RU22579U1 - Плоский нагревательный кабель для системы обогрева нефтескважины - Google Patents

Description

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.

Claims (6)

1. Плоский нагревательный кабель для системы обогрева нефтескважины, содержащий токопроводящие жилы с однослойной либо двухслойной изоляцией из полимерного материала, расположенные параллельно, накладываемую на них подушку либо оболочку и общую броню, отличающийся тем, что увеличена ширина плоской части и уменьшено тепловое сопротивление теплопередачи от поверхности кабеля к насосно-компрессорной трубе установки для добычи нефти.

2. Плоский нагревательный кабель для системы обогрева нефтескважины по п. 1, отличающийся тем, что увеличение ширины обеспечивается за счет выполнения каждой токопроводящей жилы из двух отдельно изолированных проводников либо применения заполнителя между жилами и при системе обогрева скважин на постоянном напряжении длина кабеля, потребляемая мощность, величина тока и напряжения связаны соотношением

где I - величина постоянного тока, А;
U - напряжение, В;
Р₀ - мощность, потребляемая кабелем на единицу длины, Вт/м.

3. Плоский нагревательный кабель для системы обогрева нефтескважины по п. 1, отличающийся тем, что в трехжильном кабеле увеличение ширины обеспечивается за счет выполнения хотя бы одной токопроводящей жилы из двух отдельно изолированных проводников, либо путем применения заполнителя между изолированными жилами и длина кабеля, потребляемая им мощность, ток и напряжение в системе обогрева связаны соотношением

где I - фазный ток, А;
U_л - линейное напряжение трехфазной системы частотой 50 Гц, В;
Р₀ - мощность, потребляемая кабелем на единицу длины, Вт/м;
cosφ - коэффициент мощности.

4. Плоский нагревательный кабель для системы обогрева нефтескважины по п. 1, отличающийся тем, что по изоляции каждой жилы выполняется обмотка из ленточного материала с последующим наложением подушки.

5. Плоский нагревательный кабель для системы обогрева нефтескважины по п. 1, отличающийся тем, что на поверхность каждой медной токопроводящей жилы наносится дополнительное покрытие из электроизоляционного лака либо олова или его сплава.

6. Плоский нагревательный кабель для системы обогрева нефтескважины по п. 1, отличающийся тем, что броня выполняется из ленты стальной с относительным удлинением не менее 30 %.