Саморегулирующийся нагревательный греющий кабель для труб, нефтяных и газовых скважин
Предложен нагревательный кабель круглого сечения для нефтяных скважин с полимерной наружной оболочкой, содержащий многопроволочные нагревательные и заполняющие жилы. Нагревательный кабель для нефтяной скважины, содержит общую броню с подушкой под эту броню, расположенные внутри термоизолированные токопроводящие нагревательные жилы и уложенные параллельно термоизолированным токопроводящим нагревательным жилам заполняющие жилы. Кроме того нагревательный кабель дополнительно снабжен нитями из арамидного волокна, термоизолированные токопроводящие нагревательные жилы выполнены многопроволочными, подушка под броню представляет собой общую изолирующую оболочку нагревательных и заполняющих жил, формирующую цилиндрическую поверхность под броню, а броня, наложенная на эту подушку, выполнена из одного ряда стальных оцинкованных проволок, навитых на подушку под броню, причем направление наложения стальных проволок брони противоположно направлению скрутки нагревательных жил, кроме того, поверх брони сформирована защитная оболочка. Токопроводящие многопроволочные нагревательные жилы могут быть расположены в центре кабеля, в промежутках между которыми размещены заполняющие жилы, а нити из арамидного волокна скручены с проволоками, формирующими многопроволочную нагревательную жилу вдоль всей длины кабеля. Изолированные заполняющие жилы нагревательного кабеля могут быть расположены в центре нагревательного кабеля и покрыты совместной дополнительной изолирующей оболочкой, на которую уложено четное количество токопроводящих нагревательных жил, разделенных на две равные группы изолированными жгутами из нитей арамидного волокна вдоль всей длины кабеля.
Полезная модель относится к резистивным нагревательным кабелям и может быть использована в комплекте оборудования для предупреждения асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО) и снижения вязкости добываемой нефти на нефтедобывающих скважинах, а также для путевого подогрева нефтепроводов.
Известен нагревательный кабель, который содержит общую броню с подушкой под эту броню, три параллельно расположенные внутри брони термоизолированные токопроводящие нагревательные жилы, локальный датчик (первичный преобразователь) температуры, соединительные провода, которые расположены внутри брони параллельно нагревательным жилам и посредством которых датчик соединен с входом регулятора, при этом нагревательные жилы на одном (нижнем) конце кабеля соединены между собой, а другими концами подключены к регулируемому источнику тока, управляющий вход которого соединен с выходом регулятора. (Патент США 
5782301, кл. Е21В 36/04, опубл. 21.07.1998).
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является нагревательный кабель, содержащий общую броню с подушкой под эту броню, расположенные внутри термоизолированные токопроводящие нагревательные жилы, выполненные из медной или алюминиевой проволоки и соединенные на одном конце кабеля между собой, а другими концами выполненные с возможностью подключения к регулируемому источнику тока, а также уложенные параллельно термоизолированным токопроводящим нагревательным жилам заполняющие жилы, выполненные в виде медных проволок, заключенных в изоляцию и также соединенные на одном конце кабеля между собой, а на другом выполнены с возможностью подключения к измерительному прибору.
(Патент RU 2238392, Кл. Е21В 36/04, Н05В 3/56, опубл. 20.10.2004).
Недостатками известных конструкций кабелей является низкий срок службы вследствие незащищенности брони от агрессивного воздействия окружающей среды, невысокая разрывная прочность. Кроме того известные однопроволочные медные нагревательные жилы обладают недостаточной гибкостью, что затрудняет процесс монтажа/демонтажа кабеля на нефтедобывающей скважине.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание эффективного и надежного кабеля и увеличение срока его службы и удобства использования путем повышения его разрывной прочности, гибкости и защищенности брони от агрессивного воздействия окружающей среды.
Данный технический результат достигается тем, что нагревательный кабель для нефтяной скважины, содержащий общую броню с подушкой под эту броню, расположенные внутри термоизолированные токопроводящие нагревательные жилы, выполненные из медной или алюминиевой проволоки и соединенные на одном конце кабеля между собой, а другими концами выполненные с возможностью подключения к регулируемому источнику тока, а также уложенные параллельно термоизолированным токопроводящим нагревательным жилам заполняющие жилы, выполненные в виде медных проволок, заключенных в изоляцию и также соединенные на одном конце кабеля между собой, а на другом - выполнены с возможностью подключения к измерительному прибору, согласно предложенному техническому решению, нагревательный кабель дополнительно снабжен нитями из арамидного волокна, термоизолированные токопроводящие нагревательные жилы выполнены многопроволочными, подушка под броню представляет собой общую изолирующую оболочку нагревательных и заполняющих жил, формирующую цилиндрическую поверхность под броню, а броня, наложенная на эту подушку, выполнена из одного ряда стальных оцинкованных проволок, навитых на подушку под броню, причем направление наложения стальных проволок брони противоположно направлению скрутки нагревательных жил, кроме того, поверх брони сформирована защитная оболочка.
Токопроводящие многопроволочные нагревательные жилы могут быть расположены в центре кабеля, в промежутках между которыми размещены заполняющие жилы, а нити из арамидного волокна скручены с проволоками, формирующими многопроволочную нагревательную жилу вдоль всей длины кабеля.
Изолированные заполняющие жилы нагревательного кабеля могут быть расположены в центре нагревательного кабеля и покрыты совместной дополнительной изолирующей оболочкой, на которую уложено четное количество токопроводящих нагревательных жил, разделенных на две равные группы изолированными жгутами из нитей арамидного волокна вдоль всей длины кабеля.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где
- на фиг.1 изображено поперечное сечение нагревательного кабеля для нефтяных скважин, подключаемого к источнику переменного тока;
- на фиг.2 изображено поперечное сечение нагревательного кабеля для нефтяных скважин, подключаемого к источнику постоянного тока.
Нагревательный кабель содержит токопроводящие нагревательные жилы 1, заключенные в изоляцию 2. Изоляция 2 выполнена из полимера, например, из блок-сополимер пропилена с этиленом. Токопроводящие нагревательные жилы 1 выполнены многопроволочными из медных проволок суммарным сечением от 1 до 32 мм2 или алюминиевых проволок суммарным сечением от 1,5 до 45 мм2. Проволоки токопроводящих нагревательных жил могут быть скручены между собой и непосредственно с нитями из арамидных волокон. В промежутках между токопроводящими нагревательными жилами 1 размещены заполняющие жилы 3, выполненные из медных проволок, суммарным сечением от 0,5 до 1 мм2. Токопроводящие нагревательные жилы 1, выполненные из медной или алюминиевой проволоки, соединены на одном конце кабеля между собой, а другими концами выполнены с возможностью подключения к регулируемому источнику переменного тока (на чертеже не показано). На заполняющие жилы 3 и токопроводящие нагревательные жилы 1 наложена подушка под броню, представляющая собой общую изолирующую оболочку 4, например, из блок-сополимер пропилена, формирующую цилиндрическую поверхность под броню, а броня 5 наложена на эту подушку, выполнена из одного ряда стальных оцинкованных проволок, навитых на подушку под броню, причем направление наложения стальных проволок брони противоположно направлению скрутки токопроводящих нагревательных жил 1, что позволяет обеспечить уравновешивание крутящих и растягивающих моментов, действующих на кабель. Поверх брони 5 сформирована защитная оболочка 6, выполненная из полимера, например композиции полиэтилена высокой плотности.
Нагревательный кабель может быть выполнен с четным количеством токопроводящих нагревательных жил. В этом случае изолированные заполняющие жилы 3, выполненные в виде медных проволок сечением от 0,5 до 1 мм2, расположены в центре нагревательного кабеля и покрыты совместной дополнительной изолирующей оболочкой 8, на которую уложено четное количество токопроводящих нагревательных жил 1, разделенных на две равные группы изолированными жгутами 7 из нитей арамидного волокна вдоль всей длины кабеля. Дополнительная изолирующуя оболочка 8 выполнена, из полимера, например, блок-сополимер пропилена с этиленом.
На заполняющие 3 и токопроводящие нагревательные жилы 1 наложена подушка под броню, представляющая собой общую изолирующую оболочку 4, например, из блок-сополимер пропилена, формирующую цилиндрическую поверхность под броню 5, а броня 5, наложенная на эту подушку, выполнена из одного ряда стальных оцинкованных проволок, навитых на подушку под броню, причем направление наложения стальных проволок брони противоположно направлению скрутки нагревательных жил 1. Поверх брони 5 сформирована защитная оболочка 6, выполненная из полимера, например композиции полиэтилена высокой плотности.
На нижнем конце кабеля токопроводящие нагревательные жилы 1 сварены или спаяны между собой, образуя единую электрически замкнутую цепь. На том же конце кабеля заполняющие жилы 3 соединены между собой подобным образом.
При работе нагревательный кабель спускают в насосно-компрессорную трубу нефтяной скважины, на верхнем конце кабеля токопроводящие нагревательные жилы 1 подключены к регулируемому источнику тока. Заполняющие жилы 3 подключают к измерительным приборам станции управления (на черт. не показано). При пропускании по кабелю тока происходит нагрев токопроводящих нагревательных жил до температуры порядка (60-130)°С. Выделенное при этом тепло, нагревая находящуюся в насосно-компрессорных трубах жидкость (нефть), препятствует образованию асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО). Станция управления нагревательным кабелем (на черт. не показана) поддерживает заданный режим нагрева кабеля и осуществляет защитные функции (превышение максимального тока, короткое замыкание, превышение максимально-заданной температуры, утечка тока и др.) с помощью контрольно-измерительных приборов, установленных на станции управления (на черт. не показаны). Контроль средней температуры кабеля осуществляют по изменению сопротивления токопроводящих нагревательных жил или по изменению сопротивления заполняющих жил 3.
Заявляемая конструкция кабеля позволяет повысить его эффективность и надежность, увеличить срок службы кабеля и удобство его использования за счет повышения разрывной прочности, гибкости и защищенности брони от агрессивного воздействия окружающей среды, что в конечном итоге приводит к значительному сокращению производственных затрат.
1. Нагревательный кабель для нефтяной скважины, содержащий общую броню с подушкой под эту броню, расположенные внутри термоизолированные токопроводящие нагревательные жилы, выполненные из медной или алюминиевой проволоки и соединенные на одном конце кабеля между собой, а другими концами выполненные с возможностью подключения к регулируемому источнику тока, а также уложенные параллельно термоизолированным токопроводящим нагревательным жилам заполняющие жилы, выполненные в виде медных проволок, заключенных в изоляцию и также соединенны на одном конце кабеля между собой, а на другом - выполненные с возможностью подключения к измерительному прибору, отличающийся тем, что нагревательный кабель дополнительно снабжен нитями из арамидного волокна, термоизолированные токопроводящие нагревательные жилы выполнены многопроволочными, подушка под броню представляет собой общую изолирующую оболочку нагревательных и заполняющих жил, формирующую цилиндрическую поверхность под броню, а броня, наложенная на эту подушку, выполнена из одного ряда стальных оцинкованных проволок, навитых на подушку под броню, причем направление наложения стальных проволок брони противоположно направлению скрутки нагревательных жил, кроме того, поверх брони сформирована защитная оболочка.
2. Нагревательный кабель для нефтяной скважины по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие многопроволочные нагревательные жилы расположены в центре кабеля, в промежутках между которыми размещены заполняющие жилы, а нити из арамидного волокна скручены с проволоками, формирующими многопроволочную нагревательную жилу, вдоль всей длины кабеля.
3. Нагревательный кабель для нефтяной скважины по п.1, отличающийся тем, что изолированные заполняющие жилы расположены в центре нагревательного кабеля и покрыты совместной дополнительной изолирующей оболочкой, на которую уложено четное количество токопроводящих нагревательных жил, разделенных на две равные группы изолированными жгутами из нитей арамидного волокна вдоль всей длины кабеля.
