Устройство для включения электрооборудования в скважине Советский патент 1993 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а точнее к строительству и оборудованию нефтедобывающих скважин, а также к устройствам используемым при их эксплуатации.

Цель изобретения - повышение надежности включения электрооборудования в скважине.

Для достижения намеченной цели предлагается во время строительства скважины, внутри обсадной колонны установить розетку, имеющую три фазы и соединенную с электрокабелем находящимся за обсадной колонной.

К этой розетке для эксплуатации скважины должна подсоединяться вилка, которая, в свою очередь, должна быть соединена

с потребляющим электроток скважинным оборудованием.

Для того, чтобы обеспечить надежность, включения скважинного оборудования, предлагается это включение производить в специальном устройстве, заполненном электроизоляционной жидкостью, несмешивающейся со скважинной жидкостью и имеющей большую плотность чем плотность скважинной жидкости.

Перед включением скважины в эксплуатацию, вилка на поверхности комплектуется в один блок с электропотребляющим оборудованием (например, электронасосом), а также емкостью в которой транспортируется в скважину необходимое количество электроизоляционной жидкости. Вилка монтируется

00

о о о

14}

о

внутри этой емкости-кассеты, заполненной электроизоляционной жидкостью. При вхождении вилки в розетку происходит сжатие емкости кассеты вилки и выдавливание электроизоляционной жидкости из емкости кассеты вилки в емкость кассеты розетки. В результате, емкость кассеты розетки заполняется электроизоляционной жидкостью, обеспечивая надежное включение электрооборудования в скважине.

На фиг. 1 показана схема включения одной из фаз устройства в трех статических положениях а, б, в:

в положении а показана верхняя кассета вместе с вилкой, находящаяся над нижней кассетой с розеткой.

в положении б показаны те же кассеты после того, как верхняя кассета опустилась и вилка начала соединение с розеткой. В положении в показано устройство когда вилка электрически соединилась с розеткой, а электроизоляционная жидкость полностью выдавилась из верхней кассеты в нижнюю.

На фиг. 1 отдельные детали устройства показаны только для статического положения а, т.к. расположение этих деталей для положений бив очевидно из чертежа, несмотря на их смещение.

Как видно из чертежа, верхняя кассета

1 имеет сверху крышку 2, а снизу дно 3. Крышка соединена с дном с. помощью эластичной, гофрированной стенки 4. Внутри кассеты располагается контактная вилка 5, полая изнутри. Эта вилка крепится к крышке

2 и электрически с помощью электропроводника 6, соединяется с электропотребляющим скважинным оборудованием. В кассете находится электроизоляционная жидкость 7.

В верхней части вилки имеются сквозные отверстия 8, сообщающие полость кассеты с полостью вилки. В нижней части полость вилки перекрывает клапан 9, поддерживаемый пружиной 10. Кассета снабжена манжетами 11, уплотняющими зазоры между вилкой и дном кассеты. Нижняя кассета представляет собой стакан 12, состоящий из верхней крышки 13, боковых стенок 14 и дна 15. Внутри этой кассеты располагается розетка 16, состоящая из двух половин: 17 и 18, поджатых друг к другу пружиной 19. Крышка нижней кассеты снабжена открывающимися внутрь кассеты створками 20, плотно прижатыми друг к другу пружинами 21. Через дно нижней кассеты проходит изолированный электрокабель 22 электрически соединенный с розеткой 16. Наружный конец этого кабеля соединен с соответствующей фазой наружного кабеля 23, находящегося за обсадной колонной 24.

0

5

На фиг. 2 показано, что снизу в конструкции ,скважины, под обсадной колонной 24. располагается колонна 25. имеющая меньший диаметр чем колонна 24. Нижняя кассета 12 располагается на площадке образуемой в скважине в результате изменения диаметра обсадной колонны.

На фиг. 2 показано положение устройства при доставке с поверхности на колонне насосно-компрессорных труб 27 кассеты с вилкой, а также электроизоляционной жидкостью в скважину. Этз кассета спускается в одном блоке с электропотребляющим оборудованием.

На фиг. 2 показано, что наружный кабель 23 находится в скважине внутри цементного камня 26,

На фиг. 3 - разрез скважины по А-А.

Здесь видно, что розетки включения 0 различных фаз имеют дугообразную форму и различные длины. Аналогичные формы и размеры имеют и три кассеты с вилками, обеспечивающие включение соответствующих фаз при ориентированном спуске их на 5 насосно-компрессорных трубах в скважину.

Работа устройства производится следующим образом.

При строительстве скважины в нее спускают обсадную колонну. Вместе с ней в скважину спускается электрический кабель, который располагается за обсадной колонной и предназначается для подачи электроэнергии в скважину, для работы в ней различного оборудования: электронасосов, электроподогревателей и т.д.

Глубина скважины, на которую нужно подать электроэнергию устанавливается заранее, до начала бурения скважины, Исходя из условий эксплуатации определяется так- 0 же конструкция скважины. В изобретении рассматривается ступенчатая конструкция скважины, обеспечивающая уменьшение диаметра обсадной колонны.в тех местах, где предполагается установка и включение 5 электропотребляющего оборудования.

На фиг, 2 показана установка кассеты с розеткой на площадке, образованной в результате уменьшения диаметра обсадной колонны. Эта установка, а также электриче- 0 ское подсоединение розетки с электрокабелем за колонной, должны осуществляться во время строительства скважины. После спуска обсадной колонны ее цементируют и кабель, находящийся за обсадной колонной, оказывается внутри цементного камня. Когда строительство скважины закончено и достигнут приток продукции из пласта в скважину, а в скважине установился предусмотренный прогнозом необходимый уровень жидкости, в скважину спускают соответству0

5

5

ющее электрооборудование. Это электрооборудование комплектуется в единый блок (блокдоставки), включающий вилкуб, находящуюся в верхней кассете 1. При этом верхняя кассета заполняется электроизоляционной жидкостью 7. Одновременно этой же жидкостью заполняется и полость вилки 5. В этой полости электроизоляционная жидкость, в период спуска в скважину, удерживается благодаря наличию в нижней части полости вилки клапана 9, поддерживаемого в закрытом состоянии пружиной 10. Когда насосно-комп- рессорные трубы 27 вместе с транспортируемым на них блоком доставки будут опущены до упора о крышку 13 нижней кассеты и произойдет вхождение вилки в розетку, производят отцепление насосно-компрес- сорных труб от блока доставки и подъем их на поверхность. Для включения электропот- ребляющего оборудования, находящегося в скважине, в работу, на поверхности соединяют кабель 23 к источнику тока (не показан). Электроэнергия через кабель 23, розетку 16 и вилку 5 посредством проводника 6 поступает к электропотребляющему оборудованию и включает егоо в работу.

Схемы, представленные на фиг. 1, иллюстрируют положения включаемых элементов только одной из трех фаз. Положение включаемых элементов конструкции двух других фаз-аналогичное. Поэтому они на отдельных фигурах не представлены. Включение трех фаз устройства происходит одновременно, т.к. в блоке доставки вилки трех фаз располагаются рядом по окружности, а под ними соответственно находятся три розетки (фиг. 3). Процесс вхождения вилки в розетку, показанный на фиг, 1, состоит из трех этапов его реализации, Первый этап содержит транспортировку блока доставки в скважине.

Как было отмечено, в этот этап в скважину спускается верхняя кассета, а которой имеется вилка и электроизоляционная жидкость. Для предупреждения утечек электроизоляционной жидкости в скважину, в верхней кассете предусмотрены манжеты 11 и обратный клапан 9, Второй этап содержит процесс вхождения вилки в розетку. Отличительной особенностью этого этапа является перелив из верхней кассеты блока доставки электроизоляционной жидкости в нижнюю кассету. Осуществляется второй этап так. При окончании спуска блока доставки в скважину, когда блок доставки дном кассеты 3 начинает упираться о потолок 13 нижней кассеты, начинает сжиматься и уменьшаться в объеме верхняя кассета блока доставки, в результате сжатия ее эластичных стенок. Когда уменьшается емкость

верхней кассеты начинает увеличиваться давление на находящуюся в емкости электроизоляционную жидкость. Под влиянием этого давления электроизоляционная жид- кость начинает переливаться через отверстие 8 в полость вилки. Находящаяся там электроизоляционная жидкость, в свою очередь, начинает давить на клапан 9. Пружина 10, удерживающая его в закрытом состоя0 нии, растягивается, клапан открывается и электроизоляционная жидкость из верхней кассеты блока доставки начинает заполнять нижнюю кассету. Этот этап реализации работы устройства показан на фиг. 1 в положе5 нии б, Здесь следует обратить внимание на то, что на фиг. 1 в положении а на крышке 13 нижней кассеты показаны створки 20, подпираемые пружиной 21. Эти створки .предназначены для того, чтобы предохранить

0 полость нижней кассеты от попадания в нее отдельных включений из скважинной жидкости. Створки 20 открываются и остаются открытыми после того, как их открывает нижний конец вилки при движении вилки к розетке.

5 На фиг, 1 в положениях бив, для упрощения схемы, створки 20 и пружины 21 не показаны,

В период перелива электроизоляционной жидкости из верхней кассеты в ниж0 нюю, последняя может быть полностью или частично заполнена скважинной жидкостью. Для того, чтобы электроизоляционная жидкость полностью заполнила нижнюю кассету необходимо чтобы она заместила в кассете

5 скважинную жидкость, Поэтому необходимо электроизоляционной жидкости иметь плотность большую, чем плотность скважинной жидкости, Вполне очевидно, что электроизоляционная жидкость должна бв)ть также хи0 мически нейтральной к скважинной

жидкости. Чтобы осуществить вытеснение

скважинной жидкости из нижней кассеты

конструкцией предусматривается наличие в

верхней части нижней кассеты обратного

5 клапана. Этот клапан в конструкции имеется, но на фиг. 1 не показан. Третий этап реализации введения устройства в действие осуществляется после заполнения нижней кассеты электроизоляционной жидкостью и

0 полного вхождения вилки в розетку. Тогда, на поверхности, к кабелю 23 подключается эл.ток, который через проводник 22 подводится к розетке, от нее к вилке, а затем к электропотребляющему оборудованию,

5 спущенному в скважину в одном блоке доставки с вилкой и соединенному с ней электрически.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в скважине многократно. Например, при необходимости проведения в

скважине геологотехмических работ, устройство может быть поднято на поверхность. Для этого в скважину спускают насосно-компрес- сорные трубы. На нижнем конце этих труб располагается ловитель, обеспечивающий ловлю установленного в скважине блока доставки. После зацепления ловителя с блоком доставки, колонна насосно-компрессорных труб поднимается увлекая блок доставки. Оборудование извлекается на поверхность. После проведения необходимого ремонта скважины, в нее вновь спускается поднятое ранее оборудование.

Пример конкретного использования.

Имеем скважину глубиной 1500 м. Скважина вертикальная. Обсажена сверху до глубины 1000 м обсадной колонной (размеры в мм), а снизу колонной . Цементное кольцо имеет толщину на верхнем интервале (, на нижнем , В цементном камне на верхнем интервале расположен электрокабель. Фильтр скважины на глубине 1450-1500 м. На глубине 1000 м, в месте перехода обсадной колонны с на установлена нижняя кассета с розеткой.

Пример использования иллюстрируют фиг. 4 и фиг. 5.

На фиг. 4 показано устройство нижней кассеты, а на фиг. 5 показана эта же кассета, когда вилка блока доставки вошла в контакт с розеткой. Замок зацепления блока доставки с колонной насосно-компрессорных труб, предназначенный для реализации Ј,

транспортировки блока доставки в скважину и его извлечения из скважины на фиг. 5 .че показан. Указанные на фиг. 4 и фиг. 5 размеры ,5, а диаметр .

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для включения электрооборудования в скважине, оборудованной обсадной ступенчатой колонной, содержащее закрепленную жестко на кольцевой площадке колонны нижнюю кассету, выполненную в виде стакана, заполненного скважинкой жидкостью, в котором расположена розетка, соединенная с питающим кабелем, и заполненную электроизоляционной жидкостью с плотностью большей плотности скважинной жидкости верхнюю кассету, в которой распсуюжена контактная вилка, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контактного соединения, верхняя кассета выполнена с эластичными стенками и снабжена выполненной из электроизоляционного материала крышкой, к которой снизу прикреплена вилка, и электрически соединена с электро- потребляющим екважинным оборудованием,

при этом вилка выполнена полой, в верхней части стенок вилки выполнены сквозные отверстия для сообщения полостей кассеты и вилки, в ее нижней части расположен обратный клапан, а в дне кассеты выполнены отверстия для вилки, причем нижняя кассета снабжена крышкой с открывающимися внутрь кассеты подпружиненными створками, а розетка выполнена из двух половин, подпружиненных друг к другу.

Назначение: изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для подведения электро- энергии к электрооборудованию, находящемуся в скважине. Сущность изобретения: в скважину на НКТ спускается эластичная кассета, заполненная электроизоляционной жидкостью, внутри которой монтируется контактная полая вилка. На обсадной колонне устанавливается кассета, в которой монтируется розетка, соединенная с питающим кабелем. При вхождении вилки в розетку происходит сжатие кассеты, в которой расположена вилка, и электроизоляционная жидкость, выдавливаясь через внутреннюю полость вилки, заполняет емкость кассеты розетки, вытесняя из нее скважинную жидкость, плотность которой меньше пл отности электроизоляционной жидкости. Для предупреждения утечек электроизоляционной жидкости в скважину в дне эластичной кассеты установлен обратный клапан, а для предохранения полости кассеты с розеткой от попадания посторонних включений, находящихся в скважинной жидкости, крышка кассеты имеет открывающиеся внутрь кассеты подпружиненные створки. 5 ил. ел