Концевое соединение шлангокабеля

Область применения: в нефтегазовой отрасли для соединения полимерной армированной трубы (шлангокабеля) со скважинным оборудованием при проведении геофизических исследований или работ по капитальному ремонту скважин. Достигается повышение надежности, увеличение несущей способности (растягивающего усилия) и прочности на разрыв, уменьшение наружного диаметра соединения до соразмерности с диаметром шлангокабеля, многоразовость использования, простота реализации. Крепление шлангокабеля содержит ниппель и охватывающую ниппель муфту. Ниппель выполнен с хвостовиком для установки внутри шлангокабеля, с выступом конической формы, прилегающим к хвостовику, и с наружной резьбой на противоположном конце. Муфта выполнена с полостью для установки на ниппеле и с соединительным переходником на противоположном конце. На коническом выступе ниппеля, в полости муфты размещен узел клинового зажима повивов брони шангокабеля. Узел зажима повивов брони включает последовательно установленные втулку, имеющую внутреннюю поверхность в виде обращенных друг к другу большими основаниями конусов, втулку, имеющую наружный конус, и прижимную гайку.

Концевое соединение шлангокабеля

Полезная модель относится к соединениям для труб и шлангов и может быть использована в нефтегазовой отрасли для соединения полимерной армированной трубы (шлангокабеля) со скважинным оборудованием при проведении геофизических исследований или работ по капитальному ремонту скважин.

Шлангокабели, сочетающие в себе канал для обеспечения подачи жидкости или газа и электрические жилы для передачи электрических токов/сигналов, находят все большее применение в разных областях деятельности, в частности, в нефтегазодобывающей промышленности. Описание конструкции шлангокабеля имеется, например, на сайте ООО "Псковгеокабель" http://www.pskovgeokabel.ru/catalog/technology/umbilicals/30). Шланго-кабель состоит из внутренней полимерной трубы и наружной полимерной оболочки, между которыми имеются армированная стальная лента и повивы брони, выполненные из стальной проволоки. При использовании шлангокабелей в соединениях, где имеют место высокие нагрузки, особое значение придается обеспечению надежности концевых заделок шлангокабеля с соединяемым оборудованием.

Известна концевая заделка шлангокабеля с помощью механического фитинга в нефтяной и газовой промышленности (см., например, ISO 13628-5:2009. Проектирование и эксплуатация систем подводной добычи. Часть 5. Подводные шлангокабели. Каталог стандартов, опубл. 2009-12-11. http://www.iso.org/iso/ru/home/store/catalogue_tc/catalogue_tc_browse.htm?commid=49570&published=on). Согласно указанному стандарту, механический фитинг обеспечивает передачу нагрузок при установке и эксплуатации оборудования, снабжение флюидом и электроэнергией сопрягаемых узлов, установленных на подводных или наземных объектах. Механический фитинг состоит из ниппеля и муфты, крепится на конце шлангокабеля и осуществляет зажим шлангокабеля путем сжатия его между внутренней частью муфты и наружной поверхностью ниппеля.

Известная концевая заделка шлангокабеля посредством механического фитинга не применима для проведения исследований и работ в скважинах, где к концевым соединениям предъявляются особые требования:

- ограничения по наружному диаметру соединения, которые накладываются внутренними диаметрами труб, спускаемыми в скважину. В то же время детали механических фитингов с указанными ограничениями не связаны;

- выдерживание воздействий высоких давлений и значительных растягивающих усилий. В то же время механический фитинг не использует резерва повышения надежности крепления, который заложен в возможности присоединения армирующих слоев или повивов брони шлангокабеля к концевым соединительным элементам путем, например опрессовки, расклинивания или склеивания.

Известно разъемное соединение армированного рукава высокого давления (см., патент RU 11858, опубл. 16.11.1999, МПК F16L 33/01), содержащее муфту с внутренней круглой цилиндрической резьбой, охватывающую рукав снаружи и контактирующую с армированным слоем рукава, и ниппель с расположенным внутри рукава хвостовиком, соединенным с муфтой по соединительной резьбе, выполненной цилиндрической и более мелкой, чем внутренняя резьба муфты.

Известное разъемное соединение, также как и приведенный выше аналог, имеет существенное превышение наружного диаметра относительно наружного диаметра рукава (или шланга), что не позволяет использовать его при работах в скважине, поскольку указанные диаметры должны быть практически равными. Кроме того, поскольку захват осуществляется за наружную поверхность эластичной части рукава, такое соединение также не рассчитано на значительные растягивающие нагрузки.

Известен способ крепления полимерного шланга на ниппеле (см. патент RU 2066014, опубл. 27.08.1996, МПК F16L 11/00, F16L 33/22). Крепление содержит ниппель, выполненный с расположенным внутри шланга хвостовиком, с резьбой на противоположном конце и с кольцевым выступом в средней части, накидную муфту и оголенную обмотку шланга, защемленную между кольцевым выступом ниппеля и накидной муфтой путем создания радиального обжатия накидной муфты по двум поясам, располагаемым по разные стороны кольцевого выступа хвостовика ниппеля. Известное крепление обеспечивает высокую гидравлическую прочность. Однако для использования в скважинах для концевой заделки шлангокабелей данное крепление непригодно. В первую очередь, потому что наружный диаметр соединения заметно превышает наружный диаметр шлангокабеля за счет наличия кольцевого выступа ниппеля, высота которого увеличивается на сумму толщин защемленной оплетки кабеля и стенки накидной муфты. Помимо этого, крепление является одноразовым, при том что в ходе выполнения работ на скважине более удобны и практичны многократные сборки-разборки концевых заделок шлангокабелей со скважинным оборудованием. Кроме того, известный способ крепления технологически может быть реализован только в стационарных условиях цеха, что снижает технологичность крепления, в частности, требуется специальное оборудование и оснастка, и исключает возможность его реализации в полевых условиях.

Техническим результатом, достигаемым от использования предложенной полезной модели, является повышение надежности, увеличение несущей способности (растягивающего усилия) и прочности на разрыв, уменьшение наружного диаметра соединения до соразмерности с диаметром шлангокабеля, многоразовость использования, простота реализации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном креплении полимерного армированного шланга, которое содержит ниппель, выполненный с хвостовиком для установки внутри шлангокабеля и с наружной резьбой на противоположном конце, и муфту, охватывающую ниппель, согласно предложенному, ниппель выполнен с выступом конической формы, прилегающим к хвостовику, муфта выполнена с полостью для установки на ниппеле и с соединительным переходником на противоположном конце, при этом между ниппелем и муфтой последовательно установлены втулка, имеющая внутреннюю поверхность в виде обращенных друг к другу большими основаниями конусов, втулка, имеющая наружный конус, и прижимная гайка.

Выполнение на ниппеле конического выступа и установка на нем последовательно двух втулок с конусами дает возможность двойного сопряжения конусов с целью клинового зажима между конусами повивов брони шлангокабеля. Поджатый прижимной гайкой, навернутой на наружную резьбу ниппеля, узел клинового зажима обеспечивает высокую надежность соединения.

Механическая (силовая) заделка шлангокабеля за его повивы брони способствует увеличению несущей способности концевого соединения и прочности на разрыв, поскольку основная осевая нагрузка в таком конструкционном решении приходится на повивы брони, которые выполнены из высокопрочной стальной проволоки.

Выполнение в муфте полости для размещения в ней узла зажима повивов брони, элементы которого выполнены с наружными диаметрами, меньшими наружного диаметра шлангокабеля, позволяет выдержать диаметр концевого соединения соразмерным наружному диаметру шлангокабеля, что удовлетворяет условиям ограниченных проходных размеров в скважинах.

Предложенная конструкция концевого соединения проста в применении и пригодна для многократного использования.

На чертеже представлен продольный разрез концевой заделки шлангокабеля для соединения с кабельным наконечником.

Предложенная полезная модель содержит ниппель 1 с хвостовиком 2, выступом 3 конической формы и наружной резьбой 4. Наружный диаметр выступа 3 выполнен равным диаметру шлангокабеля, по которому внутри шлангокабеля размещены повивы брони 9.

На конус выступа 3 ниппеля 1 установлена одним из двух внутренних конусов втулка 5. Во втулку 5, на ее второй, свободный внутренний конус установлена наружным конусом втулка 6. Втулка 6 поджата прижимной гайкой 7, которая навернута на наружную резьбу 4 ниппеля 1.

Повивы брони 9 внутри узла зажима пропущены последовательно между коническим выступом 3 ниппеля 1 и конусом втулки 5, между конусами втулок 5 и 6 и, наконец, между прижимной гайкой 7 и внутренней стенкой полости муфты 8.

С ниппелем 1 по резьбе 4 соединена муфта 8. Своей полостью муфта 8 охватывает узел зажима повивов брони шлангокабеля и врезается в торец наружной оболочки 10 шлангокабеля.

Соединительный переходник 11 муфты 8 в показанном на чертеже исполнении выполнен для соединения с кабельным наконечником.

Монтаж концевого соединения шлангокабеля осуществляют следующим образом.

На конце шлангокабеля освобождают повивы брони 9 от наружной полимерной оболочки 10, от внутренней полимерной трубы (позицией не показана) и от армирующего слоя стальной ленты (позицией не показан). Длина освобожденных повивов брони 9 должна быть не меньше длины узла зажима повивов брони в сборе.

В осевой канал шлангокабеля устанавливают хвостовик 2 ниппеля 1. Повивы брони 9 без нахлеста друг на друга укладывают на конический выступ 3 ниппеля 4. При этом укладывать все имеющиеся повивы не обязательно. Количество задействованных в концевой заделке повивов брони определяется предварительным расчетом, исходя их условия обеспечения требуемого растягивающего усилия. Далее поверх повивов брони 9 на ниппель 1 устанавливают втулку 5 до упора ее внутреннего конуса на конус выступа 3. На ниппеле 1 под повивами 9 устанавливают втулку 6 до упора ее наружного конуса на внутренний конус втулки 5. Затем на резьбу 4 ниппеля 1 наворачивают прижимную гайку 7 и затягивают ее до упора в торец втулки 6. Повивы брони 9 оставляют с наружной стороны гайки 7 и обрезают концы повивов 9 таким образом, чтобы они не выступали над свободным торцом гайки 7.

Поверх собранного узла зажима повивов брони 9 на ниппель 1 устанавливают муфту 8 и наворачивают ее по резьбе 4.

После этого концевое соединение шлангокабеля завершено, а переходник 11 муфты 8 готов к соединению с кабельным наконечником.

В зависимости от назначения и производственных задач соединительный переходник 11 муфты 8 выполняется в разном исполнении: для соединения с кабельными наконечниками, приборными головками и другим скважинным оборудованием.

Для работы в нефтяных и газовых скважинах предложенным концевым соединением оснащаются оба конца шлангокабеля. При этом переходники 11 муфт 8 могут быть выполнены, например, на верхнем конце шлангокабеля для соединения с кабельным наконечником, а на нижнем конце - с приборной головкой.

Предложенная конструкция концевого соединения армированного полимерного шлангокабеля позволяет распределить осевые нагрузки по повивам брони, выполненным из высокопрочной стальной проволоки, что повышает надежность соединения и прочность на разрыв. Данное концевое соединение адаптировано для проходных диаметров в скважинах, несложно в практической реализации и может быть использовано многократно, поскольку детали конструкции не подвергаются деформации от воздействия нагрузок.

Концевое соединение шлангокабеля, содержащее ниппель, выполненный с хвостовиком для установки внутри шлангокабеля и с наружной резьбой на противоположном конце, и охватывающую ниппель муфту, отличающееся тем, что ниппель выполнен с выступом конической формы, прилегающим к хвостовику, муфта выполнена с полостью для установки на ниппеле и с соединительным переходником на противоположном конце, при этом на коническом выступе ниппеля в полости муфты размещен узел клинового зажима повивов брони шангокабеля, включающий последовательно установленные втулку, имеющую внутреннюю поверхность в виде обращенных друг к другу большими основаниями конусов, втулку, имеющую наружный конус, и прижимную гайку.