ОКОНЦОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО МНОГОЖИЛЬНОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО КАБЕЛЯ

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к кабельной технике, и может быть использована при оборудовании скважин нагревательным кабелем для путевого электропрогрева добываемой высоковязкой пластовой жидкости, для ликвидации парафино-гидратных пробок в скважинах, а также для предотвращения замерзания водоводов в опасных участках нефтепромыслового оборудования, в системах закачки воды, транспорте нефти и газа.
Важнейшей эксплуатационной характеристикой нагревательных кабелей, используемых в жестких условиях гидравлического и/или газового давления (в условиях нефтедобывающих скважин такие давления достигают величины 10-20 МПа.), является полная герметичность нижнего свободного конца кабеля за счет выполнения надежного оконцовочного устройства для концевой заделки его токопроводящих жил, соединенных в замкнутую электрическую цепь. Это позволит исключить электрический пробой изоляции кабеля и повысит срок его службы. Учитывая, что стоимость 1 км нагревательного кабеля составляет порядка 70-90 тыс. руб., а работы по его замене связаны с остановкой скважины и демонтажем колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), то к качеству оконцовочных устройств для концевой заделки токопроводящих жил свободного конца нагревательного кабеля предъявляются повышенные требования.
Известно оконцовочное устройство многожильного нагревательного кабеля, включающее изоляционный (защитный) слой, сформированный из электроизоляционной ленты, внутри которого размещен конец нагревательного кабеля, состоящий из соединенных между собой для
образования замкнутой электрической цепи зачищенных концов токопроводящих жил (Белорусов И.И. и др. «Производство кабелей и проводов с пластмассовой изоляцией», М. - Л., «Энергия», 1966, с.81-83). Указанное известное оконцовочное устройство (законцовку) получают путем размещения в пресс-форме соединенных между собой (например, путем скрутки) токопроводящих жил, с последующей выпрессовкой изоляционной массы в полость пресс-формы и охлаждением.
Недостатком указанного известного оконцовочного устройства является его низкая эксплуатационная надежность в условиях нефтедобывающих скважин при всестороннем воздействии давлением на него жидкости и/или газа. Это обусловлено тем, что при его изготовлении возможно произвольное смещение скрученных токопроводящих жили относительно друг друга и пресс-формы, что значительно снижает стойкость изоляции оконцовочного устройства нагревательного кабеля к воздействию агрессивной среды в жестких термобарических условиях..
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является оконцовочное устройство многожильного нагревательного кабеля, включающее защитный стакан, в полости которого размещен конец нагревательного кабеля, состоящий из жестко соединенных между собой для образования замкнутой электрической цепи зачищенных концов токопроводящих жил, заведенных для цели жесткого соединения в металлическую гильзу, поверх которой размещены изоляционные термостойкие оболочки и термоусадочная трубка (Свидетельство РФ на полезную модель №14474, кл. Н 01 В 7/18, от 2000 г.).
Однако это оконцовочное устройство не лишено недостатков, а именно: оно характеризуется недостаточной эксплуатационной надежностью при использовании в нефтегазодобывающей скважине, особенно при высоком пластовом давлении до 20 МПа. В этих условиях происходит проникновение скважинной жидкости и пузырьков газа между изоляцией и
токопроводящими жилами и, как следствие, нарушение диэлектрических свойств изоляции, электрический пробой и нарушение сплошности изоляции по длине нагревательного кабеля. Это ведет к необходимости замены всего кабеля.
Кроме того, конструкция известного оконцовочного устройства сложна в изготовлении.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной надежности оконцовочного устройства многожильного нагревательного кабеля в осложненных термобарических условиях нефтедобывающих скважин, в том числе и при давлении до 20 МПа., за счет обеспечения надежной герметизации изоляции токопроводящих жил кабеля, соединенных в замкнутую электрическую цепь.
Указанный технический результат обеспечивается предлагаемым оконцовочным устройством многожильного нагревательного кабеля, включающем 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, при этом новым является то, 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.
Согласно преимущественному варианту выполнения оконцовочного устройства перегородка в разделительной втулке выполнена из металлического и/или эластомерного материала.
А зачищенные от изоляционного слоя концы токопроводящих жил жестко соединены между собой посредством медной гильзы или стальной пластины, или зачищенные от изоляционного слоя концы токопроводящих жил, жестко соединены между собой посредством медной или стальной гильзы, поверх которой размещен изоляционный материал с подклеивающим слоем, преимущественно, на хлопчатобумажной основе.
В предлагаемом оконцовочном устройстве герметичность соединения другого конца разделительной втулки с общей изоляционной оболочкой и/или броней нагревательного кабеля выполнена в виде металлического кожуха конусной формы, одним концом соединенным с разделительной втулкой, а другим концом - с оболочкой и/или броней, или в виде кожуха из затвердевшего полимерного герметизирующего материала.
В качестве полимерного герметизирующего материала в предлагаемом оконцовочном устройстве используют двухкомпонентный компаунд.
В предлагаемом оконцовочном устройстве на резьбовое соединение металлического стакана и разделительной втулки нанесен слой полимерного герметизирующего материала.
При этом отверстия стенки защитного стакана снабжены резьбой, а заглушки для них выполнены в виде стержней с ответной резьбой на наружной поверхности или заглушка отверстия стенки защитного стакана выполнена в виде стержня, с одного торца которого наружная поверхность снабжена резьбой, а с другого торца выполнено отверстие для присоединения оконцовочного устройства нагревательного кабеля к протектору.
В предлагаемом оконцовочном устройстве форма поперечного сечения разделительной втулки может соответствовать форме поперечного сечения нагревательного кабеля.
Благодаря тому, что в одной части полости защитного стакана установлена разделительная втулка, на наружной или внутренней поверхности одного из концов которой выполнена резьба для соединения ее с защитным стаканом, и при этом другой конец втулки герметично соединен с общей изоляционной оболочкой и/или с броней нагревательного кабеля, обеспечивается надежная герметизация не только токопроводящих жил нагревательного кабеля, но и всего торца свободного конца нагревательного кабеля.
Перекрытие внутреннего пространства разделительной втулки поперечной перегородкой с отверстиями, предназначенными для пропускания через них токопроводящих жил кабеля, позволяет разместить зачищенные и незачищенные от изоляционного слоя токопроводящие жилы свободного конца кабеля по разные стороны перегородки. Причем, выполнение диаметра отверстий, равными диаметру незачищенной от изоляционного слоя токопроводящей жилы (т.е. жилы, покрытой изоляцией), позволяет дополнительно изолировать наиболее уязвимый для пробоя участок нагревательного кабеля, состоящий из соединенных между собой
защищенных от изоляционного слоя токопроводящих жил, путем плотной посадки незачищенных жил с изоляцией в отверстия перегородки.
И одновременно благодаря такому конструктивному выполнению перегородки, а также благодаря тому, что один конец разделительной втулки герметично соединен с общей изоляционной оболочкой и/или броней кабеля посредством полимерного герметизирующего материала и/или кожуха конусной формы, исключается как проникновение агрессивной среды между жилами внутрь кабеля, так и попадание жидкости и/или газа к зачищенным от изоляционного слоя токопроводящим жилам. Кроме того дополнительную защиту последним придает и электроизоляционный материал, например, компаунд, которым заполнено вся внутренняя полость, где размещены соединенные в замкнутую электрическую цепь зачищенные токопроводящие жилы.
Таким образом, свободный конец нагревательного кабеля, токопроводящие жилы которого соединены между собой с образованием замкнутой электрической цепи, согласно предлагаемому оконцовочному устройству, имеет несколько ступеней защиты от всестороннего воздействия жидкости и/или газа, что обеспечивает высокую степень герметичности изоляции этого свободного конца даже в осложненных условиях термобарических нефтедобывающих скважин, а значит гарантирует высокую эксплуатационную надежность всего нагревательного кабеля, что особенно важно при его монтаже непосредственно у скважины.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид оконцовочного устройства многожильного нагревательного кабеля, а на фиг.2 - разрез А-А предлагаемого оконцовочного устройства.
Оконцовочное устройство, согласно предлагаемой полезной модели, состоит из защитного стакана 1, разделительной втулки 2 с резьбой 3 на наружной поверхности, при этом разделительная втулка 2 с помощью
резьбы 3 соединена одним концом 4 с защитным стаканом 1, а другим концом 5 герметично соединена посредством герметизирующего материала 6 и/или защитного кожуха 7 конусной формы с общей изоляционной оболочкой 8 и/или броней 9 нагревательного кабеля 10. Внутреннее пространство разделительной втулки 2 перекрыто поперечной перегородкой 11 с отверстиями 12, предназначенными для пропускания зачищенных от изоляционного слоя токопроводящих жил 13 и незачищенных от изоляционного слоя токопроводящих жил 14 нагревательного кабеля 10. Число отверстий 12, выполненных в перегородке 11, соответствует числу токопроводящих жил в кабеле 10 (на чертеже показан трехжильный нагревательный кабель), а диаметр каждого отверстия равен диаметру одной незачищенной от изоляционного слоя токопроводящей жилы 14 (т.е. с изоляцией) в нагревательном кабеле 10. Незачищенные от изоляционного слоя токопроводящие жилы 14, освобожденные от общей изоляционной оболочки 8 и брони 9, введены в пределы внутреннего пространства разделительной втулки 2 с выводом их через отверстия 12 поперечной перегородки 11 в полость 15 защитного стакана 1, где их зачищенные концы 13 жестко соединены между собой посредством металлической гильзы 16, например, медной, и образуют замкнутую электрическую цепь. При этом полость 15 защитного стакана 1 заполнена полимерным герметизирующим материалом 17, например, двухкомпонентным компаундом, и внутреннее пространство разделительной втулки 2 также заполнено полимерным герметизирующим материалом 6. В стенке, а именно, в дне защитного стакана 1 выполнено по меньшей мере одно отверстие 18 для заливки полимерного герметизирующего материала 17 (оптимальный вариант - выполнение двух отверстий 18 для удобства и быстроты заполнения внутренней полости 15 защитного стакана 1). Каждое отверстие 18 снабжено заглушкой 19. В преимущественном варианте выполнения отверстие 18 снабжено резьбой 20, а заглушка 19 выполнена в виде стержня с ответной резьбой на наружной поверхности.
Предлагаемое оконцовочное устройство выполняется при монтаже нагревательного кабеля непосредственно у скважины или на кабельном участке. После определения необходимой длины кабеля производят концевую заделку его свободного конца путем выполнения оконцовочного устройства по вышеприведенной схеме. После затвердевания электроизоляционного материала и полимерного герметизирующего материала перед спуском кабеля в скважину производят наземные испытания изготовленного оконцовочного устройства на специальном стенде, на котором моделируют скважинные условия, а именно: наличие агрессивной пластовой среды, температура +30-100°С, давление 20-23 МПа. Время испытаний составляет 18 часов.
В случае отсутствия электрического пробоя нагревательного кабеля после испытаний, кабель спускают в скважину путем крепления хомутами к наружной поверхности насосно-компрессорных труб. После спуска в скважину всего нагревательного кабеля второй свободный конец кабеля подключают к источнику питания.
Оконцовочное устройство многожильного нагревательного кабеля по предлагаемой полезной модели было выполнено на трехжильном нагревательном кабеле марки КН-3×5,5. Оно было испытано в следующих условиях:
- агрессивная среда - модель пластовой воды с минерализацией согласно ГОСТ-9.905 и РД 39-0147276-359;
- температура - +40°С;
- давление в испытательной камере - 20 МПа.;
- время выдержки - 18 часов.
Результаты испытаний - изоляция не нарушена, электрического пробоя нет.
Таким образом предлагаемое оконцовочное устройство многожильного нагревательного кабеля обеспечивает эффективную герметизацию соединения в замкнутую электрическую цепь токопроводящих жил кабеля, а
значит - высокую эксплуатационную надежность работы нагревательного кабеля даже в жестких скважинных условиях при повышенном давлении.