Кабельная линия
Полезная модель относится к области нефтяной промышленности, в частности, к кабельной технике. Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности кабельной линии. Кабельная линия заявленной полезной модели содержит три изолированные токопроводящие жилы, каждая из которых имеет изоляционную оболочку, внутри которой находятся биметаллические нити, выполненные непрерывными, одинаковой длины, соответствующей длине жилы, и равномерно свитыми между собой по всей длине. При этом одна часть нитей выполнена из металла с высокой удельной проводимостью, другая часть нитей из металла с низкой удельной проводимостью. В качестве металла с высокой удельной проводимостью могут быть выбраны медь или алюминий, а в качестве металла с низкой удельной проводимостью может быть выбрана сталь. Броня кабельной линии, уложенная на подушку и соединяющая жилы между собой, является формообразующей, благодаря чему сформированные выпукло-вогнутые или плоские поверхности дают возможность сформировать кабельную линию с единой геометрией брони, как по длине кабельной линии, так и по ее сечению, с однородными механическими свойствами, что увеличивает прочность и несущую способность кабельной линии, а значит и надежность кабельной линии.
Полезная модель относится к области нефтяной промышленности, в частности, к кабельной технике, и может быть использована в качестве оборудования скважин для путевого электропрогрева высоковязкой нефтегазовой смеси скважин, снабженных штанговыми насосными установками, погружными электронасосами с целью предотвращения замерзания водоводов в опасных участках нефтепромыслового оборудования, а также асфальтосмолопарафиновых отложений в скважинах с высоким газовым фактором, а также в системах закачки воды, транспорта нефти и газа.
Практика эксплуатации нефтяных скважин показала, что основной причиной асфальтосмолопарафиновых отложений в нефтяных и газовых скважинах является путевое охлаждение добываемой жидкости. Из всех видов борьбы с указанными осложнениями наиболее универсальным и эффективным средством на сегодня является компенсация тепловых потерь в скважине путем электропрогрева нагревательными кабельными линиями. Опыт применения оплетенных бронированных кабелей подогрева успешно зарекомендовал себя. Преимущество такого метода содержания и очистки скважин заключается в том, что предприятию-добытчику небольших по дебиту источников, не нужно содержать на своем балансе достаточно дорогостоящее оборудование, штат для его эксплуатации, проводить обучение сотрудников.
Нагревательная кабельная линия предназначена для путевого прогрева жидкости по стволу добывающих и нагнетательных скважин с целью предотвращения асфальтосмолопарафиновых отложений.
Известно, что в качестве нагревательной кабельной линии используется бронированный кабель для питания, например. ЭЦН КПпБП 3×16 или бронированный нагревательный кабель, например, КНПпБП 3×8. Применение нагревательной кабельной линии с таким кабелем на осложненном фонде скважин месторождений обеспечивает бесперебойную работу скважин не более 1 года.
Известен геофизический кабель с сердечником из семи многопроволочных токопроводящих жил, с наложенной на каждую жилу изоляционной обмоткой из полиэтилентетрафталатной ленты в качестве подушки под общий каркас - броню из стальных круглых проволок (см. Малышев А.Г. и др. «Применение греющих кабелей для предупреждения парафиногидратообразования в нефтяных скважинах». Нефтяное хозяйство, 1990, №6, с.58-60).
Недостатком геофизического кабеля с сердечником - является сложная конструкция кабеля, из-за чего использование его для предупреждения образования асфальтосмолопарафиновых отложений в нефтяных и газовых скважинах, особенно в случаях высокого содержания парафиновых фракций в нефти малоэффективно.
Известно «Устройство для предупреждения образования и ликвидации гидратных и парафиновых образований в подъемных трубах нефтяных и газовых скважин» (патент №2272893, RU, дата приоритета 28.05.2004 г., патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "ПермНИПИнефть"). Устройство содержит тепловой излучатель, подключенный к источнику тепловой энергии, излучатель имеет грузонесущий элемент, герметизатор и механизм возвратно-поступательного перемещения теплового излучателя, на тепловом излучателе установлены подогреваемые скребки. Недостатком аналога является сложная конструкция устройства.
Известно устройство «Кабельная линия» (патент №61935, RU, дата приоритета 16.11.2006 г., патентообладатель ООО Пермское
конструкторско-технологическое бюро технического проектирования организации производства «Техпроект», RU).
Кабельная линия по патенту №61935 содержит связанные между собой низкотемпературные и нагревательные отводы кабеля, которые состоят из изолированных токопроводящих жил из материала с разным удельным сопротивлением, на которые уложена подушка под броню и броня, жилы свободного конца кабельной линии соединены между собой для образования замкнутой электрической цепи и изолированы, нагревательный отвод кабельной линии выполнен из трех последовательных участков кабеля, каждый из которых включает три токопроводящие жилы разных фаз, одна из которых, нагревательная, выполнена с большим сопротивлением, чем две смежные низкотемпературные жилы.
Недостатком аналога является низкая эксплуатационная надежность из-за прерывания изоляции в месте соединения токопроводящих жил, что приводит к образованию пробок в скважинах из асфальтосмолопарафиновых отложений.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство «Кабельная линия» (патент №2192679, RU, дата приоритета 29.09.2000 г., патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "ПермНИПИнефть"), этот аналог взят за прототип заявленной полезной модели.
Кабельная линия прототипа состоит из низкотемпературного и высокотемпературного отводов, с разной удельной проводимостью, содержащих изолированные токопроводящие жилы в общей формообразующей изоляционной оболочке, на которую уложена подушка и броня.
Недостатком прототипа является низкая эксплуатационная надежность из-за прерывания изоляции в месте соединения
токопроводящих жил низкотемпературного и высокотемпературного отводов, как следствие - отсутствие сплошности (целостности) изоляции по длине кабельной линии, что приводит к проникновению жидкости и газа из окружающей среды в полости между изоляцией и токопроводящей жилой, сопровождающемуся механическим разрушением изоляции, нарушением ее диэлектрических свойств, электрохимической коррозией токопроводящих жил, пробоем изоляции между жилами и преждевременным выводом кабельной линии из строя.
Еще одним недостатком является неравномерный нагрев кабельной линии по всей ее длине, что приводит к образованию пробок в скважинах из асфальтосмолопарафиновых отложений. Следствием неравномерного прогрева является перегрев кабельной линии на отдельных участках, что приводит к размягчению изоляции и, в конечном итоге, к выходу кабельной линии из строя.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности кабельной линии.
Техническая задача решается за счет известной кабельной линии, содержащей изолированные токопроводящие жилы, выполненные из токопроводящих нитей, подушку под броню и броню, выполненную, по меньшей мере, в один повив, согласно полезной модели кабельная линия состоит, по меньшей мере, из трех жил, которые выполнены как биметаллические проводники, каждая жила имеет изоляционную оболочку, при этом токопроводящие нити, расположенные внутри изоляционной оболочки, выполнены непрерывными, имеют одинаковую длину, соответствующую длине жилы, и равномерно свиты между собой по всей длине, при этом одна часть нитей выполнена из металла с высокой удельной проводимостью, другая часть нитей из металла с низкой удельной проводимостью, а броня, уложенная на подушку и соединяющая жилы между собой, является формообразующей для кабельной линии, причем место соединения
жил непрерывно по всей длине кабельной линии. Кабельная линия может иметь выпукло-вогнутые поверхности, при этом центры сечения токопроводящих жил располагаются на одной дуге с постоянным радиусом кривизны, или плоские поверхности, при этом центры сечений токопроводящих жил располагаются на одной прямой, параллельной плоским поверхностям. В качестве металла с высокой удельной проводимостью могут быть выбраны медь или алюминий, а в качестве металла с низкой удельной проводимостью может быть выбрана сталь.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
на фиг.1 изображена кабельная линия стремя жилами;
на фиг.2 изображена кабельная линия, на которой проиллюстрирована жила, состоящая из свитых между собой нитей;
на фиг.3 изображен поперечный разрез кабельной линии с плоской поверхностью брони А-А, в котором центры сечений токопроводящих жил располагаются на одной прямой;
на фиг.4 изображен поперечный разрез кабельной линии с выпукло-вогнутой поверхностью брони Б-Б, в котором центры сечений токопроводящих жил располагаются на одной дуге с постоянным радиусом кривизны.
Кабельная линия 1 (фиг.1), предназначенная для путевого электропрогрева высоковязкой нефтегазовой смеси скважин, содержит три изолированные токопроводящие жилы 2, 3, 4 (фиг.1), которые выполнены как биметаллические проводники, при этом каждая жила имеет изоляционную оболочку 5 (фиг.3), выполненную, например, из полиэтилена низкого давления марки высокой плотности, внутри которой находятся токопроводящие нити (фиг.3, 4), выполненные из металла с высокой удельной проводимостью 6, например, меди или алюминия, и из металла с низкой удельной проводимостью 7. например, стали. Нити выполнены непрерывными и имеют одинаковую
длину, соответствующую длине жилы. Количество нитей и их сечение выбрано из расчета и с учетом параметров конкретной скважины. Нити расположены без зазора и равномерно свиты между собой по всей длине (фиг.2). Жилы соединены между собой броней 8 (фиг.3, 4), уложенной на подушку (на фиг. условно не показано), причем место соединения жил непрерывно по всей длине кабельной линии (фиг.1). Подушка выполнена, например, из нетканого полотна для технических цепей, в один слой, и служит подложкой под следующий защитный слой - броню. Броня, выполненная, например, из стальной оцинкованной ленты, по меньшей мере, в один повив, является формообразующей для кабельной линии, благодаря чему кабельная линия может иметь выпукло-вогнутые поверхности В (фиг.3), когда центры сечения токопроводящих жил располагаются на одной дуге с постоянным радиусом кривизны, или плоские поверхности Г (фиг.4), когда центры сечений токопроводящих жил располагаются на одной прямой, параллельной плоским поверхностям.
В процессе подготовительной операции на нефтегазовой скважине производят замеры границ парафинообразования в скважине, и следовательно, задают длину кабельной линии, температуру в зоне расположения нижнего конца кабельной линии, дебит скважины и температурные параметры до введения в скважину кабельной линии. Мощность нагрева кабельной линии выбирают таким образом, чтобы обеспечивался нагрев всей добываемой нефти и попутной воды и газов до температуры, исключающей парафиноотложения, при этом кабельную линию нагревают до такой степени, чтобы не допустить расплавления изоляционного материала с учетом скважинной температуры в зоне расположения нижнего конца кабельной линии. Таким образом, при использовании заявленной полезной модели практически полностью исключается отложение парафина на стенках нефтекомпрессорных труб.
Для обеспечения более надежной и эффективной работы скважины с заявленной кабельной линией целесообразно дополнительно осуществлять контроль дебита и температуры выходящего потока продукта из скважины.
Мощность кабельной линии выбирают в зависимости от параметров скважины, например, в скважине при глубине отложения парафина 650 м длина нагревательной кабельной линии составляет 820 м, потребляемая мощность 27,21 Квт.
При эксплуатации кабельной линии в скважине кабельную линию ориентируют так, чтобы центры сечений токопроводящих жил прилегали к насосно-компрессорным трубам плоской или вогнутой поверхностью. Кабельную линию подключают к источнику питания, а свободные нижние концы кабельной линии соединяют между собой в одну общую точку, при этом кабельную линию крепят хомутами к наружной поверхности к насосно-компрессорным трубам.
Испытания кабельной линии, составленной из трех биметаллических жил с поперечным сечением жилы S=6 мм 2 при фазном токе 1ф=42,12 А, показали, что температура жидкости на устье скважины повысилась на 8-10° и отложение парафина в скважине прекратилось.
Испытания показали высокую эксплуатационную надежность кабельной линии, длительность эксплуатации составляет более 1 года.
Техническим результатом заявленной полезной модели является следующее.
Выполнение жил из токопроводящих нитей непрерывными и одинаковой длины, расположенных по всей длине кабельной линии, дает возможность сформировать жилы в сплошной изоляционной оболочке, что упрощает конструкцию кабельной линии в целом, обеспечивает сплошность (целостность) и прочность изоляции всей
кабельной линии, увеличивает надежность заявленной кабельной линии.
Выполнение жил из токопроводящих нитей, свитых между собой по всей длине, из материала с разной удельной проводимостью, например из меди и стали, расположенных непрерывно по всей длине кабельной линии, дает возможность сформировать кабельную линию с однородными изоляционными свойствами как по длине кабельной линии, так и по ее сечению, а также обеспечивает равномерное нагревание кабельной линии по всей ее длине, что является предупреждающим действием при образовании пробок из асфальтосмолопарафиновых отложений. Этот признак заявленной полезной модели также повышает надежность кабельной линии.
Выполнение брони, задающей необходимую форму кабельной линии, дает возможность сформировать кабельную линию с единой геометрией формообразующей брони, как по длине кабельной линии, так и по ее сечению, с однородными механическими свойствами, что увеличивает прочность и несущую способность кабельной линии.
Выполнение кабельной линии с плоской или выпукло-вогнутой формой в поперечном сечении, а не круглой, дает возможность более плотного прилегания кабельной линии к поверхности трубы, что обеспечивает равномерное и достаточное прогревание добываемой жидкости и исключает образование пробок из асфальтосмолопарафиновых отложений в нефтяных и газовых скважинах.
Полученный технический результат полностью решает поставленную задачу заявленной полезной модели.
1. Кабельная линия, содержащая изолированные токопроводящие жилы, выполненные из токопроводящих нитей, подушку под броню и броню, выполненную, по меньшей мере, в один повив, отличающаяся тем, что кабельная линия состоит, по меньшей мере, из трех жил, которые выполнены как биметаллические проводники, каждая жила имеет изоляционную оболочку, при этом токопроводящие нити, расположенные внутри изоляционной оболочки, выполнены непрерывными, имеют одинаковую длину и равномерно свиты между собой по всей длине, при этом одна часть нитей выполнена из металла с высокой удельной проводимостью, другая часть нитей из металла с низкой удельной проводимостью, а броня, уложенная на подушку и соединяющая жилы между собой, является формообразующей для кабельной линии, причем место соединения жил непрерывно по всей длине кабельной линии.
2. Кабельная линия по п.1, отличающаяся тем, что броня имеет выпукло-вогнутые поверхности, при этом центры сечения токопроводящих жил расположены на одной дуге с постоянным радиусом кривизны.
3. Кабельная линия по п.1, отличающаяся тем, что броня имеет плоские поверхности, при этом центры сечений токопроводящих жил расположены на одной прямой, параллельной плоским поверхностям.
4. Кабельная линия по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что одна часть нитей с высокой удельной проводимостью выполнена из меди или алюминия, а другая часть нитей с низкой удельной проводимостью из стали.
