Оконцовочное устройство грузонесущего геофизического нагревательного кабеля

Известно оконцовочное устройство многожильного нагревательного кабеля, включающее защитный стакан, в одной части полости которого размещен конец нагревательного кабеля, состоящий из жестко соединенных между собой, для образования замкнутой электрической цепи, зачищенных от изоляционного слоя концов токопроводящих жил, отличающееся тем, что в другой части полости защитного стакана установлена разделительная втулка, на наружной или внутренней поверхности одного из концов которой выполнена резьба для соединения ее с защитным стаканом, при этом другой конец втулки герметично соединен с общей изоляционной оболочкой и/или с броней нагревательного кабеля, причем внутреннее пространство разделительной втулки перекрыто поперечной перегородкой с отверстиями для пропускания через них токопроводящих жил нагревательного кабеля и количество отверстий в поперечной перегородке соответствует количеству токопроводящих жил нагревательного кабеля, а диаметр каждого отверстия поперечной перегородки равен диаметру незачищенной от изоляционного слоя токопроводящей жилы, при этом в пределы внутреннего пространства разделительной втулки введены незачищенные от изоляционного слоя токопроводящие жилы, освобожденные от общей изоляционной оболочки и брони нагревательного кабеля с выводом их через отверстия поперечной перегородки в полость защитного стакана, где их зачищенные от изоляционного слоя концы, соединенные между собой, образуют замкнутую электрическую цепь, причем полость защитного стакана и внутреннее пространство разделительной втулки заполнены полимерным герметизирующим материалом, а в стенке защитного стакана выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для заливки в полость защитного стакана полимерного герметизирующего материала, при этом указанное отверстие снабжено заглушкой (Свидетельство РФ на полезную модель №39218, кл. Н 01 В 7/18, от 2004 г.).
Недостатком данного устройства является низкая надежность закрепления защитного стакана на теле кабеля и большая вероятность разгерметизации защитного стакана устройства в условиях высокого давления (до 35 МПа) и значительных механических воздействий и вибраций в результате ударов о стенки насосно-компрессорных труб оконцовочного устройства в восходящем потоке скважинной жидкости и, как следствие, нарушение диэлектрических свойств изоляции, электрический пробой и потеря работоспособности кабеля. Также недостатком данной конструкции является сложность конструкции и монтажа оконцовочного устройства, а также увеличение сроков, стоимости изготовления и монтажа устройства на кабеле.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является универсальное оконцовочное устройство многожильного кабеля, включающее защитный стакан, в полости которого размещен конец нагревательного кабеля, состоящий из соединенных между собой для образования замкнутой электрической цепи оголенных концов токопроводящих жил и общего электроизоляционного покрытия, наложенного на эти соединенные концы жил, и установлена герметизирующая перегородка с отверстиями для пропускания через них токопроводящих жил, при этом в стенке защитного стакана выполнено по меньшей мере одно снабженное заглушкой отверстие, предназначенное для размещения в свободной полости защитного стакана материала, со свойствами диэлектрика, отличающееся тем, что с открытого торца защитного стакана вплотную к герметизирующей перегородке дополнительно установлен поджимающе-упорный элемент с отверстием для пропускания через него токопроводящих жил, имеющий резьбовое соединение с защитным стаканом, а в качестве материала, со свойствами диэлектрика, свободная полость защитного стакана заполнена газообразным и/или жидким веществом с диэлектрическими свойствами (Свидетельство РФ на полезную модель № 43996, кл. Н 01 В 7/18, от 2005 г.).
Однако у этого устройства есть ряд недостатков, а именно: сложная в изготовлении конструкция оконцовочного устройства, состоящая из нескольких деталей, приводит к значительному удорожанию устройства. Наличие нескольких резьбовых соединений в конструкции значительно увеличивает вероятность потери герметичности при высокой скорости потока жидкости и значительном давлении скважинной среды (до 35 МПа). Также из описания устройства следует, что механическое крепление устройства к кабелю обеспечивается герметизирующей перегородкой через токопроводящие жилы кабеля и герметизирующим материалом между защитным кожухом и изоляционной оболочкой кабеля. Таким образом, механические воздействия и вибрации в результате ударов оконцовочного устройства о стенки насосно-компрессорных труб (НКТ) в восходящем потоке скважинной жидкости воспринимаются герметизирующим материалом и токопроводящими жилами кабеля, что в совокупности с длительным воздействием высокого давления и высокой температуры добываемой скважинной жидкости со временем приводит к появлению микротрещин, нарушению изоляции и нарушению герметичности устройства. Также наполнение через заглушку жидким или газообразным диэлектрическим веществом свободной полости в защитном стакане устройства технически сложно выполнить в полевых условиях непосредственно у скважины.
Технический результат, достигаемый предлагаемой моделью, заключается в значительном снижении себестоимости изготовления и установки оконцовочного устройства на кабеле, в существенном сокращении времени монтажа устройства, уменьшении габаритных размеров и веса, а также повышении эксплуатационной надежности устройства.
Указанный технический результат обеспечивается оконцовочным устройством грузонесущего геофизического нагревательного кабеля, включающим защитный стакан, в полости которого размещен конец нагревательного кабеля. Греющие токопроводящие жилы кабеля в защитном стакане освобождены от изоляции и соединены для образования замкнутой электрической цепи при помощи медной, алюминиевой или стальной гильзы. Полость защитного стакана заполняется диэлектрическим термостойким герметизирующим материалом, а сам защитный стакан закрепляется на теле кабеля.
Отличительной особенностью данной конструкции является:
1. Защитный стакан оконцовочного устройства представляет собой неразъёмную сварную трубчатую конструкцию, выполненную, как вариант, из отрезка круглой бесшовной трубы длиной не менее 300 мм и с толщиной стенок 1….2 мм, одна сторона которой имеет сварное соединение с деталью сферической формы, выполняющей функции заглушки, при этом внутренний диаметр защитного стакана на расстоянии минимум 100 мм от его открытого торца равен внешнему диаметру кабеля, а внешний диаметр стакана превышает диаметр кабеля не более чем на 4 мм. Компактные габаритные размеры устройства и простота конструкции позволяют осуществлять монтаж и эксплуатацию кабеля со всеми дополнительными устройствами и приспособлениями.
2. Защитный стакан оконцовочного устройства герметично закрепляется на наружной оболочке кабеля с помощью трёх и более кольцевых канавок, накатываемых на поверхность стакана специальным инструментом на этапе монтажа устройства на кабеле, и образует с кабелем единую монолитную конструкцию. Герметизация защитного стакана обеспечивается специфичными упруго-деформационными свойствами материала наружной оболочки кабеля - полиэтилена высокой плотности, а также особенностями конструкции кабеля - концентрически расположенными проволоками брони, придающими необходимую жёсткость оболочке кабеля в зоне закрепления защитного стакана оконцовочного устройства. Данный способ установки защитного стакана позволяет обеспечивать высокую прочность и герметичность оконцовочного устройства, что очень важно при эксплуатации кабеля в условиях высокого давления (до 35 МПа) и значительной скорости потока жидкости.
3. Защитный стакан оконцовочного устройства может быть изготовлен из коррозионностойкой стали для эксплуатации на скважинах и трубопроводах с агрессивной средой, например с повышенным содержанием сероводорода.
4. Общее электроизоляционное покрытие, наложенное на токопроводящие нагревательные жилы, сформировано из материала промежуточной оболочки кабеля и/или из нескольких слоев термоусаживаемой трубки, что позволяет сохранять герметичность и соответственно паспортные электрические параметры кабеля в случае повреждения, потери в процессе эксплуатации защитного стакана.
5. Конструкция оконцовочного устройства позволяет размещать в защитном стакане датчик давления или температуры, что позволяет осуществлять контроль параметров кабеля в самой опасной рабочей зоне кабеля.
На фиг.1 изображен общий вид оконцовочного устройства, а на фиг. 2 изображен разрез А-А оконцовочного устройства в увеличенном масштабе, где:
1. Кабель
2. Защитный стакан
3. Термостойкий герметизирующий материал
4. Токопроводящие греющие жилы
5. Соединительная гильза
6. Промежуточная оболочка кабеля
7. Общее электроизоляционное покрытие
8. Датчик давления/температуры
9. Наружная оболочка кабеля
10. Проволоки стальной брони
11. Кольцевые канавки
Оконцовочное устройство закреплено на кабеле (поз.1) и состоит из защитного стакана (поз.2), в полости которого в среде диэлектрического термостойкого герметизирующего материала (поз.3) размещён узел соединения токопроводящих греющих жил (поз.4). Жилы (поз.4) освобождены от изоляционного слоя и соединены между собой при помощи медной, алюминиевой или стальной гильзы (поз.5). Выбор материала гильзы зависит от марки кабеля и, соответственно, от материала токопроводящих греющих жил. Поверх соединительной гильзы (поз.5) и изолированных греющих жил (поз.3) на участке кабеля, освобожденного от промежуточной оболочки (поз.6) наложено общее электроизоляционное покрытие (поз.7), сформированное из материала промежуточной оболочки кабеля (поз.6) и/или нескольких слоёв термоусаживаемой ПВХ трубки. В полости защитного стакана (поз.2) может быть дополнительно размещен датчик давления и/или температуры (поз.8).
Монтаж оконцовочного устройства на кабель выполняется следующим образом:
1. На свободном конце кабеля на расстоянии 200-250 мм выполняются надрезы на наружной оболочке кабеля (поз.9) до брони (поз.10) при помощи углошлифовальной машинки.
2. Удаляется оболочка кабеля (поз.9), вырезаются при помощи кусачек проволоки брони (поз.10).
3. Делается продольный надрез ножом на промежуточной оболочке (поз.6), промежуточная оболочка вскрывается и освобождаются токопроводящие греющие жилы (поз.4).
4. На расстоянии 30-40 мм убирается изоляция с токопроводящих греющих жил (поз.4), данный участок жил зачищается.
5. Свободные от изоляции жилы (поз.4) скручиваются вместе до образования замкнутой цепи. На скрученный участок жил надевается соединительная гильза (поз.5) и обжимается при помощи механических или гидравлических пресс-клещей.
6. Участок скрученных и обжатых соединительной гильзой жил (поз.4, поз.5) вкладывается в ранее вскрытую промежуточную оболочку (поз.6). Оболочка с жилами стягивается термостойкой лентой, например фторопластовой лентой и прогревается данный участок профессиональным ручным термофеном до образования монолитной конструкции общего электроизоляционного покрытия (поз.7). Вместо промежуточной оболочки (поз.6) для изоляции скрученных жил может использоваться наложенная в несколько слоев и усаженная с помощью промышленного фена термоусаживаемая трубка.
7. В полость защитного стакана (поз.2), при необходимости, помещается датчик температуры и/или давления (поз.8).
8. Полость защитного стакана (поз.2) не менее 1/3 своего объема заполняется диэлектрическим термостойким герметизирующим материалом (поз.3), в который затем погружается предварительно подготовленный конец кабеля (поз.1).
9. На поверхности защитного стакана (поз.2) формируются от 3 до 5 кольцевых канавок (поз.11) при помощи, как вариант, трубореза, у которого режущие ролики предварительно притуплены до образования вальцовочной кромки радиусом не менее 0,5 мм.