нагревательный кабель

Формула изобретения

1. 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 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, отличающийся тем, что, 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.

2. Нагревательный кабель по п.1, отличающийся тем, что нижние свободные концы ТПЖ неразъемно соединены с муфтой кабельного ввода, изолированы и предназначены для подключения к обмоткам погружного электродвигателя и замыкания ТПЖ в звезду через обмотки двигателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в нефтегазодобывающих скважинах для электропитания погружных электродвигателей электропогружных установок и одновременно для электропрогрева колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с целью снижения вязкости добываемой жидкости и предотвращения отложений (АСПВ) асфальтосмолопарафинистых веществ на стенках НКТ в нефтяных скважинах.

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].

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, а также в скважинах, оборудованных электропогружными установками (ЭПУ), где кабель выполняет прогрев колонны НКТ одновременно с подачей питания на погружной двигатель (ПЭД), который может находиться в зоне высоких температур.

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.

Опыт показал, что для обеспечения надежности нагревательного кабеля, прокладываемого на внешней поверхности НКТ, необходим достаточный контакт между нагревающей поверхностью кабеля и нагреваемой поверхностью НКТ.

Этому необходимому условию удовлетворяет 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].

Данное изобретение принимается за прототип.

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.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности нагревательного кабеля при его использовании в глубоких скважинах с различным распределением АСПВ по длине колонны НКТ, а также в скважинах, оборудованных ЭПУ, расположенными в зоне высоких температур.

Поставленная цель достигается тем, что в известном нагревательном кабеле, содержащем изолированные термостойкой оболочкой 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, новым является то, что, 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.

Поставленная цель достигается также тем, что в нагревательном кабеле новым является то, что нижние свободные концы ТПЖ неразъемно соединены с муфтой кабельного ввода, изолированы и предназначены для подключения к обмоткам ПЭД и замыкания ТПЖ в звезду через обмотки ПЭД.

Благодаря тому, что в известном нагревательном кабеле, содержащем изолированные термостойкой оболочкой 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 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, при этом устраняются технические трудности создания номенклатурного ряда нагревательных кабелей с различными электрическими сопротивлениями из расчета на 1 погонный метр длины. Таким образом, преодолеваются жесткие ограничения, препятствовавшие возможности реализации непрерывного распределения подводимой мощности по длине нагревательного кабеля, равной разнообразному интервалу отложений АСПВ в скважине, так как распределение выделяемой тепловой мощности прямо пропорционально распределению электрического сопротивления по длине нагревательного кабеля. В связи с этим достигается цель повышения эффективности и надежности нагревательного кабеля при его использовании в глубоких скважинах с различным распределением АСПВ по длине колонны НКТ. Благодаря тому, что в нагревательном кабеле по п.1 нижние свободные концы ТПЖ неразъемно соединены с муфтой кабельного ввода, изолированы и предназначены для подключения к обмоткам ПЭД и замыкания ТПЖ в звезду через обмотки ПЭД, обеспечивается возможность использования нагревательного кабеля в двухфункциональном режиме: нагревательном - для прогрева скважины и силовом - для питания ПЭД электроцентробежного насоса, при этом существенно повышается эффективность использования нагревательного кабеля в нефтяной скважине.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен предлагаемый нагревательный кабель в сечении, на фиг.2 - ТПЖ предлагаемого нагревательного кабеля в сечении.

Нагревательный кабель (фиг.1, 2) включает изолированные термостойкой оболочкой 2 токопроводящие жилы 1, каждая из которых выполнена многопроволочной, уложенные поверх ТПЖ подушку под броню 7 и броню 5, при этом ТПЖ с верхнего конца свободны для подключения к источнику питания, а на нижнем конце свободные ТПЖ соединены между собой и изолированы для образования замкнутой электрической сети, а сам нагревательный кабель выполнен плоским с выпукло-вогнутыми поверхностями, в кабеле, по меньшей мере, одна из ТПЖ кабеля выполнена путем скрутки проволок из материалов с разным удельным сопротивлением, при этом соотношение числа проволок 3 из материала с меньшим удельным сопротивлением к числу проволок 4 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 6 и шести, одинаковых по диаметру, стальных 4 и медных 3 боковых проволок при любом возможным соотношении их числа (например, три к трем). Нагревательный кабель установлен на внешней поверхности НКТ 8.

В варианте 2 нагревательного кабеля нижние свободные концы ТПЖ неразъемно соединены с муфтой кабельного ввода, изолированы и предназначены для подключения к обмоткам погружного электродвигателя (ПЭД) и замыкания ТПЖ в звезду через обмотки ПЭД (на чертежах не показано).

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 «ТНК-Нягань» и ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ».

Источники информации

1. RU 33257, МПК Н01В 7/18, Н05В 3/56.

2. RU 16220, МПК Н01В 7/18.