УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR BRINGING THERMAL EFFECTS TO OIL BED (VERSIONS)

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для добычи высоковязкой нефти посредством теплового воздействия на нефтяные пласты при подаче в них рабочего вещества.
Известен паросиловой способ добычи тяжелой нефти из скважин напорным и заборным трубопроводами, в котором на входе в напорный трубопровод к нефтеносному слою подают под давлением рабочее вещество - водяной пар и извлекают из заборного трубопровода нефть (патент РФ №2117756, 1998 г.).
Недостатком способа является снижение темпа нагнетания пара при его закачке в нагнетательные скважины, заметная продолжительность периода закачки пара, в течение которого отбор нефти из пласта не ведут. Снижение темпа нагнетания пара приводит к снижению темпа прогрева нефтяных пластов и, соответственно, к увеличению сроков его разработки. Генерация пара на поверхности земли приводит к значительной конденсации его по длине напорного трубопровода, по крайней мере, на начальном этапе его подачи, к снижению интенсивности разогрева нефтяных пластов.
Известен "Гравитационный паросиловой способ добычи нефти" с использованием напорного и заборного трубопровода, при котором по напорному трубопроводу в нефтеносный слой вводят рабочее вещество под давлением, выше давления в нефтеносном слое, и через заборный трубопровод извлекают на поверхность нефть (патент РФ №2245999, 1998 г.). Способ может быть использован для добычи высоковязкой нефти.
Важным признаком данного способа является то, что кипение рабочего вещества происходит па выходе из напорного трубопровода. Однако для этого в качестве рабочего вещества используется легкокипящая жидкость, в частности, аммиак, что приводит к экологическим проблемам и проблемам обеспечения техники безопасности, а также к существенному усложнению технологического процесса. Этих недостатков можно избежать, если в качестве напорной жидкости использовать горячую воду.
Известен способ нагрева нагнетательной жидкости в стволе скважины для вытеснения нефти из пласта (патент РФ №2450121, 2010 г.). Согласно этому способу в скважине расположен напорный трубопровод. На внешней поверхности этого трубопровода герметично расположены кольцевые электрические нагреватели. Вода из трубопровода затекает в нагреватель, нагревается и вытекает обратно в трубопровод. Таким образом осуществляется последовательный нагрев воды до заданной температуры на выходе из напорного трубопровода в призабойпой зоне. Затем горячая вода поступает в нефтяной пласт через перфорационные отверстия, где нагревает нефть, снижая ее вязкость.
Недостатки устройства следующие:
- относительно невысокая конечная температура нагретой воды (согласно описанию вода нагревается на 75 град);
- неэффективность нагрева воды кольцевым нагревателем вследствие малой поверхности взаимодействия с водой;
- использование только одной фазы трехфазной сети вызывает нежелательный перекос фаз;
- технические трудности при увеличении количества кольцевых нагревателей и их суммарной мощности.
Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции и оборудования напорной скважины, повышение надежности и уменьшение затрат на ее обустройство.
Эта цель достигается применением нового технического решения, согласно которому каждая труба напорного тракта выполняет одновременно три функции - напорного трубопровода, нагревателя воды и токоподвода к нагревателю.
Технический результат заключается в том, что напорная труба является одновременно токоподводом к электронагревателю, что увеличивает КПД нагрева, так как выделяющаяся в стенке трубы теплота отводится протекающей по трубе водой.
Устройство согласно изобретению выполнено в двух вариантах.
По первому варианту устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт состоит из трех идентичных напорных труб, проходящих в скважине по всей ее глубине, коллектора, затвора, выходного патрубка и источника переменного трехфазного тока. Каждая труба снабжена проходным электрическим изолятором и контактным узлом, расположенными вблизи устья скважины. К контактным узлам подсоединены три фазы источника электропитания. Каждая напорная труба состоит из двух частей. Одна часть, расположенная в призабойной зоне скважины (труба-нагреватель), выполнена из сплава с высоким удельным сопротивлением. Другая часть трубы (труба-токоподвод) выполнена из металла или сплава с малым удельным сопротивлением. Внешняя поверхность каждой трубы электроизолирована. Обе части трубы соединяются между собой способом, обеспечивающим хороший электрический контакт. В призабойной зоне все три трубы объединены общим коллектором с выходным патрубком, герметично проходящим через затвор в забой.
Назначение затвора заключается в том, чтобы обеспечить герметичность призабойной зоны по отношению к скважине, в противном случае будет происходить утечка воды или пара из призабойной зоны через ствол скважины и ее устье в атмосферу.
В устройстве по второму варианту вместо трех труб в скважину помещают две трубы, присоединенные к плюсовому и минусовому контактам источника постоянного тока.
При этом каждая труба выполнена таким же образом и снабжена такими же элементами, что и труба по первому варианту изобретения: каждая труба состоит из двух частей, при этом нижняя ее часть, расположенная в призабойной зоне скважины, выполнена из сплава с высоким удельным сопротивлением, а верхняя часть выполнена из металла или сплава с малым удельным сопротивлением, вблизи устья каждая труба снабжена проходным изолятором и контактным узлом, внешняя поверхность каждой трубы электроизолирована, в призабойной части скважины две трубы объединены коллектором, снабженным выходным патрубком, герметично проходящим через затвор в забой.
Верхняя часть каждой трубы может быть выполнена из меди или ее сплавов, а нижняя - из нержавеющей стали, при этом ее внешняя поверхность может быть теплоизолирована.
Устройство по первому варианту может содержать повышающий трансформатор.
В источник питания по второму варианту может входить выпрямитель.
На фиг.1 показана схема устройства по первому варианту изобретения, на фиг.2 - по второму варианту.
Устройство содержит: насос 1, проходной изолятор 2, труба-токоподвод 3, контактный узел 4, обсадная труба 5, труба-нагреватель 6, затвор 7, патрубок 8, отверстия 9 в обсадной трубе, коллектор 10, источник электропитания 11, повышающий трансформатор 12.
Устройство по первому варианту работает следующим образом. Воду насосом через проходные изоляторы подают в три напорных трубы, соединенных с источником электропитания. Использование повышающего трансформатора позволяет уменьшить величину тока в трубопроводе при той же вкладываемой мощности и тем самым уменьшить сечение трубы и ее вес. Поскольку три трубы объединены общим коллектором, электрической схемой соединения труб является "звезда" с нулевой точкой на коллекторе.
При прохождении верхней части трубы вода нагревается слабо из-за малого выделения мощности в этой части трубы вследствие ее малого сопротивления. Основной нагрев воды происходит в нижней, призабойной части трубы. Для увеличения эффективности процесса нагрева эта часть трубы может быть теплоизолирована.
Нагретая вода из трех труб поступает в коллектор и далее через патрубок выходит в забой.
Аналогичным образом работает устройство по второму варианту.
Использование источника постоянного тока во втором варианте устройства приводит к снижению затрат за счет уменьшения количества используемых труб.
Проведенные расчеты подтвердили возможность создания предлагаемых вариантов устройства.