Способ герметичного ввода и фиксации кабеля и устройство для его осуществления Российский патент 2025 года по МПК E21B33/03 

Область техники

Изобретение относится к сфере эксплуатации скважин для скважин сухопутного и офшорного исполнения, с применением электропогружных насосов, а также организации устья добывающей скважины с использованием грузонесущего кабеля.

Уровень техники

После спуска погружного оборудования с погружным насосом на грузонесущем питающем кабеле решаются задачи герметизации ввода и удержания веса грузонесущего кабеля и спускаемого оборудования на устье скважины.

Наиболее близким является способ монтажа установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) на грузонесущем кабеле (RU 2738875 С1), включающий в себя: размещение извлекаемого пакера на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, последовательную установку блока подвески кабеля, фонтанной арматуры, блока превенторов и лубрикатора с узлом герметизации, спуск через лубрикатор в насосно-компрессорные трубы (НКТ) с использованием грузонесущего кабеля электроцентробежного насоса и вставного клапана-отсекателя, стыковку вставного клапана-отсекателя с посадочным местом, присоединение верхнего конца грузонесущего кабеля к блоку подвески кабеля, отличающийся тем, что блок подвески кабеля размещают выше фонтанной арматуры, извлекаемый пакер подвешивают к электроцентробежному насосу и спускают их вместе с клапаном-отсекателем в скважину через лубрикатор.

Недостатками указанного способа является необходимость нарушения целостности грузонесущего кабеля при его монтаже с помощью грузонесущей муфты и организация подключения к электрическим контактам грузонесущей муфты наземного кабеля для подачи напряжения на УЭЦН непосредственно на устье скважины, что усложняет монтаж, увеличивает риски утечки тока, нарушения изоляции жил, требует обеспечительных мер по искробезопасности, взрывозащите. Кроме того, отсутствует возможность корректировки длины кабеля при необходимости дальнейшего погружения оборудования, кроме как подъем погружного оборудования с заменой кабеля на более длинный.

Предлагаемый способ призван решить технические задачи по максимальному упрощению и ускорению работ по размещению оборудования для добычи флюида при обустройстве скважины с использованием электропогружного оборудования на грузонесущем кабеле, уменьшению количества применяемого оборудования, количества операций, обеспечению технологичного, эффективного, надежного и безопасного способа компоновки оборудования.

Указанные технические задачи решаются способом одновременного крепления и герметизации ввода грузонесущего кабеля на устьевой арматуре скважины единым устройством герметичного ввода и фиксации кабеля.

Для реализации предлагаемого способа необходимо устройство, позволяющее осуществить способ одновременной герметизации и крепления грузонесущего кабеля на устье скважины.

Известен ввод кабельный с двойным пакетом уплотнения (патент RU 2357077 C2, опубл. 27.05.2009) который содержит корпус, внутренняя поверхность которого снабжена ответным конусным гнездом для посадки сальника, цельный конусный сальник с продольным разрезом для ввода жил электрокабеля, нажимную гайку. При этом ввод кабельный с двойным пакетом уплотнения снабжен двумя пакетами уплотнения.

Однако конструкция данного типа не предназначена для воспринятия весовой нагрузки спускаемого грузового кабеля с оборудованием. Монтаж конструкции требует разделки кабеля, что ведет к потере целостности электролинии при подключении в электросеть. Конструкция не позволяет проводить манипуляции по спуску и удержанию кабеля с оборудованием.

Сущность изобретения

Технической задачей предлагаемого устройства является реализация одновременной герметизации и крепления грузонесущего кабеля на устье скважины.

Осуществление функций крепления и герметизации грузонесущего кабеля с использованием единого устройства при монтаже погружного оборудования в устье скважины является эффективным решением, позволяющим экономить время проведения работ, упрощает монтаж, демонтаж компоновки, устраняет необходимость применения дополнительного оборудования, материалов и персонала.

Применение описываемого способа в целях обустройства скважины с применением электропогружного оборудования позволяет сохранить целостность кабеля за счет сквозной конструкции устройства герметичного ввода и фиксации кабеля, что в свою очередь позволяет регулировать глубину погружения оборудования в зоне добычи флюида.

Надежность применения предлагаемого способа обеспечивается за счет фиксации и герметизации кабеля в трех точках с использованием механической опрессовки, регулируемой и контролируемой гидравлической опрессовки, а также возможностью дополнительной герметизации путем закачки герметизирующего состава в полость устройства герметичного ввода и фиксации кабеля в случае роста давления в скважине.

Отсутствие необходимости в использовании дополнительного оборудования на производственной площадке в процессе эксплуатации скважины после монтажа, например кабельной катушки, отсутствие необходимости проведения мероприятий по креплению кабеля от возможного перемещения, вывод места подключения кабеля к узлу электропитания дальше от устья скважины, целостность кабеля на всем протяжении от узла электропитания до узла подключения погружного оборудования, возможность удаленного управления гидравлической опрессовкой кабеля являются факторами, обуславливающими безопасность применения описываемого решения в сравнении с существующими.

Заявленный технический результат достигается использованием способа герметичного ввода и фиксации кабеля на устье скважины, включающего в себя протаскивание грузонесущего кабеля через внутриосевой канал устройства герметичного ввода и фиксации кабеля, спуск в скважину погружного оборудования на грузонесущем кабеле до места установки насоса, крепление устройства герметичного ввода и фиксации кабеля с помощью установочного фланца на арматуре устья скважины, механическую опрессовку грузонесущего кабеля, гидравлическую опрессовку грузонесущего кабеля. Пример компоновки электропогружного оборудования на грузонесущем кабеле с использованием устройства герметичного ввода и фиксации кабеля на устье скважины изображен на Фиг. 3.

В одном из возможных вариантов реализации спуск электропогружного оборудования осуществляют в скважину на грузонесущем кабеле через фонтанную арматуру.

В одном из возможных вариантов реализации устройство герметичного ввода и фиксации кабеля монтируется на фонтанную арматуру после спуска погружного оборудования, образуя общий канал со скважиной для перемещения кабеля.

В одном из возможных вариантов реализации одновременное крепление и герметизация грузонесущего кабеля осуществляется в нескольких точках устройства герметичного ввода и фиксации кабеля, сочетая предварительный механический способ завинчивания верхнего колпака устройства и последующую гидравлическую опрессовку.

В одном из возможных вариантов реализации питающий грузонесущий кабель остается цельным от узла крепления погружного оборудования до точки подключения к источнику тока наземного узла питания.

В одном из возможных вариантов реализации устройство герметичного ввода и фиксации кабеля позволяет освободить грузонесущий кабель от фиксации для последующих подъемно-погружных работ и повторной фиксации и герметизации путем снятия гидравлического давления опрессовки и приведения устройства герметичного ввода и фиксации кабеля в исходное состояние пружинно-возвратным механизмом.

Заявленный технический результат также достигается использованием устройства герметичного ввода и фиксации кабеля содержащего фланец, нижняя поверхность которого выполнена с посадочным профилем и отверстиями для крепления на фонтанной арматуре, а верхняя поверхность фланца имеет направляющий профиль под установку стакана с упором под пружину, центральное отверстие с резьбой и паз под уплотнительное кольцо для присоединения, входящего в состав пружинно-возвратного механизма, поршня нижний торец которого имеет резьбу для соединения с фланцем, а верхний торец заканчивается полостью под опору манжеты, и имеет отверстия под опрессовку, канавки под уплотнительное кольцо с внешней стороны для обеспечения относительно корпуса возвратно-поступательного движения, обеспеченного пружиной, расположенной вдоль оси между цилиндрическими поверхностями поршня и стакана, нижний торец которого имеет свободный ход вдоль конструктивной цилиндрической направляющей фланца до упора, а верхний торец имеет внутренний конструктивный упор под пружину, канавки под уплотняющее кольцо и грязесъемное кольцо, обеспечивающие возвратно-поступательного движения относительно поршня, канавки под уплотнительное кольцо и три отверстия под измерительные приборы и отверстие под опрессовку, оснащенное заглушкой, стакан с помощью резьбы соединен с корпусом, в котором расположены два набора манжет, размещенных между парами опор манжет, соединенных парой замков, которые, в свою очередь, симметрично линии соприкосновения опорных манжет снизу и сверху опираются посредством опор манжет на поршни, корпус также симметрично соединен резьбой со вторым таким же стаканом, являющимся частью второго пружинно-возвратного механизма одинакового исполнения, поршень которого соединен посредством резьбы с цилиндрическим хвостовиком, содержащим отверстия под приборы измерения и отверстие под опрессовку, оснащенное заглушкой, и имеет свободный ход внутри стакана, опираясь на пружину, а верхний торец хвостовика имеет приемный конус под манжету, имеющую ответную форму, которая посредством шайбы сдавливает манжету для фиксации кабеля с помощью колпака, который имеет резьбовой ход на хвостовике.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Конструкция устройства герметичного ввода и фиксации кабеля

Устройство герметичного ввода и фиксации кабеля содержит следующие основные элементы:

1. Опора манжеты

2. Фланец

3. Поршень

4. Пружина

5. Манжета

6. Корпус

7. Замок

8. Хвостовик

9. Стакан

10. Грязесъемное кольцо

11. Шайба

12. Колпак

13. Манжета

14. Кольцо

15. Кольцо

16. Кольцо

17. Кольцо

18. Заглушка

19. Манометр.

Фиг. 2. Конструкция устройства герметичного ввода и фиксации кабеля (общий вид с разбивкой по узлам). Устройство герметичного ввода и фиксации кабеля содержит 5 основных цилиндрических узлов, собираемых поочередно от 1 к 5 узлу вдоль оси образуемого общего канала для прокладки грузонесущего кабеля

Фиг. 3. Пример компоновки электропогружного оборудования на грузонесущем кабеле с использованием устройства герметичного ввода и фиксации кабеля на устье скважины.

20. Грузоподъемный кабель

21. Устройство герметичного ввода и фиксации кабеля (рабочее название «ХАНГЕР»)

22. Фонтанная арматура

23. Опорный пакер с посадкой под ЭЦН

24. Флюид

25. Погружное оборудование с ЭЦН

26. Эксплуатационная колонна

27. Точки фиксации и герметизации кабеля в устройстве герметичного ввода и фиксации кабеля

28. Станция управления

29. Трансформатор.

Фиг. 4 Общий вид устройства герметичного ввода и фиксации кабеля с примером подключения гидравлического насоса опрессовки с помощью присоединительной обвязки.

30. Р-трансмиттеры

31. Присоединительная обвязка к устройству герметичного ввода и фиксации кабеля

32. Гидравлический насос подачи давления опрессовки.

Устройство герметичного ввода и фиксации кабеля условно составляют пять цилиндрических узлов, собираемых поочередно от узла 1 к узлу 5 вдоль общей оси (см. Фиг. 2). Расположение деталей устройства герметичного ввода и фиксации кабеля представлено в разрезе (см. Фиг. 1).

I-й узел представляет собой фланец 2, нижняя поверхность которого выполнена с посадочным профилем и отверстиями для крепления устройства герметичного ввода и фиксации кабеля на фонтанной арматуре. Верхняя поверхность фланца имеет направляющий профиль под установку стакана 9 с упором под пружину IV-го узла, центральное отверстие с резьбой и паз под уплотнительное кольцо 14 для присоединения с поршнем III-го узла.

II-й узел представляет собой пружинно-возвратный механизм и состоит из пружины 4 расположенной вдоль оси между цилиндрическими поверхностями поршня 3 и стакана 9, который имеет внутренний конструктивный упор под пружину, канавки под уплотняющее кольцо 15 и грязесъемное кольцо 10 обеспечивающие возвратно-поступательное движение поршня внутри стакана, который также имеет канавки под уплотнительное кольцо 17 и три отверстия под манометр 19, датчик давления (трансмиттеры) 30 и отверстие под монтажный рычаг и опрессовку, оснащенное заглушкой 18, нижний торец стакана имеет свободный ход по конструктивной цилиндрической направляющей фланца I-го узла до упора в его корпус, верхний торец стакана соединен резьбой с корпусом III-го узла 6, расположенный внутри стакана поршень имеет канавку под уплотнительное кольцо 16 с внешней стороны для обеспечения возвратно-поступательного движения внутри корпуса и монтажное отверстие под рычаг для скручивания II и I узлов, нижний торец поршня имеет ответную резьбу для соединения с I узлом, а верхний торец стыкуется с опорой манжеты 1, III-го узла.

III-й узел состоит из корпуса 6, внутри которого расположены две манжеты 5, размещенные между парами одинаковых конусных опор манжет 1, объединенных в двойной узел опрессовки посредством 2 пар замков 7, а сам корпус соединяется со стаканами узлов II и IV посредством резьбы.

IV-й узел идентичен узлу II и являются взаимозаменяемыми.

V-й узел представляет из себя цилиндрический хвостовик 8, содержащий 4 отверстия, расположенные в одной плоскости перпендикулярно оси устройства герметичного ввода и фиксации кабеля с углом деления 90 градусов, каждое из которых может использоваться под манометр 19, Р-трансмиттер 30, заглушку 18, под монтажный рычаг для скручивания нижнего торца хвостовика с поршнем 3, или для закачки герметизирующего состава в область между кабелем и хвостовиком 8 после опрессовки, паз под уплотнительное кольцо 14 и имеет свободный ход внутри стакана 9, опираясь на пружину 4 узла IV. Верхний торец хвостовика имеет приемный конус под манжету 13, имеющую ответную форму, а сверху манжету на кабеле, посредством шайбы 11, сжимает колпак 12, имеющий резьбовой ход на верхнем конце хвостовика.

Сборка устройства герметичного ввода и фиксации кабеля осуществляется следующим способом:

Собирается I-й узел путем вставки кольца 14 во фланец 2.

После чего собирается II-й узел. Для этого в соответствующие пазы стакана 9 устанавливаются кольца 17, 15, 10 и помещается поршень, на который предварительно устанавливается кольцо 16. С нижней стороны узла между поршнем и стаканом помещается пружина, после чего весь узел вкручивается посредством резьбы на поршне во фланец 2 с помощью монтажного рычага, устанавливаемого в монтажное отверстие, предварительно выкрутив, а затем установив обратно заглушку 18.

Перед установкой III узла в верхнюю конусную воронку поршня 3 узла устанавливается опора манжеты 5, используя ответные элементы деталей шип-паз. На предустановленную опору манжеты 1 помещается манжета 5. На манжету 5 помещается второй комплект опоры манжет 1. В корпус 6 помещаются нижний комплект замков 7. Корпус 6 завинчивается на II-й узел. В корпус 6 последовательно помещается 2-й комплект замков 7 - опора манжеты 1 - манжета 5 - опора манжеты 1

Далее собирается и зеркально устанавливается IV-й узел.

С помощью резьбового соединения хвостовика 8 и колпака 12 предварительно поместив между ними шайбу 11 и манжету 13 собирается V-й узел.

Перед сборкой IV узла и V узла, путем навинчивания хвостовика 8 на поршень 3 в хвостовик предварительно устанавливается кольцо 14.

По окончании сборки устройство герметичного ввода и фиксации кабеля готово к использованию.

Порядок использования устройства герметичного ввода и фиксации кабеля, следующий:

Грузонесущий кабель продевают через устройство герметичного ввода и фиксации кабеля после спуска погружного оборудования в скважину со стороны свободного конца, далее завинчивается верхний колпак устройства герметичного ввода и фиксации кабеля 12 образуя первую точку фиксации и герметизации кабеля. На места заглушек, устанавливаются средства измерения: преобразователи давления и манометры 19. Гидравлический насос подключается к портам опрессовки через игольчатые краны и опрессовывается III узел устройства герметичного ввода и фиксации кабеля, осуществляя основную фиксацию и герметизацию кабеля в двух точках посредством эластичных манжет 5.

Демонтаж проводится в обратном монтажу порядке после сброса давления в опрессовочном узле устройства герметичного ввода и фиксации кабеля.

Фиксация кабеля осуществляется с помощью опрессовки III узла либо посредством ручного гидравлического насоса, либо в автоматическом режиме с использованием гидравлической автоматики, без необходимости присутствия персонала в зоне опрессовки. Также существует возможность удаленного мониторинга состояния давления в узлах удержания и герметизации устройства.

Общий вид устройства герметичного ввода и фиксации кабеля в сборке с примером подключения гидравлического насоса опрессовки с помощью присоединительной обвязки изображен на Фиг. 4.

Изобретение относится к устьевому оборудованию для эксплуатации скважин с применением электропогружных насосов. Техническим результатом является реализация одновременной герметизации и крепления грузонесущего кабеля на устье скважины. В частности, заявлен способ герметичного ввода и фиксации кабеля на устье скважины, в котором осуществляют протаскивание грузонесущего кабеля через внутриосевой канал устройства герметичного ввода и фиксации кабеля, содержащего корпус с двумя наборами манжет, размещенных между парами опор, соединенных парой замков, которые симметрично линии соприкосновения манжет снизу и сверху опираются посредством опор на поршни пружинно-возвратных механизмов, соединенных своими стаканами с корпусом посредством резьбы, спуск в скважину погружного оборудования на грузонесущем кабеле до места установки насоса, крепление устройства герметичного ввода и фиксации кабеля на арматуре устья скважины с помощью установочного фланца, соединенного сверху резьбой с поршнем нижнего пружинно-возвратного механизма, механическую опрессовку грузонесущего кабеля посредством завинчивания верхнего колпака устройства, сдавливая шайбой манжету, опирающуюся на приемный конус хвостовика, соединенного с поршнем верхнего пружинно-возвратного механизма, гидравлическую опрессовку грузонесущего кабеля посредством подключения гидравлического насоса к отверстиям под опрессовку, выполненным в стаканах пружинно-возвратных механизмов и хвостовике устройства. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ герметичного ввода и фиксации кабеля на устье скважины, включающий в себя:

- протаскивание грузонесущего кабеля через внутриосевой канал устройства герметичного ввода и фиксации кабеля, содержащего корпус с двумя наборами манжет, размещенных между парами опор, соединенных парой замков, которые симметрично линии соприкосновения манжет снизу и сверху опираются посредством опор на поршни пружинно-возвратных механизмов, соединенных своими стаканами с корпусом посредством резьбы;

- спуск в скважину погружного оборудования на грузонесущем кабеле до места установки насоса;

- крепление устройства герметичного ввода и фиксации кабеля на арматуре устья скважины с помощью установочного фланца, соединенного сверху резьбой с поршнем нижнего пружинно-возвратного механизма;

- механическую опрессовку грузонесущего кабеля посредством завинчивания верхнего колпака устройства, сдавливая шайбой манжету, опирающуюся на приемный конус хвостовика, соединенного с поршнем верхнего пружинно-возвратного механизма;

- гидравлическую опрессовку грузонесущего кабеля посредством подключения гидравлического насоса к отверстиям под опрессовку, выполненным в стаканах пружинно-возвратных механизмов и хвостовике устройства.

2. Способ монтажа погружного оборудования по п. 1, отличающийся тем, что спуск электропогружного оборудования осуществляют в скважину на грузонесущем кабеле через фонтанную арматуру.

3. Способ монтажа погружного оборудования по п. 1, отличающийся тем, что устройство герметичного ввода и фиксации кабеля монтируется на фонтанную арматуру после спуска погружного оборудования, образуя общий канал со скважиной для перемещения кабеля.

4. Способ монтажа погружного оборудования по п. 1, отличающийся тем, что одновременное крепление и герметизация грузонесущего кабеля осуществляется в нескольких точках устройства герметичного ввода и фиксации кабеля, сочетая предварительный механический способ завинчивания верхнего колпака устройства и последующую гидравлическую опрессовку.

5. Устройство герметичного ввода и фиксации кабеля, содержащее фланец, нижняя поверхность которого выполнена с посадочным профилем и отверстиями для крепления на фонтанной арматуре, а верхняя поверхность фланца имеет направляющий профиль под установку стакана с упором под пружину, центральное отверстие с резьбой и паз под уплотнительное кольцо для присоединения входящего в состав пружинно-возвратного механизма, поршня, нижний торец которого имеет резьбу для соединения с фланцем, а верхний торец заканчивается полостью под опору манжеты и имеет отверстия под опрессовку, канавки под уплотнительное кольцо с внешней стороны для обеспечения относительно корпуса возвратно-поступательного движения, обеспеченного пружиной, расположенной вдоль оси между цилиндрическими поверхностями поршня и стакана, нижний торец которого имеет свободный ход вдоль конструктивной цилиндрической направляющей фланца до упора, а верхний торец имеет внутренний конструктивный упор под пружину, канавки под уплотняющее кольцо и грязесъемное кольцо, обеспечивающие возвратно-поступательное движение относительно поршня, канавки под уплотнительное кольцо и три отверстия под измерительные приборы и отверстие под опрессовку, оснащенное заглушкой, стакан с помощью резьбы соединен с корпусом, в котором расположены два набора манжет, размещенных между парами опор манжет, соединенных парой замков, которые, в свою очередь, симметрично линии соприкосновения опорных манжет снизу и сверху опираются посредством опор манжет на поршни, корпус также симметрично соединен резьбой со вторым таким же стаканом, являющимся частью второго пружинно-возвратного механизма одинакового исполнения, поршень которого соединен посредством резьбы с цилиндрическим хвостовиком, содержащим отверстия под приборы измерения и отверстие под опрессовку, оснащенное заглушкой, и имеет свободный ход внутри стакана, опираясь на пружину, а верхний торец хвостовика имеет приемный конус под манжету, имеющую ответную форму, которая посредством шайбы сдавливает манжету для фиксации кабеля с помощью колпака, который имеет резьбовой ход на хвостовике.