Устройство для уплотнения кабеля на устье скважины

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применена для герметизации на устье кабеля, спускаемого в скважину.
Известно устройство для уплотнения кабеля погружного насоса на устье скважины (патент RU № 2046178, МПК Е21В 33/03, опубл. 20.10.1995), содержащее цилиндрический полый корпус, концентрично размещенные в нем последовательно снизу вверх и имеющие осевые каналы под жилы кабеля опорную шайбу, уплотнительные шайбы, нажимной элемент и нажимную гайку, навинченную на корпус с возможностью взаимодействия с нажимным элементом, причем осевые каналы под жилы кабеля расположены в ряд в диаметральной плоскости уплотнительных шайб, каждая уплотнительная шайба выполнена в виде двух одинаковых частей с поверхностью разъема, совпадающей в промежутке между осевыми каналами с плоскостью расположения жил кабеля, а по краям с диаметральными плоскостями, проходящими в плане симметрично относительно обеих осей шайбы через центры крайних осевых каналов на одной половине высоты шайбы по одну сторону, на другой половине высоты шайбы, по другую сторону плоскости расположения жил кабеля с возможностью образования при переходе с одной половины высоты шайбы на другую горизонтальной плоскости разъема, причем опорная шайба и нажимной элемент выполнены в виде разрезных цилиндров из диэлектрического материала, а осевые каналы под жилы кабеля расположены в ряд в диаметральной плоскости, проходящей через линию разреза цилиндров.
Недостатком данного устройства является узкая область применения из-за невозможности закачки реагентов в пласт, стравливания избыточного давления из скважины и/или взятия проб продукции пласта.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для уплотнения кабеля погружного насоса и капиллярного трубопровода на устье скважины (патент RU № 2537720, МПК Е21В 33/03, опубл. 10.01.2015 Бюл. № 1), содержащее цилиндрический полый корпус, установленный в устьевой арматуре, концентрично размещенные в полом корпусе последовательно снизу вверх и имеющие осевые каналы под жилы кабеля погружного насоса опорную шайбу, уплотнительные шайбы, нажимной элемент и нажимную гайку, навинченную на полый корпус с возможностью взаимодействия с нажимным элементом, при этом устьевая арматура оснащена патрубком с пропущенным через него капиллярным трубопроводом, причем с одной стороны патрубок жестко соединен с затрубным пространством скважины, а с другой стороны патрубок оснащен заглушкой с внутренней цилиндрической полостью и кольцевым уступом с осевым каналом под капиллярный трубопровод, также на торце заглушки выполнены резьбовые отверстия, при этом в цилиндрической полости заглушки справа налево установлены упорное кольцо, уплотнительный элемент, нажимное кольцо и крышка, оснащенная осевым каналом с радиальным вырезом и отверстиями, при этом в отверстия крышки установлены болты, оснащенные пружинной и плоской шайбами и ввернутые в резьбовые отверстия заглушки с возможностью взаимодействия торца крышки с торцом нажимной гайки при вворачивании болтов в резьбовые отверстия заглушки с преобразованием осевого усилия на уплотнительный элемент в его радиальное расширение с уплотнением капиллярного трубопровода, причем к патрубку жестко присоединен отвод, оснащенный вентилем.
Недостатком данного устройства является незащищенность кабеля от взаимодействия со стенками устьевой арматуры и углом при входе в эксплуатационную колонну скважины, что может привести к его повреждению кабеля особенно при спускоподъемных операциях.
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является создание конструкции устройства для уплотнения кабеля погружного насоса на устье скважины, защищающего кабель от взаимодействия со стенками патрубка, устьевой арматуры и скважины и скважинным оборудованием в скважине благодаря направляющим внутренней трубки, вставленной в боковой патрубок устьевой арматуры, и ролику, направляющему кабель из патрубка в эксплуатационную колонну.
Технический результат достигается устройством для уплотнения кабеля на устье скважины, включающим полый корпус, концентрично размещенные в полом корпусе последовательно и имеющие осевые каналы под кабель опорную шайбу, уплотнительные шайбы, нажимной элемент и нажимную крышку, установленную на полый корпус с возможностью взаимодействия при прижатии к корпусу с нажимным элементом, патрубок, выполненный с возможностью соединения с устьевой арматурой и сообщения со скважиной, с жестко присоединенным отводом, оснащенным вентилем.
Новым является то, что корпус герметично установлен снаружи патрубка с образованием свободного торца, на котором выполнены резьбовые отверстия под болты для присоединения и прижатия нажимной крышки к корпусу, при этом патрубок дополнительно оснащен вставкой, зафиксированной от продольного перемещения, состоящей из продольной направляющей трубки с негерметичными центраторами и горизонтальной П-образной рамкой, входящей в скважину, внутри рамки перпендикулярно оси патрубка в проекции сверху установлена горизонтальная ось с вращающимся роликом, направляющим кабель из патрубка в скважину, направляющая трубка и центраторы снабжены зигзагообразной открытой с торцов трубки прорезью, позволяющей ввести внутрь трубки кабель и исключающей выход кабеля из трубки при его натяжении, причем нажимная крышка снаружи оснащена направляющей воронкой с дополнительной герметизирующей кабель манжетой.
Новым также является то, что минимальный диаметр наружной поверхности вращающего ролика не менее допустимого диаметра для кабеля.
На фиг. 1 изображена схема установки устройства в рабочем положении с частичным продольным разрезом.
На фиг. 2 изображена вставка в изометрии.
Устройство для уплотнения кабеля на устье скважины 1 (фиг. 1) включает в себя кабель 2, полый корпус 3, концентрично размещенные в полом корпусе 3 последовательно и имеющие осевые каналы 4 под кабель 2 опорную шайбу 5, уплотнительные шайбы 6, нажимной элемент 7 и нажимную крышку 8, установленную на полый корпус 3 с возможностью взаимодействия при прижатии к полому корпусу 3 с нажимным элементом 7, боковой патрубок 9, соединенный с устьевой арматурой 10 (показана условно) и сообщенный со скважиной 1, с жестко присоединенным отводом 11, оснащенным вентилем 12 (показан условно). При этом полый корпус 3 зафиксирован (например, резьбой, сваркой или т.п.) на патрубке 9 снаружи, образуя свободней торец 13, на котором выполнены резьбовые отверстия 14 под болты 15. Нажимная крышка 8 оснащена отверстиями 16 под болты 15, вкручивающиеся в резьбовые отверстия 14 торца 13 корпуса 3 для прижатия нажимной крышки 8 к корпусу 3. Патрубок 9 дополнительно оснащен вставкой 17 (фиг. 1 и 2), зафиксированной от продольного перемещения (например, упором 18, пружинным кольцом, штифтом или т.п. – не показано, авторы на это не претендуют), состоящей из продольной направляющей трубки 19 (фиг. 2) с негерметичными центраторами 20 и горизонтальной П-образной рамкой 21, входящей в скважину 1 (фиг. 1). Внутри рамки 21 перпендикулярно оси 22 патрубка 9 (фиг. 1) в проекции сверху установлена горизонтальная ось 23 с вращающимся роликом 24, направляющим кабель 2 из патрубка 9 в скважину 1. Для длительной эксплуатации кабеля 2 диаметр d наружной поверхности вращающего ролика 24 рекомендуется изготавливать не менее допустимого диаметра поворота (исходя из радиуса поворота, умноженного на два) для кабеля 2 (берется их паспорта или технических данных для соответствующего кабеля 2). Для ускорения подготовки к работе устройства направляющая трубка 19 (фиг. 2) и центраторы 20 снабжены зигзагообразной открытой с торцов направляющей трубки 19 прорезью 25, позволяющей ввести снаружи внутрь направляющей трубки 19 кабель 2 (фиг. 1) и исключающей выход кабеля 2 из направляющей трубки 19 при его натяжении. Количество изгибов прорези 25 (фиг. 2) и их форма может быть любой. Для ввода снаружи внутрь направляющей трубки 19 кабеля 2 (фиг. 1) необходимо, чтобы ширина h (фиг. 2) прорези 25 была не менее минимальной толщины кабеля 2 (фиг. 1). Для исключения выхода кабеля 2 из направляющей трубки 19 (фиг. 2) при его натяжении необходимо, чтобы изгиб H прорези 25 по периметру направляющей трубки 19 был не менее ширины h прорези 25 (H˃h). Для исключения захлеста (скручивания, образования узлов или т.п.) кабеля 2 (фиг. 1) при спуске в скважину 1 нажимная крышка 8 снаружи оснащена направляющей воронкой 26 (обычно с углом при вершине не менее 12º и не более 30º – 12º≤ α ≤30º) с дополнительной герметизирующей кабель 2 манжетой 27.
Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения и т.п., не влияющие на работоспособность устройства, на чертежах (фиг. 1 и 2) не показаны или показаны условно.
Устройство для уплотнения кабеля на устье скважины 1 работает следующим образом.
Полый патрубок 9 с отводом 11 и присоединенным полым корпусом 3 герметично соединяют (например, резьбой, сваркой, быстросъемным соединением или т.п.) с возможностью сообщения с устьевой арматурой 10, которая установлена на устье скважины 1. Отвод 11 снабжают вентилем 12. Конец кабеля 2 (фиг. 1) последовательно вставляют в нажимную крышку 8 через направляющую воронку 26 с манжетой 27, нажимной элемент 7, уплотнительные шайбы 6 и опорную шайбу 5 через соответствующие осевые каналы 4. Затем кабель 2 при помощи прорези 25 (фиг. 2) вводят внутрь направляющей трубки 19 вставки 17, конец кабеля 2 (фиг. 1) вставляют в П-образную рамку 21 с охватом ролика 24 снаружи. Конец кабеля 2 вводят через полый корпус 3 и патрубок внутрь устьевой арматуры 10, вставку 17 вставляют коаксиально (благодаря центраторам 20 – фиг. 2) в патрубок 9 (фиг. 1), например, до упора 18 так, чтобы рамка 21 и ось 23 ролика 24 располагались практически горизонтально (для этого могут использоваться метки, технологические направляющие или т.п. – авторы на это не претендуют). Потом в полый корпус 3 последовательно вставляют опорную шайбу 5, уплотнительные шайбы 6, нажимной элемент 7 и прикрывают нажимной крышкой 8, совмещая резьбовые отверстия 14 свободного торца 13 полого корпуса 3 с отверстиями 16 крышки, в которые вставляют болты 15 для вкручивания в соответствующие резьбовые отверстия 14. Вкручиванием болтов 15 в резьбовые отверстия 14 регулируют усилие сжатия уплотнительных шайб 6, которые герметизируют кабель 2, также усилие сжатия уплотнительных шайб 6 дополнительно можно регулировать подбором толщины нажимного элемента 7 и/или опорной шайбы 5 (авторы на это не претендуют). Уплотнительные шайбы 6 при спускоподъёмных операциях не сильно сжимают, чтобы не исключить продольное перемежение кабеля 2. После сборки устройства жилы на конце кабеля 2 соединяют при помощи специальных коннекторов узлов соединения (не показаны) со скважинным насосным оборудованием (не показано) или свежинным прибором (геофизическим оборудованием, датчиками давления и/или т.п. – не показаны), которые спускают в скважину 1 до интервала установки (не показан). При этом кабель 2 синхронно со спуском насосного оборудования или приборов в натянутом состоянии проходит по осевым каналам 4 через нажимную крышку 8, нажимной элемент 7 уплотнительные шайбы 6 и опорную шайбу 5, далее – через вставку 17, меняет направление движения благодаря вращающемуся ролику 24 и спускается в скважину 1. После спуска насосного оборудования или приборов в интервал установки болты дополнительно затягивают в резьбовых отверстиях 14, прижимая крышку 8 к корпусу и сжимая уплотнительные шайбы 6, благодаря опорной шайбе 5 и нажимному элементу 7, фиксируя и герметизируя кабель 2 внутри полого корпуса 3.
После чего устьевую арматуру 10 герметизируют и скважину 1 эксплуатируют согласно плану работ (авторы на это не претендуют). При необходимости сброса, скопившегося в скважине 1 газа, вентиль 12 открывают и газ через патрубок 9 и отвод 11 выводится в газоотвод (не показан). При необходимости закачки в пласт жидкости (реагентов, минеральной воды или т.п.) к вентилю 12 присоединяют трубопровод (не показан), из которого через открытый вентиль 12, отвод 11 и патрубок 9 в скважину 1 закачивают жидкость в необходимом объеме (авторы на это не претендуют), после чего вентиль 12 перекрывают.
Подъем кабеля 2 из скважины осуществляется в обратно последовательности: ослабляются болты 15, кабель 2 синхронно с подъемом насосного оборудования или приборов вытягивается из устройства и наматывается на технологическую бобину (не показана), а манжета 27 воронки 26 дополнительно защищает от выброса скважинной жидкости на поверхность, так как это возможно при сильном ослаблении болтов 15 («человеческий фактор»). После подъема жилы на конце кабеля 2 отсоединяют от узлов соединения насосного оборудования или приборов, которые заменяют или извлекают из скважины 1, а устройство готово для спуска в скважину 1 замененного или нового оборудования (не показаны) с кабелем 2.
В ходе спускоподъемных операций вставка 17 и вращающийся ролик 24 полностью исключают взаимодействия кабеля 2 со стенками патрубка 3, устьевой арматуры 10 и скважины 1, а рамка 21 защищает также кабель 2 от взаимодействия с любым оборудованием (не показано) спускаемым или поднимаемым внутри скважины 1, исключая перетирание и/или перерубание кабеля 2, увеличивая его срок служы как минимум в два раза.
Предлагаемое устройство для уплотнения кабеля погружного насоса на устье скважины позволяет защитить кабель от взаимодействия со стенками патрубка, устьевой арматуры и скважины и скважинным оборудованием в скважине благодаря направляющим внутренней трубки, вставленной в боковой патрубок устьевой арматуры, и ролику, направляющему кабель из патрубка в эксплуатационную колонну.