RU2186943C2 - Linear heating cable - Google Patents

Linear heating cable Download PDF

Info

Publication number
RU2186943C2
RU2186943C2 RU2000107294/03A RU2000107294A RU2186943C2 RU 2186943 C2 RU2186943 C2 RU 2186943C2 RU 2000107294/03 A RU2000107294/03 A RU 2000107294/03A RU 2000107294 A RU2000107294 A RU 2000107294A RU 2186943 C2 RU2186943 C2 RU 2186943C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cable
heating elements
heating
cable according
electrical resistance
Prior art date
Application number
RU2000107294/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000107294A (en
Inventor
Ю.С. Самгин
Original Assignee
Самгин Юрий Сергеевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самгин Юрий Сергеевич filed Critical Самгин Юрий Сергеевич
Priority to RU2000107294/03A priority Critical patent/RU2186943C2/en
Publication of RU2000107294A publication Critical patent/RU2000107294A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2186943C2 publication Critical patent/RU2186943C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

FIELD: linear heating cables. SUBSTANCE: linear heating cable ash, at least, two heating elements which are spaced at distance not in excess of 2/3R from cable external surface, where R is cable radius. Rotation of electrical resistances of heating elements is selected within 1.0 to 10.0. Total electrical resistance of heating elements amounts to less than 20 Ohms. heating elements are enclosed in insulated shell and insulated from one another. One ends of heating elements are free for connection of heating cable to power source. The other ends, are interconnected to one another and insulated. Heat is concentrated in immediate vicinity to external surface. Cable power as well as amount of transmitted heat are regulated. EFFECT: improved design. 10 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области нагрева электрического и может быть использовано, в частности, в устройствах для ликвидации парафиногидратных образований в нефтегазовых скважинах и трубопроводах, для подогрева нефтяных и других вязких продуктов в трубопроводах и емкостях с целью их транспортировки и перекачки. The invention relates to the field of electric heating and can be used, in particular, in devices for eliminating paraffin hydrate formations in oil and gas wells and pipelines, for heating oil and other viscous products in pipelines and tanks for the purpose of their transportation and pumping.

Известен нагревательный кабель, используемый в устройстве для ликвидации и предупреждения парфиногидратообразования в нефтяных скважинах (патент РФ 2023867, МКИ Е 21 В 37/02). Кабель содержит токопроводяющую жилу, два слоя изоляции и размещенную между слоями изоляции токопроводящую нагревательную броню из двух слоев стальных проволок. Жила кабеля и броня электрически соединены накоротко на его концевом участке кабеля. На этом участке (длина его около 1,5 м) электрическое сопротивление брони больше, чем на остальной длине кабеля. Known heating cable used in a device for the elimination and prevention of paraffin hydrate formation in oil wells (RF patent 2023867, MKI E 21 V 37/02). The cable contains a conductive core, two layers of insulation and a conductive heating armor of two layers of steel wires located between the layers of insulation. The cable core and armor are electrically shorted at its cable end. In this section (its length is about 1.5 m), the electrical resistance of the armor is greater than the rest of the cable.

Недостатком известного кабеля является наличие у кабеля участков с различными электрическими сопротивлениями, которые при пропускании тока нагреваются до разных температур. В результате этого происходит ускоренный износ кабеля на стыке указанных участков, а следовательно, и быстрое нарушение его защитного слоя и замыкание, что может привести не только к выходу из строя кабеля, но и вызвать, например, загорание нефти или газа при использовании кабеля в скважинах. A disadvantage of the known cable is the presence in the cable of sections with different electrical resistances, which when passing current are heated to different temperatures. As a result of this, accelerated wear of the cable occurs at the junction of these sections, and consequently, a rapid violation of its protective layer and short circuit, which can lead not only to failure of the cable, but also cause, for example, oil or gas ignition when using the cable in wells .

В основу настоящего изобретения положена задача создания линейного нагревательного кабеля, позволяющего концентрировать тепло в непосредственной близости от его наружной поверхности, регламентировать мощность кабеля, а следовательно, и количество тепла, передаваемое кабелем нагреваемому телу. The basis of the present invention is the creation of a linear heating cable that allows you to concentrate heat in the immediate vicinity of its outer surface, to regulate the power of the cable, and therefore the amount of heat transferred by the cable to the heated body.

Поставленная задача решается тем, что линейный нагревательный кабель, включающий по меньшей мере два нагревательных элемента, согласно изобретению с целью повышения теплоотдачи нагревательные элементы располагают на расстоянии не более 2/3 R от наружной поверхности кабеля, где R - радиус кабеля, а отношение электрических сопротивлений нагревательных элементов выбрано в диапазоне от 1,0 до 10,0. The problem is solved in that a linear heating cable comprising at least two heating elements, according to the invention, in order to increase heat transfer, the heating elements are located at a distance of not more than 2/3 R from the outer surface of the cable, where R is the radius of the cable and the ratio of electrical resistances heating elements selected in the range from 1.0 to 10.0.

Целесообразно, чтобы по меньшей мере один нагревательный элемент был бы выполнен с переменным по всей его длине электрическим сопротивлением, при этом его противоположные концевые участки имели бы минимальное и максимальное электрические сопротивления. Это дает возможность обеспечить неравномерный нагрев кабеля с учетом изменения температуры нагреваемой среды на ее различных участках. It is advisable that at least one heating element would be made with a variable electrical resistance along its entire length, while its opposite end sections would have a minimum and maximum electrical resistance. This makes it possible to ensure uneven heating of the cable, taking into account changes in the temperature of the heated medium in its various sections.

По меньшей мере один нагревательный элемент может быть выполнен многожильным, при этом кабель становится более гибким и позволяет варьировать мощностью и температурой. At least one heating element can be multicore, while the cable becomes more flexible and allows you to vary power and temperature.

Нагревательные элементы могут быть выполнены из одного и того же материала или из разных материалов, имеющих близкие по значению коэффициенты теплового расширения, что обеспечивает надежность соединения их нижних концов. The heating elements can be made of the same material or of different materials having close thermal expansion coefficients, which ensures reliable connection of their lower ends.

Для обеспечения повышения разрывного усилия с целью исключения обрыва кабеля под собственным весом при использовании его в вертикальном положении нагревательный кабель дополнительно содержит по меньшей мере один заключенный в изоляционную оболочку электрически нейтральный трос из стальных жил, при этом нагревательные элементы выполняют из другого материала. To ensure an increase in breaking strength in order to prevent cable breakage under its own weight when used in a vertical position, the heating cable additionally contains at least one electrically neutral cable enclosed in an insulating sheath made of steel wires, while the heating elements are made of another material.

Для простоты изготовления нагревательного кабеля нагревательные элементы могут быть расположены друг относительно друга либо симметрично, либо коаксиально. For ease of manufacture of the heating cable, the heating elements can be located relative to each other either symmetrically or coaxially.

Общее электрическое сопротивление нагревательных элементов составляет менее 20 Ом, благодаря чему обеспечивается безопасность работы. The total electrical resistance of the heating elements is less than 20 ohms, which ensures safe operation.

При наличии электрически нейтрального троса нагревательные элементы могут быть спирально навиты на его изоляционную оболочку и изолированы друг от друга, при этом каждый нагревательный элемент может быть выполнен в виде ленты, площадь поперечного сечения которой изменяется от одного ее конца к другому. Это позволяет обеспечить неравномерный прогрев по длине нагревательного кабеля: у одного его конца более высокая мощность тепловыделения, а у другого - ниже. In the presence of an electrically neutral cable, the heating elements can be helically wound on its insulating shell and isolated from each other, with each heating element being made in the form of a tape, the cross-sectional area of which varies from one end to the other. This allows for uneven heating along the length of the heating cable: one end has a higher heat dissipation power, and the other has lower heat output.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
- фиг. 1а-1е изображают различные варианты выполнения линейного нагревательного кабеля;
- фиг. 2 - вариант выполнения нагревательного кабеля с нагревательными элементами, спирально навитыми на изоляционную оболочку электрически нейтрального троса.
In the future, the invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, in which:
- FIG. 1a-1e depict various embodiments of a linear heating cable;
- FIG. 2 shows an embodiment of a heating cable with heating elements spirally wound onto an insulating sheath of an electrically neutral cable.

Нагревательный кабель согласно изобретению содержит по меньшей мере два нагревательных элемента 1 (фиг. 1a-1е), которые заключены в изоляционную оболочку 2 и изолированы друг от друга. Количество нагревательных элементов может быть различным и зависит от мощности нагревательного кабеля, при этом нагревательные элементы 1 могут быть расположены друг относительно другу произвольным образом, как показано, например, на фиг.1b, или симметрично (фиг. 1с), или коаксиально (фиг.1d). Нижние концы нагревательных элементов 1 соединены между собой и изолированы, а отношение электрических сопротивлений нагревательных элементов 1 выбрано в пределах от 1,0 до 10,0, причем общее электрическое сопротивление нагревательных элементов 1 составляет менее 20 Ом. Нагревательные элементы 1 могут быть выполнены из одного и того же материала, например из меди и стали или из разных материалов, имеющих близкие по значению коэффициенты теплового расширения. The heating cable according to the invention comprises at least two heating elements 1 (Fig. 1a-1e), which are enclosed in an insulating sheath 2 and insulated from each other. The number of heating elements can be different and depends on the power of the heating cable, while the heating elements 1 can be arranged relative to each other arbitrarily, as shown, for example, in fig. 1b, either symmetrically (fig. 1c) or coaxially (fig. 1d). The lower ends of the heating elements 1 are interconnected and isolated, and the ratio of the electrical resistances of the heating elements 1 is selected in the range from 1.0 to 10.0, and the total electrical resistance of the heating elements 1 is less than 20 Ohms. The heating elements 1 can be made of the same material, for example, copper and steel, or from different materials having similar thermal expansion coefficients.

По меньшей мере один из нагревательных элементов 1 может быть выполнен многожильным, как показано на фиг.1е. Кроме того, нагревательный кабель может содержать заключенный в изоляционную оболочку 2 электрический нейтральный трос 3 из стальных жил, обеспечивающий исключение обрыва кабеля под собственным весом при использовании его в вертикальном положении. Нагревательные элементы 1 при этом выполняют из другого материала, например меди. At least one of the heating elements 1 may be multi-core, as shown in FIG. In addition, the heating cable may contain an electric neutral cable 3 made of steel cores enclosed in an insulating sheath 2, which ensures that the cable does not break under its own weight when used in a vertical position. In this case, the heating elements 1 are made of another material, for example, copper.

На фиг. 2 представлен вариант выполнения нагревательного кабеля с двумя изолированными друг от друга электрически нейтральными тросами 5, заключенными в изоляционную оболочку 6, на которую спирально навиты два изолированных друг от друга нагревательных элемента 7. In FIG. 2 shows an embodiment of a heating cable with two electrically neutral cables 5 isolated from each other, enclosed in an insulating sheath 6, on which two heating elements 7 isolated from each other are helically wound.

По меньшей мере один из нагревательных элементов 16 выполняют с переменным по всей его длине электрическим сопротивлением. Один из концов элемента имеет минимальное сопротивление R1, а другой его конец имеет максимальное сопротивление R2, причем соотношение сопротивлений составляет 1≤R1: R2≤10. Это достигается за счет изменения поперечного сечения нагревательного элемента по его длине и дает возможность обеспечить неравномерный нагрев кабеля с учетом изменения температуры нагреваемой среды. Так, например, при использовании нагревательного кабеля для депарафинизации нефтегазовой скважины концевой участок с минимальным сопротивлением R1 располагают в самой нижней точке скважины, а концевой участок с максимальным сопротивлением R2 - в устье скважины.At least one of the heating elements 16 is performed with a variable electrical resistance along its entire length. One of the ends of the element has a minimum resistance R 1 , and the other end has a maximum resistance R 2 , and the ratio of resistances is 1≤R 1 : R 2 ≤10. This is achieved by changing the cross section of the heating element along its length and makes it possible to ensure uneven heating of the cable, taking into account changes in the temperature of the heated medium. So, for example, when using a heating cable for dewaxing an oil and gas well, an end section with a minimum resistance R 1 is located at the lowest point of the well, and an end section with a maximum resistance R 2 is located at the wellhead.

Рассматривая обобщенно различные конструкции кабеля, следует отметить, что, если в кабеле имеется центральная жила, то она, как правило, изготавливается из стали и служит грузонесущим элементом и не связана электрически с другими жилами. Ближе к периферии кабеля располагают нагревательные элементы с тем, чтобы как можно ближе к поверхности кабеля, а именно нагревательные элементы располагают на расстоянии не более 2/3R от наружной поверхности кабеля, где R - радиус кабеля. Considering a generalized different cable designs, it should be noted that if the cable has a central core, then it is usually made of steel and serves as a load-bearing element and is not electrically connected to other wires. Closer to the periphery of the cable, heating elements are arranged so that as close as possible to the cable surface, namely, heating elements are placed at a distance of no more than 2 / 3R from the outer surface of the cable, where R is the radius of the cable.

Одним из примеров применения предлагаемого линейного нагревательного кабеля является использование его для ликвидации парафиногидратных образований в нефтегазовых скважинах и трубопроводах. В этом случае свободные концы кабеля подсоединяют к источнику питания, в качестве которого используется, например, однофазный трансформатор с регулируемым напряжением или тиристорный регулятор тока. Нагревательный кабель спускают в скважину на всю глубину зоны возможного парафинообразования. One example of the application of the proposed linear heating cable is its use to eliminate paraffin formations in oil and gas wells and pipelines. In this case, the free ends of the cable are connected to a power source, for example, a single-phase transformer with an adjustable voltage or a thyristor current regulator. The heating cable is lowered into the well to the full depth of the zone of possible paraffin formation.

Мощность нагревательного кабеля должна быть достаточна для нагрева всей добываемой нефти, и попутной воды, и газов до температуры, прерывающей температуру плавления парафина на 5-50oС, но при этом кабель должен быть нагрет до такой степени, чтобы не допустить расплавления изоляционного материала кабеля с учетом температуры окружающей среды в скважине в нижней части зоны парафинообразования и зоны парафиноотложения, которая может составлять до 1200 м. Эти параметры позволяют выбрать оптимальный режим работы скважины. Так, например, температура плавления парафина близка к 60oС, температура плавления изоляционной оболочки нагревательного кабеля, например, из фторопласта составляет 110-120oС, а температура нефтяной смеси с водой на глубине 1200 м от устья скважины (при длине кабеля - 1200 м) равна 60oС. При выборе температуры нагрева кабеля необходимо исходить из следующих предпосылок: исходная температура нижнего конца кабеля на глубине 1200 м (наихудшие условия работы кабеля) составляет 60oС, а температура плавления фторопласта равна 110oС. Чтобы не работать при предельной температуре, выбирают температуру кабеля на 10oС ниже предельной, то есть 100oС. Следовательно, необходимо дополнительно повысить температуру кабеля на 40oС. Верхний конец кабеля на уровне поверхности около устья скважины имеет температуру, равную температуре почвы, например 30oС, поэтому максимальная температура, которую должен иметь кабель при его нагреве, будет равна 40oC+30oC=70oC.The power of the heating cable should be sufficient to heat all produced oil, and associated water, and gases to a temperature that interrupts the melting point of paraffin by 5-50 o C, but the cable must be heated to such an extent as to prevent melting of the insulating material of the cable taking into account the ambient temperature in the well in the lower part of the paraffin formation zone and the paraffin deposition zone, which can be up to 1200 m. These parameters allow you to choose the optimal well operation mode. So, for example, the melting point of paraffin is close to 60 o С, the melting temperature of the insulating sheath of a heating cable, for example, of fluoroplastic, is 110-120 o С, and the temperature of the oil mixture with water at a depth of 1200 m from the wellhead (with a cable length of 1200 m) is 60 o C. When choosing a temperature for heating the cable, it is necessary to proceed from the following prerequisites: the initial temperature of the lower end of the cable at a depth of 1200 m (the worst conditions for cable operation) is 60 o C, and the melting temperature of the fluoroplastic is 110 o C. In order not to work at n edelnoy temperature selected cable temperature at 10 o C lower limit, i.e. 100 o C. Therefore, it is necessary to further increase the temperature of the cable at 40 o C. The upper end of the cable at the surface near the wellhead has a temperature equal to the soil, for example 30 o C, therefore, the maximum temperature that the cable should have when it is heated will be 40 o C + 30 o C = 70 o C.

Использование кабеля с двумя изолированными друг от друга электрически нейтральными тросами 5 (фиг.2), заключенными в изоляционную оболочку 6, на которую спирально навиты два изолированных друг от друга нагревательных элемента 7, позволяет обеспечить неравномерный прогрев скважины по длине: вверху более высокая мощность тепловыделения, а внизу - более низкая. The use of a cable with two electrically neutral cables 5 isolated from each other (Fig. 2), enclosed in an insulating sheath 6, on which two heating elements 7 are isolated from each other, spiral-wound, allows for uneven heating of the well along the length: higher heat output and below is a lower one.

Claims (10)

1. Линейный нагревательный кабель, включающий, по меньшей мере, два нагревательных элемента, заключенных в изолированную оболочку и изолированных друг от друга, одни их концы свободны для подключения нагревательного кабеля к источнику питания, другие концы соединены между собой и изолированы, отличающийся тем, что отношение электрических сопротивлений нагревательных элементов выбрано в диапазоне от 1,0 до 10,0, причем общее электрическое сопротивление нагревательных элементов составляет менее 20 Ом, а сами они расположены на расстоянии не более 2/3R от наружной поверхности кабеля, где R - радиус кабеля. 1. A linear heating cable, comprising at least two heating elements enclosed in an insulated sheath and isolated from each other, one of their ends is free to connect the heating cable to a power source, the other ends are interconnected and insulated, characterized in that the ratio of electrical resistances of the heating elements is selected in the range from 1.0 to 10.0, and the total electrical resistance of the heating elements is less than 20 Ohms, and they themselves are located at a distance of olee 2 / 3R outer surface of the cable, where R - radius of the cable. 2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один нагревательный элемент выполнен с переменным по всей его длине электрическим сопротивлением, при этом его противоположные концевые участки имеют минимальное и максимальное электрическое сопротивление. 2. The cable according to claim 1, characterized in that at least one heating element is made with a variable electrical resistance along its entire length, while its opposite end sections have a minimum and maximum electrical resistance. 3. Кабель по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один нагревательный элемент выполнен многожильным. 3. The cable according to one of claims 1 and 2, characterized in that at least one heating element is made of multicore. 4. Кабель по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что нагревательные элементы выполнены из одного и того же материала. 4. The cable according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heating elements are made of the same material. 5. Кабель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что нагревательные элементы выполнены из разных материалов, имеющих близкие по значению коэффициенты теплового расширения. 5. Cable according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the heating elements are made of different materials having coefficients of thermal expansion similar in value. 6. Кабель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один заключенный в изоляционную оболочку электрически нейтральный трос из стальных жил, при этом нагревательные элементы выполнены из другого материала. 6. The cable according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it further comprises at least one electrically neutral cable enclosed in an insulating sheath made of steel conductors, while the heating elements are made of another material. 7. Кабель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что нагревательные элементы расположены друг относительно друга симметрично. 7. Cable according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the heating elements are arranged symmetrically relative to each other. 8. Кабель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что нагревательные элементы расположены друг относительно друга коаксиально. 8. The cable according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the heating elements are located relative to each other coaxially. 9. Кабель по п.6, отличающийся тем, что нагревательные элементы спирально навиты на изоляционную оболочку нейтрального троса и изолированы друг от друга. 9. The cable according to claim 6, characterized in that the heating elements are helically wound on the insulating sheath of the neutral cable and are isolated from each other. 10. Кабель по п.9, отличающийся тем, что каждый нагревательный элемент выполнен в виде ленты, площадь поперечного сечения которой изменяется от одного ее конца к другому. 10. The cable according to claim 9, characterized in that each heating element is made in the form of a tape, the cross-sectional area of which varies from one end to the other.
RU2000107294/03A 2000-03-27 2000-03-27 Linear heating cable RU2186943C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000107294/03A RU2186943C2 (en) 2000-03-27 2000-03-27 Linear heating cable

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000107294/03A RU2186943C2 (en) 2000-03-27 2000-03-27 Linear heating cable

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000107294A RU2000107294A (en) 2002-01-20
RU2186943C2 true RU2186943C2 (en) 2002-08-10

Family

ID=20232312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000107294/03A RU2186943C2 (en) 2000-03-27 2000-03-27 Linear heating cable

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2186943C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5065818A (en) Subterranean heaters
US5060287A (en) Heater utilizing copper-nickel alloy core
US4665281A (en) Flexible tubing cable system
US2932352A (en) Liquid filled well heater
US2794504A (en) Well heater
CA2238505C (en) Oil well heater cable
EP0015150B1 (en) Pipelines heated by skin-effect current
US20070240893A1 (en) Power cable for direct electric heating system
US20070237469A1 (en) Electric submarine power cable and system for direct electric heating
CN102379154A (en) Mineral insulated skin effect heating cable
US20020122664A1 (en) Heated flowline umbilical
US10641424B2 (en) Subsea direct electric heating system
JPS61209410A (en) Optical fiber communication submarine cable
US10201042B1 (en) Flexible helical heater
WO1999048111A1 (en) Conductive slickline cable
RU2622049C2 (en) Cable for oil melting
RU2171363C1 (en) Device for well heating
RU2186943C2 (en) Linear heating cable
GB2142468A (en) Multi-core oil-filled electric cable
US3949153A (en) Electric power transmission line
RU2216882C2 (en) Heating cable
US10839984B2 (en) Method and armoured cable for transporting high voltage alternate current
RU166929U1 (en) HEATING CABLE
US3958074A (en) Electric power transmission line
RU2263763C1 (en) Oil heating device

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070328

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20081127

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090328