Соединения трубчатых электрокабелей с разгрузкой натяжения
CONNECTIONS OF TUBULAR ELECTRIC CABLES WITH STRAIN RELIEF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству разгрузки натяжения для защиты концов трубчатых электрокабелей (ТЭК) и, в частности, к устройству разгрузки натяжения, которое защищает соединения от утечки и нарушения целостности цепи. Концевые соединения ТЭК могут быть оптоволоконного и электрического типа.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В скважинных системах мониторинга и управления трубчатые электрокабели (ТЭК) используются как линии управления и обычно прокладываются вдоль скважинного трубопровода для доступа к отдельным скважинным снарядам. Большинство линий управления ТЭК, используемых в скважинных применениях, предназначены для нужд питания и взаимодействия и могут быть оптоволоконного или электрического типа, или любых их комбинаций. В практике прокладки и эксплуатации линий управления ТЭК вдоль скважинного трубопровода на кабель приходятся наибольшие нагрузки на скручивание и растяжение. Кроме того, нагрузки на растяжение приходятся во время управления и установки трубчатой линии управления в скважинный трубопровод, а также на этапе эксплуатации или установки в скважину. Последняя имеет место в большинстве своем из-за поршневого эффекта, так как линия проталкивается между внутренним и внешним скважинным трубопроводом. Для специалистов в данной области техники под вышеупомянутыми внутренним и внешним скважинными трубопроводами часто подразумевается скважинная «трубная обвязка» или «заканчивание скважины», а также скважинная «обсадная труба» или «обсадная колонна», соответственно.
Нагрузки, приходящиеся на ТЭК, являются и скручивающими, и растягивающими, и вносят свой вклад в предельные нагрузки в местах сращивания и концевых заделках, которые, в свою очередь, приводят как к краткосрочным, так и долгосрочным нарушениям целостности кабеля. При использовании электрических и оптоволоконных ТЭК основные причины неполадок, в конце концов, инициируют утечку некоторого рода, подвергая всю систему проводов или линий оптических сигналов воздействию неизвестных жидкостей из окружающей среды. Это, в свою очередь, ведет к снижению сопротивления изоляции кабеля, окислению провода и нарушению бесперебойности оптического или электрического сигнала/энергии. В реальных условиях неполадки обычно происходят из-за утечек, которые совершенно очевидны внутри концевых соединений ТЭК и на месте сращивания. Основной причиной является недостаточная разгрузка натяжения между трубчатой оболочкой и ее конечными соединениями.
В документе US 7220067 (Рубинштейн и другие) приводится пример применения существующих трубчатых линий управления. Это применение не предусматривает разгрузку натяжения на концевых соединениях, заделках или проводки внутри, и такие трубчатые линия управления являются причиной множества хорошо известных проблем, ограничений и недостатков, как описано выше.
Поэтому было решено разработать устройство разгрузки натяжения для линий управления ТЭК, которое сможет быстро подстраиваться под высокие скручивающие и растягивающие нагрузки. Естественным при управлении, работе и установке агрегата в скважины являются чрезвычайные нагрузки на линии управления. Настоящее изобретение в сочетании с концевыми соединениями, заделками или использованием его на местах сращивания линий управления ТЭК уменьшает неполадки используемых кабелей и обеспечивает новое защитное устройство, простое в конструктивном исполнении, эффективное в использовании и предназначенное для использования в скважинных работах.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению, обеспечивается устройство разгрузки натяжения для защиты одного или более проводов, кабелей или трубчатых линий управления, включающее полую трубчатую изоляционную оболочку, в котором полая трубчатая изоляционная оболочка включает внутреннюю конструкционную опору для провода, кабеля или трубчатой линии управления.
Неполадки, связанные с утечками и электрической и/или оптической целостностью при использовании линий управления трубчатых электрокабелей (ТЭК), устраняются с помощью гибкого устройства разгрузки натяжения, присоединенного к концевым соединениям и местам сращивания ТЭК. Устройство может состоять из проводного канала или канала с пазовым участком на нем. Пазовый желоб направляет изогнутый и сформированный участок ТЭК, который обеспечивает разгрузку натяжения в двух ортогональных плоскостях. Устройство разгрузки натяжения присоединено к концевому соединению трубы (закрепляющей арматуре) и сконструировано таким образом, чтобы избежать передачу скручивающих, поперечно направленных или растягивающих нагрузок, приложенных трубчатой оболочкой ТЭК к его концевому соединению и внутренней заделке. Устройство разгрузки натяжения служит как гибкое, защитное крепление для трубчатой линии управления.
При использовании оптоволоконного или электрического устройства управления, использующего линии управления ТЭК-типа, давление на кабель, появляющееся в результате действия растягивающих или скручивающих нагрузок на кабель или концевое соединение, полностью компенсируется и нейтрализуется внутри устройства разгрузки натяжения. Это возможно в основном благодаря изогнутому участку ТЭК и конструкционной опоре, обеспечиваемой нахождением ТЭК внутри пазового участка устройства разгрузки натяжения. Кроме того, устройство разгрузки натяжения настоящего изобретения сконструировано таким образом, чтобы гибко защищать концевые соединения оптоволоконных и электрических линий управления и их внутреннюю проводку от выхода из строя или повреждений. Повреждение концевых соединений может привести к нарушению целостности электрической цепи, которое может привести к потере мощности, нарушению взаимодействия, или их комбинаций. Защита обеспечивается за счет изогнутого, скрученного или аксиально-изогнутого участка, как описано ниже, который блокирует и фиксирует внутренние провода к оболочке кабеля в концевом участке ТЭК. Таким образом, растягивающая, поперечно направленная и скручивающая силы, вызывающие давление и натяжение во внутренней проводке, так же как и оболочке, будут исключены в изгибах и не достигнут концевого участка, где заделаны кабель или оптоволокно. Это убирает эффект, когда ТЭК вытягивается из заделки провода, что является существенным улучшением касательно преимуществ концевых соединений и мест сращиваний ТЭК.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фигура 1: перспективный вид настоящего изобретения Фигура 2: вид поперечного разреза настоящего изображения
Фигура 3: перспективный вид альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения
Фигура 4: вид поперечного разреза альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения
Фигура 5: чертеж, показывающий функционирование настоящего изобретения
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Согласно фигурам 1, 2, 3 и 4, устройство 2 разгрузки натяжения содержит соединение 10, отверстие 3 концевого соединения, проводной канал 1 и входное отверстие 5. В частности, согласно фигурам 2 и 4, конечный участок канала отверстия 3 концевого соединения определяет собой «выход» 11, и вход приемного отверстия 5 определяет собой конец «входа» устройства 2 разгрузки натяжения. В свою очередь, у выходного конца 11 отверстие 3 концевого соединения предпочтительно выполнено с размерами для приема и защиты концевой заделки трубчатого электрокабеля (ТЭК) 4. Проводной канал 1 проходит от выхода приемного отверстия 5 канала к входу отверстия 3 концевого соединения канала и находится в одной или двух ортогональных плоскостях. Соединение 10 присоединяет устройство 2 разгрузки натяжения к закрепляющей арматуре 8 таким образом, чтобы предотвратить вращение устройства 2 разгрузки натяжения и концевого соединения 7 относительно закрепляющей арматуры 8. Концевое соединение 7 обеспечивает как механическое присоединение, так и уплотнение оболочки ТЭК, таким образом, позволяя избежать протечек во внутреннюю часть закрепляющей арматуры 8.
Для предотвращения передачи вращательной и аксиальной нагрузки от конца ТЭК 4, к концевым соединениям 7 ТЭК 4 сгибают с образованием участка 41 внутри проводного канала 1. Комбинация изогнутого участка 41 внутри проводного канала 1 определяет участок разгрузки давления и натяжения устройства 2 разгрузки натяжения. Устройство 2 разгрузки натяжения может быть выполнено не дорогостоящим образом из подходящих материалов для согласования с закрепляющей арматурой 8 и ТЭК 4, и обеспечивает разгрузку давления и натяжения для защиты концевых закладок ТЭК 4. Разгрузка давления и натяжения включает разгрузку от аксиальной и растягивающей нагрузок, которые являются самой частой причиной утечек и нарушений целостности цепи в большинстве случаев применения скважинных трубчатых линий управления.
Изогнутый участок 41 гибко защищает внутреннюю проводку (или оптоволоконный кабель) 6 и изоляционную оболочку 9 кабеля от смещений внутри ТЭК 4. Это достигается благодаря созданию внутреннего фрикционного затвора проводки 6 и изоляционной оболочки 9, устраняющего давление и натяжение на кабеле, который в другом случае может сорваться, отвинтиться или повредить соединения на конце кабелей.
Согласно фигурам 3 и 4 данного изобретения в частности, эти фигуры показывают альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, показанного на фигурах 1 и 2. Вместе прямоходного проводного канала 1, как показано на фигурах 1 и 2, данное производное устройство 2 разгрузки натяжения имеет аксиально-изогнутый в трех измерениях проводной канал 1. Канал 2 обвивает центральную часть устройства 2 разгрузки натяжения для предупреждения натяжения и вращения концевого соединения 7 после установки. Согласно закрученной форме канала 1, этот вариант осуществления изобретения спроектирован для упрощения установки и разгрузки давления/натяжения с линии управления ТЭК 4 и концевых соединений 7, т.к. нет необходимости в использовании специального инструмента для формирования или сгибания ТЭК 4 внутри проводного канала 1. Скрученный участок легко направляет ТЭК 4 через одну, две 90-градусных или более кривых, лежащих в двух ортогональных плоскостях. Формирование и размещение ТЭК 4 в обозначенном проводном канале 2 может быть легко сделано вручную, без использования специальных инструментов.
Дополнительно, использование одной или двух совмещенных кривых вдоль оси изделия существенно уменьшает область смещения ТЭК 4 и крепко фиксирует кабель внутри устройства разгрузки натяжения, в то же время, обеспечивая оптимальную защиту от давления/натяжения на концевых соединениях 7. Так же, как и в варианте осуществления изобретения, изображенном на фигурах 1 и 2, скрученный или аксиально-изогнутый участок 41 данного варианта осуществления изобретения защищает внутреннюю проводку (или оптоволоконный кабель) 6 и изоляционную оболочку 9 кабеля от смещений внутри ТЭК 4. Это достигают благодаря созданию внутреннего фрикционного затвора проводки 6 и изоляционной оболочки 9, устраняющего давление и натяжение на кабеле, который в другом случае может сорваться, отвинтиться или повредить соединения на концах кабелей.
Основание входного отверстия 5 гибко фиксирует линию провода, и нет необходимости в использовании дополнительных хомутов, скоб и зажимов для закрепления ТЭК 4 внутри устройства 2 разгрузки натяжения. Поэтому, второй вариант осуществления изобретения обеспечивает полную защиту от скручивающих и растягивающих нагрузок на конец линии управления ТЭК 4, равно как и на устройство 2 разгрузки натяжения.
Фигура 5 изображает скважинную установку и стандартное применение настоящего изобретения. На изображении линия управления ТЭК 4 и устройство 2 разгрузки натяжения присоединено к скважинному инструменту 13. Дополнительно, инструмент 13 является частью держателя инструмента 18, оба из которых закреплены на внутреннем скважинном трубопроводе 12. В свою очередь, внутренний скважинный трубопровод 12 введен в скважину 15, будучи при этом окруженным внешним скважинным трубопроводом 14. ТЭК 4 удерживается и управляется с лебедки 16. Для свободного входа в скважину 15 ТЭК 4 проходит через подвешенный ролик 17 блока. Тем не менее, важным является то, что линия управления ТЭК 4 прочно и гибко закреплена на скважинном трубопроводе 12 во избежание стягиваний и зацеплений при погружении в скважину 15. Для того чтобы избежать возможные стягивания и зацепления ТЭК 4 сильно натянут посредством усилия или торможения лебедкой 16 и последовательно закреплен зажимами линии управления 19. Обычно фиксаторы линии управления присоединены к каждой муфте 20 скважинного трубопровода 12, когда сборка трубопровода опущена в скважину 15. Таким образом, видно, что ТЭК 4 и его концы в состоянии оказывать сопротивление предельным значениям давления и натяжения, вызванным процессами монтирования и установки. Для специалистов в данной области техники известно, что эти операции могут привести к отказу и повреждениям ТЭК 4, и ожидается, что они поддержат применение данного нового защитного устройства.
Несмотря на то, что изобретение было показано и описано в отношении двух вариантов осуществления изобретения, модификации и изменения конструкции придут в голову другим во время чтения и понимания настоящего описания. Предполагается включение всех подобных модификаций и изменений конструкции в той части, в которой они будут в рамках прилагаемой формулы изобретения или эквивалентной ей.