ЛИНЕЙНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ НАГРЕВА ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В СКВАЖИНАХ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО С АНОМАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ (ВАРИАНТЫ)

Полезные модели относятся к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для нагрева пластового флюида при эксплуатации фонтанирующих, газлифтных скважин, а также при любом механизированном способе эксплуатации (штанговыми глубинно-насосными установками, электроцентробежными насосами, и т.д.), преимущественно, при добыче высоковязкой, высокопарафинистой жидкости, а также жидкости, теряющей текучесть при положительных значениях температуры окружающей среды, в которой транспортируется жидкость. Полезная модель также может быть использована в нагнетательных скважинах для нагрева закачиваемой воды. Преимущественная область использования - скважины с аномальными характеристиками тепловых полей, например, пробуренные в условиях залегания многолетних мерзлых пород, или скважины с аномальными значениями вязкости добываемого флюида.
В настоящее время нашли применение устройства для предупреждения образования и ликвидации отложений и пробок в скважинах с использованием тепловой энергии. Такие устройства содержат подключенный к источнику тепловой энергии излучатель тепловой энергии, спущенный в колонну подъемных труб или в межтрубное пространство скважины. В большинстве случаев в качестве теплового нагревателя используют нагревательные кабели.
Известно устройство для нагрева потока пластового флюида в подъемных трубах скважины, в котором в качестве теплового излучателя используют размещенный в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) линейный нагреватель в виде электрического нагревательного кабеля, жилы которого на концевом участке соединены между собой и изолированы, а другой конец кабеля подключен к источнику питания (Патент РФ №2186943, кл. Е21В 36/04, от 2000 г.). Указанное устройство выбрано за прототип.
Однако такое известное устройство работает неэффективно в условиях скважины с аномальными характеристиками тепловых полей, например, в зоне вечной мерзлоты, т.к. тепловой мощности может быть недостаточно для компенсации тепловых потерь в этой зоне. Для обеспечения эффективности работы этого известного устройства приходится увеличивать мощность нагревателя, что приведет к повышению энергозатрат.
Единый технический результат, достигаемый предлагаемыми вариантами полезной модели заключается в повышении эффективности работы линейного нагревателя в скважинах, преимущественно, с аномальными характеристиками тепловых полей, за счет увеличения площади нагрева на определенном участке, где по технологическим условиям требуется пониженная вязкость или повышенная температура добываемого флюида, например, в районе приема насоса, или в районе устья скважины, или в районе призабойной зоны пласта, при сохранении универсальности и постоянстве мощности.
Указанный технический результат достигается предлагаемым линейным нагревателем для нагрева потока текучей среды в скважинах, преимущественно, с аномальными характеристиками тепловых полей,, включающим размещенный в затрубном пространстве скважины тепловой излучатель, выполненный в виде основного нагревательного кабеля, один конец которого подключен непосредственно или через кабель токоподвода к источнику питания, а другой конец снабжен оконцовочным устройством, при этом, согласно полезной модели по первому варианту, основной нагревательный кабель состоит из двух участков, которые соединены между собой посредством дополнительного отрезка нагревательного кабеля, герметично соединенного по концам с одним и вторым участками основного кабеля, при этом указанные участки и отрезок размещены в пространстве с образованием зигзагообразного модуля в интервале, определенном длиной этого дополнительного отрезка, с расположением указанного модуля продольно в скважине по внешней поверхности насосно-компрессорных труб; а согласно полезной модели по второму варианту, основной нагревательный кабель состоит из двух участков, которые соединены между собой посредством последовательно соединенных друг с другом дополнительных отрезков нагревательного кабеля, размещенных в пространстве с образованием зигзагообразного модуля в интервале, определенном преимущественно длиной одного дополнительного отрезка, и с расположением указанного модуля продольно в скважине по внешней поверхности насосно-компрессорных труб, при этом количество отрезков является нечетным числом более двух, а свободный конец первого и последнего дополнительного отрезка соединены с первым и со вторым участками основного нагревательного кабеля соответственно.
По обоим вариантам дополнительные отрезки выполнены из материала, идентичного материалу основного нагревательного кабеля с одинаковыми или разными сечениями.
Дополнительные отрезки выполнены из материала, отличающегося от материала основного нагревательного кабеля с одинаковыми или разными сечениями.
В интервале расположения модуля для исключения перехлеста дополнительных отрезков нагревательного кабеля он содержит узел фиксации кабеля на насосно-компрессорной трубе.
Указанный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому, что основной нагревательный кабель состоит из двух участков, которые соединены между собой посредством дополнительного отрезка нагревательного кабеля (по первому варианту) или которые соединены между собой посредством последовательно соединенных друг с другом дополнительных отрезков нагревательного кабеля (по второму варианту), размещенных в пространстве с образованием зигзагообразного модуля в интервале, определенном длиной дополнительного отрезка, обеспечивается создание повышенной мощности нагрева на участке размещения указанного модуля. И если этот модуль будет размещен в зоне скважины с аномальными характеристиками тепловых полей (например, в зоне вечной мерзлоты), то теплоотдача от линейного нагревателя на этом участке будет в разы больше, чем излучал бы основной нагревательный кабель. В результате повышается эффективность работы линейного нагревателя, обеспечивается высокая степень защиты от отложений АСПВ в проблемных зонах скважины, при одновременном рациональном расходовании электроэнергии за счет постоянства мощности.
Использование по второму варианту нечетного количества дополнительных отрезков (числом более двух) позволяет оптимально разместить зигзагообразный модуль в пространстве с обеспечением направления первого участка основного кабеля вверх к устью скважины, а второго участка основного кабеля - вниз по стволу скважины.
А благодаря расположению указанного модуля продольно в скважине по внешней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) обеспечивается равномерность прогрева пластового флюида, исключение перегрева НКТ на определенных участках.
Выполнение дополнительных отрезков из материала, идентичного материалу основного нагревательного кабеля с одинаковыми или разными сечениями, обеспечивается технологичность изготовления и надежность работы.
Благодаря тому, что дополнительные отрезки могут быть выполнены из материала, отличающегося от материала основного нагревательного кабеля с одинаковыми или разными сечениями, обеспечивается необходимая величина теплоотдачи от линейного нагревателя.
Для исключения перехлеста дополнительных отрезков нагревательного кабеля в интервале расположения модуля, он содержит узел фиксации кабеля на насосно-компрессорной трубе. В преимущественном варианте дополнительные отрезки и основной кабель в зоне модуля рекомендуется равномерно распределить вокруг НКТ и зафиксировать протектором-центратором.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображен линейный нагреватель по первому варианту; на фиг.2 - линейный нагреватель по второму варианту; на фиг.3 - схема размещения модуля кабеля вокруг НКТ и фиксация кабеля.
Предлагаемый линейный нагреватель содержит размещенный в затрубном пространстве 1 скважины 2 тепловой излучатель, выполненный в виде основного нагревательного кабеля, состоящего из двух участков 3 и 4 соответственно. Конец участка 3 подключен непосредственно или через кабель токоподвода к источнику питания 5, а другой конец участка 4 основного кабеля снабжен оконцовочным устройством (на чертеже не показано). Участки 3 и 4 нагревательного кабеля соединены между собой посредством дополнительного отрезка 7, выполненного также из нагревательного кабеля. Отрезок 7 герметично соединен по концам с помощью соединительного узла 8 и 9 с первым 3 и вторым 4 участками основного кабеля. При этом указанные участки 3 и 4 и дополнительный отрезок 7 размещены в пространстве с образованием зигзагообразного модуля в интервале, определенном длиной этого дополнительного отрезка 7, с расположением указанного модуля продольно в скважине 2 по внешней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) 10. По второму варианту (фиг.2) в состав модуля введено несколько дополнительных участков 7, 11, и 12, которые соединены последовательно друг с другом. Причем количество указанных отрезков является нечетным числом более двух (т.е. три, пять, семь и т.д.). При этом первый дополнительный отрезок 7 соединен с первым участком 3 нагревательного кабеля, а последний отрезок 12 - со вторым участком 4 нагревательного кабеля, соединяя их друг с другом. Участки нагревательного кабеля 3 и 4, а также дополнительные отрезки 7, 11 и 12 размещены в пространстве с образованием зигзагообразного модуля в интервале, определенном преимущественно длиной одного дополнительного отрезка. Модуль по первому и второму вариантам расположен в скважине продольно по внешней поверхности НКТ 10. При этом в интервале расположения модуля для исключения перехлеста дополнительного отрезка (отрезков) нагревательного кабеля и основного кабеля линейный нагреватель содержит узел фиксации кабеля на насосно-компрессорной трубе, например, протектор (на чертеже не показан). Кроме того, в верхней и нижней частях модуля установлены стальные пояса 13 крепления кабеля к НКТ 10.
2
2
2
2
Следует отметить, что в преимущественных вариантах, дополнительные отрезки 7, 11, 12 могут быть выполнены из материала, идентичного материалу основного нагревательного кабеля с одинаковыми или разными сечениями. Например, основной кабель выполнен из кабеля марки КНАПпБП с сечением 16 мм, а дополнительные отрезки (или дополнительный отрезок) выполнен из кабеля этой же марки, но с сечением 25 мм. Или можно выполнить дополнительные отрезки 7, 11, 12 из материала, отличного от материала основного нагревательного кабеля. Например, основной кабель выполнен из кабеля марки КНАПпБП с сечением 16 мм, а дополнительные отрезки (или дополнительный отрезок) выполнен из кабеля марки КНПпБП с сечением 8 мм.
Работает предлагаемый линейный нагреватель следующим образом. Линейный нагреватель собирают на дневной поверхности, крепят к НКТ 10, собираемых в лифтовую колонну, и постепенно спускают в скважину 2 вместе с колонной. Например, берут нагревательный кабель марки КНАПпБП 120 3×10 (его токопроводящие жилы выполнены стальными) (но может быть использован и кабель с алюминиевыми жилами или чередующимися жилами сталь-медь). На концевом участке нагревательного кабеля 4 выполняют оконцовочное устройство путем соединения токопроводящих жил в «звезду». Присоединяют посредством соединительного узла 8 (он выполняется путем сращивания жил в противоположном направлении) ко второму концу участка 4 дополнительный отрезок 7, выполненный также из нагревательного кабеля, причем его марка может совпадать с маркой основного кабеля или отличаться. К концу дополнительного отрезка 7 прикрепляют с помощью соединительного узла 9 участок 3 нагревательного кабеля. Участки 3, 4 и дополнительный отрезок 7 образуют «зигзаг» (по первому варианту в виде N-образной фигуры; по второму варианту приблизительно в виде VIΛ-образной фигуры) с образованием модуля (при этом предварительно рассчитывают, на какой глубине в скважине этот модуль должен располагаться; например, при наличии вечной мерзлоты, модуль целесообразно размещать в скважине на глубине 200-300 м) и располагают эти участки и отрезок на поверхности НКТ 10 преимущественно, по окружности и крепят их к НКТ посредством стальных поясов или протекторов. Причем нижний и верхний конец модуля также крепят к НКТ с помощью металлических поясов. После достижения расчетной глубины, свободный конец участка 3 нагревательного кабеля подсоединяют непосредственно или через кабель токоподвода, например, марки КПпБП 120 3×16 (токопроводящие жилы выполнены медными), к источнику питания. Можно подключение к источнику питания 5 проводить и через станцию управления, например, марки Термит и трансформатор, например, ТМПН-160/1. Далее на нагреватель подают переменный ток напряжением 380-1000 В и запускают скважину в эксплуатацию. При этих условиях происходит нагрев скважинной жидкости. Причем степень нагрева в зоне модуля будет минимум на 30% выше, чем степень нагрева по колонне НКТ. Благодаря этому обеспечивается повышенная теплоотдача от линейного нагревателя.
Кроме того, в случае необходимости по показаниям скважинных условий, можно на предлагаемом нагревателе смонтировать несколько модулей на различных глубинах. Это требуется, например, при добыче высоковязкой жидкости в зоне залегания многолетних мерзлых пород (ММП). Таким образом, предлагаемый линейный нагреватель характеризуется следующими преимуществами перед известным устройством по прототипу:
- имеет повышенную степень теплоотдачи на определенных участках колонны НКТ без изменения мощности;
- нагрев участка НКТ происходит намного быстрее;
- не требует излишних затрат на электроэнергию при решении задач снижения вязкости и компенсации теплопотерь, например, в зоне залегания ММП.