КАБЕЛЬНАЯ ЛИНИЯ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована, в качестве оборудования нефтегазодобывающих скважин для электропитания погружных насосов и одновременно для путевого электропрогрева высоковязкой нефтегазовой смеси скважин, оборудованных штанговыми насосными установками, погружными электронасосами с целью снижения вязкости добываемой жидкости, ликвидации парафиногидратных пробок в скважинах. Устройство может найти применение также для предотвращения замерзания водоводов в опасных участках нефтепромыслового оборудования, в системах закачки воды, транспорта нефти и газа.
Известна кабельная линия, предназначенная для предупреждения парафиногидратных образований в нефтяных скважинах, состоящая из составного кабеля включающего низкотемпературного отвода вне скважины (кабель ЭЦН) и нагревательного отвода в скважине (геофизический кабель), имеющих разное электрическое сопротивление, соединенных между собой пайкой, с токопроводящими жилами свободного конца низкотемпературного отвода, подключенными к трехфазному источнику питания и токопроводящими жилами свободного конца нагревательного отвода соединенными звездой (см. Малышев А.Г. и др. Применение греющих кабелей для предупреждения парафиногидратоотложения в нефтяных скважинах. Нефтяное хозяйство, 1990, №6, стр.58-60)
Недостаток известной кабельной линии - низкая эксплутационная надежность и низкий уровень выделяемой электрической мощности, недостаточной для предупреждения парафиногидратных отложений.
Известна также кабельная линия, предназначенная для электропитания погружных насосов и одновременно для путевого электропрогрева высоковязкой нефтегазовой смеси в скважине, состоящая из низкотемпературного и высокотемпературного (нагревательного) отводов кабеля, имеющих разное электрическое
сопротивление и содержащих изолированные термостойкой оболочкой токопрозодящие жилы. Токопроводяшие жилы нагревательного отвода кабеля с одного конца соединены попарно с жилами низкотемпературного отвода кабеля неразъемным соединением. Свободные концы низкотемпературного отвода кабеля предназначены для подключения к источнику питания, а свободные концы токопроводящих жил высокотемпературного отвода кабеля соединены между собой, например, в «звезду» для образования замкнутой электрической цепи. Снаружи на изолированные токопроводящие жилы уложены последовательно подушка под броню и броня (см. свидетельство на полезную модель №33257, к. Н 01 В 7/18, Н 02 G 1/14 от 09.04.2003 г.)
В известной кабельной линии часть длины низкотемпературного отвода кабеля выведена на поверхность и присоединена к источнику питания, часть длины низкотемпературного отвода кабеля расположена в скважине и соединена с нагревательным отводом кабеля. При этом длина низкотемпературного отвода кабеля, расположенного в скважине может быть значительно больше длины нагревательного отвода кабеля от которого тепловая мощность передается колонне насосно-компресорных труб (НКТ) через контактную поверхность. Например, для обеспечения расчетной мощности кабельной линии 30 кВт при стандартном напряжении питания 380 вольт и длине кабельной линии 1050 м, длина низкотемпературного отвода кабеля марки КНПпоБПТ-3×16 должна быть 700 метров, а длина отвода нагревательного кабеля марки КНСПпоБП-3×8 должна быть 350 метров. Из этого видно, что в известной кабельной линии теплопередача происходит через контактную поверхность, площадь которой значительно меньше общей площади контакта между кабельной линией и колонной НКТ, например, в три раза, как в приведенном выше примере.
Недостатком известной кабельной линии является низкая эффективность прогрева колоны насосно-компрессорных труб скважины и низкая надежность кабельной линии. Низкая эффективность прогрева обусловлена следующими причинами:
1. Передача тепловой энергии от кабельной линии к колонне НКТ происходит не по всей длине кабельной линии, а только по длине нагревательного отвода кабеля, поэтому часть колонны НКТ не прогревается и не предохраняется от парафиногидратных отложений.
2. Поскольку передача тепловой энергии от кабельной линии колонне НКТ происходит не по всей контактной поверхности, а только по контактной поверхности между нагревательным отводом кабеля и колонной НКТ, имеет место увеличение сопротивления теплопередачи между контактными поверхностями и снижение КПД кабельной линии.
Низкая надежность кабельной линии обусловлена тем, что при генерировании всей расчетной тепловой мощности в нагревательном отводе кабеля и большом сопротивления теплопередачи возрастает вероятность перегрева и пробоя изоляции нагревательного отвода кабеля.
Наиболее близким к предполагаемому решению является кабельная линия, состоящая из связанных между собой низкотемпературного и нагревательного участков (отводов), содержащих изолированные токопроводящие жилы из материала с разным удельным сопротивлением, на которые уложена подушка под броню и броня, жилы каждого из отводов соединены попарно неразъемным соединением, место соединения жил изолировано термостойкой оболочкой, подушкой под броню и броней, при этом высокотемпературный отвод выполнен плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями (Полезная модель №10000, 6 Н 01 В 7/18 от 15.06.98 г.)
Выполнение в данной кабельной линии нагревательного отвода с выпукло-вогнутыми поверхностями лишь частично уменьшает сопротивление теплопередачи между кабельной линией, и колонной НКТ, поэтому по указанным выше причинам и данная кабельная линия имеет низкую эффективность прогрева колоны насосно-компрессорных труб скважины и низкую надежность.
Недостатком известной кабельной линии является низкая
эффективность прогрева колоны насосно-компрессорных труб скважины и низкая надежность кабельной линии.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения эффективности кабельной линии при прогреве колоны НКТ и повышения эксплутационной надежности кабельной линии за счет равномерного распределения генерируемой тепловой мощности по длине кабельной линии, расположенной в скважине в интервале потенциальных парафиногидратных отложений и уменьшения сопротивления теплопередачи между контактными поверхностями кабельной линии и колонны НКТ за счет увеличения площади контактной поверхности.
Для получения такого технического результата в предлагаемой кабельной линии, состоящей из связанных между собой низкотемпературного и нагревательного участков (отводов), содержащих изолированные токопроводящие жилы из материала с разным удельным сопротивлением, на которые уложена подушка под броню и броня, жилы каждого из отводов соединены попарно неразъемным соединением, место соединения жил изолировано термостойкой оболочкой, подушкой под броню и броней, при этом высокотемпературный отвод выполнен плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями, предлагается нагревательный отвод кабельной линии выполнить из трех последовательных участков, каждый из которых включает три токопроводящие жилы разных фаз, одна из которых, нагревательная, выполнена с большим сопротивлением, чем две смежные низкотемпературные жилы, при этом токопроводящие жилы соединяемых участков нагревательного отвода кабеля в местах сростки верхнего участка с средним и среднего участка с нижним соединяются с трансмиссией нагревательной жилы таким образом, чтобы участки нагревательной жилы по длине кабельной линии последовательно располагались в токопроводящих жилах разных фаз, например, в последовательности фаз А, В, С.
Благодаря тому, что нагревательный отвод кабельной линии выполнен из трех последовательных участков, каждый из которых включает три токопроводящие жилы разных фаз, одна из которых,
нагревательная, выполнена с большим сопротивлением, чем две смежные низкотемпературные жилы, а токопроводящие жилы соединяемых участков нагревательного отвода кабеля в местах сростки верхнего участка с средним и среднего с нижним выполнены с трансмиссией нагревательной жилы таким образом, чтобы участки нагревательной жилы по длине кабельной линии последовательно располагались в токопроводящих жилах разных фаз, например, в последовательности фаз А, В, С решается задача повышения эффективности кабельной линии при прогреве колоны НКТ скважины и повышения эксплутационной надежности кабельной линии за счет обеспечения равномерного распределения генерируемой в кабельной линии тепловой мощности по всей длине колонны НКТ с потенциальными парафиногидратными отложениями, а также уменьшения сопротивления теплопередачи между контактными поверхностями кабельной линии и колонны НКТ за счет увеличения площади контактной поверхности. Расположение нагревательной жилы кабельной линии по всему интервалу колонны НКТ с потенциальными парафиногидратными отложениями, в три раза увеличивает контактную поверхность теплопередачи от кабельной линии к колонне НКТ и в три раза снижает сопротивление теплопередачи, что обеспечивает повышение эффективности кабельной линии при прогреве колонны НКТ, уменьшение вероятности перегрева изоляции и повышение надежности кабельной линии. Равномерное распределение нагревательной жилы по трем фазам кабельной линии исключает перекос фазных нагрузок и также повышает эффективность кабельной линии.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, 3, представлена предлагаемая кабельная линия, в том числе на фиг.1 - изображен фрагмент кабельной линии (КЛ) в зоне сростки верхнего низкотемпературного участка КЛ с верхним нагревательным участком КЛ, на фиг.2 - фрагмент КЛ в зоне сростки верхнего нагревательного участка КЛ с средним нагревательным участком КЛ, на фиг.3 - фрагмент КЛ в зоне сростки среднего нагревательного участка КЛ с нижним нагревательным участком КЛ.
Предлагаемая капельная линия состоит из последовательно соединенных низкотемпературного кабеля I и трех участков II, III, IV нагревательного кабеля, при этом каждая из трех токопроводящих жил нагревательной части кабельной линии включает по два участка низкотемпературных жил 6-7, 8-9, 10-11 и по одному участку нагревательных жил 12, 13, 14, которые равномерно распределены по всей нагревательной длине кабельной линии, перекрывая весь интервал скважины с потенциальными парафиногидратными отложениями, нагревательные жилы, например, стальные имеют более высокое электрическое сопротивление, чем низкотемпературные жилы, например, медные. Все токопроводящие участки жил жестко соединены между собой неразъемными соединениями 15, 16, 17. На изолированные соединенные попарно токопроводящие жилы кабельной линии по всей ее длине последовательно уложены подушка под броню, например, полотно нетканое, и броня 19, например, из стальной оцинкованной ленты. Кабельная линия выполнена с выпукло-вогнутой наружной поверхностью. Токопроводящие жилы на верхнем конце низкотемпературного участка I кабельной линии свободны для подключения к источнику питания, а жилы нижнего конца нижнего участка IV кабельной линии соединены между собой в «звезду» или подключены к погружному электродвигателю 18 установки электроцентробежного насоса. Монтаж кабельной линии осуществляется в цеховых условиях на кабельном участке, и устройство предназначается к использованию только после проведения цеховых испытаний на электрический пробой в водносолевой камере. При эксплуатации кабельной линии в скважине кабель требуемой длины (превышающей глубину отложения парафина в трубах) крепят хомутами к наружной поверхности насосно-компрессорных труб. Концы низкотемпературного кабеля подключают на поверхности к источнику питания, устройство готово для работы в качестве нагревателя для путевого прогрева скважинной жидкости.