КОНЦЕВАЯ КАБЕЛЬНАЯ МУФТА Российский патент 2008 года по МПК H02G15/02 

Настоящее изобретение относится к концевой кабельной муфте.

Типичная подземная скважина содержит погружное оборудование, к которому подведены влагозащищенные электрические соединения. Например, как показано на фиг.1, система 10 добычи в подземной скважине может содержать колонну 12 труб, которая проходит внутри обсадной колонны 14 сквозь эксплуатационную зону 20 скважины. Колонна 12 обычно имеет центральный канал для обеспечения сообщения скважинной текучей среды с поверхностью. Для облегчения добычи этой скважинной текучей среды колонна 12 может содержать погружной насос 22.

Погружной насос 22 может получать энергию, подаваемую с поверхности по одному или нескольким электрическим кабелям 16. Например, для трехфазного насоса с поверхности вдоль колонны 12 к насосу 22 могут проходить три электрических кабеля 16.

Сам характер работы насоса 22 обусловливает то, что он окружен скважинной текучей средой. Для соединения электрических силовых кабелей 16 и кожуха двигателя насоса 22 используют соединительный узел 25 или концевую кабельную муфту. Уплотненные соединения, образуемые концевой кабельной муфтой 25, должны идеально сохранять целостность даже в условиях относительно высоких температуры и давления, имеющихся в скважине. На целостность уплотненных соединений может оказать влияние относительное перемещение кабелей 16 и погружного насоса 22.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание концевой кабельной муфты, которая сохраняет целостность в скважинной среде.

Согласно изобретению создан соединитель, применимый к скважине и содержащий фланцевый элемент, приспособленный образовывать соединение с погружным компонентом и трубку, способную соединиться с фланцевым элементом и размещать кабель, имеющий проводник, окруженный изолирующим слоем, при этом трубка обжата на изолирующем слое.

Обжим трубки может предотвращать перемещение кабеля относительно фланца.

Обжим трубки может образовать уплотнение для текучей среды между трубкой и кабелем.

Фланец может содержать другую трубку, приспособленную размещать трубку, предназначенную для размещения кабеля.

Соединитель может дополнительно содержать уплотнение, сформированное между другой трубкой и трубкой, предназначенной для размещения кабеля. Другая трубка может содержать трубку, имеющую концевой раструб для размещения трубки, предназначенной для размещения кабеля.

Соединитель может дополнительно содержать паяный шов, сформированный между металлической оболочкой и трубкой.

Соединитель может дополнительно содержать уплотнение, сформированное между изолирующим слоем и фланцевым элементом.

Соединитель может дополнительно содержать крышку для удержания уплотнения вблизи фланцевого элемента.

Согласно изобретению создан способ, применимый в скважине, содержащий следующие стадии:

соединение внешней рубашки кабеля с фланцевым элементом;

крепление фланцевого элемента к погружному компоненту;

формирование обжимного соединения между фланцевым элементом и изолирующим слоем кабеля.

На стадии армирования можно обжимать первую трубку для предотвращения движения кабеля относительно фланцевого элемента.

Способ может дополнительно содержать стадию введения первой трубки во вторую трубку, расположенную во фланцевом элементе.

Способ может дополнительно содержать стадию формирования уплотнения между первой трубкой и второй трубкой.

На стадии формирования уплотнения первую и вторую трубку можно припаивать друг к другу.

Способ может дополнительно содержать стадию формирования концевого раструба на второй трубке для размещения первой трубки.

Способ может дополнительно содержать стадию соединения первой трубки с металлической оболочкой кабеля.

Согласно изобретению создана система, применимая в скважине, содержащая погружной компонент, кабель, имеющий электрический проводник, окруженный изолирующим слоем, фланцевый элемент, приспособленный образовывать соединение с погружным компонентом, и трубку, приспособленную соединяться с фланцевым элементом для размещения кабеля и обжатую на изолирующем слое кабеля.

Трубка может быть обжата для предотвращения кабеля относительно фланца.

Система может дополнительно содержать другую трубку, приспособленную для размещения трубки, предназначенной для размещения кабеля.

Система может дополнительно содержать уплотнение, сформированное между другой трубкой и трубкой, предназначенной для размещения кабеля.

Другая трубка может содержать трубку, имеющую концевой раструб для размещения трубки, предназначенной для размещения кабеля.

Фланцевый элемент может содержать выступающий участок для входа в отверстие в погружном компоненте, фланец, размер которого превышает размер отверстия, и канавку для удержания уплотнения между фланцевым элементом и погружным компонентом.

Погружным компонентом может быть погружной насос.

Далее приводится подробное описание изобретения со ссылками на чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает схему известной перекачивающей системы;

фиг.2 - разделенное на части сечение концевой кабельной муфты по варианту настоящего изобретения;

фиг.3 - сечение, иллюстрирующее соединение между трубкой концевой кабельной муфты и обнаженным соединительным концом электрического кабеля по варианту настоящего изобретения;

фиг.4, 5 и 6 изображают блок-схемы, иллюстрирующие способ сборки концевой кабельной муфты по варианту настоящего изобретения.

Как показано на фиг.2, вариант концевой кабельной муфты 30 по настоящему изобретению сконструирован для образования механических и уплотненных соединений между выводами электродвигателя и кожухом погружного элемента (например, погружного насоса) внутри скважины (подземной или морской скважины). В некоторых вариантах настоящего изобретения концевая кабельная муфта 30 содержит фланцевую вставку 3, которая герметично крепится к корпусу 200 погружного компонента. Фланцевая вставка 32 содержит выступающий участок 34 и сконструирована с возможностью установки в ответное отверстие 202 в корпусе 200.

Когда выступающий участок 34 вставлен в отверстие 202, уплотняющее кольцо 26 (которое окружает продольную ось 190 и размещено в кольцевой канавке выступающего участка 34) образует уплотнение между фланцевой вставкой 32 и корпусом 200. Как подробнее описано ниже, фланцевая вставка 32 создает структуру для концевой кабельной муфты 30, которая используется для герметизации одного или нескольких электрических кабелей 100 (на фиг.2 показан один кабель) относительно корпуса 200, а также для создания механического соединения между кабелем 100 и корпусом 200.

Более конкретно, в некоторых вариантах настоящего изобретения фланцевая вставка 32 содержит отверстия 42 (на фиг.2 в качестве примера показаны отверстия 42а, 42b), сквозь которые (как описано ниже) формируются уплотненные соединения между кабелями 100 и погружным компонентом. Более конкретно, в некоторых вариантах настоящего изобретения эти уплотненные соединения позволяют соединителям 104 для выводов электродвигателя (на фиг.2 показан один соединитель) электрически соединяться с соответствующими электрическими гнездами (не показаны) кожуха двигателя погружного компонента. Как показано на фиг.2, в некоторых вариантах настоящего изобретения отверстия 42 расположены эксцентрично относительно оси 190 концевой кабельной муфты 30.

Для иллюстрации концевой кабельной муфты 30 на конкретном примере на фиг.2 показано и ниже описано соединение электрического кабеля 100 через отверстие 42а. Следует отметить, что в некоторых вариантах настоящего изобретения аналогичным способом можно соединять другие электрические кабели 100 (которые проходят через другие отверстия 42). Например, в некоторых вариантах настоящего изобретения концевая кабельная муфта 30 может использоваться для соединения трех электрических кабелей 100 с погружным компонентом, и по этим трем кабелям 100 может подаваться, например, трехфазное питание на погружной компонент.

Как показано на фиг.2, электрический кабель 100 проходит сквозь отверстие 42а так, что когда концевая кабельная муфта 30 полностью собрана, зачищенный конец 102 электрического кабеля 100 расположен в отверстии 42а. Термин «зачищенный» означает, что защитная и внешняя свинцовая оболочка (не показанная на фиг.2) кабеля 100 удалена, обнажая диэлектрический или электрически изолирующий слой 112 (например, слой их полиэфирэфиркетона) кабеля 100. Как показано на фиг.2, изолирующий слой 112 окружает внутренний электрический провод 114 кабеля 100.

Отверстие 42 принимает расширяющиеся трубки 70 (на фиг.2 для примера показаны две расширяющиеся трубки 70а и 70b), которые уплотнены (как описано ниже) относительно фланцевой вставки 32. Как показано на фиг.2, отверстие 42а принимает расширяющуюся трубку 70а, которая проходит соосно с осью 190. Как следует из их названия, каждая расширяющаяся трубка 70 содержит раструб 74. Раструб 74 облегчает установку зачищенного конца 102 кабеля 100 в расширяющуюся трубку 70, а также облегчает установку малой трубки 80 (тонкостенной трубки, выполненной, например, из монеля) в расширяющуюся трубку 70.

Более конкретно, в некоторых вариантах настоящего изобретения малая трубка 80 имеет наружный диаметр, близкий к внутреннему диаметру расширяющейся трубки 70, а внутренний диаметр, близкий к наружному диаметру зачищенного конца 102 кабеля 100. Поэтому в полностью собранном состоянии концевой кабельной муфты 30, зачищенный конец 102 кабеля 100 проходит сквозь малую трубку 80 и уплотнен в ней (как описано ниже); малая трубка 80 расположена внутри расширяющейся трубки 70 и уплотнена в ней; а расширяющаяся трубка, по меньшей мере, частично вставлена в отверстие 42 и уплотнена относительно основного корпуса фланцевой вставки 32.

Как далее описано ниже, при сборке концевой кабельной муфты 30 каждая трубка 80 надевается на зачищенный конец 102 соответствующего кабеля 100 и затем радиальную трубку 80 радиально обжимают так, чтобы полученные в результате обжимания кольцевые канавки входили в изолирующий слой 112 кабеля 100. Эти кольцевые канавки закрепляют кабель 100 и предотвращают относительное перемещение между кабелем 100 и концевой кабельной муфтой. Дополнительно, как описано ниже, обжим малой трубки 80 на кабеле 100 создает избыточное уплотнение вокруг зачищенного конца 102 кабеля 100.

Как показано на более конкретном примере по фиг.2 и 3, в некоторых вариантах настоящего изобретения зачищенный конец 102 кабеля 100 перед установкой в расширяющуюся трубку 70 может быть подготовлен следующим образом. Сначала малую трубку 80 надевают на зачищенный конец 102 так, чтобы согласно некоторым вариантам настоящего изобретения один конец 141 малой трубки 80 упирался в свинцовую оболочку 140 кабеля 100 или, по меньшей мере, подходил близко к ней, как показано на фиг.3. Рядом с концом 141 трубки 80 может быть выполнен шов 142 для механического соединения и уплотнения трубки 80 и свинцовой оболочки 140. Например, в некоторых вариантах настоящего изобретения шов 142 может быть паяным швом. Однако между трубкой 80 и рубашкой 140 в других вариантах настоящего изобретения могут использоваться и другие типы швов.

В некоторых вариантах настоящего изобретения каждая кольцевая канавка 82 может выполняться с помощью трубореза с достаточно тупым лезвием, чтобы по мере вращения трубореза вокруг трубки 80 труборез формировал кольцевую канавку 82 в стенке трубки 80, а не прорезал ее. Для обжима трубки 80 и формирования одной или более канавки 82 в других вариантах настоящего изобретения могут применяться и другие способы.

Конец 84 трубки 80, противоположный относительно конца 141, упирающегося в оболочку 140 кабеля, предназначен для установки в расширяющуюся трубку 70 (см. фиг.2). Кроме того, на этом конце 84 трубки 80 может быть выполнено механическое и уплотненное соединение между внешней поверхностью трубки 80 и окружающей поверхностью расширяющейся трубки 70. Как более конкретный пример, в некоторых вариантах настоящего изобретения между внешней поверхностью трубки 80 (на конце 84) и внутренней поверхностью расширяющейся трубки 70 может быть выполнен паяный шов, при этом расширяющаяся трубка 70 выступает из отверстия 42. Например, в некоторых вариантах настоящего изобретения можно использовать припой 95/5 вместе с неорганическим кислым флюсом для впаивания каждой трубки 80 внутрь соответствующей расширяющейся трубки 70.

Как показано на фиг.2, среди других признаков концевой кабельной муфты 30 в некоторых вариантах настоящего изобретения между изолирующим слоем 112 и фланцевой вставкой 32 может быть выполнено еще одно уплотнение. Более конкретно, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения фланцевая вставка 32 содержит камеру 52 для уплотнительного кольца, которая содержит кольцевые канавки 50 для уплотнительных колец, каждая из которых имеет размер для размещения одного из уплотнительных колец 60. Таким образом, каждая канавка 50 и соответствующее уплотнительное кольцо 60, установленное в канавку, расположены соосно с отверстием 42.

Для каждого отверстия 42 кольцевой выступ 45 образует внутренний упор в отверстии 42 для ограничения расстояния, на которое расширяющуюся трубку 70 можно вставить в отверстие 42 от внешней грани 38 (т.е. грани фланцевой вставки 32, расположенной напротив грани, контактирующей с корпусом 200) фланцевой вставки 32. Каждая канавка 50 для уплотнительного кольца расположена за соответствующим кольцевым выступом 45 для позиционирования уплотнительного кольца 60 вокруг изолирующего слоя 112 кабеля 100. Таким образом, как показано на фиг.3, когда зачищенный конец 102 кабеля 100 вставлен во фланцевую вставку 32, уплотнительное кольцо 60 плотно охватывает изолирующий слой 112 между концом 84 трубки 80 и соединителем 104.

Как показано на фиг.2, для удержания уплотнительных колец 60 в канавках 50 в некоторых вариантах настоящего изобретения концевая кабельная муфта 30 включает крышку 81 уплотнительных колец, которая сконструирована для плотной установки в камере 52 уплотнительных колец. Крышка 81 имеет отверстия 82, расположенные соосно с отверстиями 42 (когда крышка 81 установлена на фланцевой вставке 32), но размер их подобран так, чтобы удерживать уплотнительные кольца 60 внутри камеры 52. Таким образом, соединитель 104 и часть свободного конца 102 выступают из отверстия 82 так, что можно осуществить соответствующее электрическое соединение соединителя 104 (например, в приводной головке погружного компонента).

В некоторых вариантах настоящего изобретения концевая кабельная муфта 30 может содержать корпус 90, который крепится к внешней грани 38 фланцевой вставки 32. Более конкретно, корпус 90 содержит углубленный участок 91, выполненный как ответный для установки в него фланцевой вставки 32. Корпус 90 муфты выполнен, по существу, соосно с продольной осью 190 концевой кабельной муфты 30, когда эта муфта 90 собрана, и корпус 90 содержит внутреннюю камеру 94, которая охватывает по окружности вышеописанные соединения между электрическими кабелями 100 и трубками 70 и 80. После установления соединений между трубками 70, 80 и электрическим кабелем 100 камеру 94 можно заполнить герметиком, например эпоксидной смолой с нержавеющей сталью (к примеру).

В качестве дополнительного признака концевой кабельной муфты 30 в некоторых вариантах настоящего изобретения корпус 90 может содержать одно или несколько отверстий 92 для установки болтов (не показаны на фиг.2) для крепления фланцевой вставки 32 к корпусу 90 муфты. Кроме того, в некоторых вариантах настоящего изобретения фланцевая вставка 32 может содержать одно или несколько отверстий 56, а корпус 20 может содержать одно или несколько отверстий 205, все из которых могут использоваться для установки болтов для соединения фланцевой вставки 32 с корпусом 200.

Как показано на фиг.4, согласно вариантам настоящего изобретения можно использовать способ 300 сборки концевой кабельной муфты 30. Согласно способу 300 свинцовую оболочку 140 электрических кабелей 100 заделывают для формирования зачищенных концов 102, как показано в блоке 302. К зачищенным концам 104 также крепят соединители 104. Далее малые трубки 80 надевают на зачищенные концы 102 так, чтобы свинцовые рубашки 140 контактировали с концами 141 трубок 80 или, по меньшей мере, подходили близко к ним, как показано в блоке 304. Следует отметить, что в других вариантах настоящего изобретения трубка 80 может иметь (по меньшей мере, рядом с концом 141) внутренний диаметр такого размера, чтобы плотно надеваться на конец свинцовой оболочки 140. Таким образом, возможны разные варианты, которые находятся в пределах объема настоящего изобретения.

При проведении способа 300, после того как трубки 80 надеты на зачищенные концы 102, формируют уплотненные соединения между трубками 80 и свинцовыми оболочками 140, как показано на стадии 306. Например, в некоторых вариантах настоящего изобретения между трубками 80 и свинцовыми оболочками 140 могут формироваться паяные швы. Затем трубки 80 обжимают для зацепления с изолирующим слоем 112, как показано на стадии 308.

Способ 300 содержит стадию, при которой надевают корпус 90 разъема на электрические кабели 100 за зачищенные концы 102, как показано на стадии 310. Следует отметить, что стадия 310, а также другие стадии, показанные в способе 300, могут выполняться в другом порядке, и порядок, показанный для способа 300, является чисто иллюстративным и одним из многих возможных вариантов настоящего изобретения.

Как показано на фиг.5, способ 300 содержит стадию 314 формирования уплотненных соединений между расширяющимися трубками 70 и фланцевой вставкой 32. Например, в некоторых вариантах настоящего изобретения расширяющиеся трубки 70 могут вставляться в отверстия 40 и припаиваться к окружающему телу фланцевой вставки 32. Зачищенные концы 102 кабелей 100 вставлены на стадии 316 через расширяющиеся трубки 70 и сквозь отверстия 50 и 52 так, что трубки 80 частично вставлены в расширяющиеся трубки 70. В этом положении можно формировать уплотненные соединения между трубками 70 и 80, как показано в блоке 318. Как более конкретный пример, в некоторых вариантах настоящего изобретения трубки 70 и 80 могут припаиваться друг к другу с использованием припоя 95/5 и неорганического кислого флюса.

Затем можно надеть уплотнительные кольца 60 на стадии 320 на зачищенные концы 102, которые выступают из фланцевой вставки 32 так, что уплотнительные кольца 60 размещаются в кольцевых канавках 50. Затем можно установить крышку 81 в камеру 52 и прикрепить к фланцевой вставке 32 для фиксации уплотнительных колец 60, как показано в блоке 324. Далее в некоторых вариантах настоящего изобретения корпус 90 собирают на стадии 328 с фланцевой вставкой 32 и полость 94 корпуса 90 заполняют на стадии 332 герметиком, например эпоксидной смолой с нержавеющей сталью. В других вариантах настоящего изобретения можно использовать другие герметики.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылками на ограниченное количество вариантов, специалистам в данной области, ознакомившимся с описанием, будут очевидны многочисленные его модификации и изменения, входящие в истинный объем и дух настоящего изобретения.

Соединитель, применимый в подземной скважине, содержит фланцевый элемент и трубку. Фланцевый элемент выполнен с возможностью формировать соединение с погружным компонентом. Трубка выполнена с возможностью соединения с фланцевым элементом и размещения кабеля, имеющего проводник, окруженный изолирующим слоем. Трубка обжата на изолирующем слое. Изобретение обеспечивает создание концевой муфты, которая сохраняет целостность в скважинной среде. 3 н. и 20 з.п. ф-лы. 6 ил.

1. Соединитель, применимый в скважине и содержащий фланцевый элемент, приспособленный образовывать соединение с погружным компонентом, и трубку, способную соединиться с фланцевым элементом и размещать кабель, имеющий проводник, окруженный изолирующим слоем, проходящим, по существу, вдоль всей длины кабеля, при этом трубка обжата на изолирующем слое.2. Соединитель по п.1, в котором обжим трубки предотвращает перемещение кабеля относительно фланца.3. Соединитель по п.1, в котором обжим трубки образует уплотнение для текучей среды между трубкой и кабелем.4. Соединитель по п.1, в котором фланец содержит другую трубку, приспособленную размещать трубку, предназначенную для размещения кабеля.5. Соединитель по п.4, дополнительно содержащий уплотнение, сформированное между другой трубкой и трубкой, предназначенной для размещения кабеля.6. Соединитель по п.4, в котором другая трубка содержит трубку, имеющую концевой раструб для размещения трубки, предназначенной для размещения кабеля.7. Соединитель по п.6, дополнительно содержащий паяный шов, сформированный между металлической оболочкой и трубкой.8. Соединитель по п.1, дополнительно содержащий уплотнение, сформированное между изолирующим слоем и фланцевым элементом.9. Соединитель по п.8, дополнительно содержащий крышку для удержания уплотнения вблизи фланцевого элемента.10. Способ, применимый в скважине, содержащий следующие стадии:

соединение внешней оболочки кабеля, имеющего изолирующий слой проходящий по существу вдоль всей длины кабеля, с фланцевым элементом;

крепление фланцевого элемента к погружному компоненту;

формирование обжимного соединения между фланцевым элементом и изолирующим слоем кабеля.