一种水平井测井电缆对接装置及现场使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水平井测井电缆对接装置及现场使用方法，属于油田水平井生产测井技术领域。
【背景技术】
[0002]现有的水平井测井对接工具系统大致分为两种类型:一种是美国ATLAS公司生产的7环式湿式接头对接工具系统，另一种是HALLIBURTON公司生产的7针式湿式接头对接工具系统。目前这两种类型的工具系统已实现国产化、系列化，是裸眼水平井和套管水平井测井作业中必不可少的工具，这两种工具在国内推广使用，丰富了我国的测井工艺手段。但以上对接工具主要用于水平井的完井测井，无法直接用于生产动态测井。
[0003]目前，在水平井测试工艺中，需要采用一种针对水平井动态生产测井的电缆对接装置。首先将测井仪器与挺杆连接，挺杆上部依次连接挺杆悬挂器、挺杆防顶器、水平井测井电缆对接装置公接头总成；利用悬挂器将测井仪器和挺杆柱悬挂在油管柱的底部，利用油管柱推动挺杆柱，将测试仪器输送到预定位置；在仪器到达测试位置后，利用电缆下入水平井测井电缆对接装置母接头总成，与公接头总成对接锁紧，上提电缆，使测试仪器可以上提，配合水平井举升装置，完成动态连续测试。要求电缆对接装置在高温高压井下可以实现对接、保证电路畅通、不短路；在对接过程中不能有液体进入地层、影响测井结果；对节后抗拉强度高抗拉力不小于70kN、能够带动整个挺杆柱。电缆对接装置是决定水平井测井成败的关键部件。
[0004]现有的油管(钻杆)输送电缆对接装置，要在水平段实现对接，就要栗送液体，液体进入地层，直接影响测试结果。且锁定性能(锁拉力)相对较差。
[0005]《石油仪器》杂志2012年第26卷第4期中，“一种单芯湿式接头对接工具的设计”一文中介绍了一种单芯湿式接头对接工具，由外壳、电缆鱼雷、母接头、公接头、防顶机构、放脱机构等组成，它可以在测井作业中，实现单芯电缆的井下对接，实现地面设备给井下仪器供电和实现信号传输的目的。但该对接装置是在ATLAS公司和HALLIBURTON公司7芯电缆对接工具的基础上演化得来的，该对接装置可用于直井测井或水平井的静态测井，还不能用于水平井动态测井，无法满足生产测井的要求；同时该对接装置是配合油管柱输送测井仪器，不能与挺杆柱配合完成水平井动态生产测井。
[0006]中国专利文献“水平井工具公、母接头电缆锁定器”(公开号:CN 1866624A，公开日:2006年11月22日)，公开了一种电缆锁定装置，包括连接测井仪电缆的湿式公接头、连接泥浆栗系统电缆的湿式母接头及连接公母接头的锁钩，经过结构改进及工艺措施后，公、母接头电缆锁定器锁定性能(锁拉力)4.2-6kN。由于其锁拉力相对较小，不能达到70kN的抗拉要求，无法直接应用于水平井的生产动态测井。
[0007]中国专利“水平井液压栗送软对接电缆输送器”(授权公告号:CN 2793321Y，授权公告日:2006年7月5日)，公开了一种用于水平井、分支井等复杂结构井钻井的水平井液压栗送软对接电缆输送器，利用它可以在水平井、多底分支井等复杂结构井内顺利完成测井、仪器故障处理、打捞等作业；该装置采用液压栗送、液压解卡。由于该对接装置需要液压栗送及解卡，工艺相对复杂，对井下地层的产液状态会造成一定的影响，无法直接应用于水平井生产动态测井工艺。
[0008]大庆油田有限责任公司的发明专利，涉及一种潜油电栗井油管内电缆的连接方法以及对接装置。应用一种具有电缆上连接体和电缆下连接体的电缆对接装置，将电缆置于油管内，利用对接装置完成井下电缆的对接。当需要提出电缆时，上提对接装置中的电缆上连接体，上连接体中母头上的卡环将母头锁定体内的锁钩拉断剪碎，从而提出电缆上连接体及上端电缆。该种方法应用后，电缆不再附着于油管之外，避免了电缆损伤。该装置在上提过程中需要将锁钩拉断剪碎，只能提出电缆，无法满足上提挺杆柱的要求，无法应用于水平井测井工艺。
[0009]武汉地震工程研究院的发明专利，公开了一种用于转动信号电缆与静止信号电缆连接的对接器，在圆形绝缘板上，从外向内依次设置有固定孔、同心铜环和滚筒转轴，第2插座通过信号电缆内的几根芯线与几个铜环分别连接，设置在触点座上的几个弹性触点的一端分别与几个铜环对应紧密接触导通，几个弹性触点的另一端、信号电缆、第2插头和人工读数仪前后依次连接。该发明能完成转动的信号电缆和固定的信号电缆之间的对接，从而实现探头自动升降测量的目的；不仅适用钻孔测斜仪自动化测量，也适用于类似的人工观测仪器的自动化测量。该装置的抗拉力无法满足70kN的抗拉要求，无法满足水平井动态测井要求。
[0010]俄罗斯学者SAFIULLIN G G等人的专利，涉及一种连接测井电缆与井口装置的防水半联轴器，防水半联轴器可以利用螺栓固定测井电缆的外层钢丝，烛式过渡桥由一个缸体和柱塞组成，其中包含一个特制的带有孔眼的衬套，能够将插头牢固地固定在上面。活塞处是电器元件的入口，此处利用密封圈为各电缆信号线建立了独立的密闭空间，电器元件入口处采用模块化设计，公插头与母插头之间采用附加密封圈和隔离套密封，可以实现电缆插头的隔离和定位。该装置适用于电缆和井口的连接，无法满足井下对接的要求，不能满足水平井动态测井的工艺要求。
[0011]俄罗斯学者TKACHUK V P等人的专利，涉及一种适用于铠装电缆的承重电缆连接，电缆连接器由主体部分、支撑桥、依据电缆芯线数目的导入部分、依附于玻璃的绝缘体、水力式自密封结构、可控法兰、防松螺母、安装电线、备紧螺母、防护帽、填料环、连接玻璃绝缘块、机械连接的电缆夹、连接外铠的连接器组成。该装置需要在井口人工连接，不能满足井下自动对接的要求。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是:提供一种水平井测井电缆对接装置及现场使用方法，应于水平井产液剖面动态测试。电缆对接装置在数千米的井下可以通过重力自动对接；对接后能够达到地面设备通过电缆和挺杆内部线路给井下仪器供电和信号传输的目的；水平井测井电缆对接装置对接后，其机械抗拉力不小于70kN，能够拉动整套挺杆柱及测井仪器，完成水平井动态测井的要求。
[0013]本发明采用的技术方案是:一种水平井测井电缆对接装置，由公接头总成I和母接头总成2组成。
[0014]公接头总成I主要由对接公针101、公针压帽102、公针主体103、公接头绝缘座104、公针压环105组成。
[0015]母接头总成2主要由电缆头201、重力短节202、母针加长针203、密封塞204、拉簧销A 205、拉簧206、拉簧销B 207、锁紧簧销208、锁紧簧209、对接母针210、内绝缘套211、绝缘套支撑架212、外绝缘套213、对接锁卡214、对接外筒215组成。
[0016]对接公针101的芯体采用硬质合金制成，对接公针101芯体全长90?100mm，按直径大小可以分为四个部分:第一部分直径3?6mm，长度10?15mm，顶端有15°?30°圆锥倒角，外部采用镀金处理；第二部分直径2?5mm，长度40?45mm ;第三部分直径6?8mm，长度25?30mm ;第四部分直径I?2mm，最下端与信号传输线连接；对接公针101芯体的第二部分外部、第三部分外部及第四部分外部的上半部分，采用模压工艺固化有硬塑料绝缘材料；
[0017]对接公针101外部固化的绝缘材料，从上到下，按外径大小，可以分为四个部分:第一部分位于镀金芯体的下方，外径3?6mm，长度35?40mm ;第二部分外径5?7mm，长度14?16_，在外部有密封槽，安装有“O”形密封胶圈，与公针主体103的内孔形成密封结构；第三部分外径7?9mm，长度12?14mm ;第四部分外径2?4mm，长度12?14mm ；
[0018]公针压帽102上部为45°圆台型，中部为圆柱形，外径22?25mm，公针压帽102内部有阶梯状通孔，上部通孔内径3?6mm，与对接公针101上部形成间隙配合，深度10?15mm ;公针压帽102中部通孔内径5?7mm，下部有M15?M18内螺纹与公针主体103连接；
[0019]公针主体103长度80?120mm，公针主体103外部按直径划分，从上至下，可以分为五个部分:第一部分为M15?M18外螺纹，可以与公针压帽102连接；第二部分外径为22?25mm，第一部分和第二部分之间为直角台阶；第三部分外径17?20mm，第二部分和第三部分之间有60°?70°的挂钩槽，能够与对接锁卡214下部的挂钩形成配合，承载拉力；第四部分外径22?25mm，第三部分和第四部分之间为30°?45°倒角；第五部分外径32?38mm，第四部分和第五部分之间为30°?45°倒角；公针主体103内部有阶梯状通孔，按内径划分，从上至下可以分为四个部分:第一部分外径5?7mm，深度14?16mm ;第二部分内径7?9mm，深度12?14mm ;第三部分为M20?M22内螺纹，可以与公针压环105连接；第四部分为M27?M30内螺纹，可以与挺杆悬挂器连接；
[0020]公接头绝缘座104采用硬质尼龙材料制成，外部按直径大小，从上至下可以分为三个部分:第一部分外径7?9mm，长度5?6mm ;第二部分外径19?21mm，长度7?9mm ；第三部分外径7?9mm，长度7?9mm ;公接头绝缘座104内部有直径2.5?4.5mm通孔；公接头绝缘座104套在对接公针101的下端，并安装在公针主体103的内孔里；
[0021]公针压环105采用不锈钢材料制成，外部为M20?M22外螺纹，可以与公针主体103的内螺纹连接；公针压环105中间为直径7.5?9.5mm的通孔；公针压环105底端环面上对称有两个“一”字型凹槽，用于工具插入，旋紧螺纹；公针压环105套在公接头绝缘座104的下部；
[0022]电缆头201外径为32?38mm，下部有M27?M30外螺纹与重力短节202连接，外螺纹连接处有两个密封槽安装有“O”形密封圈；电缆头201内部采用锥套结构固定Φ11.8三铠电缆；由于电缆头结构在测井中属于常规结构，其余结构不再赘述；
[0023]重力短节202长度为500?1000mm，外径为32?38mm，上部有M27?M30内螺纹与电缆头201连接，连接处有“O”形密封圈；重力短节202下部有有M27?M30外螺纹与对接外筒215连接，连接处有“O”形密封圈；重力短节202中心内径为6?1mm的圆孔，用于通过信号传输线，圆孔的上下两端有45°倒角；
[0024]母针加长针203中心为一根长度为75?85mm的金属针，在金属针外部，采用模压工艺，紧密套有一个绝缘套；母针加长针203按外径大小，从上到下可以分为七个部分:第一部分为外露的金属针，直径I?2_，长度8?10_，可以与信号传输线连接；第二部分为绝缘套，直径3?4臟，长度4?5mm ;第三部分为绝缘套，外径4?5mm，长度4?5mm ;第四部分为绝缘套，外径5?7mm，长度30?35mm ;第五部分为绝缘套，外径外径8?1mm ;第六部分为绝缘套，外径外径6?8mm，在外部有一个凹槽，用于捆绑丝线，固定内绝缘套211 ;第七部分为外露的金属针，上面有M2?M4外螺纹，可以与对接母针210连接；
[0025]密封塞204长度36?40mm，外部按直径不同，从上至下划分为三个部分:第一部分为M25?M28外螺纹，可以与对接外筒215内部螺纹连接；第二部分直径20?23mm，长度12?16mm，外部有密封槽，安装有“O”形密封胶圈，与对接外筒215的内孔形成密封结构；第三部分直径为17?20mm，长度10?14mm ;在密封塞216顶部的平面上，左右对称有两个直径5?7mm的盲孔，用于工具插入，旋紧螺纹；密封塞204内部有阶梯状通孔，上部内径5?7mm，深度30?35mm ;下部内径8?10mm，内部有密封槽安装有“O”形密封胶圈，与母针加长针203形成密封结构；密封塞204套在母针加长针203的外部；
[0026]拉簧销A 205是一根金属圆杆，长度14?18mm,外径2?4mm,安装在对接外筒215上部侧面的通孔内，安装完成后，拉簧销A 205两端采用铆接工艺进行固定；
[00