КАБЕЛЬНЫЙ ВВОД ДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ

Техническое решение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для герметичного ввода силового кабеля в скважину с погружным электронасосом и защиты погружного оборудования скважины от электрохимической коррозии.
Известны различные конструкции кабельных вводов, например, кабельный ввод КВ2 по ТУ 3660-004-43662384-99, ЗАО "Технология", Воткинск. Известен также кабельный ввод ЧЗТО, содержащий трубчатый корпус, имеющий внутренний конический участок, в котором расположено эластичное уплотнение с продольными отверстиями для прохода жил кабеля, накидную гайку с втулкой и шайбой, воздействующей на указанное уплотнение в осевом направлении, (патент RU №153762, МПК H02G 15/32, Е21В 33/03, опубл. 27.07.2015) [1].
Недостатком этих устройств является невозможность защиты погружного оборудования скважины от электрохимического разрушения. Известно, что одновременно с подачей электрического напряжения на погружную установку электронасоса за счет емкостных токов утечки через изоляцию жил кабеля на броне силового кабеля формируются электрические потенциалы, отличающиеся от потенциалов на поверхности металла узлов погружного оборудования, например, труб обсадных или НКТ, муфт и т.п. (Закиров В.Р. и др. Об электрохимическом разрушении погружного оборудования на скважинах с частотно-регулируемыми станциями управления // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2008. - №9. - с. 12-18., [2]). При наличии между броней кабеля и поверхностью указанных узлов электропроводящей жидкости, эта разность потенциалов вызывает электрохимическое травление металла устройств, находящихся в скважине. Это приводит к ускоренному разрушению узлов погружного оборудования и сокращает срок службы скважины.
Также известен герметичный кабельный ввод (варианты) (патент RU №2465463, МПК Е21В 33/03, опубл. 27.10.2012), [3], который содержит корпус, накидную гайку, уплотнительную эластичную втулку, причем часть внутренней поверхности корпуса выполнена конусной, а уплотнительная втулка имеет ответную конусную наружную поверхность и в указанной уплотнительной втулке выполнены осевые отверстия под жилы кабеля в изоляции и аналогичные отверстия для дополнительного кабеля, например, кабеля управления или геофизического кабеля, причем втулка имеет разрезы для ввода жил кабеля при монтаже устройства. Под уплотнительной втулкой расположена шайба упорная, а над втулкой - шайба нажимная. При монтаже устройства на скважине ленту брони обрезают и снимают с жил кабеля так, что броня кабеля заканчивается в полости затрубного пространства скважины.
Недостатком устройства является также невозможность защиты узлов погружного оборудования от электролитического травления металла этих узлов. При подаче электрического напряжения на силовой кабель часть этого напряжения проходит на броню кабеля и на ее поверхности создается ненулевой электрический потенциал. Это приводит к тому, что при наличии электропроводящей жидкости между броней кабеля и узлами погружного оборудования скважины возникают Фарадеевы процессы электрохимического травления металла и разрушение металла того узла, электрический потенциал которого выше (Закиров В.Р. и др. О причинах разрушения корпусов погружных электродвигателей в добывающих скважинах // Нефть Газ Новации. - 2009. - №2. - с. 46-51), [4].
Наиболее близким техническим решением, по мнению авторов, является комбинированный кабельный ввод (RU №2280725, МПК Е21В 33/03, опубл. 27.07.2006), [5]. Указанное устройство содержит корпус, эластичное уплотнение жил кабеля, причем корпус имеет цилиндрический канал, а вверху конусное расширение, уплотнение выполнено с опорной и нажимной шайбами и размещено в конусной части полости корпуса, причем уплотнение содержит отверстия по количеству жил кабеля, а на наружной поверхности корпуса установлены фланец, нажимная грундбукса и болты с гайками. При монтаже устройства на скважине ленту брони обрезают и снимают с жил кабеля так, что броня кабеля заканчивается в затрубном пространстве скважины.
Недостатком устройства также является невозможность предотвращения электролитического травления металла и разрушения узлов погружного оборудования. При подаче электрического тока по силовому кабелю, часть этого переменного тока проходит на поверхность брони через емкость изоляции кабеля. В результате этого на поверхности брони неизбежно формируется электрический потенциал, отличающийся от электрического потенциала на поверхности металла узлов погружного оборудования скважины. В случае применения для питания электродвигателя скважины частотно-регулируемых станций управления указанный потенциал может иметь также постоянную составляющую [2]. Из-за разности потенциалов на броне кабеля и на поверхности металла погружного оборудования и при наличии между ними электропроводящей жидкости в соответствии с законами Фарадея возникает процесс электрохимического травления металла того узла, электрический потенциал которого выше. Это приводит к разрушению узлов погружного оборудования и сокращению межремонтного периода скважины.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности защиты погружного оборудования скважины от электрохимической коррозии и, тем самым, повышение межремонтного периода службы оборудования скважины.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем трубчатый корпус с внутренним конусным расширением, эластичное уплотнение жил кабеля, размещенное в конусной части полости корпуса, причем указанное уплотнение имеет наружную конусную поверхность и продольные отверстия по количеству жил кабеля и разрезы для ввода жил кабеля, опорную и нажимную шайбы с вырезами для жил кабеля и узел осевого сжатия эластичного уплотнения, в указанных уплотнении и шайбах выполнены дополнительные щелевые отверстия для прохода ленты брони кабеля, которая выведена из скважины через указанные щелевые отверстия и электрически подключена к заземлителю.
Поставленная задача решается также тем, что выведенная из скважины лента брони кабеля электрически соединена с броней наземного участка указанного кабеля, которая в свою очередь заземлена.
Поставленная задача решается также тем, что выведенная из скважины лента брони кабеля непосредственно или с помощью дополнительного проводника электрически подключена к обсадной трубе скважины или к отдельному заземлителю.
Сущность заявляемого технического решения сводится к следующему: При подаче электрического тока в нефтедобывающую скважину по бронированному силовому кабелю, из-за емкостных токов утечки через изоляцию жил кабеля на поверхности брони кабеля всегда формируются электрические потенциалы, отличающиеся от потенциалов на поверхности узлов погружного оборудования скважины, таких как обсадная труба, трубы НКТ, муфты, корпус насоса и т.п. Это создает опасность электролитического травления металла указанных узлов оборудования и их разрушения. Однако, поскольку в предлагаемом устройстве кабельного ввода предусмотрен герметичный вывод металлической ленты брони кабеля из скважины на наземную поверхность с последующим заземлением этой ленты, указанные емкостные токи утечки от жил кабеля уходят по металлу брони в заземление и электрический потенциал на поверхности брони становится равным нулю. Следовательно, устраняется причина электролитического разрушения узлов погружного оборудования и, тем самым, возрастает межремонтный период скважины.
По результатам патентных исследований подобных решений не обнаружено. Следовательно, по мнению авторов, заявляемое устройство обладает признаками новизны.
Сущность заявляемого устройства поясняется рисунками на фигурах 1, 2, 3 и 4. На фигурах:
1 - корпус;
2 - эластичное уплотнение;
3 - шайба упорная;
4 - нажимная шайба;
5 - болт;
6 - гайка;
7 - грундбукса;
8 - фланец;
9 - силовой кабель в броне;
10 - лента брони кабеля;
11 - жилы кабеля в изоляции;
12 - планшайба фонтанной арматуры скважины;
13 - верхняя часть (оголовок) обсадной трубы скважины;
14 - электрический соединитель;
15 - заземлитель;
16 - электрический проводник;
17 - отверстия в уплотнении для жил кабеля в изоляции;
18 - разрезы в уплотнении;
19 - щелевое отверстие в уплотнении;
20 - щелевое отверстие в нажимной и упорной шайбах.
Корпус 1 выполнен в виде трубы, имеющей в верхней части внутреннюю коническую часть, а на наружной поверхности корпуса имеется буртик для опоры фланца 8 и резьба для монтажа устройства на планшайбе 12, которая является частью фонтанной арматуры скважины (фонтанная арматура на фигурах не показана). Эластичное уплотнение жил кабеля 2 имеет наружную конусную поверхность соответствующую внутренней конической поверхности корпуса 1. Внутри уплотнения 2 выполнены продольные каналы 17 по количеству жил кабеля и радиальные разрезы 18 для ввода указанных жил при монтаже устройства. Также уплотнение 2 имеет дополнительное щелевое отверстие 19 для прохода ленты брони кабеля 10, которое также может иметь разрез 18. Диаметры каналов 17 и размеры щелевого отверстия 19 определяются размерами жил в изоляции и сечением ленты брони применяемого типа кабеля. Кроме того в тело уплотнения 2 при его формировании может быть установлен, например, крюк для удобства демонтажа устройства, а количество эластичных уплотнений может быть более одного (на фигурах не показаны). Опорная шайба 3 и нажимная шайба 4 имеют вырезы для прохода жил кабеля и щелевые отверстия 20 для прохода ленты кабеля. Указанные шайбы различаются наружными диаметрами. Опорная шайба 3 может отсутствовать. Фланец 7, грундбукса 8 с болтами 5 и гайками 6 в сборе образуют собой узел осевого сжатия эластичного уплотнения 2 и не отличаются от известных. Также этот узел может быть выполнен в виде накидной гайки, навинчиваемой на соответствующую резьбу в верхней части корпуса 1 (на фигурах не показаны). Силовой кабель 9 состоит из токопроводящих жил в изоляции 11, на которые намоткой по всей длине нанесена металлическая лента 10, образующая броню кабеля. На участке ввода кабеля 9 в скважину лента 10 разрезана и частично смотана с жил 11. Выпущенная из скважины лента брони 10 электрически соединена с помощью соединителя 14 с лентой брони на наземном участке кабеля 9, которая в свою очередь подключена к заземлению, например, в разводной коробке силовой линии (на фигурах не показана). В качестве соединителя 14 может быть использована любая известная соединительная муфта, а также пайка или сварка. Кроме того, выпущенный из скважины отрезок броневой ленты 10 может быть электрически подключен к отдельному заземлителю 15 или к наземной части обсадной трубы скважины 13, удовлетворяющим требованиям ГОСТ Р 57190 - 2016. Заземлители и заземляющие устройства различного назначения. Термины и определения. Стандартинформ 2017, [6]. Длина выпущенного из скважины отрезка ленты 10 равна произведению наружного периметра поперечного сечения кабеля 9 на число смотанных витков ленты брони 10. Эта длина может быть выбрана достаточной для непосредственного подключения ленты к обсадной трубе 13 или к заземлителю 15. Также указанный отрезок ленты 10 может быть подключен к трубе 13 или заземлителю 15 с помощью отдельных проводников 16.
При сборке устройства на силовом кабеле 9 надрезают ленту брони кабеля 10 выше области кабельного ввода и сматывают ленту 10 с кабеля с тем расчетом, чтобы длина указанной освобожденной ленты была достаточной для ее вывода из скважины на наземную поверхность и электрического подключения к заземлению. Затем наземную часть кабеля пропускают через корпус 1 с надетым на него фланцем 8, а корпус 1 в свою очередь устанавливают на резьбе в планшайбе 12. Освобожденные от брони жилы кабеля 11 через разрезы 18 укладывают в каналы 17 эластичного уплотнения 2, а освобожденный отрезок кабельной ленты 19 последовательно пропускают через щелевое отверстие 20 упорной шайбы 3, щелевое отверстие 19 уплотнения 2 и через щелевое отверстие 20 нажимной шайбы 4. В боковые вырезы шайб 3 и 4 вводят жилы кабеля 11. Пакет из шайбы 3, уплотнения 2 и шайбы 4 вводят в конусную часть корпуса 1, устанавливают на указанный пакет грундбуксу 7 и с помощью болтов 5 и гаек 6 стягивают грундбуксу 7 и фланец 8. Этим осуществляется сжатие эластичного уплотнения 2 в продольном направлении. Благодаря конусным поверхностям уплотнения 2 и ответного участка корпуса 1, происходит также сжатие уплотнения 2 в радиальном направлении и герметизация жил кабеля 11 и броневой ленты 10. Выведенный из скважины отрезок ленты электрически соединяют с лентой брони наземного участка кабеля, которую в свою очередь заземляют, например, в разводной коробке силовой линии. Наряду с этим или вместо этого выведенный отрезок ленты может быть или непосредственно или через проводник 16 электрически соединен с заземлителем 14 или с обсадной трубой 13.
Устройство работает следующим образом: При подаче электрического напряжения по бронированному силовому кабелю в добывающую скважину из-за емкостных токов утечки через изоляцию жил кабеля на поверхности брони кабеля формируются электрические потенциалы, отличающиеся от потенциалов на поверхности узлов погружного оборудования скважины. Чтобы предотвратить электролитические процессы травления металла в скважине, в предлагаемом решении эти емкостные токи утечки от жил кабеля отводятся по металлу ленты брони кабеля из полости скважины и далее в заземлитель на наземной поверхности. В результате электрический потенциал на поверхности брони становится равным нулю и, следовательно, устраняется условие, необходимое для электролитического травления узлов погружного оборудования и тем самым осуществляется защита от электрохимического разрушения металла погружного оборудования скважины. Это увеличивает межремонтный период скважины.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Кабельный ввод ЧЗТО. Патент RU №153762, МПК H02G 15/32, Е21В 33/03, опубл. 27.07.2015.
2. Закиров В.Р. и др. Об электрохимическом разрушении погружного оборудования на скважинах с частотно-регулируемыми станциями управления // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2008. - №9. - с. 12-18.
3. Герметичный кабельный ввод (варианты). Патент RU №2465463, МПК Е21В 33/03, опубл. 27.10.2012.
4. Закиров В.Р. и др. О причинах разрушения корпусов погружных электродвигателей в добывающих скважинах // Нефть Газ Новации. - 2009. - №2. - с. 46-51.
5. Комбинированный кабельный ввод, RU №2280725, МПК Е21В 33/03, опубл. 27.07.2006.
6. ГОСТ Р 57190 - 2016. Заземлители и заземляющие устройства различного назначения. Термины и определения. Стандартинформ. 2017.