Грузонесущий геофизический кабель для термообработки скважин

Полезная модель относится к грузонесущим геофизическим кабелям, используемым для термообработки скважин и предотвращения образования парафиногидратных пробок.
Известен «Нагревательный кабель для нефтяных скважин» по патенту RU №145740 опубл. 27.09.2014. Бюл. №27.
Данный кабель содержит термоизолированные токопроводящие нагревательные жилы, выполненные из медной или алюминиевой проволоки с возможностью подключения к регулируемому источнику тока и уложенные параллельно термоизолированным токопроводящим нагревательным жилам n-заполняющих жил, заключенных в изоляцию, выполненную из полимера, снабжен нитями из арамидного волокна, содержит общую изолирующую оболочку нагревательных и заполняющих жил и имеет защитную оболочку, отличающийся тем, что заполняющие жилы, согласно предложенному техническому решению, выполнены из арамидных нитей, а защитная оболочка наложена непосредственно на общую изолирующую оболочку. Недостатком данной конструкции является:
1. отсутствие стальной брони и как следствие ограниченная разрывная нагрузка;
2. небольшой диаметр кабеля и как следствие небольшая площадь теплоотдачи;
3. ограниченная область применения кабеля.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является «Грузонесущий геофизический кабель для термообработки скважин», патент на полезную модель RU №88193, опубл. 27.10.2009, Бюл. №30, включающий контрольные жилы, изготовленные из изолированных медных проволок, промежуточную оболочку контрольных жил, нагревательные жилы, изготовленные из изолированных медных или алюминиевых проволок, имеющих более высокую теплостойкость изоляции по сравнению с остальными изоляционными материалами кабеля, промежуточную оболочку нагревательных жил, броню из стальных оцинкованных проволок состоящей, по меньшей мере, из двух повивов стальной оцинкованной проволоки, наложенной с зазором между проволоками, составляющим более 1 диаметра проволоки и внешнюю оболочку. Степень нагрева кабеля определяется по сопротивлению контрольных жил.
Однако данная конструкция имеет ряд недостатков, а именно:
1. отсутствие разделительных жгутов между группами жил при наличии малейших микротрещин в изоляции может привести к короткому межфазному замыканию и как следствие выходу из строя кабеля;
2. гладкая поверхность промежуточной оболочки и напряжение в повивах брони может приводить к отслаиванию внешней оболочки с повивами брони от промежуточной оболочки и как следствие вздутие, нарушение целостности кабеля во время работы и в итоге выход из строя;
3. ограничение конструкции кабеля двумя повивами стальной брони увеличивает стоимость кабеля и габаритные размеры.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение стоимости кабеля, изготовление унифицированного кабеля позволяющего осуществлять его применение со станциями управления как постоянного, так и переменного тока, увеличение надежности конструкции, выносливость к частым монтажным и демонтажным работам, увеличение срока службы изделия.
Данный технический результат достигается тем, что грузонесущий геофизический кабель для термообработки скважин, содержит грузонесущий сердечник выполненный, например, из нитей арамидных волокон покрытых промежуточной оболочкой, 6-12 нагревательных жил, изготовленных из изолированных медных или алюминиевых проволок, 2-слойную промежуточную оболочку нагревательных жил, броню из стальных оцинкованных проволок и внешнюю оболочку.
Поверх грузонесущего сердечника наложены нагревательные жилы с разделительными жгутами, при этом каждая нагревательная жила покрыта слоем изоляции. Промежуточная оболочка нагревательных жил наложена в два слоя, с образованием продольных ребер, равномерно распределенных по всей длине окружности промежуточной оболочки, причем второй слой промежуточной оболочки выполнен из того же материала, что и наружная оболочка, при этом нагревательные жилы разделены на 2 или 3 равные группы двумя или тремя разделительными жгутами, а броня из стальной оцинкованной проволоки уложена в 1 или 2 повива, при этом степень нагрева кабеля определяется по сопротивлению нагревательных жил.
Отличительной особенностью данной конструкции является:
1. наличие промежуточной оболочки, наложенной в два слоя, с образованием продольных ребер, равномерно распределенных по всей длине окружности оболочки, причем 2-й слой промежуточной оболочки из того же материала, что и наружная оболочка, что позволяет добиться проникновения материала при наложении наружной оболочки между проволоками брони и надежного склеивания наружной оболочки с проволоками брони и промежуточной оболочкой. Это позволяет связать в единую монолитную конструкцию промежуточную оболочку, проволоки брони и наружную оболочку и существенно снизить вероятность отслоения наружной оболочки, а значит значительно увеличить герметичность и надежность конструкции, что особенно важно при эксплуатации кабеля в скважинах с высоким давлением. Так же данная особенность конструкции значительно увеличивает механическую прочность кабеля и соответственно общий ресурс, что особенно важно при эксплуатации кабеля при регулярных монтажных и демонтажных работах;
2. наличие в конструкции 2 или 3 разделительных жгутов позволяет изготавливать кабель для эксплуатации со станциями любого типа (переменного или постоянного тока) без существенных изменений в технологическом процессе и стоимости конечного продукта. Также наличие разделительных жгутов значительно снижает риск возникновения межфазного замыкания и как следствие выход из строя кабеля;
3. наличие в конструкции либо 1, либо 2 повивов стальной брони дает возможность изготавливать кабель с широким диапазоном значений разрывного усилия под конкретные задачи, что в свою очередь позволяет сократить себестоимость изготовления и конечную стоимость кабеля, а также уменьшить габаритные размеры кабеля.
На Фиг. 1 изображен вариант изготовления грузонесущего геофизического кабеля для термообработки скважин с одним повивом брони и двумя разделительными жгутами, где:
1. Грузонесущий сердечник в промежуточной оболочке
2. Разделительные жгуты
3. Нагревательные жилы
4. Изоляция нагревательных жил
5. Промежуточная оболочка нагревательных жил (1-й слой)
6. Промежуточная оболочка нагревательных жил (2-й слой)
7. Внешняя оболочка
8. Повив брони.
На Фиг. 2 изображен вариант изготовления грузонесущего геофизического кабеля для термообработки скважин с одним повивом брони и тремя разделительными жгутами, где:
1. Грузонесущий сердечник в промежуточной оболочке
2. Разделительные жгуты
3. Нагревательные жилы
4. Изоляция нагревательных жил
5. Промежуточная оболочка нагревательных жил (1-й слой)
6. Промежуточная оболочка нагревательных жил (2-й слой)
7. Внешняя оболочка
8. Повив брони
На Фиг. 3 изображен вариант изготовления грузонесущего геофизического кабеля для термообработки скважин с двумя повивами брони и двумя разделительными жгутами, где:
1. Грузонесущий сердечник в промежуточной оболочке
2. Разделительные жгуты
3. Нагревательные жилы
4. Изоляция нагревательных жил
5. Промежуточная оболочка нагревательных жил (1-й слой)
6. Промежуточная оболочка нагревательных жил (2-й слой)
7. Внешняя оболочка
8. 1-й повив брони
9. 2-й повив брони.
В центр кабеля помещается грузонесущий сердечник 1, выполненный из нитей арамидных волокон, покрытых промежуточной оболочкой. Поверх грузонесущего сердечника 1 методом скрутки накладываются нагревательные жилы 3 в количестве 6-12 штук, изготовленные из изолированных медных или алюминиевых проволок, которые разделены на 2 или 3 равные группы разделительными жгутами 2, при этом каждая нагревательная жила покрыта слоем изоляции 4, которая может быть выполнена из материала, имеющего более высокую теплостойкость по сравнению с остальными изоляционными материалами кабеля. На нагревательные жилы 3 накладывается одновременно два слоя промежуточной оболочки 5 и 6 таким образом, чтобы на поверхности промежуточной оболочки образовались продольные ребра, равномерно распределенные по всей длине окружности, причем 2-й слой промежуточной оболочки наносится из того же материала, что и наружная оболочка, что позволяет добиться проникновения материала при наложении наружной оболочки между проволоками брони и надежного склеивания наружной оболочки с проволоками брони и промежуточной оболочкой, что в свою очередь позволяет связать в единую монолитную конструкцию промежуточную оболочку, проволоки брони и наружную оболочку и существенно снизить вероятность отслоения наружной оболочки, а значит значительно увеличить герметичность и надежность конструкции, механическую прочность кабеля и соответственно общий ресурс, что особенно важно при эксплуатации кабеля в скважинах с высоким давлением и регулярных монтажных и демонтажных работах. На двухслойную промежуточную оболочку наносится броня, состоящая из одного или двух повивов 8, 9 стальной оцинкованной проволоки Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3.
Поверх брони на кабель наносится внешняя оболочка 7.
Технологическая цепочка сборки предложенного кабеля выглядит следующим образом:
1. скрутка грузонесущего сердечника на крутильной машине;
2. наложение промежуточной оболочки на грузонесущий сердечник методом экструзии на экструзионной линии;
3. наложение на грузонесущий сердечник в промежуточной оболочке изолированных алюминиевых или медных проволок и разделительных жгутов на крутильной машине.
4. наложение первого и второго слоя промежуточной оболочки нагревательных жил методом экструзии на экструзионной линии;
5. наложение повивов брони из стальных оцинкованных проволок на крутильной машине;
6. наложение внешней оболочки методом экструзии на экструзионной линии;
Для производства предложенного кабеля нами были выбраны следующие материалы:
Грузонесущий сердечник в промежуточной «формирующей» оболочке - нити арамидных волокон, композиция блоксополимера пропилена с этиленом 02-МК ТУ2211-001-36295287-2002;
Для нагревательных жил нами была выбрана проволока медная марки ММ, МТ ТУ16.К71-087-90; проволока алюминиевая AT, AM, ГОСТ 6132-79
Изоляция нагревательных жил - композиция блоксополимера пропилена с этиленом 02-МК ТУ2211-001-36295287-2002;
Разделительные жгуты - нити арамидных волокон, композиция блоксополимера пропилена с этиленом 02-МК ТУ2211-001-36295287-2002;
Промежуточная «формирующая» оболочка нагревательных жил
- первый слой композиция блоксополимера пропилена с этиленом 02-МК ТУ2211-001-36295287-2002;
- второй слой полиэтилен высокой плотности
Повивы брони - проволока стальная канатная оцинкованная ГОСТ 7372
Внешняя оболочка - полиэтилен высокой плотности
Для производства предложенного кабеля также могут использоваться другие материалы со схожими техническими характеристиками.
Грузонесущий геофизический кабель используется для нагрева потока жидкости в нефтегазовых скважинах с целью предотвращения образования асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО) на стенках насосно-компрессорных труб и в межтрубном пространстве. Кабель спускают в насосно-компрессорную трубу нефтяной скважины, на верхнем конце кабеля нагревательные жилы подключены к регулируемому источнику тока (станция управления нагревом кабеля). При подаче в кабель тока происходит нагрев нагревательных жил до температуры порядка 60-130°С. Выделяемое при этом тепло, нагревает находящуюся в насосно-компрессорных трубах жидкость (нефть), препятствуя образованию асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО). Станция управления нагревом кабеля поддерживает заданный режим нагрева кабеля и осуществляет защитные функции с помощью контрольно-измерительных приборов. Контроль средней температуры кабеля осуществляют по изменению сопротивления нагревательных жил.
Предложенная конструкция кабеля позволяет унифицировать возможность применения кабеля, повысить его надежность, увеличить срок службы, снизить затраты на производство и соответственно конечную стоимость кабеля.