Кабельная линия для нагрева текучей среды в скважине

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к оборудованию для нагрева текучей среды в скважинах с отложениями различного вида, преимущественно, в условиях Крайнего Севера. Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении эффективности работы, особенно в условиях вечной мерзлоты, за счет исключения растепления мерзлых пород и исключения аварийных ситуаций, при одновременном обеспечении энергосбережения. Сущность: заявляемая кабельная линия КЛ состоит из неразъемно соединенных между собой низкотемпературного НТ 1 и высокотемпературного ВТ 2 участков кабеля. Каждый из участков 1 и 2 кабеля состоит из токопроводящих жил, находящихся в изоляционной оболочке. Указанные участки 1 и 2 спирально навиты на электрически нейтральный сердечник 3, в качестве которого используют, например, грузонесущий кабель. НТ участок 1 КЛ обращен к устью скважины и подключен к источнику питания 4, а ВТ участок 2 КЛ обращен к забою 5 скважины и размещен ниже зоны парафиноотложений 6. Причем токопроводящие жилы ВТ участка 2 соединены между собой, например, в «звезду» 7, с образованием оконцовочного устройства и изолированы. Поверх сердечника 3 со спирально навитым на него кабелем, состоящим из НТ участка 1 и ВТ участка 2, наложен общий защитный слой 8, например, изоляционный слой или гибкая броня.

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к оборудованию для нагрева текучей среды в скважинах с отложениями различного вида, преимущественно, в условиях Крайнего Севера.

Известна кабельная линия для нагрева текучей среды в скважине [1], включающая центральный сердечник, выполненный в виде электрически нейтрального троса и токопроводящую жилу, спирально навитую на сердечник по всей длине, а также общий защитный слой, и дополнительный изоляционный слой, уложенный с чередованием с навивом токопроводящей жилы, причем сердечник и изоляционный слой выполнены из нагревательных нитей.

Данная известная кабельная линия характеризуется высокой удельной тепловой мощностью, а также равными максимальными рабочими температурами токопроводящей жилы и изоляции. Но наряду с этим у нее есть существенный недостаток - при постоянной эксплуатации кабельной линии в режиме максимальных температур она подвержена более быстрому износу. А, кроме того, ее применение в фонтанирующих скважинах, пробуренных в условиях крайнего Севера, может привести к растеплению многолетних мерзлых пород.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является кабельная линия для нефтегазовой скважины [2], включающая центральный сердечник, выполненный в виде электрически нейтрального троса и спирально навитые на него токопроводящие жилы, каждая из которых, находится в изоляционной оболочке. Указанные жилы

подключены одним своим концом к источнику питания, а другим концом соединены друг с другом и изолированы.

Недостатком указанной известной кабельной линии является ее высокое энергопотребление, а также низкая эффективность работы в условиях вечной мерзлоты ввиду возможного растепления пород и возникновения в связи с этим аварийных ситуаций.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении эффективности работы, особенно в условиях вечной мерзлоты, за счет исключения растепления мерзлых пород и исключения аварийных ситуаций, при одновременном обеспечении энергосбережения.

Указанный технический результат достигается предлагаемой кабельной линией для нагрева текучей среды в скважине, содержащей центральный сердечник, выполненный в виде электрически нейтрального троса, спирально навитые на него токопроводящие жилы в изоляционной оболочке, подключенные одними своими концами к источнику питания, а другими концами, соединенными друг с другом и изолированными при этом новым является то, что нагреватель дополнительно содержит общий защитный слой, размещенный поверх сердечника с навитыми токопроводящими жилами, при этом токопроводящие жилы выполнены в виде двух неразъемно соединенных друг с другом участков с различным удельным сопротивлением - низкотемпературного, размещаемого со стороны устья скважины, и высокотемпературного, обращенного к забою скважины и размещенного ниже зоны парафинообложения.

Электрически нейтральный трос выполнен в виде грузонесущего кабеля.

А в качестве общего защитного слоя кабельная линия содержит общий изоляционный слой или гибкую броню.

Благодаря тому, что нагреватель дополнительно содержит общий защитный слой, размещенный поверх сердечника с навитыми токопроводящими жилами, исключается вероятность пробоя кабельной линии и надежность ее работы в жестких скважинных условиях.

Благодаря тому, что токопроводящие жилы выполнены в виде двух неразъемно соединенных друг с другом участков с различным удельным сопротивлением - низкотемпературного, размещаемого со стороны устья скважины, и высокотемпературного, обращенного к забою скважины и размещенного ниже зоны парафинообложения, то при работе исключается растепление мерзлых пород и перегрев текучей среды в скважине, т.к. мерзлые породы будет находиться в области воздействия низкотемпературного участка, а значит - в области низких температур.

Благодаря тому, что высокотемпературный участок кабельной расположен ниже зоны парафиноотложения и зоны многолетних мерзлых пород, обеспечивается обработка нагретой текучей средой всего возможного участка парафиноотложений с последующим ее остыванием при подходе к мерзлым породам.

Выполнение предлагаемой кабельной линии из двух участков: низкотемпературного и высокотемпературного обеспечивает нагрев текучей среды только в необходимых участках скважины, а значит, обеспечивает энергосберегающую технологию обработки.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором показан общий вид заявляемой кабельной линии.

Заявляемая кабельная линия состоит из неразъемно соединенных между собой низкотемпературного 1 и высокотемпературного 2 участков кабеля. Каждый из участков 1 и 2 кабеля состоит из токопроводящих жил, находящихся в изоляционной оболочке. Указанные участки 1 и 2

спирально навиты на электрически нейтральный сердечник 3, в качестве которого используют, например, грузонесущий кабель. Низкотемпературный участок 1 кабельной линии обращен к устью скважины и подключен к источнику питания 4, а высокотемпературный участок 2 кабельной линии обращен к забою 5 скважины и размещен ниже зоны парафиноотложений 6. Причем токопроводящие жилы высокотемпературного участка 2 соединены между собой, например, в «звезду» 7, с образованием оконцовочного устройства и изолированы.

Поверх сердечника 3 со спирально навитым на него кабелем, состоящим из низкотемпературного участка 1 и высокотемпературного участка 2, наложен общий защитный слой 8, например, изоляционный слой или гибкая броня.

Работает предлагаемая кабельная линия следующим образом.

Экспериментальным путем определяют глубину участка образования зоны парафиноотложения 6. Исходя из этих данных, определяют длину кабельной линии с низкотемпературным участком 1 и высокотемпературным участком 2.

Для этого в заводских условиях берут трос - сердечник 3, например грузонесущий кабель, и на него спирально навивают низкотемпературный кабель на длину, равную длине размещения низкотемпературного участка 1 в скважине.

Далее соединяют его концы с высокотемпературным кабелем (место соединения 9) и продолжают намотку на трос - сердечник 3 уже высокотемпературного кабеля на необходимую длину. Токопроводящие жилы с другого конца высокотемпературного кабеля соединяют между собой и изолируют, с образованием оконцовочного устройства 7. Затем, поверх всей указанной спиральной конструкции экструдийно накладывают общий изоляционный слой 8, например, из блоксополимера этилена с пропиленом, или навивают стальную броню.

Перед спуском кабельной линии в скважину производят наземные испытания изготовленного оконцовочного устройства на специальном стенде, на котором моделируют скважинные условия, а именно: наличие агрессивной пластовой среды, температура +30÷100°С, давление 20-30 МПа. Время испытаний составляет 18 часов. В случае отсутствия электрического пробоя кабельной линии после испытаний, производят ее спуск в скважину. При этом кабельная линия может быть размещена как в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 10, так и снаружи НКТ.

После спуска в скважину всей кабельной линии, свободный конец низкотемпературного участка 1 подключают к источнику питания 4.

При подаче тока высокого напряжения происходит нагрев высокотемпературного участка 2 кабельной линии, который в свою очередь изменяет параметры омывающей его текучей среды внутри НКТ 10 и в затрубном пространстве скважины. Учитывая, что высокотемпературный участок 2 кабельной линии размещен ниже зоны парафиноотложения, а значит всегда ниже динамического уровня, то нагретая текучая среда будет полностью омывать указанную зону и обеспечивать гарантированное предотвращение отложений. А далее производится ее охлаждение при прохождении через низкотемпературный участок 1 кабельной линии, т.е. в результате исключается неоправданный расход энергии, исключается перегрев текучей среды, особенно, при наличии газовых шапок, а также исключается растепление мерзлых пород 11.

Преимущество предлагаемой кабельной линии перед известной по прототипу - отсутствие воздействия высоких температур на многолетние мерзлые породы за обсадной колонной скважины, возможность использования при любом способе добычи, а именно при фонтанном способе добычи нефти, а также в скважинах, оборудованных ШГН и ЭЦН.

Предлагаемая конструкция кабельной линии может найти свое применение в любых условиях эксплуатации и при этом сохраняет высокую эффективность работы и энергосбережение, но особенно актуальна она в условиях вечной мерзлоты.

Источники информации:

1. Патент РФ №2046553, Кл. Н 05 В 3/36, от 1993 г.

2. Заявка №2000110271, Кл. Е 21 В 37/00, от 2000 г.

1. Кабельная линия для нагрева текучей среды в скважине, содержащая центральный сердечник, выполненный в виде электрически нейтрального троса, спирально навитые на него токопроводящие жилы в изоляционной оболочке, подключенные одними своими концами к источнику питания, а другими концами соединенны друг с другом и изолированы отличающаяся тем, что нагреватель дополнительно содержит общий защитный слой, размещенный поверх сердечника с навитыми токопроводящими жилами, при этом токопроводящие жилы выполнены в виде двух неразъемно соединенных друг с другом участков с различным удельным сопротивлением - низкотемпературного, размещаемого со стороны устья скважины, и высокотемпературного, обращенного к забою скважины и размещенного ниже зоны парафиноотложения.

2. Кабельная линия по п.1, отличающаяся тем, что электрически нейтральный трос выполнен в виде грузонесущего кабеля.

3. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что в качестве общего защитного слоя он содержит общий изоляционный слой или гибкую броню.