EP0435721A1 - Ensemble permettant une liaison électrique à travers une conduite formée de plusieurs éléments - Google Patents

Ensemble permettant une liaison électrique à travers une conduite formée de plusieurs éléments Download PDF

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EP0435721A1
EP0435721A1 EP90403508A EP90403508A EP0435721A1 EP 0435721 A1 EP0435721 A1 EP 0435721A1 EP 90403508 A EP90403508 A EP 90403508A EP 90403508 A EP90403508 A EP 90403508A EP 0435721 A1 EP0435721 A1 EP 0435721A1
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EP
European Patent Office
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connector
conductor
extractable
electrical
assembly according
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EP90403508A
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Pierre Morin
Alain Sonnet
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/028—Electrical or electro-magnetic connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/52—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H01R13/523—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases for use under water

Definitions

  • the present invention relates to an assembly making it possible to produce at least one electrical connection between two points through a pipe, such an electrical connection being able to be used, inter alia, for supplying certain devices from an electrical source, or for transmission of coded information in the form of electrical signals.
  • This assembly can be used, for example, in a drill string. It can then transmit certain information, electrically coded, from the bottom of the well, such as, for example, the direction of the well, the mechanical stresses exerted on certain parts, the temperature, the pressure, etc.
  • connector and connection correspond, unless otherwise specified, to the terms electrical connector and electrical connection respectively.
  • the devices according to the prior art generally have drawbacks such as the need to machine the pipe elements, the mechanical fragility of the end connectors of the pipe elements, the precarious electrical isolation of the terminal or intermediate contacts, the wear non-interchangeable parts, disassembly difficulties, genes for assembly, manufacturing costs.
  • Another serious drawback of the devices according to the prior art which can be illustrated by the patents EP-A-99805 and EP-A-274933 is to cause a modification of the pipe or a risk of deterioration of this pipe element.
  • the assembly according to the invention avoids altering the pipe element.
  • the present invention neither modifies nor alters the drill string that it equips.
  • the implementation of the present invention respects the integrity of the elements of the drill string and in particular respects the integrity of the resin layers with which the internal walls of these elements are covered.
  • the device and method according to the present invention does not modify the conventional processes for renovating these elements.
  • the implementation of the device according to the invention is simple and optimizes the economic costs.
  • the main idea of the present invention to achieve at least one electrical connection through several elements constituting the pipe lies in particular in the fixing of an anchoring piece inside a pipe element by the use of '' a raw gum or an equivalent stabilizable material. During the vulcanization or stabilization operation, this raw rubber adheres and achieves cohesion between on the one hand the anchoring part and on the other hand the internal walls of the pipe element.
  • This raw gum is placed in a housing arranged in the anchoring part.
  • the electrical connection between an insulated electrical conductor fitted to the pipe element and the electrical connector can be made by an electrical connection such as an electrically insulated splice.
  • At least one of said connectors comprises an anchoring part and an extractable connector
  • the anchoring part comprises a housing for accommodating a charge of raw rubber or stabilizable material intended, after vulcanization or stabilization, to fix said anchor piece on said rod element
  • the assembly includes means for hooking the extractable connector on the anchor piece.
  • each of the anchoring parts comprises a housing for accommodating a load of raw rubber or of stabilizable material and in that it comprises means for attaching each of said extractable connectors to the corresponding anchor piece.
  • the extractable electrical connector (s) may include a housing for accommodating the surplus of electrical conductor created following the approach and assembly of the extractable connector and the anchoring part.
  • At least one anchoring piece may include a rigid armor possibly made of perforated sheet and a body of stabilized elastomer prior to vulcanization or stabilization of said raw gum or of stabilizable material.
  • This housing for accommodating a load of raw rubber or of stabilizable material is partially delimited by said rigid armor.
  • At least one of the extractable electrical connectors may comprise at least one electricity collecting ring, said ring being fixed to said extractable connector by means of a synthetic resin.
  • At least one extractable electrical connector may include a rigid support armor such as a metal sheet possibly perforated.
  • the electrical conductor can be fixed inside said pipe element using a support such as a flexible or rigid straight strip.
  • the electrical conductor may have its own insulation and a flexible or rigid outer sheath.
  • This outer sheath can be made of insulating material or not.
  • the conductor with or without his own insulation may be free in said outer sheath.
  • This strip can be fixed to the pipe element using a raw rubber.
  • Vulcanization of the raw rubber load and the raw rubber for fixing the strip can be carried out in a single operation.
  • the electrical connection between the portion of the conductor equipping the pipe element over its current length and the portion of conductor equipping the extractable connector can be made by a splice.
  • the type of the various connectors has been fixed.
  • the first connector is a male connector and the second connector is a female connector.
  • the number of electrical connections through the drill string has been limited to only one.
  • a pipe element comprises two extractable connectors placed respectively at the ends of the pipe element.
  • Figure 1 illustrates an embodiment according to the invention, applied to a drill string 1.
  • the well is designated by the reference 2.
  • the reference 3 designates a drilling tool which can be replaced by any tool, or by a measuring probe. The junction between the various elements making up the drill string was not shown.
  • the electrical conductor 4 is embedded in the mass of a support 5 internal to the pipe.
  • the electrical conductor 4 may have its own insulation, especially if the support 5 is not sufficiently electrically insulating. It may include a flexible or rigid outer sheath 59, in material insulating or not, and the conductor with or without its own insulation is free in said tubular sheath.
  • the support serves as a protective sheath for the insulated conductor.
  • the support has the form of a strip arranged inside the pipe element according to a generator.
  • the conductor 4 connects an apparatus 6 to a surface installation 7, these two assemblies cooperate electrically with one another. It is possible to use the assembly allowing an electrical connection according to the invention, even when the drill pipe is rotating. To do this, it is necessary to have at least one rotary contact. This may be constituted, for example, by a ring 8 cooperating electrically with a contact 9. Such devices being known from the prior art, will not be detailed in the present description.
  • FIG. 2 represents the end 10 of a pipe element 11 equipped with a male electrical connector 15.
  • This end 10 can be mechanically connected with the end 12 of the adjacent element 13 of the pipe shown in FIG. 3
  • This end 12 comprises a female electrical connector 16.
  • Each of these elements 11 and 13 is equipped with a conductor allowing the electrical connection.
  • the two elements of the pipe are screwed together.
  • the invention is applicable to any type of connection by screwing or otherwise, from the moment when the operation of connecting the different elements together calls for at least one axial displacement.
  • the male end 12 of a pipe element 13 is screwed to the female end 10 of the neighboring pipe element 11.
  • the references 5a and 5b respectively designate the support containing the electrical conductor on the male side 12 of a pipe element 13, and on the female side 10 of the neighboring element 11.
  • male end 12 of the pipe element 13 has a female connector 16 and the female end 10 of the pipe element 11 has a male connector 15.
  • Figure 4 shows in section an element 11 of the drill string at its current length, that is to say outside the mechanical and electrical connections.
  • the reference 26 designates the body of the rod element.
  • the inner wall of a rod element is generally covered with a reinforcement coating 21 generally made of epoxy resin designated by specialists in "Kote coating” which is a registered trademark.
  • the present invention allows the establishment of the electrical connection without altering the kote coating.
  • the support 5b which contains the insulated electrical conductor 4 comprising an outer sheath 59, either embedded or placed in a groove in this support, has an osculating or convex surface 23 cooperating with the internal surface of the pipe to ensure maintaining the support and the conductor in the pipe, and comprises a curved or concave surface 24 partially defining the new contours of the passage section of the pipe element comprising said support.
  • the convex and concave surfaces are said to be complementary to each other not because they are in contact with each other but because they belong to the same element.
  • a flat curved surface 24, as shown in FIG. 4, offers the advantage, on the one hand, of not having a prominence, the existence of which, in particular in the presence of transfer of materials rotating inside the pipe, would facilitate the deterioration of the support and its removal from the pipe and, on the other hand, not to reduce too much the passage section of the pipe.
  • the male connector 15 comprises an anchoring part 14 and an extractable connector 17 of the male type.
  • the anchoring part 14 comprises a rigid frame 18, possibly metallic, comprising perforations 19 to promote anchoring.
  • This frame is partially embedded in a body 20 which may be made of flexible material such as a stabilized elastomer or a stabilized rubber.
  • the anchoring piece 14 has a shape complementary to that of the pipe end in which it is housed.
  • the anchoring part has a complementary shape.
  • the support 5b has the shape of a strip (cf. FIG. 4) and extends to the level of the face 25 of the anchoring part, therefore the body 20 of the anchoring piece as well as the rigid frame have a generally cylindrical shape but having a flattened part in the zone referenced 27 (cf. FIG. 5).
  • the body 20 of the anchoring part has a shape fitting a substantially annular pocket 28 intended to receive a raw rubber lining 29 preformed which after vulcanization will effect the fixing of the anchoring part on the end 10 of the element of conduct.
  • the frame 18 partially overflows from the body 20 so that a portion 30 of this frame protrudes and is in contact with the raw gum 29. Thus at the time of vulcanization of the raw gum it will penetrate the perforations 19 to achieve better fixing of the anchoring piece on the end 10.
  • the substantially annular compartment, housing or pocket 28 receiving the raw gum 29 is delimited by the body 20 of the anchoring part by a part of the internal wall of the pipe element and by the support 5b.
  • the preformed raw gum has a partially annular shape since it is interrupted at the level of the support 5b.
  • the pocket 28 has the complementary shape of a truncated cone surrounded by a cylinder.
  • the rigid frame 18 comprises two diametrically opposite hooking studs 31, these studs have a groove 32 (cf. FIG. 6).
  • the extractable male connector 17 comprises a rigid support frame 33 which can be made of a perforated sheet, a flexible collecting ring 34 and a body 35.
  • the rigid support frame 33 comprises two diametrically opposite, welded housings 36 which cooperate with the attachment studs 31.
  • the rigid support frame comprises an elastic finger 37 which cooperates through an opening 58 formed in the housing with the groove 32 to lock the connector 15 on the anchor 14.
  • Unlocking is obtained by pushing the elastic fingers 37 with an appropriate means from the orifices 38.
  • the slip ring can include an annular conductive housing 39 in which is fixed an elastic slip ring 40, possibly crimped in the conductive annular housing 39.
  • the annular housing 39 can have a dovetail shape allowing it maintain an elastic slip ring, the latter being placed from an area of the conductive annular housing provided for this purpose.
  • the annular housing 39 can be fixed to the rigid support armor 33 using an epoxy resin 41 this can be obtained using a first molding. Of course, this molding gives way to an electrical conductor 42.
  • the body 35 of the extractable male connector can be made of elastomer or equivalent material using a second molding.
  • This body 35 may have two diametrically opposite orifices 43, arranged transversely with respect to the walls of the extractable male connector. These orifices are intended to allow pressure balancing on either side of these walls. This balancing promotes electrical contact and sealing.
  • the extractable male connector has an annular groove 44 making it possible to accommodate therein the surplus of electrical conductor created by bringing the extractable male connector 17 closer to the corresponding anchoring part 14.
  • a groove 45 which can be axial allows passage to the insulated conductor wire 46 so that it can reach the annular housing 44.
  • the electrical conductors 46 and 42 are electrically connected using a splice 47 made while the extractable male connector 17 is not in place and is moved away from the anchoring part 14.
  • the female connector 16 comprises an anchoring part 49 and an extractable female connector 50.
  • the anchor piece 49 is identical to the anchor piece 14 and will therefore not be described.
  • the female extractable connector 50 is substantially identical to the male extractable connector 17 with regard to the stud fastening system, the axial groove for passage of the electrical conductor as well as for the annular groove accommodating the surplus of electrical conductor when the extractable connector is brought together.
  • female of anchor 49 is substantially identical to the male extractable connector 17 with regard to the stud fastening system, the axial groove for passage of the electrical conductor as well as for the annular groove accommodating the surplus of electrical conductor when the extractable connector is brought together.
  • the female extractable connector 50 comprises a rigid slip ring 51 embedded in an epoxy resin molding 52.
  • the shape of this epoxy molded part comprises slots 53 extending axially.
  • the female extractable connector 50 further comprises a rigid support frame 54 on which the means for attaching the female extractable connector 50 to the anchoring piece 49 are fixed.
  • the rigid support frame is embedded in an elastomer body 55 which achieves the cohesion of the epoxy molded part 52 on the rest of the extractable female connector 50, that is to say the rigid frame 54.
  • the elastomer 55 has axial slots 56 which cooperate with the slots 53.
  • supports 5 made of material which is not yet stabilized, partially stabilized, fully stabilized, or comprising parts which are differently stabilized.
  • the support containing the conductor is made of material sufficiently stabilized (or even completely) not to be unfortunately deformed under the action of expansion means and can be covered on its convex surface with the same material, but raw 57 ( Figure 4) to allow the attachment of the support 5b to the part of the pipe element 11 or more exactly on the epoxy coating or "kote coating" 21.
  • the sheath 59 will be housed in the support before the positioning and the conductor 4 will be replaced by a wire, for example of steel, with an outside diameter at least equal to the outside diameter of the insulated conductor 4.
  • This wire will act as a needle which will be used, after fixing the supports 5a or 5b and the anchoring parts 49 and 15, to slide the insulated conductor 4 into the sheath 59 over the entire length of the 'together.
  • the insulated conductor 4 being free in the sheath 59, it may be possible, if necessary, to extract it by traction on one of its ends while pulling another conductor made integral with the other end. If the conductor is no longer continuous from one end to the other, the sheath 59 will be crossed by a needle which is sufficiently rigid to be pushed. Then we will proceed as before to house a another conductor in the sheath 59 fixed in the pipe by the support 5.
  • the apparatus for the establishment of the support 5a or 5b and of the anchoring parts respectively 49 and 15 may comprise an extensible casing resting in a retracted position on a rigid tube pierced with orifices situated opposite the parts of the casing to be dilated.
  • the envelope and the tube form a closed volume having an opening connected to expansion means comprising a pressurized fluid generator adapted to inflate the envelope so as to be able to position the support on the part of the interior surface of the pipe.
  • expansion means comprising a pressurized fluid generator adapted to inflate the envelope so as to be able to position the support on the part of the interior surface of the pipe.
  • the concave surface of the support can advantageously be positioned and maintained on the external surface of the envelope before the latter is inflated, but it is possible to have previously placed the support or any other part in the pipe or any hollow form, before let the envelope hold them.
  • the convex surface of the support can be covered with a putty, an adhesive or a raw elastomer to allow adhesion of the support on the part of the interior surface of the pipe.
  • thermoplastic or thermosetting material adapted to produce the same effects.
  • the adhesive material is a raw elastomer of the same type as that used for the support. This, placed on the convex surface of the support, is vulcanized thanks to the expansion fluid of the envelope which in this case is water vapor.
  • the raw rubber 29 which fixes the anchoring parts to the rod element is vulcanized in a single operation at the same time as the vulcanization of the support 5b and using the same equipment.
  • these parts When installing the anchoring parts, these parts are positioned relative to the reference faces of the pipe element so that once the connectors are in place and the pipe elements are assembled, the rigid electrical rings 51 and elastic 34 are in contact.
  • the installation of the surplus of electrical conductor in the groove 44 can be carried out by pulling on the loop 48 of the surplus of the conductor using the wire of small diameter which can be slid in the clearance between the conduit element and the connector. extractable male respectively female. Of course, this play is insufficient to allow the passage of the surplus electrical conductor which is therefore trapped in the annular groove 44.

Abstract

La présente invention concerne un ensemble permettant de réaliser au moins une liaison électrique à travers une conduite formée d'éléments (11, 13) fixés les uns aux autres, chaque élément possédant une première extrémité (10) et une deuxième extrémité, adaptées à coopérer mécaniquement avec les extrémités complémentaires des éléments voisins (12), ledit ensemble comprenant une combinaison par élément de conduite, un conducteur (4) placé à l'intérieur dudit élément (11, 13), un premier connecteur (15) fixé à la première extrémité (10, 12) dudit élément de conduite et qui coopère électriquement avec ledit conducteur (4), un deuxième connecteur (16) fixé à la deuxième extrémité (10, 12) dudit élément de conduite et qui coopère électriquement avec ledit conduteur (4). Selon l'invention au moins un desdits connecteurs comporte une pièce d'ancrage (14, 49) et un connecteur extractible (17, 50) en ce que ladite pièce d'ancrage comporte un logement (28) pour accueillir une charge de gomme crue ou de matériau stabilisable (29) destinée, après vulcanisation ou stabilisation, à fixer ladite pièce d'ancrage sur ledit élément de tige, et ledit ensemble comporte des moyens d'accrochage (31, 32, 36, 37, 38) dudit connecteur extractible sur ladite pièce d'ancrage. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un ensemble permettant de réaliser au moins une liaison électrique entre deux points à travers une conduite, une telle liaison électrique pouvant servir, entre autres, à l'alimentation de certains appareils à partir d'une source électrique, ou à la transmission d'informations codées sous forme de signaux électriques.
  • Cet ensemble peut être utilisé, par exemple, dans un train de tiges de forage. Il pourra alors transmettre certaines informations, codées électriquement, à partir du fond du puits, telles que, par exemple, la direction du puits, les contraintes mécaniques exercées sur certaines pièces, la température, la pression, etc...
  • Dans le présent texte les termes de connecteur et de connexion correspondent, sauf spécification particulière, respectivement aux termes de connecteur électrique et de connexion électrique.
  • Les dispositifs selon l'art antérieur présentent généralement des inconvénients comme la nécessité d'usinage des éléments de conduite, la fragilité mécanique des connecteurs d'extrémités d'éléments de conduite, l'isolement électrique précaire des contacts terminaux ou intermédiaires, l'usure de pièces non interchangeables, les difficultés de démontage, les gènes au montage, les coûts de fabrication. Un autre inconvénient grave des dispositifs selon l'art antérieur qui peut être illustré par les brevets EP-A-99805 et EP-A-274933 est d'entrainer une modification de la conduite ou un risque de détérioration de cet élément de conduite.
  • Ces inconvénients sont supprimés, ou tout au moins très sensiblement atténués, par l'utilisation du dispositif selon l'invention.
  • L'ensemble selon l'invention évite d'altérer l'élément de conduite. Ainsi dans le cas d'une application au domaine du forage la présente invention ni ne modifie ni n'altère le train de tiges de forage qu'elle équipe. La mise en oeuvre de la présente invention respecte l'intégrité des éléments du train de tiges et respecte notamment l'intégrité des couches de résine dont sont recouvertes les parois internes de ces éléments. De plus le dispositif et la méthode selon la présente invention ne modifie pas les procédés classiques de rénovation de ces éléments. Enfin la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention est simple et optimise les coûts économiques.
  • L'idée maîtresse de la présente invention pour réaliser au moins une liaison électrique à travers plusieurs éléments constituant la conduite, réside notamment dans la fixation d'une pièce d'ancrage à l'intérieur d'un élément de conduite par l'utilisation d'une gomme crue ou d'un matériau équivalent stabilisable. Lors de l'opération de vulcanisation ou de stabilisation, cette gomme crue adhère et réalise la cohésion entre d'une part la pièce d'ancrage et d'autre part les parois intérieures de l'élément de conduite.
  • Cette gomme crue est placée dans un logement aménagé dans la pièce d'ancrage.
  • La liaison électrique entre un conducteur électrique isolé équipant l'élément de conduite et le connecteur électrique peut se faire par un raccordement électrique telle une épissure isolée électriquement. Enfin la fixation de la pièce d'ancrage dans l'élément de conduite ainsi que celle du conducteur électrique assurant la continuité électrique à travers cet élément de conduite peuvent être effectuée en une seule opération.
  • Ainsi la présente invention concerne un ensemble permettant de réaliser au moins une liaison électrique à travers une conduite formée d'éléments fixés les uns aux autres, chaque élément possédant une première extrémité et une deuxième extrémité, adaptées à coopérer mécaniquement avec les extrémités complémentaires des éléments voisins. Cet ensemble comprend une combinaison par élément de conduite :
    • un conducteur placé à l'intérieur dudit élément,
    • un premier connecteur fixé à la première extrémité dudit élément de conduite et qui coopère électriquement avec ledit conducteur,
    • un deuxième connecteur fixé à la deuxième extrémité dudit élément de conduite et qui coopère électriquement avec ledit conducteur,
  • Selon l'invention au moins un desdits connecteurs comporte une pièce d'ancrage et un connecteur extractible, de plus la pièce d'ancrage comporte un logement pour accueillir une charge de gomme crue ou de matériau stabilisable destinée, après vulcanisation ou stabilisation, à fixer ladite pièce d'ancrage sur ledit élément de tige, enfin selon l'invention l'ensemble comporte des moyens d'accrochage du connecteur extractible sur la pièce d'ancrage.
  • On ne sortira pas du cadre de la présente invention si les deux connecteurs d'un élément de conduite comportent chacun une pièce d'ancrage et un connecteur extractible, si chacune des pièces d'ancrage comporte un logement pour accueillir une charge de gomme crue ou de matériau stabilisable et en ce qu'il comporte des moyens d'accrochage de chacun desdits connecteurs extractibles sur la pièce d'ancrage correspondante.
  • Le ou les connecteurs électriques extractibles pourront comporter un logement pour accueillir le surplus de conducteur électrique créé suite à l'approchement et à l'assemblage du connecteur extractible et de la pièce d'ancrage.
  • Au moins une pièce d'ancrage pourra comporter une armure rigide éventuellement en tôle perforée et un corps en élastomère stabilisé préalablement à la vulcanisation ou stabilisation de ladite gomme crue ou de matériau stabilisable.
  • Ce logement pour accueillir une charge de gomme crue ou de matériau stabilisable est délimité partiellement par ladite armure rigide.
  • Au moins un des connecteurs électriques extractibles pourra comporter au moins une bague collectrice d'électricité ladite bague étant fixé audit connecteur extractible par l'intermédiaire d'une résine de synthèse.
  • Au moins un connecteur électrique extractible pourra comporter une armure support rigide tel une tôle métallique éventuellement perforée.
  • Le conducteur électrique pourra être fixé à l'intérieur dudit élément de conduite à l'aide d'un support tel une bande droite souple ou rigide.
  • Le conducteur électrique pourra comporter sa propre isolation et une gaine extérieure souple ou rigide. Cette gaine extérieure pourra être fabriquée en matière isolante ou non. Le conducteur équipé ou non de sa propre isolation pourra être libre dans ladite gaine extérieure.
  • Cette bande pourra être fixée sur l'élément de conduite à l'aide d'une gomme crue.
  • La vulcanisation de la charge de gomme crue et de la gomme crue de fixation de la bande pourra être effectuée en une seule opération.
  • La liaison électrique entre la portion du conducteur équipant l'élément de conduite sur sa longueur courante et la portion de conducteur équipant le connecteur extractible pourra être effectuée par une épissure.
  • D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple plus particulièrement appliqué aux tiges de forage, donné à titre illustratif mais non limitatif et se référant aux dessins annexés où :
    • la figure 1 représente de manière schématique un train de tiges de forage équipé d'une liaison électrique,
    • les figures 2 et 3 montrent respectivement un connecteur électrique mâle et femelle selon la présente invention,
    • la figure 4 représente un détail de la fixation d'un conducteur sur un élément de conduite à l'aide d'un support,
    • la figure 5 illustre une coupe (AA figure 2) d'un connecteur selon l'invention, et
    • la figure 6 montre de manière éclatée un exemple particulier de réalisation des moyens d'accrochage d'un connecteur électrique extractible ou une pièce d'accrochage.
  • Afin de faciliter la compréhension de l'exemple simplifié qui suit, le type des différents connecteurs a été fixé. Ainsi, le premier connecteur est un connecteur mâle et le deuxième connecteur est un connecteur femelle. Le nombre de liaisons électriques à travers le train de tiges a été limitée à une seule. Enfin un élément de conduite comporte deux connecteurs extractibles placés respectivement aux extrémités de l'élément de conduite. Bien entendu on ne sortira pas du cadre de la présente invention en équipant un élément de conduite d'un connecteur fixe et d'un connecteur extractible ce dernier comportant la ou les pièces de contact électrique s'usant le plus rapidement.
  • La figure 1 illustre une réalisation selon l'invention, appliquée à un train de tiges de forage 1. Le puits est désigné par la référence 2. La référence 3 désigne un outil de forage qui peut être remplacé par un outil quelconque, ou par une sonde de mesure. La jonction entre les différents éléments composant le train de tiges de forage n'a pas été représenté.
  • Il est bien entendu possible dans certains cas de se servir de la colonne de forage, ou même de la terre ou des boues, comme milieu conducteur de l'électricité. Ceci permet de réaliser un circuit électrique en n'utilisant qu'un seul conducteur électrique isolé dans le support. C'est d'ailleurs le cas d'un seul conducteur qui sera décrit en détail ci-après, mais l'invention est également applicable au cas de plusieurs conducteurs.
  • Dans le cas de la figure 1, le conducteur électrique 4 est noyé dans la masse d'un support 5 interne à la conduite. Le conducteur électrique 4 peut comporter sa propre isolation, notamment si le support 5 n'est pas suffisamment isolant électriquement. Il peut comporter une gaine extérieure 59 souple ou rigide, en matière isolante ou non, et le conducteur équipé ou non de sa propre isolation est libre dans ladite gaine tubulaire. De plus le support sert de gaine de protection au conducteur isolé.
  • Dans le mode de réalisation décrit le support a la forme d'une bande disposée à l'intérieur de l'élément de conduite selon une génératrice.
  • Dans le cas illustré par la figure 1, le conducteur 4 relie un appareillage 6 à une installation de surface 7, ces deux ensembles coopèrent électriquement entre eux. Il est possible d'utiliser l'ensemble permettant une liaison électrique selon l'invention, alors même que la tige de forage tourne. Pour ce faire, il est nécessaire de disposer d'au moins un contact tournant. Celui-ci peut être constitué, par exemple, par une bague 8 coopérant électriquement avec un contact 9. De tels dispositifs étant connus de l'art antérieur, ne seront pas détaillés dans la présente description.
  • La figure 2 représente l'extrémité 10 d'un éléments 11 de conduite équipé d'un connecteur électrique mâle 15. Cette extrémité 10 peut être connectée mécaniquement avec l'extrémité 12 de l'élément adjacent 13 de la conduite représenté à la figure 3. Cette extrémité 12 comporte un connecteur électrique femelle 16. Chacun de ces éléments 11 et 13 est équipé d'un conducteur permettant la liaison électrique. Sur ces figures, les deux éléments de la conduite sont vissés l'un à l'autre. L'invention est applicable à tout type de liaison par vissage ou autrement, dès l'instant où l'opération de liaison des différents éléments entre eux fait appel à au moins un déplacement axial.
  • L'extrémité mâle 12 d'un élément 13 de conduite est vissé à l'extrémité femelle 10 de l'élément 11 de conduite voisin. Les références 5a et 5b désignent respectivement le support contenant le conducteur électrique du côté mâle 12 d'un élément 13 de conduite, et du côté femelle 10 de l'élément 11 voisin.
  • Ainsi l'extrémité mâle 12 de l'élément de conduite 13 comporte un connecteur femelle 16 et l'extrémité femelle 10 de l'élément de conduite 11 comporte un connecteur mâle 15.
  • La figure 4 représente en coupe un élément 11 du train de tiges au niveau de sa longueur courante c'est-à-dire en dehors des liaisons mécanique et électrique. La référence 26 désigne le corps de l'élément de tige.
  • La paroi intérieure d'un élément de tige est généralement recouverte d'un revêtement 21 de renforcement généralement en résine époxy désigné par les spécialistes de "Kote coating" qui est une marque déposée. La présente invention permet la mise en place de la liaison électrique sans altérer le kote coating.
  • Sur la figure 4 le support 5b, qui contient le conducteur électrique 4 isolé comportant une gaine extérieure 59, soit noyé, soit placé dans une gorge de ce support, comporte une surface osculatrice ou convexe 23 coopérant avec la surface interne de la conduite pour assurer le maintien du support et du conducteur dans la conduite, et comporte une surface galbée ou concave 24 définissant partiellement les nouveaux contours de la section de passage de l'élément de conduite comportant ledit support. Les surfaces convexe et concave sont dites complémentaires l'une de l'autre non pas parce qu'elles sont en contact l'une avec l'autre mais parce qu'elles appartiennent à un même élément.
  • Une surface galbée plane 24, telle que représentée sur la figure 4, offre l'avantage, d'une part, de ne pas posséder de proéminence dont l'existence en présence notamment de transfert de matériels tournant à l'intérieur de la conduite faciliterait la détérioration du support et son enlèvement de la conduite et, d'autre part, de ne pas trop réduire la section de passage de la conduite.
  • Le connecteur mâle 15 comporte une pièce d'ancrage 14 et un connecteur extractible 17 du type mâle.
  • La pièce d'ancrage 14 comporte une armature rigide 18, éventuellement métallique, comportant des perforations 19 pour favoriser l'ancrage. Cette armature est noyée partiellement dans un corps 20 pouvant être en matériau souple tel un élastomère stabilisé ou une gomme stabilisée.
  • La pièce d'ancrage 14 a une forme complémentaire de celle de l'extrémité de conduite dans laquelle elle se loge. Ainsi lorsque l'élément de conduite a une forme interne cylindrique la pièce d'ancrage a une forme complémentaire.
  • Dans le cas du mode de réalisation représenté dans les figures le support 5b a une forme de bande (cf. figure 4) et se prolonge jusqu'au niveau de la face 25 de la pièce d'ancrage de ce fait le corps 20 de la pièce d'ancrage ainsi que l'armature rigide ont une forme globalement cylindrique mais présentant une partie applatie dans la zone référencée 27 (cf. figure 5). Le corps 20 de la pièce d'ancrage présente une forme aménageant une poche sensiblement annulaire 28 destinée à recevoir une garniture de gomme crue 29 préformée qui après vulcanisation réalisera la fixation de la pièce d'ancrage sur l'extrémité 10 de l'élément de conduite.
  • L'armature 18 déborde partiellement du corps 20 de manière à ce qu'une partie 30 de cette armature fasse saillie et soit en contact avec la gomme crue 29. Ainsi au moment de la vulcanisation de la gomme crue celle-ci pénètrera dans les perforations 19 pour réaliser une meilleure fixation de la pièce d'ancrage sur l'extrémité 10.
  • Lorsque le support 5b et la pièce d'ancrage sont en place, éventuellement avant le collage de ce support 5b, une certaine longueur 46 du conducteur 4 dépasse de cet ensemble. Cette longueur doit être équipée d'une isolation électrique, du moins si l'extrémité 10 de l'élément de conduite est conductrice d'électricité.
  • Le compartiment, logement ou poche sensiblement annulaire 28 recevant la gomme crue 29 est délimité par le corps 20 de la pièce d'ancrage par une partie de la paroi interne de l'élément de conduite et par le support 5b.
  • Ainsi la gomme crue préformée possède une forme partiellement annulaire puisqu'elle s'interrompt au niveau du support 5b.
  • Sur la figure 2 la poche 28 présente la forme complémentaire d'un tronc de cône entouré par un cylindre.
  • L'armature rigide 18 comporte deux plots d'accrochage 31 diamétralement opposés, ces plots comportent une gorge 32 (cf. figure 6).
  • Ces plots vont servir au positionnement et à l'accrochage du connecteur extractible mâle 17.
  • Le connecteur mâle extractible 17 comporte une armature support rigide 33 pouvant être réalisée en une tôle perforée, une bague collectrice souple 34 et un corps 35.
  • L'armature support rigide 33 comporte deux logements 36 diamétralement opposés, soudés qui coopèrent avec les plots d'accrochage 31. De plus l'armature support rigide comporte un doigt élastique 37 qui coopère à travers une ouverture 58 ménagé dans le logement avec la gorge 32 pour réaliser le verrouillage du connecteur 15 sur la pièce d'ancrage 14.
  • Le déverrouillage s'obtient en repoussant les doigts élastiques 37 avec un moyen approprié à partir des orifices 38.
  • La bague collectrice peut comporter un logement annulaire conducteur 39 dans lequel est fixée une bague collectrice élastique 40, éventuellement sertie dans le logement annulaire conducteur 39. Selon une autre variante le logement annulaire 39 peut avoir une forme en queue d'aronde permettant d'y maintenir une bague collectrice élastique, cette dernière étant mise en place à partir d'une zone du logement annulaire conducteur prévu à cet effet.
  • Le logement annulaire 39 peut être fixé à l'armure support rigide 33 à l'aide d'une résine époxy 41 ceci peut être obtenu à l'aide d'un premier moulage. Bien entendu ce moulage livre passage à un conducteur électrique 42. Le corps 35 du connecteur extractible mâle peut être réalisé en élastomère ou en matériau équivalent à l'aide d'un deuxième moulage.
  • Ce corps 35 peut comporter deux orifices 43 diamétralement opposés, disposés transversalement par rapport aux parois du connecteur mâle extractible. Ces orifices sont destinés à permettre l'équilibrage des pressions de part et d'autre de ces parois. Cet équilibrage favorise le contact électrique et l'étanchéité.
  • Le connecteur extractible mâle comporte une gorge annulaire 44 permettant d'y loger le surplus de conducteur électrique créé par le rapprochement du connecteur mâle extractible 17 de la pièce d'ancrage 14 correspondante.
  • Une rainure 45 qui peut être axiale permet de livrer passage au fil conducteur isolé 46 pour qu'il puisse atteindre le logement annulaire 44.
  • Les conducteurs électriques 46 et 42 sont connectés électriquement à l'aide d'une épissure 47 réalisée alors que le connecteur mâle extractible 17 n'est pas en place et est éloigné de la pièce d'ancrage 14.
  • Lors de la mise en place du connecteur mâle 17 on tire sur la boucle 48 du conducteur électrique au fur et à mesure du rapprochement du connecteur mâle 17 de la pièce d'ancrage 14.
  • Le connecteur femelle 16 comporte une pièce d'ancrage 49 et un connecteur femelle extractible 50.
  • La pièce d'ancrage 49 est identique à la pièce d'ancrage 14 et ne sera donc pas décrite.
  • Le connecteur extractible femelle 50 est sensiblement identique au connecteur extractible mâle 17 en ce qui concerne le système de fixation à plots, la rainure axiale de passage du conducteur électrique ainsi que pour la gorge annulaire accueillant le surplus de conducteur électrique lors du rapprochement du connecteur extractible femelle de la pièce d'ancrage 49.
  • Ces éléments communs ne seront donc pas décrits.
  • Le connecteur extractible femelle 50 comporte une bague collectrice rigide 51 noyée dans un moulage de résine époxy 52. La forme de cette pièce moulée en époxy comporte des créneaux 53 s'étendant axialement. Le connecteur extractible femelle 50 comporte en outre une armature support rigide 54 sur laquelle sont fixés les moyens d'accrochage du connecteur extractible femelle 50 à la pièce d'ancrage 49.
  • L'armature support rigide est noyée dans un corps en élastomère 55 qui réalise la cohésion de la pièce moulée en époxy 52 sur le reste du connecteur extractible femelle 50 c'est-à-dire l'armature rigide 54.
  • L'élastomère 55 comporte des créneaux axiaux 56 qui coopèrent avec les créneaux 53.
  • Ces créneaux permettent d'encaisser efficacement les couples de torsion qui apparaissent lors de l'assemblage par vissage de deux éléments adjacents de conduite.
  • Selon le procédé de mise en place du support, on pourra utiliser des supports 5 en matériau non encore stabilisé, partiellement stabilisé, entièrement stabilisé, ou comportant des parties différemment stabilisées.
  • Ainsi, comme il sera décrit ci-après dans le procédé préféré de mise en place de pièces à l'intérieur d'une conduite, le support contenant le conducteur est en matériau suffisamment stabilisé (voire complètement) pour ne pas être malheureusement déformé sous l'action de moyen de dilatation et pourra être recouvert sur sa surface convexe du même matériau, mais cru 57 (figure 4) pour permettre l'accrochage du support 5b à la partie de l'élément de conduite 11 ou plus exactement sur le revêtement époxy ou "kote coating" 21.
  • Selon le procédé préféré de mise en place du support 5b, la gaine 59 sera logée dans le support avant la mise en place et le conducteur 4 sera remplacé par un fil, par exemple en acier, de diamètre extérieur au moins égal au diamètre extérieur du conducteur isolé 4. Ce fil jouera le rôle d'une aiguille qui sera utilisée, après fixation des supports 5a ou 5b et des pièces d'ancrages 49 et 15, pour glisser le conducteur isolé 4 dans la gaine 59 sur toute la longueur de l'ensemble.
  • Le conducteur isolé 4 étant libre dans la gaine 59, on pourra, si besoin, l'extraire par traction sur l'une de ses extrémités tout en tirant un autre conducteur rendu solidaire de l'autre extrémité. Si le conducteur n'est plus continu d'une extrémité à l'autre, on traversera la gaine 59 d'une aiguille suffisamment rigide pour être poussée. Puis on procédera comme précédemment pour loger un autre conducteur dans la gaine 59 fixée dans la conduite par le support 5.
  • L'appareillage pour la mise en place du support 5a ou 5b et des pièces d'ancrage respectivement 49 et 15 peut comporter une enveloppe extensible reposant dans une position rétractée sur un tube rigide percé d'orifices situés en face des parties de l'enveloppe devant être dilatées. L'enveloppe et le tube forment un volume clos possédant une ouverture reliée à des moyens de dilatation comportant un générateur de fluide sous pression adaptés à gonfler l'enveloppe de manière à pouvoir positionner le support sur la partie de la surface intérieure de la conduite. La surface concave du support peut être avantageusement positionnée et maintenue sur la surface extérieure de l'enveloppe avant que cette dernière soit gonflée, mais il est possibble d'avoir préliminairement placés le support ou toute autre pièce dans la conduite ou toute forme creuse, avant que l'enveloppe ne les maintienne.
  • La surface convexe du support peut être recouverte d'un mastic, d'une colle ou d'un élastomère cru pour permettre l'adhésion du support sur la partie de la surface intérieure de la conduite.
  • On peut aussi par exemple utiliser un matériau thermoplastique ou thermodurcissable adapté à produire les mêmes effets.
  • On pourra, pour réaliser l'adhésion de la pièce sur la partie de conduite, y déposer une couche d'un apprêt approprié.
  • Pour certains éléments de conduite de forage déjà revêtus d'une résine, tel que "tube-kote coating" qui est une marque déposée par la Société AMF Tuboscope, on pourra pour conserver ce revêtement choisir une matière adhésive appropriée telle une gomme.
  • Selon le mode de réalisation préféré, la matière adhésive est un élastomère cru du même type que celui utilisé pour le support. Celui-ci, placé sur la surface convexe du support, est vulcanisé grâce au fluide de dilatation de l'enveloppe qui est en l'occurence de la vapeur d'eau.
  • Selon la présente invention la gomme crue 29 qui réalise la fixation des pièces d'ancrage sur l'élément de tige est vulcanisée en une seule opération en même temps que la vulcanisation du support 5b et en utilisant le même appareillage.
  • Lors de la mise en place des pièces d'ancrage on positionne ces pièces par rapport aux faces de références de l'élément de conduite de manière à ce qu'une fois les connecteurs mis en place et les éléments de conduite assemblés les bagues électriques rigide 51 et élastique 34 soient en contact.
  • La mise en place du surplus de conducteur électrique dans la gorge 44 peut être effectuée en tirant sur la boucle 48 du surplus du conducteur à l'aide du fil de faible diamètre pouvant être glissé dans le jeu entre l'élément de conduite et le connecteur extractible mâle respectivement femelle. Bien entendu ce jeu est insuffisant pour permettre le passage du surplus de conducteur électrique qui se trouve donc piégé dans la gorge annulaire 44.

Claims (12)

  1. Ensemble permettant de réaliser au moins une liaison électrique à travers une conduite formée d'éléments (11, 13) fixés les uns aux autres, chaque élément possédant une première extrémité (10) et une deuxième extrémité, adaptées à coopérer mécaniquement avec les extrémités complémentaires des éléments voisins (12), ledit ensemble comprenant une combinaison par élément de conduite :
    - un conducteur (4) placé à l'intérieur dudit élément (11, 13),
    - un premier connecteur (15) fixé à la première extrémité (10, 12) dudit élément de conduite et qui coopère électriquement avec ledit conducteur (4),
    - un deuxième connecteur (16) fixé à la deuxième extrémité (10, 12) dudit élément de conduite et qui coopère électriquement avec ledit conduteur (4),

    caractérisé en ce qu'au moins un desdits connecteurs comporte une pièce d'ancrage (14, 49) et un connecteur extractible (17, 50) en ce que ladite pièce d'ancrage comporte un logement (28) pour accueillir une charge de gomme crue ou de matériau stabilisable (29) destinée, après vulcanisation ou stabilisation, à fixer ladite pièce d'ancrage sur ledit élément de tige, et en ce que ledit ensemble comporte des moyens d'accrochage (31, 32, 36, 37, 38) dudit connecteur extractible sur ladite pièce d'ancrage.
  2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux connecteurs comportent chacun une pièce d'ancrage et un connecteur extractible, en ce que chacune des pièces d'ancrage comporte un logement pour accueillir une charge de gomme crue ou de matériau stabilisable et en ce qu'il comporte des moyens d'accrochage de chacun desdits connecteurs extractibles sur la pièce d'ancrage correspondante.
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'un connecteur électrique extractible comporte un logement (44) pour accueillir le surplus de conducteur électrique suite à l'assemblage du connecteur extractible et de ladite pièce d'ancrage.
  4. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une pièce d'ancrage comporte une armure rigide (18, 54) éventuellement en tôle perforée et un corps (20) en élastomère stabilisé préalablement à la vulcanisation ou stabilisation de ladite gomme crue ou de matériau stabilisable.
  5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit logement pour accueillir une charge de gomme crue ou de matériau stabilisable est délimité partiellement par ladite armure rigide (18).
  6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des connecteurs électriques extractibles comporte au moins une bague collectrice d'électricité (34, 51) ladite bague étant fixé audit connecteur extractible par l'intermédiaire d'une résine de synthèse (41, 52).
  7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un connecteur électrique extractible comporte une armure support rigide (18, 54) tel une tôle métallique éventuellement perforée.
  8. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit conducteur électrique est fixé à l'intérieur dudit élément de conduite à l'aide d'un support tel une bande droite souple ou rigide (5, 5a, 5b).
  9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit conducteur électrique comporte une gaine extérieure et en ce que ledit conducteur est libre dans ladite gaine.
  10. Ensemble selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite bande est fixée à l'aide d'une gomme crue (57).
  11. Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que la vulcanisation de ladite charge de gomme crue et ladite gomme crue de fixation de ladite bande est effectuée en une seule opération.
  12. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la liaison électrique entre la portion dudit conducteur équipant ledit élément de conduite et la portion de conducteur équipant ledit connecteur extractible est effectuée par une épissure (47).
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