НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ
Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована в нефтегазодобывающих скважинах для нагрева потока жидкости в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) с целью снижения вязкости добываемой жидкости и предотвращения образования асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО) на стенках НКТ в нефтяных скважинах.
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 [патент RU №33257 от 10.10.2003].
Недостатком данной модели является то, что кабель включает в себя низкотемпературный и соединенный с ним нагревательный кабель, что делает процесс изготовления кабеля трудоемким и сложным и соответственно дорогостоящим, а место соединения является ненадежным, что может приводить к проникновению скважинных газов и жидкости в место соединения и как следствие пробой и выход из строя кабеля.
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 [патент RU №16220 от 10.12.2000].
Недостатком данной модели является то, что кабель имеет сложную форму, когда центры сечений токопроводящих жил расположены на одной прямой, параллельной плоским поверхностям, и смещены в сторону одной из плоскостей, либо выпукло-вогнутых поверхностей, причем центры сечений токопроводящих жил расположены на одной дуге с постоянным радиусом и смещены в сторону вогнутой поверхности, либо круглого сечения с центрами сечений токопроводящих жил, расположенных на одной окружности, что делает изготовление сложным и дорогостоящим.
Три нагревательные жилы в обоих моделях уложены параллельно рядом друг с другом без дополнительных изолирующих разделителей, что увеличивает вероятность межфазного пробоя изоляции.
Известный нагревательный кабель, который содержит 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, 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. [Патент RU №2334375 от 20.09.2008].
Данный нагревательный кабель имеет ряд недостатков, а именно:
- токопроводящие нагревательные жилы выполнены путем скручивания проволок с разным удельным сопротивлением, что усложняет процесс изготовления и увеличивает стоимость;
- выпукло-вогнутая форма кабеля также способствует усложнению процесса изготовления и удорожанию;
- кабель имеет три токопроводящие нагревательные жилы, соединенные в нижнем конце в звезду, что не позволяет использовать данный кабель со станциями управления постоянного тока;
- высокое удельное сопротивление токопроводящих нагревательных жил кабеля требует для нагрева скважин глубиной 1000 и более метров дополнительных повышающих трансформаторов, что приводит к существенному удорожанию при комплектации оборудования для нагрева потока жидкости в нефтегазовых скважинах.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Нагревательный кабель» по патенту №2238392 опубл. 20.10.2004 г, содержащий три нагревательные жилы, защищенные двумя слоями термоизоляции из блоксополимера пропилена с этиленом и слоем обмотки из термостойкого полотна. Кабель также содержит заполняющие жилы, выполненные в виде изолированных медных проволок, уложенные вдоль нагревательных жил. Диаметры заполняющих жил выбраны такими, чтобы их наружные поверхности упирались в соответствующие наружные поверхности нагревательных жил и внутреннюю поверхность подушки под общую броню кабеля. Поверх изолированных нагревательных и заполняющих жил уложена общая обмотка под броню и броня с образованием нагревательных поверхностей. Нагревательные жилы в нижней части кабеля соединены между собой, а другими концами подключены к регулируемому источнику трехфазного тока, управляющий вход которого соединен с выходом регулятора. Заполняющие жилы также в нижней части кабеля соединены между собой, а верхними концами включены в плечо измерительного моста, диагональ измерения которого соединена с входом регулятора.
Однако и этот кабель имеет ряд недостатков:
1. В конструкции кабеля три нагревательные жилы, что не позволяет использовать данный кабель со станциями управления постоянного тока и существенно увеличивает стоимость кабеля.
2. Нагревательные жилы покрыты двумя слоями термоизоляции, что значительно снижает теплоотдачу в процессе нагрева кабеля
3. Кабель содержит заполняющие жилы, что существенно усложняет конструкцию и соответственно увеличивает стоимость изделия.
Целью изобретения является повышение эффективности и надежности нагревательного кабеля, возможность эксплуатации кабеля со станцией управления нагрева постоянного тока, в том числе с функцией регулирования величины тока нагрева, унификация кабеля с целью использования минимального количества типоразмеров на скважинах с разными глубинами образования АСПО, что в итоге должно отразиться на снижении стоимости производства кабеля.
2
Указанный технический результат обеспечивается тем, предложен унифицированный нагревательный кабель, который может служить «базовой» конструкцией при унификации кабеля с целью использования минимального количества типоразмеров на скважинах с разными глубинами образования АСПО. «Базовая» конструкция нагревательного кабеля содержит нагревательные токопроводящие жилы (далее НТЖ), уложенные параллельно, на которые наложена изоляция. На НТЖ наложена подушка под броню, поверх подушки наложена броня, причем, нагревательный кабель имеет две токопроводящие нагревательные жилы, которые с одного конца свободны, для подключения к источнику питания, а на другом (нижнем) конце соединены между собой и изолированы для образования замкнутой электрической цепи и выполнены из медной или алюминиевой проволоки сечением 6, 8, 10 или 12 мм, что позволяет ему подключаться к станциям управления нагревом постоянного тока с выходным напряжением до 540 В, которые имеют возможность регулировки мощности нагрева и ограничения рабочего тока, и позволяет осуществлять нагрев потока жидкости в широком диапазоне глубин скважин от 500 до 1500 м, без применения повышающего трансформатора и без необходимости индивидуального изготовления кабеля под особенности физико-химических свойств каждой скважины.
На НТЖ может быть наложена промежуточная изолирующая оболочка. Кроме того между НТЖ может быть уложен разделительный жгут в виде цельного прутка или полой трубки. Поверх уложенных НТЖ с разделительным жгутом может быть наложена промежуточная изолирующая оболочка.
На Фиг. 1 представлен нагревательный кабель, представляющий собой «базовую» конструкцию, в котором поверх 2-х нагревательных токопроводящих жил, уложенных параллельно, наложена подушка под броню и броня.
На Фиг. 2 изображен нагревательный кабель «базового» исполнения (Фиг. 1) в котором на НТЖ наложена промежуточная изолирующая оболочка.
На Фиг. 3 изображен нагревательный кабель «базового» исполнения (Фиг. 1) в котором между НТЖ уложен разделительный жгут, выполненный в виде цельного прутка (Фиг. 3а) или полой трубки (Фиг. 3b)
На Фиг. 4 изображен нагревательный кабель «базового» исполнения (Фиг. 1) в котором между НТЖ расположен разделительный жгут в виде цельного прутка (Фиг. 3а) или полой трубки Фиг. 3b), поверх которых наложена промежуточная изолирующая оболочка.
2
Нагревательный кабель «базового» исполнения содержит две изолированные нагревательные токопроводящие жилы 1 (далее НТЖ), которые с одного конца свободны, для подключения к источнику питания, а на другом (нижнем) конце соединены между собой и изолированы для образования замкнутой электрической цепи и выполнены из медной или алюминиевой проволоки сечением 6, 8, 10 или 12 мм (поз. 1 Фиг. 1, 2, 3, 4). На НТЖ поз. 1 наложена изоляция, которая может содержать как один слой, так и несколько (например, от 1 до 3 слоев) (поз. 2, 3. Фиг. 1, 2, 3, 4) Учитывая размеры скважин общая толщина изоляции должна составлять не более 6 мм. Выполнена изоляция из композиции блоксополимера пропилена с этиленом, устойчивого к воздействию повышенной температуры и ионов меди (например, марки 02-МК по ТУ 2211-001-36295287-2002 или марки 02015-302К-М по ТУ 2243-052-05766563-98) или маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена. НТЖ уложены параллельно. На НТЖ наложена подушка (поз. 4 Фиг. 1, 2, 3, 4) под броню, выполненная в виде обмотки с перекрытием не менее 30% лентой из нетканого полотна или термоскрепленного полотна, поверх подушки наложена броня (поз. 5 Фиг. 1, 2, 3, 4) из профилированной стальной оцинкованной ленты толщиной 0,5-1 мм и шириной 20-25 мм с перекрытием 30-50%.
Поверх уложенных параллельно НТЖ может быть наложена промежуточная изолирующая оболочка (поз. 7, фиг. 2, 4), предназначенная для усиления ударной прочности кабеля при монтаже и повышения электроизоляционных свойств и выполненная, например, из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена, у которого при нагреве изменяются жесткость и кабель в процессе эксплуатации принимает форму поверхности, на которую он крепится (НКТ), тем самым увеличивая площадь соприкосновения с нагреваемой поверхностью без потери общей целостности изделия, что позволяет исключить в процессе производства дополнительные затраты на формирование кабеля специальной формы (выпукло-вогнутой).
Между НТЖ может быть уложен изолирующий разделительный жгут поз. 6 (Фиг. 3, 4), предназначенный для разделения токопроводящих жил с целью снижения вероятности межфазного пробоя изоляции при высоких токах нагрева и выполненный в виде цельного прутка поз. 6 (Фиг. 3a, 4а) или полой трубки (Фиг. 3b, 4b) из композиции блоксополимера пропилена с этиленом устойчивого к воздействию повышенной температуры и ионов меди (например, марки 0201К по ТУ2211-002-36295287-2002 или марки 02015-301К по ТУ 2243-052-05766563-98) или маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена. Поверх уложенных параллельно НТЖ и разделительного жгута может быть наложена промежуточная изолирующая оболочка (Фиг. 4 поз. 7), выполненная, например, из маслостойкого силаносшиваемого полиэтилена.
За счет того, что кабель имеет две токопроводящие нагревательные жилы, он может подключаться к станциям управления нагревом постоянного тока с выходным напряжением до 540 В, которые имеют возможность регулировки мощности нагрева и ограничения рабочего тока, и позволяет осуществлять нагрев потока жидкости в широком диапазоне глубин скважин от 500 до 1500 м, без применения повышающего трансформатора и без необходимости индивидуального изготовления кабеля под особенности физико-химических свойств каждой скважины.
За счет того, что НТЖ разделены изолирующим разделительным жгутом дополнительно снижается вероятность возникновения электрического пробоя между нагревательными жилами.
Предложенный нагревательный кабель малогабаритен т.к. максимальная габариты ширина при различных вариантах исполнения составляют от 19 до 34 мм. Кроме того он унифицирован, что повышает его эффективность и надежность, и позволяет осуществлять эксплуатацию кабеля со станцией управления нагревом постоянного тока, в том числе с функцией регулирования величины тока нагрева, при минимальном количестве типоразмеров на скважинах с разными глубинами образования АСПО, причем значительно сокращается стоимость кабеля по сравнению с множеством кабелей того же назначения, используемых в данной области.