Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
~21~7~
L'invention a pour objet un dispositif de connexion permettant le
raccordement mecanique et electrique de sondes de puits à un c3ble
electro-porteur.
Les mesures dans les forages sont effectuees au moyen de capteurs
contenus generalement dans une ou plusieurs sondes descendues, depuis
une installation de surface, a l'extremité d'un câble dit electro-
porteur capable de supporter le poids des sondes et constitue d'une
pluralite de conducteurs électriques. Une des sondes au moins comporte
des bras d'ancrage actionnés par des verins. Le liquide nécessaire au
fonctionnement des verins est produit par un sys~ème hydraulique mû
géneralement par un moteur électrique alimente depuis une installation
de surface par l'intermédiaire de conducteurs electriques du cable.
La manoeuvre des bras d'ancrage permettant d'immobiliser la sonde (ou
les sondes) a une profondeur determinee dans le puits ou forage, est
commandee au moyen d'electro-vannes reliées par un ou plusieurs
conducteurs à l'installation en surface. D'autres conducteurs
electriques servent à relier à un laboratoire d'enregistrement
differents capieurs contenus dans les- sondes et notamment les
differents capteurs utilisés pour determiner les caractéristiques des
formations du sous-sol environnant le forage~
~28~
Les necessités de la prospection sismique où l'on doit obtenir le plus
rapidement possible des enregistrements detailles de profils sismiques
conduisent à utiliser un nombre de plus en plus grand de capteurs et à
les repartir dans un ensemble de sondes suspendues les unes au-dessous
des autres. Les differents signaux issus des differents capteurs sont
collectes par un appareil d'acquisition de donnees conçu pour
multiplexer numeriser et adapter ces signaux avant de les transmettre
par l'intermediaire d'une ou plusieurs lignes du c3ble au laboratoire
sismique en surface.
L'acquisition des donnees est coordonnée depuis le laboratoire
sismique qui envoie au dispositif de reception dans le puits des
s;gnaux de commande et de synchron;sation. La connexion de chaque
capteur d;sposé dans une sonde satellite avec l'appareil d'acquisition
dispose genéralement dans la sonde principale est effectuee par un
conducteur particul;er.
Differentes parties d'une telle flûte de puits sont decrites 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.
La realisation d'une flute de puits constituee ainsi d'un ensemble de
plusieurs sondes reparties à des niveaux de profondeurs différents et
contenant un nombre important de capteurs rend donc necessaire
l'établissement d'un grand nombre de liaisons tant entre le
laboratoire de commande et d'enregistremen-t en surface et la sonde
principale qu'entre celle-ci et les differentes sondes satellites.
On est conduit de ce fait à realiser des connecteurs electriques de
plus en plus complexes pour relier les differentes sondes aux cables
de liaison.
La réalisation de telles connexions est rendue d'autant plus délicate
que les sondes doivent pour les besoins de la prospection sismique
- ~2~7~
3 --
notamment, être descendues jusqu'à des profondeurs de plusieurs
kilomètres où règnent des pressions de plusieurs centaines de bars et
des temperatures pouvant atteindre 200 à 300C.
La connexion des c3bles aux extremites des sondes est genéralement
effectuee au moyen d'un element de traversee etanche constituee d'une
cloison epaisse en forme de disque, realisee en un materiau isolant
traversée par des tiges metalliques debouchant de part et d'autre de
la cloison.
Les tiges sont soudees ou serties d'un côte aux conducteurs du cable
et du côte oppose à des conducteurs interieurs à la sonde. On delimite
et on isole la zone de raccordement, de part et d'autre de la cloison
au moyen d'un manchon constitue de deux demi-coquilles rapprochees
l'une de l'autre de manière à enserrer le câble et l'extremite du
corps de la sonde, et fixees l'une à l'autre.
Des joints d'etancheité sont disposes entre les deux demi-coquilles
pour isoler cette cavite et une substance isolante y est injectee.
Pour rendre amovible la connexion entre le câble et les differents
conducteurs interieurs à chaque sonde, on utilise en outre un
connecteur électrique multi-broches dispose dans la cavité d'un côte
de la cloison. La realisation de chaque interconnexion est longue et
difficile de ce -fait. ~n outre, l'isolement electrique est difficile à
maintenir lorsque la pression hydrostatique exterieure devient très
élevee et ceci en raison du mode de confinement des connecteurs par
demi-coquilles, qui resiste mal aux entrees d'eau.
Le dispositif selon l'invention permet d'eviter les inconvénients ci-
dessus mentionnes. Il comporte des moyens de connexion electrique
assurant la liaison entre differents conducteurs electriques dans la
sonde et des conducteurs du câble multi-conducteurs, et des moyens de
fixation mecanique pour rattacher le câble a l'extremite de la sonde
de puits.
~7~7~
Il est caracterise en ce que les moyens de connexion electrique
comportent un disque de separation pourvu d'une extension tubulaire e~
un connecteur electrique femelle pouvant penetrer dans l'extension
tubulaire, le disque de separation etant pourvu de traversees etanches
pour un ensemble de broches lesquelles sont adaptees, d'un côte de
celui-ci à venir s'enficher sur un ensemble de tiges creuses reliées
electriquement aux conducteurs du câble et du côté oppose sur des
fiches femelles du connecteur electrique femelle, lesquelles sont
reliées electriquement aux conducteurs interieurs à la sonde, et en ce
que les moyens de connexion mecanique comportent un manchon annulaire
pourvu, à une première extremite, d'un embout associe à des moyens de
retenue du câble et adapte à recevoir, à son extremite opposee, la
partie terminale du corps de la sonde, laquelle comporte des cavites
pouvant contenir le disque de separation et le connecteur femelle, les
moyens de connexion mecanique comportant des moyens de detrompage 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
realiser la connexion électrique correcte entre le disque et le
connecteur electrique femelle et d'isoler du puits de façon etanche,
ZO l'interieur.
L'utilisation d'un manchon annulaire d'une seule pièce, d'un disque de
separation isolant de manière etanche l'interieur du corps et le
manchon, de moyens de connexion electrique disposes de part et d'autre
du disque de separation, de moyens de detrompage constitués par
exemple d'ergots venant se positionner dans des rainures du disque et
du connecteur electrique femelle, et aussi la forme particulière
donnee aux différents elements du dispositif, contribuent à simplifier
la connexion des conducteurs electriques et permettent de realiser en
une seule operation à la fois la solidarisation du câble, l'isolement
electrique du corps et du manchon et l'interconnexion des conducteurs
electriques du câble muLti-conducteurs avec ceux de la sonde de puits~
D'autres caracteristiques et avantages du disposi-tif apparaîtront à la
7~:i7'11
lecture de la description d'un mode de realisation donne à titre
d'exemple non limitatif, en se réferant aux dessins annexes où :
- la figure 1 représente un dispositif de connexion d'un c3ble à la
partie terminale d'une sonde;
- la figure 2 represente une vue partielle du dispositif de connexion
de la figure 1 montrant une variante des moyens de retenue du câble,
et
- la figure 3 represente une vue en coupe transversale du disposit;f.
Le dispositif permet de raccorder un cable multi-conducteurs 1 à
l'extrémité d'un corps de sonde de puits Z. L'extremite du corps 2 est
tubulaire et comporte un premier alesage intérieur 3 pourvu d'un
filetage prolonge par un second alésage 4 de section inferieure à
celle du premier et d'un troisième alesage 5 de section inferieure à
celle du second.
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 meme façon, à la hauteur du second
alesage 4, la paroi du corps est traversee de trois logements radiaux
egalement à 120 les uns des autres pour trois autres ergots de
détrompage 7. Les ergots 6 et 7 sont pourvus de joints d'é~ancheite 8
et leurs longueurs respec~ives sont choisies pour que leurs extrémites
dépassent hors de la paroi interieure 9 du corps 2.
Le dispositif comporte un connecteur électrique femelle 10 de section
adaptée à celle de la troisième cavité 5 et de longueur superieure à
celle-ci. Le connecteur 10 est pourvu de trois rainures longitudinales
11 de largeur adaptee à celle des ergots de detrompage 6 et disposées
aussi à 120 les uns des autres. Il comporte (Fig. 3) un certain
nombre de prises femelles P.
31~28767~
Une bague 12 de section inférieure à celle de la seconde cavité 4 est
fixee autour du connecteur 10. Le dispositif comporte aussi un disque
de separation 13 dont la section extérieure est adaptée à celle de la
seconde cavite, ce disque comportant d'un côté, un prolongement
tubulaire 14 pourvu de trois rainures longitudinales 15 de largeur
adaptee au d;amètre des ergots de détrompage 7 et disposees à 120 les
unes des autres. La section intërieure du prolongement 14 est adaptee
à la section exterieure du connecteur femelle 10. Un joint
d'etanchéite 16 est disposé dans une gorge annulaire à la péripherie
du disque.
Du côte opposé au prolongement tubulaire 11, le disque est pourvu d'un
epaulement circulaire 17 comportant une rainure longitudinale 18. Des
passages sont menages au travers du disque 13, et des broches mâles 19
munies de joints d'étanchéité y sont enfonces et le traversent de part
en part. La longueur des broches est superieure à l'epaisseur du
disque. Leur nombre et leur disposition sont tels que, du côte du
prolongement tubulaire, les broches mâles viennent s'engager dans les
differentes prises du connecteur femelle 10, lorsque les rainures
longitudinales 11 et 15 sont dans le prolongement les unes des autres.
L'ajustage des broches dans les canaux traversant le disque de
separation est étudié pour empêcher toute penétration d'eau jusqu'à
des pressions elevees (supérieures à 1.000 bars par exemple) et des
temperatures de plusieurs centaines de degres centigrades.
Le dispositif comporte egalement un manchon annulaire 20 dont la
section interieure, du côte d'une première extrémité, est adaptee à
celle de l'epaulement circulaire 17 du disque 13. A cette même
première extremite, le manchon comporte une collerette 21. Une cale de
detrompage 22 de largeur adaptee à celle de la rainure axiale 18, est
fixee à la paroi interieure du manchon au voisinage de sa première
extremité. Une vis-pointeau 23 traversant radialement la collerette~
permet d'immobiliser le disque 13 en translation par rapport au
7~i73~
manchon 20. Un écrou 24 peut coulisser le Long du manchon. Il est
pourvu d'une extension tubulaire 25 de diamètre exter;eur adapte à
celui du premier alesage intérieur 3 du corps 2, et filetée
exterieurement. La paroi exterieure du manchon Z0 est filetee sur une
partie de sa longueur. Un contre-ecrou 26 en forme de bague et dont la
paroi interieure est filetee, peut venir se visser sur le filetage
exterieur du manchon 20.
La cavite interieure 27 du manchon communique avec l'exterieur par
deux orifices radiaux fermes par deux bouchons filetés 28. A son
extremite opposee à la collerette 21, le manchon comporte un embout 29
de raccordement au câble constitue de deux troncs de cônes 30, 31
raccordes l'un à l'autre par une partie cylindrique 32. Une ouverture
axiale 33 est pratiquee dans l'axe de l'embout. Le câble comporte un
faisceau de lignes 34 à l'interieur d'une armature extérieure en forme
de tresse 35. L'ensemble est enrobé dans une gaine d'étancheite en
élastomère 36. La partie terminale 31 formant biseau, vient
s'introduire sous la gaine et une bague d'étanchéite 37 est serree par
dessus au niveau de la partie cylindrique 32.
Une pièce tubulaire en biseau 38, pourvue d'une ouverture de diamètre
adapte a celui de la gaine, est disposee 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 menagées
radialement dans l'embout au niveau de sa partie cylindrique 32.
Par mesure de securite, 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 determinée. Ce système de
securite 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 disposee au-dessus, dans le cas où l'on descend dans le puits un
train de plusieurs sondes interconnectees.
Dans Le cas d'un dispositif de reception multi-sondes, la portion de
câble se raccorde à son extrémite (Fig. 2) à un embout similaire 29
d'une autre sonde qui en opération, se trouve placee 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 menagees dans
la pièce 40. La résistance à l'arrachement obtenue est bien superieure
a celle offerte par le biseau et les pions. Il en résulte que les
eventuelles ruptures se produisent toujours au niveau de l'embout
supérieur de chaque sonde.
Ceci est etudie de manière que l'on puisse toujours remonter une
partie du dispositif en cas de co;ncement de l'une des sondes.
Sur les différentes broches mâles 19, du côté du disque 13 oppose au
connecteur femelle 10, viennent s'enficher des tiges 43. A ces tiges,
sont soudees les extrémi~es des differentes lignes 34 du câble 1. Par
les ouvertures, on introduit une substance diélectrique liquide ou
pâteuse pour isoler électriquement les tiges 43 de l'humidite qui
pourrait penêtrer à l'intérieur du manchon 20.
Dans une phase preparatoire, on connecte electriquement les différents
conducteurs L sortant du corps 2 aux differentes prises du connecteur
femelle 10. On ecourte la gaine extérieure 36 du câble à raccorder
ainsi que sa tresse 35, de manière à liberer une longueur du câble
interieur supérieure à la longueur du manchon.
Après avoir positionne l'ecrou 24 et son contre-ecrou 26 autour du
manchon, le câble à raccorder est engagé dans l'ouverture 33 de
l'embout, sa tresse 35 est bloquee par la pièce en biseau 38 et les
pions de serrage 39, puis la gaine exterieure est passée sur la pa;tie
cylindrique de l'embout 29 et serree autour par la bague 37. Les
differentes lignes 34 du câble sont alors reliees electriquement aux
tiges 43.
767~
Cette phase préalable etant réalisée,
- on connecte par enfoncement les differentes 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 côte oppose aux tiges 43 en veillant à positionner
dans le prolongement l'une de l'autre, les deux rainures 11, 15
menagées respectivement dans le prolongement tubulaire 1~ du disque
et dans le connecteur femelle 10,
- on engage les parties dejà assemblees dans l'extremité du corps de
la sonde de manière que les ergots de detrompage 6, 7 coincident
avec les rainures, et
- on serre l'écrou 24 dans le premier alésage filete 3 de l'extrémite
du corps puis le contre-ecrou 26 de manière à solidariser les
differents elements les uns avec les autres.
Pour finir, on ôte les deux bouchons 28 du manchon et on injecte un
fluide isolant tel qu'une pâte aux silicones, jusqu'a remplissage
complet de la cavité interieure 27 puis on les rebouche. La connexion
electrique est donc etabLie rapidemen~ et sans risque d'erreur. La
connexion etant réalisee au moyen d'un manchon cylindrique visse sur
l'extremite du corps, on peut donc obtenir facilement une bonne
rigidite mecanique et un bon isolement elec-trique des lignes
interconnectees.
