скважинный электронагреватель

Формула изобретения

1. Скважинный электронагреватель, содержащий токоподвод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным на его поверхности длинномерным нагревательным элементом в виде кабеля с возможностью подачи в него через токоподвод питающего напряжения от источника, отличающийся тем, что имеет заземление к трубчатому корпусу и использован кабель с малым электрическим сопротивлением, установленный в ферромагнитной трубке вдоль трубчатого корпуса с возможностью образования замкнутого контура и подачи от источника питающего переменного напряжения.

2. Скважинный электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что кабель с малым электрическим сопротивлением установлен в ферромагнитной трубке вдоль трубчатого корпуса по его периметру в виде многоходовой последовательности параллельных длинномерных нагревательных элементов.

3. Скважинный электронагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что ферромагнитная трубка выполнена разделенной на секции, количество которых определено расчетом в зависимости от интенсивности искривления эксплуатационной колонны и габаритных размеров.

4. Скважинный электронагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что использован нефтестойкий кабель.

5. Скважинный электронагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что ферромагнитная трубка приварена к трубчатому корпусу прерывистым швом.

6. Скважинный электронагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что поверх длинномерного нагревательного элемента наложен слой изолирующего материала для усиления прогрева.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к скважинным электронагревателям, предназначенным, например, для теплового воздействия на призабойную зону и нефтяной пласт, в том числе для предупреждения или разогрева парафино-гидратных отложений.

Известен скважинный электронагреватель /1/, содержащий токоподвод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным по спирали на его поверхности длинномерным нагревательным элементом, размещенным по длине корпуса неравномерно с увеличением шага спирали от конца корпуса по направлению к токовводу. Длинномерный нагревательный элемент изготовлен из сплава с высоким электрическим сопротивлением (за счет чего достигается его сильный разогрев).

Известное малогабаритное и достаточно сложное конструктивно устройство, как большинство нагревателей индукционного типа с высоким электрическим сопротивлением нагревательного элемента, выделяет большое количество тепла на единицу длины и потому недолговечно и недостаточно надежно; оно недостаточно эффективно для тепловой обработки мощных пластов, например карбонатных, а также для расплавления или предупреждения парафиногидратных пробок большой протяженности; асфальтосмолистых, афальтосмолопарафиновых отложений большой протяженности в НКТ (насосно-компрессорных трубах) и на глубинно-насосных штангах. Устройство не применимо также для подогрева и снижения вязкости продукции скважин на приеме глубинных насосов.

Решаемая предлагаемым изобретением задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности скважинного электронагревателя для тепловой обработки мощных пластов, например карбонатных, а также для расплавления или предупреждения парафино-гидратных пробок большой протяженности, асфальтосмолистых, афальтосмолопарафиновых отложений большой протяженности в НКТ и на глубинно-насосных штангах. Устройство применимо также для подогрева и снижения вязкости продукции скважин на приеме глубинных насосов. Устройство не сложное в изготовлении, дешево, надежно, имеет большой срок службы.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый скважинный электронагреватель, содержащий токоподвод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным на его поверхности длинномерным нагревательным элементом в виде кабеля с возможностью подачи в него через токоподвод питающего напряжения от источника, имеет заземление к трубчатому корпусу и использован кабель с малым электрическим сопротивлением, установленный в ферромагнитной трубке вдоль трубчатого корпуса с возможностью образования замкнутого контура и подачи от источника питающего переменного напряжения.

Кабель с малым электрическим сопротивлением установлен в ферромагнитной трубке вдоль трубчатого корпуса по его периметру в виде многоходовой последовательности параллельных длинномерных нагревательных элементов.

Ферромагнитная трубка выполнена разделенной на секции, количество которых определено расчетом в зависимости от интенсивности искривления эксплуатационной колонны и габаритных размеров.

Использован нефтестойкий кабель.

Ферромагнитная трубка приварена к трубчатому корпусу прерывистым швом.

Поверх длинномерного нагревательного элемента наложен слой изолирующего материала для усиления прогрева.

На фиг.1 представлен заявляемый скважинный электронагреватель, продольный разрез.

На фиг.2 представлена развертка электрической схемы многоходовой последовательности параллельных длинномерных нагревательных элементов, размещенных вдоль трубчатого корпуса электронагревателя по его периметру.

На фиг.3 представлен заявляемый скважинный электронагреватель, продольный разрез, для искривленных, наклонно-направленных и разветвление-горизонтальных скважин.

Здесь:

1 - токоподвод;

2 - трубчатый корпус;

3 - кабель с малым электрическим сопротивлением;

4 - ферромагнитная трубка;

5 - защитный кожух;

6 - отверстия в защитном кожухе;

7 - прерывистый сварочный шов;

8 - заземление к трубчатому корпусу;

9 - эксплуатационная колонна скважины;

10 - секции ферромагнитной трубки.

Кабель с малым электрическим сопротивлением 3 установлен в ферромагнитной трубке 4 вдоль трубчатого корпуса 2 и по его периметру в виде многоходовой последовательности параллельных длинномерных нагревательных элементов.

Для улучшения теплопередачи от нагретой ферромагнитной трубки 4 к трубчатому корпусу 2 ферромагнитная трубка приварена к трубчатому корпусу прерывистым сварочным швом 7.

Защитный кожух 5, защищающий от механических повреждений верхний и нижний концы длинномерного нагревательного элемента, имеет отверстия 6 для подключения к токовводу 1 и для циркуляции продукции скважин, обеспечивающей отвод тепла и предупреждающей перегрев нефтестойкого кабеля, который используется в качестве длинномерного нагревательного элемента.

В случае применения скважинного электронагревателя в искривленных, наклонно-направленных и разветвленно-горизонтальных скважинах (фиг.3) для уменьшения жесткости конструкции устройства ферромагнитная трубка выполнена разделенной на секции, количество которых определяется расчетом в зависимости от интенсивности искривления эксплуатационной колонны и габаритных размеров скважинного электронагревателя. Защитный кожух 5 в этом случае защищает также от механических повреждений ферромагнитную трубку 4 и кабель 3 в интервалах между секциями 10 ферромагнитной трубки.

Скважинный электронагреватель работает следующим образом. Устройство спускают в необходимый интервал эксплуатационной колонны скважины на насосно-компрессорных трубах (НКТ). Питающее напряжение подается через токоподвод 1 в длинномерный нагревательный элемент, в качестве которого используется, например, нефтестойкий кабель 3 КБП с малым электрическим сопротивлением. При прохождении электрического тока по нефтестойкому кабелю образуется замкнутый контур и электромагнитное поле, создаваемое источником переменного напряжения, между нефтестойким кабелем 3 и ферромагнитной трубкой 4, в которую помещен нефтестойкий кабель 3. Часть энергии электромагнитного поля поглощается ферромагнитной трубкой 4 и переходит в тепловую, практически не выходя за пределы ферромагнитной трубки 4. Поэтому на внешней поверхности ферромагнитной трубки 4 напряжение практически отсутствует, что обеспечивает полную электробезопасность электронагревателя. Нагретая ферромагнитная трубка 4 через прерывистый сварочный шов 7 передает тепло трубчатому корпусу 2. Нагретые элементы устройства разогревают соответственно окружающую продукцию скважины, которая циркулирует через отверстия 6 между эксплуатационной колонной скважины 9 и длинномерным нагревательным элементом, расположенным по периметру трубчатого корпуса 2, а также внутри трубчатого корпуса 2.

Пример расчета необходимого количества секций ферромагнитной трубки скважинного нагревателя для беспрепятственного прохождения искривленных участков эксплуатационной колонны.

Известно:

Внутренний диаметр эксплуатационной колонны D₁=0,13 м; максимальная кривизна эксплуатационной колонны _макс=3 град/10 м.

Длина скважинного электронагревателя L=8 метров; его диаметр D₂=0,12 м.

Расчет допустимой кривизны ведется согласно /2/ по формуле:

_доп=4586(D₁-D₂)/L² ,

где 4586 - коэффициент.

Результаты расчетов сведены в таблицу для условий разделения ферромагнитной трубки на разное число секций:

Количество секций	Длина секции, м	Допустимая кривизна, град/10 м	Максимальная кривизна, град/10 м	Вывод
1	8,0	Не более 0,72	3,0	Не соответствует требованиям
2	4,0	Не более 2,86	3,0	Не соответствует требованиям
3	2,667	Не более 6,45	3,0	Соответствует требованиям

ВЫВОД: для снятия жесткости необходимо не менее 3-х секций.

В заявляемом устройстве, являющемся аксиальным электронагревателем, используется известный поверхностный эффект, имеющий место в системах подогрева наземных и подземных горизонтальных трубопроводов /3, 4/. Протяженность нагревателей этих трубопроводов /3, 4/ от 60 м до 4,5 км; удельная мощность тепловыделения 15-150 Вт/м при диаметре обогревающего трубопровода 50 мм. Предлагаемый же электронагреватель впервые рекомендуется как скважинный - для разогрева конкретного интервала эксплуатационной колонны скважины и/или пласта. Размер интервала подогреваемого пласта может составлять от одной до трех стандартных длин НКТ: (8-9 м) - (8-9 м)х3. Удельная мощность тепловыделения на единицу длины конкретного обогреваемого интервала составит 12-75 Вт/м при диаметре обогревающего трубопровода 17 мм и увеличится кратно количеству параллельных длинномерных нагревательных элементов.

Предлагаемое устройство простое в изготовлении. Опасность перегрева кабеля с малым электрическим сопротивлением маловероятна, так как тепловыделение происходит на внутренней поверхности длинномерной ферромагнитной трубки. Соответственно устройство долговечно и надежно; оно эффективно для тепловой обработки конкретных интервалов мощных пластов, например карбонатных, а также для расплавления или предупреждения парафиногидратных пробок большой протяженности, асфальтосмолистых, афальтосмолопарафиновых отложений большой протяженности в НКТ и на глубинно-насосных штангах. Устройство применимо также для подогрева и снижения вязкости продукции скважин на приеме глубинных насосов и на устье или в шурфе у устья скважины для попутного подогрева и снижения вязкости транспоритруемой продукции скважины. Будучи установлен за эксплуатационной колонной, которая выполняет функции его трубчатого корпуса, устройство используется для прогрева непосредственно призабойной зоны с целью снижения вязкости и увеличения дебита скважины.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авт.свид. СССР №1627671, Е 21 В 36/04, 43/24, 15.02.1991.

2. М.Ф.Вахитов. О выборе интервала установки ЭЦН в наклонно-направленных и искривленных скважинах. РНТС. М: НПД, ВНИИОЭНГ, 1983, №3, с.9-11.

3. З.И.Фонарев. Электроподогрев трубопроводов, резервуаров и технологического оборудования в нефтяной промышленности. Л., Недра, 1984, с.6-7.

4. Трубопроводный транспорт высоковязких и застывающих нефтей по теплоизолированным нефтепроводам с электрообогревом. Обзорная информация. Серия “Транспорт и хранение нефти”. - М, ВНИИОЭНГ, 1988, вып. 14, с.40-46.