упругих разрезных колец, закрепленных на подвижных траверсах. Контакты выполнены в виде упругих разрезных колец с внутренним диаметром меньшим, чем диаметр цилиндрической части штыря, что позволяет обеспечить надежный контакт, т.к. штыревая часть может заходить в гнездовую часть под углом или плотно к одной из стенок, разрезное кольцо при контакте со штыревой частью разжимается и обхватывает ее. Выполнение контактных колец на гибких траверсах также способствует надежному контакту при отклонении штыря от осевого направления.

Кабельный разъем для работы в проводящей среде, состоящий из штыревой и гнездовой частей с контактными элементами внутри них и мембраной, отличающийся тем, что гнездовая часть выполнена в виде цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого выполнена ступенчатой, с контактами, выполненными в виде упругих разрезных колец, закрепленных на гибких траверсах, эластичной мембраной, расположенной со стороны сочленения со штыревой частью, и подпружиненным уплотняющим кольцом, установленным в корпусе с возможностью перемещения, причем внутренняя полость гнездовой части заполнена изоляционной жидкостью, штыревая часть выполнена цилиндрической с конусообразным концом, причем диаметр цилиндрической части штыря больше внутреннего диаметра уплотняющего кольца.