CN112739885A - 高压电缆头连接器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高压应用的密封电缆连接器装置，包括第一连接器部件(1)和第二连接器部件(5)，第二连接器部件(5)包括用于允许电缆(6)延伸的轴向通道，第一连接器部件包括一个具有径向内表面(1a)的圆柱形通道，并且第二连接器部件适于被引入到所述通道中并且在径向方向上具有相应的形状，所述第二连接器部件具有径向的前端表面(4a)，第一连接器部件和第二连接器部件包括锁定装置，该锁定装置适于施加轴向力并且在连接之后将二者锁定在一起；至少一个弹簧斜面环(2)位于空腔中的内表面，该空腔具有径向尺寸，对应于电缆通道和空腔的外壁之间的空腔的径向尺寸。

Description

高压电缆头连接器

技术领域

本发明涉及高压电缆头连接器，例如，用于将井下电缆与测量仪器连接，以在井下完井中使用。

背景技术

电缆头是井下测量工具的一部分，用于将井下电缆连接到测量仪器，并且需要确保和保护井下电缆与测量仪器之间的连接，并使用双阻隔金属与金属密封件。

用于高压环境的已知解决方案包括具有多个密封环的复杂结构。在图1中示出了现有技术的一个示例，其中，当沿纵向方向推动连接器部件02，03时，两个密封环01在径向方向上受力。该解决方案要求电缆的表面是光滑的，以使密封环01与电缆的表面充分接触，并且提供两个压力屏障所需的零件数量，这增加了发生故障的风险。显示此类解决方案的示例在本领域内是众所周知的，并且可以在GB2287997，US5823256，US3445128和US3325192中找到。在US3985379中提出了一种略有不同的解决方案，其中使用截头圆锥形的环来增加套管的一部分朝向管道的力，从而增加了摩擦力，但是，由于力被分配以避免管道材料变形，因此，上述讨论的限制仍然适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种相对低成本的、具有高压完整性的连接器，其易于在海上应用中组装，同时降低了用户的所需资格。更具体地，在外部紧贴外壳和内部紧贴金属管或电缆的情况下，创建具有高压完整性的连接密封件，这是一个亟待解决的技术问题。根据本发明的优选实施例，要解决的技术问题是如何形成双重金属连接密封件，使其外部紧贴外壳并且内部紧贴具有坚硬的、通常为金属表面的管道或电缆。注意，在类似情况下，本说明书中的“电缆”也应解释为“管道”。

本发明总体上涉及金属对金属的密封，特别是涉及一种嵌入在电缆头外壳与1/4英寸井下油管封装电缆(TEC)之间的弹性金属斜面密封。更具体地说，本发明的特征在于，如所附的权利要求书所述。

这提供了密封接口，用于在高压和高温条件下密封外部流体，同时密封井中流体的内部压力。这是通过迫使密封环向外进入连接器外壳，向内向电缆表面施加力来提供的，电缆表面由金属或具有类似特性的另一种材料制成。在优选实施例中，两个密封环用于密封冗余。

本发明利用了被压缩到预定挠度的环形斜面弹簧，通过弹性斜面弹簧密封形状产生了密封应力。这样，提供了一种使用较少零件的紧凑型连接器，从而将发生故障的风险降到最低，并且易于组装，从而减少了安装系统的时间。这些组件可以直接使用，而无需电缆的接触准备。

因此，通过直接在密封元件上的接触区域中的径向变形和弹性应力，获得了本发明提供的屏障，而没有任何中间部件。

对于本发明而言，至关重要的是要达到两个相同水平的屏障，同时，两个密封均能抵抗HPHT(高压，高温)流体，外部紧贴外壳，内部紧贴来自油管封装电缆(TEC)的管道。

此外，

密封始终以相同的方式在相同的固定和锁定位置变形。

两个密封屏障可在流动方向上独立测试。

两个屏障在密封高压和高温流体的能力方面均相等

两个屏障都具有受控的变形，以实现相同的接触应力。

两个屏障都可以在两个方向上密封HPHT，从左到右或相反。

附图说明

将参考附图更详细地描述本发明，附图通过示例的方式说明了本发明。

图1示出了现有技术。

图2示出了本发明的优选实施例的纵向截面。

图3示出了本发明的密封机构。

图4示出了本发明的简化实施例。

图5示出了本发明的替代实施例。

具体实施方式

如图2所示，本发明的密封连接器包括第一连接器部件1和第二连接器部件5，两者适于被锁定或拧在一起，从而彼此施加轴向力。一个电缆或管道6，最好是TEC或其他具有坚硬的外表面的电缆，穿过连接器。

从图中可以看出，两个斜面环2在轴向上位于第一连接器部件1和第二连接器部件5之间。第二连接器部件5的前端和第一连接器部件的内表面具有径向平面截面，并且斜面环2具有截头圆锥形的形状，该形状相对于径向和轴向方向限定了一个角度。在图2中，两个斜面环彼此向相反的方向倾斜，并且在两个斜面环之间具有止动环3。止动环限制了斜面环形状可以改变的程度，然后两个连接器部件被压在一起，从而限制对电缆外部的作用力和变形。优选地，第二连接器部件的前端4包括低摩擦元件表面4a，以便在拧入连接器中时能够相对于斜面环旋转。

图3说明了斜面环2的功能。斜面环的横截面在两种情况下，未压缩位置7和压缩位置8，显示为圆角的基本矩形形状。在压缩斜面环2之前，即图中所示的未压缩位置7，斜面环2相对于纵轴成45°角，该纵轴对应于第一连接器部件1的外壳的内表面和电缆6的外表面。通过第二连接器部件5的前端4朝向第一连接器部件的内壁1a施加纵向力之后，斜面环倾斜了5°，如压缩位置8所示，在这种情况下，将斜面环的外边缘2c沿径向方向推入第一连接器部件1的内表面，并将内边缘2d朝向电缆6的外表面。这将迫使表面和斜面环之间形成紧密连接，从而密封第一连接器部件和电缆之间的连接。

因此，当施加轴向压力时，斜面密封件2嵌入到外壳1中并压在电缆头外壳6肩部上，优选地，通过金属螺纹的锁紧部件，直到斜面密封件的平坦表面与电缆头外壳的平坦表面配合，分别对应于锁紧部件的平坦表面。

从图3中的斜面环的横截面可以看出，圆角矩形的径向尺寸和厚度之间的比例优选为2:1，并且可以包括：朝向第二连接器部5前端的切边2a，该切边具有25°角度，如果斜面环从斜面密封面倾斜45°。这是为了容纳第二连接器部5的前端4(图3中未显示)，并且当已施加5°的倾斜时，切边2a垂直于纵向方向，并因此平行于第二连接器部5的前端4。这将在旋转振幅点之前将倾斜角度停止在5度，从而保护电缆6和第一连接器部件1的外壳。也可以在与第一连接器部件的内表面1a相互作用的边缘2b上进行类似地切除边缘。这将产生受控的接触应力，从而避免TEC在紧贴电缆的内壁上变形。

图2所示的止动环3可以具有相同的功能，以提供一个以一定角度停止倾斜的底座，从而在不施加更大压力或不会使斜面密封件，电缆或外壳变形超过允许程度的情况下实现密封。

斜面密封件将产生轴向运动，同时旋转20度，在斜面密封件与外壳和相应的井下电缆之间的运动幅度增大之前，停止旋转5度。这样就获得了回弹力以及各部件的保护。

在移动过程中和移动之后，回弹力将在密封接口上施加均匀的压力，并在密封件上保持预设的载荷，使载荷在外壳的外部和电缆管道的内部均匀分布。压缩斜面密封系统能够提供一种压力完整性机制，该机制可在外部和内部的管状壁上形成压力密封，可以使用锁定装置来避免通过旋松锁定部件来松开斜面密封件。

图4和5示出了替代实施例，其中图4仅包括一个斜面密封件2，该斜面密封件2压缩在第二连接器部件的前表面4和第一连接器部件1的内表面1a之间。在图5中，显示了类似的解决方案，其中使用了两个斜面环，在密封方面提供了密封冗余。在这些附图中，矩形横截面示出了在斜面环两侧的切边，以及在内表面1a和前表面4上的切边。

因此，本发明涉及一种高压电缆头连接器，例如，用于将井下电缆连接到测量设备，所示测量设备可以是压力传感器，在井下完井中使用。密封电缆连接装置专为高压应用而制造，其包括：第一连接器部件和第二连接器部件，第二连接器部件包括用于允许电缆或管道延伸的轴向通道；其中，电缆优选具有由金属或另一种硬质材料制成的外表面，该外表面在受力时会变形。第一连接器部1具有圆柱形通道，该圆柱形通道具有径向的内表面1a，第二连接器部5适于被引入到所述通道中并在径向上具有相应的形状，所述第二连接器部具有径向的前端表面4a。空腔围绕电缆通道6同轴地定向。第一连接器部件和第二连接器部件包括锁定装置，该锁定装置适于施加轴向力，并且在连接之后，将第一连接器部件和第二连接器部件锁定在一起。

所述空腔的内部容积包括至少一个斜面环2，在电缆和腔体的外壁之间，该斜面环的径向尺寸对应空腔的径向尺寸，优选地，该斜面环在其内部的纵向上，具有基本的截头圆锥形的形状。在施加所述轴向力时，将所述斜面环的外部推入所述腔壁以及所述电缆通道中的电缆或管道，从而使腔壁和电缆中的材料变形。优选地，腔壁和斜面环由金属制成，并且电缆或管道是具有坚硬或金属外表面的管封装的电缆。优选地，油管封装电缆的材料是镍合金625或镍合金825，并且斜面密封环采用镍合金718材料制成。也可以考虑其他斜面环形状，只要它们在受到轴向力时在径向方向上提供力即可。

第一连接器部件和第二连接器部件可以带有螺纹，通过将第一连接器部件和第二连接器部件拧在一起来施加轴向力。和/或可以设置有其他锁紧部件。

优选地，斜面环由施加高接触应力的弹簧构成，该高接触应力等于空腔的外壁与斜面环和电缆的外表面之间的接触力。当被压缩时，斜面环可适于像通电的弹簧一样起作用，该弹簧施加高接触应力，以补偿部件的热膨胀。

因此，本发明提供了一种第一密封屏障，用于在连接器外壳1和电缆管道6之间进行密封，以保护电缆连接免受井液的侵害。优选地，第二密封屏障用于确保主密封的密封冗余。这是通过使用一个或多个斜面环2来实现的。优选地，两个斜面环的斜面背对背定向设置。因此，

因此，两个斜面环可基于用于HPHT(高压，高温)环境的金属对金属的密封，基于密封件的形状，提供双斜面密封技术，最好适用于25000psi和225℃。

优选地，由于斜面环具有截头圆锥形的形状，因此至少一个斜面环围绕形状对角线的十字交叉点进行旋转，如图3所示和所讨论的，以可控的方式确保对管道封装电缆的最大接触应力，并同时确保与空腔外壁的最大接触应力。1个斜面环或多个斜面环最好一直停在相同的预定位置，该位置由切边2a或图2中的止动环3提供。

使用两个斜面环的优点是可以同时提供两个密封屏障，最好具有与HPHT(高压高温)条件相同的防泄漏能力。

Claims (13)

1.一种用于高压应用的密封电缆连接器装置，其包括：第一连接器部件和第二连接器部件，该第二连接器部件包括：用于允许电缆延伸的轴向电缆通道，该电缆具有与所述通道的尺寸相当的横截面，第一连接器部件具有圆柱形连接器通道，该圆柱形连接器通道的横截面大于电缆通道的横截面，并且该圆柱形连接器通道具有径向的内表面，并且第二连接器部件适于被引入到所述连接器通道中并且在径向上具有相应的形状，所述第二连接器部件具有径向的前端表面，因此，内表面和前端之间的空腔围绕电缆通道同轴定向，第一连接器部件和第二连接器部件包括锁定装置，该锁定装置适于在连接后施加轴向力，将第一连接器部件和第二连接器部件锁定在一起，

其特征在于，至少一个弹簧斜面环位于所述空腔的内表面，该空腔具有径向尺寸，对应于电缆通道和空腔的径向外壁之间的空腔的径向尺寸，以及

其中，在施加所述轴向力的情况下，将所述斜面环的外部沿径向推入方向既进入所述空腔壁又进入电缆通道，从而在斜环与空腔壁之间以及斜面环与电缆之间提供密封相互作用。

2.根据权利要求1所述的密封电缆连接器装置，其特征在于，所述空腔壁和斜面环均采用金属材料制成。

3.根据权利要求1所述的密封电缆连接器装置，其特征在于，所述第一连接器部件和第二连接器部件带有螺纹，通过将第一连接器部件和第二连接器部件拧在一起来施加轴向力。

4.根据权利要求1所述的密封电缆连接器装置，其特征在于，该装置还包括两个斜面环，斜面环放置的位置使其径向的外部部分彼此延伸。

5.根据权利要求4所述的密封电缆连接器装置，其特征在于，所述斜面环由施加高接触应力的弹簧构成，该高接触应力等于空腔的外壁，与斜面环和电缆的外表面之间的接触力。

6.根据权利要求1所述的密封电缆连接器装置，其特征在于，当被压缩时，斜面环可适于像通电的弹簧一样起作用，该弹簧施加高接触应力，以补偿部件的热膨胀。

7.根据权利要求1所述的密封电缆连接器装置，其特征在于，所述至少一个斜面环的内表面，所述电缆的外表面均采用金属材料制成。

8.根据权利要求7所述的密封电缆连接器装置，其特征在于，油管封装电缆的制备材料为镍合金625或镍合金825，并且所述斜面密封环采用镍合金718材料制成。

9.根据权利要求1所述的密封电缆连接器装置，其特征在于，所述至少一个斜面环具有基本上为截头圆锥形的形状。

10.根据权利要求9所述的密封电缆连接器，其特征在于，所述至少一个斜面环在施加轴向力时以可控方式绕形状对角线的十字交叉点旋转，确保对管道封装电缆的最大接触应力，并同时确保与空腔外壁的最大接触应力。

11.根据权利要求10所述的密封电缆连接，其特征在于，所述至少一个斜面环在预定位置停止倾斜。

12.根据权利要求1所述的密封电缆连接，其特征在于，包括两个斜面环，同时提供两个密封屏障。

13.根据权利要求1所述的密封电缆连接，其特征在于，包括两个斜面环，在高温高压条件下提供2个具有相同防漏能力的密封屏障。

Images