кабельная линия

Формула изобретения

1. Кабельная линия, состоящая из низкотемпературного и высокотемпературного отводов, выполненных из материала с разной удельной проводимостью, содержащих изолированные токопроводящие жилы в общей формообразующей изоляционной оболочке, на которую уложена подушка и броня, при этом каждая жила выполнена из n токопроводящих нитей, отличающаяся тем, что токопроводящие нити в жиле выполнены разной длины, и по меньшей мере одна, но не более (n-1), токопроводящая нить выполнена непрерывной по всей длине жилы кабельной линии и выполнена из материала с удельной проводимостью низкотемпературного отвода кабельной линии, а остальные токопроводящие нити в жиле, выполненные также из материала с удельной проводимостью низкотемпературного отвода кабельной линии, выполнены укороченной длины, при этом к укороченным токопроводящим нитям в высокотемпературном отводе присоединены с возможностью заполнения формообразующей оболочки жилы по всей длине и поперечному сечению дополнительные нити из материала, удельная проводимость которого меньше удельной проводимости токопроводящих нитей.

2. Кабельная линия по п. 1, отличающаяся тем, что укороченные токопроводящие нити в жиле выполнены одинаковой длины.

3. Кабельная линия по п. 1, отличающаяся тем, что укороченные токопроводящие нити в жиле выполнены неравными по длине.

4. Кабельная линия по п. 1, отличающаяся тем, что к каждой укороченной токопроводящей нити присоединена дополнительная нить, при этом их сечения совпадают.

5. Кабельная линия по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере к одной укороченной токопроводящей нити присоединена одна дополнительная нить, а остальные укороченные токопроводящие нити соединены с общей дополнительной нитью увеличенного сечения.

6. Кабельная линия по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные нити выполнены из проводящего и/или полупроводникового, и/или диэлектрического материала.

7. Кабельная линия по п. 1, отличающаяся тем, что броня уложена по меньшей мере в один повив.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано в скважинах, оборудованных штанговыми насосными установками, погружными электронасосами, для электропитания оборудования, а также для путевого электропрогрева высоковязкой нефтегазовой смеси в скважине, ликвидации парафино-гидратных пробок в скважинах с высоким газовым фактором, предотвращения замерзания водоводов на опасных участках нефтепромыслового оборудования, а также в системах закачки воды, транспорта нефти и газа.

Известен геофизический кабель, предназначенный для доставки в скважину приборов и передачи информационного сигнала при проведении геофизических исследований, прострелочных и взрывных работ в скважине и т.п., состоящий из изолированных токопроводящих жил с общей изоляционной обмоткой, на которую уложена броня из стальных круглых проволок (см. Малышев А.Г. и др. Применение греющих кабелей для предупреждения парафиногидратообразования в нефтяных скважинах. Нефтяное хозяйство, 1990 г., 6, с.58-60). При этом каждая жила в кабеле составлена из n токопроводящих нитей (проволок), причем все они выполнены одинаковой длины, сечения и удельной проводимости по всей длине токопроводящей жилы.

Однако низкий уровень выделяемой электрической мощности при эксплуатации такого кабеля в скважине недостаточен для предупреждения образования парафина в скважинах, особенно в случаях высокого содержания парафиновых фракций в нефти, при одновременном использовании такого кабеля еще в функции греющего.

По этой же причине не может быть использован в качестве греющего плоский силовой кабель для электропитания погружных электронасосов (см. ТУ 16-505.129-82. Кабель с полиэтиленовой изоляцией для погружных электронасосов). Поскольку активные потери в таком кабеле по всей длине постоянны (т.к. токопроводящие жилы выполнены из материала с одной удельной проводимостью по всей длине кабеля), то часть тепла в местах, где не требуется прогрев, теряется.

К тому же температуры нагрева токопроводящей жилы такого кабеля бывает недостаточно для путевого прогрева скважины с большим парафинообразованием.

Указанный недостаток устранен в кабельной линии, известной по свидетельству РФ на полезную модель 10000, кл. Н 01 В 7/18 от 1998 г. Известная кабельная линия предназначена для электропитания погружного насоса и одновременно для путевого электропрогрева скважины. С целью избирательного прогрева скважины на требуемом участке скважины кабельная линия выполнена состоящей из соединенных между собой низкотемпературного (силового) и высокотемпературного (нагревательного) отводов с разной удельной проводимостью. Каждый отвод состоит из изолированных токопроводящих жил в общей формообразующей оболочке, на которую уложены подушка под броню и броня. Жилы каждого из отводов соединены попарно (сваркой, скруткой, посредством металлической гильзы и т.п.), место их соединения выполнено неразъемным. При этом токопроводящие жилы состоят из n токопроводящих нитей (проволок).

Известная кабельная линия является наиболее близкой к заявляемой по технической сущности, поэтому принимаем ее за прототип.

Однако и эта кабельная линия имеет недостаточную эксплуатационную надежность, поскольку не исключается некачественное соединение жил отводов. В результате происходит местный перегрев и выгорание участка токопроводящей жилы в месте неразъемного соединения жил. Как следствие - частичный или полный выход кабельной линии из строя.

Кроме того, наличие сосредоточенного переходного сопротивления в месте соединения низкотемпературного и высокотемпературного отводов, материал токопроводящих жил которых имеет разную удельную проводимость, создает в этой зоне температурное поле, значительно превосходящее температурное поле высокотемпературного отвода. Как следствие - перегрев и нарушение целостности кабельной линии.

Изобретением решается задача повышения эксплуатационной надежности кабельной линии, упрощение ее конструкции и расширение номенклатуры.

Поставленная цель достигается тем, что в кабельной линии, состоящей из низкотемпературного и высокотемпературного отводов, выполненных из материала с разной удельной проводимостью, содержащих изолированные токопроводящие жилы в общей формообразующей изоляционной оболочке, на которую уложены подушка и броня, при этом каждая жила выполнена из n токопроводящих нитей, новым является то, что токопроводящие нити в жиле выполнены разной длины и по меньшей мере одна, но не более (n-1), токопроводящая нить выполнена непрерывной по всей длине жилы кабельной линии и выполнена из материала с удельной проводимостью низкотемпературного отвода кабельной линии, а остальные токопроводящие нити в жиле, выполненные также из материала с удельной проводимостью низкотемпературного отвода кабельной линии, выполнены укороченной длины, при этом к укороченным токопроводящим нитям в высокотемпературном отводе присоединены с возможностью заполнения формообразующей оболочки жилы по всей длине и поперечному сечению дополнительные нити из материала, удельная проводимость которого меньше удельной проводимости токопроводящих нитей.

Укороченные токопроводящие нити в жиле могут быть выполнены одинаковой длины.

Укороченные токопроводящие нити в жиле могут быть выполнены неравными по длине.

К каждой укороченной токопроводящей нити присоединена дополнительная нить.

По меньшей мере к одной укороченной токопроводящей нити присоединена одна дополнительная нить, а остальные укороченные токопроводящие нити соединены с общей дополнительной нитью.

Дополнительные нити выполнены из проводящего и/или полупроводникового, и/или диэлектрического материала.

Дополнительные нити из полупроводникового материала включены или в прямом или в обратном направлении.

Броня уложена на подушку по меньшей мере в один повив.

Благодаря тому, что токопроводящие нити в жиле выполнены разной длины, появилась возможность менять проводимость участков жилы по ее длине в зависимости от поставленной задачи по нагреву и тем самым сформировать кабельную линию с участками требуемой длины с разной удельной проводимостью, а следовательно, и с разной мощностью рассеивания тепла, выполняющими функцию низкотемпературного (силового) отвода и высокотемпературного (греющего) отвода.

Благодаря тому, что по меньшей мере одна, но не более (n-1), токопроводящая нить выполнена непрерывной по всей длине жилы кабельной линии, имеет постоянное сечение по всей длине и выполнена из материала с удельной проводимостью низкотемпературного отвода кабельной линии, а остальные токопроводящие нити в жиле, выполненные также из материала с удельной проводимостью низкотемпературного отвода кабельной линии, выполнены укороченной длины, появилась возможность создать кабельную линию, состоящую из низкотемпературного и высокотемпературного отводов, исключая место неразъемного соединения обоих отводов в каждой жиле, жилы которых состоят из материала с разной удельной проводимостью, и тем самым исключить местный перегрев и высокое температурное поле в этой зоне, что повышает надежность кабельной линии, упрощает ее конструкцию.

Выполнение хотя бы одной, но не более (n-1), токопроводящей нити непрерывной по всей длине жилы кабельной линии позволило без использования пайки, сварки выполнять высокотемпературные отводы различающимися по мощности рассеивания, что расширяет номенклатуру кабельных линий.

Выполнение укороченных токопроводящих нитей одинаковой длины позволяет создать кабельную линию с резко выраженной границей между низкотемпературным участком и высокотемпературным участком и тем самым расширить область применения кабельной линии.

Выполнение укороченных токопроводящих нитей неравными по длине позволяет обеспечить приращение температуры от низкотемпературного участка к высокотемпературному по любому закону, исходя из условий эксплуатации кабельной линии, что расширяет область применения кабельной линии.

Благодаря тому, что к укороченным токопроводящим нитям в высокотемпературном отводе присоединены дополнительные нити из материала, удельная проводимость которого меньше (вплоть до нулевой) удельной проводимости токопроводящих нитей, причем дополнительные нити могут быть присоединены как к каждой токопроводящей нити, так и по меньшей мере к одной, при этом остальное пространство в формообразующей оболочке заполнено дополнительными нитями увеличенного сечения, обеспечивая при этом постоянство формообразующей оболочки на жиле по всей ее длине и сечению, повышается надежность кабельной линии и появилась возможность расширить номенклатуру кабельных линий при сохранении неизменными геометрических размеров низкотемпературного (силового) отвода.

Выполнение дополнительных нитей из проводящего и/или полупроводникового, и/или диэлектрического материала позволяет также расширить номенклатуру кабельных линий за счет изменения мощности рассеивания высокотемпературного отвода.

Выполнение брони на жилах кабельной линии в виде повива позволяет использовать кабельную линию также в качестве грузонесущей, например для доставки в скважину приборов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 схематично изображены варианты выполнения нитей в жиле кабельной линии; на фиг.3 изображено поперечное сечение кабельной линии; на фиг.4 - общий вид кабельной линии; на фиг.5 - общий вид токопроводящей жилы.

Кабельная линия состоит из низкотемпературного 1 и высокотемпературного 2 отводов, выполненных из материала с разной удельной проводимостью, и содержит токопроводящие жилы 3 с диэлектрической изоляцией 4 из термопластичного эластомера.

Изолированные токопроводящие жилы 3 охвачены снаружи общей изоляционной формообразующей оболочкой 5, например, из тепломаслостойкой резины, при этом промежутки между жилами 3 в оболочке 5 заполнены, например, штапелированной стеклянной пряжей 6. Поверх оболочки 5 уложена подушка 7, например, из полиэтилентерефталатной ленты, наложенной с положительным перекрытием, которая служит подложкой под защитный слой кабельной линии - броню 8, выполненную, например, из двухповивной стальной оцинкованной проволоки; каждый повив наложен в противоположном направлении.

Каждая жила 3 в кабельной линии выполнена из n токопроводящих нитей 9, например, из медной проволоки диаметром 0,2 мм. Токопроводящие нити 9 в жиле 3 выполнены разной длины, но по меньшей мере одна, но не более (n-1), токопроводящая нить 10 выполнена непрерывной по всей длине жилы 3 кабельной линии. Остальные токопроводящие нити 9 выполнены укороченной длины в зависимости от требуемой длины низкотемпературного отвода 1 кабельной линии. Причем укороченные токопроводящие нити 9 могут быть выполнены как равной (фиг. 1), так и неравной (фиг.2) между собой длины.

К укороченным токопроводящим жилам 9 в высокотемпературном отводе 2 присоединены дополнительные нити 11 из материала с удельной проводимостью меньше (вплоть до нулевой) удельной проводимости токопроводящих нитей 9 низкотемпературного отвода 1, например из токопроводящего материала (например, стальные) и/или полупроводникового материала, и/или диэлектрического материала (например, стеклянная пряжа, асбестовая нить). Выполнение дополнительной нити 11 из полупроводникового материала позволяет изменять мощность рассеивания высокотемпературного отвода 2 от фазы питающего напряжения.

Дополнительные нити 11 могут быть присоединены к каждой укороченной токопроводящей нити 9, при этом их сечения совпадают; либо хотя бы к одной укороченной токопроводящей нити 9 присоединена дополнительная нить 11 того же сечения, а к остальные укороченные токопроводящие нити 9 соединены с дополнительной нитью увеличенного сечения, при этом во всех случаях общая формообразующая оболочка 5 должна иметь по всей длине жилы 3 кабельной линии постоянное сечение.

Присоединение к укороченной токопроводящей нити 9 дополнительной нити 11 осуществляют сваркой, пайкой, скручиванием или склеиванием.

Выполненная описанным образом кабельная линия позволяет значительно расширить номенклатуру кабельных линий: при неизменной конструкции низкотемпературного отвода обеспечивать любые требуемые мощности рассеивания конструктивными особенностями высокотемпературного отвода при упрощении конструкции и повышении эксплуатационной надежности кабельной линии.

Выполнение брони на жилах кабельной линии в виде повива позволяет использовать кабельную линию также в качестве грузонесущей, например для доставки в скважину приборов.