Нагревательный кабель

 

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в нефтегазодобывающих скважинах для электропитания погружных электродвигателей электропогружных установок и/или электропрогрева колонны насосно-компрессорных труб. Нагревательный кабель включает изолированные термостойкой оболочкой токопроводящие жилы (ТПЖ), каждая из которых выполнена многопроволочной, уложенные поверх ТПЖ подушку под броню и броню. ТПЖ с одного конца свободны для подключения к источнику питания, а на нижнем конце свободные ТПЖ соединены между собой в звезду и изолированы для образования замкнутой электрической сети, по меньшей мере, одна из ТПЖ кабеля выполнена путем скрутки проволок из материалов с разным удельным сопротивлением, при этом соотношение числа проволок из материала с меньшим удельным сопротивлением к числу проволок из материала с большим удельным сопротивлением во всех ТПЖ выбрано одинаковым, в частности, по меньшей мере, одна ТПЖ выполнена сталемедной из одной стальной центральной проволоки и шести одинаковых по диаметру боковых стальных и медных проволок при всех возможных вариантах соотношений числа медных проволок к числу стальных проволок. В конструкции нагревательного кабеля с плоскими выпукло-вогнутыми поверхностями сопряженные поверхности нагревательного кабеля и нагреваемых насосно-компрессорных труб имеют равные радиусы изгиба. Установлены размеры нагревательного кабеля с ТПЖ 3×8 мм2 - не более 14,5×32,0 мм, с ТПЖ 3×12 мм2 - не более 16,0×35,6 мм, с ТПЖ 3×16 мм2 - не более 16,5×36,2 мм, на ТПЖ наложено два слоя изоляции из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивого к воздействию повышенной температуры и ионов меди, или маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена, слои изоляции отличны по цвету, поверх уложенных параллельно ТПЖ кабеля наложена подушка под броню, выполненная в виде обмотки с перекрытием не менее 40% лентой из нетканого полотна или термоскрепленного полотна, поверх подушки наложена броня из профилированной стальной оцинкованной ленты толщиной 0,5 и шириной 20 мм с перекрытием 40-50%. Полезная модель обеспечивает технические возможности создания надежных нагревательных кабелей для эффективного использования в глубоких пологих скважинах малого диаметра, а также при высоком газовом факторе.

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в нефтегазодобывающих скважинах для электропитания погружных электродвигателей (ПЭД) электропогружных установок (ЭПУ) или электропрогрева колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с целью снижения вязкости добываемой жидкости и предотвращения отложений асфальтосмолопарафинистых веществ (АСПВ) на стенках НКТ в нефтяных скважинах. При этом возможна одновременная комбинация использования указанных функций, например, питание ПЭД и одновременный электропрогрев НКТ одним и тем же кабелем. Известны нагревательные кабели, предназначенные для подогрева НКТ с целью предупреждения отложений АСПВ и гидратов на стенках НКТ, описание которых дано в научно-технических и патентных источниках [1, 2, 3].

Известно, что характер отложений АСПВ в скважинах характеризуется различной интенсивностью и различным распределением по длине колонны НКТ. Поэтому необходимым условием эффективности применения нагревательного кабеля в скважине является обеспечение непрерывного прогрева колонны НКТ по ее длине в интервале отложений АСПВ и гидратов.

Недостатком известных нагревательных кабелей является их низкая эффективность и низкая надежность при использовании в глубоких скважинах с различным распределением АСПВ по длине колонны НКТ,

Известен, например, нагревательный кабель, содержащий изолированные термостойкой оболочкой токопроводящие жилы (ТПЖ), каждая из которых выполнена многопроволочной, уложенные поверх ТПЖ подушку под броню и броню, при этом ТПЖ с одного конца свободны для подключения к источнику питания, а на свободном конце ТПЖ соединены между собой для образования замкнутой электрической цепи и изолированы, в котором надежность повышена путем усиления изоляции ТПЖ в месте их соединения в конце нагревательного кабеля [1].

Недостатками данного известного нагревательного кабеля является отсутствие возможности непрерывного распределения электрической мощности по всему интервалу отложений АСПВ в глубокой скважине и недостаточная эксплутационная надежность вследствие плохого контакта между поверхностями нагревательного кабеля и нагреваемой трубы. Кроме того при использовании различных строительных длин данных кабелей необходимо дополнительное оборудование - регуляторы питающего напряжения.

Известен нагревательный кабель, содержащий изолированные ТПЖ, которые выполнены однопроволочными или многопроволочными в виде центральной проволоки и симметрично расположенных относительно нее, по меньшей мере, двух боковых проволок, на которые уложена подушка под броню и броня, а сам нагревательный кабель выполнен по форме плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями, при этом в вариантном исполнении проволоки ТПЖ выполнены с дополнительным токопроводящим покрытием [2].

Однако и данный нагревательный кабель не обеспечивает возможности непрерывного распределения электрической мощности по всему интервалу отложений АСПВ и гидратов. Кроме того, изготовление необходимого номенклатурного ряда известного кабеля с различной толщиной токопроводящего покрытия связано с большими технологическими трудностями и данный нагревательный кабель не может быть использован для питания ПЭД, расположенных в скважине в зоне повышенных температур. Кроме того при использовании различных строительных длин данных кабелей также необходимо дополнительное оборудование - регуляторы питающего напряжения.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является нагревательный кабель (Патент РФ 2334375). Известный нагревательный кабель, содержащит изолированные термостойкой оболочкой токопроводящие жилы (ТПЖ), каждая из которых выполнена многопроволочной, уложенные поверх ТПЖ подушку под броню и броню, при этом ТПЖ с одного конца свободны для подключения к источнику питания, а на нижнем конце свободные ТПЖ соединены между собой в звезду и изолированы для образования замкнутой электрической сети, а сам нагревательный кабель выполнен плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями, по меньшей мере, одна из ТПЖ кабеля выполнена путем скрутки проволок из материалов с разным удельным сопротивлением, при этом соотношение числа проволок из материала с меньшим удельным сопротивлением к числу проволок из материала с большим удельным сопротивлением во всех ТПЖ выбрано одинаковым, в частности, по меньшей мере, одна ТПЖ выполнена сталемедной из одной стальной центральной проволоки и шести одинаковых по диаметру боковых стальных и медных проволок в возможных вариантах соотношений числа медных проволок к числу стальных проволок 3 м:3 ст, 2 м:4 ст, 1 м:5 ст, 4 м:2 ст, 5 м:1 ст, при этом боковые стальные и медные проволоки скручены по периметру ТПЖ в симметричной последовательности, диаметры проволок выбираются из интервала от 0,6 до 2,4 мм, а диаметр стальной центральной проволоки выбирается равным диаметру боковых проволок или большим до 1,4 раз.

Однако данный нагревательный кабель не лишен недостатков, а именно:

- при неравенстве радиусов изгиба сопряженных поверхностей выпукло-вогнутого нагревательного кабеля и нагреваемых насосно-компрессорных труб, между ними образуются зазоры, снижающие эффективность прогрева труб,

- не ограничены предельные поперечные размеры нагревательного кабеля, что увеличивает его вес, стоимость, а также снижают надежность при эксплуатации в пологих скважинах малого диаметра,

- низкая электрическая и механическая надежность нагревательного кабеля, так как не установлены технически оптимальные параметры элементов конструкции нагревательного кабеля - изоляции ТПЖ, подушки под броню, брони.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности нагревательного кабеля при эксплуатации особенно в глубоких пологих скважинах, при эксплуатации в скважинах малого диаметра, а также при одновременном спуске в скважину двух кабелей (силового и нагревательного) и при частых спускоподъемных операциях.

Настоящее изобретение решает задачу повышения эффективности и надежности нагревательного кабеля при эксплуатации особенно в глубоких пологих скважинах, при эксплуатации в скважинах малого диаметра, при одновременном спуске в скважину двух кабелей, а также при частых спускоподъемных операциях. Оптимизация конструкции обеспечивает не только повышение эффективности и надежности нагревательного кабеля, но и обеспечивает минимизацию веса и затрат на его изготовление.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в предлагаемом нагревательном кабеле, включающем

- изолированные термостойкой оболочкой токопроводящие жилы (ТПЖ), каждая из которых выполнена многопроволочной,

- уложенные поверх ТПЖ подушку под броню и броню,

- при этом ТПЖ с одного конца свободны для подключения к источнику питания, а на нижнем конце свободные ТПЖ соединены между собой в звезду и изолированы для образования замкнутой электрической сети,

- при этом нагревательный кабель выполнен плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями,

- при этом по меньшей мере, одна из ТПЖ кабеля выполнена путем скрутки проволок из материалов с разным удельным сопротивлением,

- при этом соотношение числа проволок из материала с меньшим удельным сопротивлением к числу проволок из материала с большим удельным сопротивлением во всех ТПЖ выбрано одинаковым,

- при этом, по меньшей мере, одна ТПЖ выполнена сталемедной из одной стальной центральной проволоки и шести одинаковых по диаметру боковых стальных и медных проволок в возможных вариантах соотношений числа медных проволок к числу стальных проволок 3 м:3 ст, 2 м:4 ст, 1 м:5 ст, 4 м:2 ст, 5 м:1 ст,

- при этом боковые стальные и медные проволоки скручены по периметру ТПЖ в симметричной последовательности,

- при этом диаметры проволок выбираются из интервала от 0,6 до 2,4 мм, а диаметр стальной центральной проволоки выбирается равным диаметру боковых проволок или большим до 1,4 раз, новым является то, что

- нагревательный кабель выполнен плоским или плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями, при этом сопряженные поверхности нагревательного кабеля и нагреваемых насосно-компрессорных труб имеют равные радиусы изгиба,

- размеры плоского кабеля с ТПЖ 3×8 мм2 не более 14,5×32,0 мм, с ТПЖ 3×12 мм2 не более 16,0×35,6 мм, с ТПЖ 3×16 мм 2 не более 16,5×36,2 мм,

- на ТПЖ наложено два слоя изоляции из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивого к воздействию повышенной температуры и ионов меди, или маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена, слои изоляции отличны по цвету,

- поверх, уложенных параллельно ТПЖ кабеля, наложена подушка под броню, выполненная в виде обмотки с перекрытием не менее 40% лентой из нетканого полотна или термоскрепленного полотна,

- поверх подушки наложена броня из профилированной стальной оцинкованной ленты толщиной 0,5 и шириной 20 мм с перекрытием 40-50%.

Технический результат достигается за счет следующего.

Благодаря тому, что нагревательный кабель выполнен плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями и что, при этом, сопряженные поверхности нагревательного кабеля и нагреваемых насосно-компрессорных труб имеют равные радиусы изгиба исключаются зазоры между ними и увеличивается контактная поверхность по всей длине колонны НКТ. При этом осуществляется более эффективный прогрев колонны НКТ и снижается энергопотребление. Кроме того возрастает трение между кабелем и трубами, вследствие чего снижается эффект закручивания кабеля вокруг НКТ при спуске в скважину и опасность его повреждения.

Благодаря тому, что проведено ограничение предельных поперечных размеров нагревательного кабеля, снижен расход материалов, его вес и стоимость, а также обеспечена безопасность спускоподъемных операций кабеля в кольцевой зазор пологих скважин малого диаметра.

Благодаря тому, что установлены технически оптимальные параметры элементов конструкции нагревательного кабеля - изоляции ТПЖ, подушки под броню, брони, существенно повышена эксплуатационная надежность нагревательного кабеля.

Благодаря тому, что на ТПЖ наложено два слоя изоляции из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивого к воздействию повышенной температуры и ионов меди, или из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена обеспечено надежное использование нагревательного кабеля в глубоких скважинах с высоким газовым фактором.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), где нагревательный кабель представлен в сечении на сопряженной поверхности НКТ.

Заявляемый нагревательный кабель (фиг.1) включает изолированные термостойкой двухслойной оболочкой 2, 3 токопроводящие жилы 1, каждая из которых выполнена многопроволочной, уложенные поверх ТПЖ 1 подушку под броню 4, выполненная в виде обмотки с перекрытием не менее 40% лентой из нетканого полотна или термоскрепленного полотна и броню 5, из профилированной стальной оцинкованной ленты толщиной не менее 0,5 и шириной не менее 20 мм с перекрытием 40-50%. ТПЖ 1 с верхнего конца свободен для подключения к источнику питания, а на нижнем конце свободные ТПЖ соединены между собой и изолированы для образования замкнутой электрической сети (на чертежах не показано). Нагревательный кабель выполнен плоским или плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями, но при этом сопряженные поверхности нагревательного кабеля и нагреваемых насосно-компрессорных труб имеют равные радиусы изгиба, по меньшей мере, одна из ТПЖ кабеля выполнена путем скрутки проволок 6-7 из материалов с разным удельным сопротивлением, при этом соотношение числа проволок 7 из материала с меньшим удельным сопротивлением к числу проволок 6 из материала с большим удельным сопротивлением во всех ТПЖ выбрано одинаковым, в частности, по меньшей мере, одна ТПЖ выполнена сталемедной из одной стальной центральной проволоки 8 и шести, одинаковых по диаметру, стальных 7 и медных 6 боковых проволок при любом возможным соотношении их числа (например, три к трем) размеры плоского кабеля с ТПЖ 3×8 мм2 не более 14,5×32,0 мм, с ТПЖ 3×12 мм2 не более 16,0×35,6 мм, с ТПЖ 3×16 мм2 не более 16,5×36,2 мм, на ТПЖ наложено два слоя изоляции 2-3 из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивого к воздействию повышенной температуры и ионов меди, или из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена, слои изоляции отличны по цвету, Нагревательный кабель установлен на внешней сопряженной поверхности НКТ 9. Сопряженные поверхности нагревательного кабеля и нагреваемых насосно-компрессорных труб имеют равные радиусы изгиба R1=R2.

Опытная партия предлагаемых нагревательных кабелей была изготовлена в ЗАО «Уралкабель», которая после успешных заводских испытаний была направлена на опытно-промысловые испытания в нефтяных скважинах.

Подготовка нагревательного кабеля к опытно-промысловым испытаниям в нефтяных скважинах осуществлена в цеховых условиях на кабельном участке, и после успешного проведения цеховых испытаний на электрический пробой в водно-солевой камере нагревательный кабель поставлен на объект и спущен в скважину. При эксплуатации нагревательного кабеля в скважине кабель требуемой длины (превышающей глубину отложения парафина в трубах) крепят хомутами к наружной поверхности насосно-компрессорных труб. Верхние концы кабеля на поверхности соединяют с источником питания, нижние концы кабеля соединяют в звезду. Устройство готово для работы в качестве нагревателя для путевого прогрева скважинной жидкости и предотвращения отложений АСПВ и гидратов.

Предлагаемые нагревательные кабели прошли успешные опытно-промысловые испытания на нефтедобывающих скважинах ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ», ООО «УДМУРТНЕФТЬ», ООО «БЕЛКАМНЕФТЬ».

Источники информации

1. RU 33257, МПК Н01В 7/18, Н05В 3/56.

2. RU 16220, МПК Н01В 7/18.

3. RU 2334375, МПК Н05В 3/56.

Нагревательный кабель, содержащий изолированные термостойкой оболочкой токопроводящие жилы (ТПЖ), каждая из которых выполнена многопроволочной, уложенные поверх ТПЖ подушку под броню и броню, при этом ТПЖ с одного конца свободны для подключения к источнику питания, а на нижнем конце свободные ТПЖ соединены между собой в звезду и изолированы для образования замкнутой электрической сети, а сам нагревательный кабель выполнен плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями, по меньшей мере, одна из ТПЖ кабеля выполнена путем скрутки проволок из материалов с разным удельным сопротивлением, при этом соотношение числа проволок из материала с меньшим удельным сопротивлением и числа проволок из материала с большим удельным сопротивлением во всех ТПЖ выбрано одинаковым, в частности, по меньшей мере, одна ТПЖ выполнена сталемедной из одной стальной центральной проволоки и шести одинаковых по диаметру боковых стальных и медных проволок в возможных вариантах соотношений числа медных проволок и числа стальных проволок 3 м:3 ст, 2 м:4 ст, 1 м:5 ст, 4 м:2 ст, 5 м:1 ст, при этом боковые стальные и медные проволоки скручены по периметру ТПЖ в симметричной последовательности, диаметры проволок выбираются из интервала от 0,6 до 2,4 мм, а диаметр стальной центральной проволоки выбирается равным диаметру боковых проволок или большим до 1,4 раз, отличающийся тем, что нагревательный кабель выполнен плоским или плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями, при этом сопряженные поверхности нагревательного кабеля и нагреваемых насосно-компрессорных труб имеют равные радиусы изгиба, размеры плоского кабеля с ТПЖ 3×8 мм 2 не более 14,5×32,0 мм, с ТПЖ 3×12 мм2 не более 16,0×35,6 мм, с ТПЖ 3×16 мм2 не более 16,5×36,2 мм, на ТПЖ наложено два слоя изоляции из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивого к воздействию повышенной температуры и ионов меди, или маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена, слои изоляции отличны по цвету, поверх уложенных параллельно ТПЖ кабеля наложена подушка под броню, выполненная в виде обмотки с перекрытием не менее 40% лентой из нетканого полотна или термоскрепленного полотна, поверх подушки наложена броня из профилированной стальной оцинкованной ленты толщиной не менее 0,5 и шириной не менее 20 мм с перекрытием 40-50%.



 

Похожие патенты:

Саморегулирующийся нагревательный греющий кабель относится к резистивным нагревательным кабелям и может быть использован в комплекте оборудования для предупреждения асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО) и снижения вязкости добываемой нефти на нефтяных скважинах, для путевого подогрева нефтепроводов, а также в газовых скважинах и трубах.

Вкладыш // 67621

Кабель отличается от аналогов тем, что в нем в качестве полимерного материала изоляции используют композицию блок-сополимера пропилена с этиленом, грузонесущий элемент представляет собой трос из синтетических ниток, а в качестве токопроводящих жил для передачи сигналов управления используют симметричные экранированные пары.
Наверх