Устройство для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для крепления электрического токопроводящего кабеля к насосно-компрессорным трубам в скважине.
Известно устройство для крепления силового кабеля к насосно-компрессорным трубам, содержащее цельнолитой корпус с продольным пазом для укладки кабеля питания электродвигателя, причем верхняя и нижняя части корпуса снабжены соответствующими верхней и нижней крышками, каждая из которых укреплена на шарнире и имеет устройство крепления к верхней и нижней частям корпуса соответственно. Боковые части корпуса выполнены в виде полок, внутренний диаметр стенок которых равен наружному диаметру насосно-компрессорной трубы (НКТ) и снабженных выемками для установки на муфту НКТ. Одна из полок снабжена для крепления крышек двумя осями, приближенными к боковой стенке продольного паза для кабеля. Другая полка снабжена ребром, например параллельным дну паза и выступающим за габаритные размеры устройства крепления крышек к корпусу в собранном положении. Упомянутые крышки имеют толщину меньше разности наружных радиусов муфты и трубы НКТ, выполнены с возможностью упругой деформации при установке на муфту и охватывают трубу НКТ на угол больше 180°. [RU 2263759, Е21В 17/00, опубл. 10.11.2005 г.]
Недостатком известного решения является недостаточно надежное крепление кабеля в случае применения кабелей различных конфигураций по сечению, подверженность коррозии корпуса устройства.
Известно 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, верхняя и нижняя части корпуса снабжены соответствующими верхней и нижней крышками, каждая из которых укреплена на шарнире и имеет винт для крепления к соответствующему резьбовому отверстию верхней и нижней частей корпуса, причем соотношение высоты окна и ширины крышки превышает 2:1. [RU 2108439, Е21В 17/00, опубл. 10.04.1998 г.]
Недостатком известного решения является недостаточно надежное крепление кабеля в случае применения кабеля различных конфигураций по сечению, подверженность коррозии корпуса устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для крепления силового кабеля к насосно-компрессорной трубе, содержащее профилированный корпус корытообразной формы, с внутренней стороны которого выполнен открытый продольный паз для укладки кабеля, на внутренней стороне боковых стенок корпуса выполнены выемки для охвата трубы, а по краям боковых стенок корпуса размещены стягивающие хомуты, один конец которых шарнирно закреплен на первой боковой стенке корпуса, другой конец стягивающих хомутов шарнирно соединен с дополнительным охватывающим элементом, выполненным в виде серьги с ввернутым натяжным болтом. В средней части первой боковой стенки выполнен выступ, расположенный между шарнирными закреплениями хомутов со стенкой, а в средней части второй боковой стенки между узлами фиксации выполнено параллельно дну паза ребро. В ребре во второй боковой стенке корпуса выполнены прорези для введения и фиксации в них натяжных болтов, по краям которых выполнены упоры для удержания натяжных болтов. Между прорезями в ребре выполнен выступ. Корпус, хомуты и дополнительные охватывающие элементы при установке на трубу имеют каждый угол охвата менее 180°. Шарнирное соединение хомутов выполнено в виде петель, надетых на оси, закрепленные в первой боковой стенке корпуса. [RU 98219, F21B 17/00, опубл. 10.10.2010 г.]
Недостатком ближайшего аналога является недостаточно надежное крепление кабеля в случае применения кабелей различных конфигураций по сечению, подверженность коррозии корпуса устройства.
Технической проблемой предлагаемой полезной модели является создание устройства для крепления электрического кабеля к погружной насосной установке, обеспечивающее надежное и безопасное крепление кабеля, исключающее повреждение его изоляции.
Техническими результатами предлагаемого решения являются увеличение срока эксплуатации устройства, снижение риска электрохимической и химической коррозии устройства для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам, возможность применения различных по размеру, конфигурации и сечению кабелей в устройстве для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам, расширение арсенала средств, реализующих свое назначение в виде устройства для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорной трубе.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в устройстве для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам, содержащем корпус, имеющий хомуты с возможностью крепления в зонах соединения насосно-компрессорных труб, винтовое крепление хомутов к корпусу и внутренний желоб, согласно предлагаемой полезной модели, внутренний желоб в поперечном сечении соответствует поперечному сечению электрического кабеля, при этом корпус, хомуты и винтовое крепление хомутов выполнены из нержавеющей легированной стали, облученной на ускорителе электронов с энергией ускоренных электронов не ниже 1,5 МэВ. Внутренний желоб в поперечном сечении имеет форму, соответствующую кабелю, выполненному в поперечном сечении в форме окружности. Внутренний желоб в поперечном сечении имеет форму, соответствующую кабелю, выполненному в поперечном сечении в форме квадрата. Внутренний желоб в поперечном сечении имеет форму, соответствующую кабелю, выполненному в поперечном сечении в форме прямоугольника с закругленными внутренними углами.
Применение корпуса, хомутов и винтового крепления хомутов к корпусу, выполненных из нержавеющей легированной стали, облученной на ускорителе электронов с энергией ускоренных электронов не ниже 1,5 МэВ, позволяет продлить срок работы устройства за счет исключения возможности химической коррозии корпуса, в том числе в месте крепления кабеля, хомутов и винтового крепления хомутов, что в свою очередь, предотвращает возникновение и увеличение зазора между внутренней поверхностью устройства и поверхностью кабеля и, тем самым, повышает способность устройства надежно удерживать и защищать кабель и исключает повреждение его изоляции.
Защита от электрохимической и химической коррозии обеспечивается за счет того, что устройство подвергается облучению на ускорителе электронов с энергией ускоренных электронов не ниже 1,5 МэВ. Экспериментально было установлено, что воздействие ионизирующего излучения на металл приводит к структурному изменению его глубинных слоев. Высокоэнергетическая волна ускоренных электронов образует узкий высокотемпературный и ударный фронт. Это создает волны напряжений, приводящие к формированию микроструктур, характеризующиеся повышенной плотностью дислокаций (глубина 70-80 мкм). Эти структурные изменения проявляются в виде изменения микротвердости, а также повышенной поверхностной химической стойкости к агрессивным средам. В период облучения при трехкратном прохождении через облучатель устройство набирает дозу до 600 килогрейт. При данных условиях жесткость металла на поверхности изделия толщиной 6 микрон увеличивается до 2-2.5 раза. При наборе дозы до 710 килогрейт устройство получает защиту для нахождения в агрессивной среде, например сероводороде с концентрацией 3-6%. Результаты сравнения применения корпуса и скобы из облученной нержавеющей легированной стали приведены в таблице.
За счет того, что внутренний желоб в поперечном сечении соответствует поперечному сечению электрического кабеля, обеспечивается возможность применения кабелей различных конфигураций по поперечному сечению, при этом, достигается отсутствие зазоров между кабелем и корпусом устройства для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам и как следствие, исключается проскальзывание и повреждение кабеля во внутреннем желобе, а именно, между корпусом и насосно-компрессорной трубой.
Устройство для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 представлен общий вид устройства, на фигуре 2 - вариант крепления прямоугольного в сечении кабеля с закругленными внешними углами, на фигуре 3 - вид сбоку (фрагмент), разрез А на фигурах 4, 5, 6, на фигуре 4 - вид в разрезе, вариант использования прямоугольного в сечении кабеля с закругленными внешними углами, на фигуре 5 - вид в разрезе, вариант использования квадратного в сечении кабеля, на фигуре 6 - вид в разрезе, вариант использования круглого в сечении кабеля.
Устройство для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам содержит корпус 1 (фиг. 1, 2, 3) и хомуты 2 для крепления корпуса 1 к насосно-компрессорным трубам 3 (фиг. 2) в зонах соединения последних. Хомуты 2, с одной стороны, имеют шарнирное соединения 4 (фиг. 1) с корпусом 1 по краям одной из боковых стенок. Шарнирное соединение 4 хомутов 2 выполнено в виде петель 5, надетых на оси 6, закрепленное с одной стороны корпуса, при этом с другой стороны хомуты 2 (фиг. 2) имеют соединение к корпусу 1 с помощью винтового крепления 7 (фиг. 1, 2, 3), состоящего из оси 8 с петлей 9 и с ввернутым натяжным болтом 10 перпендикулярно в отверстие с резьбой (на фигуре не показано) на оси 8. Винтовое крепление 7 хомутов 2 к корпусу 1 осуществляется, при этом в месте установки болта 10 в выборке 11, в которой выполнена прорезь 12 (фиг. 2, 3) для введения и фиксации в них натяжных болтов 10. По краям прорези 12 образованы выступы 13 для удержания от непроизвольного выхода из прорези 12 натяжных болтов 10. Внутренний желоб 14 (фиг. 1, 2) выполнен с внутренней стороны корпуса 1 и в поперечном сечении соответствует поперечному сечению электрического кабеля 15 (фиг. 2). Внутренний желоб 14 в поперечном сечении может иметь форму, соответствующую кабелю, выполненному в поперечном сечении в форме окружности 16 (фиг. 6), в форме квадрата 17 (фиг. 5), или в форме прямоугольника 18 (фиг. 4), с закругленными внутренними углами.
Корпус 1 (фиг. 2), хомуты 2, винтовое крепление 7 хомутов 2 изготовлены из нержавеющей легированной стали, облученной на ускорителе электронов с энергией ускоренных электронов не ниже 1,5 МэВ.
Устройство для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам изготавливается следующим образом. Корпус 1 устройства изготовлен методом литья с последующей обработкой на металлорежущих станках. Геометрические размеры устройства обусловлены техническим заданием, непосредственно связанным с применением используемого оборудования скважины, погружной насосной установки, кабеля и другого оборудования, находящегося в непосредственном контакте с предлагаемым устройством. Внутренний желоб 14 для укладки кабеля 15 подгоняют в соответствии с размерами в соответствии с конфигурацией и сечением кабелей 15, применяемых в данном проекте оборудования скважины, например, в виде окружности, квадрата, прямоугольника. Для крепления электрического кабеля 15 последний размещают во внутреннем желобе 14, имеющем конфигурацию и размеры строго соответствующие конфигурации и размерам используемого кабеля 15. Далее устройство для крепления кабеля 15 к насосно-компрессорным трубам 3 устанавливают на насосно-компрессорную трубу 3 и фиксируют хомутами 2 с помощью винтового соединения 7 в месте муфтового соединения насосно-компрессорных труб 3. Облучение корпуса 1, хомутов 2 и винтового крепления 7 производят на ускорителе электронов с энергией ускоренных электронов не ниже 1,5 МэВ. Вышеназванные детали предлагаемого устройства помещаются на конвейер и поступают в зону облучения. После процесса облучения детали устройства автоматически поворачиваются (для равномерного облучения) и вновь поступают на облучение. После облучения материал охлаждают и удаляют из зоны облучения. Время облучения деталей устройства установлено от 40-50 минут. Экспериментально было установлено, что воздействие ионизирующего излучения на металл приводит к структурному изменению его глубинных слоев. Высокоэнергетическая волна ускоренных электронов образует узкий высокотемпературный и ударный фронт. Это создает волны напряжений, приводящие к формированию микроструктур, характеризующиеся повышенной плотностью дислокаций (глубина 70-80 мкм). Особенно выраженно пластическая деформация в виде множественных следов скоплений, фрагментаций и полос микроструктур, формирующихся на глубине 120-150 мкм. Эти структурные изменения проявляются в виде изменения микротвердости, а также повышенной поверхностной химической стойкости к агрессивным средам. Экспериментально установлено, что троекратное прохождение корпуса 1, хомутов 2, винтового крепления 7 через облучатель позволяет металлу набрать дозу облучения 600 килогрейт. При данных условиях жесткость металла на поверхности изделия толщиной 6 микрон увеличивается до 2-2.5 раза. Облучение, при наборе дозы до 710 килогрейт может защитить изделия до нахождения изделия в агрессивной среде сероводород с концентрацией 3-6%.
Применение облучения устройства для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам 3 ускорителе электронов позволяет продлить срок работы устройства за счет устранения возможности коррозии корпуса 1 и хомутов 2 винтового крепления 7, что в свою очередь предотвращает возникновение и увеличение зазора между внутренней поверхностью желоба 14 и поверхностью кабеля 15 и тем самым, дополнительно повышает способность устройства надежно удерживать и защищать кабель 15.