НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ

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,
2
2
2
- размеры плоского кабеля с ТПЖ 3×8 мм не более 14,5×32,0 мм, с ТПЖ 3×12 мм не более 16,0×35,6 мм, с ТПЖ 3×16 мм 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.
2
2
2
1
2
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 мм не более 14,5×32,0 мм, с ТПЖ 3×12 мм не более 16,0×35,6 мм, с ТПЖ 3×16 мм 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 R=R.
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.