Универсальное оконцовочное устройство многожильного кабеля

Полезная модель относится к области нефтедобычи. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности универсального оконцовочного устройства в осложненных термобарических условиях нефтедобывающих скважин при гидравлическом давлении 25 МПа и газовом давлении до 15 МПа и при температуре до +120°С, за счет обеспечения надежной герметизации токопроводящих жил концевого участка кабеля, при одновременном обеспечении многократного повторного использования конструктивных элементов оконцовочного устройства на других кабелях. Сущность: Оконцовочное устройство состоит из защитного стакана (ЗС) 1, поджимающе-упорного элемента (ПЭ) 2 с отверстием, который одним концом соединен с ЗС 1 посредством резьбы (Р) 3, а другим концом герметично соединен с общей изоляционной оболочкой (ИО) 4 и/или броней (Б) 5 кабеля (К) 6. Вплотную к ПЭ 2 установлена разъемная поперечная герметизирующая перегородка (ГП) 7 с отверстиями (О) 8 для пропускания оголенных токопроводящих жил (ОТЖ) 9 и незащищенных от изоляционного слоя токопроводящих жил (НТЖ) 10 К 6. Число О 8, выполненных в ГП 7, соответствует числу ТЖ в К 6, а диаметр каждого О 8 равен диаметру НТЖ 10 в К 6. Разъемные части ГП 7 соединены посредством узла герметизации. НТЖ 10, освобожденные от ИО 4 и Б 5, введены в ПЭ 2 с выводом их через О 8 поперечной ГП 7 в полость ЗС 1, где их ОТЖ 9 жестко соединены между собой. На соединенные концы ОТЖ 9 нанесено общее электроизоляционное покрытие 12. Полость ЗС 1 заполняется газообразным и/или жидким веществом 15, а внутренняя поверхность ЗС 1 облицована диэлектрическим материалом 16. На стенке ЗС 1 размещен компенсатор давления 17.

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к кабельной технике, и может быть использована при оборудовании скважин нагревательным кабелем для путевого электропрогрева добываемой высоковязкой пластовой жидкости, для ликвидации парафино-гидратных пробок в скважинах, а также для предотвращения замерзания водоводов в опасных участках нефтепромыслового оборудования, в системах закачки воды, транспорте нефти и газа.

Важнейшей эксплуатационной характеристикой нагревательных кабелей, используемых в жестких условиях гидравлического и/или газового давления (в условиях нефтедобывающих скважин такие давления достигают величины 10-20 МПа), является герметичность концевого участка кабеля за счет выполнения надежного оконцовочного устройства для концевой заделки его токопроводящих жил, соединенных в замкнутую электрическую цепь. Это позволит исключить электрический пробой изоляции кабеля и повысит срок его службы. Учитывая, что стоимость 1 км нагревательного кабеля составляет порядка 70-90 тыс. руб., а работы по его замене связаны с остановкой скважины и демонтажем колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), то к качеству оконцовочных устройств для концевой заделки токопроводящих жил концевого участка кабеля предъявляются повышенные требования.

Известно оконцовочное устройство многожильного нагревательного кабеля, включающее защитный стакан, в полости которого размещен конец нагревательного кабеля, состоящий из жестко соединенных между собой для образования замкнутой электрической цепи оголенных концов

токопроводящих жил, заведенных для цели жесткого соединения в металлическую гильзу, поверх которой размещено общее электроизоляционное покрытие в виде термостойких оболочек и термоусадочной трубки (Свидетельство РФ на полезную модель №14474, кл Н 01 В 7/18, от 2000 г.).

Однако это оконцовочное устройство не лишено недостатков, а именно: оно характеризуется недостаточной эксплуатационной надежностью при использовании в нефтяной скважине, особенно при высоком пластовом давлении до 10 МПа. В этих условиях возможно проникновение скважинной жидкости и газа между изоляцией и токопроводящими жилами и, как следствие, происходит нарушение диэлектрических свойств изоляции, электрический пробой и нарушение сплошности изоляции по длине нагревательного кабеля. Это ведет к необходимости замены всего кабеля.

Кроме того, конструкция известного оконцовочного устройства сложна в изготовлении, особенно при использовании кабеля с сечением >6 мм².

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является оконцовочное устройство многожильного нагревательного кабеля, включающее защитный стакан, в полости которого размещен конец нагревательного кабеля, состоящий из жестко соединенных между собой, для образования замкнутой электрической цепи, оголенных концов токопроводящих жил и общего электроизоляционного покрытия, наложенного на эти соединенные концы жил, и установлена герметизирующая перегородка с отверстиями для пропускания через них токопроводящих жил, а в стенке защитного стакана выполнено по меньшей мере, одно снабженное заглушкой отверстие, предназначенное, для размещения в свободной полости защитного стакана материала со свойствами диэлектрика. При этом количество отверстий в

герметичной перегородке соответствует количеству токопроводящих жил нагревательного кабеля, а диаметр каждого указанного отверстия равен диаметру незачищенной от изоляционного слоя токопроводящей жилы. (Свидетельство РФ на полезную модель №39218, кл. Н 01 В 7/18, от 2004 г.)

Указанное известное устройство является достаточно ненадежным при работе в осложненных термобарических внутрискважинных условиях среды при давлении до 20 МПа. К числу его недостатков следует отнести то, что оно является одноразовым и неремонтнопригодным, т.к. его комплектующие детали невозможно использовать для выполнения оконцовочного устройства на другом нагревательном кабеле.

Кроме того, известное устройство не рекомендуется использовать при давлении выше 20 МПа, т.к. в таких условиях не представляется возможным обеспечить требуемые его эксплуатационные характеристики.

Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной надежности оконцовочного устройства многожильного кабеля в составе нагревательной кабельной линии для осложненных термобарических условиях нефтяных или нагнетательных скважин, в том числе и при гидравлическом давлении 25 МПа и газовом давлении до 15 МПа и при температуре до +120°С, за счет обеспечения надежной герметизации токопроводящих жил концевого участка кабеля, соединенных между собой для образования замкнутой электрической цепи, при одновременном обеспечении многократного повторного использования конструктивных элементов оконцовочного устройства на других кабелях.

Указанный технический результат обеспечивается предлагаемым универсальным оконцовочным устройством многожильного кабеля, включающим защитный стакан, в полости которого размещен конец кабеля, состоящий из соединенных между собой для образования

замкнутой электрической цепи оголенных концов токопроводящих жил и общего электроизоляционного покрытия, наложенного на эти соединенные концы жил, и установлена герметизирующая перегородка с отверстиями для пропускания через них токопроводящих жил, при этом в стенке защитного стакана выполнено по меньшей мере одно снабженное заглушкой отверстие, предназначенное для размещения в свободной полости защитного стакана материала со свойствами диэлектрика, при этом новым является то, что с открытого торца защитного стакана вплотную к герметизирующей перегородке дополнительно установлен поджимающе-упорный элемент с отверстием для пропускания через него токопроводящих жил, имеющий резьбовое соединение с защитным стаканом, а в качестве материала со свойствами диэлектрика свободная полость защитного стакана заполнена газообразным и/или жидким веществом с диэлектрическими свойствами.

Внутренняя поверхность защитного стакана может быть облицована диэлектрическим материалом.

Стенка защитного стакана снабжена компенсатором давления, выполненным из упруго-деформируемого материала.

В предлагаемом оконцовочном устройстве герметизирующая перегородка установлена в полости защитного стакана со смещением к его открытому торцу и выполнена из упруго-деформируемого материала в форме цилиндра или усеченного конуса.

Герметизирующая перегородка выполнена разъемной, части которой соединены между собой посредством узла герметизации.

В качестве газообразного и жидкого вещества с диэлектрическими свойствами используют вещество однокомпонентного или многокомпонентного состава с высокими или сверхвысокими проникающими свойствами.

При этом поджимающе-упорный элемент выполнен из материала, реализующего эффект сверхупругости, например, из никелида титана или

из сплавов на основе меди с температурой окончания обратного мартенситного превращения не выше минимальной температуры окружающей среды.

Согласно преимущественному варианту выполнения, резьбовое соединение поджимающе-упорного элемента с защитным стаканом выполнено снаружи или внутри защитного стакана.

Оголенные концы токопроводящих жил соединены между собой посредством гильзы или пластины, выполненных из меди, стали или сверхпроводимого материала.

При этом общее электроизоляционное покрытие, нанесенное на соединенные концы оголенных жил, выполнено в виде затвердевшего герметизирующего материала или в виде сэндвича из нанесенного на соединенные концы оголенных жил изоляционного материала с подклеивающим слоем и размещенного поверх него затвердевшего герметизирующего материала, а в качестве герметизирующего материала используют многокомпонентный компаунд.

В предлагаемом оконцовочном устройстве защитный стакан и/или поджимающе-упорный элемент соединены разъемно или неразъемно с общей изоляционной оболочкой и/или броней нагревательного кабеля.

Защитный стакан в поперечном сечении в зоне расположения концевого участка кабеля выполнен в виде круга, или квадрата, или прямоугольника, или эллипса, или выпукло-вогнутого эллипса.

Благодаря тому, что с открытого торца защитного стакана вплотную к герметизирующей перегородке установлен поджимающе-упорный элемент с отверстием для пропускания через него токопроводящих жил, имеющий резьбовое соединение с защитным стаканом, обеспечивается надежная герметизация токопроводящих жил кабеля в составе нагревательной кабельной линии.

Благодаря выполнению указанной герметизирующей перегородки разъемной, части которой соединены посредством узла герметизации, обеспечивается удобство сборки - разборки предлагаемого оконцовочного устройства, а значит, обеспечивается возможность ремонта и повторного использования конструктивных деталей для выполнения других оконцовочных устройств на другом кабеле.

И одновременно, благодаря заявленному конструктивному выполнению перегородки в совокупности с установкой около нее поджимающее-упорного элемента, а также благодаря тому, что защитный стакан и/или поджимающе-упорный элемент соединены разъемно или неразъемно с общей изоляционной оболочкой и/или броней нагревательного кабеля, например, посредством изоляционного материала, исключается проникновение агрессивной среды между жилами внутрь кабеля. Кроме того, дополнительную защиту придает общее электроизоляционное покрытие, нанесенное на соединенные концы оголенных жил и выполненное в виде затвердевшего герметизирующего материала или в виде сэндвича из нанесенного на соединенные концы оголенных жил изоляционного материала с подклеивающим слоем и размещенного поверх него затвердевшего герметизирующего материала.

Благодаря заполнению свободной полости защитного стакана газообразным и/или жидким веществом с высокими диэлектрическими высокими поникающими свойствами, создается дополнительный защитный слой однородного состава, исключающий проникновение агрессивной среды к токопроводящим жилам, соединенным между собой.

Благодаря тому, что стенка защитного стакана снабжена компенсатором давления, выполненным из упруго-деформируемого материала, обеспечивается установление равновесия в давлениях внутри защитного стакана и в скважине, что исключает возможность проникновения жидкости нефтяной или нагнетательной скважины во внутреннюю полость защитного стакана.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид оконцовочного устройства, а на фиг.2 - разрез А-А предлагаемого устройства.

Оконцовочное устройство, согласно предлагаемой полезной модели, состоит из защитного стакана 1, поджимающе- упорного элемента 2 с отверстием, который одним концом соединен с защитным стаканом 1 посредством резьбы 3 расположенной, например, внутри стакана (при этом в другом варианте исполнения - резьба снаружи), а другим концом герметично соединен разъемно или неразъемно с общей изоляционной оболочкой 4 и/или броней 5 кабеля 6. Вплотную к поджимающе-упорному элементу 2 установлена разъемная поперечная герметизирующая перегородка 7 с отверстиями 8, предназначенными для пропускания оголенных токопроводящих жил 9 и незачищенных от изоляционного слоя токопроводящих жил 10 кабеля 6.

Число отверстий 8, выполненных в перегородке 7, в преимущественном варианте выполнения, соответствует числу токопроводящих жил в кабеле 6 (на чертеже показан трехжильный кабель), а диаметр каждого отверстия равен диаметру одной незачищенной от изоляционного слоя токопроводящей жилы 10 (т.е. с изоляцией) в кабеле 6.

Разъемные части поперечной герметизирующей перегородки соединены посредством узла герметизации, например, с помощью шлицевого соединения.

Незачищенные от изоляционного слоя токопроводящие жилы 10, освобожденные от общей изоляционной оболочки 4 и брони 5, введены в пределы внутреннего пространства поджимающе-упорного элемента 2 с выводом их через отверстия 8 поперечной разъемной герметизирующей перегородки 7 в полость защитного стакана 1, где их оголенные концы 9 жестко соединены между собой, например, посредством приспособления 11,например, гильзы или пластины, например, медной, и образуют замкнутую электрическую цепь.

Дополнительно на соединенные концы оголенных жил 9 нанесено общее электроизоляционное покрытие 12, выполненное, например, в виде затвердевшего герметизирующего материала или в виде сэндвича, состоящего из нанесенного на соединенного концы оголенных жил 9 изоляционного материала с подклеивающим слоем и размещенного поверх него затвердевшего герметизирующего материала.

При этом полость защитного стакана 1 посредством отверстия 13, снабженного заглушкой 14, заполняется газообразным и/или жидким веществом 15, например, веществом многокомпонентного состава с диэлектрическими и сверхвысокими проникающими свойствами, а внутренняя поверхность защитного стакана 1 облицована диэлектрическим материалом 16, например, из эластичного материала. При этом отверстие 13 снабжено резьбой, а заглушка 14 выполнена в виде стержня с ответной резьбой на наружной поверхности. Кроме того, на стенке защитного стакана 1 размещен компенсатор давления 17, выполненный из упруго-деформируемого материала.

Предлагаемое оконцовочное устройство выполняется при монтаже кабельной линии непосредственно у скважины или на кабельном участке. После определения необходимой длины кабеля производят концевую заделку его свободного конца путем выполнения оконцовочного устройства по вышеприведенной схеме. Завершив сборку оконцовочного устройства и перед спуском кабеля в скважину производят наземные испытания изготовленного оконцовочного устройства на специальном стенде, на котором моделируют скважинные условия, а именно: наличие агрессивной пластовой среды, температура +30-100°С, давление 22 МПа. Время испытаний составляет 18 часов.

В случае отсутствия электрического пробоя кабеля в процессе испытаний в наземных условиях, кабель спускают в скважину путем крепления хомутами или протекторами к наружной поверхности насосно-

компрессорных труб. После спуска в скважину всего кабеля второй свободный конец подключают к источнику питания.

Оконцовочное устройство многожильного кабеля, входящего в состав нагревательной кабельной линии, по предлагаемой полезной модели было выполнено на трехжильном нагревательном кабеле марки КНПпБП - 1203×8 - 2500. Оно было испытано в следующих условиях:

- агрессивная среда - модель пластовой воды с минерализацией согласно ГОСТ - 9.905 и РД 39-0147276-359;

- температура - +100°С;

- давление в испытательной камере - 22 МПа;

- время выдержки - 18 часов.

Результаты испытаний - изоляция не нарушена, электрического пробоя нет.

Таким образом предлагаемое оконцовочное устройство многожильного кабеля обеспечивает эффективную герметизацию соединения токопроводящих жил кабеля, а значит - высокую эксплуатационную надежность работы нагревательного кабеля в осложненных термобарических условиях.

1. Универсальное оконцовочное устройство многожильного кабеля, включающее защитный стакан, в полости которого размещен конец нагревательного кабеля, состоящий из соединенных между собой для образования замкнутой электрической цепи оголенных концов токопроводящих жил и общего электроизоляционного покрытия, наложенного на эти соединенные концы жил, и установлена герметизирующая перегородка с отверстиями для пропускания через них токопроводящих жил, при этом в стенке защитного стакана выполнено по меньшей мере одно снабженное заглушкой отверстие, предназначенное для размещения в свободной полости защитного стакана материала, со свойствами диэлектрика, отличающееся тем, что с открытого торца защитного стакана вплотную к герметизирующей перегородке дополнительно установлен поджимающе-упорный элемент с отверстием для пропускания через него токопроводящих жил, имеющий резьбовое соединение с защитным стаканом, а в качестве материала, со свойствами диэлектрика, свободная полость защитного стакана заполнена газообразным и/или жидким веществом с диэлектрическими свойствами.

2. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что при этом внутренняя поверхность защитного стакана облицована диэлектрическим материалом.

3. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что стенка защитного стакана снабжена компенсатором давления, выполненным из упруго-деформируемого материала.

4. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве газообразного и жидкого вещества с диэлектрическими свойствами используют вещество однокомпонентного или многокомпонентного состава с высокими или сверхвысокими проникающими свойствами.

5. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что герметизирующая перегородка установлена в полости защитного стакана со смещением к его открытому торцу.

6. Оконцовочное устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что герметизирующая перегородка выполнена в форме цилиндра или усеченного конуса.

7. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что герметизирующая перегородка выполнена разъемной, части которой соединены посредством узла герметизации.

8. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что герметизирующая перегородка выполнена из упруго-деформируемого материала.

9. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что поджимающее-упорный элемент выполнен из материала, реализующего эффект сверхупругости, например, из никелида титана или из сплавов на основе меди с температурой окончания обратного мартенситного превращения не выше минимальной температуры окружающей среды.

10. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что резьбовое соединение поджимающе-упорного элемента с защитным стаканом выполнено снаружи или внутри защитного стакана.

11. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что оголенные концы токопроводящих жил соединены между собой посредством гильзы или пластины, выполненных из меди, стали или сверхпроводимого материала.

12. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что общее электроизоляционное покрытие, нанесенное на соединенные концы оголенных жил, выполнено в виде затвердевшего герметизирующего материала или в виде сэндвича из нанесенного на соединенные концы оголенных жил изоляционного материала с подклеивающим слоем и размещенного поверх него затвердевшего герметизирующего материала.

13. Оконцовочное устройство по п.10, отличающиеся тем, что в качестве общего изоляционного покрытия, наложенного на соединенные концы жил, используют многокомпонентный компаунд.

14. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный стакан и/или поджимающее-упорный элемент соединены разъемно или неразъемно с общей изоляционной оболочкой и/или броней нагревательного кабеля.

15. Оконцовочное устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный стакан в поперечном сечении в зоне расположения конца нагревательного кабеля выполнен в виде круга, или квадрата, или прямоугольника, или эллипса, или выпукло-вогнутого эллипса.