Герметичная грузонесущая муфта Российский патент 2023 года по МПК E21B47/00 E21B47/01 

Настоящее изобретение относится к области нефтепромыслового оборудования и может быть использовано при освоении и исследовании нефтяных и газовых скважин.

Известен герметичный электрический соединитель (пат. №2484566, опубл. 10.06.2013 г.), предназначенный для электрического и механического соединения геофизического кабеля со скважинными приборами. Герметичный электрический соединитель, содержащий кабельный наконечник, розетку, накидную гайку и две втулки с конусными поверхностями для фиксации брони геофизического кабеля, кабельный наконечник выполнен составным, из соединенных посредством резьбы верхнего и нижнего корпусов. При этом накидная гайка и две втулки с конусными поверхностями крепятся к верхней части верхнего корпуса, в котором выполнена расточка для установки упорной шайбы и уплотнительных элементов. На внешней конусной втулке выполнена фаска, а упорная шайба выполнена из металла с меньшей твердостью, чем проволока брони кабеля. На наружной конусной втулке выполнена фаска, которая уменьшает плечо момента силы трения, а следовательно, и сам момент силы трения между накидной гайкой и наружной конусной втулкой по сравнению с моментом силы трения между верхним корпусом и упорной шайбой. Чтобы избежать проскальзывания внутренней конусной втулки по упорной шайбе, материал упорной шайбы выбран таким образом, чтобы проволоки брони геофизического кабеля при затяжке накидной гайки вдавливались в поверхность упорной шайбы.

Недостатком данного соединителя является высокие требования к точности изготовления и к гладкости поверхностей наружной конусной втулки и накидной гайки для обеспечения проскальзывания и малой величины момента между ними. При этом из-за неравномерности укладки проволок отогнутой брони может сместиться центральная ось, и это приведет к появлению трения между накидной гайкой и наружной конусной втулкой. Еще одним недостатком соединителя является то, что данное устройство не предназначено для применения с кабелем с двумя слоями повива брони кабеля.

Наиболее близким аналогом является грузонесущая муфта для погружной установки (пат. №2610965, опубл. 17.02.2017 г.), содержащей корпус с осевым отверстием для прохода кабеля, разделяемого на токопроводящие жилы, накрученную на корпус головку с осевым входом для прохода кабеля, а по периферии корпуса выполнено множество продольных отверстий малого диаметра, в цилиндрической расточке головки размещен набор шевронных уплотнительных элементов, в нижней части корпуса расположена большая конусная втулка, в которую вставлена сопрягаемая с ней малая конусная втулка, поджатая кольцом и вторым набором шайб, между конусными втулками пропущена отделенная от кабеля наружная оплетка, конец которой герметично закреплен между торцом корпуса и верхним набором шайб, отделенные концы внутренней оплетки зажаты между кольцом и вторым набором шайб.

Недостатком данного изобретения является то, что внутренняя оплетка фиксируется поджимным кольцом и шайбами под прямым углом, что в условиях натяга внутренней оплетки грузонесущего кабеля может создать участок с повышенным напряжением на разрыв и деформацию этого участка оплетки. В таком случае внутренняя оплетка перестанет выполнять свои грузонесущие функции. Дополнительно, при закручивании основания, из-за трения между шайбами и основанием, шайбы будут увлекать за собой проволоки внутренней оплетки. В этом случае возможно неравномерное распределение проволок оплетки между шайбой и поджимным кольцом, что приведет к неравномерному распределению нагрузки и последующей за этим деформации проволок. Также из-за трения при накручивании головки и основания на корпус и затягивании возможно неравномерное распределение проволок наружной оплетки, которые расположены между поджимным кольцом и внутренней конической втулкой, с последующим неравномерным распределением нагрузки на оборудование.

Обеспечение жесткости и высокой надежности конструкции кабельной муфты является одной из основных задач при проектировании кабельной муфты на грузонесущем кабеле. Так как нагрузка действует в основном на грузонесущую броню кабеля, то в конструкции муфты необходимо обеспечить равномерное распределение и передачу нагрузки от корпуса муфты к броне кабеля, обеспечивая при этом равномерное распределение проволок по поверхностям передачи нагрузки, а также исключая перегибы, перехлесты проволок брони.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности кабельной грузонесущей муфты на грузонесущем кабеле за счет обеспечения в узле соединения муфты и брони кабеля равномерного распределения нагрузки, передаваемой от муфты к кабелю, по проволокам брони, а также исключения деформации проволок брони в узлах соединения муфты и брони кабеля.

Данная задача решается, а технический результат достигается тем, что в кабельной грузонесущей муфте выполнены верхний и нижний конусные узлы для закрепления внешнего и внутреннего повивов брони соответственно, в каждом из которых содержатся внутренняя и наружная конусные втулки, при этом наружная конусная втулка верхнего конусного узла расположена в верхнем фланце, наружная конусная втулка нижнего узла расположена в корпусе. Между корпусом и верхним фланцем на кабеле расположена шайба, которая прижимает отогнутые проволоки внешнего повива брони к внутренней конусной втулке верхнего узла, также прижимает внутреннюю конусную втулку к наружной конусной втулке при вкручивании корпуса в верхний фланец. Шайба имеет выемку для равномерного прижатия к основанию внутренней конусной втулки отогнутых проволок наружной брони для их защиты от повреждения при прижатии. Для закрепления и защиты внутреннего повива брони от перегиба используется нижний конусный узел. Также в конструкции грузонесущей муфты применяются упорные подшипники, расположенные между нижним фланцем и корпусом, а также между втулкой, расположенной в корпусе, и верхним фланцем. Подшипники позволяют закрутить корпус в верхний фланец и нижний фланец на корпус, прижимая конусные втулки, но не сдвигая при этом отогнутые и равномерно размещенные между втулками проволоки. Так как проволоки брони деформируются и ломаются в местах перегибов, исключение участков с перегибами или неравномерным распределением нагрузки на проволоки является актуальной задачей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена предлагаемая грузонесущая муфта в собранном виде. Грузонесущая муфта содержит корпус 2, верхний 1 и нижний 3 фланцы. Верхний фланец 1 имеет центральное отверстие, в котором размещаются грузонесущий кабель 4 и уплотнения 24. Внутри верхнего фланца располагается верхний конусный узел, состоящий из наружной 6 и внутренней 8 конусных втулок, при этом наружная конусная втулка 6 фиксируется во внутренней полости верхнего фланца 1 при помощи штифта 7. Внутренняя конусная втулка 8 используется для отгиба, укладывания и прижатия проволок 5 наружного повива брони грузонесущего кабеля 4. Для прижатия внутренней конусной втулки 8 к наружной конусной втулке 6, а отогнутые проволоки 5 к внутренней конусной втулке 8, используется шайба 9. Шайба 9 с одной стороны имеет выемку А с радиусом, эквидистантным к радиусу закругления основания стенки внутренней конусной втулки 8, которая предназначена для того, чтобы отогнутые проволоки 5 наружного повива брони, пропущенные между шайбой 9 и внутренней конусной втулкой 8, не имели перегибов, а сила прижатия равномерно распределилась по поверхностям сопряжения шайбы 9, проволок 5 и конусной втулки 8. С другой стороны шайба 9 имеет расточку для упора упорного подшипника 10. Упорный подшипник 10 имеет посадочное место во втулке 17, которая расположена в корпусе 2, и упирается в поверхность В втулки 17, поджимая шайбу 9.

Наружная конусная втулка 12 нижнего конусного узла расположена в корпусе 2 и зафиксирована при помощи штифта 13. Проволоки 11 внутреннего повива брони кабеля зажимаются между внутренней 14 и наружной 12 конусными втулками. Нижний упорный подшипник 15 располагается в расточке нижнего фланца 3 и упирается с одной стороны в поверхность С уступа нижнего фланца, а с другой стороны - в конусную втулку 14. Погружной грузонесущий кабель 4 имеет токопроводящие жилы 28, покрытые изоляционной оболочкой. Токопроводящие жилы соединяются с наконечниками 20, которые подключаются к погружному оборудованию (не показано). Продольные отверстия 23 по наружному периметру нижнего фланца позволяют механически закрепить грузонесущую муфту к погружному оборудованию при помощи разъемных соединений.

Внутренняя полость кабельной муфты заполнена компаундом, силиконом или другим электроизоляционным материалом (на фиг. 1 не обозначен). Корпус 2 имеет осевое отверстие, в котором располагается кабель 4, и каналы 2а вдоль осевого отверстия; внутренняя конусная втулка 14 нижнего конусного узла имеет радиальные каналы 14б и внутреннюю расточку, которая соединяется с радиальными каналами; наружная конусная втулка 12 нижнего конусного узла также имеет продольные 12а и радиальные 12б каналы; втулка 17 имеет продольные каналы 17а по периферии, а также внутренние продольные, выполненные вдоль осевого отверстия, и радиальные каналы 17б. Наружная конусная втулка 6 верхнего конусного узла имеет радиальные 6б и продольные 6а каналы. Также по наружному периметру конусной втулки 6 можно выполнить проточку, которая обеспечит сообщение всех каналов втулки 6 между собой. Между внутренним диаметром упорных подшипников и кабелем имеется зазор. Эти каналы, проточки и зазоры предназначены для сообщения всех внутренних полостей муфты между собой для заполнения этих полостей электроизоляционным материалом (компаунд, силикон и др.).

Сборка грузонесущей муфты происходит следующим образом. Грузонесущий кабель 4 пропускается через осевое отверстие верхнего фланца 1 с уплотнениями 24, и в верхнем фланце 1 устанавливается и фиксируется наружная конусная втулка 6 верхнего конусного узла при помощи штифта 7, а на кабель надевается внутренняя конусная втулка 8.

После снятия необходимой длины наружной оболочки кабеля и отделения проволок 5 наружного повива брони, эти проволоки 5 укорачиваются до нужной длины, отгибаются и укладываются с равномерным распределением и без перехлеста на поверхности внутренней конусной втулки 8 и кабеля 4. При этом отогнутые проволоки фиксируются в отогнутом положении при помощи стяжки 25. Далее верхний фланец зажимается механически (к примеру, при помощи тисков) и, вытягиванием кабеля в обратную сторону, проволоки 5 брони зажимаются между конусными втулками 8 и 6. Устанавливается шайба 9, как показано на фиг. 1, обращенная поверхностью А к основанию конусной втулки 8. Далее на необходимую длину устанавливается корпус 2, с установленными втулкой 17 и упорным подшипником 10, а также наружной конусной втулкой 12 нижнего конусного узла, зафиксированной в корпусе 2 при помощи штифта 13. Корпус 2 закручивается в зафиксированный в тисках верхний фланец 1, с нанесенным на резьбу герметиком для фиксации от откручивания. Упорный подшипник 10, упирающийся с одной стороны в поверхность В втулки 17, а с другой - в шайбу 9, исключает прокручивание шайбы 9 вокруг своей оси и, тем самым, возможность сдвига отогнутых проволок 5 брони при закручивании и затягивании корпуса 2 в верхний фланец 1, а форма поверхности А шайбы 9 позволяет распределить нагрузку по проволокам 5 наружного повива брони равномерно и по длине сопряжения шайбы 9, проволок 5 и конусной втулки 8.

Равномерно распределенные проволоки 11 внутреннего повива брони поджимаются внутренней конусной втулкой 14. После отрезания лишней длины у проволок 11 внутреннего повива брони и разделки токопроводящего кабеля на отдельные изолированные жилы 28, на корпус 2 накручивается нижний фланец 3 с установленным подшипником 15 и затягивается. Упорный подшипник 15, упирающийся с одной стороны в поверхность С нижнего фланца 3, а с другой - во внутреннюю конусную втулку 14, исключает проворот конусной втулки 14 вокруг своей оси во и тем самым сдвиг отогнутых проволок 11 при сборке и затяжке соединения нижнего фланца 3 и корпуса 2. Это обеспечивает равномерное распределение проволок по поверхностям передачи нагрузки.

Наконечники 20 соединяются с токопроводящими жилами 28 и вместе с колодкой 30 устанавливаются в нижний фланец 3 и фиксируются гайкой 31. После сборки снимаются заглушки 16 и внутренняя полость кабельной муфты заполняется электроизоляционным материалом, к примеру, компаундом, силиконом, специальным герметиком и др.

В итоге достигается повышение эксплуатационной надежности кабельной грузонесущей муфты за счет обеспечения в узле соединения муфты и брони кабеля равномерного распределения нагрузки, передаваемой от муфты к кабелю, по проволокам брони, а также исключения деформации проволок брони в узлах соединения муфты и брони кабеля.

Изобретение относится к области нефтепромыслового оборудования и может быть использовано при освоении и исследовании нефтяных и газовых скважин. Технический результат - обеспечение в узле соединения муфты и брони кабеля равномерного распределения нагрузки, передаваемой от муфты к кабелю, по проволокам брони, исключение деформации проволок брони в узлах соединения муфты и брони кабеля. В кабельной грузонесущей муфте выполнены верхний и нижний конусных узла для закрепления внешней и внутренней повивов брони соответственно, в каждом из которых содержатся внутренняя и наружная конусные втулки, при этом наружная конусная втулка верхнего конусного узла расположена в верхнем фланце, наружная конусная втулка нижнего узла расположена в корпусе. Между корпусом и верхним фланцем на кабеле расположена шайба, которая прижимает отогнутые проволоки внешнего повива брони к внутренней конусной втулке верхнего узла, также прижимает внутреннюю конусную втулку к наружной конусной втулке при вкручивании корпуса в верхний фланец. Шайба имеет выемку для равномерного прижатия отогнутых проволок наружной брони для их защиты от повреждения при прижатии. Для закрепления и защиты внутреннего повива брони от перегиба используется нижний конусный узел. Также в конструкции грузонесущей муфты применяются упорные подшипники, расположенные между нижним фланцем и корпусом, между втулкой, расположенной в корпусе, и верхним фланцем. Подшипники позволяют закрутить корпус в верхний фланец и нижний фланец на корпус, прижимая конусные втулки, но не сдвигая при этом отогнутые и равномерно размещенные между втулками проволоки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Герметичная грузонесущая муфта для погружной установки, содержащая верхний фланец, в котором имеется осевое отверстие для бронированного грузонесущего кабеля и с размещенными внутри шевронными уплотнительными элементами, ввинченный в верхний фланец корпус, который имеет осевое отверстие для бронированного грузонесущего кабеля, навинченный на корпус нижний фланец с размещенной внутри колодкой токоввода, соединенной с токопроводящими жилами грузонесущего кабеля, отличающаяся тем, что муфта содержит верхний и нижний упорные подшипники, шайбу, а также верхний и нижний конусные узлы, состоящие из внешней и внутренней конусных втулок каждый, при этом верхний конусный узел, между конусными втулками которого пропущены проволоки наружного повива брони, расположен в верхнем фланце, наружная конусная втулка верхнего конусного узла зафиксирована внутри верхнего фланца и имеет каналы в продольном и радиальном направлениях, а шайба, прижимающая проволоки наружного повива брони к основанию внутренней конусной втулки верхнего конусного узла, выполнена с одной стороны с выемкой с радиусом, эквидистантным к прижимному радиусу основания этой конусной втулки, а с другой стороны - с посадочным местом для верхнего упорного подшипника; нижний конусный узел, между конусными втулками которого пропущены проволоки внутреннего повива брони, используется для фиксации проволок внутреннего повива брони, наружная конусная втулка нижнего конусного узла зафиксирована внутри корпуса, а внутренняя конусная втулка нижнего конусного узла выполнена с гладким основанием для упора нижнего упорного подшипника и имеет радиальные каналы; нижний фланец имеет вдоль по центральному отверстию расточку для посадки нижнего упорного подшипника, а по периферии - сквозные продольные отверстия для соединения с погружным оборудованием; корпус выполнен с открытыми продольными каналами вдоль осевого отверстия и в его верхней части установлен верхний упорный подшипник.

2. Герметичная грузонесущая муфта для погружной установки по п. 1, отличающаяся тем, что наружная конусная втулка нижнего конусного узла имеет радиальные и осевые каналы.