Устройство для защиты и крепления кабеля к трубам
APPARATUS FOR PROTECTING AND SECURING CABLE ON PIPES

Изобретение относится к устройствам (протектор и протектолайнер) для крепления и защиты кабельных линий питания, используемых в качестве приводов центробежных насосов для добычи нефти и других пластовых жидкостей из скважин, линий управления различными скважинными инструментами, сигнальных кабелей, трубопроводов для закачки жидкости или пара или химических реагентов, волоконно-оптических линий, шлангокабелей, и предназначено для использования в скважинах для защиты и крепления различных кабельных линий в потайных колоннах (хвостовиках и так называемых лайнерах), а также в скважинах с уменьшенным проходным диаметром в нефтяной и газовой промышленности.
По мере истощения запасов углеводородов у поверхности земли увеличиваются длины скважин по стволу, массово применяются компоновки скважин, оснащенные потайными колоннами (лайнерами) с уменьшенным проходным диаметром. Усложняется погружное оборудование, увеличивается количество внутрискважинного погружного оборудования, управляемого кабельными линиями. Все это приводит к тому, что ударные и вибрационные нагрузки на устройства защиты кабельных линий также увеличиваются, а уменьшаемые проходные диаметры скважин требуют уменьшения наружных габаритов всех типов защитных устройств и использования протектолайнеров - протекторов с уменьшенным габаритом и адаптированным к нагрузкам дизайном.
Устройства (протекторы и протектолайнеры) бывают клиновые US4615543A, на пружинных защелках RU16012 U1 или US2417269 A и оснащенные болтовыми соединениями WO1994011609 A1.
Данное изобретение относится к протекторам и протектолайнерам, оснащенным болтовыми соединениями.
Типичные устройства для защиты и крепления кабельных линий к трубам, используемых в скважинах, оснащенные болтовыми соединениями, обычно состоят из трех частей - одного корпуса и двух хомутов. Корпус и хомуты соединены между собой с одной стороны посредством шарнира, а с другой посредством разъемного болтового соединения. Протекторы устанавливаются на наружную поверхность труб так, что муфты труб располагаются внутри корпуса протектора, ограничивая перемещение протектора вдоль трубы, а кабельные линии помещаются в слот корпуса протектора между корпусом протектора и муфтой, одновременно защищая и удерживая один или насколько типов кабеля на поверхности трубы. Протекторы крепятся на трубе хомутами с противоположных сторон муфты с помощью болтовых соединений. Гайки болтовых соединений обычно вставляются с наружной стороны и располагаются внутри корпуса протектора, а головки болтов в хомутах протектора (см. патент US9512685 В2).
Известно устройство для крепления силового кабеля к насосно-компрессорным трубам, содержащее цельнолитой корпус с продольным пазом для укладки кабеля питания электродвигателя, окна для фиксации устройства на нижнем и верхнем торцах муфты, выполненные на высоте не менее высоты муфты, и стяжки, соединяющие верхнюю и нижнюю части корпуса, которые снабжены соответствующими верхней и нижней крышками, каждая из которых укреплена на шарнире и имеет винт для крепления к соответствующему резьбовому отверстию верхней и нижней частей корпуса, причем соотношение высоты окна и ширины крышки превышает 2:1 (патент РФ №2108439, МПК Е21В 17/00, опубликован 10.04.1998 г.).
Недостатком данного устройства является низкая надежность из-за возможности разрушения узлов крепления крышек и винтов вследствие контакта элементов устройства со стенками и стыками эксплуатационных труб при спуско-подъемных операциях. Недостатком устройства также является большое поперечное сечение, что приводит к непроходимости в скважину при спуско-подъемных операциях, уменьшает свободное сечение скважины и затрудняет переток скважинной жидкости.
Также известен протектор, предназначенный для использования в глубинно-насосных штанговых установках при добыче нефти из скважины со значительным искривлением ствола, состоящий из корпуса, выполненного из двух частей с внутренними диаметрально противоположными проточками с одной стороны каждой части корпуса, при этом части корпуса установлены с зазором и возможностью радиального перемещения одна относительно другой, а на других сторонах каждой из частей корпуса выполнены хвостовики, которые размещены в проточках корпуса (патент РФ 2026952, МПК Е21В 17/00, опубликован 20.01.1995 г.).
Недостатками известного протектора являются большой габарит, что не позволяет компоновки труб с кабелями проходить через искривленные участки ствола скважины с высокой интенсивностью искривления, что приводит к затяжкам и прихватам инструмента в скважине.
Наиболее близким к патентуемому решению является устройство для защиты и крепления кабеля к трубам. Применяется для различных труб, в том числе таких как лайнеры - потайные колонны, хвостовики. Устройство для защиты и крепления кабеля к трубам состоит из 3-х частей, корпуса и 2-х зажимных рычагов, (заявка США №2018/0355679 А1, МПК Е21В 17/10, опубликован 13.12.2018 г.).
Недостатком известного устройства является низкая надежность конструкции во время эксплуатации из-за того, что зажимные рычаги, которые смыкаются с корпусом, не соединены между собой, а являются отдельными частями других зажимных рычагов или корпуса, и большой габарит вследствие наружного расположения гайки в корпусе и увеличенного зазора между болтовым соединением и трубой, что также увеличивает вероятность застревания в скважине и поломку оборудования, а также затрудняет переток скважинной жидкости.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение наружного габарита протектолайнера и повышение вписываемости компоновки (протектолайнер, смонтированный на трубе с кабельными линиями) в искривленный ствол скважины, в скважины с уменьшенным проходным диаметром и в лайнеры, а также повышение надежности устройства для защиты от повреждений элементов устройства.
Технический результат достигается предлагаемым устройством для защиты и крепления кабеля к трубе (протектолайнером), которое содержит планку, соединенную с корпусом, имеющим слот для кабеля, посредством хомутов с выступом, расположенных по краям боковых стенок корпуса, один конец которых шарнирно закреплен на боковой стенке корпуса, а другой конец шарнирно соединен с указанной планкой, при этом планка включает соединительные петли с выступами, которые стыкуются с ответной частью корпуса, а другой конец планки содержит пазы с удерживающими выступами для установки гайки, при этом хомуты выполнены с выемками, соответствующими указанным ответным выступам на сопрягающихся частях.
Уменьшение наружного диаметра протектолайнера и, как следствие, вписываемость компоновки в искривленный ствол скважины достигается за счет уменьшенного габарита протектолайнера. Уменьшение габарита протектолайнера достигается, в свою очередь, за счет того, что болтовые соединения расположены скрытно в планке и таким образом, что зазор между гайками резьбовых соединений и трубой, на которую надевается протектолайнер, минимален или полностью отсутствует.
С двух противоположных сторон планки могут быть выполнены пазы с удерживающими гайку выступами. Слот, планка и хомуты выполнены с концевыми сужениями, направленными к поверхности трубы с углом от 10° до 30° относительно оси трубы, для снижения ударных нагрузок во время прохождения выступов внутри скважины.
Далее патентуемое решение иллюстрируется фигурами, на которых изображено следующее:
на фигуре 1 - общий вид протектолайнера;
на фигурах 2 и 3 - вид раскрытого устройства с накидной гайкой, когда болты закреплены в корпусе, а гайка накидывается в планку при закрытии;
на фигурах 8 и 9 - вид раскрытого устройства с накидными болтами, когда гайка закреплена в планке, а болты накидываются в корпус при закрытии;
на фигурах 4 и 10 вид надетого на трубу устройства с незакрепленным корпусом со слотом;
на фигурах 5, 6, 11, 12 - протектолайнер в сборе на трубе с кабелем;
на фигурах 7 и 13 минимальный зазор между гайкой болтового соединения и трубой.
Устройство для защиты и крепления кабеля 12 к трубам включает в себя планку 1, два хомута 3, корпус 2 со слотом для кабеля. Планка 1 с корпусом 2 соединяются посредством накидных резьбовых соединений 4, содержащих болт 14 и гайки 15 или 16 (фигуры 2 и 8).
Резьбовое соединение 4 выполнено либо как по варианту 1:
1. Болты 14 продеты в отверстия в корпусе 2, содержащем слот для кабеля, и закреплены от выпадения гайками 16 (фигура 2 и 3). Гайки 16 при надевании устройства на трубу 10 с муфтой 11 накидываются в специально отведенные под них пазы 7 в планке, (фигуры 2, 4 и 5). При этом гайки 16 устанавливаются так, что совмещаются с ответной частью планки 1 (фигуры 2 и 7)
Либо как по варианту 2:
2. Круглые гайки 15 (типа burrel nut) вставлены в пазы 7 в планке 1 с внутренней стороны и закреплены от выпадения болтами 14 (фигура 8 и 9). Болты 14 при надевании устройства на трубу 10 с муфтой 11 накидываются в специально отведенные под них места (выемки) 17 в корпусе 2 (фигуры 8, 10, 11).
Концевые сужения 5 корпуса 2, планки 1 и хомутов 3 выполнены с углом равным 10-30°, что достаточно для входа в лайнер (фигуры 8 и 11). За счет выполнения концевых сужений 5 с углом от 10° до 30° относительно оси трубы корпуса 2 со слотом, планки 1 и хомутов 3 в пределах от 10° до 30° исключается зацепление устройства при спуско-подъемных операциях в скважине, что повышает надежность конструкции.
Для защиты от эрозии (исключение повреждений) резьбовых соединений 4, возникающей из-за высокой скорости потока вследствие малого пространства кольцевого зазора, поверхности стыка планки 1 и ответной части корпуса 2 со слотом под кабель выполнены с выступом 6 под углом от 30° до 90° от оси корпуса для обеспечения исключения прохождения потока через тело болтов 14 (фигуры 2, 5, 8 и 11). Выступ 6 закрывает тело болтов с торцов устройства. Планка образует дополнительную связь между собой замковых соединений, что исключает разрыв протектолайнера в скважине вследствие заклинивания.
Хомуты 3 размещены по краям корпуса 2 со слотом, причем один конец хомутов 3 шарнирно закреплен на боковой стенке корпуса 2 посредством шарнирных петель 8, а другой конец хомутов 3 также соединен с планкой 1 посредством шарнирных петель 8, при этом петли 8 имеют продолжение в виде выступа 9 (фигуры 3, 5, 6, 9, 11, 12), который заходит на трубу и повышает надежность всей конструкции за счет дополнительной жесткости, т.к. с помощью него планка 1 и хомуты 3 образуют между собой дополнительную поперечную связь и препятствуют произвольному спаданию устройства с трубы следующим образом.
Во время монтажа протектолайнер надевается на трубу 10 за счет охвата планки 1 и хомутов 3 сверху и снизу муфты 11 трубы 10, при закрытии которых на трубе 10 образуется угол охвата 13 более 200 градусов (фигуры 4,10), препятствующий произвольному спаданию устройства с трубы. При этом планка 1 не может самопроизвольно открыться за счет выступа 9 на хомутах 3. Таким образом, устройство надежно фиксируется на трубе. После этого можно заправить кабель 12 в защитный слот корпуса 2 и застегнуть устройство, прижав слот корпуса 2 к трубе 10 с кабелем 12 и накинув резьбовые соединения 4 в пазы 7, расположенные в планке 1 (фигура 2 и 4) или в выемки 17, расположенные в корпусе 2 со слотом (фигура 8 и 10).
Для уменьшения наружного диаметра и габарита протектолайнера в планке сделан паз 7, в котором расположена гайка 15 или 16 (фигуры 2 и 8).
Размещение гайки 15 или 16 в планке 1 позволяет уменьшить общий габаритный диаметр устройства, сделав минимальным зазор между креплением резьбового соединения 4 с гайкой 15 или 16 и трубой 10, на которую устанавливается протектолайнер (фигуры 7 и 13). Резьбовое соединение 4 плотно прилегает к трубе 10 за счет минимального расстояния между гайкой 15 или 16 и трубой 10 (фигуры 7 и 13), что повышает надежность конструкции.
Установка гайки 15 или 16 внутри планки 1 дает гладкую поверхность снаружи (фиг. 1), что исключает зацепление устройства при спуско-подъемных операциях в скважине, т.е. повышает надежность конструкции.