УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ПРОТЕКТОЛАЙЗЕРА (ВАРИАНТЫ) И ПРОТЕКТОЛАЙЗЕР НАКЛАДНОЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ КАБЕЛЯ-УДЛИНИТЕЛЯ НА НАСОСНЫХ СЕКЦИЯХ

Группа полезных моделей относится к предохранительным устройствам кабельных линий питания погружных электродвигателей, используемых в качестве приводов центробежных насосов для добычи нефти и других пластовых жидкостей, и может быть использована в нефтяной промышленности для защиты и крепления кабеля-удлинителя к секциям насоса установки электрического центробежного насоса (УЭЦН) и его защиты от механических повреждений при спускоподъемных операциях.
В современной нефтяной промышленности задача крепления токоподводящего кабеля и его защиты от механических повреждений при спускоподъемных операциях решается с помощью различных устройств. Известно, например, устройство для крепления длинномерных изделий к насосно-компрессорным трубам, содержащее металлический хомут и два узла крепления, расположенные соответственно в средней и хвостовой частях хомута (Авт. св. СССР № 994678, кл. Е21В 17/00, 1983 г.).
Однако, данная конструкция ненадежна в эксплуатации, так как существует опасность раскрепления хвостовой части, пропущенной через прорезь в теле хомута, и падения ее в скважину.
Известно также устройство для крепления силового кабеля к насосно-компрессорным трубам, содержащее цельнолитой корпус с продольным пазом для укладки кабеля питания электродвигателя, окна для фиксации устройства на верхнем и нижнем торцах муфты, выполненные на высоте не менее высоты муфты, и стяжки, соединяющие верхнюю и нижнюю части корпуса (Авт. св. СССР №859594, кл. Е21В 17/00, 1978, RU, заявка №93041176, кл. Е21В 17/00, 1996 г.).
Недостатками данной конструкции устройства являются невозможность его повторного использования из-за отложения парафина и солей на пружинах с упорами, а также ненадежность в эксплуатации устройства из-за больших ударных нагрузок при спускоподъемных операциях, которые ведут к раскрытию корпуса и заклиниванию его между НКТ и обсадной колонной.
Известно также универсальное устройство (протектолайзер) для крепления кабеля-удлинителя к элементам установки электроцентробежных насосов (УЭЦН), содержащее два сопрягаемых скобообразных элемента, образующих при их соединении внутреннюю полость, в котором указанная полость выполнена таким образом, что в ее размеры и форму вписываются размеры и форма шейки гидрозащиты двигателя или шейки насосной секции установки УЭЦН, при этом один из скобообразных элементов имеет на наружной поверхности два взаимно перпендикулярных паза, один из которых предназначен для укладки кабеля, а второй паз - для размещения коробообразного элемента с отбортовками, в которых выполнены отверстия под крепежные элементы, например болты или шпильки, входящие в отверстия в упомянутом скообразном элементе, причем высота коробообразного элемента меньше глубины упомянутых пазов, а на диаметрально противоположных сторонах скобообразных элементов снаружи выполнены крепежные отверстия для соединения указанных скобообразных элементов друг с другом, например, с помощью болтов или шпилек при сборке устройства (патент на полезную модель РФ №63841, приоритет от 14.02.2007 г.).
Известное устройство надежно фиксирует кабель-удлинитель на шейках насосной секции, но возможно смещение устройства в осевом направлении и его поворот вокруг продольной оси, что нежелательно, так как такое смещение может привести к деформации кабеля и его повреждению при спускоподъемных операциях.
Наиболее близким к заявляемой группе полезных моделей является узел крепления протектолайзера на насосных секциях установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) и протектолайзер накладной для крепления кабеля-удлинителя на насосных секциях (патент РФ №2369718, МПК Е21В 17/00, опубл. 10.10.2009 г., бюл. №28). Узел крепления кабеля-удлинителя посредством протектолайзера к элементам насосной установки электроцентробежных насосов (УЭЦН) содержит секцию насоса, включающую основание, которое в рабочем состоянии находится внизу секции, в основании имеется шейка, выполненная между фланцами, при этом у верхнего фланца выполнена опорная стенка с отверстием под болт, и протектолайзер накладной для крепления кабеля-удлинителя к элементам насосной установки ЭЦН, содержащий корпус, состоящий из двух защитных ребер, соединенных дугообразной перемычкой, причем внутренние боковые поверхности ребер и горизонтальная полка перемычки образуют паз для укладки кабеля, при этом по бокам от указанной полки выполнены два углубления, в которых выполнены два крепежных отверстия для крепления кабеля посредством скобы и двух крепежных элементов, например, болтов или винтов, причем на одном из ребер выполнено отверстие под стержень болта с эксцентриком, а на другом ребре выполнено смещенное отверстие под эксцентрик болта, выполненный на стержне болта и прилегающий к головке болта, причем корпус протектолайзера установлен на опорной стенке, выполненной в основании насосной секции и имеющей отверстие под болт с эксцентриком, при повороте которого против часовой стрелки корпус протектолайзера с одной стороны своими цилиндрическими поверхностями на ребрах опирается на цилиндрическую поверхность фланца шейки, а с другой стороны своими ребрами контактирует с горизонтальной и вертикальной поверхностями, выполненными у опорной стенки основания секции насоса. Протектолайзер накладной для крепления кабеля-удлинителя на насосных секциях установок электроцентробежных насосов содержит корпус, состоящий из двух защитных ребер, соединенных дугообразной перемычкой, причем внутренние боковые поверхности ребер и горизонтальная полка перемычки образуют паз для укладки кабеля, при этом на одном из ребер выполнено отверстие под стержень болта с эксцентриком, а на другом ребре выполнено отверстие под эксцентрик, выполненный на стержне болта и прилегающий к головке болта, причем оси указанных отверстий в ребрах смещены относительно друг друга, причем корпус протектолайзера выполнен с возможностью установки на опорной стенке, выполненной в основании насосной секции и имеющей отверстие под стержень болта с эксцентриком, при повороте которого корпус протектолайзера с одной стороны своими цилиндрическими поверхностями на ребрах опирается на цилиндрическую поверхность фланца шейки, а с другой стороны своими ребрами контактирует с горизонтальной и вертикальной поверхностями, выполненными на основании и фланце насосной секции, а по бокам от горизонтальной полки перемычки выполнены два углубления, в которых выполнены два крепежных отверстия для крепления кабеля посредством скобы и двух крепежных элементов, например, винтов или болтов.
Недостатком известной группы изобретений является возможность электрического пробоя кабеля в месте его крепления скобой от механических повреждений изоляции и перегрева кабеля в сложных условиях эксплуатации, а также невозможность применения на насосных секциях, на которых на основании насосной секции выполнена наклонная или закругленная поверхность, что не позволяет применять указанную группу изобретений на разных габаритах насосных секций.
Задачей группы полезных моделей является устранение указанных недостатков, расширение функциональных возможностей, повышение надежности защиты кабеля от электрического или теплового пробоя введением электротеплоизоляционной пластины, повышение универсальности за счет создания узла крепления протектолайзера, использующего протектолайзер накладной универсальный для крепления кабеля-удлинителя как на унифицированную стенку основания насоса различных габаритов, так и на отличающихся от унифицированных стенках оснований насосов установок ЭЦН.
Поставленная задача решается предлагаемой группой полезных моделей за счет того, что узел крепления протектолайзера к элементам насосной установки ЭЦН в первом варианте содержит секцию насоса, включающую основание с фланцем, при этом основание имеет опорную стенку с отверстием под болт и опорные площадки, и протектолайзер, представляющий собой два защитных ребра, соединенных дугообразной перемычкой с горизонтальной полкой, защитные ребра и горизонтальная полка перемычки образуют паз для укладки кабеля, защитные ребра имеют посадочные места для размещения крепежных элементов, служащих для крепления кабеля посредством прижимного элемента, расположенного над горизонтальной полкой дугообразной перемычки, при этом оба защитных ребра с одного конца снабжены отверстиями под крепежный болт, причем одно из защитных ребер имеет отверстие большего диаметра и со смещенным центром, крепежный болт снабжен эксцентриком, который устанавливается в отверстие большего диаметра, а торцевая и нижняя поверхности защитных ребер имеют криволинейное сопряжение, при этом нижняя поверхность защитных ребер является опорной поверхностью для контактирования с поверхностью опорной площадки основания секции насоса, а со стороны меньшего отверстия в защитном ребре крепежный болт имеет крепежную гайку с шайбой. Во втором варианте узел крепления протектолайзера к элементам насосной установки дополнительно содержит опорные поверхности на защитных ребрах со стороны отверстий, причем указанные опорные поверхности контактируют с наружной цилиндрической поверхностью основания секции насоса.
Протектолайзер накладной универсальный для крепления кабеля-удлинителя на насосных секциях установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) имеет два варианта исполнения и в первом варианте содержит два защитных ребра, соединенных дугообразной перемычкой с горизонтальной полкой, защитные ребра и горизонтальная полка дугообразной перемычки образуют паз для укладки кабеля, защитные ребра имеют посадочные места для размещения крепежных элементов, служащих для крепления кабеля посредством прижимного элемента, расположенного над горизонтальной полкой дугообразной перемычки, при этом оба защитных ребра с одного конца снабжены отверстиями под крепежный болт, причем одно из защитных ребер имеет отверстие большего диаметра и со смещенным центром, крепежный болт снабжен эксцентриком, который устанавливается в отверстие большего диаметра, а торцевая и нижняя поверхности защитных ребер имеют криволинейное сопряжение, при этом нижние поверхности защитных ребер являются опорными поверхностями для контактирования с поверхностью секции насоса, на который крепится протектолайзер, а со стороны меньшего отверстия в защитном ребре крепежный болт имеет крепежную гайку с шайбой. Во второй варианте протектолайзера защитные ребра со стороны отверстий дополнительно имеют опорные поверхности для контактирования с поверхностью секции насоса. Горизонтальная полка дугообразной перемычки протектолайзера имеет выемку для жестко закрепленной в ней электротеплоизоляционной пластины. Поверхность теплоизоляционной пластины, плоская поверхность фланца насосной секции и плоская поверхность основания насосной секции при креплении протектолайзера на насосной секции лежат в одной плоскости.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на Фиг.1 показан вид спереди на предлагаемый узел крепления с унифицированным корпусом основания насоса; на Фиг.2 - вид спереди на узел крепления с отличным от унифицированного корпуса основания насоса; на Фиг.3 - вид спереди на узел крепления протектолайзера с вынесенными опорами с унифицированным корпусом основания насоса; на Фиг.4 - вид спереди на узел крепления протектолайзера с вынесенными опорами с отличием от унифицированного корпуса основания насоса; на Фиг.5 - сечение А-А Фиг.1-4; на Фиг.6 - сечение Б-Б Фиг.1-4; на Фиг.7 - вид спереди на опорную стенку и шейку основания насоса с унифицированной стенкой; на Фиг.8 - вид спереди на опорную стенку отличной от унифицированной; на Фиг.9 - сечение В-В на Фиг.7 и Фиг.8; на Фиг.10 - изометрия протектолайзера вид сверху; на Фиг.11 - изометрия протектолайзера вид снизу; на Фиг.12 - изометрия протектолайзера с вынесенными опорами вид сверху; на Фиг.13 - изометрия узла крепления протектолайзера (корпус протектолайзера с унифицированной стенкой); на Фиг.14 - изометрия эксцентрикового болта; на Фиг.15 - изометрия узла крепления протектолайзера (корпус основания со скошенными полками у стенки) и протектолайзер вид сверху; на Фиг.16 - положение протектолайзера на фланце корпуса основания 5 габарита вид спереди; на Фиг.17 - положение протектолайзера на фланце корпуса основания 5А габарита вид спереди; на Фиг.18 - схема установки протектолайзеров на секциях насосной установки.
Узел крепления протектолайзера на насосной секции УЭЦН (Фиг.1-18) содержит секцию 1 насоса, включающую основание 2, шейку 3, фланцы 4 и 5 (Фиг.7, 8), болт 6 с эксцентриком 7 (Фиг.5, 10-14).
Протектолайзер накладной универсальный 8 содержит два защитных ребра 10, соединенных дугообразной перемычкой 11. Внутренние боковые поверхности 12 ребер 10 и горизонтальная полка 13 перемычки 11 образуют паз 14 (Фиг.16, 17) для укладки кабеля 9 (Фиг.5). На ребрах 10 выполнены посадочные места для размещения крепежных элементов, например, винтов 17, 20 и прижимного элемента 16, например, скобы для крепления кабеля 9. Прижимной элемент 16 располагается над горизонтальной полкой 13 перемычки 11. В перемычке 11 выполнено углубление 18 с резьбовыми отверстиями 34 для крепления электротеплоизоляционной пластины 19 (Фиг.6). На одном ребре 10 выполнено отверстие 21 под стержень 22 болта 6, а на другом ребре выполнено смещенное отверстие 23 под эксцентрик 7 болта 6 (Фиг.5, 10). Отверстие 23 имеет больший диаметр, чем отверстие 21. Эксцентрик 7 выполнен на стержне 22 и прилегает к головке 24 болта 6 (Фиг.14). Протектолайзер 8 устанавливается на опорную стенку 25 (Фиг.7-9) выполненную в основании корпуса насоса 2. В стенке 25 выполнено отверстие 26 (Фиг.7-9) под болт 6. Болт 6 фиксируется на стенке 25 с помощью гайки 27 и пружинной шайбы 28 (Фиг.5). Форма полок у опорной стенки имеет различное исполнение: у унифицированной стенки полка 30 расположена параллельно оси насоса (горизонтально) (Фиг.7, 13), на других исполнениях полка 31 расположена под углом к оси насоса (наклонно) (Фиг.8, 15). На ребрах протектолайзера 8 выполнены скошенные полки 29 (Фиг.1, 2), которые позволяют устанавливать протектолайзер на различные исполнения стенки корпуса основания: как с горизонтальными, так и с наклонными полками, что обеспечивает универсальность применения протектолайзера для различных габаритов насосных установок. При установке протектолайзера на насосы 5 и 5А габаритов опорная цилиндрическая поверхность протектолайзера опирается на фланец основания 5 габарита по цилиндрической поверхности «а» (Фиг.16), а 5А габарита - по линии «б», что также обеспечивает универсальность применения (Фиг.17), при этом в обоих случаях верхняя плоскость «в» электроизоляционной пластины расположена в одном уровне с плоской поверхностью «г» на опорной стенке и плоской поверхностью «д» фланца (Фиг.15). На скошенных полках 29 защитных ребер 10 (фиг.12) имеются опорные площадки 35, которые контактируют с горизонтальной поверхностью 30 (фиг.7) или с наклонной поверхностью 31 (фиг.8). Торцевые 36 и нижние 35 (Фиг.1) поверхности ребер 10 имеют криволинейное сопряжение, которое позволяет устанавливать протектолайзер 8 на насосные секции разных габаритов с различным исполнением полок и обеспечивает универсальность применения. Со стороны отверстий под болт 6 ребра 10 (фиг.12) имеют опорные поверхности 32 для контактирования с наружной цилиндрической поверхностью 33 (фиг.3, 4) основания секции насоса. Отверстия в ребрах 10 под болт 6 выполнены различного диаметра: отверстие большего диаметра предназначено для установки эксцентрика 7 (фиг.12), отверстие меньшего диаметра предназначено для прохождения стержня 22 болта 6. Нижняя 37 поверхность защитных ребер 10 (фиг.1, 2, 11, 12) имеет форму скошенной полки 29. Контакт между поверхностью 29 и поверхностями 30 или 31 основания секции насоса происходит по плоскостям 35 (фиг.1, 2).
Предлагаемая группа полезных моделей работает следующим образом. Корпус протектолайзера 8 устанавливается (накладывается) на стенку 25. Поджатие протектолайзера к насосной секции 1 производится поворотом болта 6 с эксцентриком 7, который устанавливается в корпус протектолайзера с одновременным проштыриванием отверстий 26, 21 и 23 (Фиг.5 и 9). При установке корпус протектолайзера 8 своими ребрами 10 с одной стороны опирается на цилиндрическую поверхность «а» фланца 4, а с другой стороны, при повороте болта 6 с эксцентриком 7, контактирует с поверхностями 30 и 31 верхнего фланца 5 основания 2 насосной секции 1 (Фиг.7, 8), тем самым исключается покачивание корпуса протектолайзера относительно оси болта 6 и обеспечивается безизгибный контакт корпуса протектолайзера с внутренней поверхностью обсадной трубы при спускоподъемных операциях. Фиксация протектолайзера 8 и кабеля-удлинителя 9 производится с помощью гайки 27 и пружинной шайбы 28 (Фиг.3). Кабель 9 крепится к протектолайзеру 8 скобой 16, винтами 17 с опорой на пластину 19 (Фиг.4). Наличие электротеплоизоляционной пластины 19 позволяет предотвратить электрический пробой кабеля 9 в месте крепления его скобой 16 вследствие повреждения изоляции или теплового перегрева в скважинах с тяжелыми условиями эксплуатации.
Расположение верхней плоскости электроизоляционной пластины в одном уровне с плоскостью на опорной стенке и плоской поверхностью фланца исключает перегиб кабеля в местах крепления и повреждение его изоляции.
Предлагаемая группа полезных моделей имеет следующие преимущества по сравнению с аналогами: упрощение конструкции, уменьшение габаритов, повышение надежности защиты кабеля введением электроизоляционной пластины, повышение универсальности за счет создания узла крепления протектолайзера как на унифицированной стенке основания насоса различных габаритов, так и на отличающихся от унифицированных стенок оснований насосов установок ЭЦН.