СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКОНЦОВОЧНОГО УСТРОЙСТВА МНОГОЖИЛЬНОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО КАБЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК H02G15/04 H01B7/17 

Изобретения относятся к области нефтегазодобычи и могут быть использованы для защиты кабелей, размещенных в скважине, как от механических повреждений в процессе спускоподъемных операций насосно-компрессорных труб с кабелем, так и для исключения электрических пробоев кабелей, используемых в процессе эксплуатации.

Известен способ изготовления оконцовочного устройства многожильного нагревательного кабеля (Патент РФ №2251186, кл. H02G 15/04, 1/14, от 2003 г.). В данном способе жестко соединяют между собой для образования замкнутой электрической цепи зачищенные от изоляционного слоя концы токопроводящих жил и изготовляют защитный модуль путем размещения указанных соединенных концов токопроводящих жил в камере формообразующей пресс-формы с последующей подачей в эту камеру пресс-формы расплавленного изоляционного материала под давлением с последующим охлаждением. При этом свободный концевой участок с соединенными между собой жестко жилами перед укладкой в камеру предварительно изгибают по кривой в направлении к наружной поверхности концевого участка, причем боковые и средние жилы изгибают в разных плоскостях, накладывают общую изоляционную формообразующую оболочку и изоляционный материал с перекрытием концевого участка и общей изоляционной формообразующей оболочки.

Недостатками указанного известного способа являются следующие:

- сложность в изготовлении,

- не обеспечивается надежная герметизация концевого участка кабеля и достаточная защищенность от механических воздействий.

Известен способ концевой заделки кабеля (заявка РФ №2005137380, кл. H02G 15/04, от 2005 г.), в котором после монтажа на свободном концевом участке нагревательного кабеля фиксируют положение высвобожденных жил кабеля относительно друг друга и изготавливают защитный модуль путем установки на каждую высвобожденную жилу кабеля внутренней термоусаживаемой трубки и производят их усадку, а затем на поверхность каждой внутренней трубки жилы кабеля со стороны, обращенной во внутрь пучка жил кабеля, наносят клеевую полоску из термоплавкого материала, которую размещают до упора свободном концевом участке кабеля, нагревают клеевые полоски до их размягчения и сводят жилы кабеля вместе, фиксируя их положения в пучке относительно друг друга посредством указанных клеевых полосок и далее на свободный концевой участок нагревательного кабеля с зафиксированными жилами надевают внешнюю термоусаживаемую трубку и термоусаживают ее.

К недостаткам указанного способа можно отнести недостаточную герметичность защитного модуля, а также отсутствие защиты нагревательного кабеля от механических воздействий, а кроме того, не исключается возможность пробоев, и, как следствие, выход из строя всей кабельной системы.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ изготовления оконцовочного устройства многожильного нагревательного кабеля (Патент РФ №39218, кл. H01B 7/18, от 2004 г.), согласно которому производят установку на свободный концевой участок нагревательного кабеля защитного модуля, в одной части которого размещают соединенные между собой для образования замкнутой электрической цепи, зачищенные от изоляционного слоя концы токопроводящих жил кабеля, в другой части полости защитного модуля устанавливают разделительную втулку, на наружной или внутренней поверхности одного из концов которой выполнена резьба для соединения ее с защитным модулем, при этом другой конец втулки герметично соединяют с общей изоляционной оболочкой и/или с броней нагревательного кабеля. Внутреннее пространство разделительной втулки перекрыто поперечной перегородкой с отверстиями для пропускания через них токопроводящих жил нагревательного кабеля. Количество отверстий в поперечной перегородке этой втулки соответствует количеству токопроводящих жил нагревательного кабеля, а диаметр каждого отверстия поперечной перегородки равен диаметру незачищенной от изоляционного слоя токопроводящей жилы. При этом в пределы внутреннего пространства разделительной втулки введены незачищенные от изоляционного слоя токопроводящие жилы, освобожденные от общей изоляционной оболочки и брони нагревательного кабеля с выводом их через отверстия поперечной перегородки в полость защитного модуля, где их зачищенные от изоляционного слоя концы, соединенные между собой, образуют замкнутую электрическую цепь. Полость защитного модуля и внутреннее пространство разделительной втулки заполняют полимерным герметизирующим материалом, а в стенке защитного модуля выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для заливки в полость защитного модуля полимерного герметизирующего материала.

К недостаткам известного способа можно отнести недостаточную износоустойчивость изготовленного оконцовочного устройства к механическому воздействию и к воздействию скважинных условий, в частности, при повышенном содержании сероводорода в пластовых флюидах, и недостаточную герметизацией места соединения токопроводящих жил.

Кроме того, существенным недостатком известного способа является также сложность выполнения операций по герметизации и сложность конструкции по известному способу за счет необходимости установки внутренних перегородок.

Единый технический результат, достигаемый предлагаемыми изобретениями, заключается в повышении надежности герметизации изготовленного оконцовочного устройства и повышении степени устойчивости как к механических повреждениям, так и к воздействиям скважинных условий - высоких температур, давления, коррозии, наличие сероводорода и ограниченности пространства, а также в простоте изготовления, в том числе в полевых условиях, что исключает необходимость вывоза кабеля в цех на ремонт.

Указанный технический результат обеспечивается предлагаемым способом изготовления оконцовочного устройства многожильного нагревательного кабеля путем установки на свободный концевой участок нагревательного кабеля защитного модуля, внутри которого размещают зачищенные от изоляционного слоя концы токопроводящих жил кабеля, соединенные между собой для образования замкнутой электрической цепи, при этом новым по первому варианту является то, что для изготовления защитного модуля надевают на свободный концевой участок кабеля последовательно первую термоусаживаемую трубку, защитный рукав и вторую термоусаживаемую трубку с выводом из нее концевого участка кабеля, причем длина защитного рукава превышает длину каждой из термоусаживаемых трубок, на выведенном концевом участке снимают броню с высвобождением жил, далее на высвобожденные жилы надевают первую термоусаживаемую перчатку с выводом каждой жилы в отдельный палец указанной перчатки, пальцы которой ориентированы противоположно свободному концевому участку кабеля, затем выведенные из пальцев термоусаживаемой перчатки концы жил заводят в металлическую втулку с выпуском жил за ее пределы и на выпущенные жилы надевают вторую термоусаживаемую перчатку в направлении, идентичном первой перчатке, концы жил также выпускают из второй перчатки с выводом каждой жилы в ее отдельный палец, выведенные жилы оголяют и соединяют между собой в неразъемное соединение для образования замкнутой электрической цепи, затем вторую термоусаживаемую перчатку спускают на указанное неразъемное соединение жил и термоусаживают ее, далее ранее надетую металлическую втулку спускают на зону термоусаженной второй перчатки, к концу указанной втулки, обращенному к неразъемному соединению жил, присоединяют защитный металлический стакан, затем первую перчатку перемещают внахлест на втулку и термоусаживают ее, далее перемещают по кабелю вторую термоусаживаемую трубку и, насаживая ее на втулку, спускают защитный рукав с заведением его во внутрь второй термоусаживаемой трубки, а первую термоусаживаемую трубку перемещают до указанного рукава внахлест на часть его поверхности и термоусаживают указанные трубки.

По второму варианту новым является то, что для изготовления защитного модуля надевают на свободный концевой участок кабеля последовательно термоусаживаемую трубку и защитный рукав с выводом из него концевого участка кабеля, причем длина защитного рукава меньше термоусаживаемой трубки, на выведенном концевом участке снимают броню с высвобождением жил, далее на высвобожденные жилы надевают первую термоусаживаемую перчатку с выводом каждой жилы в отдельный палец указанной перчатки, пальцы которой ориентированы противоположно свободному концевому участку кабеля, затем выведенные из пальцев термоусаживаемой перчатки концы жил заводят в металлическую втулку с выпуском жил за ее пределы и на выпущенные жилы надевают вторую термоусаживаемую перчатку в направлении, идентичном первой перчатке, концы жил также выпускают из второй перчатки с выводом каждой жилы в ее отдельный палец, выведенные жилы оголяют и соединяют между собой в неразъемное соединение для образования замкнутой электрической цепи, затем вторую термоусаживаемую перчатку спускают на указанное неразъемное соединение жил и термоусаживают ее, далее ранее надетую металлическую втулку спускают на зону термоусаженной второй перчатки, к концу указанной втулки, обращенному к неразъемному соединению жил, присоединяют защитный металлический стакан, затем первую перчатку перемещают внахлест на втулку и термоусаживают ее, спускают защитный рукав с заведением его на первую термоусаженную перчатку, а термоусаживаемую трубку перемещают, надевая ее на указанный рукав так, чтобы оба его конца были перекрыты указанной трубкой, и термоусаживают ее.

По обоим вариантам:

В качестве защитного рукава используют гофрированную трубу или бронерукав.

Поверх неразъемного соединения жил, охваченного первой термоусаженной перчаткой, надевают термоусаживаемый колпачок.

В качестве неразъемного соединения оголенные токопроводящие жилы соединяют в звезду либо в треугольник.

Металлический стакан выполнен с отверстием для введения внутрь компаунда.

Соединение втулки с защитным металлическим стаканом выполнено резьбовым.

Термоусаживаемую перчатку используют с количеством пальцев, соответствующим количеству жил кабеля.

Процесс термоусадки производят с помощью термопистолета.

По обоим вариантам указанный технический результат обеспечивается за счет следующего.

Благодаря тому что для изготовления защитного модуля надевают на свободный концевой участок кабеля защитный рукав, достигается защита изоляции жил кабеля от механических повреждений и перегибов.

Благодаря тому что на высвобожденные жилы надевают первую термоусаживаемую перчатку с выводом каждой жилы в отдельный палец указанной перчатки, пальцы которой ориентированы противоположно свободному концевому участку кабеля, обеспечивается герметизация места соединения кабеля и втулки.

Размещение выведенных из пальцев термоусаживаемой перчатки концов жил в металлической втулке с выпуском жил за ее пределы позволяет произвести качественную герметизацию места соединения жил.

Благодаря тому что на выпущенные из металлической втулки жилы надевают вторую термоусаживаемую перчатку в направлении, идентичном первой перчатке, а концы жил выпускают из второй перчатки, с выводом каждой жилы в ее отдельный палец и термоусаживают ее, достигается повышенная защита от влияния неблагоприятных факторов скважинных условий.

Благодаря тому что ранее надетую металлическую втулку спускают на зону термоусаженной второй перчатки и к концу указанной втулки, обращенному к неразъемному соединению жил, присоединяют защитный металлический стакан, также обеспечивается степенная защита изготовленного оконцовочного устройства как от механических повреждений, так и от проникновения скважинной жидкости.

На эту же цель работает и то, что первую перчатку перемещают внахлест на втулку и термоусаживают ее.

Выполнение по первому варианту длины защитного рукава больше длины каждой из термоусаживаемых трубок обеспечивает надежное крепление торцов защитного рукава к броне кабеля одной и второй трубкой, а выполнение по второму варианту длины защитного рукава меньше термоусаживаемой трубки обеспечивает надежное крепление торцов защитного рукава к броне кабеля одним и вторым концом указанной трубки.

Исполнение при реализации предлагаемого способа вариантов предпочтительного выполнения позволяет также усилить герметизирующие параметры изготовленного устройства.

Таким образом, благодаря совокупности операций предлагаемого способа (по обоим вариантам) и их последовательности обеспечивается возможность изготовления оконцовочного устройства с повышенной степенью герметичности и стойкого к механическому воздействию.

Благодаря использованию простых комплектующих и манипуляций с ними обычным термопистолетом появилась возможность производить реализацию способа даже в полевых условиях (у скважины), что позволит исключить материальные и транспортные расходы на доставку кабеля в цех на ремонт при повреждении у кабеля оконцовочного устройства.

Заявляемый способ изготовления оконцовочного устройства многожильного нагревательного кабеля реализуется следующим образом.

Берут многожильный нагревательный кабель, например, марки КНАПиБП, или КНМПиБП, или КНПиБП, доставляют его к скважине и отмеряют рассчитанный ранее свободный концевой участок кабеля, на котором необходимо изготовить оконцовочное устройство. Производят изготовление оконцовочного устройства кабеля путем поэтапного выполнения нижеприведенных операций.

По первому варианту на свободный концевой участок кабеля надевают последовательно первую термоусаживаемую трубку, защитный рукав и вторую термоусаживаемую трубку, протягивая их так, чтобы оставался свободный концевой участок кабеля. Длина защитного рукава, в качестве которого используют бронерукав, например, марки БМДК 11.007-01 составляет, например, 0,75 м, а длина каждой термоусаживаемой трубки марки 3М 38/8, например, по 0,2 м. При этом по второму варианту на свободный концевой участок кабеля последовательно надевают термоусаживаемую трубку, например, 0,8 м и защитный рукав с выводом из него концевого участка кабеля, причем длина защитного рукава, в качестве которого используют бронерукав марки БМДК 11.007, составляет 0,62 м, что меньше длины термоусаживаемой трубки.

Далее по обоим вариантам на выведенном концевом участке кабеля снимают броню с высвобождением жил и надевают на них первую термоусаживаемую перчатку марки 502S012/S с выводом каждой жилы в отдельный палец указанной перчатки, причем пальцы перчатки ориентированы противоположно свободному концевому участку кабеля. Затем выведенные из пальцев концы жил заводят в металлическую втулку с выпуском жил за ее пределы и на выпущенные жилы надевают вторую термоусаживаемую перчатку той же марки в направлении, идентичном первой перчатке, а концы жил также выпускают из второй перчатки с выводом каждой жилы в ее отдельный палец. При этом количество пальцев термоусаживаемых перчаток соответствует количеству жил многожильного нагревательного кабеля и составляет в нашем случае три. Но вместе с тем можно использовать и термоусаживаемую перчатку с числом пальцев, превышающим количество жил кабеля (в этом случае свободные пальцы зажимают при усадке). Выведенные жилы оголяют и соединяют между собой в неразъемное соединение, например в звезду или в треугольник, для образования замкнутой электрической цепи. Затем вторую термоусаживаемую перчатку спускают на указанное неразъемное соединение жил и термоусаживают ее. Поверх неразъемного соединения жил, охваченного второй термоусаженной перчаткой, в преимущественном варианте можно надеть термоусаживаемый колпачок марки SKE 4/10 и термоусадить его. Далее ранее надетую металлическую втулку спускают на зону термоусаженной второй перчатки и к концу указанной втулки, обращенному к неразъемному соединению жил, присоединяют защитный металлический стакан, например, при помощи резьбового соединения (указанный металлический стакан может быть снабжен отверстием для заливки компаунд). Затем первую перчатку перемещают внахлест на втулку и термоусаживают ее. Далее по первому варианту способа перемещают по кабелю вторую термоусаживаемую трубку, и насаживая ее на втулку. Спускают защитный рукав с заведением его во внутрь второй термоусаживаемой трубки, а первую термоусаживаемую трубку перемещают до указанного рукава внахлест на часть его поверхности и термоусаживают указанные трубки. По второму варианту спускают защитный рукав с заведением его на первую термоусаженную перчатку, а термоусаживаемую трубку перемещают, надевая ее на указанный рукав так, чтобы оба его конца были перекрыты указанной трубкой и термоусаживают ее.

По обоим вариантам процесс термоусадки производят с помощью термопистолета марки BOSCH GHG 660 LCD.

Таким образом, реализация предлагаемого способа фактически производится в два этапа:

- на первом этапе производят комплектацию концевого участка многожильного нагревательного кабеля рядом элементов;

- на втором этапе производят их установку в зоне концевого участка кабеля, осуществляя при этом манипуляции с этими элементами.

Затем производят испытание оконцовочного устройства, выполненного по указанному способу, на дневной поверхности для определения отсутствия электрического пробоя. Далее многожильный нагревательный кабель с изготовленным на нем оконцовочным устройством спускают в скважину и производят испытание на предмет воздействия на него определенных скважинных условий, фиксируя при этом длительность успешной работы кабельной линии.

Согласно указанному способу были изготовлены оконцовочные устройства на трех кабельных линиях. Указанные кабельные линии были испытаны в скважинных условиях. Данные испытания приведены в таблице.

Результаты испытаний показали, что кабельные линии с оконцовочным устройством, выполненным по предлагаемому способу, соответствуют технологическим требованиям благодаря надежности герметизации оконцовочного устройства, стойкости к механическим повреждениям и к воздействию скважинных условий, а возможность изготовления оконцовочного устройства в полевых условиях позволяет сократить сроки монтажа, что значительно снижает время простоя скважин во время ремонта.

15 июля 2009 г.

Таблица Данные испытания кабельных линий с оконцовочными устройствами, изготовленными по предлагаемому способу Название Глубина спуска оконцовочного устройства, м Параметры скважины Время безаварийной работы, сут Глубина, м Давление забойное, МПа Наличие H₂S в пластовых флюидах, % Кабельная линия №1 2000 3500 12 0,08 с апреля 2008 г. до настоящего времени Кабельная линия №2 1700 3200 13 0,01 с февраля 2009 г. до настоящего времени Кабельная линия №3 1500 3200 12 0,08 с февраля 2009 г. до настоящего времени Примечание: Оконцовочное устройство кабельной линии №1 выполнено по первому варианту, оконцовочные устройства остальных кабельных линий - по второму варианту.

Заявленная группа изобретений относится к области нефтедобычи и может быть использована для защиты кабелей от механических повреждений и для исключения электрических пробоев кабелей, используемых в процессе эксплуатации. Особенностью предлагаемой группы изобретений является: для изготовления защитного модуля надевают на свободный концевой участок кабеля защитный рукав; на высвобожденные жилы надевают первую термоусаживаемую перчатку с выводом каждой жилы в отдельный палец указанной перчатки; размещение выведенных из пальцев термоусаживаемой перчатки концов жил в металлической втулке с выпуском жил за ее пределы; на выпущенные из металлической втулки жилы надевают вторую термоусаживаемую перчатку и термоусаживают ее; ранее надетую металлическую втулку спускают на зону термоусаженной второй перчатки и к концу указанной втулки присоединяют защитный металлический стакан; первую перчатку перемещают внахлест на втулку и термоусаживают ее; выполнение по первому варианту длины защитного рукава больше длины каждой из термоусаживаемых трубок; выполнение по второму варианту длины защитного рукава меньше термоусаживаемой трубки. Технический результат - повышение надежности герметизации изготовленного оконцовочного устройства и повышение степени устойчивости к механическим повреждениям. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления оконцовочного устройства многожильного нагревательного кабеля путем установки на свободный концевой участок нагревательного кабеля защитного модуля, внутри которого размещают зачищенные от изоляционного слоя концы токопроводящих жил кабеля, соединенные между собой для образования замкнутой электрической цепи, отличающийся тем, что для изготовления защитного модуля надевают на свободный концевой участок кабеля последовательно первую термоусаживаемую трубку, защитный рукав и вторую термоусаживаемую трубку с выводом из нее концевого участка кабеля, причем длина защитного рукава превышает длину каждой из термоусаживаемых трубок, на выведенном концевом участке снимают броню с высвобождением жил, далее на высвобожденные жилы надевают первую термоусаживаемую перчатку с выводом каждой жилы в отдельный палец указанной перчатки, пальцы которой ориентированы противоположно свободному концевому участку кабеля, затем выведенные из пальцев термоусаживаемой перчатки концы жил заводят в металлическую втулку с выпуском жил за ее пределы, и на выпущенные жилы надевают вторую термоусаживаемую перчатку в направлении, идентичном первой перчатке, концы жил также выпускают из второй перчатки, с выводом каждой жилы в ее отдельный палец, выведенные жилы оголяют и соединяют между собой в неразъемное соединение для образования замкнутой электрической цепи, затем вторую термоусаживаемую перчатку спускают на указанное неразъемное соединение жил и термоусаживают ее, далее ранее надетую металлическую втулку спускают на зону термоусаженной второй перчатки, к концу указанной втулки, обращенному к неразъемному соединению жил, присоединяют защитный металлический стакан, затем первую перчатку перемещают внахлест на втулку и термоусаживают ее, далее перемещают по кабелю вторую термоусаживаемую трубку, и, насаживая ее на втулку, спускают защитный рукав с заведением его во внутрь второй термоусаживаемой трубки, а первую термоусаживаемую трубку перемещают до указанного рукава, внахлест на часть его поверхности, и термоусаживают указанные трубки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве защитного рукава используют гофрированную трубу или бронерукав.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверх неразъемного соединения жил, охваченного первой термоусаженной перчаткой, надевают термоусаживаемый колпачок и термоусаживают его.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неразъемного соединения оголенные токопроводящие жилы соединяют в звезду либо в треугольник.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлический стакан выполнен с отверстием для введения внутрь компаунда.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединение втулки с защитным металлическим стаканом выполнено резьбовым.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что термоусаживаемую перчатку используют с количеством пальцев, соответствующих количеству жил кабеля.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс термоусадки производят с помощью термопистолета.

9. Способ изготовления оконцовочного устройства многожильного нагревательного кабеля путем установки на свободный концевой участок нагревательного кабеля защитного модуля, внутри которого размещают зачищенные от изоляционного слоя концы токопроводящих жил кабеля, соединенные между собой для образования замкнутой электрической цепи, отличающийся тем, что для изготовления защитного модуля надевают на свободный концевой участок кабеля последовательно термоусаживаемую трубку и защитный рукав с выводом из него концевого участка кабеля, причем длина защитного рукава меньше термоусаживаемой трубки, на выведенном концевом участке снимают броню с высвобождением жил, далее на высвобожденные жилы надевают первую термоусаживаемую перчатку с выводом каждой жилы в отдельный палец указанной перчатки, пальцы которой ориентированы противоположно свободному концевому участку кабеля, затем выведенные из пальцев термоусаживаемой перчатки концы жил заводят в металлическую втулку с выпуском жил за ее пределы, и на выпущенные жилы надевают вторую термоусаживаемую перчатку в направлении, идентичном первой перчатке, концы жил также выпускают из второй перчатки, с выводом каждой жилы в ее отдельный палец, выведенные жилы оголяют и соединяют между собой в неразъемное соединение для образования замкнутой электрической цепи, затем вторую термоусаживаемую перчатку спускают на указанное неразъемное соединение жил и термоусаживают ее, далее ранее надетую металлическую втулку спускают на зону термоусаженной второй перчатки, к концу указанной втулки, обращенному к неразъемному соединению жил, присоединяют защитный металлический стакан, затем первую перчатку перемещают внахлест на втулку и термоусаживают ее, спускают защитный рукав с заведением его на первую термоусаженную перчатку, а термоусаживаемую трубку перемещают, надевая ее на указанный рукав так, чтобы оба его конца были перекрыты указанной трубкой, и термоусаживают ее.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве защитного рукава используют гофрированную трубу или бронерукав.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что поверх неразъемного соединения жил, охваченного первой термоусаженной перчаткой, надевают термоусаживаемый колпачок и термоусаживают его.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве неразъемного соединения оголенные токопроводящие жилы соединяют в звезду либо в треугольник.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что металлический стакан выполнен с отверстием для введения внутрь компаунда.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что соединение втулки с защитным металлическим стаканом выполнено резьбовым.

15. Способ по п.9, отличающийся тем, что термоусаживаемую перчатку используют с количеством пальцев, соответствующих количеству жил кабеля.

16. Способ по п.9, отличающийся тем, что процесс термоусадки производят с помощью термопистолета.