устройство для крепления силового кабеля к насосно-компрессорным трубам

Формула изобретения

Устройство для крепления силового кабеля к насосно-компрессорным трубам, содержащее корпус, фиксируемый от продольного перемещения на верхнем и нижнем торцах муфты, и две крышки, расположенные в верхней и нижней частях корпуса, каждая из которых имеет шарнир и винт, прижимающий ее и корпус к насосно-компрессорным трубам, отличающееся тем, что поверхность корпуса выполнена цилиндрической с переходом в верхней и нижней его частях в продольные стенки, формирующие соосные продольные пазы для укладки кабеля, с расположенными по одну сторону от этих пазов полками со сквозными отверстиями под винты, образующими в сборе с осями закрепленных на одном конце крышек шарниров винтовые пары, а по другую сторону от этих пазов выполнены зацепы для крышек и сами крышки выполнены упругодеформируемыми, по толщине не превышающими толщины стенки муфты, с ответными элементами для зацепов на своих свободных концах, при этом корпус выполнен таким образом, что в сборе его цилиндрическая поверхность в поперечном сечении выступает за пределы его полок и зацепов, а внутренние торцы продольных стенок выполняют роль фиксаторов устройства на верхнем и нижнем торцах муфты.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к предохранительным устройствам кабельных линий питания погружных электродвигателей, используемых в качестве приводов центробежных насосов для добычи нефти и других пластовых жидкостей.

В современной нефтяной промышленности задача крепления токоподводящего кабеля к насосно-компрессорным трубам решается с помощью различных устройств. Известно, например, устройство для крепления длинномерных изделий к насосно-компрессорным трубам, содержащее металлический хомут и два узла крепления, расположенные соответственно в средней и хвостовой частях хомута (Авт.св-во СССР №994678, кл. Е 21 В 17/00, 1983 г.). Однако данная конструкция ненадежна в эксплуатации, так как существует опасность раскрепления хвостовой части, пропущенной через прорезь в теле хомута, и падения ее в скважину.

Известно также устройство для крепления силового кабеля к насосно-компрессорным трубам, содержащее корпус с продольным пазом для укладки кабеля питания электродвигателя, окна для фиксации устройства на верхнем и нижнем торцах муфты, выполненные на высоте не менее высоты муфты, и стяжки, соединяющие верхнюю и нижнюю части корпуса (Авт.св. СССР №859594, кл. Е 21 В 17/00, 1978, заявка №93041176, кл. Е 21 В 17/00, 1996 г.). Недостатками этого известного устройства являются невозможность его повторного использования из-за отложения парафина и солей на пружинах с упорами, а также ненадежность в эксплуатации из-за больших ударных нагрузок при спускоподъемных операциях, которые ведут к раскрытию корпуса и заклиниванию его между насосно-компрессорными трубами (НКТ) и обсадной колонной.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для крепления силового кабеля к насосно-компрессорным трубам, содержащее корпус, плотно облегающий насосно-компрессорную трубу на угол, близкий к 180°, и имеющий в средней части выступающий над корпусом продольный канал для прохождения закрепляемого кабеля, окна для фиксации устройства на верхнем и нижнем торцах муфты, выполненные на высоте не менее высоты муфты, и стяжки, соединяющие верхнюю и нижнюю части корпуса, которые снабжены соответствующими верхней и нижней крышками, каждая из которых прикреплена к корпусу на шарнире и имеет винт для крепления к соответствующему резьбовому отверстию верхней и нижней частей корпуса (Патент RU №2108439, МПК Е 21 В 17/00, опубл. 10.04.98 г., бюл. №10).

Недостатками этого известного устройства являются:

- незащищенность узлов крепления крышек от ударов о стенки обсадных труб;

- сужение межтрубного пространства между обсадной колонной и насосно-компрессорной трубой, приводящее к затруднению перетока скважинной жидкости при спускоподъемных операциях, вызванное исполнением корпуса и крышек цельнолитыми, т.е. достаточно жесткими и потому требующими расположения плоскости разъема устройства, а следовательно, и узлов крепления крышек к корпусу, на поперечной оси охватываемых насосно-компрессорных труб, т.е. угол охвата трубы корпусом и крышками близок к 180°;

- необходимость усиления крепежных узлов для крышек опорными стяжками, т.к. их расположение за пределами корпуса делает их уязвимыми к ударам о стенки обсадных колонн при спускоподъемных операциях, которые ведут к раскрытию корпуса и заклиниванию его между насосно-компрессорной трубой и обсадной колонной;

- трудоемкость изготовления корпуса, требующего изготовления в теле корпуса соосных отверстий под узлы крепления крышек;

- ненадежность и недолговечность корпуса, т.к. разрушение резьбы в корпусе или облом винта приводят к необходимости замены всего корпуса, учитывая, что возникающие ударные нагрузки могут достигать предельно-допустимых величин для отдельных узлов, в особенности узлов крепления крышек к корпусу, приводить к разрушению устройства в целом и, в результате этого, созданию аварийной ситуации.

Изобретением решается задача обеспечения надежности и долговечности устройства для крепления силового кабеля к насосно-компрессорным трубам, уменьшения площади его поперечного сечения, позволяющего в сборе с насосно-компрессорной трубой увеличить свободное пространство для перетока внутрискважинной жидкости между этой трубой и обсадной колонной

Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в обеспечении конструктивной защищенности от ударов о стенки обсадных труб крышек и их узлов крепления к корпусу за счет приближения к стенкам пазов с уложенным в них кабелем узлов крепления крышек к корпусу: винтовых пар и зацепов с ответными элементами и размещения их в зонах, не контактирующих со стенками обсадных труб, а также выполнения крышек из упругодеформируемого материала, по толщине не превышающего толщины стенки муфты, и, как следствие, за счет этого позволяющего уменьшить вес и габариты устройства в целом и увеличить межтрубное пространство между насосно-компрессорной трубой и обсадной колонной для свободного перетока внутрискважинной жидкости.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для крепления силового кабеля к насосно-компрессорным трубам, как и в наиболее близком к нему, содержащем корпус, фиксируемый от продольного перемещения на верхнем и нижнем торцах муфты, и две крышки, расположенные в верхней и нижней частях корпуса, каждая из которых имеет шарнир и винт, прижимающий ее и корпус к насосно-компрессорным трубам, поверхность корпуса выполнена цилиндрической с переходом в верхней и нижней его частях в продольные стенки, формирующие соосные продольные пазы для укладки кабеля с расположенными по одну сторону от этих пазов полками со сквозными отверстиями под винты, образующими в сборе с осями шарниров, закрепленных на одном конце крышек, винтовые пары, а по другую сторону от этих пазов выполнены зацепы для крышек и сами крышки выполнены упругодеформируемыми, по толщине, не превышающими толщины стенки муфты с ответными элементами для зацепов на своих свободных концах, при этом корпус выполнен таким образом, что в сборе его цилиндрическая поверхность в поперечном сечении выступает за пределы его полок и зацепов, а внутренние торцы продольных стенок выполняют роль фиксаторов устройства на верхнем и нижнем торцах муфты.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами:

фиг.1 - устройство для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам, в изометрии, вид спереди;

фиг.2 - то же, вид сзади;

фиг.3 - устройство для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам, вид сбоку;

фиг.4 - устройство для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам, сечение А-А.

Устройство для крепления электрического кабеля к насосно-компрессорным трубам (фиг.1-4) содержит корпус 1 и две крышки 2 и 3, каждая из которых имеет соответственно свой шарнир 4 и 5, закрепленный на одном конце крышек 2 и 3, и свой винт 6 и 7, проходящий через отверстие в корпусе и образующий с осью своего шарнира 4 и 5 винтовую пару и прижимающий свою крышку 2 и 3 и корпус 1 к насосно-компрессорной трубе 8.

Винтовые пары, образованные осями шарниров 4 и 5 и винтами 6 и 7, позволяют упростить шарнирный узел за счет замены ответных элементов шарнира на корпусе на стандартный винт и совместить в этом узле две функции: обеспечение неразъемного шарнирного соединения крышек 2 и 3 с корпусом и их прижима к насосно-компрессорным трубам 8, а также сохранить целостность устройства при его демонтаже.

Корпус 1 имеет цилиндрическую поверхность 9, выступающую в поперечном сечении над узлами крепления крышек, с переходами в верхней и нижней его частях в продольные стенки 10 и 11, формирующие соосные продольные пазы для укладки электрического кабеля 12 с расположенными по одну сторону от этих пазов полками 13 и 14, имеющими отверстия под винты 6 и 7. По другую сторону от продольных пазов выполнены зацепы 15 и 1,6 для крышек 2 и 3.

Выполнение поверхности 9 корпуса 1 цилиндрической позволяет снизить концентрацию напряжений при ударах корпуса об обсадную трубу, а расположение узлов крепления крышек к корпусу в зонах, защищенных цилиндрической частью 9 корпуса 1 и его продольными стенками, формирующими продольные пазы для укладки кабеля, максимально предохраняет эти узлы крепления от ударов о стенки и стыки обсадных труб.

Цилиндрическая поверхность корпуса (фиг.3) на верхнем и нижнем концах корпуса 1 имеет уклоны 17 и 18, обеспечивающие плавность прохождения насосно-компрессорных труб при проведении спускоподъемных операций, при этом скосы 18 корпуса 1, соединяющие цилиндрическую поверхность 9 корпуса 1 с полками 13, 14 и зацепами 15, 16, кроме этого, усиливают корпус, повышая прочность его полок.

Внутренние торцы продольных стенок 10, 11 корпуса 1 выполняют роль фиксаторов корпуса 1 на верхнем и нижнем торцах муфты 19.

Крышки 2 и 3 изготовлены из упругодеформируемой полосы, позволяющей обеспечить охват насосно-компрессорной трубы на угол, превышающий 180°, и, за счет этого расположить узлы крепления крышек к корпусу вблизи пазов для укладки кабеля, обеспечивая тем самым защиту этих узлов от прямого контакта со стенками и стыками обсадной колонны, при этом толщина упругодеформируемой полосы не превышает толщины стенки муфты 19, что, в свою очередь, также позволяет устранить непосредственный контакт крышек со стенками и стыками обсадной колонны и, таким образом, повысить надежность и долговечность устройства в целом.

Свободные концы крышек содержат ответные элементы 20 и 21 для зацепов 15 и 16 корпуса 1. Эти ответные элементы 20, 21 могут быть выполнены, например, в виде петель с продольными пазами и с встроенными в них пальцами 22, 23 с отверстиями для захвата свободных концов крышек 2 и 3 специальным инструментом (не показан) и насаживания ответных элементов 20, 21 на зацепы 15, 16 корпуса 1.

Предлагаемое устройство для крепления силового кабеля к насосно-компрессорным трубам устанавливают следующим образом.

Перед установкой устройства на муфту 19 винты 6 и 7 выворачивают из осей шарниров 4 и 5 до ограничителей (не показаны) и отводят крышки 2 и 3 в стороны от корпуса до полного его раскрытия.

Затем в продольные пазы корпуса 1 закладывают кабель 12 и устанавливают корпус 1 на насосно-компрессорную трубу 8 таким образом, чтобы внутренние торцы продольных стенок 10, 11 и полок 13, 14 опирались на трубу 8, а муфта 19 находилась между ними и фиксировала устройство от продольного перемещения.

После этого последовательно, один за другим закрепляют свободные концы крышек 2 и 3 на зацепах 15, 16 корпуса 1 с помощью специального ключа (не показан), вставляемого в отверстия пальцев 22, 23 ответных элементов 20 и 21 крышек 2 и 3. Затем, вращая тем же ключом винты 6 и 7, плотно прижимают корпус 1 с кабелем 12 к насосно-компрессорным трубам 8, при этом оси шарниров 4 и 5 в винтовых парах выполняют роль гаек.

Использование эффекта упругого деформирования крышек 2 и 3 при монтаже устройства делает невозможным самопроизвольное отделение устройства от насосно-компрессорных труб даже при ослаблении зажима винтовых пар.

При использовании предлагаемого устройства ударные нагрузки при спускоподъемных операциях и статические нагрузки от веса колонны насосно-компрессорных труб испытывает наиболее прочная цилиндрическая часть корпуса, выступающая в поперечном сечении над узлами крепления крышек, при этом крышки и узлы крепления крышек к корпусу остаются защищенными.

Демонтаж устройства производят в обратном порядке.

Таким образом, предлагаемое устройство за счет совокупности своих существенных признаков, обеспечивающих конструктивную защищенность крышек и их узлов крепления к корпусу, а также уменьшающих площадь поперечного сечения устройства, позволяет повысить его надежность и долговечность, а также увеличить межтрубное пространство между насосно-компрессорной трубой и обсадной колонной для свободного перетока внутрискважинной жидкости.

Кроме того, использование предложенной совокупности признаков позволяет уменьшить вес устройства и обеспечить его высокую ремонтопригодность за счет простоты и технологичности конструкции, а также расширить арсенал известных технических средств, обеспечивающих крепление силового кабеля к насосно-компрессорным трубам.