ПОТОКОВЫЙ СКВАЖИННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ
FLOW WELL HEATER

Изобретение относится к области добычи нефти и газа, в частности, к электронагревателям, применяемым для тепловой обработки насосно-компрессорных труб (НКТ) с целью ликвидации парафиновых и гидратных отложений в эксплуатационных скважинах и, в частности, для восстановления неработающих заблокированных скважин.
Из существующего уровня техники известен скважинный подогреватель, содержащий цилиндрический трубчатый корпус, внутри которого коаксиально размещен участок трубы подвески насосно-компрессорной трубы, на внешней поверхности которой вдоль трубы размещены отстоящие друг от друга индукционные цилиндрические катушки, подключенные с помощью соединительного электрического кабеля к источнику переменного тока, находящемуся на поверхности (патент РФ №2317401 С1, дата приоритета 03.05.2006, дата публикации 20.02.2008, авторы Руриков В.И. и др., RU).
Основными недостатками известного аналога являются низкая тепловая мощность и недостаточная надежность, обусловленные тем, что металлический корпус является поглотителем электромагнитной энергии, и поэтому сам является источником тепла, часть которого отдается обратно индукционным катушкам, которые могут выйти из строя от перегрева, кроме того, питающий кабель имеет высокие массово-габаритные характеристики и обладает высокой подверженностью к повреждениям, к тому же, сложность герметизации скважины может привести к возможной разгерметизации фонтанной арматуры в местах ввода кабеля.
Известно также устройство для предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых и гидратных отложений в нефтяных скважинах, содержащее теплогенератор, соединенный с помощью всасывающего и напорного трубопровода циркуляционного насоса со скважинным подогревателем, который является составной частью насосно-компрессорной трубы, при этом подогреватель представляет собой корпус с коаксиально установленными стенками, образующими полости для греющего теплоносителя, сообщающиеся с системой его подвода (патент РФ №2594910 С1, дата приоритета 28.08.2015, дата публикации 28.08.2016, автор Климов В.Ю., RU).
Недостатками известного устройства являются значительные энергетические затраты, обусловленные необходимостью нагрева и осуществления циркуляции теплоносителя, а также значительные поперечные габариты.
В качестве прототипа принят скважинный электронагреватель, встраиваемый в колонну насосно-компрессорных труб, включающий насосно-компрессорную трубу, концевые участки которой выполнены с возможностью встраивания ее в колонну НКТ, кожух, концентрично установленный относительно насосно-компрессорной трубы, и нагревательные элементы, установленные между указанной трубой и кожухом, подключенные к токоподводящему кабелю (патент РФ №2603311 С2, дата приоритета 17.04.2015, дата публикации 27.11.2016, автор Скворцов Д.Е., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются высокие энергетические затраты и низкая надежность работы, обусловленные наличием большого количества нагревательных элементов в виде электродов, требующих энергообеспечения для поддержания процесса тепловой обработки пластового флюида, а также необходимостью использования громоздких и тяжелых токопроводящих кабелей, имеющих риск обрыва и/или разгерметизации фонтанной арматуры.
Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является снижение энергетических затрат, повышение надежности и эффективности ликвидации парафиновых и гидратных отложений в насосно-компрессорных трубах эксплуатационных скважин путем создания потокового скважинного нагревателя, независимого от внешнего источника электроэнергии и обеспечивающего автономный нагрев как внутри, так и в затрубном пространстве насосно-компрессорной трубы для эффективной ликвидации пробок из парафино-гидратных отложений, в том числе, в неработающих заблокированных скважинах.
Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен потоковый скважинный нагреватель, характеризующийся работой в автономном режиме без подвода внешнего источника электроэнергии, содержащий приводной гидравлический двигатель, мультипликатор, синхронный генератор электрического тока и нагревательный элемент, представляющие собой отдельные модули, соединенные последовательно с помощью муфтовых соединений в насосно-компрессорной трубе внутри скважины, при этом в качестве приводного гидравлического двигателя использован винтовой забойный двигатель типовой конструкции, преобразующий энергию потока жидкости в механическую энергию вращения при прохождении в его внутренних полостях промывочной жидкости, причем в корпусе винтового забойного двигателя дополнительно выполнены промывочные окна, предназначенные для непрерывной циркуляции через них и упомянутые внутренние полости промывочной жидкости и удаления вместе с ней расплавленных парафиновых и гидратных отложений.
Согласно изобретению, в качестве мультипликатора применено механическое устройство эксцентрикового типа с роликовым зацеплением, предназначенное для повышения скорости вращения.
Согласно изобретению, в качестве синхронного генератора применен трехфазный синхронный генератор переменного тока с постоянными магнитами, предназначенный для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию.
Согласно изобретению, в качестве нагревательного элемента применен резистивный электронагреватель.
На чертеже схематично представлен потоковый скважинный нагреватель, продольный разрез.
Заявляемый потоковый скважинный нагреватель, характеризующийся работой в автономном режиме без подвода внешнего источника электроэнергии, включает четыре модуля: приводной гидравлический двигатель 1, мультипликатор 2, синхронный генератор 3 и резистивный электронагреватель 4, соединенные последовательно в насосно-компрессорной трубе 5 внутри скважины с помощью муфтовых соединений (условно не показано). В качестве приводного гидравлического двигателя 1 использован винтовой забойный двигатель типовой конструкции, преобразующий энергию потока жидкости в механическую энергию вращения при прохождении в его внутренних полостях промывочной жидкости, например, (http://www.burtehresurs.ru/catalog-filter/vintovye-zaboynye-dvigateli, дата просмотра 19.11.2018). При этом в корпусе винтового забойного двигателя дополнительно выполнены промывочные окна 6, предназначенные для непрерывной циркуляции через них и внутренние полости винтового забойного двигателя промывочной жидкости и удаления вместе с ней парафиновых и гидратных отложений.
С винтовым забойным двигателем 1 соединен мультипликатор 2, предназначенный для повышения скорости вращения до величины, необходимой для устойчивой работы соединенного с мультипликатором синхронного генератора 3. Мультипликатор 2 представляет собой механическое устройство эксцентрикового типа с роликовым зацеплением (условно не показано).
В качестве синхронного генератора 3 применен трехфазный синхронный генератор переменного тока с постоянными магнитами, например, (https://w-elma.com/catalog/vsem/bystrokhodnye-elektrogeneratory-velma-na-postoyannykh-magnitakh/, дата просмотра 19.11.2018), предназначенный для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию.
С трехфазным синхронным генератором переменного тока соединен резистивный электронагреватель 4, например, (https://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=35819, дата просмотра 19.11.2018), предназначенный для эффективного нагрева внутреннего 7 и затрубного 8 пространства насосно-компрессорной трубы 5 с обеспечением высокой теплоотдачи.
Потоковый скважинный нагреватель работает следующим образом. При непрерывной циркуляции промывочной жидкости через внутренние полости и промывочные окна 6 винтового забойного двигателя 1 его выходной вал приводится в устойчивое вращательное движение. Вращение выходного вала винтового забойного двигателя 1 передается трехфазному синхронному генератору переменного тока 3 через мультипликатор 2, повышающий скорость вращения до величины, необходимой для устойчивой работы синхронного генератора 3. Далее синхронный генератор 3 преобразует механическую энергию вращения в электрическую энергию, которая затем преобразуется в тепловую энергию в резистивном электронагревателе 4. Тепловая энергия от резистивного нагревателя 4 передается частично стенке участка насосно-компрессорной трубы 5 вокруг резистивного электронагревателя 4 и частично поверхности парафино-газогидратных отложений, расположенных ниже. В результате обеспечивается расплавление и ликвидация пробок из парафино-гидратных отложений как в трубном пространстве 7, так и в затрубном пространстве 8 насосно-компрессорной трубы 5. Высвобождаемый газ и жидкие продукты расплавления парафинов и газогидратов уносятся вверх по насосно-компрессорной трубе вместе с промывочной жидкостью под действием внутреннего давления.
Преимущество заявленного потокового скважинного нагревателя заключается в том, что благодаря использованию в конструкции синхронного генератора и приводного гидравлического двигателя обеспечивается автономность работы системы, а также повышается надежность и эффективность, за счет упрощения конструкции, отсутствия громоздких проводов и дополнительных источников питания.
Таким образом, технический результат, достигаемый изобретением, заключается в снижении энергозатрат, в повышении надежности и эффективности работы за счет упрощения конструкции, повышения производительности, увеличения теплоотдачи, а также обеспечения автономности работы потокового скважинного нагревателя за счет использования в конструкции синхронного генератора с постоянными магнитами, приводимого в движение при помощи приводного гидравлического двигателя и мультипликатора.
Использование предлагаемого изобретения позволит ликвидировать парафиновые и гидратные отложения в эксплуатационных скважинах за счет нагревания отложений как внутри, так и в затрубном пространстве насосно-компрессорной трубы, при этом восстановить неработающие заблокированные скважины.