Устройство для крепления силового кабеля к колонне насосно-компрессорных труб

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для защиты силового кабеля, крепящегося к колонне насосно-компрессорных труб. Устройство содержит корпус с продольным углублением для размещения силового кабеля, имеющим защитные экраны, выполненные с возможностью охватывания соединительных муфт, две зажимные скобы с пружинными элементами, шарнирно соединенные соответственно с частями корпуса, расположенными по обе стороны от защитных экранов и огибающими насосно-компрессорные трубы, замковые механизмы, выполненные в виде фиксирующих выступов, взаимодействующих с фиксирующими отверстиями, расположенными на зажимных скобах. Технический результат, заключающийся в повышении надежности работы устройства при его эксплуатации в скважине, достигается благодаря тому, что поверхность продольного углубления для размещения силового кабеля выполнена выпуклой формы, при этом длина участка выпуклой формы соответствует длине соединительной муфты, а участки корпуса и защитных экранов, контактирующие с поверхностями насосно-компрессорных труб и поверхностью соединительной муфты выполнены с повышенным коэффициентом трения.

5 з.п.ф., 5 ил.

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для защиты силового кабеля от механических повреждений в скважине при проведении спуско-подъемных работ подвески насосно-компрессорных труб с установленными электроцентробежными насосами в вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважинах.

Из уровня техники известно большое разнообразие конструкторских решений устройств для защиты силового кабеля при его креплении к колонне насосно-компрессорных труб, используемых в нефтегазодобывающей отрасли.

Известно, например, устройство для крепления кабеля к колонне насосно-компрессорных труб, представляющее собой пружинящую скобу C-образного сечения, описанное в патенте SU 1838571, 1993 г. В этом устройстве один конец скобы охватывает трубу, другой конец охватывает кабель. Кабель дополнительно поджимается язычком, выступающим внутрь скобы и выполненным заодно со скобой. Недостатком такого устройства является низкая надежность фиксации кабеля и сложность изготовления.

Известно также устройство, состоящее из двух шарнирно соединенных С-образных элементов, на внутренней поверхности одного из которых выполнен паз с упругой вставкой для укладки кабеля (патент GB 2101655, 1983 г. ). В этом устройстве свободные концы элементов снабжены петлями с совмещаемыми прорезями, в которые вставляется клин для фиксации устройства в замкнутом положении. Недостатком является то, что конструкция недостаточно удобна в работе, поскольку фиксатором служит отдельная, не соединенная с устройством деталь.

Известно также устройство, части корпуса которого выполнены из упругого неметаллического материала (патент US 4483395, 1984 г. ) и фиксируются с помощью зубчатых скоб, зацепляемых одна с другой при креплении устройства к трубам. Устройство выполняет также функцию протектора, но оно непрочно и недостаточно надежно крепится к трубе и фиксирует кабель.

В качестве прототипа предложенной полезной модели принято устройство для крепления кабеля к колонне насосно-компрессорных труб, описанное в патенте на полезную модель RU 34615, МПК Е21В 17/00, опубл. 10.12.2003 г., содержащее корпус с продольным углублением для размещения кабеля, имеющий защитные экраны, выполненные с возможностью охватывания соединительных муфт для насосно-компрессорных труб, две зажимные скобы, шарнирно соединенные соответственно с частями корпуса, расположенными по обе стороны от защитных экранов и огибающими упомянутые трубы, и замковые механизмы, выполненные в виде фиксирующих выступов, расположенных на упомянутых частях корпуса, и фиксирующих отверстий, расположенных на зажимных скобах для размещения фиксирующих выступов, при этом торцы фиксирующих выступов выполнены ступенчатой формы с возможностью взаимодействия со стенками фиксирующих отверстий, упомянутые шарнирные соединения выполнены в виде оси, зафиксированной в осевом направлении и расположенной во втулках зажимной скобы и корпуса, защитные экраны отделены в продольном направлении от упомянутых частей корпуса посредством пазов, а твердость материала зажимной скобы превышает твердость материала корпуса.

К недостаткам устройства прототипа можно отнести следующие:

- устройство не обеспечивает надежного прижатия силового кабеля к муфте, поскольку прижатие осуществляется к насосно-компрессорным трубам на концах корпуса посредством отогнутых внутрь корпуса участков, вследствие чего силовой кабель может иметь продольные перемещения относительно устройства под воздействием усилий;

- конструкция устройства не исключает его углового перемещения (проворачивания) относительно оси насосно-компрессорных труб под воздействием усилий, прикладываемых к устройству, например, со стороны обсадной трубы.

Указанные недостатки, которые могут вызывать повреждения силового кабеля, существенно снижают надежность работы устройства при его эксплуатации в скважине.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является снижение вероятности повреждения силового кабеля за счет исключения его продольного и углового перемещения относительно продольной оси колонны насосно-компрессорных труб.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве для крепления силового кабеля к колонне насосно-компрессорных труб, содержащем корпус с продольным углублением для размещения силового кабеля, имеющим защитные экраны, выполненные с возможностью охватывания соединительных муфт для насосно-компрессорных труб, две зажимные скобы с пружинными элементами, шарнирно соединенные соответственно с частями корпуса, расположенными по обе стороны от защитных экранов и огибающими упомянутые трубы, замковые механизмы, выполненные в виде фиксирующих выступов, расположенных на упомянутых частях корпуса, и фиксирующих отверстий, расположенных на зажимных скобах для размещения фиксирующих выступов, при этом защитные экраны отделены в продольном направлении от упомянутых частей корпуса посредством пазов, согласно полезной модели, поверхность продольного углубления для размещения силового кабеля, обращенная к соединительной муфте для насосно-компрессорных труб, выполнена выпуклой формы, при этом длина участка выпуклой формы соответствует длине соединительной муфты, а участки корпуса и защитных экранов, контактирующие с поверхностями насосно-компрессорных труб и поверхностью соединительной муфты, выполнены с повышенным коэффициентом трения.

Кроме этого, зажимная скоба выполнена из материала, твердость которого превышает твердость материала корпуса.

Кроме этого, пружинный элемент, расположенный на зажимной скобе, состоит, по меньшей мере, из двух навстречу направленных язычков, отогнутых внутрь корпуса.

Кроме этого, концы язычков пружинного элемента выполнены клиновидной формы.

Кроме этого, шарнирные соединения зажимных скоб выполнены в виде оси, зафиксированной в осевом направлении и расположенной во втулках зажимной скобы и корпуса.

Кроме этого, поперечные размеры защитного экрана превышают поперечные размеры зажимных скоб и частей корпуса, шарнирно связанных с ними.

Технический результат заключается в повышении надежности работы заявляемого устройства при его эксплуатации в скважине за счет снижения вероятности повреждения силового кабеля путем исключения его продольных и угловых перемещений относительно продольной оси колонны насосно-компрессорных труб.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1 - фиг. 5, где:

на фиг. 1 изображен общий вид устройства;

на фиг. 2 - вид устройства сверху (вид Б);

на фиг. 3 - вид устройства с торца (вид В);

на фиг. 4 - вид сечения -A на фиг. 1;

на фиг. 5 - трехмерное изображение устройства с незакрытыми зажимными скобами.

Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.

Согласно полезной модели устройство для крепления силового кабеля к колонне насосно-компрессорных труб содержит удлиненный корпус 1 (на фиг. 1, 2, 5) с продольным углублением 2 для укладки силового кабеля (кабель не показан), зажимные скобы 3, которые связаны посредством шарнирных соединений 4 с соответствующими частями 5 корпуса 1 с возможностью охватывания колонны насосно-компрессорных труб. Шарнирное соединение 4 выполнено в виде оси 6, расположенной во втулках, выполненных на корпусе 1 и зажимной скобе 3 и зафиксированной в осевом направлении путем жесткого соединения во втулке корпуса 1 или втулке зажимной скобы 3. Как один из возможных вариантов, фиксация осевого положения оси 6 может осуществляться путем расклепывания ее торцов.

Для плотного и упругого сжатия труб зажимными скобами 3, на последних выполнены пружинные элементы, которые могут представлять собой язычки 7, отогнутые внутрь корпуса 1. Пружинный элемент может иметь несколько, например, два встречно направленных язычка 7, концы которых могут быть выполнены клиновидной формы (см. фиг. 3), что препятствует угловому перемещению устройства относительно оси трубы в закрытом положении зажимных скоб 3.

Замковый механизм выполнен в виде фиксирующего выступа 8, расположенного на корпусе 1 и фиксирующего отверстия 9 для размещения соответствующего фиксирующего выступа 8 при монтаже устройства. На свободном конце каждой зажимной скобы 3 выполнено монтажное отверстие 10, а на частях 5 корпуса 1 имеется встречное монтажное отверстие 11 для взаимодействия с монтажным рычагом, посредством которого отпирается или запирается устройство.

На концах углубления 2 на корпусе 1 выполнены отогнутые внутрь корпуса 1 участки 12, позволяющие фиксировать кабель относительно труб, прижимая его к трубе.

В средней части корпуса 1 между участками с зажимными скобами 3 расположен защитный экран, состоящий из двух частей 13 и 14. Защитный экран отделен в продольном направлении от упомянутых частей 5 корпуса 1 посредством пазов 15.

Поверхность 16 продольного углубления 2 для размещения силового кабеля, обращенная к соединительной муфте (см. фиг. 4 и фиг. 2, на фиг. 4 контур соединительной муфты обозначен пунктирной линией) выполнена выпуклой формы, причем длина участка выпуклой формы (см. фиг. 2) соответствует длине соединительной муфты, располагающейся между зажимными скобами 3. Выпуклость поверхности 16 углубления 2 может быть выполнена посредством штамповки и предназначается для прочного прижатия силового кабеля к поверхности муфты и исключения его продольного перемещения вдоль оси труб при воздействии усилий.

Участки 17 частей 5 и участки 18 защитных экранов 13 и 14, контактирующие соответственно с поверхностью насосно-компрессорных труб и поверхностью соединительной муфты, выполнены с повышенным коэффициентом трения с целью исключения углового перемещения (проворачивания) устройства и силового кабеля относительно оси насосно-компрессорных труб при воздействии усилия. Участкам 17 и 18 может быть придана шероховатость путем выполнения на них рельефных насечек заданных размеров либо нанесения на них клеевого состава с мелкодисперсным наполнителем, например, песком.

С целью повышения надежного стабильного функционирования устройства, учитывая при этом различия в выполняемых корпусом 1 и зажимной скобой 3 функций, твердость последней выбирают выше, чем твердость материала корпуса 1.

Работает заявляемое устройство следующим образом.

Монтаж устройства на колонну насосно-компрессорных труб, расположенных в процессе нефтедобычи в вертикальном положении, производят следующим образом. В продольное углубление 2 корпуса 1 укладывают кабель, имеющий, как правило, прямоугольную форму, прилегающую к основанию углубления 2. Затем устройство устанавливают на муфту, соединяющую насосно-компрессорные трубы в колонне, и закрепляют зажимными скобами 3 выше и ниже соединительной муфты. Зажимные скобы 3 плотно и с натягом охватывают соединенные муфтой трубы, а защитный экран своими частями 13 и 14 охватывает муфту. Благодаря наличию участков 17 на частях 5 корпуса 1 и участков 18 на частях 13 и 14 защитного экрана с повышенным коэффициентом трения, исключается возможность углового перемещения (проворачивания) устройства, а, соответственно, и силового кабеля относительно оси колонны труб. Этой же цели служит выполнение концов язычков 7 клиновидной формы, которые при закрытии зажимных скоб 3 врезаются острыми кромками в трубу и препятствуют возможному перемещению устройства относительно оси трубы. Кроме этого, выпуклая поверхность 16 углубления 2 обеспечивает надежное и прочное прижатие силового кабеля к поверхности соединительной муфты по всей ее длине, благодаря чему снижается вероятность перемещения силового кабеля вдоль оси колонны насосно-компрессорных труб. Прижатие силового кабеля к трубам на концах корпуса 1 устройства может осуществляться посредством отогнутых внутрь корпуса участков 12.

Поскольку диаметр муфты превышает диаметр соединяемых ею насосно-компрессорных труб, корпус 1 имеет в этом месте максимальные размеры в радиальном направлении, а именно на участке защитного экрана. При этом защитный экран, выступающий своими частями 13 и 14 наружу в большей степени, чем шарнирные соединения 4 и фиксирующие выступы 8, предохраняет указанные элементы от механических повреждений при контакте со стенками обсадных труб, а наличие пазов 15 между защитным экраном и частями 5 корпуса 1 обеспечивает как бы независимое функционирование этих элементов устройства.

Крепление зажимных скоб 3 производят, например, с помощью отвертки или специального ключа. Отвертку вставляют в монтажное отверстие 10 на конце зажимной скобы 3 и заводят ее конец во встречное монтажное отверстие 11 на соответствующей части 5 корпуса 1. Затем, отводя рукоятку отвертки в сторону, «натягивают» зажимную скобу 3 своим фиксирующим отверстием 9 на фиксирующий выступ 8, в результате чего зажимные скобы 3 плотно сжимают трубы. Для отпирания устройства достаточно подцепить отверткой конец зажимной скобы 3 и снять ее с фиксирующего выступа 8, расположенного на части 5 корпуса 1.

Проведенный патентный поиск показал, что из известного уровня техники не известна совокупность отличительных признаков заявляемого технического решения, следовательно, оно соответствует критерию «новизна».

Заявляемое техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Применение полезной модели позволяет повысить надежность работы устройства для крепления силового кабеля к колонне напорно-компрессорных труб за счет снижения вероятности повреждения силового кабеля путем исключения его продольных и угловых перемещений.

Опытный образец заявляемого технического решения прошел испытания на скважинах компании «Сургутнефтегаз», где были подтверждены его надежность и высокие эксплуатационные характеристики.

Учитывая новизну и промышленную применимость заявляемого технического решения, заявитель считает, что заявленное техническое решение может быть защищено патентом на полезную модель.

1. Устройство для крепления силового кабеля к колонне насосно-компрессорных труб, содержащее корпус с продольным углублением для размещения силового кабеля, имеющий защитные экраны, выполненные с возможностью охватывания соединительных муфт для насосно-компрессорных труб, две зажимные скобы с пружинными элементами, шарнирно соединенные соответственно с частями корпуса, расположенными по обе стороны от защитных экранов и огибающими упомянутые трубы, замковые механизмы, выполненные в виде фиксирующих выступов, расположенных на упомянутых частях корпуса, и фиксирующих отверстий, расположенных на зажимных скобах для размещения фиксирующих выступов, при этом защитные экраны отделены в продольном направлении от упомянутых частей корпуса посредством пазов, отличающееся тем, что поверхность продольного углубления для размещения силового кабеля, обращенная к соединительной муфте для насосно-компрессорных труб, выполнена выпуклой формы, при этом длина участка выпуклой формы соответствует длине соединительной муфты, а участки корпуса и защитных экранов, контактирующие с поверхностями насосно-компрессорных труб и поверхностью соединительной муфты, выполнены с повышенным коэффициентом трения.

2. Устройство для крепления силового кабеля к колонне насосно-компрессорных труб по п. 1, отличающееся тем, что зажимная скоба выполнена из материала, твердость которого превышает твердость материала корпуса.

3. Устройство для крепления силового кабеля к колонне насосно-компрессорных труб по п. 1, отличающееся тем, что пружинный элемент, расположенный на зажимной скобе, состоит, по меньшей мере, из двух навстречу направленных язычков, отогнутых внутрь корпуса.

4. Устройство для крепления силового кабеля к колонне насосно-компрессорных труб по п. 1, отличающееся тем, что концы язычков пружинного элемента выполнены клиновидной формы.

5. Устройство для крепления силового кабеля к колонне насосно-компрессорных труб по п. 1, отличающееся тем, что шарнирные соединения зажимных скоб выполнены в виде оси, зафиксированной в осевом направлении и расположенной во втулках зажимной скобы и корпуса.

6. Устройство для крепления силового кабеля к колонне насосно-компрессорных труб по п. 1, отличающееся тем, что поперечные размеры защитного экрана превышают поперечные размеры зажимных скоб и частей корпуса, шарнирно связанных с ними.

РИСУНКИ