ПРИЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО КАБЕЛЯ

Полезная модель относится устройствам крепления, применяемым в нефтяной, газовой промышленности и других областях, требующих монтажа, удержания кабеля, крепления длинномерных изделий.
Известен крепежный соединительный элемент (заявка 2011103540/12, опубл. 10.10.2011 г, заявка PCT, DE 2009/000925 20090702 опубл. 10.08.2012 г), включающий ленту, снабженную, по меньшей мере, с одной стороны поперечными бороздками или поперечно расположенными зубьями пилообразной формы, и замок, который блокирует вставленную в него полосу в направлении обратного вытягивания, причем на одном конце полосы отформована головка, а замок выполнен в виде отдельной надвигаемой на ленту детали, головка выполнена в виде двух крыльев, которые имеют форму расширенного V, полки которого заключают в себе ленту, а под головкой на ленту надвинута тарелка, выпуклая сторона которой обращена к головке, и лента на обеих сторонах снабжена зубчатым венцом, при этом зубчатые венцы смещены относительно друг друга на половину шага, а замок снабжен двумя расположенными напротив друг друга запирающими язычками, или в случае не смещенных зубчатых венцов запирающие язычки в замке расположены со смещением на половину шага относительно друг друга, и при этом замок выполнен в виде тарелки, причем выпуклая сторона тарелки обращена к головке.
Недостатком крепежного соединительного элемента является большое количество взаимодействующих деталей, которое при использовании снижает надежность крепления. Механизм фиксации натяжения не рассчитан на воздействие больших нагрузок, т.к. удерживают зубчатые венцы.
Известное устройство защиты кабеля в скважине (патент RU N 85534 от 02.02.2009, опубл. 10.06.2009 г.) содержит корпус с продольным пазом для размещения кабеля. Корпус имеет выемку для установки на муфту НКТ (насосно-компрессорная труба) и снабжен, по меньшей мере, в верхней своей части зажимной скобой, закрепленной одной стороной шарниром к корпусу. Корпус имеет выборку для размещения другой стороны зажимной скобы в собранном на колонне НКТ положении устройства, при этом выборка выполнена с образованием, по меньшей мере, одного выступа на корпусе. Устройство содержит клин, при этом скоба и корпус, имеют, как минимум, по одному упору для взаимодействия с поверхностью клина.
Недостатком устройства является то, что из-за присутствия шарнира возникает вероятность раскрепления. Так как данное устройство очень габаритное и громоздкое, имеет большой вес, то при монтаже всей спускаемой колонны труб данным устройством возникает большая нагрузка на всю колонну. Например, глубина скважины в западной Сибири 2000 м, труба НКТ - 10 м, т.е. надо 200 труб и на каждую трубу требуется один протектор данной конструкции весом около 3 кг, что в совокупности составляет 600 кг. При этом создастся большая дополнительная нагрузка на всю подземную конструкцию, что отрицательно влияет на удержание кабеля.
Известное устройство для крепления длинномерных изделий, преимущественно кабеля, к насосно-компрессорных трубам (Патент RU N 994678, МПК E21B 17/00, опубл. 07.02.1983 г).
Выполненный в виде прорези узел крепления в теле хомута является концентратором напряжении, что существенно снижает усилия на разрыв и увеличивает риск возникновения разрыва. Данный тип устройства для крепления не является безопасным, не способен выдержать высокие нагрузки, требуемые для данного крепления на длительный период времени.
Известное устройство (патент N 2431031, МПК E21B 17/00, опубл. 10.10.2011 г) крепится только в муфтовом соединении труб, соответственно, прижимает кабель только в этих местах, поэтому крепление не имеет возможности быть расположенной по всей длине объекта типа трубы, что снижает качество прижатия.
Известна кабельная стяжка с избирательным покрытием (патент N 2096291, МПК B65D 63/00, опубл. 20.11.2012 г). Изобретение относится к кабельным стяжкам с покрытием для крепления кабелей в жгут. Сущность изобретения: представляет собой полосу с покрытием, нанесенным лишь на боковые кромки полосы, у которой оставлен непокрытым продольно направленный средний участок для сцепления с фиксаторным средством в фиксаторной головке стяжки, благодаря чему кабельная стяжка имеет гладкие не истирающиеся боковые кромки, при этом не происходит существенного ухудшения эффективности фиксаторного средства стяжки.
Недостатком устройства является то, что кабельная стяжка используется только для скрепления кабелей малых диаметров в пучок и не предназначена для крепления при воздействии высоких растягивающих нагрузках.
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является прижимное устройство крепления длинномерных изделий, преимущественно кабеля, (N 126749, МПК E21B 17/00, опубл. 10.04.2013 г) включающее в себя соединительный элемент и металлическую ленту, отличающийся тем, что соединительный элемент выполнен в виде плоской рамки прямоугольной формы, длинная сторона которой выполнена с тупым скругленным углом загиба, один конец металлической ленты закреплен сваркой к одной из коротких сторон плоской рамки, а другой конец металлической ленты выполнен с возможностью оборачивания вокруг второй незакрепленной короткой стороны плоской рамки и удержания к прижимаемому объекту, плоская рамка выполнена толще металлической ленты, внутренние кромки и углы плоской рамки выполнены скругленными. Кроме того, прижимное устройство крепления длинномерных изделий, преимущественно кабеля устройство выполнено из нержавеющей стали.
Недостатками известного устройства является незафиксированный свободный конец металлической ленты, который образуется после монтажа. Конструкция не имеет контрольной фиксации. Фиксация происходит только за счет загиба свободного конца ленты о свободную сторону пряжки. То есть фактически свободный конец металлической ленты перегнут и прижат сам к себе в месте огибания свободной стороны пряжки, т.е. является единственным, что удерживает данное устройство от демонтажа.
Свободный конец металлической ленты не зафиксирован, а свободно торчит. При спуско-подъемных операциях труба НКТ и кабель, удерживающийся при помощи данного устройства, перемещается вертикально вниз и вверх в колонне. Труба НКТ в процессе спуска ударяется-соприкасается о стенки колонны, при этом свободно торчащий конец данного устройства получает воздействиями (он задирается вверх или вниз), в результате которых происходит ослабление узла крепления в месте перелома свободною конца металлической ленты. Это приводит к растягиванию данного крепления и полному демонтажу.
Таким образом, торчащий свободный конец металлической ленты приводит к снижению надежности крепления.
Технической задачей прижимного устройства крепления длинномерных изделий, преимущественно кабеля (далее, прижимное устройство или устройство), является повышение надежности крепления кабеля за счет обеспечения плотного прижатия кабеля к объекту типа трубы.
Технический результат достигается тем, что в прижимном устройстве крепления длинномерных изделий, преимущественно кабеля, включающем в себя соединительный элемент и металлическую ленту, соединительный элемент выполнен в виде плоской рамки прямоугольной формы, один конец металлической ленты закреплен сваркой к одной из коротких сторон плоской рамки, а другой конец металлической ленты выполнен с возможностью оборачивания вокруг второй незакрепленной короткой стороны плоской рамки и удержания к прижимаемому объекту, согласно полезной модели, устройство снабжено фиксатором, выполненным в виде узкой металлической полоски, закрепленной на металлической ленте таким образом, что каждый загнутый конец металлической полоски выполнен длиной в пределах 0,20-0,25 от ширины металлической ленты.
Кроме того, прижимное устройство крепления длинномерных изделий, преимущественно кабеля, может быть выполнено из нержавеющей стали.
В отличие от прототипа предлагаемая конструкция снабжена фиксатором, выполненным в виде узкой металлической полоски, закрепленной на ленте таким образом, что каждый загнутый конец металлической полоски выполнен длиной 0,20-0,25 от ширины металлической ленты. Степень прилегания загнутых концов к металлической ленте уменьшается с увеличением их длины. Экспериментально установлено: при длине каждого загнутого конца металлической полоски, выполненного длиной более 0,25 от ширины металлической ленты, загнутые концы металлической полоски торчат, т.е. между металлической полоской и загнутыми концами металлической полоски возникает зазор, который не обеспечивает плотного прилегания. Это приводит к снижению надежности крепления. При длине каждого загнутого конца металлической полоски, выполненного длиной менее 0,2 от ширины металлической ленты, невозможно осуществить качественный монтаж при спуско-подъемных операциях. Произвести зажим коротким загнутым концом металлической полоски менее 0,2 от ширины металлической ленты фактически не удастся, т.к. климатические условия монтажа тяжелые и суровые, например, на севере при температуре -50 град монтажникам приходится работать в перчатках, (немаловажную роль играет и скорость монтажа), и возникает неудобство и невозможность фиксации свободного конца металлической ленты в короткие загнутые концы металлической полоски.
Каждый загнутый конец металлической полоски, выполненный длиной например, 0,23 от ширины металлической ленты, после натяжения пояса зажимают с двух сторон свободный конец металлической ленты. Таким образом, фиксатор, который закреплен на теле металлической ленты, прижимает свободный конец, исключает его задирания. Фиксатор является страховым элементом от демонтажа - раскрытия устройства. Фиксатор создает фактически дополнительный узел крепления: соединение «металлическая лента - плоской рамка» является первым узлом крепления, а «фиксатор - металлическая лепта» - вторым узлом крепления.
Фиксатор прижимает свободный конец металлической ленты.
Данное устройство должно плотно обжимать (прижимать) кабель к объекту. При плотном затягивании (прижатии) устройством заготовки обеспечивается надежность закрепления. До монтажа в нерабочем состоянии не возникает усилий между плоской рамкой и металлической лентой. А в рабочем состоянии после монтажа устройства возникает усилие растяжения в плоской рамке и металлической ленте в связи с тем, что металлическая лента, затягиваясь на трубе, растягивает плоскую рамку в разные стороны, за счет чего обеспечивается их неизменное взаимоположение. Цель крепления узла «металлическая лента - плоская рамка» - удерживать надежно один конец металлической ленты за короткую сторону плоской рамки. В это время второй конец металлической ленты продевается в плоскую рамку и создается замкнутый контур «металлической лента - плоская рамка». При вытягивании свободного второго конца металлической ленты уменьшается радиус замкнутого контура, что позволяет затянуть, зафиксировать или закрепить кабель к объекту. Под нагрузкой плоская рамка и металлическая лента находятся в постоянном взаимно растягивающем напряжении. Фиксатор предотвращает расстегивание устройства, дополнительно удерживает своими загнутыми концами металлической полоски конец металлической ленты, что позволяет обеспечивать неизменность их положения. При спуско-подъемных операциях возможно осевое хождение кабеля вверх-вниз, в разлад с трубой НКТ, что влечет за собой появление дополнительных нагрузок на устройство, которые способствуют вытягиванию конца металлической ленты обратно через плоскую рамку. Металлическая полоска обжимает металлическую ленту с обеих боковых сторон.
Таким образом, плотное прижатие длинномерных изделий, преимущественно кабеля, и место размещения прижимного устройства в предлагаемой полезной модели приводит к повышению надежности крепления длинномерных изделий, преимущественно кабеля.
В предлагаемой полезной модели исключены внешние воздействия и дополнительные нагрузки, например, удары на прижимное устройство в связи с плотным прилеганием и обеспечением обтекаемой формы для прижатия устройства к трубе НКТ и кабеля - благодаря креплению и собственному малому весу конструкции.
Предлагаемое прижимное устройство может крепиться в любом месте объекта типа трубы, т.к. работает без вспомогательных конструктивных элементов.
Порой при удержании нескольких кабелей либо других требующих прижатия устройств усилия удержания возрастают - для этого металлическая лента выполняется наибольшей толщины и/или ширины.
В случае, когда ограниченное пространство для крепления, данное прижимное устройство можно делать более узким и обеспечить доступ.
Металлическая лента выполнена однородной, одинаковой ширины по всей ее длине, без прорезей, сужений и дефектов, ослабляющих поперечное сечение ленты, что исключает возникновение концентрации напряжений на отдельных участках металлической ленты и, соответственно, прижимного устройства.
В скважине бывает агрессивная среда (так как присутствует сероводород), которая разъедает металл. При этом возникает вероятность повреждения крепления, что снижает надежность крепления. Поэтому выполнение прижимное устройства может быть из стали, не подвергающейся коррозии, например, из нержавеющей стали 10X12, повышает надежность крепления прижимного устройства.
На фиг. 1 изображено прижимное устройство, общий вид, на фиг. 2 - прижимное устройство, вид сверху.
Прижимное устройство содержит металлическую ленту 1, соединительный элемент - плоскую рамку 2 прямоугольной формы, длинная сторона 3 которой выполнена с тупым скругленным углом загиба, один конец металлической ленты 4 закреплен сваркой к одной из коротких сторон 5 плоской рамки 2, а второй - другой конец металлической ленты 6 выполнен с возможностью оборачивания вокруг второй незакрепленной короткой стороны 7 плоской рамки 2 и удержания к прижимаемому объекту. Предлагаемая конструкция снабжена фиксатором, выполненным в виде металлической полоски 8, закрепленной на металлической ленте 1 с внутренней стороны металлической ленты 1 таким образом, что каждый загнутый конец 9 металлической полоски (т.е. каждый загнутый на наружной стороне металлической ленты конец металлической полоски), выполнен длиной, например, 0,23 от ширины металлической ленты. Например, ширина металлической ленты 20 мм, а каждый загнутый конец 9 металлической полоски выполнен длиной 4,6 мм.
Металлическую ленту 1 оборачивают вокруг свободной короткой стороны 7.
Металлическая лента 1, затягиваясь на трубе, растягивает плоскую рамку 2 в разные стороны. Цель крепления узла «металлическая - плоской рамка» - удерживать надежно один конец металлической ленты 4 за короткую сторону 5 плоской рамки. В это время другой конец металлической ленты 6 продевается в плоскую рамку и оборачивается вокруг второй незакрепленной короткой стороны 7. Создается замкнутый контур «металлической лента - плоская рамка». При вытягивании свободного другого конца металлической ленты 6 уменьшается радиус замкнутого контура. При этом устройство фиксирует кабель на трубе.
Толщина металла металлической ленты 1 и плоской рамки 2 выбрана такой, что она не способна повредить кабель. Малогабаритность прижимного устройства также исключает риск повреждения данным крепежным устройством питающего кабеля, трубы НКТ.
Размеры плоской рамки 2 должны удовлетворять беспрепятственному прохождению металлической ленты 1, и огибанию этой металлической ленты 1 вокруг свободной короткой стороны 5 плоской рамки 2 одной из стенок рамки с дальнейшим ее закреплением.
Рамка выполнена, например, изогнутой в поперечном сечении, то есть соединительный элемент выполнен в виде плоской рамки прямоугольной формы, длинная сторона которой выполнена, например, с тупым скругленным углом загиба для более плотного прижатии. После установки прижимного устройства плоская рамка окончательно принимает форму объекта типа трубы. Таким образом, предлагаемая конструкция устройства с фиксатором обеспечивает более плотное прилегание кабеля к объекту типа трубы, так как создается второй узел крепления «фиксатор - металлическая лента».
Предлагаемая конструкция состоит из двух деталей, монтаж и демонтаж производится без специального дополнительного оборудования одним рабочим минимальными физическими усилиями, без помощи и вмешательства других рабочих, что обуславливает снижение трудозатрат монтажа и демонтажа на колонне труб и исключает повреждения кабеля.
Технико-экономический эффект заключается в снижении затрат на эксплуатацию скважины, связанных с ремонтными работами при выходе из строя устройств для крепления кабеля к НКТ.