УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА НЕФТИ В СКВАЖИНАХ

Полезная модель относится к индукционным нагревательным устройствам и может быть использована для нагревания скважинных жидкостей, в частности, парафинистой нефти и высоковязких смесей непосредственно в скважинах.
Известны устройства для нагрева жидкости индукционно-погружного типа: [RU 2002383; RU 2002384; SU 1811038; SU 4602140; FR 2565059]. Все они характеризуются наличием индукционной обмотки, в полости которой размещен магнитопровод. Все устройства данного типа заключены в корпус, как правило, вертикально вытянутой формы. Он представляет собой вторичную короткозамкнутую обмотку и является греющим элементом.
Известен также «Нагреватель для нефтяной скважины» [патент RU 2249672]. Он содержит источник тока, выполненный в виде источника трехфазного или двухфазного переменного тока, либо источника однофазного переменного тока, или источника постоянного тока, выводящий кабель, а также нагревательный кабель. Т окопроводящие жилы нагревательного кабеля на одном его конце соединены между собой, а другими концами посредством выводящего кабеля подключены к источнику тока.
Однако, использование данного подогревателя неэффективно в использовании, так как осуществляется локальный нагрев трубы в месте контакта кабеля. Кроме того происходят большие потери тепловой мощности на нагрев скважинной жидкости, находящейся в затрубном пространстве между трубой и эксплуатационной колонной скважины.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является «Скважинный электронагреватель» [авт. свид. SU 1703810]. Он содержит: токоввод с установленным под ним трубчатым корпусом, с размещенным по спирали на его поверхности длинномерным нагревательным элементом с увеличением шага спирали от конца корпуса по направлению к токовводу и отверстия в верхней части корпуса. Скважинный электронагреватель снабжен дроссельной шайбой с отверстиями, насосом с приводом, размещенным внутри корпуса верхней его части, а в нижней части корпуса выполнены дополнительные отверстия, где под которыми жестко установлена дроссельная шайба с отверстиями. Отверстия в верхней части корпуса выполнены у приема насоса.
Задача полезной модели заключается в повышении эффективности устройства для нагрева нефти за счет увеличения площади и равномерности нагрева.
Сущность заявляемой полезной модели. Устройство для нагрева нефти в скважинах характеризуется тем, что оно выполнено в виде цилиндрического трубчатого корпуса, ориентированного в направлении протяженности скважины со съемными крышками на торцевых сторонах, с герметично - разъемным элементом токоввода на соединительный электрический кабель в верхней крышке, уплотнителями в каждой из крышек и держателем, установленным на внешней поверхности верхней крышки, окончание держателя представляет собой муфту насосно-компрессорной трубы (НКТ) на фланце, сквозь который пропущены крепежные болты и выполнены отверстия под токовводы, с нижней стороны корпуса размещена конусная втулка, поджимаемая муфтой НКТ; внутри корпуса, коаксиально ему, размещен участок трубы подвески НКТ, на внешней поверхности которой вдоль трубы размещены отстоящие друг от друга индукционные цилиндрические катушки, выведенные на соединительный кабель, причем размеры трубы в поперечном сечении на участке устройства выполнены с возможностью сопряжения с трубами подвески НКТ для транспорта нефти из скважины за пределами устройства.
Кроме того, труба, в том числе на участке устройства, выполнена из стали.
Заявляется также устройство, в котором цилиндрический трубчатый корпус выполнен из термобаростойкого материала.
Кроме того, устройство для нагрева нефти в скважинах имеет на внешней поверхности корпуса предохранительные ограничители для дополнительного соединительного электрического кабеля.
Технический результат полезной модели заключается в конструктивном приеме - выделении из транспортной трубы участка, на котором формируется нагреватель, способный выполнять роль устройства для нагрева проходящей из скважины жидкости (нефти) и одновременно выполнять роль пропускной транспортной трубы для добываемого продукта. Именно непосредственно на трубе с проходящей из скважины нефтью формируется устройство для ее нагрева в виде расположенных на ней индукционных цилиндрических катушек. Длинномерный участок в виде устройства нагрева представляет собой трубу протяженностью 7-10 метров с достаточной площадью равномерного нагрева со всех сторон трубы. Потери тепла сведены к минимуму, поскольку контакт нагревателя с проходящей жидкостью непосредственный - с внутренней стороны трубы.
Заявляемое устройство для нагрева нефти в скважинах поясняется с помощью фиг.1 и фиг.2, на которых изображено соответственно устройство в общем виде и в виде, установленном в скважине для эксплуатации, где на них позициями 1-12 обозначены элементы заявляемого устройства, позициями 13-16 - устройства и элементы, необходимые для иллюстрации работы заявляемого устройства:
1 - корпус;
2 - участок трубы из подвески НКТ;
3 - индукционные цилиндрические катушки;
4 - разъемный элемент токоввода;
5 - соединительный электрический кабель;
6 - держатель;
7 - муфта НКТ;
8 - крышка;
9 - уплотнитель;
10 - болтовое соединение;
11 - втулка;
12 - конусная втулка;
13 - крепежные хомуты;
14 - станция управления;
15 - погружной насос;
16 - эксплуатационная колонна.
Заявляемое устройство, представленное на фиг.1 и фиг.2, состоит из термобаромаслостойкого металлического корпуса 1. Он предназначен для защиты от механических повреждений, от воздействия окружающей среды, одновременно является внешним магнитопроводом и имеет обтекаемую форму, что позволяет беспрепятственно опускать его в компоновке насосно-компрессорных труб в скважину на нужную глубину. Внутри корпуса 1 коаксиально расположен стальной участок трубы 2 из подвески НКТ, на которую помещены три индуктивные цилиндрические катушки 3 из медного провода прямоугольного сечения со стекловолокнистой изоляцией, расположенные последовательно и отстоящие друг от друга на определенном расстоянии с целью исключения взаимного влияния индукционных цилиндрических катушек 3, подключаемых через расположенный в верхней крышке 8 трехфазный герметизированный разъемный элемент токоввода 4, соединительный электрический кабель 5 (типа КПБП - кабель погружной бронированный плоский) к трехфазной электрической сети. Разъемный элемент токоввода 4 выполнен в герметичном исполнении и позволяет производить быстрое соединение токовых жил нагревателя, которыми заканчиваются индукционные цилиндрические катушки 3, с токовыми жилами соединительного электрического кабеля 5. Корпус нагревателя 1 с торцевых сторон герметично закрыт съемными крышками 8 в виде фланцев, загерметизированными уплотнителями 9 из маслобензостойкой резиновой смеси. На участок трубы 2, коаксиально расположенный корпусу 1, с верхнего конца накручивается держатель 6, который представляет собой муфту 7 на фланце. Со стороны фланца к держателю 6 через крышку 8 и уплотнитель 9 болтовым соединением 10 в втулку 11, которая соединяется с корпусом резьбовым соединением, крепится корпус 1. Уплотнение резинотехнических изделий выполнено путем установки уплотнителей 9 и осуществляется в результате стягивания в нижней и верхней частях подогревателя болтовых соединений 10, расположенных равномерно через 45° по окружности корпуса. С нижнего конца посредством резьбового соединения закрепляется муфта 7. Через конусную втулку 12 муфта 7 поджимает корпус 1. Разборная конструкция
устройства предусматривает быструю замену резино-технических изделий, что позволит многократно использовать данное устройство.
В случае недостатка мощности нагрева можно использовать модульную конструкцию из двух или более заявляемых устройств для нагрева нефти. Вдоль корпуса 1 могут быть предусмотрены защитные ограничители для прокладки в них одного - двух питающих кабелей для питания погружного насоса и, при необходимости, кабелей для расположенного ниже второго подобного заявляемого устройства.
Работа устройства для нагрева нефти обеспечивается с помощью источника питания, находящегося вверху на поверхности, за пределами скважины. При подаче через соединительный электрический кабель 5 и разъемный элемент токоввода 4 переменного напряжения на индукционные цилиндрические катушки 3 в участке 2 из подвески НКТ индуцированными переменными магнитными потоками наводятся токи, которые можно рассматривать как вихревые, или как ток короткого замыкания вторичной обмотки трансформатора, имеющей один виток. Этот ток нагревает участок 2 из подвески НКТ, тепло от которого отводится протекающей нефти, подлежащей нагреву. С помощью наземной станции управления 14 контролируют электрические параметры по каждой фазе устройства, отключают его в случае перегрева, утечки тока короткого замыкания, регистрируют указанные параметры с заданным интервалом времени, а также контролируют температуру нефти на выходе из скважины. Все указанные выше данные могут не только регистрироваться на поверхности Земли, но и, в случае необходимости, передаваться по существующим в настоящее время каналам связи в офис нефтедобывающих предприятий.
Пример.
При изготовлении устройства для нагрева нефти в скважине были использован участок НКТ 73 длиной 7-10 м., с толщиной стенки 5,5 мм. Корпус подогревателя изготовлен из НКТ 114 с толщиной стенки 6 мм. Витки первичной обмотки выполнены из медного прямоугольного провода марки ПСДКТЛ, размером 2,36×5,6 мм. Изготовляемые детали - держатель, конусная втулка, вкручиваемая в корпус втулка, токоввод, крышки, выполнены из стали Х40. Уплотнительные резино-технические изделия - из высокотемпературной, маслобензостойкой резиновой смеси. В качестве изолирующего материала использовано стекловолокно и фторопласт. Управляющим устройством, обеспечивающим заданные рабочие параметры, является контроллер «Электон». Данное устройство для нагрева нефти в скважине показало высокие результаты работы при давлении 12 МПа и проходит апробацию со второй половины 2005 г. на одном из нефтедобывающих предприятий Тюменской области.