NO344780B1

NO344780B1 - Tubulær elektrisk kabelarmatur med strekkavlastning

Info

Publication number: NO344780B1
Application number: NO20131348A
Authority: NO
Inventors: Øivind Godager
Original assignee: Halliburton As
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2020-04-27
Also published as: GB201104115D0; RU2013142657A; WO2012120258A3; WO2012120258A2; DK177898B1; NO20131348A1; RU2625916C2; CA2825092C; MX344260B; GB2488833A; US20140151088A1; BR112013021501A2; US9899129B2; MX2013010298A; GB2488833B; BR112013021501B8; DK201370458A; BR112013021501B1; CA2825092A1

Description

TUBULÆR ELEKTRISK KABELARMATUR MED STREKKAVLASTNING

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelsen er relatert til en strekkavlastningsanordning for å beskytte endearmaturene til tubulære elektriske kabler [Eng: Tubular Electric Cable (TEC)] og, mer spesielt til en strekkavlastningsanordning som beskytter endearmaturer mot lekkasje og kretstap. TEC endearmaturene kan være for fiberoptiske eller elektriske forbindelser.

Bakgrunn for oppfinnelsen

US 7680544 B1 omtaler en ledning for tilkobling til en stimulerings- og/eller defibrillasjonsstrømforsyning. Ledningen innbefatter et ledningsrørformet legeme, en kontakt for å koble ledningen til strømforsyningen, en tøynings-fleksibel avlastningssammenstilling som forbinder det ledningsrørformede legemet til kontaktsammenstillingen og som innbefatter en spiralformet flertrådkabellederkonfigurasjon.

US 5519171 A omtaler en ledningsskjøtekapsling med en todelt forseglbar sylindrisk innkapsling med en strekkplate ved hver ende dannet parallelt med aksen til innkapslingen. Hver strekkplate er dannet med et serpentinkonkavt spor med en størrelse tilpasset for å motta en ledning for skjøting, med et hull tilstøtende sporets indre ende dimensjonert for å tillate ledningen å passere gjennom inn i et kammerområde. Et par av kroker innen kammerområdet sørger for støtte for ledningsendene etter skjøting. De to delene av kammeret er tilpasset for å tette sammen med en kvart omdreiningslåsebevegelse.

For anvendelser relatert til nedihulls styrings- og monitoreringssystemer, benyttes tubulære elektriske kabler (TEC) som styrelinjer og disse er vanligvis rutet langs produksjonsrøret i borebrønnen for å komme til individuelle nedihullsapparater. De fleste TEC styrelinjer som benyttes i petroleumsbrønnanvendelser er for kraft- og kommunikasjonsformål og kan være av fiberoptisk eller elektrisk type, eller en hvilken som helst kombinasjon av disse. Praksisen med å rute og kjøre TEC styrelinjer langs et rør i borebrønnen medfører at torsjonskrefter og strekkrefter virker på kabelen. Videre påføres strekkbelastninger under håndteringen og tilkoplingen av den tubulære styrelinjen til røret i borebrønnen, så vel som under innkjøringseller installasjonsfasen i brønnen. Det siste skyldes vanligvis skrubbeeffekter ved at linjen klemmes mellom et indre og et ytre rør i borebrønnen. Fagmannen vil forstå at det indre og ytre røret som nevnes ovenfor ofte omtales som henholdsvis "produksjonsøret" eller "kompletteringen" og "lineren" eller "kledningsrøret".

Både torsjons- og strekkbelastninger påføres TEC og bidrar til slutt til belastning på skjøtene og endeforbindelsene som igjen medfører kabelintegritetsfeil av både langsiktig og kortsiktig karakter. For elektriske og fiberoptiske TEC anvendelser fører som regel den grunnleggende feilen til en lekkasje i en eller annen form, som eksponerer de integrerte wirene eller optiske signalbærerne for ukjente fluider fra omgivelsene. Dette leder igjen til nedbrytning av isolasjonsmotstand i kabelen, wireoksidasjon og tap av optisk eller elektrisk signal/kraft kontinuitet. I den virkelige verden skyldes vanligvis sammenbrudd lekkasjer og de opptrer typisk inne i endearmaturene og skjøten til TEC. Hovedårsaken er mangel på tilstrekkelig strekkavlastning mellom den tubulære kappen og dens termineringsarmatur.

US 7,220,067 (Rubinstein et al.) fremviser et eksempel på eksisterende styrelinjeanvendelser. Denne anvendelsen fremviser ingen strekkavlastning for endearmaturene, termineringene, eller for den innvendige trådføringen, og tubulære styrelinjer, slik som disse, utsettes for flere typer velkjente problemer, begrensninger og ulemper som beskrevet ovenfor.

Det har derfor vært sett på som ønskelig å utvikle en strekkavlastningssammenstilling for TEC styrelinjer som lett kan tilpasses høye strekkrefter og torsjonskrefter. Håndtering, drift og installasjon av apparater i brønner fører vanligvis til for store belastninger på styrelinjene. Den foreliggende oppfinnelsen, i kombinasjon med TEC styrelinjeendearmaturer, termineringer eller skjøter reduserer feilene på kablene som benyttes og frembringer en ny beskyttende anordning som er enkel å konstruere, effektiv i bruk og tilpasset anvendelse i oljebrønner.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en strekkavlastningsenhet for å beskytte en rørformet elektrisk kabel i et borehull, hvor enheten er kjennetegnet ved å omfatte:

et langstrakt, hult, rørformet element dannet langs en primærakse, hvor det rørformede elementet har en første ende og en andre ende;

en kabel som strekker seg gjennom det rørformede elementet mellom den første og andre enden; og

en strukturell støtte som understøtter kabelen mellom den første og andre enden, hvor den strukturelle støtten omfatter et spor dannet i en ytre overflate av en vegg av det rørformede elementet som delvis strekker seg langs primæraksen, hvor minst en del av kabelen er bevegelig langs sporet;

hvor én eller flere deler av en bane til kabelen er skrått anordnet i forhold til primæraksen.

Foretrukkede utførelsesformer av strekkavlastningsenheten er videre utdypet i kravene 2 til og med 9.

Kort sammendrag av oppfinnelsen

Ifølge den foreliggende oppfinnelsen er det frembragt en strekkavlastningssammenstilling for å beskytte én eller flere wirer, kabler eller tubulære styrelinjer, som omfatter en hul tubulær isolasjonskappe, hvor den hule tubulære isolasjonskappen omfatter en intern støttestruktur for en wire, kabel eller en tubulær styrelinje.

Feil som er knyttet til lekkasjer og elektrisk- og/eller optisk kontinuitet i applikasjoner som benytter tubulære elektriske kabler (TEC) styrelinjer elimineres ved bruk av en fleksibel strekkavlastningssammenstilling tilkoblet endearmaturene og skjøten til TEC. Sammenstillingen kan bestå av en rørkanal eller en utboring med en slisset seksjon i denne. Den slissede seksjonen leder en bøyd eller formet del av TEC som frembringer avlastning for endeforbindelsen i to ortogonale plan. Avlastningen er festet til endeforbindelsene til røret (ankerkoblinger) og er unikt konstruert på en måte som unngår overføring av torsjonsbelastninger, strekkbelastninger og transversale belastninger påført fra den tubulære kappen til TEC til endeforbindelsene og dens interne terminering. strekkavlastningssammenstillingen fungerer som en fleksibel, beskyttende anker for den tubulære styrelinjen.

For en fiberoptisk eller elektrisk styreanvendelse som benytter styrelinjer av type TEC, blir belastninger påført enten av strekkbelastninger eller torsjonsbelastninger på kabelen og endeforbindelsene typisk fullstendig absorbert og nøytralisert inne i strekkavlastningssammenstillingen. Dette er hovedsakelig på grunn av den bøyde konfigurasjonen av TEC og den strukturelle støtten den mottar inne i den slissede seksjonen til strekkavlastningssammenstillingen. Videre er strekkavlastningssammenstillingen til den foreliggende oppfinnelsen konstruert for å fleksibelt beskytte fiberoptiske eller elektriske styrelinjeendeforbindelser og deres interne kabling fra å bli revet av eller ødelagt. Feil på endeforbindelsene ville forårsake en diskontinuitet i kretsen som kan lede til tap av kraft, kommunikasjon, eller en kombinasjon av disse. Beskyttelsen frembringes som et resultat av den bøyde, tvunnede eller aksielt kurvede konfigurasjonen som beskrevet nedenfor som låser og sikrer den indre wiren til isolasjonskappen på endestykket av TEC. På denne måten vil strekkrefter, transversale krefter og torsjonskrefter som påfører strekk og utvidelse av den interne kablingen og kappen fjernes i bøyene og vil ikke nå endeseksjonen hvor kabelen eller fiberen er terminert. Dette eliminerer fenomenet hvor TEC blir trukket fra endekabeltermineringene, noe som er en stor forbedring i forhold til eksisterende TEC endearmaturer og skjøter.

Kort figurbeskrivelse

Figur 1: er et perspektivriss av den foreliggende oppfinnelsen.

Figur 2: er et tverrsnitt av den foreliggende oppfinnelsen.

Figur 3: er et perspektivriss av en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelsen.

Figur 4: er et tverrsnitt av en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Figur 5: er en illustrasjon som viser bruken til den foreliggende oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

Med henvisning til figurene 1, 2, 3 og 4, omfatter trekkavlastningssammenstillingen 2 en forbindelse 10, en endearmaturåpning 3, en rørkanal 1, og en mottakeråpning 5. Med spesiell henvisning til figurene 2 og 4 definerer utgangsdelen av kanalen til endearmaturåpningen 3 "utgangen" 11, og inngangsdelen av den mottakende åpningen 5 definerer "inngangsenden" til strekkavlastningssammenstillingen 2. Videre er endearmaturåpningen 3 ved utgangsenden 11 fortrinnsvis beregnet til å motta og beskytte endetermineringen til den tubulære elektriske kabelen (TEC) 4. Rørkanalen 1 strekker seg fra den ene utgangen av kanalmottakeråpningen 5 til inngangen av kanalendearmaturåpningen 3 og ligger i ett eller to ortogonale plan. Forbindelsen 10 sammenkopler strekkavlastningssammenstillingen 2 med ankerarmaturene 8 på en måte som forhindrer rotasjon av strekkavlastningssammenstillingen 2 og endearmaturen 7, relativt til ankerarmaturene 8. Endearmaturen 7 gir både mekanisk tilkopling og tetting med kappen til TEC 4, og lekkasjer til det indre av ankerniplene 8 unngås.

For å forhindre at rotasjonsbelastninger eller aksiale belastninger fra enden av TEC 4 styrelinjen overføres til endearmaturene 7, er TEC 4 formet til en bøyd konfigurasjon inne i rørkanalen 1. Kombinasjonen av den bøyde strukturen 41 inne i rørkanalen 1 definerer strekkavlastningsseksjonen til strekkavlastningssammenstillingen 2. Strekkavlastningssammenstillingen 2 kan lages billig i et egnet materiale 5 for å passe med ankerniplene 8 og TEC 4, og frembringer strekkavlastning for å beskytte endetermineringene 8 til TEC 4. Strekk og spenningsavlastningen inkluderer avlastning av aksialbelastninger og torsjonsbelastninger som er noen av de mest vanlige årsakene til lekkasjer og brudd på kretser i de fleste anvendelser for nedihulls tubulære styrelinjer.

Den bøyde strukturen 41 gir fleksibel beskyttelse av den interne kablingen (eller den fiberoptiske kabelen) 6 og kabelisolasjonskappen 9 fra å bevege seg inne i TEC 4. Dette oppnås ved å danne en intern friksjonslås mellom kablingen 6 og isolasjonskappen 9, noe som eliminerer spenning og tøying påført kabelen, som ellers kan rive av, skru opp eller ødelegge tilkoplingene i enden av kablene.

Med spesiell henvisning til oppfinnelsens Figur 3 og 4, vises en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelsen i forhold til den som ble vist i Figur 1 og 2.

Istedenfor en rett-igjennom rørkanal 1, som vist i Figur 1 og 2, har denne avledede strekkavlastningssammenstillingen 2 en tredimensjonal aksiell kurvet rørkanal 1. Kanalen 2 er skrudd over midtseksjonen til strekkavlastningssammenstillingen 2 for å hindre strekk og rotasjon av endearmaturen 7 etter montering. På grunn av egenskapene til den tvunnede kanalen 1, er denne utførelsen konstruert for å forenkle installasjonen og strekkavlastningen til TEC 4 styrelinje og endearmatur 7, siden det ikke kreves noen spesialverktøy for å forme eller bøye TEC 4 inne i rørkanalen 1. Den tvunnede seksjonen leder enkelt TEC 4 gjennom én eller to kurver på 90 grader eller mer som ligger i de to ortogonale planene. Formingen og plasseringen av TEC 4 i rørkanalen 2 gjøres enkelt for hånd og uten bruk av spesialverktøy.

Videre reduserer bruken av en eller to sammenfallende kurver langs enhetsaksen signifikant plassen som benyttes til ruting av TEC 4 og fester kabelen trygt inne i strekkavlastningssammenstillingen samtidig som den frembringer optimal spenning og tøyningsbeskyttelse for endenipplene 7. Som for utførelsen beskrevet for figurene 1 og 2, gir den tvunnede eller aksielt kurvede strukturen 41 i denne utførelsen en fleksibel beskyttelse av den interne kablingen (eller den fiberoptiske kabelen) 6 og kabelisolasjonskappen 9 fra å bevege seg inne i TEC 4. Dette oppnås ved å danne en intern friksjonslås mellom kablingen 6 og isolasjonskappen 9, noe som eliminerer spenningen og tøyingen påført kabelen, som ellers kan rive av, skru opp eller ødelegge tilkoplingene i endene av kablene.

Monteringen av mottakeråpningen 5 gir en fleksibel sikring av linjen og krever ingen ekstra bånd, stropper eller klemmer for å holde TEC 4 inne i strekkavlastningssammenstillingen 2. Den andre utførelsen frembringer dermed en totalbeskyttelse mot både strekkbelastninger og torsjonsbelastninger på styrelinjen og på strekkavlastningssammenstillingen 2.

Figur 5 illustrerer en anvendelse i en oljebrønn og en typisk bruk av den foreliggende oppfinnelsen. I illustrasjonen er TEC 4 styrelinjen og strekkavlastningssammenstillingen 2 tilkoblet et nedihullsinstrument 13. Videre er instrumentet 13 del av en instrumentbærer 1, og begge er montert på den den indre rørledningen 12 i borebrønnen. Videre mates den indre rørledningen 12 inn i en borebrønn 15 som har en ytre rørledning 14. TEC 4 vedlikeholdes og styres fra vinsjen 16. For at TEC 4 fritt skal kunne entre borebrønnen, løper den over en overhengende rulle 17. Imidlertid er det viktig at TEC 4 styrelinjen er sikkert og fleksibelt festet til rørledningen 12 for å hindre innsnevringer og sammenflokinger når den mates inn i borebrønnen 15. For å forhindre mulige innsnevringer og sammenflokinger, er TEC 4 godt strukket ut av kraften eller bremsen til vinsjen 16 med påfølgende klamring ved bruk av styrelinjeklammer 19. Typisk vil styrelinjeklipsene være festet til hver av rørkragene 20 til rørledningen 12 i borebrønnen i det rørsammenstillingen senkes ned i borebrønnen 15. Man kan dermed se at TEC 4 og dens endestykker bør være i stand til å motstå hele spenningen og tøyningen fra monteringsog installasjonsprosessen. For en fagmann på området er det kjent at denne håndteringen kan forårsake feil og få fatale følger for TEC 4 og det er håp om at dette kan motivere til bruk av denne nye beskyttelsesanordningen.

Selv om oppfinnelsen har blitt vist og beskrevet med hensyn til to utførelser, vil andre, i det de leser og forstår denne beskrivelsen, få ideer til å modifisere og endre den. Det er en målsetning å inkludere alle slike modifikasjoner og endringer så lenge de faller innenfor kravenes omfang.

Claims

PATENTKRAV

1. Strekkavlastningsenhet (2) for å beskytte en rørformet elektrisk kabel (4) i et borehull, hvor enheten (2) er

k a r a k t e r i s e r t v e d å omfatte:

et langstrakt, hult, rørformet element (1) dannet langs en primærakse, hvor det rørformede elementet (1) har en første ende (5) og en andre ende (11);

en kabel (4) som strekker seg gjennom det rørformede elementet (1) mellom den første og andre enden (5, 11); og

en strukturell støtte som understøtter kabelen (4) mellom den første og andre enden (5, 11), hvor den strukturelle støtten omfatter et spor dannet i en ytre overflate av en vegg av det rørformede elementet (1) som delvis strekker seg langs primæraksen, hvor minst en del av kabelen (4) er bevegelig langs sporet; hvor én eller flere deler av en bane til kabelen (4) er skrått anordnet i forhold til primæraksen.

2. Strekkavlastningsenhet (2) ifølge krav 1, hvor den strukturelle støtten omfatter to i lengderetningen løpende spor dannet i veggen til det rørformede elementet (1).

3. Strekkavlastningsenhet (2) ifølge krav 1, hvor den strukturelle støtten omfatter et spiralformet spor dannet i veggen til det rørformede elementet (1).

4. Strekkavlastningsenhet (2) ifølge krav 1, videre omfattende en første fjærende ende anordnet i den første enden (5) av det rørformede elementet (1), idet den første fjærende enden har en åpning deri; og en andre endetilpassing anordnet i den andre enden (11) av det rørformede element (1), idet den andre endetilpassingen har en åpning deri; hvor kabelen (4) passerer gjennom den første fjærende endeåpning og den andre endetilpassingsåpningen og blir holdt av den første fjærende enden og den andre endetilpassingsåpningen slik at kabelen (4) strekker seg mot sporet.

5. Strekkavlastningsenhet (2) ifølge krav 1, hvor kabelen (4) strekker seg inn i sporet og ledes av spalten.

6. Strekkavlastningsenhet (2) ifølge krav 1, hvor den strukturelle støtten omfatter ikke-lineære rør.

7. Strekkavlastningsenhet (2) ifølge krav 6, hvor det ikke-lineære røret danner en bane for kabelen (4) som strekker seg gjennom dette, hvor banen danner en ikke-lineær form valgt fra gruppen bestående av en bøyd bane, en vridd bane og en aksialt buet bane.

8. Strekkavlastningsenhet (2) ifølge krav 6, hvor en del av det ikke-lineære røret strekker seg inn i sporet og ledes av sporet.

9. Strekkavlastningsenhet (2) ifølge krav 6, hvor den ikke-lineære banen er buet nitti grader eller mer.