СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к скважинным нагревателям, предназначенным, например, для теплового воздействия на призабойную зону и нефтяной пласт, и может быть использована при добыче высоковязкой парафинистой нефти и природных битумов, а также для очистки прискважинного пространства от асфальтосмолистых и парафиновых отложений. Скважинный электрохимический нагреватель может быть применен для снижения вязкости и давления в промысловых трубопроводах при транспортировании вязких жидкостей.
Предпосылки для создания полезной модели.
Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.
Значительная часть месторождений характеризуется высокой выработкой запасов нефти и, следовательно, отборы углеводородного сырья по ним снижаются. Для поддержания высокого уровня добычи на современном этапе рациональным является ввод в эксплуатацию месторождений нефти с трудноизвлекаемыми запасами. Ранее разработка данных залежей была малоэффективна по причине отсутствия технологий, обеспечивающих максимально возможное и экономически целесообразное извлечение углеводородов из недр. Из всех современных технологий, направленных на повышение нефтеотдачи пластов, и в частности добычу высоковязких нефтей, термические методы не имеют альтернативы.
Известен скважинный электродный нагреватель, содержащий электрод, выполненный в виде корпуса, частично заполненного электролитом, установленный в корпусе второй электрод, верхняя часть которого выполнена в виде пружины, и поршень, установленный над электролитом с возможностью осевого перемещения, разделяющий корпус на две герметичные камеры (Патент РФ №2023144, Кл. E21B 43/24).
Недостатком указанного нагревателя является невозможность обеспечить подвижное и одновременно герметичное соединение поршня с рабочей частью корпуса в условиях эксплуатации, характеризующихся высоким давлением и температурой пара, что снижает надежность работы.
Следующим недостатком является нерациональное использование рабочей камеры нагревателя. Корпус разделен на две герметичные камеры, одна из которых занята пружиной, и только объем второй камеры используется для рабочего процесса, что значительно снижает мощность нагревателя в момент закипания электролита в результате малого количества раствора электролита.
Существует применяемый для разрушения гидратных пробок, парафинов и застывшей нефти скважинный электродный нагреватель, содержащий корпус, выполняющий роль электрода, электрод, размещенный внутри корпуса, разделитель, установленный над электролитом с возможностью осевого перемещения и образующий герметичную камеру, частично заполненную электролитом (Авт. Св. СССР №1613588, Кл. E21B 43/24).
Недостатками указанного нагревателя являются низкая скорость разрушения гидратных пробок, парафинов и застывшей нефти в верхних слоях скважин и ненадежность работы. Причиной этого является не герметичность корпуса, вследствие чего в герметичной камере повышается давление и температура кипения электролита при увеличении глубины погружения нагревателя в скважину. Данный напряженный тепловой режим требуется для работы нагревателя в верхних слоях скважин, а не в нижних. Кроме того, в полость корпуса попадает нефть, содержащая различные отложения, которые затрудняют перемещение разделителя поршня и снижают надежность работы нагревателя.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является принятый нами в качестве прототипа скважинный электродный нагреватель, содержащий электрод, выполненный в виде трубчатого корпуса, частично заполненного электролитом, установленный соосно в корпусе второй электрод, нижний конец которого размещен в электролите и снабжен насадкой, при этом корпус выполнен в виде единой герметичной камеры, а второй электрод представляет собой металлический стержень, насадка которого выполнена из диэлектрического материала и вставлена в центрирующий паз корпуса, причем необходимое рабочее давление в камере определяется расчетным соотношением высоты насадки, объема электролита, максимального объема камеры и прочностных характеристик корпуса (Патент РФ №2119577, Кл. E21B 36/04, E21B 43/24).
Однако использование этого нагревателя связано со значительными затратами электроэнергии, в связи с тем, что данная конструкция обладает повышенной мощностью, а наличие металлических деталей способствует выходу из строя устройства из-за развития коррозионных процессов.
Полезная модель решает задачу повышения эффективности скважинного электрохимического нагревателя для тепловой обработки скважин с высоковязкой парафинистой нефтью и битумами, снижения вязкости продукции скважин, а также расплавления или предупреждения асфальтосмолопарафиновых отложений.
Поставленная задача решается предлагаемым скважинным электрохимическим нагревателем.
Скважинный электрохимический нагреватель спускается в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ) ниже уровня насоса и фильтра и крепится к НКТ с помощью присоединительной резьбы. Нагреватель устанавливается напротив зоны перфораций, и содержит полый цилиндрический корпус (далее корпус), частично заполненный рабочим электролитом и выполняющий роль электрода, и установленный в корпусе центральный фазовый электрод, нижний конец которого размещен в рабочем электролите и снабжен диэлектрической насадкой, вставленной в центрирующий паз корпуса.
Новым является то, что нагреватель снабжен датчиком температуры, расположенным на некотором расстоянии, например 20 см выше корпуса и функционально связанный с контроллером станции управления, с возможностью автоматической регулировки температуры по мощности.
Новым является и то, что корпус разделен на зоны фторопластовыми конусообразными изоляторами с металлическими контактами.
Новым является также и то, что корпус, центральный фазовый электрод и металлические контакты выполнены из нержавеющей стали, при этом возможность передачи мощности нагревателя определяется соотношением плотности и объема рабочего электролита.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых:
- на фиг.1 показана схема расположения электрохимического нагревателя в скважине;
- на фиг.2 показана конструкция скважинного электрохимического нагревателя;
- на фиг.3 показана конструкция фторопластового конусообразного изолятора.
Скважинный электрохимический нагреватель (фиг.1) опускается в скважину ниже уровня насоса 8 на НКТ 1, с которыми он соединен посредством присоединительной резьбы (на чертежах не указана). В интервал перфорации 2 нефтяного пласта 3 выше скважинного электрохимического нагревателя 4 через одну трубу устанавливается фильтр (на фиг. не обозначен) и затем собирается вся компоновка. Токоподводящий кабель КРБК 5 крепится к НКТ 1 клипсами крепления кабеля 6 (по типу спуска электроцентробежного насоса - ЭЦН). На выходе кабель 5 герметизируется сальниковым устройством (на фиг. не показано). На устье скважины устанавливается станция управления 7.
Скважинный электрохимический нагреватель 4 (фиг.2) содержит токоподводящий кабель 5 (фиг.1), корпус 9, который выполняет также роль нулевого электрода, и служит рабочей камерой для электролита 13, и центральный фазовый электрод 10, выполненный в виде металлического стержня, установленного в корпусе 9. Конец центрального фазового электрода 10 изготовлен из диэлектрического материала в виде насадки 11 и вставлен в центрирующий паз 12 корпуса 9. Корпус 9 частично заполнен рабочим электролитом 13. Корпус 9 разделен на зоны фторопластовыми конусообразными изоляторами 14 с металлическими контактами 15.
Выше скважинного электрохимического нагревателя размещен датчик температуры 16, функционально связанный с контроллером (на фиг. не обозначен) станции управления 7. Датчик температуры 16 расположен выше нагревателя с целью контроля температуры добываемой жидкости и управления мощностью нагревателя. Скважинный электрохимический нагреватель снабжен фиксирующим узлом 17.
Скважинный электрохимический нагреватель работает следующим образом.
При подаче напряжения на электроды 9 и 10 рабочий электролит 13 нагревается и закипает. Температура кипения рабочего электролита 13 зависит от давления паров раствора в корпусе нагревателя 9, давление в котором повышается за счет герметичности корпуса 9. С ростом температуры рабочий электролит 13 закипает и переходит в газообразное состояние. Уровень рабочего электролита 13 понижается, давление в корпусе 9 увеличивается, а площадь соприкосновения центрального фазового электрода 10 с рабочим электролитом 13 уменьшается. В момент, когда уровень рабочего электролита 13 понижается до верхней кромки диэлектрической насадки 11, электрическая цепь прерывается, нагрев рабочего электролита 13 прекращается и давление пара падает. Пар частично конденсируется, в результате чего уровень рабочего электролита 13 повышается и вновь достигает рабочей части центрального фазового электрода 10. Электрическая цепь замыкается, возобновляется нагрев рабочего электролита 13. Фторопластовые конусообразные изоляторы 14 служат для ускорения реакции при конденсации рабочего электролита 13, сокращая путь его движения к центральному фазовому электроду 10 и повышая эффективность срабатывания скважинного электрохимического нагревателя. Цикл повторяется. Давление паров и температура скважинного электрохимического нагревателя стабилизируются на рабочей величине.
Технико-экономическим преимуществом предлагаемого скважинного электрохимического нагревателя является упрощение конструкции путем сокращения количества деталей, а также увеличение срока эксплуатации за счет повышения коррозионной стойкости узлов и деталей.
Испытания заявленного устройства показали его эффективность и работоспособность при добыче не только высоковязких, парафинистых нефтей, но и при транспортировании продукции скважин по трубопроводам.
Предлагаемое устройство долговечно, надежно и безопасно в эксплуатации; оно эффективно для тепловой обработки интервалов пластов, а также для расплавления или предупреждения парафиногидратных пробок, асфальтосмолистых, асфальтосмолопарафиновых отложений в насосно-компрессорных трубах и на глубинно-насосных штангах.
Скважинный электрохимический нагреватель применим 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 транспортируемой продукции скважин.