Соединения трубчатых электрокабелей с разгрузкой натяжения Российский патент 2017 года по МПК H02G15/07 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству разгрузки натяжения для защиты концов трубчатых электрокабелей (ТЭК) и, в частности, к устройству разгрузки натяжения, которое защищает соединения от утечки и нарушения целостности цепи. Концевые соединения ТЭК могут быть оптоволоконного и электрического типа.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В скважинных системах мониторинга и управления трубчатые электрокабели (ТЭК) используются как линии управления и обычно прокладываются вдоль скважинного трубопровода для доступа к отдельным скважинным снарядам. Большинство линий управления ТЭК, используемых в скважинных применениях, предназначены для нужд питания и взаимодействия и могут быть оптоволоконного или электрического типа, или любых их комбинаций. В практике прокладки и эксплуатации линий управления ТЭК вдоль скважинного трубопровода на кабель приходятся наибольшие нагрузки на скручивание и растяжение. Кроме того, нагрузки на растяжение приходятся во время управления и установки трубчатой линии управления в скважинный трубопровод, а также на этапе эксплуатации или установки в скважину. Последняя имеет место в большинстве своем из-за поршневого эффекта, так как линия проталкивается между внутренним и внешним скважинным трубопроводом. Для специалистов в данной области техники под вышеупомянутыми внутренним и внешним скважинными трубопроводами часто подразумевается скважинная «трубная обвязка» или «заканчивание скважины», а также скважинная «обсадная труба» или «обсадная колонна», соответственно.

Нагрузки, приходящиеся на ТЭК, являются и скручивающими, и растягивающими, и вносят свой вклад в предельные нагрузки в местах сращивания и концевых заделках, которые, в свою очередь, приводят как к краткосрочным, так и долгосрочным нарушениям целостности кабеля. При использовании электрических и оптоволоконных ТЭК основные причины неполадок, в конце концов, инициируют утечку некоторого рода, подвергая всю систему проводов или линий оптических сигналов воздействию неизвестных жидкостей из окружающей среды. Это, в свою очередь, ведет к снижению сопротивления изоляции кабеля, окислению провода и нарушению бесперебойности оптического или электрического сигнала/энергии. В реальных условиях неполадки обычно происходят из-за утечек, которые совершенно очевидны внутри концевых соединений ТЭК и на месте сращивания. Основной причиной является недостаточная разгрузка натяжения между трубчатой оболочкой и ее конечными соединениями.

В документе US 7220067 (Рубинштейн и другие) приводится пример применения существующих трубчатых линий управления. Это применение не предусматривает разгрузку натяжения на концевых соединениях, заделках или проводки внутри, и такие трубчатые линия управления являются причиной множества хорошо известных проблем, ограничений и недостатков, как описано выше.

Поэтому было решено разработать устройство разгрузки натяжения для линий управления ТЭК, которое сможет быстро подстраиваться под высокие скручивающие и растягивающие нагрузки. Естественным при управлении, работе и установке агрегата в скважины являются чрезвычайные нагрузки на линии управления. Настоящее изобретение в сочетании с концевыми соединениями, заделками или использованием его на местах сращивания линий управления ТЭК уменьшает неполадки используемых кабелей и обеспечивает новое защитное устройство, простое в конструктивном исполнении, эффективное в использовании и предназначенное для использования в скважинных работах.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению, обеспечивается устройство разгрузки натяжения для защиты одного или более проводов, кабелей или трубчатых линий управления, включающее полую трубчатую изоляционную оболочку, в котором полая трубчатая изоляционная оболочка включает внутреннюю конструкционную опору для провода, кабеля или трубчатой линии управления.

Неполадки, связанные с утечками и электрической и/или оптической целостностью при использовании линий управления трубчатых электрокабелей (ТЭК), устраняются с помощью гибкого устройства разгрузки натяжения, присоединенного к концевым соединениям и местам сращивания ТЭК. Устройство может состоять из проводного канала или канала с пазовым участком на нем. Пазовый желоб направляет изогнутый и сформированный участок ТЭК, который обеспечивает разгрузку натяжения в двух ортогональных плоскостях. Устройство разгрузки натяжения присоединено к концевому соединению трубы (закрепляющей арматуре) и сконструировано таким образом, чтобы избежать передачу скручивающих, поперечно направленных или растягивающих нагрузок, приложенных трубчатой оболочкой ТЭК к его концевому соединению и внутренней заделке. Устройство разгрузки натяжения служит как гибкое, защитное крепление для трубчатой линии управления.

При использовании оптоволоконного или электрического устройства управления, использующего линии управления ТЭК-типа, давление на кабель, появляющееся в результате действия растягивающих или скручивающих нагрузок на кабель или концевое соединение, полностью компенсируется и нейтрализуется внутри устройства разгрузки натяжения. Это возможно в основном благодаря изогнутому участку ТЭК и конструкционной опоре, обеспечиваемой нахождением ТЭК внутри пазового участка устройства разгрузки натяжения. Кроме того, устройство разгрузки натяжения настоящего изобретения сконструировано таким образом, чтобы гибко защищать концевые соединения оптоволоконных и электрических линий управления и их внутреннюю проводку от выхода из строя или повреждений. Повреждение концевых соединений может привести к нарушению целостности электрической цепи, которое может привести к потере мощности, нарушению взаимодействия, или их комбинаций. Защита обеспечивается за счет изогнутого, скрученного или аксиально-изогнутого участка, как описано ниже, который блокирует и фиксирует внутренние провода к оболочке кабеля в концевом участке ТЭК. Таким образом, растягивающая, поперечно направленная и скручивающая силы, вызывающие давление и натяжение во внутренней проводке, так же как и оболочке, будут исключены в изгибах и не достигнут концевого участка, где заделаны кабель или оптоволокно. Это убирает эффект, когда ТЭК вытягивается из заделки провода, что является существенным улучшением касательно преимуществ концевых соединений и мест сращиваний ТЭК.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фигура 1: перспективный вид настоящего изобретения Фигура 2: вид поперечного разреза настоящего изображения

Фигура 3: перспективный вид альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения

Фигура 4: вид поперечного разреза альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения

Фигура 5: чертеж, показывающий функционирование настоящего изобретения

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Согласно фигурам 1, 2, 3 и 4, устройство 2 разгрузки натяжения содержит соединение 10, отверстие 3 концевого соединения, проводной канал 1 и входное отверстие 5. В частности, согласно фигурам 2 и 4, конечный участок канала отверстия 3 концевого соединения определяет собой «выход» 11, и вход приемного отверстия 5 определяет собой конец «входа» устройства 2 разгрузки натяжения. В свою очередь, у выходного конца 11 отверстие 3 концевого соединения предпочтительно выполнено с размерами для приема и защиты концевой заделки трубчатого электрокабеля (ТЭК) 4. Проводной канал 1 проходит от выхода приемного отверстия 5 канала к входу отверстия 3 концевого соединения канала и находится в одной или двух ортогональных плоскостях. Соединение 10 присоединяет устройство 2 разгрузки натяжения к закрепляющей арматуре 8 таким образом, чтобы предотвратить вращение устройства 2 разгрузки натяжения и концевого соединения 7 относительно закрепляющей арматуры 8. Концевое соединение 7 обеспечивает как механическое присоединение, так и уплотнение оболочки ТЭК, таким образом, позволяя избежать протечек во внутреннюю часть закрепляющей арматуры 8.

Для предотвращения передачи вращательной и аксиальной нагрузки от конца ТЭК 4, к концевым соединениям 7 ТЭК 4 сгибают с образованием участка 41 внутри проводного канала 1. Комбинация изогнутого участка 41 внутри проводного канала 1 определяет участок разгрузки давления и натяжения устройства 2 разгрузки натяжения. Устройство 2 разгрузки натяжения может быть выполнено не дорогостоящим образом из подходящих материалов для согласования с закрепляющей арматурой 8 и ТЭК 4, и обеспечивает разгрузку давления и натяжения для защиты концевых закладок ТЭК 4. Разгрузка давления и натяжения включает разгрузку от аксиальной и растягивающей нагрузок, которые являются самой частой причиной утечек и нарушений целостности цепи в большинстве случаев применения скважинных трубчатых линий управления.

Изогнутый участок 41 гибко защищает внутреннюю проводку (или оптоволоконный кабель) 6 и изоляционную оболочку 9 кабеля от смещений внутри ТЭК 4. Это достигается благодаря созданию внутреннего фрикционного затвора проводки 6 и изоляционной оболочки 9, устраняющего давление и натяжение на кабеле, который в другом случае может сорваться, отвинтиться или повредить соединения на конце кабелей.

Согласно фигурам 3 и 4 данного изобретения в частности, эти фигуры показывают альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, показанного на фигурах 1 и 2. Вместе прямоходного проводного канала 1, как показано на фигурах 1 и 2, данное производное устройство 2 разгрузки натяжения имеет аксиально-изогнутый в трех измерениях проводной канал 1. Канал 2 обвивает центральную часть устройства 2 разгрузки натяжения для предупреждения натяжения и вращения концевого соединения 7 после установки. Согласно закрученной форме канала 1, этот вариант осуществления изобретения спроектирован для упрощения установки и разгрузки давления/натяжения с линии управления ТЭК 4 и концевых соединений 7, т.к. нет необходимости в использовании специального инструмента для формирования или сгибания ТЭК 4 внутри проводного канала 1. Скрученный участок легко направляет ТЭК 4 через одну, две 90-градусных или более кривых, лежащих в двух ортогональных плоскостях. Формирование и размещение ТЭК 4 в обозначенном проводном канале 2 может быть легко сделано вручную, без использования специальных инструментов.

Дополнительно, использование одной или двух совмещенных кривых вдоль оси изделия существенно уменьшает область смещения ТЭК 4 и крепко фиксирует кабель внутри устройства разгрузки натяжения, в то же время, обеспечивая оптимальную защиту от давления/натяжения на концевых соединениях 7. Так же, как и в варианте осуществления изобретения, изображенном на фигурах 1 и 2, скрученный или аксиально-изогнутый участок 41 данного варианта осуществления изобретения защищает внутреннюю проводку (или оптоволоконный кабель) 6 и изоляционную оболочку 9 кабеля от смещений внутри ТЭК 4. Это достигают благодаря созданию внутреннего фрикционного затвора проводки 6 и изоляционной оболочки 9, устраняющего давление и натяжение на кабеле, который в другом случае может сорваться, отвинтиться или повредить соединения на концах кабелей.

Основание входного отверстия 5 гибко фиксирует линию провода, и нет необходимости в использовании дополнительных хомутов, скоб и зажимов для закрепления ТЭК 4 внутри устройства 2 разгрузки натяжения. Поэтому, второй вариант осуществления изобретения обеспечивает полную защиту от скручивающих и растягивающих нагрузок на конец линии управления ТЭК 4, равно как и на устройство 2 разгрузки натяжения.

Фигура 5 изображает скважинную установку и стандартное применение настоящего изобретения. На изображении линия управления ТЭК 4 и устройство 2 разгрузки натяжения присоединено к скважинному инструменту 13. Дополнительно, инструмент 13 является частью держателя инструмента 18, оба из которых закреплены на внутреннем скважинном трубопроводе 12. В свою очередь, внутренний скважинный трубопровод 12 введен в скважину 15, будучи при этом окруженным внешним скважинным трубопроводом 14. ТЭК 4 удерживается и управляется с лебедки 16. Для свободного входа в скважину 15 ТЭК 4 проходит через подвешенный ролик 17 блока. Тем не менее, важным является то, что линия управления ТЭК 4 прочно и гибко закреплена на скважинном трубопроводе 12 во избежание стягиваний и зацеплений при погружении в скважину 15. Для того чтобы избежать возможные стягивания и зацепления ТЭК 4 сильно натянут посредством усилия или торможения лебедкой 16 и последовательно закреплен зажимами линии управления 19. Обычно фиксаторы линии управления присоединены к каждой муфте 20 скважинного трубопровода 12, когда сборка трубопровода опущена в скважину 15. Таким образом, видно, что ТЭК 4 и его концы в состоянии оказывать сопротивление предельным значениям давления и натяжения, вызванным процессами монтирования и установки. Для специалистов в данной области техники известно, что эти операции могут привести к отказу и повреждениям ТЭК 4, и ожидается, что они поддержат применение данного нового защитного устройства.

Несмотря на то, что изобретение было показано и описано в отношении двух вариантов осуществления изобретения, модификации и изменения конструкции придут в голову другим во время чтения и понимания настоящего описания. Предполагается включение всех подобных модификаций и изменений конструкции в той части, в которой они будут в рамках прилагаемой формулы изобретения или эквивалентной ей.

Устройство (2) разгрузки натяжения для защиты трубчатого электрического кабеля (ТЭК) в скважине содержит полый трубчатый элемент, имеющий первый конец и второй конец; по меньшей мере часть ТЭК (4), проходящего через трубчатый элемент между двумя концами, причем ТЭК представляет собой скважинную трубчатую линию управления; внутреннюю конструктивную опору, предназначенную для удерживания по меньшей мере части ТЭК, который находится внутри пазового участка устройства разгрузки натяжения, при этом по меньшей мере часть кабеля направляется пазовым желобом по изогнутому пути для получения разгрузки натяжения концевого соединения ТЭК. Устройство обеспечивает защиту концевых соединений от нарушения целостности цепи. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство разгрузки натяжения для защиты трубчатого электрического кабеля в скважине, содержащее

полый трубчатый элемент, имеющий первый конец и второй конец; по меньшей мере часть трубчатого электрического кабеля, проходящего через трубчатый элемент между двумя концами, причем трубчатый электрический кабель представляет собой скважинную трубчатую линию управления;

внутреннюю конструктивную опору, предназначенную для удерживания по меньшей мере части трубчатого электрического кабеля, который находится внутри пазового участка устройства разгрузки натяжения, при этом по меньшей мере часть кабеля направляется пазовым желобом по изогнутому пути для получения разгрузки натяжения концевого соединения трубчатого электрического кабеля.

2. Устройство разгрузки натяжения по п. 1, в котором предусмотрено два совмещенных изогнутых пути вдоль оси трубчатого элемента.

3. Устройство разгрузки натяжения по п. 1, в котором изогнутый путь представляет собой аксиально-изогнутый в трех измерениях путь.

4. Устройство разгрузки натяжения по п. 1, дополнительно содержащее первый гибкий конец, имеет отверстие и второе концевое соединение, расположенное на втором конце трубчатого элемента, причем второе концевое соединение имеет отверстие, при этом кабель проходит через первое концевое отверстие и второе концевое отверстие и он удерживается первым гибким концом и вторым концевым соединением так, чтобы кабель проходил по изогнутому пути.

5. Устройство разгрузки натяжения по п. 1, в котором по меньшей мере часть электрического кабеля удерживается пазовым участком устройства разгрузки натяжения.

6. Устройство разгрузки натяжения по п. 3, в котором изогнутый путь, представляет собой скрученный путь или аксиально-изогнутый путь.