Система погружной концевой кабельной муфты для использования в скважинном применении
Изобретение относится к средствам соединения в скважине электрического кабеля с погружным электродвигателем. Техническим результатом является повышение герметичности и прочности соединения. Предложена система формирования электрического соединения в подводной среде, содержащая: погружной компонент, снабжаемый электричеством; и соединение, присоединенное к погружному компоненту для обеспечения возможности подачи электроэнергии на погружной компонент. Причем соединение, имеет множество проводников и корпус, сформованный из пластичного материала, вокруг множества проводников. Причем корпус, содержит фланец, посредством которого корпус прикрепляется к погружному компоненту, и стыкуемую часть, размещенную для образования уплотнения с погружным компонентом, когда корпус прикреплен к погружному компоненту. При этом фланец и стыкуемую часть формируют из пластичного материала в виде единой части корпуса, когда корпус сформован, причем единая часть диэлектрически изолирует и герметически уплотняет проводящую часть каждого из множества проводников. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В различных вариантах применения в скважинах электроэнергию подают в скважину в погружной компонент. Например, силовые кабели могут прокладывать в стволе скважины для соединения с погружным электродвигателем системы погружного центробежного насоса. Нижний конец электрического кабеля соединяют с погружным компонентом системой соединения, часто называемой системой концевой кабельной муфты.
Существующие системы концевой кабельной муфты, в общем, содержат металлический корпус концевой кабельной муфты, через который проложены проводники силового кабеля. Кабельные наконечники проводников силового кабеля проходят из корпуса концевой кабельной муфты для вставки в соответствующие гнезда погружного компонента. В металлическом корпусе концевой кабельной муфты проводники силового кабеля окружены диэлектрической изоляцией, эластомерными уплотнениями и блоками, работающими на сжатие для защиты функционирования системы концевой кабельной муфты. Дополнительные уплотнения могут размещать между корпусом концевой кабельной муфты и соответствующим кожухом погружного компонента для дополнительной изоляции и защиты проводящих каналов. Вместе с тем, такие многокомпонентные системы концевых кабельных муфт могут являться сложными, дорогими и подверженными протечкам.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В общем, в настоящей заявке дана методика защиты электрических проводников, погруженных в окружающую среду, такую как окружающая среда в стволе скважины. Система соединения размещена на конце электрического кабеля для обеспечения соединения электрического кабеля с погружным компонентом. Система соединения содержит корпус соединения, формируемый из пластичного материала, который формуется вокруг, по меньшей мере, одного проводника. Пластичный материал изолирует и защищает, по меньшей мере, один проводник, когда корпус соединителя соединяется с погружным компонентом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Некоторые варианты осуществления описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми позициями ссылки обозначены одинаковые элементы, и на которых показано следующее.
На Фиг.1 схематично показан один пример системы кабельного соединителя, соединяющего электрический кабель с погружным компонентом, согласно варианту осуществления.
На Фиг.2 показан вид сбоку системы погружного электрического центробежного насоса, в которой силовой кабель соединен с погружным электродвигателем системой соединения, согласно варианту осуществления.
На Фиг.3 показан изометрический вид одного примера системы соединения, согласно варианту осуществления.
На Фиг.4 показан вид сечения по линии 4-4 Фиг.3, согласно варианту осуществления.
На Фиг.5 схематично показан другой пример системы соединения согласно альтернативному варианту осуществления.
На Фиг.6 показана блок-схема последовательности операций одного способа подготовки системы соединения для использования с погружением во внешнюю среду согласно варианту осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В следующем описании ряд деталей изложен для обеспечения понимания различных предпочтительных вариантов осуществления. Вместе с тем, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что данные варианты осуществления можно реализовать без многих из данных деталей, и что возможны многочисленные изменения или модификации описанных вариантов осуществления.
Настоящая заявка, в общем, содержит систему и методологию, относящуюся к погружным соединениям между электрическими кабелями и погружными компонентами. В одном варианте осуществления предложена система соединения для обеспечения электрического соединения между силовым кабелем и погружным компонентом, таким как погружной электродвигатель. В системе соединения использовано соединение, иногда именуемое концевой кабельной муфтой, который упрощает конструкцию, уплотняется на одной или нескольких внутренних проводниках и облегчает выполнение уплотнения с погружным компонентом.
Согласно одному конкретному примеру, система соединения содержит корпус соединения, формуемый вокруг каждого проводника электрического кабеля. Например, корпус соединения может быть сформован вокруг трех проводников типа, используемого в различных внутрискважинных силовых кабелях. Пластичный материал выбирают и формуют вокруг одного или нескольких проводников для создания герметичного уплотнения вокруг каждого проводника и создания диэлектрической изоляции с исключением необходимости в других компонентах. Формуемый корпус соединения также обеспечивает высокую устойчивость к механическим повреждениям.
Использование пластичного материала обеспечивает возможность формирования корпуса соединения в различных конфигурациях. Например, корпус соединения можно сформовать сложной формы, включающим в себя различные особенности. В одном варианте осуществления, корпус соединения сформован для формирования кожуха проводника/основной части корпуса, установочного фланца и стыковочной части для обеспечения герметичного соединения с погружным компонентом. Весь корпус соединения может быть сформирован как один, единый, сформованный компонент. Также, единый корпус соединения может быть сформирован вокруг индивидуальных проводников или групп проводников, таких как три проводника, имеющихся в различных силовых кабелях, используемых для электропитания трехфазных электродвигателей.
Пластичный материал выбирают согласно окружающей среде, в которой концевая кабельная муфта/система соединения подлежит использованию. В зависимости от варианта применения, корпус соединения может быть выполнен из термопластичного материала, термореактивного материала, жидкокристаллического полимерного материала или других подходящих пластичных материалов. Использование данных пластичных материалов обеспечивает создание кожухом корпуса соединения герметичного уплотнения по отношению к проводникам, предотвращающего вход окружающей среды в скважине в погружной компонент, такой как погружной электродвигатель. Выбранный материал обеспечивает диэлектрическую прочность изоляции на проводниках, таких как медные проводники. Материал также является сочетаемым с окружающей средой в скважине и обеспечивает механическую прочность для скрепления, например, болтами, корпуса соединения с погружным компонентом. Использование таких материалов обеспечивает создание систем соединения, не требующих каких-либо дополнительных эластомерных уплотняющих элементов, поскольку функцию уплотнения выполняет сформованный корпус соединения.
На Фиг.1 показана система 20, развернутая с погружением в окружающую среду 22, такую как окружающая среда в скважине. В данном примере система 20 содержит множество компонентов 24, включающих в себя погружной электрический компонент 26. Для примера, погружной электрический компонент 26 может представлять собой погружной электродвигатель или другой компонент, требующий электропитания в окружающей среде 22, в которую он погружается.
Система 28 электрического соединения обеспечивает электрическое соединение между электрическим погружным компонентом 26 и электрическим кабелем 30, таким как электрический силовой кабель. Система 28 электрического соединения содержит корпус 32 соединения, выполненный из пластичного материала 34. Пластичный материал 34 обеспечивает формирование корпуса 32 разъема в различных конфигурациях, герметично охватывающих один или более внутренних проводников 36, проходящих в корпус 32 соединения из конца электрического кабеля 30.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.2, систему 28 разъема используют для соединения электрического кабеля 30 (в форме силового кабеля) с системой 38 погружного электрического центробежного насоса. Например, силовой кабель 30 может быть соединен с погружным электродвигателем 40, используемым для привода системы погружного электрического центробежного насоса 38. В данном конкретном варианте применения, система 38 погружного электрического центробежного насоса развернута в стволе 42 скважины, пробуренной в геологической формации 44. Ствол 42 скважины может быть обсажен обсадной колонной 46 с перфорацией с множеством перфорационных каналов 48, обеспечивающих приток текучей среды скважины во внутренний объем обсадной колонны 46.
Система 38 погружного электрического центробежного насоса развернута в заданном местоположении в стволе 42 скважины посредством средства 50 транспортировки, которое может иметь форму насосно-компрессорной трубы 52, такой как гибкая насосно-компрессорная труба, или другом подходящем средстве транспортировки. Система 38 соединена со средством 50 транспортировки соединительным устройством 54 и может содержать различные компоненты, связанные с перекачкой. Например, система 38 погружного электрического центробежного насоса может содержать погружной насос 56, соединенный с впуском 58 насоса. Впуск 58 насоса обеспечивает втягивание текучей среды скважины в погружной насос 56, когда насос 56 приводится в действие погружным электродвигателем 40. Во многих вариантах применения защита 60 электродвигателя размещена между погружным электродвигателем 40 и насосом 56 для обеспечения выравнивания давления при изоляции текучей среды электродвигателя от текучей среды скважины.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.2, электропитание, подаваемое на погружной электродвигатель 40 по электрическому кабелю 30, является трехфазным питанием. Вне зависимости от конкретной конструкции погружного электродвигателя 40, система 28 соединения обеспечивает защищенную, постоянную подачу электроэнергии по кабелю 30 на погружной электродвигатель 40. Как электрический кабель 30, так и система 28 соединения сконструированы выдерживающими воздействие окружающей среды, в которой могут иметь место условия высокой температуры, давления и/или химического воздействия. Следует констатировать, что погружной электродвигатель 40 может быть сконструирован с различными габаритами и конфигурацией в зависимости от конкретного варианта применения для перекачки.
На Фиг.3 показан один пример системы 28 электрического соединения. В данном примере корпус 32 соединения выполнен из пластичного материала 34, окружающего внутренние участки проводников 36 и герметично уплотненного на них. Использование пластичного материала 34 обеспечивает долговечную, адаптируемую к конкретным условиям работы герметизацию и обеспечивает конструирование системы 28 соединения без эластомерных уплотнений и/или блоков, работающих на сжатие в корпусе 32 соединения, как дополнительно показано на Фиг.4. В показанном конкретном примере корпус 32 соединения содержит основную часть 62 корпуса и фланцевую часть 64, отходящую радиально наружу от основного участка 62 корпуса. Фланцевая часть может быть спроектирована с отверстиями 66, проходящими сквозь нее, для размещения крепежных элементов, таких как болты, для прочного прикрепления корпуса 32 соединения к погружному компоненту 26. Одно или несколько отверстий 66 можно расположить в необходимом порядке для совмещения крепежных элементов с соответствующими отверстиями, такими как отверстия с резьбой, выполненные в погружном компоненте 26.
Фланцевая часть 64 представляет собой соединительный торец или поверхность 68, выполненную для упирания в соответствующую область соединения погружного компонента 26. В конкретном показанном примере корпус 32 соединения дополнительно содержит стыкуемую часть 70, проходящую от соединительной поверхности 68, для обеспечения уплотнения между корпусом 32 соединения и погружным компонентом 26. Уплотнение, формируемое стыкуемой частью 70, предотвращает приток вредных составляющих скважинной текучей среды и защищает один или несколько кабельных наконечников 72 проводников 36, когда эти кабельные наконечники 72 введены в соответствующие гнезда погружного компонента 26. В данном варианте осуществления стыкуемая часть 70 содержит стыкуемую поверхность 74, которая может быть спроектирована как сужающаяся на конус поверхность уплотнения, которая формирует надежное уплотнение между корпусом 32 соединения и погружным компонентом 26 даже без отдельного элемента эластомерного уплотнения.
Фланцевую часть 64, стыкуемую часть 70 и стыкуемую поверхность 74 можно конструировать с различными формами и конфигурациями. Например, стыкуемая часть 70 может быть выдвинутой, углубленной или являться комбинацией выдвинутых и углубленных частей. Дополнительно, стыкуемая поверхность 74 может быть выполнена как сужающаяся на конус поверхность уплотнения или как поверхность уплотнения другого типа, разработанная для образования защитного уплотнения, когда корпус 32 соединения полностью соединен с погружным компонентом 26. В любой из данных конфигураций, основную часть 62 корпуса, фланцевую часть 64, стыкуемую часть 70 и стыкуемую поверхность 74 можно выполнять, в виде единого компонента из пластичного материала 34. Дополнительно к этому, в данном варианте осуществления показаны кабельные наконечники 72, выполненные в конфигурации из трех элементов, но проводники 36 и кабельные наконечники можно выполнять в различных других конфигурациях.
На Фиг.5 показан альтернативный вариант осуществления системы 28 соединения и корпуса 32 соединения. В данном варианте осуществления, корпус 32 соединения выполнен с множеством независимых частей 76 корпуса соединения. Например, независимую часть 76 корпуса разъема можно сформировать из пластичного материала 34 вокруг каждого независимого проводника 36. Части 76 корпуса разъема затем независимо скрепляют с погружным компонентом 26 или соединяют вместе и скрепляют с погружным компонентом 26 как группу.
Создавать различные системы 28 соединений можно различными способами. Вместе с тем, один пример способа выполнения системы 28 соединения показан на блок-схеме последовательности операций способа на Фиг.6. В данном варианте осуществления, вначале выбирают подходящий пластичный материал на этапе, как показано в блоке 78. Выбор материала может зависеть от подземной окружающей среды, в которой систему соединения используют. В окружающей среде в стволе скважины, температура, давление и текучие среды или другие составляющие, находящиеся в конкретном стволе скважины, могут влиять на выбор конкретного типа пластичного материала. Например, некоторые окружающие среды могут обуславливать выбор пластичных термопластичных материалов, термореактивных материалов, жидкокристаллических полимерных материалов, или других подходящих материалов.
После выбора пластичного материала, проводники 36 устанавливают в форму, как показано в блоке 80. Форму затем заполняют прессуемым материалом, как показано в блоке 82. Заполнение формы можно выполнять согласно различным методикам формования, которые могут меняться в зависимости от выбранного типа пластичного материала. Пластичный материал вытесняется вокруг внутренних проводников и формирует уплотнение с этими внутренними проводниками при отверждении, как показано в блоке 84. В данном конкретном примере корпус соединения/концевую кабельную муфту 32 затем удаляют из формы, как показано в блоке 86. Размещение проводников и конструкцию формы разрабатывают с возможностью создания выходящих кабельных наконечников 72 и подходящих поверхностей уплотнения, таких как стыкуемая поверхность 74, для образования долговечного и надежного уплотнения с погружным компонентом 26. В некоторых вариантах применения, способ отверждения (или части способа отверждения) можно выполнять после удаления корпуса разъема из формы.
В зависимости от окружающей среды и электрического погружного компонента, с которым соединен корпус 32 соединения, фактически использующиеся материалы и конфигурация, выбранная для корпуса соединения, могут изменяться. В некоторых вариантах применения, например, индивидуальные проводники можно изолировать в корпусе 32 соединения, тогда как в других вариантах применения большее число проводников, например три проводника, можно изолировать в корпусе 32 соединения. Дополнительно, проводники можно выполнить из меди или других электропроводящих материалов и заканчивать различными кабельными наконечниками 72. Фланцевые части могут быть сконструированы в различных конфигурациях с различным расположением отверстий или других признаков соединения. Дополнительно, вся фланцевая часть может быть замещена другими типами признаков соединения. В некоторых вариантах применения, отдельные элементы уплотнения можно использовать применительно к корпусу соединения; и/или пластичный материал можно конструировать с различными уплотняющими поверхностями, обеспечивающими необходимое уплотнение в окружающей среде скважинной или в других окружающих средах. Проводники, пластичный материал и конфигурацию корпуса соединения выбирают создающими герметичное уплотнение и диэлектрическую прочность для передачи тока на погружной компонент, такой как погружной электродвигатель.
Хотя только несколько вариантов осуществления настоящего изобретения подробно описаны выше, специалисту в данной области техники должно быть ясно, что многие модификации являются возможными без значительного отхода от сущности данного изобретения. Соответственно, такие модификации направлены на включение в объем данного изобретения, определенного в формуле изобретения.
1. Система формирования электрического соединения в подводной среде, содержащая:
погружной компонент, снабжаемый электричеством; и
соединение, присоединенное к погружному компоненту для обеспечения возможности подачи электроэнергии на погружной компонент, причем соединение имеет множество проводников и корпус, сформованный из пластичного материала, вокруг множества проводников, причем корпус содержит фланец, посредством которого корпус прикрепляется к погружному компоненту, и стыкуемую часть, размещенную для образования уплотнения с погружным компонентом, когда корпус прикреплен к погружному компоненту, причем фланец и стыкуемую часть формируют из пластичного материала в виде единой части корпуса, когда корпус сформован, причем единая часть диэлектрически изолирует и герметически уплотняет проводящую часть каждого из множества проводников.
2. Система по п. 1, в которой погружной компонент представляет собой погружной электродвигатель.
3. Система по п. 1, в которой фланец содержит множество отверстий для размещения крепежных элементов, проходящих через него.
4. Система по п. 1, в которой стыкуемая часть проходит от соединяющейся поверхности корпуса и содержит сужающуюся на конус поверхность уплотнения.
5. Система по п. 1, в которой корпус выполнен из термореактивного материала.
6. Система по п. 1, в которой корпус выполнен из термопластичного материала.
7. Система по п. 1, в которой корпус выполнен из жидкокристаллического полимерного материала.
8. Система по п. 1, в которой множество проводников представляет собой три проводника с кабельными наконечниками, выступающими из корпуса.
9. Система по п. 1, в которой корпус уплотняет множество проводников без использования отдельных элементов уплотнения.
10. Устройство электрического соединения силового кабеля с погружным компонентом, содержащее:
кабель, имеющий, по меньшей мере, два проводника;
корпус соединения концевой кабельной муфты, соединенный с концом кабеля для обеспечения герметичного погружного соединения с погружным компонентом, причем корпус соединения концевой кабельной муфты выполнен из пластичного диэлектрического материала, окружающего, по меньшей мере, два проводника и уплотняющего их, и корпус соединения концевой кабельной муфты имеет фланцевую часть, сформированную из пластичного диэлектрического материала, для обеспечения возможности
прикрепления корпуса соединения концевой кабельной муфты к погружному компоненту, причем корпус соединения концевой кабельной муфты диэлектрически изолирует и герметически уплотняет проводящую часть каждого из по меньшей мере двух проводников.
11. Устройство по п. 10, дополнительно содержащее погружной компонент, причем корпус соединения концевой кабельной муфты, герметично соединяется с погружным компонентом.
12. Устройство по п. 10, в котором кабель содержит три проводника, и корпус соединения концевой кабельной муфты сформован вокруг трех проводников как единый компонент корпуса.
13. Устройство по п. 10, в котором кабель содержит три проводника, и корпус соединения концевой кабельной муфты сформован вокруг трех проводников как три отдельных компонента корпуса.
