Способ герметизации кабеля электропогружного насоса на устье скважины и устройство для его осуществления Российский патент 2022 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к области эксплуатации скважин электропогружными насосами, а также к области организации устья добывающей скважины.

После спуска в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) электропогружного насоса появляется задача герметизации питающего его кабеля на устье, обычно на устьевой арматуре.

Известен способ герметизации кабеля (патент РФ № 2722216, МПК H02G 15/08, опубл. 28.05.2020 г., бюл. № 16), включающий разделку кабеля на отдельные жилы, протаскивание каждой жилы через отдельный уплотнитель, сжатие уплотнителей через кольца резьбовой крышкой.

Недостатками способа являются необходимость разделки кабеля на жилы, приводящая к повреждению их изоляции и утечкам тока, а также применение отдельных уплотнителей для каждой жилы, усложняющих сборку.

Наиболее близким к предлагаемому способу герметизации кабеля является ввод кабельный с двойным пакетом уплотнения (патент РФ № 2357077, МПК Е21В 47/01, Е21В 33/03, H02G 15/03, опубл. 27.05.2009 г., бюл. № 15), включающий разделку его на отдельные жилы, протаскивание их через отверстия корпуса, пазы колец и общего уплотнительного элемента с последующим его сжатием нажимными гайками.

Его основным недостатком также является риск нарушения изоляции жил из-за необходимости разделки кабеля на отдельные жилы, соответственно сложность работ по герметизации кабеля.

Техническими задачами предлагаемого способа является повышение надежности и упрощение.

Указанные технические задачи решаются способом герметизации кабеля электропогружного насоса на устье скважины и устройством для его осуществления на устьевой арматуре скважины, включающим протаскивание кабеля через каналы в арматуре и устройстве для герметизации кабеля, заполнение внутреннего пространства устройства уплотняющим материалом.

Новым является то, что уплотнение производят вместе с броней кабеля без его разделки, а заполнение внутреннего пространства устройства, содержащего полый цилиндрический корпус, отверстие с обратным клапаном, шайбы и эластичные уплотнения, производят жидким материалом с последующим его затвердеванием.

Новым является также то, заполнение внутреннего пространства устройства для герметизации кабеля производят уплотняющим материалом в расплавленном виде.

Новым является также то, что в качестве уплотняющего материала применяют синтетические отверждаемые смолы.

Новым является также то, что уплотняющий материал после затвердевания становится эластичным

Новым является также то, что участок кабеля деформируют внешним воздействием из линейного расположения жил в компактное треугольное перед заполнением уплотняющим материалом.

Новым является также то, что перед заполнением уплотняющим материалом в сальник подают реагент, разъедающий тканевую обмотку жил кабеля.

Новым является также то, что заполнение уплотняющим материалом производят под действием избыточного давления.

Новым является также то, что после затвердевания уплотняющего материала производят дополнительное его поджатие.

Для реализации способа необходимо устройство, позволяющее осуществить данный способ герметизации.

Известно устройство для герметизации кабеля (патент РФ № 2722216, МПК H02G 15/08, опубл. 28.05.2020 г., бюл. № 16), содержащее корпус, внутри которого размещены шайбы с коническими отверстиями для жил и уплотняющего материала, нажимные поршни, поджимаемые резьбовой крышкой.

Недостатком устройства является то, что герметизацию жил осуществляют отдельными уплотнениями, что сильно усложняет конструкцию и требует разделки кабеля на отдельные жилы, приводящей к нарушению электрической изоляции жил.

Наиболее близким по своей технической сути к предлагаемому устройству для герметизации кабеля является кабельный ввод добывающей скважины (патент на полезную модель РФ № 194729, МПК Е21В 33/03, опубл. 20.12.2019 г., бюл. № 35), содержащий корпус, внутри которого размещены эластичный уплотнительный элемент с прорезями и отверстиями для жил кабеля, нажимные шайбы с пазами под жилы кабеля, взаимодействующие с фланцем.

Его недостатками являются сложность конструкции и необходимость разделки кабеля на жилы, приводящая к потере электрической изоляции и, соответственно снижению надежности устройства.

Технической задачей предлагаемого устройства является повышение его надежности за счет создания возможности герметизации кабеля без разделки его на жилы.

Поставленная задача решается устройством для реализации способа герметизации кабеля питания электропогружного насоса, содержащим полый цилиндрический корпус с резьбой, с боковым отверстием и обратным клапаном, где по концам корпуса последовательно установлены внутренние нажимные шайбы, упирающиеся в уступы корпуса. наружные нажимные шайбы, поджимаемые нажимными гайками, или в середине корпуса, напротив бокового отверстия с обратным клапаном, установлена одна шайба с проточкой по окружности и радиальными отверстиями до кабеля, при этом между внутренними и наружными нажимными шайбами или между одной шайбой с проточкой по окружности и радиальными отверстиями до кабеля в середине корпуса и нажимными гайками, установлены эластичные уплотнения, при этом между внутренними нажимными шайбами или между одной шайбой, выполненной с проточкой по окружности и радиальными отверстиями до кабеля и нажимными шайбами, размешена внутренняя полость устройства для размещения уплотняющего материала, а на нижней части корпуса установлена накидная гайка с уплотнительным кольцом и резьбой для соединения с устьевой арматурой, при этом внутренние и наружные нажимные шайбы выполнены с отверстием, по форме повторяющим наружный профиль кабеля, а внутри корпуса проходит кабель.

Новым является также то, что корпус выполнен из двух сопрягаемых по цилиндрической поверхности частей, соединяемых между собой с возможностью подтягивания этих частей друг к другу с уменьшением внутреннего объема корпуса.

Новым является также то, что взаимное подтягивание частей корпуса осуществляется с помощью накидной гайки.

Новым является также то, что взаимное подтягивание частей корпуса осуществляется с помощью болтов и фланцевого соединения.

На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа.

На фиг. 2 изображено сечение А-А корпуса устройства.

На фиг. 3 изображено устройство со сжатием уплотнительного материала с помощью накидной гайки.

На фиг. 4 изображено устройство со сжатием уплотнительного материала с помощью фланцевого соединения.

На фиг. 5 изображено устройство со сжатием уплотняющего материала внутри кабеля.

Устройство для реализации способа герметизации кабеля питания электропогружного насоса (фиг. 1) содержит полый цилиндрический корпус 1 с резьбой, с отверстием 2 и обратным клапаном 3, по концам корпуса 1 последовательно установлены внутренние нажимные шайбы 4, упирающиеся в уступы 5 корпуса 1, наружные нажимные шайбы 6, поджимаемые нажимными гайками 7, между шайбами 4 и 6 установлены эластичные уплотнения 8. Между внутренними нажимными шайбами 4 размещена внутренняя полость 9 устройства для размещения уплотняющего материала 10. На нижней части корпуса 1 установлена накидная гайка 11 с уплотнительным кольцом 12 и резьбой 13 для соединения с устьевой арматурой (на фиг. 1 не показана). Внутри корпуса 1 проходит кабель 14.

На сечении устройства А-А (фиг. 2) видно, что нажимные шайбы 4 и 6 выполнены с отверстием 15, по форме повторяющим наружный профиль кабеля 14, содержащего электроизолированные жилы 16, совместно обернутые тканевой обмоткой 17 и защищенные ленточной (намотанной спирально с наложением витков) оцинкованной стальной броней 18.

Устройство (фиг. 3) содержит верхнюю 19 и нижнюю 20 части
корпуса 1 с конической внутренней полостью 9, соединяемые между собой накидной гайкой 21. Сопряжение двух частей корпуса осуществляется по цилиндрической поверхности 22.

Устройство (фиг. 4) также содержит две части корпуса верхнюю 19 и нижнюю 20, соединяемые между собой с помощью фланцев 23 и болтов 24.

В устройстве (фиг. 5) внутренние нажимные шайбы 4 заменены одной 25 с проточкой 26 и радиальными отверстиями 27, установленной против отверстия 2, а эластичные уплотнения 8 выполнены удлиненными, заполняющими полость 9 для уплотнительного материала 10.

Способ герметизации кабеля электропогружного насоса на устье скважины и работа устройства осуществляются следующим образом.

После спуска электропогружного насоса в скважину кабель 14 просовывают через присоединительное отверстие в устьевой арматуре, а затем поочередно нанизывают все детали устройства последовательно, как

они находятся (фиг. 1), сначала нижние детали, корпус 1, а затем верхние детали устройства.

Затем, затянув нажимные гайки 7 и сжав через нажимные шайбы 4 и 6, эластичное уплотнение 8, герметизируют внутреннюю полость устройства 9. После этого через отверстие 2 в корпусе 1 и обратный клапан 3 заполняют внутреннюю полость устройства уплотняющим материалом 10, который проникает через зазоры в намотке брони 18 и тканевой обмотке 17, а также фильтруясь через нее, заполняет пространство между жилами 16 и обмоткой 17 с броней 18, а также между кабелем 14 и внутренней полостью 9 корпуса 1 устройства.

По истечении необходимого времени уплотняющий материал 10 затвердевает и обеспечивает герметичное разделение полостей скважины и открытого пространства.

Выполнение узла соединения устройства к устьевой арматуре в виде, уплотняемой кольцом 12 накидной гайки 11 с резьбой 13, позволяет присоединить устройство к устьевой арматуре, не вращая его (кабель 14 не позволяет вращать устройство). Это дает возможность упростить и облегчить работы по сборке устройства – их можно осуществить и в горизонтальном положении устройства на некотором расстоянии от устья скважины, и устанавливать устройство на устье после затвердевания уплотняющего материала 10.

Для придания жидкого вида уплотняющий материал 10 закачивают в расплавленном виде. Например, используют парафин, температура плавления которого составляет 60-70 °С. После его закачки в устройство выжидают время, необходимое для остывания и затвердевания, после чего устройство готово к эксплуатации. Расплавляемый уплотняющий материал должен иметь температуру плавления не выше температуры плавления или размягчения материала, изолирующего жилы.

Другой вариант способа герметизации – это закачка отверждаемых синтетических смол. Для его осуществления в устройство закачивают смолу с отвердителем, например, эпоксидную смолу с отвердителем и другими необходимыми компонентами и ожидают отвердения. После затвердевания уплотняющего материала устройство готово к эксплуатации.

Броню 18 кабеля 14 наматывают на жилы 16, обернутые тканевой обмоткой 17 с накладкой витков друг на друга. Плотное прилегание витков осложняет проникновение жидкого уплотняющего материала 10 внутрь кабеля 14 через зазоры в обмотке 17, поэтому надев на кабель 14 сначала нижние гайку 7 и нажимные шайбы 4 и 6 с эластичным уплотнителем 8 между ними, производят сжатие (например, с помощью тисков) участка кабеля 14 между ними в направлении уменьшения ширины кабеля 14. Затем надевают на них корпус 1 и затягивают гайку 7, после этого собирают верхнюю часть устройства. Жилы 16 внутри оболочки 18 смещаются и занимают более компактное треугольное положение вместо последовательного размещение жил 16. Треугольник, описывающий снаружи жилы 16 кабеля 14, имеет периметр на 14 % меньше, чем прямоугольник, описывающий последовательно расположенные жилы 16 с учетом закруглений по жилам 16, т.е. 14 % длины брони 18 будет лишним. Благодаря этому образуются значительные зазоры по броне 18, а также по тканевой обмотке 17, что позволяет более качественно заполнить все пустоты уплотняющим материалом 10 в жидком виде.

Тканевая обмотка 17 оказывает значительное сопротивление заполнению внутреннего пространства кабеля 14 жидким уплотняющим материалом 10, фильтрующимся через нее, поэтому в собранное устройство перед заполнением его жидким уплотняющим материалом 10 подают разъедающий её материал, например, серную кислоту. Кислота разъедает (растворяет) ткань либо полностью, либо делает в ней большие отверстия, позволяющие беспрепятственное проникновение уплотняющего материала 10 к жилам 16 кабеля 14, тем самым способствуя заполнению всех полостей.

Для ускорения работ и повышения их эффективности заполнение устройства жидким уплотняющим материалом 10 можно производить под давлением с использованием ручного или электрического насосов. При этом жидкий уплотняющий материал 10 лучше заполняет пустоты и каналы внутренней полости 9 устройства, что повышает его герметичность. Особенно это эффективно при использовании жидкого уплотняющего материала 10 с высокой вязкостью.

Для повышения надежности герметизации применяют синтетические материалы, которые после затвердевания и застывания из расплавленного состояния становятся эластичными, например, полиуретаны, силиконы и т.п. Эластичный материал может перекрывать некоторые незаполненные каналы за счет эффекта самоуплотнения под действием избыточного давления внутри скважины.

При использовании эластичного затвердевающего уплотняющего материала 10 он может быть дополнительно поджат для заполнения и герметизации незаполненных каналов при использовании устройства с дополнительным поджатием (фиг. 3 и фиг. 4). Для этого при сборке устройства (фиг. 3) накидную гайку 21 затягивают не до конца, оставляя зазор между верхней 19 и нижней 20 частями корпуса 1, а при сборке устройства (фиг. 4) – не затягивая болты 24 до смыкания фланцев 23.

После затвердевания уплотняющего материала 10 производят затягивание накидной гайки 21 или болтов 24, перемещая по цилиндрической поверхности 22 верхнюю 19 и нижнюю 20 части корпуса 1 навстречу друг другу и создавая в эластичном уплотняющем материале 10 внутреннее давление, которое заставляет его затекать в незаполненные каналы и пустоты.

Созданию внутреннего давления и радиальных усилий прижатия способствует коническое исполнение внутренней полости 9 корпуса 1 устройства.

Способ наиболее эффективен при комплексном использовании нескольких его совместимых пунктов.

Устройство (фиг. 5) работает следующим образом. При сборке устройства нажимные гайки 7 затягивает не до упора. При заполнении жидким уплотняющим материалом 10 последний через отверстие 2, клапан 3, проточку 26, радиальные отверстия 27, щели в броне 18 и тканевой обмотке 17 проникает непосредственно под броню 18 и заполняет пространство между жилами 16, а также между жилами 16 и броней 18.

При использовании в качестве уплотнительного материала 10 эластичных полимеров, после их затвердевания затягиванием гаек 7 до упора производят радиальное сжатие кабеля 14 эластичными уплотнителями 8, сжимая оставшиеся незаполненными пустоты и улучшая герметичность устройства. Кроме того, такая конструкция уменьшает объемы используемых достаточно дорогостоящих полимерных материалов.

Способ герметизации кабеля электропогружного насоса на устье скважины и устройство для его осуществления позволяют без разделки кабеля на жилы и риска их повредить надежно и просто загерметизировать кабель на устье скважины.

Изобретение относится к способу герметизации электропогружного насоса на устье скважины и устройству для его реализации. Способ включает протаскивание кабеля через каналы в устьевой арматуре и устройстве для герметизации кабеля, и заполнение внутреннего пространства устройства уплотняющим материалом с последующим его затвердеванием. Устройство содержит полый цилиндрический корпус с резьбой, боковым отверстием и обратным клапаном. По концам корпуса последовательно установлены внутренние и наружные нажимные шайбы, упирающиеся в уступы корпуса и поджимаемые нажимными гайками, или одна шайба с проточкой по окружности и радиальными отверстиями до кабеля. Между одной шайбой с проточкой по окружности и радиальными отверстиями до кабеля в середине корпуса и нажимными гайками установлены эластичные уплотнения. Между внутренними нажимными шайбами или между одной шайбой, выполненной с проточкой по окружности и радиальными отверстиями до кабеля и нажимными шайбами, размещена внутренняя полость устройства. На нижней части корпуса установлена накидная гайка. Внутренние и наружные шайбы выполнены с отверстием, по форме повторяющим профиль кабеля. Внутри корпуса проходит кабель. Технический результат заключается в возможности герметизации кабеля без его разделки на жилы. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ герметизации кабеля электропогружного насоса на устье скважины, включающий протаскивание кабеля через каналы в устьевой арматуре и устройстве для герметизации кабеля, заполнение внутреннего пространства устройства уплотняющим материалом, отличающийся тем, что уплотнение производят вместе с броней кабеля без его разделки, а заполнение внутреннего пространства устройства, содержащего полый цилиндрический корпус, отверстие с обратным клапаном, шайбы и эластичные уплотнения, производят жидким материалом с последующим его затвердеванием.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заполнение внутреннего пространства устройства для герметизации кабеля производят уплотняющим материалом в расплавленном виде.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве уплотняющего материала применяют синтетические отверждаемые смолы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уплотняющий материал после затвердевания становится эластичным.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что участок кабеля деформируют внешним воздействием из линейного расположения жил в более компактное треугольное перед заполнением уплотняющим материалом.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед заполнением уплотняющим материалом в устройство подают реагент, разъедающий тканевую обмотку жил кабеля.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заполнение уплотняющим материалом производят под действием избыточного давления.

8. Способ по п. 1 или 4, отличающийся тем, что после затвердевания уплотняющего материала производят дополнительное его поджатие.

9. Устройство для реализации способа герметизации кабеля питания электропогружного насоса, содержащее полый цилиндрический корпус с резьбой, с боковым отверстием и обратным клапаном, где по концам корпуса последовательно установлены внутренние нажимные шайбы, упирающиеся в уступы корпуса, наружные нажимные шайбы, поджимаемые нажимными гайками, или в середине корпуса, напротив бокового отверстия с обратным клапаном, установлена одна шайба с проточкой по окружности и радиальными отверстиями до кабеля, при этом между внутренними и наружными нажимными шайбами или между одной шайбой с проточкой по окружности и радиальными отверстиями до кабеля в середине корпуса и нажимными гайками установлены эластичные уплотнения, при этом между внутренними нажимными шайбами или между одной шайбой, выполненной с проточкой по окружности и радиальными отверстиями до кабеля и нажимными шайбами, размещена внутренняя полость устройства для размещения уплотняющего материала, а на нижней части корпуса установлена накидная гайка с уплотнительным кольцом и резьбой для соединения с устьевой арматурой, при этом внутренние и наружные нажимные шайбы выполнены с отверстием, по форме повторяющим наружный профиль кабеля, а внутри корпуса проходит кабель.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что корпус выполнен из двух сопрягаемых по цилиндрической поверхности частей, соединяемых между собой с возможностью подтягивания этих частей друг к другу, с уменьшением внутреннего объема корпуса.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что взаимное подтягивание частей корпуса осуществляется с помощью накидной гайки.

12. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что взаимное подтягивание частей корпуса осуществляется с помощью болтов и фланцевого соединения.