ワックスの詰まりが依然として石油生産で最もコストのかかる問題の 1 つである理由
原油は生産チューブを通って上方に移動する際に熱を失います。温度が原油のワックス出現点（組成に応じて通常は 30°C から 60°C の間）を下回ると、パラフィンの結晶が管壁に形成され始めます。これらの堆積物を放置しておくと流路が狭くなり、ポンプ効率が低下し、最終的には費用のかかる坑井の停止を引き起こすことになります。
機械的なスクレーピングとホットオイルフラッシングが従来の修正方法ですが、どちらも生産を中断する修復作業が必要です。 電気ダウンホール加熱ケーブルは、継続的で非侵襲的な代替手段を提供します 利用可能な設計の中でも、3 芯装甲 T 型加熱ケーブルは、油井のワックス防止用途で業界の主力ケーブルとなっています。
T ケーブル構成の違い
T ケーブルの「T」は、3 つの導体コアを束ねたときに形成される三角形の断面を指します。各コアは、銅導体、高温定格絶縁層 (通常は架橋ポリエチレンまたはフッ素ポリマー)、および個別の金属シースで構成されています。 3 つのシースは、互いに金属と金属が直接接触し、外側のステンレス鋼の装甲ラップとも接触します。
この幾何学形状は偶然ではありません。シース間の平らな接触面により、外側の装甲と周囲のチューブへの熱伝導が最大化され、空隙やエラストマー テープで分離された円形シース設計よりもはるかに効率的です。三相交流電流が導体に供給されます。 3 本の導体すべての下端が一緒に接続され、別個の戻り線を必要とせずに回路が完成します。その結果、1 本のケーブルでバランスの取れた自給式加熱システムが実現します。
外側のステンレス鋼の外装（通常は二重に巻かれた亜鉛メッキまたは 304/316L ステンレス鋼ワイヤー）は、複数の機能を同時に果たします。深井戸への展開のための引張強度を提供し、摩耗や圧壊荷重から保護し、ケーブルの外面全体にわたるヒート スプレッダーとして機能します。
指定する前に評価すべき主要なパフォーマンスパラメータ
特定の坑井に適切な T ケーブルを選択するには、ケーブルの仕様を実際のダウンホールの状態に一致させる必要があります。次のパラメータが最も重要です。
- 導体断面積: シングルコア オプションの範囲は通常 6 mm² ～ 50 mm² です。 3 コア設計は通常、6 mm² ～ 16 mm² の間で指定されます。断面積が大きいため、長いケーブル配線での抵抗損失が減少します。
- 定格電圧: ほとんどの油井加熱ケーブルは AC 380 V 以下で動作し、ダウンホールの電気的危険を管理可能な範囲内に十分に抑えます。これは、水中ポンプの電源ケーブルに使用される 1,000 ～ 2,000 V よりも大幅に低い値です。
- 長期使用温度: 標準的な設計目標は、連続使用温度 90°C です。貯留層の近くに高温ゾーンがある井戸では、150°C 以上の定格のフッ素ポリマー断熱材が必要な場合があります。
- ダウンホール圧力定格: 深井戸では周囲圧力が 250 kg/cm2 を超えることがあります。装甲および外装システムは、持続的な静水圧負荷の下でも完全性を維持する必要があります。
- 製造長さ: 連続生産長さは 800 ～ 1,500 m が標準です。潜在的な故障点となるストリングの中間接続を行わずに、サプライヤーがウェルの合計深さを満たせることを確認します。
- 外径： 仕上がり外径 ≤16 mm は、ほとんどの坑井構成で標準の生産チューブと一緒に配置するための実際的なしきい値です。
「3 高」（コロイドアスファルト含有量が高い、ワックス含有量が高い、流動点が高い）に分類される坑井の場合、ケーブル加熱出力は、隣接する坑井のデータから単純に外挿するのではなく、坑井の特定の熱損失プロファイルに基づいて計算する必要があります。
暖房システムが実際にどのように機能するか
ケーブルは、ステンレス鋼のバンドを使用して生産チューブの外壁に一定の間隔で固定され、チューブの紐で坑井内に下げられます。地表では、三相電源は防爆接続箱を介して 3 本の導体の上端に接続されます。戻り導体は必要ありません。電流は 2 つの相を流れ、3 番目の相を通って戻り、ダウンホールの終端で平衡三相ループが完成します。
導体の抵抗によって発生した熱は、絶縁体と金属シースを通って外側に伝わり、外装表面から配管壁と周囲の生産流体に放射します。 ケーブル全長に沿ったこの継続的な放射状加熱 油温が自然に最も早く低下する坑井の重要な上部セクション全体にわたって、原油の温度をワックスの出現点よりも高く保ちます。
査読済みの石油工学文献に掲載された研究では、坑井内の電気加熱により流体温度をワックス出現点以上に維持することでパラフィンの結晶化を防止し、同時に粗粘度を低下させてポンプ効率と流量を向上させることが確認されています。
材質の選択: ステンレス鋼の装甲が重要な理由
油井内のダウンホールの流体が無害であることはほとんどありません。硫化水素、塩水、CO₂、および軽質炭化水素はすべて一般的に同時に生成される種であり、それぞれが従来の炭素鋼の装甲を数か月以内に劣化させる可能性があります。 ステンレス鋼の装甲、特に 316L グレードは、有意な耐食性の利点を提供します。 標準的な亜鉛メッキ鋼線と比較して、H₂S を含む環境での使用に耐えます。
腐食を超えて、外装はケーブル全長にわたって自重による引張荷重に耐えなければなりません。外径 16 mm とステンレス外装を備えた 1,000 m のケーブルにより、かなりの吊り下げ重量が発生します。展開深さに応じて最小破壊力を指定することは交渉の余地がありません。井戸の場合 ステンレス鋼の連続オイルチューブがすでに配備されています 、互換性のあるステンレス外装加熱ケーブルにより、完成品ストリング全体にわたる材料の互換性管理が簡素化されます。
絶縁層の化学的性質も同様に注目に値します。ニトリルブタジエンゴム (NBR) または PVC ジャケットは、油や低刺激の化学物質に対して効果的に耐性がありますが、H₂S 濃度が高い井戸では、押出成形鉛シースまたは高性能フッ素ポリマーの代替品が、より信頼性の高い長期的なバリアを提供します。絶縁体の厚さも重要です。絶縁体が薄い (導体あたり 0.025 インチ以下) と熱伝達効率が向上しますが、厚い設計 (電力ケーブルで一般的) は熱伝達効率を妨げます。
設置と試運転: 現場チームが知っておくべきこと
ヒーターケーブルシステムが設計上の耐用年数を全うするか、早期に故障するかは、正しく設置するかどうかで大きく決まります。導入の成功と回避可能な失敗を区別するには、いくつかのプラクティスがあります。
- 導入前にケーブル リールを検査してください。 輸送中に発生した外装ワイヤーの突出、絶縁損傷、またはねじれがないか確認してください。運転前の簡単な絶縁抵抗テスト (目標: >500 MΩ) で電気的完全性を確認します。
- 最小曲げ半径を維持してください。 坑口またはスプール中に過度に曲げると、断熱材に亀裂が入ったり、装甲が永久に変形したりする可能性があります。メーカー指定の最小曲げ半径に従ってください。通常はケーブル外径の 10 ～ 15 倍です。
- 一定の間隔でストラップを付けます。 チューブに沿ったストラップの間隔を 1 ～ 2 m にすることで、ケーブルがチューブの壁から垂れ下がるのを防ぎます。これにより、熱伝達効率が低下し、ロッドの往復運動中に摩耗のリスクが高まります。
- ダウンホールの終端を適切にシールします。 導体が互いに短絡される下部の終端は、圧力テストを行い、坑井内に流体が侵入しないようにシールする必要があります。終端シールの破損は、早期の電気的故障の最も一般的な原因です。
- 最初に電圧を下げて試運転してください。 最初の 24 ～ 48 時間はシステムを定格電圧の 50% で立ち上げ、最大動作電力に上げる前に理論値に対する消費電流を監視します。
坑井でもダウンホール器具を使用している場合、または ダウンホールデータ収集用の外装高温試験ケーブル 、電磁干渉を最小限に抑えるために、加熱ケーブルと計装ケーブルがチューブの反対側に配線されていることを確認してください。
保守監視・故障診断
加熱ケーブル システムが動作すると、定期的に少量の監視を行うことで、ほとんどの予期せぬ故障を防ぐことができます。定期的な間隔で 3 つのパラメータを追跡します: 供給電流 (初期試運転値の ±5% 以内で安定している必要があります)、絶縁抵抗 (時間の経過とともに下降傾向は、完全な故障が発生する前に絶縁劣化を示します)、および坑口温度デルタ (流入流体と帰還流体間の温度差の低下は、加熱出力の低下を示している可能性があります)。
ケーブルに電気的な障害が発生した場合、表面からの時間領域反射率測定 (TDR) テストにより、数メートル以内で障害の深さを特定できるため、オペレーターは、ケーブルを回収して交換する作業が坑井の生産性と比較してコスト的に正当であるかどうかを評価できます。
動作上、装甲 T ケーブル加熱システムは、互換性のある坑井環境に正しく設置されていれば、通常 3 ～ 5 年間は機械的介入を必要としません。これは、高ワックス坑井では毎月またはより頻繁に実行する必要がある機械的パラフィン切断に比べて大幅な改善です。
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