кабельный соединитель для бронированных грузонесущих кабелей

Формула изобретения

Кабельный соединитель для бронированных грузонесущих кабелей, содержащий корпус, снабженный соединительной колодкой с контактными элементами и узлом для электроизоляции и герметизации электровводов с самоуплотняющимся гидроэлектроизолятором с приливами, кабельный зажим для крепления проволок брони кабеля, защитный колпак для фиксации кабельного зажима и электровводы, отличающийся тем, что в него дополнительно введен опорный мост, выполненный в виде цилиндра, изготовленного из высокопрочной стали с отверстиями, и размещенный между гидроэлектроизолятором и соединительной колодкой с контактными элементами, причем в отверстиях опорного моста со стороны скважины посредством стеклянных электроизоляторов герметически закреплены металлические стержни электровводов по количеству жил кабеля, при этом стеклянные электроизоляторы имеют конусность и с обоих торцов цилиндрические выступы, а жилы кабеля прикреплены к металлическим стержням электровводов с полным охватом изоляцией жил места их соединения и плотным примыканием к выступу стеклянного электроизолятора, соединенному герметически с гидроэлектроизолятором, а соединительная колодка с контактными элементами выполнена из электроизоляционного стекла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям в скважинах, в частности к аппаратуре и оборудованию для выполнения каротажных работ, и может быть использовано для работы в глубоких и сверхглубоких скважинах.

Известен электрический ввод (а.с. СССР 1379807, М кл. Н 01 В 17/26, опубл. 07.03.88 г., Бюл.9), содержащий основание с отверстием, имеющим конический участок на части длины, расположенный в отверстии металлический корпус, имеющий форму двух усеченных конусов, совмещенных большими основаниями, один из которых сопряжен с коническим участком отверстия основания, токоведущую шпильку конической формы, установленную в отверстии корпуса, и герметизирующий элемент, выполненный в виде втулки из изоляционного материала с цилиндрическим и коническим участками. Электроввод дополнительно снабжен охватывающей втулку гайкой с внешней резьбой и коническим отверстием, другой участок длины отверстия основания имеет форму цилиндра и образует с коническим участком уступ, на коническом участке втулки выполнен кольцевой выступ, взаимодействующий с уступом основания, при этом гайка расположена в цилиндрической части отверстия основания.

Недостатком данного изобретения является малая термобаропрочность, которая не обеспечивает работу при высоких параметрах из-за отсутствия изоляции в соединении жилы кабеля с токоведущей шпилькой.

Известно устройство герметизации жил кабеля посредством резиновых прокладок, зажатых между шайбами, в которых выполнены соосные сквозные отверстия для жил кабеля (а.с. СССР 1343383, М кл. Е 21 В 47/00, опубл. 07.10.87 г., Бюл.37).

Однако, такой способ герметизации имеет крайне низкие эксплуатационные параметры и может быть использован в сравнительно неглубоких скважинах (200-300 м), в которых давление не превышает 20-30 МПа. Кроме того, при нарушении целостности изоляции жил кабеля выше его зажима в резиновых прокладках, промывочная жидкость, заполняющая скважину, гидростатическим давлением загоняется в пространство между проволочками жил кабеля под изоляцию и, распространяясь по нему, поступает во внутреннюю полость прибора или кабельного соединения, приводя его в негодность.

За прототип взято устройство для соединения скважинных приборов с кабелем (а. с. СССР 1317106, М кл. Е 21 В 47/00, опубл. 15.06.87 г., Бюл.22), содержащее охранный кожух с ловильной головкой, корпус, узел для механического крепления кабеля. Узел для гидроэлектроизоляции выполнен в виде цилиндра из упругого электроизоляционного материала с приливами, снабженного изолирующей прокладкой и опорным диском с отверстиями для проводов кабеля и электровводами, выполненными в виде металлических стержней, соединенных с монтажными изолированными проводами. Узел для гидроэлектроизоляции и соединительная колодка размещены в корпусе.

Недостатком этого устройства является то, что при гидростатических давлениях, превышающих 100 МПа, и температурах выше 150^oС упругий материал герметизирующего узла (например, резина) начинает "вытекать" в зазор между металлическими стержнями электровводов и жесткой изолирующей прокладкой и далее в зазор между монтажными проводами и опорным диском, снижая герметизацию и срок службы устройства. Следует иметь в виду, что при повышении температуры и давления до вышеуказанных параметров объемное электрическое сопротивление материала, из которого изготовлен узел, выполняющий электрическую изоляцию электровводов, падает до критической величины, т.е. ниже 5 МОм. Кроме того, если колодка с контактными элементами выполнена из пресс-материала АГ-4В, имеющего верхний температурный предел 200^oС, следовательно, этой температурой и ограничивается работоспособность всего устройства в целом.

Задача, выполняемая изобретением, - повышение термобаропрочности, и тем самым повышение надежности с обеспечением возможности работы в глубоких и сверхглубоких скважинах.

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее корпус, снабженный соединительной колодкой с контактными элементами и узлом для электроизоляции и герметизации электровводов с самоуплотняющимся гидроэлектроизолятором с приливами, кабельный зажим для закрепления проволок брони кабеля, защитный колпак и электровводы, дополнительно введен опорный мост, размещенный между гидроэлектроизолятором и соединительной колодкой с контактными элементами и выполненный в виде цилиндра из высокопрочной стали с отверстиями с внутренним конусом, где со стороны скважины с помощью стеклянных электроизоляторов с сопрягаемыми наружными конусами герметически закреплены металлические стержни электровводов по количеству жил кабеля, при этом конусные стеклянные электроизоляторы имеют с обоих торцов цилиндрические выступы, а жилы кабеля прикреплены к металлическим стержням электровводов так, что изоляция жил кабеля полностью закрывает место соединения и вплотную примыкает к цилиндрическому выступу стеклянного электроизолятора, герметично соединенному с гидроэлектроизолятором. Новым является то, что в узел электроизоляции и герметизации введен опорный мост, размещенный между гидроэлектроизолятором и соединительной колодкой с контактными элементами и выполненный в виде цилиндра с отверстиями, в которых с помощью стеклянного электроизолятора герметично закреплены металлические стержни электровводов по количеству жил кабеля, а соединительная колодка с контактными элементами выполнена из электроизоляционного стекла.

Анализ уровня техники позволил выявить в предлагаемом устройстве совокупность существенных по отношению к поставленному техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле предлагаемого изобретения. Не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения, вследствие чего оно соответствует условию "новизна". Дополнительный поиск известных решений не выявил влияния предусматриваемых отличительными существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, предлагаемое изобретение обладает "изобретательским уровнем".

Заявляемый кабельный соединитель для бронированных грузонесущих кабелей, представленный на чертеже, содержит корпус 1, в котором размещены соединительная колодка 2 с контактными элементами и узел электроизоляции и герметизации, состоящий из самоуплотняющегося гидроэлектроизолятора 3 и опорного моста 4, в котором закреплены металлические стержни 5 электровводов с помощью стеклянных электроизоляторов 6. Жилы кабеля 7 продернуты через самоуплотняющийся гидроэлектроизолятор 3 и соединены с металлическими стержнями 5. Узел электроизоляции и герметизации помещен в цилиндрическую выточку корпуса 1 до упора и поджат фланцем 8, а затем закреплен запорной гайкой 9. Узел стыковки устройства и ответной части скважинного прибора или зонда включает накидную гайку 10, а бронированный кабель 11 закреплен броней 12 в кабельный зажим 13 и посредством защитного колпака 14 зафиксирован на корпусе 1 устройства. Опорный мост 4 имеет кольцевые канавки под уплотнительные кольца 15. Во время транспортировки узел стыковки защищен предохранительной пробкой 16. Жилы кабеля 7 подсоединены к металлическим стержням 5, к которым с другого конца прикреплены монтажные провода 17. Последние затем крепятся к контактным элементам соединительной колодки.

Кабельный соединитель для бронированных грузонесущих кабелей работает следующим образом.

В защитный колпак 14 с достаточным запасом пропускается кабель 11 и заделывается его броня 12 в кабельный зажим 13. На корпус 1 предварительно надевается накидная гайка 10, жилы кабеля 7 пропускаются через фланец 8, запорную гайку 9 и через отверстие гидроэлектроизолятора 3. В собранном виде устройства жилы кабеля 7 имеют избыток по длине, далее они обрезаются на уровне гидроэлектроизолятора 3. Затем жилы кабеля 7 прикрепляются к металлическим стержням 5 так, чтобы изоляция жил кабеля 7 охватывала место соединения и подходила вплотную к выступу стеклянного электроизолятора 6, а гидроэлектроизолятор 3 плотно прилегал к опорному мосту 4. Весь узел в сборе помещается в выточку корпуса 1 до упора в буртик, фланец 8 устанавливается на место и поджимается запорной гайкой 9, создавая тем самым первоначальное напряжение герметизирующего гидроэлектроизолятора 3 и надежно запирая все зазоры между посадочными поверхностями опорного моста 4, корпуса 1 и стеклянными электроизоляторами 6 электровводов, предотвращая течь уплотняющего материала во внутреннюю полость устройства, осуществляя предварительную электроизоляцию соединения. Основную электроизоляцию выполняют стеклянный электроизолятор 6 и изоляция жил кабеля 7, обеспечивая работоспособность устройства при температуре до 250^oС и давлении до 200 МПа в течение 20 часов, а также в более жестких условиях при температуре до 300^oС при снижении времени безотказной работы. Если же устройство эксплуатируется в более легких условиях, то, соответственно, резко возрастает время наработки.

При эксплуатации заявляемого устройства соединение его с ответной частью прибора или кабельной головкой зонда осуществляется при помощи соединительной колодки с контактными элементами и закрепляется накидной гайкой 10. В процессе опускания прибора в скважину на гидроэлектроизолятор 3 воздействует гидростатическое давление промывочной жидкости и сжимает его, т.е. происходит самоуплотнение. Гидроэлектроизолятор 3 изготавливается из лучших сортов геофизических резин.

В соответствии с данным описанием были изготовлены и испытаны образцы заявляемого устройства и прототипа. При этом для надежной герметизации и электроизоляции электровводов и противодействия давлению и температуре коэффициенты температурного расширения электроизоляционного стекла и материала, из которого изготовлены металлические стержни, выбраны достаточно близкими, а поверхности сопряжения (внутренняя - моста и наружная - стеклянного электроизолятора) выполнены конусными.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Было испытано несколько устройств по заявляемому изобретению (строка 1) и по а.с. СССР 1317106 с использованием различных герметизирующих электроизолирующих материалов, в том числе и лучших геофизических резин. При этом стержни электровводов дополнительно защищались 2-3 слоями фторопластовой ленты толщиной 20-40 мкм (строки 2-5).

Из таблицы видно, что аналоги работоспособны до 150^oС и давлении 100 МПа и не пригодны для более жестких условий, в то время как изготовленные по предлагаемому изобретению - до 250^oС и P=200 МПа.

Преимуществами заявляемого устройства являются:

1. Повышение термобаропрочности за счет конструктивного решения в устройстве элементов из электроизоляционного стекла и лучших сортов геофизических резин для уплотнения посадочных мест и предварительной электрогидроизоляции.

2. Одновременное повышение надежности, технологичности и прочности изделия.

3. Снижение затрат при его изготовлении и эксплуатации по сравнению с прототипом.