Устройство для крепления электрического кабеля к погружной насосной установке
APPARATUS FOR SECURING AN ELECTRIC CABLE ON A SUBMERSIBLE PUMPING UNIT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для крепления электрического токопроводящего кабеля к погружному насосу в скважине.
Известно устройство протектора для крепления электрического кабеля к погружной насосной установке по первому варианту содержащее корпус, состоящий из двух частей, выполненных с возможностью схватывания погружной насосной установки в зоне кольцевого зазора и соединенных друг с другом посредством разъемных соединений, расположенных на диаметрально противоположных сторонах на свободных концах упомянутых частей корпуса, и защитное средство, выполненное в виде двух продольно расположенных элементов, между которыми размещен охватывающий элемент, съемно установленный на этой части корпуса с возможностью прижатия электрического кабеля к поверхности этой части корпуса при помощи дополнительных разъемных соединений, размещенных в нишах элементов защитного средства, при этом упомянутые разъемные соединения выполнены в виде винтов с потайными головками под ключ, ориентированными в сторону охватывающего элемента. Согласно второму варианту, охватывающий элемент с одной стороны размещен в отверстии части корпуса, а с другой стороны соединен с ней при помощи дополнительного разъемного соединения, выполненного в виде винта. [RU 55007, Е21В 17/00, опубл. 27.07.2006 г.]
Недостатком известного решения является недостаточно надежное крепление кабеля в случае применения кабелей различных конфигураций по сечению.
Известно устройство для крепления силового кабеля к погружной насосной установке, содержащее корпус и скобу, подвижно связанные между собой для охвата погружной насосной установки в зоне шейки основания или головки и имеющие разъемное соединение, элементы которого расположены на их свободных концах, размещенные на корпусе вертикальные полозья, между которыми с образованием канала для укладки кабеля закреплена с помощью невыпадающего винта прижимная планка, выполненная в виде съемной фигурной пластины. Корпус изготовлен в форме полукольца с плоским участком поверхности между полозьями, канал ограничен боковыми стенками полозьев, внутренней поверхностью планки и плоским участком, к которому прижат кабель, внешние поверхности полозьев скруглены, а их длина превышает длину планки. [RU 55412, Е21В 17/00, опубл. 10.08.2006 г.]
Недостатком известного решения является недостаточно надежное крепление кабеля в случае применения кабеля различных конфигураций по сечению
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для крепления кабеля к колонне труб и защиты кабеля от механических воздействий, содержащее кожух дугообразного поперечного сечения для размещения трубы внутри кожуха. Внутри кожуха имеется продольный желоб для укладки кабеля. Устройство содержит, по меньшей мере, две зажимные скобы, один конец каждой из которых шарнирно соединен с одной частью дуги кожуха, а второй конец выполнен с возможностью разъемного соединения с противоположной частью дуги кожуха с помощью замка. Каждая зажимная скоба имеет пружинный элемент, выполненный в виде двух встречно направленных и отогнутых внутрь скобы язычков. Замок выполнен в виде отогнутого наружу кожуха замкового язычка кожуха, расположенного с возможностью захождения в замковое отверстие зажимной скобы. В желоб для кабеля приваривается любым видом сварки П-образная вставка. Устройство полностью покрыто антикоррозионным покрытием, например, методом фосфатирования. Антикоррозионное покрытие может быть нанесено способом электрофорезного осаждения. [RU 52070, F21B 17/00, опубл. 10.03.2006 г.]
Недостатком ближайшего аналога является недостаточно надежное крепление кабеля в случае применения кабелей различных конфигураций по сечению.
Технической проблемой предлагаемого изобретения 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 погружной насосной установке, возможность применения различных по размеру, конфигурации и сечению кабелей в устройстве для крепления электрического кабеля к погружной насосной установке, расширение арсенала средств, реализующих свое назначение в виде протектолайзера.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в устройстве для крепления электрического кабеля к погружной насосной установке, содержащем корпус, состоящий из двух частей, связанных между собой с возможностью охватывания погружной насосной установки в зонах соединения насосных секций и соединенных друг с другом посредством разъемного соединения, при этом корпус имеет выполненные заодно целое с ним защитные выступы и снабжен продольным внутренним желобом для укладки кабеля, внутренний желоб оснащен скобой, выполненной с возможностью прижатия электрического кабеля к поверхности корпуса, согласно предлагаемому изобретению, корпус оснащен регулируемой по высоте диэлектрической пластиной, имеющей паз, соответствующий горизонтальному сечению электрического кабеля, и оснащенную винтовым креплением к корпусу, скоба имеет форму, соответствующую горизонтальному сечению электрического кабеля, а корпус и скоба выполнены из нержавеющей легированной стали, облученной на ускорителе электронов с энергией ускоренных электронов не ниже 1,5 МэВ. Регулируемая по высоте диэлектрическая пластина может иметь паз в виде части окружности, а скоба при этом имеет форму ответной недостающей части окружности. Регулируемая по высоте диэлектрическая пластина может иметь паз в виде части квадрата, а скоба при этом имеет форму ответной недостающей части квадрата. Регулируемая по высоте диэлектрическая пластина может иметь паз в виде части прямоугольника с закругленными внутренними углами, а скоба при этом имеет форму ответной недостающей части прямоугольника с закругленными внешними и внутренними углами.
Применение корпуса и скобы, 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 и скобы в месте крепления кабеля, 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 прохождение 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 корпус оснащен регулируемой по высоте диэлектрической пластиной с винтовым креплением к корпусу, имеющей паз, соответствующий горизонтальному сечению электрического кабеля и скобы для крепления электрического кабеля, имеющей форму, соответствующую горизонтальному 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 погружной насосной установке. Как следствие, исключается проскальзывание и повреждение кабеля в месте крепления, а именно, между регулируемой по высоте диэлектрической пластиной с винтовым креплением и скобой, причем диэлектрическая пластина и скоба установлены в соответствии с формой горизонтального сечения кабеля.
Устройство для крепления электрического кабеля к погружной насосной установке иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 представлено устройство для крепления электрического кабеля к погружной насосной установке, общий вид, на фигуре 2 - вариант крепления прямоугольного кабеля с закругленными внешними углами, на фигуре 3 - вид сверху (фрагмент), разрез А, на фигуре 4 - вид в разрезе, вариант использования квадратного кабеля, на фигуре 5 - вид в разрезе, вариант использования двух квадратных кабелей, на фигуре 6 - вид в разрезе, вариант использования круглого в сечении кабеля.
Устройство для крепления электрического кабеля к погружной насосной установке содержит корпус 1 (фиг. 1). Корпус 1 состоит из двух частей, связанных между собой винтовым соединением 2 с возможностью охватывания погружной насосной установки в зонах соединения насосных секций. Корпус 1 выполнен заодно целое с защитными выступами 3 и снабжен продольным внутренним желобом 4 для кабеля. Внутренний желоб 4 оснащен скобой 5. Скоба 5 выполнена с возможностью прижатия электрического кабеля 6 (фиг. 2, 4, 5, 6) к поверхности корпуса 1. Скоба 5 (фиг. 1) установлена в продольный внутренний желоб 4 корпуса 1 устройства и имеет крепление винтами 7 в углублениях корпуса 1 с двух противоположных сторон. Винты 7 имеют головки 8 (фиг. 2), например, с внутренним шестигранником (на фигуре не показано), квадратом (на фигуре не показано) для использования соответствующего гаечного ключа, имеющего аналогичные размеры и конфигурацию. Винты 7 (фиг. 1) и скоба 5 «утоплены» в корпусе 1 и не выступают за габаритные размеры защитных выступов 3. В продольном внутреннем желобе 4 корпуса 1 установлена регулируемая по высоте диэлектрическая пластина 9 (Фиг. 4, 5, 6), имеющая паз 10, соответствующий горизонтальному сечению электрического кабеля 6. Регулируемая по высоте диэлектрическая пластина 9 имеет винтовое крепление 11 (Фиг. 1, 4, 5, 6) к корпусу 1. Скоба 5 для крепления кабеля к корпусу 1 устройства имеет форму, соответствующую горизонтальному сечению электрического кабеля 6. Регулируемая по высоте диэлектрическая пластина 9 (фиг. 6) может иметь паз в виде части окружности 12, при этом скоба 5 может иметь форму ответной недостающей части окружности 13. Регулируемая по высоте диэлектрическая пластина 9 (фиг. 4), может иметь паз в виде части квадрата 14 при этом скоба 5 может иметь форму ответной недостающей части квадрата 15. Регулируемая по высоте диэлектрическая пластина 9 (фиг. 2) может иметь паз в виде части прямоугольника (на фигуре не показано) с закругленными внутренними углами, при этом скоба 5 (фиг. 2) может иметь форму ответной недостающей части прямоугольника с закругленными внешними и внутренними углами 16 Корпус выполнен из нержавеющей легированной стали, облученной на ускорителе электронов с энергией ускоренных электронов не ниже 1,5 МэВ.
Устройство для крепления электрического кабеля к погружной насосной установке 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. Продольный внутренний желоб 4 для укладки кабеля 6 подгоняют в соответствии с размерами регулируемой по высоте диэлектрической пластины 9 в свою очередь в регулируемой по высоте диэлектрической пластине 9 фрезеруется паз 12, 14 в соответствии с конфигурацией и сечением кабелей 6 применяемых в данном проекте оборудования скважины, например, окружность, квадрат, прямоугольник. Для крепления электрического кабеля, расположенного в пазе диэлектрической пластины, устанавливают скобу 5, имеющую конфигурацию и размеры строго соответствующие конфигурации и размерам используемого кабеля. Скобу 5 устанавливают во продольный внутренний желоб 4 корпуса 1 устройства. Скоба 5 имеет крепление винтами 7 с двух противоположных сторон. Винты 7 имеют головки 8, например, с внутренним шестигранником, квадратом для использования соответствующего гаечного ключа, имеющего аналогичные размеры и конфигурацию. Закрученные винты 7 и скоба 5 «утоплены» в продольном внутреннем желобе 4 и не выступают за габаритные размеры защитных выступов 3. Для устранения возможности коррозии корпуса 1 и скобы 5 в месте крепления кабеля 6, корпус (обе его части), скобу и винты 7, винтовое соединение 2 частей корпуса 1 и винтовое крепление 11 регулируемой по высоте диэлектрической пластины 9 помещают в ускоритель электронов. Облучение 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 и скобы 5 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 погружной насосной установке на ускорителе электронов позволяет продлить срок работы устройства за счет устранения возможности коррозии корпуса и скобы в месте крепления кабеля, что в свою очередь предотвращает возникновение и увеличение зазора между внутренней поверхностью устройства и поверхностью кабеля и, тем самым, дополнительно повышает способность устройства надежно удерживать и защищать кабель.