Dispositif de connexion pour le raccordement mécanique et électrique d'un câble multi-conducteurs à une sonde de puits

Abstract

 -Dispositif de connexion permettant d'effectuer un raccordement mécanique et électrique d'un câble multi-conducteurs à une sonde de puits.
-Il comporte un disque de séparation (13) traversé par une pluralité de broches (18), se raccordant du côté de la sonde (2) avec un connecteur femelle (10) et du côté opposé avec des tiges creuses (42) reliées électriquement aux conducteurs (34) du câble, un manchon d'isolement (20) pourvu d'un embout (29) de fixation du câble, à l'intérieur duquel s'effectuent les connexions des tiges aux conducteurs du câble, l'emboîtement du manchon à l'extrémité du corps de sonde et sa fixation à celui-ci par un écrou (24) et un contre-écrou (26) ayant pour effet, en même temps, d'isoler de façon étanche l'intérieur du corps et du manchon et d'interconnecter les conducteurs électriques du câble avec ceux de la sonde.
- Application à la réalisation d'une sonde de puits pour la prospection sismique par exemple.

Description

[0001] L'invention a pour objet un dispositif de connexion permettant le raccordement mécanique et électrique de sondes de puits à un câble électro-porteur.

[0002] Les mesures dans les forages sont effectuées au moyen de capteurs contenus généralement dans une ou plusieurs sondes descendues, depuis une installation de surface, à l'extrémité d'un câble dit électro-­porteur capable de supporter le poids des sondes et constitué d'une pluralité de conducteurs électriques. Une des sondes au moins comporte des bras d'ancrage actionnés par des vérins. Le liquide nécessaire au fonctionnement des vérins est produit par un système hydraulique mû généralement par un moteur électrique alimenté depuis une installation de surface par l'intermédiaire de conducteurs électriques du câble.

[0003] La manoeuvre des bras d'ancrage permettant d'immobiliser la sonde (ou les sondes) à une profondeur déterminée dans le puits ou forage, est commandée au moyen d'électro-vannes reliées par un ou plusieurs conducteurs à l'installation en surface. D'autres conducteurs électriques servent à relier à un laboratoire d'enregistrement différents capteurs contenus dans les sondes et notamment les différents capteurs utilisés pour déterminer les caractéristiques des formations du sous-sol environnant le forage.

[0004] Les nécessités de la prospection sismique où l'on doit obtenir le plus rapidement possible des enregistrements détaillés de profils sismiques conduisent à utiliser un nombre de plus en plus grand de capteurs et à les répartir dans un ensemble de sondes suspendues les unes au-dessous des autres. Les différents signaux issus des différents capteurs sont collectés par un appareil d'acquisition de données conçu pour multiplexer, numériser et adapter ces signaux avant de les transmettre par l'intermédiaire d'une ou plusieurs lignes du câble au laboratoire sismique en surface.

[0005] L'acquisition des données est coordonnée depuis le laboratoire sismique qui envoie au dispositif de réception dans le puits des signaux de commande et de synchronisation. La connexion de chaque capteur disposé dans une sonde satellite avec l'appareil d'acquisition disposé généralement dans la sonde principale, est effectuée par un conducteur particulier.

[0006] Différentes parties d'une telle flûte de puits sont décrites par exemple dans les demandes de brevet français suivantes : FR-2.501.380, 2.548.727, 2.564.599, EN. 87/04.365 et EN. 87/04.677.

[0007] La réalisation d'une flûte de puits constituée ainsi d'un ensemble de plusieurs sondes réparties à des niveaux de profondeurs différents et contenant un nombre important de capteurs, rend donc nécessaire l'établissement d'un grand nombre de liaisons tant entre le laboratoire de commande et d'enregistrement en surface et la sonde principale, qu'entre celle-ci et les différentes sondes satellites.

[0008] On est conduit de ce fait à réaliser des connecteurs électriques de plus en plus complexes pour relier les différentes sondes aux câbles de liaison.

[0009] La réalisation de telles connexions est rendue d'autant plus délicate que les sondes doivent, pour les besoins de la prospection sismique notamment, être descendues jusqu'à des profondeurs de plusieurs kilomètres où règnent des pressions de plusieurs centaines de bars et des températures pouvant atteindre 200 à 300°C.

[0010] La connexion des câbles aux extrémités des sondes est généralement effectuée au moyen d'un élément de traversée étanche constituée d'une cloison épaisse en forme de disque, réalisée en un matériau isolant traversée par des tiges métalliques débouchant de part et d'autre de la cloison.

[0011] Les tiges sont soudées ou serties d'un côté aux conducteurs du câble et du côté opposé à des conducteurs intérieurs à la sonde. On délimite et on isole la zone de raccordement, de part et d'autre de la cloison au moyen d'un manchon constitué de deux demi-coquilles rapprochées l'une de l'autre de manière à enserrer le câble et l'extrémité du corps de la sonde, et fixées l'une à l'autre.

[0012] Des joints d'étanchéité sont disposés entre les deux demi-coquilles pour isoler cette cavité et une substance isolante y est injectée. Pour rendre amovible la connexion entre le câble et les différents conducteurs intérieurs à chaque sonde, on utilise en outre un connecteur électrique multi-broches disposé dans la cavité d'un côté de la cloison. La réalisation de chaque interconnexion est longue et difficile de ce fait. En outre, l'isolement électrique est difficile à maintenir lorsque la pression hydrostatique extérieure devient très élevée et ceci en raison du mode de confinement des connecteurs par demi-coquilles, qui résiste mal aux entrées d'eau.

[0013] Le dispositif selon l'invention permet d'éviter les inconvénients ci-­dessus mentionnés. Il comporte des moyens de connexion électrique assurant la liaison entre différents conducteurs électriques dans la sonde et des conducteurs du câble multi-conducteurs, et des moyens de fixation mécanique pour rattacher le câble à l'extrémité de la sonde de puits.

[0014] Il est caractérisé en ce que les moyens de connexion électrique comportent un disque de séparation pourvu d'une extension tubulaire et un connecteur électrique femelle pouvant pénétrer dans l'extension tubulaire, le disque de séparation étant pourvu de traversées étanches pour un ensemble de broches lesquelles sont adaptées, d'un côté de celui-ci à venir s'enficher sur un ensemble de tiges creuses reliées électriquement aux conducteurs du câble et du côté opposé sur des fiches femelles du connecteur électrique femelle, lesquelles sont reliées électriquement aux conducteurs intérieurs à la sonde, et en ce que les moyens de connexion mécanique comportent un manchon annulaire pourvu, à une première extrémité, d'un embout associé à des moyens de retenue du câble et adapté à recevoir, à son extrémité opposée, la partie terminale du corps de la sonde, laquelle comporte des cavités pouvant contenir le disque de séparation et le connecteur femelle, les moyens de connexion mécanique comportant des moyens de détrompage et des moyens pour solidariser le manchon annulaire à la partie terminale du corps de la sonde de puits, ces moyens permettant, par un rapprochement du manchon annulaire et de la partie terminale, de réaliser la connexion électrique correcte entre le disque et le connecteur électrique femelle et d'isoler du puits de façon étanche, l'intérieur.

[0015] L'utilisation d'un manchon annulaire d'une seule pièce, d'un disque de séparation isolant de manière étanche l'intérieur du corps et le manchon, de moyens de connexion électrique disposés de part et d'autre du disque de séparation, de moyens de détrompage constitués par exemple d'ergots venant se positionner dans des rainures du disque et du connecteur électrique femelle, et aussi la forme particulière donnée aux différents éléments du dispositif, contribuent à simplifier la connexion des conducteurs électriques et permettent de réaliser en une seule opération à la fois la solidarisation du câble, l'isolement électrique du corps et du manchon et l'interconnexion des conducteurs électriques du câble multi-conducteurs avec ceux de la sonde de puits.

[0016] D'autres caractéristiques et avantages du dispositif apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés où :

- la figure 1 représente un dispositif de connexion d'un câble à la partie terminale d'une sonde;

- la figure 2 représente une vue partielle du dispositif de connexion de la figure 1 montrant une variante des moyens de retenue du câble, et

- la figure 3 représente une vue en coupe transversale du dispositif.

[0017] Le dispositif permet de raccorder un câble multi-conducteurs 1 à l'extrémité d'un corps de sonde de puits 2. L'extrémité du corps 2 est tubulaire et comporte un premier alésage intérieur 3 pourvu d'un filetage prolongé par un second alésage 4 de section inférieure à celle du premier et d'un troisième alésage 5 de section inférieure à celle du second.

[0018] A la hauteur du troisième alésage, la paroi tubulaire du corps est traversée par trois logements radiaux à 120° les uns des autres pour trois ergots de détrompage 6. De la même façon, à la hauteur du second alésage 4, la paroi du corps est traversée de trois logements radiaux également à 120° les uns des autres pour trois autres ergots de détrompage 7. Les ergots 6 et 7 sont pourvus de joints d'étanchéité 8 et leurs longueurs respectives sont choisies pour que leurs extrémités dépassent hors de la paroi intérieure 9 du corps 2.

[0019] Le dispositif comporte un connecteur électrique femelle 10 de section adaptée à celle de la troisième cavité 5 et de longueur supérieure à celle-ci. Le connecteur 10 est pourvu de trois rainures longitudinales 11 de largeur adaptée à celle des ergots de détrompage 6 et disposées aussi à 120° les uns des autres. Il comporte (Fig. 3) un certain nombre de prises femelles P.

[0020] Une bague 12 de section inférieure à celle de la seconde cavité 4 est fixée autour du connecteur 10. Le dispositif comporte aussi un disque de séparation 13 dont la section extérieure est adaptée à celle de la seconde cavité, ce disque comportant d'un côté, un prolongement tubulaire 14 pourvu de trois rainures longitudinales 15 de largeur adaptée au diamètre des ergots de détrompage 7 et disposées à 120° les unes des autres. La section intérieure du prolongement 14 est adaptée à la section extérieure du connecteur femelle 10. Un joint d'étanchéité 16 est disposé dans une gorge annulaire à la périphérie du disque.

[0021] Du côté opposé au prolongement tubulaire 11, le disque est pourvu d'un épaulement circulaire 17 comportant une rainure longitudinale 18. Des passages sont ménagés au travers du disque 13, et des broches mâles 19 munies de joints d'étanchéité y sont enfoncés et le traversent de part en part. La longueur des broches est supérieure à l'épaisseur du disque. Leur nombre et leur disposition sont tels que, du côté du prolongement tubulaire, les broches mâles viennent s'engager dans les différentes prises du connecteur femelle 10, lorsque les rainures longitudinales 11 et 15 sont dans le prolongement les unes des autres.

[0022] L'ajustage des broches dans les canaux traversant le disque de séparation est étudié pour empêcher toute pénétration d'eau jusqu'à des pressions élevées (supérieures à 1.000 bars par exemple) et des températures de plusieurs centaines de degrés centigrades.

[0023] Le dispositif comporte également un manchon annulaire 20 dont la section intérieure, du côté d'une première extrémité, est adaptée à celle de l'épaulement circulaire 17 du disque 13. A cette même première extrémité, le manchon comporte une collerette 21. Une cale de détrompage 22 de largeur adaptée à celle de la rainure axiale 18, est fixée à la paroi intérieure du manchon au voisinage de sa première extrémité. Une vis-pointeau 23 traversant radialement la collerette, permet d'immobiliser le disque 13 en translation par rapport au manchon 20. Un écrou 24 peut coulisser le long du manchon. Il est pourvu d'une extension tubulaire 25 de diamètre extérieur adapté à celui du premier alésage intérieur 3 du corps 2, et filetée extérieurement. La paroi extérieure du manchon 20 est filetée sur une partie de sa longueur. Un contre-écrou 26 en forme de bague et dont la paroi intérieure est filetée, peut venir se visser sur le filetage extérieur du manchon 20.

[0024] La cavité intérieure 27 du manchon communique avec l'extérieur par deux orifices radiaux fermés par deux bouchons filetés 28. A son extrémité opposée à la collerette 21, le manchon comporte un embout 29 de raccordement au câble constitué de deux troncs de cônes 30, 31 raccordés l'un à l'autre par une partie cylindrique 32. Une ouverture axiale 33 est pratiquée dans l'axe de l'embout. Le câble comporte un faisceau de lignes 34 à l'intérieur d'une armature extérieure en forme de tresse 35. L'ensemble est enrobé dans une gaine d'étanchéité en élastomère 36. La partie terminale 31 formant biseau, vient s'introduire sous la gaine et une bague d'étanchéité 37 est serrée par dessus au niveau de la partie cylindrique 32.

[0025] Une pièce tubulaire en biseau 38, pourvue d'une ouverture de diamètre adapté à celui de la gaine, est disposée dans l'ouverture axiale 33 de l'embout. Elle est pressée contre la tresse par l'enfoncement de trois vis ou pions de serrage 39 dans trois ouvertures filetées 40 ménagées radialement dans l'embout au niveau de sa partie cylindrique 32.

[0026] Par mesure de sécurité, les dimensions de ces trois pions 39 sont choisies de manière qu'ils cèdent si les tractions axiales qui sont exercées sur le câble, excèdent une valeur déterminée. Ce système de sécurité est utilisé en tête de la sonde si elle est unique ou bien entre chaque tête de sonde et la portion de câble qui la relie à la sonde disposée au-dessus, dans le cas où l'on descend dans le puits un train de plusieurs sondes interconnectées.

[0027] Dans le cas d'un dispositif de réception multi-sondes, la portion de câble se raccorde à son extrémité (Fig. 2) à un embout similaire 29 d'une autre sonde qui en opération, se trouve placée au-dessus. Le mode de raccordement est identique sauf que la pièce en biseau 38 est remplacée par une pièce cylindrique 41 et les pions de serrage 39 par des vis pointeaux 42 venant s'engager dans des cavités ménagées dans la pièce 40. La résistance à l'arrachement obtenue est bien supérieure à celle offerte par le biseau et les pions. Il en résulte que les éventuelles ruptures se produisent toujours au niveau de l'embout supérieur de chaque sonde.

[0028] Ceci est étudié de manière que l'on puisse toujours remonter une partie du dispositif en cas de coincement de l'une des sondes.

[0029] Sur les différentes broches mâles 19, du côté du disque 13 opposé au connecteur femelle 10, viennent s'enficher des tiges 43. A ces tiges, sont soudées les extrémités des différentes lignes 34 du câble 1. Par les ouvertures, on introduit une substance diélectrique liquide ou pâteuse pour isoler électriquement les tiges 43 de l'humidité qui pourrait pénêtrer à l'intérieur du manchon 20.

[0030] Dans une phase préparatoire, on connecte électriquement les différents conducteurs L sortant du corps 2 aux différentes prises du connecteur femelle 10. On écourte la gaine extérieure 36 du câble à raccorder ainsi que sa tresse 35, de manière à libérer une longueur du câble intérieur supérieure à la longueur du manchon.

[0031] Après avoir positionné l'écrou 24 et son contre-écrou 26 autour du manchon, le câble à raccorder est engagé dans l'ouverture 33 de l'embout, sa tresse 35 est bloquée par la pièce en biseau 38 et les pions de serrage 39, puis la gaine extérieure est passée sur la partie cylindrique de l'embout 29 et serrée autour par la bague 37. Les différentes lignes 34 du câble sont alors reliées électriquement aux tiges 43.

[0032] Cette phase préalable étant réalisée,
- on connecte par enfoncement les différentes broches 18 du disque 13 aux tiges 43,
- on vient appliquer le disque contre la collerette 21 du manchon dans une position permettant l'engagement de la cale 22 dans la rainure 18,
- on enfonce le connecteur femelle 10 sur les broches dépassant du disque 13, du côté opposé aux tiges 43 en veillant à positionner dans le prolongement l'une de l'autre, les deux rainures 11, 15 ménagées respectivement dans le prolongement tubulaire 14 du disque et dans le connecteur femelle 10,
- on engage les parties déjà assemblées dans l'extrémité du corps de la sonde de manière que les ergots de détrompage 6, 7 coïncident avec les rainures, et
- on serre l'écrou 24 dans le premier alésage fileté 3 de l'extrémité du corps puis le contre-écrou 26 de manière à solidariser les différents éléments les uns avec les autres.

[0033] Pour finir, ôn ote les deux bouchons 28 du manchon et on injecte un fluide isolant tel qu'une pâte aux silicones, jusqu'à remplissage complet de la cavité intérieure 27 puis on les rebouche. La connexion électrique est donc établie rapidement et sans risque d'erreur. La connexion étant réalisée au moyen d'un manchon cylindrique vissé sur l'extrémité du corps, on peut donc obtenir facilement une bonne rigidité mécanique et un bon isolement électrique des lignes interconnectées.

Revendications

1. - Dispositif de connexion permettant le raccordement électrique et mécanique d'une sonde de puits (2) à un câble multi-conducteurs (1) à l'extrémité duquel elle est descendue dans un puits ou forage, comportant des moyens de connexion électrique assurant la liaison entre différents conducteurs électriques (L) dans la sonde et des conducteurs (34) du câble multi-conducteurs, et des moyens de fixation mécanique pour rattacher le câble à l'extrémité de la sonde de puits, caractérisé en ce que les moyens de connexion électrique comportent un disque de séparation (13) pourvu d'une extension tubulaire (14) et un connecteur électrique femelle (10) pouvant pénétrer dans l'extension tubulaire, le disque de séparation (13) étant pourvu de traversées étanches pour un ensemble de broches (19) lesquelles sont adaptées, d'un côté de celui-ci, à venir s'enficher sur un ensemble de tiges creuses (43) reliées électriquement aux conducteurs du câble et, du côté opposé, sur des fiches femelles du connecteur électrique (10), lesquelles sont reliées électriquement aux conducteurs (L) intérieurs à la sonde et en ce que les moyens de connexion mécanique comportent un manchon annulaire (20) pourvu à une première extrémité, d'un embout (29) associé à des moyens de retenue du câble (1) et adapté à recevoir, à son extrémité opposée, la partie terminale du corps de la sonde (2), laquelle comporte des évidements pouvant contenir le disque de séparation et le connecteur femelle, les moyens de connexion mécanique comportant en outre des moyens de détrompage (6, 7, 22) et des moyens pour solidariser le manchon annulaire (20) à la partie terminale du corps de la sonde de puits (2), ces moyens permettant, par un rapprochement du manchon annulaire (20) et de la partie terminale, de réaliser la connexion électrique correcte entre le disque de séparation et le connecteur électrique femelle (10) et d'isoler du puits de façon étanche l'intérieur du corps.

2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon annulaire (20) comporte une collerette (21) du côté opposé à l'embout (29), le disque de séparation (13) comporte une partie de moindre section adaptée à venir s'encastrer à l'intérieur de l'embout (29), du côté de la collerette (21) et la partie terminale du corps de la sonde comporte, dans le prolongement les uns des autres, plusieurs évidements (3, 4, 5) de sections décroissantes adaptées à recevoir respectivement le connecteur électrique femelle (10), l'extension tubulaire (14) du disque de séparation et la collerette (21).

3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de solidarisation comportent un écrou (24) pouvant coulisser sur le manchon annulaire (20) et dont la paroi extérieure comporte une partie filetée adaptée à venir se visser sur un filetage intérieur de l'évidement (3) le plus proche de l'extrémité du corps de la sonde, et un contre-écrou (26) pouvant se visser sur une partie filetée extérieure du manchon annulaire (20), pour déplacer latéralement l'écrou (24) par rapport au manchon annulaire (20).

4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détrompage comportent des ergots (6, 7) adaptés à venir s'engager dans des rainures longitudinales (11, 15) ménagées dans le connecteur électrique femelle (10) et l'extension tubulaire (14) du disque de séparation, ces ergots étant solidaires de la partie terminale du corps de la sonde, et un élément (22) solidaire du manchon annulaire (20) et adapté à venir s'engager dans une rainure longitudinale (18) également ménagée dans le disque de séparation (13).

5. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité intérieure (27) du manchon annulaire (20), entre le disque de séparation (13) et l'embout (29), communique avec l'extérieur par des ouvertures munies de bouchons (28) pour l'introduction d'une substance diélectrique.

6. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le câble multi-conducteurs (1) étant pourvu d'une gaine (36) en matériau élastique, les moyens de connexion mécanique comportent des moyens de serrage pour comprimer ledit câble à l'intérieur de l'embout (29) et des moyens d'étanchéité (37) pour appliquer la gaine (36) contre la paroi extérieure de l'embout (29).

7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de serrage comportent une pièce de blocage (38) en biseau et des vis (39, 42) pour appliquer ladite pièce contre le câble multi-conducteurs (1).

8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les vis (39) sont choisies pour résister dans des limites bien déterminées à un arrachement du câble multi-conducteurs (1).

Dessins