Кабельный наконечник для спуска аппарата в скважину
Полезная модель относится к кабельным оконечным устройствам и может быть использована для различного рода работ в скважинах различного назначения, в том числе при геофизических исследованиях, прострелочно-взрывных работах. Техническим результатом полезной модели является исключение разрыва кабеля в несущем узле его фиксации путем уменьшения нагрузки на упомянутый узел до безопасной величины. Сущность полезной модели: устройство содержит верхний и нижний корпусы, жестко соединенные между собой и узел фиксации кабеля, расположенный в нижнем корпусе. При этом устройство снабжено дополнительным узлом фиксации кабеля, расположенным над основным узлом фиксации и характеризующимся таким усилием фиксации, которое допускает осевое перемещение кабеля от нагрузки, превышающей вес аппарата. Кабель между основным и дополнительным узлами его фиксации имеет участок, свободный от натяжения. Длина упомянутого участка обеспечивает возможность необходимого торможения кабеля при его осевом перемещении в дополнительном узле фиксации и передачу безопасной нагрузки на основной узел фиксации. 6 зав. п-тов ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относится к кабельным оконечным устройствам и может быть использована при различного рода работах в скважине различного назначения, в том числе при геофизических исследованиях, прострелочно-взрывных работах.
Известен кабельный наконечник для спуска аппарата в скважину, содержащий верхний и нижний корпусы, электрические разъемы и накидные гайки, установленные на корпусах (см., например, патент RU 2393599, 07.04.2008).
Известен кабельный наконечник для спуска аппарата в скважину, содержащий верхний и нижний корпусы, жестко соединенные между собой, и узел фиксации - заделки кабеля (см., например, Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам в скважинах, Под ред. Н.Г.Григоряна, Москва, Недра, 1982. стр.144-145. Рис.75 - прототип изобретения).
В известных устройствах узел фиксации кабеля рассчитан для спуска в скважину приборов небольшой массы (десятки килограммов) на кабеле. Тем не менее, общим недостатком этих устройств является опасность обрыва кабеля в узле фиксации при динамических нагрузках - при прихватах (застревании) спускаемого аппарата в стволе скважины и возможном его последующем падении в этом стволе с ускорением, резких динамических осевых нагрузках. Особую опасность представляют случаи со спуском на геофизическом кабеле комплексных прострелочно-взрывных аппаратов (ПВА), состоящих из перфораторных и газогенераторных модулей, общая масса которых составляет до двухсот килограммов. Кроме того, для перфорации протяженных участков пластов стали применяться также спускаемые на кабеле увеличенные сборки перфораторов (до 10-15 метров) с большой суммарной массой.
При срабатывании такого типа ПВА в скважине под действием избыточного давления, создаваемого продуктами горения зарядов твердого топлива и детонации кумулятивных зарядов, происходит резкий подъем аппарата вверх одновременно с подъемом столба скважинной жидкости. Затем, одновременно с падением столба жидкости, происходит движение аппарата вниз и существенное увеличение силы натяжения кабеля при резком торможении аппарата. При этом сила натяжения кабеля может значительно (кратно) превышать допустимую нагрузку на кабель в узле его фиксации-заделки. В результате происходит разрыв проволок наружного повива брони кабеля, которые используют для крепления кабельного наконечника к геофизическому кабелю в узле фиксации-заделки, и отрыв аппарата.
Техническим результатом полезной модели является исключение разрыва кабеля в несущем узле его фиксации путем уменьшения нагрузки на упомянутый узел до безопасной величины.
Необходимый технический результат достигается тем, что кабельный наконечник для спуска аппарата в скважину содержит верхний и нижний корпусы, жестко соединенные между собой, и узел фиксации кабеля, расположенный в нижнем корпусе, и, согласно предлагаемой полезной модели, он снабжен дополнительным узлом фиксации кабеля цангового типа, расположенным над основным узлом фиксации и характеризующимся таким усилием фиксации, которое допускает осевое перемещение кабеля от нагрузки, превышающей вес аппарата не менее чем в 2 раза, при этом кабель между основным и дополнительным узлами его фиксации имеет участок, свободный от натяжения, длина которого обеспечивает возможность необходимого торможения кабеля при его осевом перемещении в дополнительном узле фиксации и передачу безопасной нагрузки на основной узел фиксации.
Кроме того:
дополнительный узел фиксации выполнен в виде цанги и связанной с ней конической втулки, взаимодействующей с нижним корпусом;
в случае применения прострелочно-взрывного аппарата над дополнительным узлом фиксации кабеля, в верхнем корпусе, зафиксирован диск, рассчитанный на срезание от нагрузки при срабатывании прострелочно-взрывного аппарата;
срезной диск выполнен с радиальным пазом под кабель;
кабель в зоне дополнительного узла фиксации и на участке, свободном от натяжения, имеет защиту, предотвращающую его от разрушения - перегрузок в дополнительном узле фиксации (защита может быть выполнена, например, в виде пластмассовой или резиновой оболочки, одновременно повышающей коэффициент трения до необходимой величины, достаточной для торможения кабеля при его осевом перемещении в дополнительном узле фиксации).
Цанга и/или диск могут быть выполнены из металла или пластика.
Дополнительный узел фиксации может быть выполнен не только в виде цанги, а, например, в виде втулки с уплотнителем, поджимаемым гайкой и взаимодействующим с кабелем внутри втулки (по типу сальника).
Сущность полезной модели.
В отличие от предшествующего уровня техники, настоящее решение в рамках полезной модели позволяет регулировать величину нагрузки на основной - несущий узел фиксации кабеля при торможении аппарата во время движения вниз. Для этого в составном корпусе над основным узлом фиксации кабеля расположен дополнительный узел фиксации этого кабеля. Существенное значение имеет усилие фиксации кабеля в дополнительном узле фиксации, допускающее осевое перемещение в нем кабеля с заданным противодействием от нагрузки не менее чем в два раза превышающей вес аппарата. Такое соотношение нагрузки и веса аппарата получено опытным путем. Важное значение имеет наличие участка кабеля заданной длины, свободной от натяжения.
После срабатывания ПВА, резкого подъема аппарата вверх вместе со столбом скважинной жидкости, происходит движение вниз. Аппарат падает, набирая скорость до тех пор, пока на него не станет действовать тормозящая сила-сила натяжения кабеля. Пока сила натяжения кабеля меньше усилия фиксации кабеля в дополнительном узле фиксации длина участка кабеля между узлами фиксации (основным и дополнительным) не изменяется и нагрузка на основной - несущий узел фиксации отсутствует. После того как сила натяжения кабеля станет больше усилия фиксации кабеля в дополнительном узле фиксации происходит осевое перемещение кабеля в дополнительном узле фиксации с торможением (в том числе с торможением аппарата). При этом длина свободного от натяжения участка кабеля уменьшается, а нагрузка на основной узел фиксации по-прежнему отсутствует, пока длина этого участка кабеля не станет равной расстоянию между узлами фиксации. После этого усилие на основной узел фиксации кабеля станет равным разности силы натяжения кабеля и силы трения от фиксации кабеля в дополнительном узле фиксации. Усилие фиксации кабеля в дополнительном узле фиксации и начальную длину кабеля между ним и основным узлом фиксации выбирают так, чтобы обеспечить безопасную нагрузку на последний.
Лабораторные исследования показали, что максимальная нагрузка, при которой происходит разрыв проволок наружного повива брони кабеля в узле заделки, находится в пределах 13000-17000 Н и зависит от марки кабеля, применяемого для работ с прострелочно-взрывными аппаратами. При этом установлено, что усилие фиксации кабеля в дополнительном узле фиксации должно быть не менее чем в два раза больше веса аппарата. Тогда длина свободного от натяжения участка кабеля может находиться в пределах от 0,1 м до 0,4 м и зависит от типа аппарата и его веса.
Оценочные расчеты и проведенные испытания в скважинах подтвердили возможность в приемлемых габаритах устройства создать необходимое усилие фиксации кабеля в дополнительном узле фиксации и поместить участок кабеля соответствующей длины между узлами фиксации с целью исключения разрыва кабеля в основном узле фиксации при срабатывании существующих типов ПВА.
Наиболее простым и удобным для работы с ПВА является дополнительный узел фиксации, выполненный в виде цангового зажима, содержащего коническую втулку и цангу. Лепестки цанги осуществляют зажим кабеля при свинчивании цанги с конической втулкой с помощью ключей и могут создать необходимое усилие фиксации кабеля.
Для уменьшения ударной нагрузки на верхний корпус при резком торможении аппарата и последующих колебательных движениях, в верхнем корпусе над зажимным средством зафиксирован металлический срезной диск, выше которого расположен упругий элемент, например, в виде пружины или резины. Диск фиксирует зажимное средство при спуске аппарата в скважину. После срабатывания аппарата диск срезается при определенном усилии на него со стороны дополнительного узла фиксации. Оптимальное усилие среза в пределах 2-2,5 веса аппарата. Далее аппарат совершает колебательные движения, и нагрузка на основной узел фиксации будет носить циклический характер в виде рывков, что может привести к срыву проволок наружного повива брони кабеля с основного узла фиксации. За счет упругого элемента происходит «сглаживание» циклической нагрузки, т.е. более равномерное распределение нагрузки на основной узел фиксации.
После каждого срабатывания аппарата и его извлечения из скважины необходима замена срезного диска в кабельном наконечнике. Для упрощения сборки и разборки заявляемого устройства срезной диск выполнен с радиальным пазом под кабель. При этом обеспечивают быструю смену диска.
На чертеже показан общий вид устройства, в котором в качестве дополнительного узла фиксации выбран цанговый зажим, содержащий стальную цангу 6 и коническую втулку 7, соединенные между собой с помощью резьбы. В верхнем корпусе 2 зафиксирован диск срезной 5 и пружина 4. Коническая втулка 7 опирается на выемку в нижнем корпусе 8 и взаимодействует с этой частью корпуса. В нижнем корпусе 8 расположен основной узел фиксации кабеля, включающий зажимную гайку 9, конус 10 и патрон зажимной 11. Верхний и нижний корпусы жестко связаны между собой, в частности соединены накидной гайкой 3. Кабель 1 проходит через центральное отверстие в диске 5 и через цангу 6 к основному узлу фиксации - заделки кабеля, где проволоки наружного повива брони кабеля зафиксированы с помощью зажимной гайки 9, а центральная жила кабеля 13 соединена с электровводом 14, установленным в головке 15 прострелочно-взрывного аппарата 16. Кабельный наконечник присоединен к прострелочно-взрывному аппарату 16 с помощью резьбового соединения 17. Электроввод 14 служит для подачи сигнала на срабатывание ПВА.
Устройство работает следующим образом. При движении прострелочно-взрывного аппарата 16 вниз после прохождения положения равновесия срезается диск 5 за счет давления со стороны конической втулки 7 зажимного устройства. Пружина 4 уменьшает ударные нагрузки на верхний корпус 2 при последующих колебаниях аппарата. Когда натяжение кабеля превысит усилие цангового зажима, кабель начнет двигаться в цанговом зажиме, при этом длина участка кабеля 12 постепенно уменьшается, а основной узел фиксации кабеля не испытывает нагрузки, пока длина участка кабеля 12 не станет равной расстоянию между узлами фиксации кабеля. Усилие фиксации кабеля в дополнительном узле и длину участка кабеля 12 рассчитывают так, чтобы в этот момент времени нагрузка на кабель уменьшилась до допустимой величины.
1. Кабельный наконечник для спуска аппарата в скважину, содержащий верхний и нижний корпусы, жестко соединенные между собой, и узел фиксации кабеля, расположенный в нижнем корпусе, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным узлом фиксации кабеля цангового типа, расположенным над основным узлом фиксации и характеризующимся таким усилием фиксации, которое допускает осевое перемещение кабеля от нагрузки, превышающей вес аппарата не менее чем в два раза, при этом кабель между основным и дополнительным узлами его фиксации имеет участок, свободный от натяжения, длина которого обеспечивает возможность необходимого торможения кабеля при его осевом перемещении в дополнительном узле фиксации и передачу безопасной нагрузки на основной узел фиксации.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный узел фиксации выполнен в виде цанги и связанной с ней конической втулки, взаимодействующей с нижним корпусом.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в случае применения прострелочно-взрывного аппарата над дополнительным узлом фиксации кабеля, в верхнем корпусе, зафиксирован диск, рассчитанный на срезание от нагрузки при срабатывании прострелочно-взрывного аппарата.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что срезной диск выполнен с радиальным пазом под кабель.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кабель в зоне дополнительного узла фиксации и на участке, свободном от натяжения, имеет защиту, предотвращающую его от разрушения.
