ПЛОСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ СИСТЕМЫ ОБОГРЕВА НЕФТЕСКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям нагревательных кабелей, применяемых в системе обогрева нефтескважин при добыче нефти.
Система обогрева нефтескважин предназначена для предотвращения снижения добычи нефти из-за отложения парафинов и образования гидратов в насосно-компрессорной трубе установки, применяемой при добыче нефтей парафинового основания путем снижения их вязкости. Температура в пласте обычно достаточно высока, чтобы обеспечить течение нефти, однако, при движении к поверхности происходит снижение температуры по мере отдачи тепла все более холодной окружающей породе. В ряде случаев потери достаточно велики, что приводит к загустеванию и отложению парафинов на стенках насосно-компрессорных труб. Вязкость добываемых нефтей парафинового основания при снижении температуры увеличивается, что затрудняет перекачку.
Для большинства случаев этих проблем можно избежать путем компенсации потерь тепла окружающей породе в верхней части насоснокомпрессорной колонны, где величина теплопотерь достигает максимума, применив для этих целей нагревательный кабель. Обогрев насоснокомпрессорной трубы является одним из наиболее экономичных вариантов
борьбы с отложением парафинов по сравнению с другими методами как,
например, промывка горячей нефтью, механическая очистка, закачивание химических добавок либо пара и обеспечивает постоянный максимальный дебит скважин, снижение расходов по эксплуатации последней.
Наиболее интенсивно парафин откладывается на внутренней поверхности подъемных труб скважин. Многочисленные промысловые исследования показали, что характер распределения парафиновых отложений в подъемных трубах различного диаметра примерно одинаков. Толщина отложений постепенно увеличивается от места начала образования на глубине 500 900 м и достигает максимальной толщины на глубине 50 - 200 м от устья, затем уменьщается на 1 - 2 мм в области устья  1 .
Для борьбы с отложениями парафина в конце 90-х годов созданы плоские трехжильные нагревательные кабели  2 , прокладываемые по наружной поверхности насосно-компрессорных труб установок для добычи нефти. Рассмотрены вопросы нагревания потока нефти в насосно-компрессорной трубе скважины при применении нагревательного кабеля  3 . Последний на трубе крепится поясами и нагревание трубы обеспечивается за счет передачи тепла от брони нагревательного кабеля.
Температура нагрева трубы зависит от величины зазора между ее наружной поверхностью и плоскостью брони кабеля, а также от ширины последнего. С целью увеличения температуры нагрева насосно-компрессорной трубы без увеличения мощности, потребляемой кабелем на единицу длины, созданы модификации плоских нагревательных кабелей увеличенной ши2М - / З
рины. Разработан кабель постоянного тока с расщепленными жилами (каждая жила выполняется из двух отдельно изолированных проводников либо с заполнителем между жилами); трехжильный, в котором увеличение ширины обеспечивается за счет применения заполнителя, размещенного между изолированными токопроводящими жилами, либо выполнения одной жилы из двух изолированных проводников. Для брони кабелей принята лента стальная с относительным удлинением при разрыве не менее 30%, что обеспечивает улучшение гибкости нагревательного кабеля и снижение зазора между кабелем и трубой.
Применение плоского кабеля увеличенной ширины, лучшей гибкости позволяет уменьшить тепловое сопротивление теплопередачи от брони кабеля к насосно-компрессорной трубе, которое с размерами связано соотношением:
ГАЯд X а ,°Схм/Вт , где
А - зазор между кабелем и насосно- компрессорной трубой, мм а - ширина плоского кабеля, мм
А,д - теплопроводность нефти или газа, Вт / м х °С.
Токопроводящая жила кабеля принимается из стальной оцинкованной проволоки либо медная с дополнительным покрытием из электроизоляционного лака или путем лужения. Дополнительное покрытие проволоки обеспечивает лучшую адгезию полимерной изоляции к поверхности первой; защищает структуру изоляционного материала от разрушающего воз/;Г5с
А
действия ионов меди, особенно при повышенных температурах. Для изоляции кабелей с допустимой температурой нагрева жилы + 120 °С предусмотрено применение блоксополимера пропилена с этиленом либо силаносшиваемого полиэтилена либо блоксополимера пропилена с этиленом и силаносшиваемого полиэтилена в любой последовательности. Изоляция принята двухслойная либо однослойная.
По поверхности изоляции предусмотрено наложение обмотки из ленты волокнистого либо пленочного материала с целью снижения механических нагрузок на изоляцию при наложении брони из стальной ленты и при эксплуатации кабеля. На обмотанные и параллельно уложенные жилы накладывается подушка из ленточного материала и общая броня из стальной ленты с относительным удлинением не менее 30 %.
Длина кабельной линии, мощность, потребляемая кабелем на единицу длины, фазный ток и напряжение для трехжильного кабеля связаны соотношением:
л/З X С/ „ X / X cos (О L , км , где
РО - мощность, потребляемая кабелем длиной 1 км, Вт;
cos ф - коэффициент мощности;
I - фазный ток, определенный по формуле:
/  ,1,А,где
4 -М1П р
R - омическое сопротивление цепи постоянного тока при рабочей температуре кабеля. Ом/км.
Плоский нагревательный кабель для системы обогрева нефтескважин применен на ряде штанговых установок при добыче нефти в Пермской области. При использовании систем обогрева, содержащих нагревательный кабель, в течение 12 - 15-ти месяцев исключена промывка скважин горячей нефтью и эксплуатация продолжается. До установки кабеля количество промывок составляло 2-3 раза в месяц. Достигнуто увеличение межремонтного периода скважин в три раза. Обеспечен экономический эффект за счет сокращения числа подземных ремонтов скважин, увеличения межобрывного периода колонны насосных штанг установок для добычи нефти, сокращения количества пропарок. Улучшена защита окружающей среды за R - активное сопротивление одной фазы кабеля при рабочей температуе, Ом/км; UH - линейное напряжение трехфазной системы, частоты 50 Гц, В Для кабеля на постоянное напряжение: т л L  , км , где РО - мощность, потребляемая кабелем длиной 1 км, Вт; и - напряжение. В; Величина постоянного тока определяется по формуле: /  1,А,где
счет сокращения разливов нефти при эксплуатации скважин и снижения объемов применения транспортных средств.
Общий вид плоского нагревательного кабеля постоянного и переменного тока представлен на фиг.1 и фиг,2 соответственно. Кабель содержит токопроводящие жилы 1, дополнительное покрытие 2 по каждой жиле, полимерную изоляцию 3, обмотку 4 по изоляции, подушку 5, общую броню 6, заполнитель 7. Предлагаемые кабели имеют большую ширину, обеспечивают меньшее тепловое сопротивление теплопередачи от брони к насоснокомпрессорной трубе, что позволяет увеличить температуру нефти и снизить ее вязкость. Продолжается подконтрольная эксплуатация скважин, имеющих систему обогрева.
Литература:
1.Персиянцев М.П. - Добыча нефти в осложненных условиях. Москва, Недра, 2000г.
2.Буренков А.Е. - Кабель нагрева. Сборник «Пермская область для нефтегазовой индустрии, Пермь, 2001 г.
3.Буренков А.Е., Макиенко Г.П., Мерзляков Б.Л., Смильгевич В.В., Холодный С.Д. - Расчет нагревания потока нефти в скважине при применении нагревательного кабеля. Сборник «Пермская область для нефтегазовой индустрии, Пермь, 2001 г.