RU111185U1

RU111185U1 - PLANT FOR PREVENTING ASPHALT-RESIN-PARAFFIN SEDIMENTS IN OIL AND GAS WELLS

Info

Publication number: RU111185U1
Application number: RU2011124208/03U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Алексеев; Алексей Николаевич Паньков; Алексей Александрович Попов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "ПермНефтеГаз"
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2011-12-10

Abstract

Установка для предотвращения асфальтосмолопарафиновых отложений в нефтегазовых скважинах, содержащая нагреватель в виде нагревательного кабеля, расположенного внутри или снаружи НКТ, состоящего из токопроводящих жил, выполненных с изоляционной оболочкой, помещенных в броню, спускаемого в скважину, станцию управления нагревом кабеля с датчиками тока и напряжения нагревателя и микропроцессором, имеющим входы задания эксплуатационных параметров нефтегазовой скважины и нагревателя, входы приема контролируемых параметров скважины и нагревателя, входы и выходы сигналов управления, при этом на нагревательном кабеле установлены датчики температуры и давления, отличающаяся тем, что датчики выполнены электрически изолированными со встроенным трансформатором тока и с возможностью одновременного электрического питания от токопроводящей жилы и передачи сигналов обратной связи давления и/или температуры на микропроцессор станции управления нагревом кабеля по указанной токопроводящей жиле на частотах, отличных друг от друга. Installation for the prevention of asphalt-resin-paraffin deposits in oil and gas wells, containing a heater in the form of a heating cable located inside or outside the tubing, consisting of conductive cores made with insulating sheath, placed in armor, lowered into the well, a cable heating control station with current and voltage sensor and a microprocessor having inputs for setting operational parameters of the oil and gas well and heater, inputs for receiving controlled parameters of the well and heater, inputs and outputs of control signals, while temperature and pressure sensors are installed on the heating cable, characterized in that the sensors are electrically isolated with a built-in current transformer and with the possibility of simultaneous electrical supply from a conductive core and transmission of pressure and / or temperature feedback signals to the microprocessor of the cable heating control station for the specified conductive core at frequencies different from each other.

Description

Полезная модель относится к области нефтедобычи, преимущественно к области оборудования скважин нагревательными кабелями, и может быть использовано для электропрогрева трубопровода с текучей средой в скважине с одновременным контролем распределения теплового поля и затрубного давления по стволу нагнетательных и нефтедобывающих скважин.The utility model relates to the field of oil production, mainly to the field of equipping wells with heating cables, and can be used to electrically heat a pipeline with fluid in a well while monitoring the distribution of the thermal field and annular pressure along the barrel of injection and oil wells.

Известны линейные нагреватели в виде нагревательного кабеля или в виде кабельной линии, в состав которой входит нагревательный кабель, токопроводящие жилы которого с одного конца соединены друг с другом и изолированы, а с другого конца соединены с источником питания (свидетельство RU №10000 U1, МПК Н01В 7/18, от 1998 г.; свидетельство RU №14474 U1, МПК Н01В 7/18, от 1999 г.)Linear heaters are known in the form of a heating cable or in the form of a cable line, which includes a heating cable, the conductive wires of which are connected at one end to each other and insulated, and at the other end are connected to a power source (certificate RU No. 10000 U1, IPC Н01В 7/18, from 1998; certificate RU No. 14474 U1, IPC Н01В 7/18, from 1999)

Недостатком таких нагревателей является низкая точность процесса нагрева текучей среды в скважине и невозможность управления этим процессом.The disadvantage of such heaters is the low accuracy of the process of heating the fluid in the well and the inability to control this process.

Известна также установка для предотвращения и ликвидации асфальтопарафиновых пробок и отложений в нефтегазовых скважинах (патент RU 2338868, МПК Е21В 37/00 (2006.01), содержащая нагреватель в виде нагревательного кабеля, спускаемого в скважину, станцию управления нагревом кабеля с датчиками тока и напряжения нагревателя и микропроцессором, имеющим входы задания эксплуатационных параметров нефтегазовой скважины и нагревателя, входы приема контролируемых параметров скважины, и нагревателя, входы и выходы сигналов управления.Also known is a device for preventing and eliminating asphalt paraffin plugs and deposits in oil and gas wells (patent RU 2338868, IPC ЕВВ 37/00 (2006.01), containing a heater in the form of a heating cable lowered into the well, a cable heating control station with current and voltage sensors for the heater and a microprocessor having inputs for setting operational parameters of an oil and gas well and a heater, inputs for receiving controlled parameters of a well, and a heater, inputs and outputs of control signals.

Недостатком такой установки является недостаточная точность и надежность управления нагревом текучей среды в скважине.The disadvantage of this installation is the lack of accuracy and reliability of controlling the heating of the fluid in the well.

Известен также автоматизированный саморегулирующийся нагреватель (АСН) для прогрева текучей среды в скважине (патент RU №2305172 МПК Е21В 36/04 от 2006 г.) содержащий установленный в скважине снаружи или внутри насосно-компрессорных труб (НКТ) нагреватель в виде нагревательного кабеля или в виде кабельной линии, в состав которой входит нагревательный кабель, причем токопроводящие жилы указанного нагревателя с одного конца соединены друг с другом и изолированы, а с другого конца соединены с источником питания, наземный измерительно-управляющий блок и внутрискважинный измерительный блок, состоящий по меньшей мере из одного датчика для считывания термобарических параметров текучей среды и соединенный электропроводящей сигналопередающей линией связи с наземным измерительно-управляющим блоком, при этом указанный датчик установлен таким образом, чтобы его чувствительный элемент касался стенки НКТ, или стенки муфты НКТ, или находящийся в непосредственной близости от стенки НКТ или стенки муфты НКТ, причем ориентирование чувствительного элемента датчика к наружной или к внутренней стенке НКТ или муфты зависит от потребности измерения термобарических параметров текучей среды внутри НКТ или в затрубном пространстве скважине.Also known is an automated self-regulating heater (ASN) for heating a fluid in a well (patent RU No. 2305172 MPK ЕВВ 36/04 of 2006) containing a heater installed in the well outside or inside tubing (tubing) in the form of a heating cable or in the form of a cable line, which includes a heating cable, moreover, the conductive wires of the specified heater are connected to each other and isolated from one end, and connected to a power source from the other end, ground measuring and control unit k and a downhole measuring unit, consisting of at least one sensor for reading thermobaric parameters of the fluid and connected by an electrically conductive signal-transmitting communication line with a ground-based measuring and control unit, while this sensor is installed so that its sensitive element touches the tubing wall, or the wall tubing couplings, or located in close proximity to the tubing wall or tubing coupling wall, and the orientation of the sensor element to the external or internal tubing or sleeve wall depends on the measurement needs thermobaric fluid parameters within the tubing or wellbore annulus.

Недостатком данного нагревателя является сложность установки датчиков на поверхности НКТ или муфты. При проведении спускоподъемных операций (СПО) на скважине процесс установки датчиков занимает достаточно длительное время, прерывая при этом цикл СПО. Кроме того, установленные датчики на поверхности НКТ являются самым ненадежным звеном, так как их легко повредить об обсадную колонну, при выходе из строя хотя бы одного датчика нарушается целостность всей системы. При выходе из строя хотя бы одного датчика необходимо произвести подъем всей колонны НКТ - это достаточно дорогостоящая операция. Датчики температуры и давления в заявленной установке имеют прямой электрический контакт с токопроводящей жилой нагревательного кабеля, что может привести к электрическому пробою в месте соединения и выводом из строя нагревательного кабеля и датчиков температуры и давления. Недостатком (АСН) является также то, что кроме датчиков, температура токопроводящей жилы (ТПЖ) нагревательного кабеля не контролируется, датчик установлен таким образом, чтобы его чувствительный элемент касался стенки НКТ, или стенки муфты НКТ, или находящийся в непосредственной близости от стенки НКТ или стенки муфты НКТ, причем ориентирование чувствительного элемента датчика к наружной или к внутренней стенке НКТ или муфты зависит от потребности измерения термобарических параметров текучей среды внутри НКТ или в затрубном пространстве скважины - это приводит к тому, что нагревательный кабель может выйти из строя по причине перегрева, так как токопроводящая жила нагревательного кабеля нагревается быстрей, чем среда, которую нагревает нагревательный кабель. В результате работы этой установки может возникнуть авария.The disadvantage of this heater is the difficulty of installing sensors on the surface of the tubing or coupling. When carrying out tripping operations (STR) at the well, the process of installing sensors takes a rather long time, interrupting the cycle of STR. In addition, installed sensors on the surface of the tubing are the most unreliable link, since they are easily damaged on the casing string, if at least one sensor fails, the integrity of the entire system is violated. If at least one sensor fails, it is necessary to lift the entire tubing string - this is a rather expensive operation. The temperature and pressure sensors in the claimed installation have direct electrical contact with the conductive core of the heating cable, which can lead to electrical breakdown at the junction and the failure of the heating cable and temperature and pressure sensors. A disadvantage (ASN) is that in addition to the sensors, the temperature of the conductive core (TJ) of the heating cable is not controlled, the sensor is installed so that its sensitive element touches the tubing wall, or the tubing sleeve wall, or located in close proximity to the tubing wall or the tubing sleeve, and the orientation of the sensor element to the outer or inner tubing wall or sleeve depends on the need to measure the thermobaric parameters of the fluid inside the tubing or in the annulus ie well - it leads to the fact that the heating cable may be damaged due to overheating, as the current-carrying conductor heating cable heats up faster than the medium, which is heated by the heating cable. As a result of the operation of this installation, an accident may occur.

Наиболее близкой к заявляемой и принятой в качестве прототипа является устройство для предотвращения и ликвидации асфальтосмолопарафиновых пробок и отложений в нефтегазовых скважинах, (патент RU 2273725, МПК Е21В 37/06 (2006.01), содержащая нагреватель в виде нагревательного кабеля спускаемого в скважину, расположенного внутри или снаружи НКТ, состоящего из токопроводящих жил, выполненных с изоляционной оболочкой, помещенных в броню, станцию управления нагревом кабеля с датчиками тока и напряжения нагревателя и микропроцессором, имеющим входы задания эксплуатационных параметров нефтегазовой скважины и нагревателя, входы приема контролируемых параметров скважины, и нагревателя, входы и выходы сигналов управления. Датчики температуры и давления подключены к нагревательному кабелю с помощью дополнительных сигнальных проводников, что усложняет монтаж датчиков из-за необходимости обеспечения в конструкции прототипа контакта (механического и электрического) чувствительного элемента каждого датчика с токопроводящей жилой нагревательного кабеля и снижает надежность работы датчиков в связи с большой вероятностью попадания скважинной жидкости внутрь датчика.Closest to the claimed and adopted as a prototype is a device for preventing and eliminating asphalt-resin-paraffin plugs and deposits in oil and gas wells, (patent RU 2273725, IPC ЕВВ 37/06 (2006.01), containing a heater in the form of a heating cable lowered into a well located inside or outside the tubing consisting of conductive cores made with an insulating sheath placed in armor, a cable heating control station with current and voltage sensors of the heater and a microprocessor having inputs for the operating parameters of the oil and gas well and heater, the inputs of the reception of the controlled parameters of the well, and the heater, the inputs and outputs of the control signals.Temperature and pressure sensors are connected to the heating cable using additional signal conductors, which complicates the installation of sensors due to the need to ensure the design of the prototype contact (mechanical and electrical) sensing element of each sensor with a conductive residential heating cable and reduces the reliability of the sensor due to the high probability of well fluid entering the sensor.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы установки за счет возможности достоверного контроля теплового поля нагревательного кабеля, что позволяет предотвратить аварийные ситуации, связанные с выходом из строя нагревательного кабеля, при одновременном упрощении монтажа и эксплуатации установки.The technical task of the proposed utility model is to increase the reliability of the installation due to the possibility of reliable control of the thermal field of the heating cable, which helps to prevent accidents associated with failure of the heating cable, while simplifying installation and operation of the installation.

Технический результат достигается тем, что в установке для предотвращения асфальтосмолопарафиновых отложений в нефтегазовых скважинах далее, установке, содержащей нагреватель в виде нагревательного кабеля, расположенного внутри или снаружи НКТ, состоящего из токопроводящих жил, выполненных с изоляционной оболочкой, помещенных в броню, спускаемого в скважину, станцию управления нагревом кабеля с датчиками тока и напряжения нагревателя и микропроцессором, имеющим входы задания эксплуатационных параметров нефтегазовой скважины и нагревателя, входы приема контролируемых параметров скважины и нагревателя, входы и выходы сигналов управления, при этом на нагревательном кабеле установлены датчики температуры и давления, согласно полезной модели, датчики выполнены электрически изолированными, со встроенным трансформатором тока и с возможностью одновременного электрического питания от токопроводящей жилы и передачи сигналов обратной связи давления и температуры на микропроцессор станции управления нагревом кабеля по этой же токопроводящей жиле на частотах, отличных друг от друга.The technical result is achieved by the fact that in the installation for preventing asphalt-resin-paraffin deposits in oil and gas wells, further, the installation containing the heater in the form of a heating cable located inside or outside the tubing, consisting of conductive cores made with an insulating sheath, placed in armor, lowered into the well, cable heating control station with current and voltage sensors of the heater and a microprocessor having inputs for setting the operational parameters of the oil and gas well and the detector, the inputs of the reception of the controlled parameters of the well and the heater, the inputs and outputs of control signals, while the temperature and pressure sensors are installed on the heating cable, according to the utility model, the sensors are electrically isolated, with an integrated current transformer and with the possibility of simultaneous electrical power supply from the conductive core and transmitting pressure and temperature feedback signals to the microprocessor of the cable heating control station through the same conductive core at frequencies other than apart from each other.

Ниже иллюстрируется причинно-следственная связь отличительных признаков предлагаемого технического решения с достигаемым техническим результатом.The following illustrates the causal relationship of the distinguishing features of the proposed technical solution with the achieved technical result.

Предлагаемая конструкция установки выполнена с датчиками, выполненными со встроенным трансформатором, а также первичным преобразователем, схемой согласования и стабилизатором питания.The proposed design of the installation is made with sensors made with a built-in transformer, as well as a primary converter, matching circuit, and a power stabilizer.

Стабилизатор питания выпрямляет переменное напряжение, которое поступает с трансформатора тока, стабилизирует по величине и подает на первичный преобразователь и схему согласования.The power stabilizer rectifies the alternating voltage that comes from the current transformer, stabilizes in magnitude and supplies the primary converter and the matching circuit.

Первичный преобразователь температуры преобразует температуру в напряжение, а первичный преобразователь давления преобразует давление в напряжение.A primary temperature transducer converts temperature to voltage, and a primary pressure transducer converts pressure to voltage.

Схема согласования преобразует входное напряжение в импульсы тока определенной частоты, соответствующей входному напряжению.The matching circuit converts the input voltage into current pulses of a certain frequency corresponding to the input voltage.

В прототипе и в предлагаемой установке имеется механический контакт с ТПЖ.In the prototype and in the proposed installation there is a mechanical contact with TPG.

В прототипе в отличие от предлагаемой установки при встраивании датчиков необходимо удалять броню нагревательного кабеля и разрезать изоляционную оболочку сигнальных проводников, тем самым датчик перестает быть электрически изолированным, т.к. его чувствительный элемент контактирует с линией связи.In the prototype, unlike the proposed installation, when embedding the sensors, it is necessary to remove the armor of the heating cable and cut the insulating sheath of the signal conductors, thereby the sensor ceases to be electrically isolated, because its sensitive element is in contact with the communication line.

Датчик с чувствительным элементом встраивается на изоляционную оболочку ТПЖ, при этом удаляется броня нагревательного кабеля. Датчик уже может принять температуру кабеля, но не может передать сигнал о величине температуры. Для того, чтобы передать сигнал в установку, введены сигнальные проводники, иначе установка не сможет контролировать температуру кабеля.A sensor with a sensitive element is built into the insulating sheath of the conductors, and the armor of the heating cable is removed. The sensor can already accept the temperature of the cable, but cannot transmit a signal about the temperature value. In order to transmit a signal to the installation, signal conductors are introduced, otherwise the installation will not be able to control the temperature of the cable.

В прототипе датчиков имеется электрический контакт выхода чувствительного элемента (играющего роль первичного преобразователя) с сигнальными проводниками, которые являются отдельной линией связи для передачи сигнала от датчика к станции управления, то есть сами датчики электрически не изолированы за счет того, что имеется отдельный изолированный от ТПЖ канал связи в виде сигнальных проводников. Конструкция по прототипу с использованием сигнальных проводников снижает точность и надежность управления нагревом текучей среды в скважине, т.к. скважинная жидкость попадает внутрь чувствительного элемента датчика температуры или давления и тем самым вносит погрешность в его измерения или может вывести из строя сам датчик, в результате чего снижается надежность и точность работы самой установки: Установка либо перестает производить нагрев, либо начинает подавать на кабель максимальную мощность, либо переходит в режим неуправляемого постоянного прогрева. В этот момент повышается температура нагревательного кабеля, возрастает до критической, микропроцессор получает недостоверное значение температуры ввиду отсутствия передачи сигналов обратной связи (т.к. датчик вышел из строя), температура нагревательного кабеля становится выше критической, и токопроводящие жилы кабеля спекаются, что приводит к аварийной ситуации вплоть до прожига НКТ.In the prototype of the sensors, there is an electrical contact of the output of the sensor (playing the role of the primary converter) with signal conductors, which are a separate communication line for transmitting the signal from the sensor to the control station, that is, the sensors themselves are not electrically isolated due to the fact that there is a separate one communication channel in the form of signal conductors. The prototype design using signal conductors reduces the accuracy and reliability of controlling the heating of the fluid in the well, because the borehole fluid enters the sensing element of the temperature or pressure sensor and thereby introduces an error in its measurement or may damage the sensor itself, as a result of which the reliability and accuracy of the installation itself are reduced: The installation either stops heating or starts supplying maximum power to the cable , or goes into uncontrolled continuous heating mode. At this point, the temperature of the heating cable rises, increases to critical, the microprocessor receives an unreliable temperature value due to the lack of feedback signals (since the sensor has failed), the temperature of the heating cable becomes higher than critical, and the conductive wires of the cable are sintered, which leads to emergency up to burning tubing.

Кроме того, вышеуказанный дополнительный конструктивный элемент - сигнальные проводники - усложняет конструкцию установки, усложняет изготовление кабеля, т.к. необходимо изготовление сигнальных проводников и помещение их в общую броню с ТПЖ.In addition, the above additional structural element - signal conductors - complicates the design of the installation, complicates the manufacture of cable, because it is necessary to manufacture signal conductors and place them in a common armor with TPG.

В предлагаемой конструкции нет отдельной линии связи и нет необходимости в таком дополнительном конструктивном элементе, что повышает надежность работы установки в критических режимах.The proposed design does not have a separate communication line and there is no need for such an additional structural element, which increases the reliability of the installation in critical conditions.

В предлагаемой конструкции также имеется контакт с ТПЖ, но только механический.The proposed design also has contact with TPG, but only mechanical.

В предлагаемой конструкции при встраивании датчика температуры или давления удаляется только броня, а изоляционная оболочка остается неповрежденной в отличие от прототипа, что совместно с другими признаками предотвращает попадание скважинной жидкости на первичный преобразователь, сохраняется электрическая изоляция ТПЖ, в результате чего датчик передает сигнал на вход микропроцессора о достоверной величине параметра температуры или давления. Таким образом, предлагаемая конструкция полностью исключает возможное попадание жидкости на ТПЖ, что значительно повышает надежность и точность работы установки в целом, обеспечивает возможность достоверного контроля теплового поля нагревательного кабеля, что позволяет предотвратить аварийные ситуации, связанные с выходом из строя нагревательного кабеля по причине его перегрева.In the proposed design, when embedding the temperature or pressure sensor, only the armor is removed, and the insulating shell remains intact, unlike the prototype, which, together with other signs, prevents the well fluid from entering the primary transducer, electrical insulation of the conductors is preserved, as a result of which the sensor transmits a signal to the microprocessor input a reliable value for a temperature or pressure parameter. Thus, the proposed design completely eliminates the possibility of liquid getting into the conductor, which significantly increases the reliability and accuracy of the installation as a whole, provides the ability to reliably control the thermal field of the heating cable, which helps prevent accidents associated with failure of the heating cable due to overheating .

Для встраивания датчика предварительно с нагревательного кабеля снимается участок брони длиной около 30 см. Удаляется тканевая подушка под броней. Нагревательные жилы разводятся на расстоянии 15-25 мм друг от друга. На центральную жилу устанавливается, например, путем приклеивания трансформатор тока, состоящий из двух половин, выполненных из полуколец. Обе половины соединяются, например, склеиваются и фиксируются на ТПЖ, без снятия изоляционной оболочки. Таким образом, трансформатор тока датчика обхватывает изоляционную оболочку ТПЖ. Вторая конструктивная часть датчика - электронный блок, соединяется с обмотками трансформатора, и располагается вдоль жил нагревательного кабеля. После установки укладывается тканевая подушка на жилы и датчик, затем - сама броня.To embed the sensor, a piece of armor about 30 cm long is removed from the heating cable first. The fabric cushion under the armor is removed. Heating cores are bred at a distance of 15-25 mm from each other. A current transformer consisting of two halves made of half rings is installed on the central core, for example, by gluing. Both halves are connected, for example, glued and fixed on the conductor, without removing the insulating sheath. Thus, the sensor current transformer encompasses the insulating sheath of the conductors. The second structural part of the sensor is an electronic unit, connected to the transformer windings, and is located along the veins of the heating cable. After installation, a fabric cushion is laid on the cores and the sensor, then the armor itself.

В прототипе датчик монтируется на поверхность изоляционной оболочки ТПЖ, а электрический контакт датчика с сигнальными проводниками осуществляется путем скрутки или пайки. При этом необходимо удалить изоляционную оболочку сигнальных проводников и после монтажа датчика загерметизировать место контакта датчика и сигнальных проводников. Герметизация места соединения датчика и сигнальных проводников не дает 100-процентной гарантии от проникновения жидкости и потери электрической изоляции, в сравнении с качеством исходной изоляционной оболочки сигнальных проводников.In the prototype, the sensor is mounted on the surface of the insulating sheath of the TPG, and the electrical contact of the sensor with the signal conductors is carried out by twisting or soldering. In this case, it is necessary to remove the insulating sheath of the signal conductors and after mounting the sensor, seal the contact point between the sensor and signal conductors. Sealing the connection between the sensor and the signal conductors does not give a 100% guarantee against liquid penetration and loss of electrical insulation, in comparison with the quality of the original insulating shell of the signal conductors.

Главным отличием от прототипа является то, что в предлагаемой установке датчики выполнены со встроенным трансформатором, и датчики выполнены электрически изолированными от линии связи, которая совмещена в ТПЖ и сама конструкция датчиков со встроенным трансформатором тока дает возможность трансформатору тока одновременно служить источником тока для стабилизатора питания первичного преобразователя температуры или давления, а также питания схемы согласования и осуществлять передачу сигналов обратной связи давления или температуры на микропроцессор станции управления по этой же токопроводящей жиле. Причем частота, на которой происходит питание датчика температуры или давления, и частота, на которой происходит передача сигнала, отличаются друг от друга. Это позволяет обойтись без отдельных сигнальных проводников или отдельной линии связи для передачи сигнала с первичного преобразователя до микропроцессора станции управления нагревом кабеля, что приводит не только повышению надежности, работы установки, предотвращению аварийной ситуации, но и к одновременному упрощению монтажа и эксплуатации установки.The main difference from the prototype is that in the proposed installation, the sensors are made with a built-in transformer, and the sensors are made electrically isolated from the communication line, which is combined in the TPZ and the design of the sensors with a built-in current transformer allows the current transformer to simultaneously serve as a current source for the primary power regulator temperature or pressure transducer, as well as power supply matching circuits and transmit pressure or temperature feedback signals n microprocessor control station for the same current-carrying conductor. Moreover, the frequency at which the temperature or pressure sensor is powered, and the frequency at which the signal is transmitted, are different from each other. This eliminates the need for separate signal conductors or a separate communication line for transmitting a signal from the primary converter to the microprocessor of the cable heating control station, which leads not only to increased reliability, operation of the installation, prevention of an emergency, but also to simplified installation and operation of the installation.

При повышении температуры нагревательного кабеля до критической, микропроцессор по петле обратной связи получит достоверное значение температуры нагревательного кабеля, и в станции управления произойдет аварийное отключение.When the temperature of the heating cable increases to critical, the microprocessor receives a reliable value for the temperature of the heating cable through the feedback loop, and an emergency shutdown occurs in the control station.

Таким образом, благодаря наличию в предлагаемой установке, в отличие от прототипа, датчиков, выполненных электрически изолированными, со встроенным трансформатором тока и с возможностью одновременного электрического питания от токопроводящей жилы и передачи сигналов обратной связи давления и/или температуры на микропроцессор станции управления нагревом кабеля по этой же токопроводящей жиле на частотах, отличных друг от друга, совместно с совокупностью известных признаков обеспечивается возможность достоверного контроля теплового поля нагревательного кабеля, что приводит к повышению надежности и управления нагревом текучей среды в скважине, и соответственно повышению надежности работы установки в целом, особенно при аварийных ситуациях.Thus, due to the presence in the proposed installation, in contrast to the prototype, of sensors made electrically isolated with a built-in current transformer and with the possibility of simultaneous electrical power supply from the conductive core and the transmission of feedback signals of pressure and / or temperature to the microprocessor of the cable heating control station via the same conductive conductor at frequencies different from each other, together with a set of known features provides the possibility of reliable control of thermal Proportion of the heating cable, which leads to increased reliability and control heating fluid in the borehole, and consequently enhance reliability of the installation as a whole, especially in emergency situations.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям полезной модели - новизна и промышленная применимость.Based on the foregoing, we can conclude that the proposed technical solution meets the criteria of a utility model - novelty and industrial applicability.

На фиг.1. общий вид схемы установки для предотвращения асфальтосмолопарафиновых отложений в нефтегазовых скважинах.In figure 1. general view of the installation scheme for the prevention of asphalt-resin-paraffin deposits in oil and gas wells.

На фиг.2 общий вид схемы датчика температуры или давления.Figure 2 is a General view of the temperature sensor or pressure sensor.

На фиг.3 схематичное подключение датчиков на нагревательном кабелеFigure 3 schematic connection of sensors on the heating cable

а) - в предлагаемом техническом решении и б) - в прототипе.a) in the proposed technical solution; and b) in the prototype.

На фиг.4 пример внешнего вида нагревательного кабеля с установленным на нем датчиком температуры.Figure 4 is an example of the appearance of a heating cable with a temperature sensor installed on it.

На фиг.5 Нагревательный кабель с установленным датчиком температуры или давления в разрезе.In Fig. 5, a heating cable with a sectional temperature or pressure sensor installed.

Полезная модель поясняется чертежом (фиг.1), на котором изображена схема предлагаемой установки.The utility model is illustrated in the drawing (figure 1), which shows a diagram of the proposed installation.

Установка для предотвращения и ликвидации асфальтосмолопарафиновых пробок и отложений в нефтегазовых скважинах содержит нагреватель в виде высокотемпературного нагревательного кабеля 1, спускаемого в скважину 2, датчик тока 3 нагревательного кабеля 1, датчик напряжения 4 нагревателя, расположенные в станции управления 5 нагревом кабеля 1 с микропроцессором 6, имеющим входы задания эксплуатационных параметров нефтегазовой скважины и нагревателя (нагревательного кабеля 1), входы приема контролируемых параметров скважины, и нагревателя, входы и выходы сигналов управления. Установка снабжена датчиками температуры 7 и датчиками давления 8, установленными на нагревательном кабеле 1. Токопроводящие жилы нагревательного кабеля 1 с одного конца соединены между собой и изолированы для образования оконцовочного устройства 9. Другой конец нагревательного кабеля подключен к клеммной коробке 10 и через «холодный» кабель питания 11 соединен со станцией управления 5 нагревом. К станции управления 5 нагревом также подключен устьевой датчик температуры 12, который помещается в специализированный термокарман, для измерения и контроля температуры выходящего потока жидкости (на чертеже не показана).Installation for the prevention and elimination of asphalt-resin-paraffin plugs and deposits in oil and gas wells contains a heater in the form of a high-temperature heating cable 1, lowered into the well 2, a current sensor 3 of the heating cable 1, a voltage sensor 4 of the heater located in the control station 5 of the heating cable 1 with microprocessor 6, having inputs for setting operational parameters of an oil and gas well and a heater (heating cable 1), inputs for receiving controlled parameters of a well, and a heater, in ode and outputs control signals. The installation is equipped with temperature sensors 7 and pressure sensors 8 mounted on the heating cable 1. The conductive wires of the heating cable 1 are connected at one end and isolated to form a terminal device 9. The other end of the heating cable is connected to terminal box 10 and through a “cold” cable power supply 11 is connected to the heating control station 5. A wellhead temperature sensor 12 is also connected to the heating control station 5, which is placed in a specialized thermowell to measure and control the temperature of the outgoing liquid flow (not shown in the drawing).

После монтажа оконцовочного устройства 9 и датчиков температуры 7 и - давления 8 проверяют нагревательный кабель 1 на герметичность при погружении его с оконцовочным устройством 9 и датчиками температуры 7 и - давления 8 в раствор поваренной соли 10%, в течение 6-ти часов, проверяют токи утечки подачей переменного напряжения, частотой 50 Гц и амплитудой 4 кВ на токопроводящие жилы нагревательного кабеля 1 относительно его экрана или брони.After mounting the terminal device 9 and temperature sensors 7 and - pressure 8, the heating cable 1 is checked for impermeability when immersed with the terminal device 9 and temperature sensors 7 and - pressure 8 in a solution of sodium chloride 10%, for 6 hours, the currents are checked leakage by applying an alternating voltage, frequency of 50 Hz and an amplitude of 4 kV to the conductive cores of the heating cable 1 relative to its screen or armor.

Перед спуском нагревательный кабель 1 испытывают под нагрузкой путем его подключения к станции управления 5 нагревом через клеммную коробку 10, доводят температуру токопроводящих жил до 50°C и вновь проверяют целостность оконцовочного устройства 9. С помощью станции управления 5 нагревом проверяют работоспособность датчиков температуры 7 и давления 8, являющихся погружными.Before starting the heating cable 1 is tested under load by connecting it to the heating control station 5 through the terminal box 10, the temperature of the conductive wires is brought to 50 ° C and the integrity of the terminal device 9 is checked again. Using the heating control station 5, the health of the temperature sensors 7 and pressure is checked 8 being submersible.

На фиг.2 представлена схема изолированного датчика температуры 7 и - давления 8.Figure 2 presents a diagram of an isolated temperature sensor 7 and - pressure 8.

Каждый в отдельности датчик, выполненный электрически изолированным, состоит из трансформатора тока 13, являющимся одновременно источником тока от токопроводящей жилы для стабилизатора питания 14 первичного преобразователя температуры и/или давления 15, а также для питания схемы согласования 16 для передачи сигналов обратной связи до станции управления 5. Трансформатор тока 13 также служит для передачи сигнала от схемы согласования 16 в токопроводящие жилы нагревательного кабеля 1. Причем стабилизатор питания 14, первичный преобразователь температуры или давления 15 и схема согласования объединены в электронный блок 17, выполненный в герметичном корпусе.Each individual sensor, made electrically isolated, consists of a current transformer 13, which is at the same time a current source from a conductive core for a power regulator 14 of the primary temperature and / or pressure transducer 15, as well as for supplying a matching circuit 16 for transmitting feedback signals to the control station 5. The current transformer 13 also serves to transmit a signal from the matching circuit 16 to the conductive cores of the heating cable 1. Moreover, the power regulator 14, the primary transducer t mperatury or pressure matching circuit 15 and combined in the electronic unit 17, arranged in a sealed housing.

На фиг.3 изображено схематичное подключение датчиков на нагревательном кабеле а) в предлагаемом техническом решении и б) в прототипе. В предлагаемой конструкции нагревательного кабеля изображены токопроводящие жилы 18 нагревательного кабеля 1. К ним подключены изолированные датчики температуры 7 и давления 8. Порядок подключения и количество датчиков температуры 7 и давления 8 может быть произвольным, зависящим от потребностей заказчика. В прототипе для передачи информации от датчиков температуры 7 и давления 8 до станции управления 5 показаны отдельные сигнальные проводники 19.Figure 3 shows a schematic connection of sensors on the heating cable a) in the proposed technical solution and b) in the prototype. The proposed design of the heating cable shows the conductive cores 18 of the heating cable 1. They are connected to insulated temperature sensors 7 and pressure 8. The connection procedure and the number of temperature sensors 7 and pressure 8 can be arbitrary, depending on the needs of the customer. In the prototype for the transmission of information from temperature sensors 7 and pressure 8 to the control station 5, individual signal conductors 19 are shown.

На фиг.4 изображен пример внешнего вида нагревательного кабеля 1 с установленным на нем датчиком температуры 7 или давления 8.Figure 4 shows an example of the appearance of the heating cable 1 with a temperature sensor 7 or pressure 8 installed on it.

В предлагаемой установке датчик помещен под общую с токопроводящими жилами 18 броню 20. Датчик состоит из двух частей: трансформатора тока 13 и электронного блока 17. Трансформатор тока 13 и электронный блок 17 соединены между собой при помощи изолированных от попадания жидкости информационных 21 и питающих 22 обмоток собранных в единый герметичный жгут и намотанных на сердечник 23 трансформатора 13.In the proposed installation, the sensor is placed under the armor 20 common with the conductive cores 18. The sensor consists of two parts: current transformer 13 and electronic unit 17. Current transformer 13 and electronic unit 17 are interconnected using information 21 and supply 22 windings isolated from liquid assembled in a single tight harness and wound on the core 23 of the transformer 13.

Установка работает следующим образом. Нагревательный кабель 1 со смонтированными на определенных участках его длины датчиками температуры 7 и датчиками давления 8, выполненными изолированными, устанавливают снаружи или внутри НКТ. Второй свободный его конец подключают к клеммной коробке 10 и от нее с помощью «холодного» кабеля питания 11 к станции управления 5 нагревом. На нагревательный кабель 1 подается напряжение и за счет соединения токопроводящих жил 18 нагревательного кабеля в оконцовочном устройстве 9 и прохождения тока по токопроводящим жилам 18 происходит нагрев кабеля 1, поверхности НКТ и жидкости, находящейся внутри НКТ. В процессе нагрева осуществляется вычисление распределения температуры и количества выделяемого тепла по строительной длине нагревательного кабеля за счет определения изменения сопротивления токопроводящей жилы от температуры микропроцессором 6 станции управления 5, вход которого соединен с датчиком тока 3 и датчиком напряжения 4 нагревательного кабеля 1. Микропроцессор 6 станции управления 5 производит вычисление сигналов от изолированных датчиков и температуры 7 и давления 8 по специальным алгоритмам в реальном времени. Данные вычисления температур и давлений выводятся на дисплей станции управления 5 нагревом, а также запоминаются в энергонезависимой памяти станции управления 5. Нагрев добываемой жидкости производится до температуры насыщения нефти парафином, определяемой лабораторным путем и контролируемый устьевым датчиком температуры 12.Installation works as follows. The heating cable 1 with temperature sensors 7 and pressure sensors 8, made insulated, mounted on certain sections of its length, is installed outside or inside the tubing. The second free end thereof is connected to the terminal box 10 and from it with the help of a "cold" power cable 11 to the heating control station 5. Voltage is applied to the heating cable 1, and due to the connection of the conductive conductors 18 of the heating cable in the terminal device 9 and the passage of current through the conductive conductors 18, the cable 1, the surface of the tubing and the fluid inside the tubing are heated. In the process of heating, the temperature distribution and the amount of heat generated along the construction length of the heating cable are calculated by determining the change in resistance of the conductive core from temperature by microprocessor 6 of control station 5, the input of which is connected to current sensor 3 and voltage sensor 4 of heating cable 1. Microprocessor 6 of control station 5 performs the calculation of signals from isolated sensors and temperature 7 and pressure 8 according to special algorithms in real time. The temperature and pressure calculation data are displayed on the heating control station 5 and are also stored in the non-volatile memory of control station 5. The produced fluid is heated to the oil saturation temperature with paraffin, determined by laboratory methods and controlled by the wellhead temperature sensor 12.

Передача информации с помощью трансформатора тока 13 осуществляется следующим образом.The transmission of information using a current transformer 13 is as follows.

Схема согласования 16 преобразует сигнал от первичного преобразователя температуры или давления 15 в импульсы переменного тока, которые поступают на первичную обмотку трансформатора тока 13, вторичная обмотка образована одной из токопроводящих жил (предпочтительнее центральной), являющейся проводником нагревательного кабеля 1, помещенного внутри трансформатора. Причем передача сигнала производится на частоте, отличной от частоты тока нагрева. Питание первичных преобразователей 15 и схемы согласования 16 осуществляется от стабилизатора питания 14, подключенного к тому же трансформатору тока 13, путем наведения ЭДС переменного тока на вторичной обмотке за счет протекания тока нагрева через токопроводящую жилу нагревательного кабеля, размещенную внутри трансформатора.The matching circuit 16 converts the signal from the primary temperature or pressure transducer 15 into alternating current pulses, which are supplied to the primary winding of the current transformer 13, the secondary winding is formed by one of the conductive cores (preferably central), which is a conductor of the heating cable 1 placed inside the transformer. Moreover, the signal is transmitted at a frequency different from the frequency of the heating current. The primary converters 15 and the matching circuit 16 are powered by a power stabilizer 14 connected to the same current transformer 13 by inducing an alternating current EMF on the secondary winding due to the heating current flowing through the conductive core of the heating cable located inside the transformer.

Датчик выполнен электрически изолированным от ТПЖ, т.к. прямой электрической связи нет с ТПЖ (проводником), а электромагнитная связь есть: магнитный поток в сердечнике трансформатора, меняясь во времени, наводит ЭДС в обмотках трансформатора. В свою очередь переменная ЭДС (импульсы от схемы согласования 16) создает магнитный поток в сердечнике трансформатора, и в ТПЖ появляется сигнал, который принимается микропроцессором станции управления.The sensor is made electrically isolated from TPG, because There is no direct electrical connection with the CTL (conductor), but there is electromagnetic communication: the magnetic flux in the transformer core, changing in time, induces an EMF in the transformer windings. In turn, the variable EMF (pulses from the matching circuit 16) creates a magnetic flux in the core of the transformer, and a signal appears in the PCL, which is received by the microprocessor of the control station.

Трансформатор тока выполнен в виде тора, имеет разборную конструкцию из двух половин для установки его на токопроводящую жилу нагревательного кабеля, не нарушая изоляцию. Каждая половина трансформатора имеет питающую и информационную обмотки. Питающие обмотки от двух половин трансформатора соединяются последовательно и подключаются к стабилизатору питания 14 (они являются источником тока на частоте нагрева). Информационные обмотки трансформатора (на них поступают импульсы со схемы согласования 16) также соединяются последовательно и подключаются к схеме согласования 16, от которой поступают информационные импульсы сигналов от первичного преобразователя 15. Первичными преобразователями могут быть, например преобразователи температуры или давления, выполненные по схеме тензомоста.The current transformer is made in the form of a torus, has a collapsible design of two halves for installation on a conductive core of a heating cable, without violating the insulation. Each half of the transformer has a supply and information winding. The supply windings from the two halves of the transformer are connected in series and connected to the power stabilizer 14 (they are a current source at the heating frequency). The information windings of the transformer (they receive pulses from the matching circuit 16) are also connected in series and connected to the matching circuit 16, from which the information pulses of the signals from the primary transducer 15 are received. The primary transducers can be, for example, temperature or pressure transducers made according to the tensor bridge circuit.

Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет измерять температуру текучей среды как внутри НКТ от забоя до устья, так и в затрубном пространстве с высокой точностью измерять температуру нагревательного кабеля и ее распределение по строительной длине, исключая при этом возможный перегрев токопроводящих жил, что повышает надежность установки. Кроме того в предлагаемой установке на этапе изготовления, упрощается монтаж датчиков температуры 7 и давления 8.Thus, the use of the proposed utility model allows one to measure the temperature of the fluid both inside the tubing from the bottom to the mouth and in the annulus with high accuracy to measure the temperature of the heating cable and its distribution along the building length, eliminating the possibility of overheating of conductive wires, which increases reliability installation. In addition, in the proposed installation at the manufacturing stage, the installation of temperature sensors 7 and pressure 8 is simplified.

Также благодаря достоверному измерению температуры предлагаемым устройством достигается оптимальный режим нагревательного кабеля 1 по выделяемой мощности на его строительной длине и минимизируются энергозатраты за счет снижения общей потребляемой мощности.Also, due to reliable temperature measurement, the proposed device achieves the optimal mode of the heating cable 1 by the allocated power on its construction length and minimizes energy consumption by reducing the total power consumption.

Claims

Installation for the prevention of asphalt-resin-paraffin deposits in oil and gas wells, containing a heater in the form of a heating cable located inside or outside the tubing, consisting of conductive cores made with insulating sheath, placed in armor, lowered into the well, a cable heating control station with current and voltage sensor and a microprocessor having inputs for setting the operational parameters of the oil and gas well and heater, inputs for receiving controlled parameters of the well and heater, inputs and outputs of control signals, while the temperature and pressure sensors are installed on the heating cable, characterized in that the sensors are electrically isolated with a built-in current transformer and with the possibility of simultaneous electrical power supply from the conductive core and the transmission of pressure and / or temperature feedback signals to the microprocessor of the cable heating control station for the specified conductive core at frequencies different from each other.