CN111326865B - 一种适用于油井井下三相动力圆电缆的连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于油井井下三相动力圆电缆的连接器。所述连接器包括基管、压套、密封套和铜芯插头；铜芯插头的中部为实心结构，两端为对称的空心结构；围绕基管的轴心，3个铜芯插头均匀布置于基管内；密封套内设有3个内通孔，每个内通孔包括铜芯配合段和电线绝缘层配合段；2个密封套设于基管内，密封套的内径等于或略小于基管的外径，且铜芯配合段套设于铜芯插头外，电线绝缘层配合段延伸至基管的末端；基管的两端部分别配合压套，在压套的径向压力作用下，基管挤压密封套；基管与压套之间为活动配合。本发明连接器的结构简单，操作方便，可有效节省电缆接头连接时间。

Description

一种适用于油井井下三相动力圆电缆的连接器

技术领域

本发明涉及一种适用于油井井下三相动力圆电缆的连接器，属于油田采油生产技术领域。

背景技术

电潜泵采油是目前油井常采用的人工举升技术。该技术通过动力电缆，将地面上的供电系统与井下的电潜泵连接起来，持续为电潜泵提供电能，以驱动其电机旋转，为叶轮举升井筒内流体至地面提供动力。从井下电泵至地面供电系统，电缆需要穿越过电缆封隔器、油管挂等多道压力密封装置，由于每口井生产管柱长度及配置不尽相同，为了保证电缆长度与生产管柱相匹配，完井作业中对电缆进行截断、再连接的作业就无可避免。目前的电泵电机主要为三相结构，配套的动力电缆内含三根电线，每根电线外包绝缘层，三根集束后外面再包以绝缘层和金属铠皮，以确保能在完井过程中的摩擦、挤压工况下和生产过程中的井下温压、流体环境下，实现三相电缆的对地绝缘。

受限于井筒内的有限空间，以及对电缆接头防水绝缘的高要求，目前地面上通用的电缆接头并不适用于井下动力电缆。当前，现场常采用的井下动力电缆连接方法为：电缆配长并截断后，剥开接头处铠皮及绝缘层，露出铜芯。分出1根电线，将两侧铜芯对接入配套铜箍内后用钳具夹紧铜箍，自距铜箍一侧一定位置处用力紧缠绝缘防水胶带至另一侧，往复多次确保绝缘防水效果。其余2根电线连接做法类同。三根电线接头连接完毕后，再汇集并紧缠胶带使其汇聚成束，最后将之前剥开预留的铠皮回缠至整个接头外部。该方法存在以下几个问题：一是接头的绝缘密封效果主要基于绝缘防水胶带的缠绕，而这主要取决于现场作业人员的施工经验及水平，缺乏规范性；二是工作量大，耗时长，单个电缆接头需4小时左右，且该作业必须占用井口时间，大大增加了建井成本。其中，制作及缠绕三个电线接头所需的时间占整个接头作业的主要部分。

因此，研究一种操作简便、可快速实现电缆连接且能保证接头绝缘密封长期有效的连接器是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于油井井下三相动力圆电缆的连接器，其操作简便，可快速实现电缆连接且能保证接头绝缘密封长期有效。

本发明所提供的适用于油井井下三相动力圆电缆的连接器，包括基管、压套、密封套和铜芯插头；

所述铜芯插头的中部为实心结构，两端为对称的空心结构；

围绕所述基管的轴心，3个所述铜芯插头均匀布置于所述基管内，所述铜芯插头的所述实心结构之间的间隙填充插头固定密封材料；

所述密封套内设有3个内通孔，沿其轴向，每个所述内通孔包括铜芯配合段和电线绝缘层配合段；

2个所述密封套设于所述基管内，所述密封套的内径等于或略小于所述基管的外径，且所述铜芯配合段套设于所述铜芯插头外，所述电线绝缘层配合段延伸至所述基管的末端；

所述基管的两端部分别配合所述压套，在所述压套的径向压力作用下，所述基管挤压所述密封套；

所述基管与所述压套之间为活动配合。

所述的连接器中，所述插头固定密封材料用于将所述铜芯插头固定于所述基管内(仅与部分所述实心结构接触)且具备绝缘密封功能。

所述的连接器中，所述铜芯插头的所述空心结构的内周壁布置有若干细齿，且为缩颈设置，用于配合电缆铜芯插入，且能防止意外滑脱；

所述空心结构的开口端设有若干径向的裂缝，为在插入铜芯时产生的径向压力作用下进行扩径，从而能够使铜芯顺利地插入所述空心结构内；

所述裂缝优选为沿所述空心结构的周向均匀布置；

所述裂缝的长度可为所述空心结构长度的四分之三至三分之二。

所述的连接器中，所述密封套的所述铜芯配合段套设于所述铜芯插头的所述空心结构和部分裸露的所述实心结构外；

所述密封套与所述铜芯插头的所述实心结构和所述插头固定密封材料的配合面上涂覆绝缘性粘接剂，确保所述密封套与所述实心结构和所述插头固定密封材料交界处的有效绝缘密封。

所述的连接器中，所述密封套采用耐温耐腐蚀橡胶材料制备，能够承受井下温压及流体条件。所述密封套的外径与所述基管的内径相当，内通孔的铜芯配合段的内径略大于所述铜芯插头的空心结构的外径，电线绝缘层配合段略大于电缆的电线绝缘层的外径，以使所述密封套能够安装于所述基管内，以及使电缆的电线绝缘层段安装于所述密封套内。在出厂前将所述密封套装配于所述基管内部。

所述的连接器中，当所述压套向所述基管的中部移动时，实现所述压套对所述基管的挤压。

所述的连接器中，所述压套与所述基管可为螺纹配合；

所述压套设有内螺纹，所述基管设有外螺纹。

所述的连接器中，所述压套和所述基管通过内加厚区和压实区的配合实现对所述密封套的挤压；

具体地，所述压套的内壁面加厚形成所述内加厚区，所述内加厚区的一端形成一内凸环，另一端的端面形成一斜坡；

为了进一步加强对所述密封套的末端的密封效果，所述压套具有如下设置：沿所述内凸环至所述压套的末端部分的内径逐渐缩小形成内径缩小区，所述压套与所述基管配合时(上扣时)可挤压所述密封套的末端部区域，以实现密封。

具体地，所述基管的外壁面加厚形成所述压实区，所述压实区至所述基管的末端为等径区，与所述等径区相连的所述压实区的一端的端面形成一斜坡，即由所述等径区至所述压实区的壁面的厚度逐渐线性增加；

所述基管的两端的开口端设有若干径向的具有一定宽度的裂缝，为在所述压套的径向压力作用下的变形(缩径)预留空间，从而在所述压套的作用下使所述压实区缩径从而产生对所述密封套的径向压力，实现每根电线的绝缘密封；

所述裂缝贯穿所述基管的端部至外螺纹区端部之间的区域，为均匀布置。

优选地，所述基管的结构如下：中部外沿为八角形结构，两端依次为对称的外螺纹区、所述压实区和所述等径区；

所述压套的结构如下：一端部外沿为八角形结构；

所述压套的内壁面上依次为内螺纹区、所述内加厚区和所述内径缩小区。

本发明连接器的结构简单，操作方便，可有效节省电缆接头连接时间。

附图说明

图1为本发明连接器的整体结构示意图。

图2为本发明连接器与电缆装配的示意图。

图3为本发明连接器中压套的结构示意图(剖面图和左视图)。

图4为本发明连接器中密封套的结构示意图(剖面图和左视图)。

图5为本发明连接器中基管的结构示意图(主视图和左视图)。

图6为本发明连接器中铜芯插头的结构示意图(剖面图和主视图)。

图中各标记如下：

1压套；2密封套；3基管；4铜芯插头；5插头固定密封材料；6铠皮；7电缆绝缘层；8电线绝缘层；9铜芯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，为本发明提供的适用于油井井下三相动力圆电缆的连接器的整体结构示意图，它包括1个基管3、2个压套1、2个密封套2和3个铜芯插头4。

如图6所示，其中，左边为铜芯插头4的剖面图，右边为铜芯插头4的主视图，铜芯插头4的中部为实心结构，两端为对称的空心结构，空心结构的内周壁均匀布置有若干细齿，且内径为缩颈设置，用于配合电缆铜芯插入，且能防止意外滑脱；空心结构的开口端设有若干均匀的径向的裂缝，为在插入铜芯时产生的径向压力作用下进行扩径，如右边的主视图所示，裂缝的长度为空心结构长度的四分之三，从而能够使铜芯9顺利地插入铜芯插头4的空心结构内。采用插头固定密封材料5将3个铜芯插头4均匀固定于基管3内，且3个铜芯插头3围绕基管3的轴心均匀布置，插头固定密封材料5仅与铜芯插头4的中间部分接触，保留铜芯插头4两端的部分实心结构为裸露状态，铜芯插头4的排列方式及与插头固定密封材料5的接触关系如图1所示。

如图1和图4所示，密封套2内设有3个内通孔，每个内通孔包括铜芯配合段和电线绝缘层配合段，2个密封套2设于基管3内，且铜芯配合段套设于铜芯插头4的空心结构和部分裸露的实心结构外，密封套2与铜芯插头4的实心结构和插头固定密封材料5的配合面上涂覆绝缘性粘接剂，确保密封套2与实心结构和插头固定密封材料5交界处的有效绝缘密封。密封套2的外径与基管3的内径相当，内通孔的铜芯配合段的内径略大于铜芯插头4的空心结构的外径，电线绝缘层配合段略大于电缆的电线绝缘层的外径，以使密封套2能够顺利安装于基管3内，以及使电缆的电线绝缘层段能顺利安装于密封套2内。密封套2采用耐温耐腐蚀橡胶材料制备，能够承受井下温压及流体条件。在出厂前将密封套2装配于基管3的内部。

如图1和图5所示，基管3中部外沿为八角形结构，用于传递扳手扭矩，两端的壁面上依次为对称的外螺纹区、压实区和等径区。

其中，基管3的外壁面加厚形成压实区，压实区至基管3的末端为等径区，与等径区相连的压实区的一端的端面形成一斜坡，如图5中的放大图所示，即由等径区至压实区的壁面的厚度逐渐增加。基管3的开口端(外螺纹区至末端)设置若干径向的具有一定宽度的均匀的裂缝，为在压套1的径向压力作用下的变形预留空间，如图5中的右图所示，从而基管3在压套1的作用下使其压实区缩径从而产生对密封套2的径向压力，实现每根电线的绝缘密封。

如图1和图3所示，压套1的一端的外沿为八角形结构，用于传递扳手扭矩，压套1的内壁面上依次为内螺纹区、内加厚区和内径缩小区。其中，内螺纹区与基管3的外螺纹区配合，通过螺纹配合将2个压套1连接于基管3的两端。压套1的内壁面加厚形成内加厚区，内加厚区的一端形成内凸环，另一端的端面形成一斜坡，如图3中的局部放大图所示。压套1的内加厚区和基管3的压实区配合，上扣时能产生对密封套2的挤压。压套1的另一端部为等壁厚结构，随着趋向端部，内外径以一定坡度逐渐缩小形成内径缩小区，上扣时可挤压密封套2的端部区域，以实现密封。

利用本发明连接器实现油井井下三相动力圆电缆的连接时，步骤如下：

现场配长后，在设计位置处截断动力电缆，逐一剥开铠皮6、电缆绝缘层7和电线绝缘层8，露出铜芯9，并使得电线绝缘层8的裸露长度不小于密封套2的长度，铜芯9的裸露长度略小于铜芯插头4的空心结构的长度。压套1与基管3预上扣(螺纹配合)连接后，调整方位，将动力电缆插入密封套2内，直至铜芯9完全插入至铜芯插座4内。采用扭矩扳手旋转压套1和基管3上扣，当扭矩开始增大时，表明压套1的内加厚区与基管3的压实区开始接触，并挤压压实区，基管3的压实区将径向压力传递至密封套2上，密封套2受挤压收缩，实现密封套2与电线绝缘层8界面处的有效密封。继续旋转上扣，直至压套1的内凸环与基管3压实区接触，即压套1的内加厚区与基管3的压实区完全接触，此时上扣扭矩显著增大，表明上扣到位。

用防水胶带将连接器两段裸露的电线绝缘层8和电缆绝缘层7缠绕数圈，并将之前剥开电缆时预留的铠皮6重新缠绕直至压套外部，以进一步提高电缆的整体性和抗磨强度。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理等方案的说明。同时，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.一种适用于油井井下三相动力圆电缆的连接器，包括基管、压套、密封套和铜芯插头；

所述铜芯插头的中部为实心结构，两端为对称的空心结构；

围绕所述基管的轴心，3个所述铜芯插头均匀布置于所述基管内，所述铜芯插头的所述实心结构之间的间隙填充插头固定密封材料；

所述密封套内设有3个内通孔，每个所述内通孔包括铜芯配合段和电线绝缘层配合段；

2个所述密封套设于所述基管内，所述密封套的外径等于或略小于所述基管的内径，且所述铜芯配合段套设于所述铜芯插头外，所述电线绝缘层配合段延伸至所述基管的末端；

所述基管的两端部分别配合所述压套，在所述压套的径向压力作用下，所述基管挤压所述密封套；

所述基管与所述压套之间为活动配合，具体结构如下：

所述压套与所述基管为螺纹配合；

所述压套设有内螺纹，所述基管设有外螺纹；

所述压套和所述基管通过内加厚区和压实区的配合实现对所述密封套的挤压；

所述压套的内壁面加厚形成所述内加厚区，所述内加厚区的一端形成一内凸环，另一端的端面形成一斜坡；

沿所述内凸环至所述压套的末端部分的内径逐渐缩小形成内径缩小区；

所述基管的外壁面加厚形成所述压实区，所述压实区至所述基管的末端为等径区，与所述等径区相连的所述压实区的一端的端面形成一斜坡；

所述基管的两端的开口端设有若干沿轴向延伸的裂缝，所述裂缝沿所述基管的周向上具有一定宽度，所述裂缝贯穿所述基管的端部至外螺纹区端部之间的区域。

2.根据权利要求1所述的连接器，其特征在于：所述铜芯插头的所述空心结构的内周壁布置有若干细齿；

所述空心结构的开口端设有若干沿轴向延伸的裂缝；

所述裂缝的长度为所述空心结构长度的四分之三至三分之二；

所述裂缝沿所述空心结构的周向均匀布置。

3.根据权利要求1或2所述的连接器，其特征在于：所述密封套的所述铜芯配合段套设于所述铜芯插头的所述空心结构和部分裸露的所述实心结构外。

4.根据权利要求3所述的连接器，其特征在于：所述密封套与所述铜芯插头的所述实心结构的配合面、所述密封套与所述插头固定密封材料的配合面上均涂覆绝缘性粘接剂。

5.根据权利要求4所述的连接器，其特征在于：所述基管的中部外沿为八角形结构；

近所述基管的中部的所述压套的端部外沿为八角形结构。

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