Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для крепления кабеля к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) при глубиннонасосной добыче нефти из скважин.
Среди известных устройств для крепления силового кабеля к колонне НКТ не установлены устройства, совпадающие по совокупности признаков с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения по признаку «защитные выступы», за исключением устройства для крепления кабеля к колонне труб по патенту №35649, кл. Е 21 В 17/00, 2004 г.
Использование известных устройств не исключает возможности площадного механического соприкосновения наружной поверхности колонны НКТ с внутренней поверхностью колонны обсадных труб (эксплуатационной колонны) при подъеме или закачке нагретой скважинной жидкости. В результате этого происходят повышенные теплопотери в прискважинную зону горных пород от наружной поверхности силового кабеля.
Упомянутое устройство является наиболее близким по совокупности признаков к совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, включает кожух дугообразного поперечного сечения с продольным желобом для укладки кабеля, верхний и нижний захваты, шарнирно соединенные соответственно с верхней и нижней частями кожуха. При этом устройство содержит запорные элементы, а каждый захват снабжен пружинными элементами. Кожух устройства в средней части имеет продольные защитные выступы, размещенные соответственно со стороны шарнирных соединений и запорных элементов. Причем кожух и защитные выступы могут быть выполнены как единая деталь. При этом по центру желоба выполнено продольное углубление для вспомогательной линии, а запорные элементы выполнены в виде замковых язычков на свободном конце каждого захвата и соответствующих их профилю замковых отверстий в верхней и нижней частях кожуха (см. патент РФ на полезную модель №35649, кл. 7 Е 21 В 17/00, 2004).
Однако выполнение в известном устройстве для крепления кабеля к колонне труб продольных защитных выступов с односторонним размещением их только со стороны шарнирных соединений и запорных элементов не исключает возможность площадного механического соприкосновения, прилегания остальной части наружной поверхности колонны НКТ с внутренней поверхностью колонны обсадных труб (эксплуатационной колоны) при подъеме или закачке нагретой скважинной жидкости.
В результате этого происходят повышенные теплопотери в прискважинную зону горных пород от наружной поверхности силового кабеля внутрискважинного исполнения, установленного на наружной поверхности колонны НКТ, и от нагретой скважинной жидкости при подъеме или закачке. Тем самым не обеспечивается необходимость условия равнозначности параметров термического (теплового) сопротивления скважинной среды между наружной поверхностью колонны НКТ и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины по всей длине силового кабеля, закрепленного на наружной поверхности колонны НКТ, при путевом прогреве скважинной среды.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства путем сообщения ему свойства возможности достижения в скважинной среде между наружной поверхностью колонны НКТ и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины равнозначности ее параметров термического (теплового) сопротивления по длине силового кабеля, закрепленного на наружной поверхности колонны НКТ, с одновременным увеличением ее термического (теплового) сопротивления скважинной среды и снижения тем самым тепловых потерь в прискважинную зону горных пород от силового кабеля и от нагретой жидкости, прокачиваемой по колонне НКТ при ее подъеме или закачке.
Указанный технический результат достигается тем, что заявляемое устройство для крепления силового кабеля к колонне НКТ содержит крепежный кожух дугообразного поперечного сечения с защитными выступами, охватывающий колонну НКТ и прилегающий к ней силовой кабель и запорные элементы, соединяющие свободные концы крепежного кожуха, при этом защитные выступы выполнены по длине крепежного кожуха и размещены на наружной поверхности крепежного кожуха или на наружной поверхности крепежного кожуха и на внутренней поверхности крепежного кожуха с возможностью их точечного механического соприкосновения соответственно с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины и с наружной поверхностью колонны НКТ в процессе работы устройства в скважине.
Защитные выступы устройства для точечного механического соприкосновения могут быть выполнены в виде:
- отдельных полусфер;
- отдельных конусов;
- отдельных усеченных конусов, в каждом из которых плоскость, расположенная противоположно основанию конуса по его высоте, выполнена наклонной и не параллельной ни одной из образующих конуса;
- отдельных пирамид;
- отдельных усеченных пирамид, в каждой из которых грань, расположенная противоположно основанию пирамиды по ее высоте, выполнена наклонной и не параллельной ни одной из образующих пирамиды.
Кроме того, указанные формы защитных выступов устройства для точечного механического соприкосновения могут быть выполнены сплошными или полыми.
Выполненные полыми защитные выступы устройства имеют толщину стенки с повторяющимися и/или неповторяющимися числовыми значениями от их основания до зоны их точечных механических соприкосновений с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны и с наружной поверхностью колонны НКТ.
Кроме того, в сплошных и полых защитных выступах устройства в зоне их точечного механического соприкосновения с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны и с наружной поверхностью колонны НКТ, а также в их боковых поверхностях могут быть выполнены сквозные или глухие отверстия.
Вместе с тем в указанных видах отверстий сплошных и полых защитных выступов устройства могут быть выполнены насечки.
Также насечки могут быть выполнены на поверхности всех указанных видах защитных выступов.
Достижение поставленной цели заявляемого изобретения обеспечивается нижеследующим.
Благодаря тому что защитные выступы размещены на наружной поверхности крепежного кожуха или на наружной поверхности крепежного кожуха и на внутренней поверхности крепежного кожуха, обеспечивается максимальная удаленность наружной поверхности колонны НКТ от внутренней поверхности эксплуатационной колонны скважины с одновременным обеспечением максимально возможного соосного расположения колонны НКТ в объеме внутритрубного пространства эксплуатационной колонны скважины с достижением в скважинной среде между наружной поверхностью колонны НКТ и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины равнозначности ее параметров термического (теплового) сопротивления по всей длине силового кабеля, закрепленного на наружной поверхности колонны НКТ, в процессе подъема или закачки скважинной жидкости.
В результате этого обеспечивается увеличение теплового сопротивления скважинной среды между внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины и наружной поверхностью колоны НКТ, что приводит к уменьшению величины тепловых потерь в прискважинную зону горных пород от силового кабеля и нагретой скважиной жидкости, транспортируемой по колонне НКТ.
Одновременно с этим, благодаря тому, что защитные выступы заявляемого устройства, размещенные на наружной поверхности крепежного кожуха или на наружной поверхности крепежного кожуха и на внутренней поверхности крепежного кожуха, выполнены с возможностью их точечного механического соприкосновения соответственно с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны и с наружной поверхностью колонны НКТ, которое обеспечивается минимизацией площади механического соприкосновения каждого защитного выступа с указанными поверхностями до точки, как местом, не имеющим измерения, создаются условия для создания максимально возможного теплового сопротивления между внутренней поверхностью эксплуатационной колонны и наружной поверхностью колонны НКТ, т.е. в межтрубном пространстве скважины, ограниченном указанными поверхностями.
Благодаря этому тепловое сопротивление между указанными поверхностями определяет только тепловое сопротивление скважинной среды. В результате этого обеспечивается увеличение теплового сопротивления скважинной среды в процессе подъема или закачки нагретой скважинной жидкости. Выполнение защитных выступов, обеспечивающих точечное механическое соприкосновение с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины и наружной поверхностью колонны НКТ, позволяет достичь минимальных тепловых потерь в прискважинную зону горных пород от силового кабеля и нагретой скважинной жидкости, транспортируемой по колонне НКТ.
В заявляемом устройстве защитные выступы выполнены в виде полусфер, конусов, усеченных конусов, пирамид и усеченных пирамид, обеспечивающих их точечное механическое соприкосновение с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины и наружной поверхностью колонны НКТ. В отношении каждого из них определена и сформирована точка соприкосновения.
В отношении защитного выступа, выполненного в виде полусферы, точка соприкосновения определена местом пересечения радиуса полусферы, перпендикулярного плоскости большого круга, со сферической поверхностью полусферы.
В отношении защитного выступа, выполненного в виде конуса или пирамиды, точкой соприкосновения для каждого из них является их вершина.
В отношении защитного выступа, выполненного в виде усеченного конуса, точкой соприкосновения является место пересечения верхней наклонной плоскости конуса, расположенной противоположно основанию конуса по его высоте, не параллельной ни одной из его образующих, с боковой поверхностью конуса, возвышающееся над всеми другими точками пересечения этой наклонной плоскости с боковой поверхностью конуса.
В отношении защитного выступа, выполненного в виде усеченной пирамиды, точкой соприкосновения является место пересечения верхней наклонной грани, расположенной противоположно основанию пирамиды по ее высоте, не параллельной ни одной из ее образующих, с боковыми гранями пирамиды, возвышающееся над всеми другим точками пересечения этой наклонной грани с боковыми гранями пирамиды.
Благодаря выполнению защитных выступов для точечного механического соприкосновения с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины или с внутренней поверхностью эксплуатационной колоны и наружной поверхностью колонны НКТ полыми уменьшается масса тела каждого защитного выступа, что приводит к увеличению его теплового сопротивления и обеспечению тем самым увеличения теплового сопротивления скважинной среды в процессе работы заявляемого устройства в скважине.
Благодаря тому что в каждом полом защитном выступе толщина стенки выполнена с повторяющимися и/или неповторяющимися числовыми значениями от его основания до зоны его точечного механического соприкосновения с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны и с наружной поверхностью колонны НКТ, еще в большей степени уменьшается масса тела каждого защитного выступа, что еще больше увеличивает его тепловое сопротивление и тем самым еще больше увеличивается тепловое сопротивление скважинной среды в процессе работы заявляемого устройства в скважине.
Благодаря тому что в каждом сплошном или полом защитном выступе в зоне их точечного механического соприкосновения с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины или с внутренней поверхностью эксплуатационной колоны и наружной поверхностью колонны НКТ, а также в его боковой поверхности выполнены сквозные отверстия или глухие отверстия, обеспечивается, с уменьшением объема массы тела защитного выступа, увеличение его теплового сопротивления и тем самым увеличение теплового сопротивления скважинной среды в процессе работы заявляемого устройства в скважине.
Благодаря тому что в сквозных или глухих отверстиях каждого защитного выступа устройства выполнены насечки, упрочняется состояние материала выступа с повышением его прочности и снижением пластичности, что способствует увеличению теплового сопротивления выступа и тем самым увеличению теплового сопротивления скважинной среды в процессе работы заявляемого устройства в скважине.
Благодаря тому что на поверхности каждого сплошного или полого защитного выступа устройства выполнены насечки, упрочняется состояние материала выступа с повышением прочности и снижением пластичности его объема, что способствует увеличению теплового сопротивления выступа и тем самым увеличению теплового сопротивления скважинной среды в процессе работы заявляемого устройства в скважине.
Таким образом, благодаря тому, что защитные выступы заявляемого устройства выполнены по длине крепежного кожуха и размещены на его наружной поверхности или на наружной поверхности кожуха и на внутренней поверхности кожуха и представлены вышеприведенными частными формами их выполнения, определяющими для каждого из них одну рабочую точку соприкосновения выступов с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны и наружной поверхностью колонны НКТ, обеспечивается исключение непосредственного механического соприкосновения наружной поверхности колонны НКТ с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины с достижением в скважинной среде между наружной поверхностью колонны НКТ и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины равнозначности ее параметров термического (теплового) сопротивления по длине силового кабеля, закрепленного на наружной поверхности колонны НКТ, с одновременным увеличением ее термического (теплового) сопротивления при подъеме или закачке скважинной жидкости, что тем самым обеспечивает снижение тепловых потерь в прискважинную зону горных пород от наружной поверхности силового кабеля и нагретой скважинной жидкости, транспортируемой по колонне НКТ.
Сущность заявляемого изобретения поясняется фиг.1-7, где на фиг.1 представлено заявляемое устройство для крепления силового кабеля к колонне НКТ, установленное на наружной поверхности трубы колонны НКТ; на фиг.2 представлен общий вид заявляемого устройства; на фиг.3 представлен вид А-А заявляемого устройства в поперечном разрезе с защитными выступами в форме отдельных полых полусфер; на фиг.4 - то же, с защитными выступами в форме отдельных полых конусов; на фиг.5 - то же, с защитными выступами в форме отдельных полых пирамид; на фиг.6 - то же, с защитными выступами в форме отдельных полых усеченных конусов; на фиг.7 - то же, с защитными выступами в форме отдельных полых усеченных пирамид.
Заявляемое устройство для крепления кабеля к колонне НКТ (фиг.1 и 2) содержит крепежный кожух 1 ограниченной ширины и длины, дугообразного поперечного сечения с защитными выступами 2 и 3, запорный пружинистый элемент 4, например, прямоугольной формы с прорезью, соединяющий свободный конец 5 крепежного кожуха 1, при этом защитные выступы 2 и 3 выполнены по длине крепежного кожуха 1 и размещены на наружной поверхности крепежного кожуха 1 или на наружной поверхности крепежного кожуха 1 и на внутренней поверхности крепежного кожуха 1. Защитные выступы 2 и 3 выполнены с возможностью их точечного механического соприкосновения соответственно с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны 6 скважины или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны 6 и с наружной поверхностью колонны НКТ 7 в процессе работы устройства в скважине.
Для достижения указанного точечного механического соприкосновения защитные выступы устройства могут быть выполнены в виде:
- отдельных полусфер;
- отдельных конусов;
- отдельных усеченных конусов, в каждом из которых плоскость, расположенная противоположно основанию конуса по его высоте, выполнена наклонной и не параллельной ни одной из образующих конуса;
- отдельных пирамид;
- отдельных усеченных пирамид, в каждой из которых грань, расположенная противоположно основанию пирамиды по ее высоте, выполнена наклонной и не параллельной ни одной из образующих пирамиды.
Указанные формы защитных выступов 2 и 3 устройства для точечного механического соприкосновения с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны и с наружной поверхностью колонны НКТ могут быть выполнены:
- сплошными;
- полыми;
- полыми с толщиной стенки, имеющей повторяющиеся и/или неповторяющиеся числовые значения от основания защитного выступа до его точечного механического соприкосновения с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны и с наружной поверхностью колонны НКТ;
- со сквозными или глухими отверстиями в зоне их точечного механического соприкосновения, а также в их боковых поверхностях, в сплошных и полых видах выступов;
- с насечками в сквозных или глухих отверстиях и также на поверхностях сплошных и полых видов выступов.
Расстояние между защитными выступами 2 и 3 на наружной и/или внутренней поверхности крепежного кожуха 1, а также их высоту выбирают исходя из условия исключения касания внутренней поверхности крепежного кожуха наружной поверхности колонны НКТ 7 и исключения касания наружной поверхности крепежного кожуха 1 внутренней поверхности эксплуатационной колонны 6.
Выполнение указанного условия достигается расчетным и экспериментальным путем. Сущность выполнения указанного условия определена приданием устройству для крепления кабеля к колонне НКТ нового качества, расширяющего его функциональные возможности, заключающиеся в возможности достижения в скважинной среде между наружной поверхностью колонны НКТ 7 и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны 6 скважины равнозначности ее параметров термического (теплового) сопротивления по длине силового кабеля 8, закрепленного на наружной поверхности колонны НКТ, с одновременным увеличением ее термического (теплового) сопротивления при путевом прогреве скважинной среды. Этим обеспечивается снижение тепловых потерь в прискважинную зону горных пород от силового кабеля и от нагретой жидкости, прокачиваемой по колонне НКТ 7 при ее подъеме или закачке.
Устройство для крепления кабеля к колонне НКТ, заявляемого конструктивного исполнения, представленное на фиг.1, применяют следующим образом.
По мере спуска в скважину погружного электродвигателя с силовым кабелем в качестве привода наружного насоса для подъема или закачки скважинной жидкости или спуска силового кабеля 8 для путевого прогрева скважинной жидкости, заполняющей колонну НКТ 7, прокладывают силовой кабель 8 на наружной поверхности колонны НКТ 7 линейно вдоль продольной его оси и закрепляют силовой кабель 8 на наружной поверхности колонны НКТ 7 путем поперечного охвата крепежным кожухом 1 наружной поверхности колонны НКТ 7 и силового кабеля 8. Далее путем ввода протягиванием свободного конца 5 крепежного кожуха 1 в запорный элемент 4 устройства с последующим его натяжением специальным нагрузочным устройством, выполненным в виде монтажного ключа, фиксируют заявляемое устройство на наружной поверхности колонны НКТ 7. Фиксирование выполняют путем поворота свободного конца 5 крепежного кожуха 1 относительно запорного элемента 4 в плоскости, перпендикулярной продольной оси колонны НКТ 7, до его соприкосновения с наружной поверхностью крепежного кожуха 1.
Таким образом закрепляют вдоль колонны НКТ все устройства для крепления кабеля к колонне НКТ заявляемого конструктивного исполнения с интервалом в соответствии с технологическим регламентом на проведение монтажных работ.
Пример практической реализации устройства для крепления кабеля к колонне НКТ заявляемого конструктивного исполнения в опытной эксплуатации.
Устройство использовано для крепления кабеля марки КНПиБП-120 3×8-2500 к наружной поверхности насосно-компрессорных труб с условным диаметром 2,5" (73 мм), из которых составлена колонна НКТ для транспортирования жидкости на поверхность.
Функциональные элементы заявляемого устройства для крепления кабеля к колонне НКТ имеют следующие технические характеристики:
- крепежный кожух: материал - сталь 3, ширина 30 мм, толщина 1 мм, длина 300 мм;
- запорный элемент: материал - пружинистая сталь, ширина 50 мм, толщина 2 мм;
- размер прорези запорного элемента - 35 мм × 30 мм;
- защитные выступы для точечного механического соприкосновения с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны и с наружной поверхностью колонны НКТ: геометрия - полусфера, наружный диаметр 10 мм, толщина стенки 1 мм, высота защитного выступа 5 мм, расстояние между центрами защитных выступов 15 мм, место расположения защитных выступов - наружная и внутренняя поверхность крепежного кожуха, материал - сталь 3.
При изготовлении защитного выступа из материала, идентичного материалу крепежного кожуха, достигается высокая технологичность изготовления устройств для крепления кабеля к колонне НКТ заявляемого конструктивного исполнения с сохранением их геометрических форм и размеров в серийном или массовом их производстве. Это способствует достижению идентичных (тепловых) показателей устройств при практическом их использовании, а также исключает необходимость наращивать номенклатуру применяемых материалов и, помимо изложенного, исключаются технологические операции, такие как сварка, пайка, склеивание, клепка и т.д. Появилась возможность изготовления устройства за одно силовое воздействие (например, за счет прессования, штамповки.)
Соответствия условных диаметров труб эксплуатационной колонны скважины и условных диаметров труб колонны НКТ, при которых возможно использование устройства для крепления кабеля к колонне НКТ заявляемого исполнения с односторонним или с двухсторонним размещением защитных выступов на поверхности крепежного кожуха устройства, приведены в нижеследующей таблице.
Примечание: а) Данные приведены для скважин с вертикальным стволом для подъема или закачки жидкости.
б) Индекс 1 обозначает, что защитные выступы размещены на наружной поверхности крепежного кожуха.
в) Индекс 2 обозначает, что защитные выступы размещены на наружной и на внутренней поверхности крепежного кожуха.
При наличии в скважине горизонтального или наклонно-направленного участков ствола скважины предпочтительно использовать устройство для крепления кабеля к колонне НКТ заявляемого конструктивного исполнения, имеющего защитные выступы, размещенные на наружной и на внутренней поверхности крепежного кожуха.
Использование устройства для крепления кабеля к колонне НКТ заявляемого исполнения при путевом прогреве скважинной среды позволяет увеличить ее термическое (тепловое) сопротивление с одновременным снижением тепловых потерь в прискважинную зону горных пород от силового кабеля и от нагретой жидкости, прокачиваемой по колонне НКТ при ее подъеме или закачке.
Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности. Обеспечивает достижение равнозначности параметров термического сопротивления скважинной среды между наружной поверхностью колонны НКТ и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины по длине силового кабеля, одновременное увеличение этих параметров при путевом прогреве скважинной среды. Устройство содержит крепежный кожух 1 дугообразного поперечного сечения с защитными выступами 2 и 3, охватывающий колонну НКТ 7 и прилегающий к ней силовой кабель 8 и запорные элементы 4 и 5, соединяющие свободные концы крепежного кожуха 1. Защитные выступы 2 и 3 выполнены по длине крепежного кожуха 1 и размещены на наружной поверхности крепежного кожуха 1 или на наружной поверхности крепежного кожуха 1 и на внутренней поверхности крепежного кожуха 1 с возможностью их точечного механического соприкосновения соответственно с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны 6 или с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны 6 и с наружной поверхностью колонны НКТ 7 в процессе работы устройства в скважине. 12 з.п.ф-лы, 7 ил., 1 табл.
| Устройство для загрузки шахтных печей | 1929 |
|
SU35649A1 |
| Устройство для крепления длинномерных изделий, преимущественно кабеля,к насосно-компрессорным трубам | 1980 |
|
SU994678A1 |
| Способ крепления кабеля электроцентробежного насоса к колонне насосно-компрессорных труб и устройство для его осуществления | 1991 |
|
SU1836537A3 |
| СПОСОБ И ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ В СООРУЖЕНИЯХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГРАВИТАЦИОННЫХ СИЛ | 1932 |
|
SU36700A1 |
| МЕХАНИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА | 1931 |
|
SU27145A1 |
| Устройство для устранения колебаний силы приема при передаче изображений на расстояние | 1930 |
|
SU25529A1 |
