НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Область применения
Полезная модель относится к нагревательным устройствам переменной мощности на основе резистивных жил с 3-фазной системой питания. Техническое решение может быть использовано в области нефтяной промышленности, в качестве оборудования скважин для путевого электрообогрева высоковязкой нефтегазовой смеси скважин, снабженных штанговыми насосными установками.
Уровень техники
Практика эксплуатации нефтяных скважин показала, что основной причиной асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) в нефтяных и газовых скважинах является путевое охлаждение добываемой жидкости. Из всех видов борьбы с указанными осложнениями наиболее универсальным и эффективным средством на сегодня является компенсация тепловых потерь в скважине путем электрообогрева нагревательными устройствами.
Известен геофизический кабель с сердечником из семи многопроволочных токопроводящих жил, с наложенной на каждую жилу изоляционной обмоткой из полиэтилен-тетрафталатной ленты в качестве подушки под общий каркас - броню из стальных круглых проволок (см. Малышев А.Г. и др. «Применение греющих кабелей для предупреждения парафино-гидратообразования в нефтяных скважинах». Нефтяное хозяйство, 1990, №6, с. 58-60).
Известно нагревательное устройство, содержащее связанные между собой низкотемпературные и нагревательные отводы кабеля, которые состоят из изолированных токопроводящих жил из материала с разным удельным сопротивлением, на которые уложена подушка под броню и броня, жилы свободного конца кабельной линии соединены между собой для образования замкнутой электрической цепи и изолированы, нагревательный отвод кабельной линии выполнен из трех последовательных участков кабеля, каждый из которых включает три токопроводящие жилы разных фаз, одна из которых, нагревательная, выполнена с большим сопротивлением, чем две смежные низкотемпературные жилы (см. RU 61935 U1, 16.11.2006).
Известно нагревательное устройство 3-фазной системы питания, содержащее три токопроводящие жилы, изолированные друг от друга, каждая из которых имеет переменное поперечное сечение (см. RU 2587459 С2, 20.06.2016). Принят за прототип.
Общим недостатком известных решений является низкая эффективность нагревательного устройства.
При движении флюида по насосно-компрессорной трубе (НКТ) в направлении к устью скважины происходит теплообмен с окружающим грунтом, вследствие чего температура флюида снижается. По мере приближения флюида к устью скважины за счет изменения термобарических и других условий интенсивность образования АСПО увеличивается.
Таким образом, в наиболее интенсивном обогреве высокой мощности нуждается часть НКТ на сравнительно небольшой глубине, в то время, как на большей глубине требуется уже менее интенсивный нагрев более низкой мощности.
Большинство нагревательных устройств имеют постоянную мощность по всей длине, которая выбирается исходя из максимально требуемой.
Раскрытие сущности
Задачей заявленного технического решения является повышение эффективности обогрева НКТ.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного технического решения, заключается в повышении эффективности нагревательного устройства.
Заявленный технический результат достигается за счет использования следующей совокупности существенных признаков: нагревательное устройство 3-фазной системы питания, содержащее три токопроводящие жилы с переменным поперечным сечением, изолированные друг от друга, соединенные на дистальном конце устройства в звезду, согласно заявленному решению дополнительно содержит внешнюю формообразующую броню. В частных варианта выполнения нагревательного устройства, броня может быть выполнена из стальной оцинкованной ленты. Устройство может иметь плоскую или выпукло-вогнутую форму в поперечном сечении. В качестве изоляции жил может быть использован этилен-пропилен-диен-метиленовый каучук или маслостойкая этилен-пропиленовая резина, или блоксополимер пропилена этилена. В качестве токопроводящей жилы может использоваться медная однопроволочная или луженая однопроволочная жила. Между броней и токопроводящими жилами может содержаться обмотка из нетканого материала. Центры сечения токопроводящих жил могут быть расположены на одной дуге с постоянным радиусом кривизны или на одной прямой.
Графические материалы, поясняющие сущность
Представлены графические материалы, поясняющие сущность заявленного технического решения, где на:
Фиг. 1 - общий вид устройства в варианте с броней и обмоткой;
Фиг. 2 - поперечный разрез устройства в варианте с броней и обмоткой;
Фиг. 3-продольный разрез устройства в варианте с броней и обмоткой.
Обозначения на всех чертежах идентичные.
Осуществление технического решения
Нагревательное устройство 3-фазной системы питания содержит три токопроводящие жилы 1, каждая из которых содержит изоляцию 2. В качестве изоляции 2 жил может использоваться этилен-пропилен-диен-метиленовый каучук или маслостойкая этилен-пропиленовая резина, или блоксополимер пропилена этилена. Жилы 1 изолированы друг от друга. В качестве токопроводящих жил 1 может использоваться медная однопроволочная или медная луженая однопроволочная жила. Токопроводящие жилы 1 соединены на дистальном конце нагревательного устройства в звезду.
Каждая жила 1 имеет переменное поперечное сечение, образованное путем сваривания (на Фиг. 2, поз.6 - место сваривания) отдельных жил разного сечения или путем волочения жилы.
При сваривания отдельных жил разного сечения или путем волочения жилы, можно получить жилу разного сечения, а, следовательно, разную мощность устройства.
Каждая токопроводящая жила 1 вместе с изоляцией 2 может быть заключена в свинцовую оболочку 3 или в сварную герметичную оболочку из нержавеющей стали для обеспечения повышенной механической прочности нагревательного устройства.
Устройство может содержать техническую обмотку 4. Обмотка может быть выполнена, например, из нетканого полотна, в один слой, и служит подложкой под следующий защитный слой - броню 5.
Броня 5, выполненная, например, из стальной оцинкованной ленты, по меньшей мере, в один повив, может являться формообразующей для нагревательного устройства, благодаря чему устройство может иметь выпукло-вогнутые поверхности, когда центры сечения токопроводящих жил располагаются на одной дуге с постоянным радиусом кривизны, или плоские поверхности, когда центры сечений токопроводящих жил располагаются на одной прямой, параллельной плоским поверхностям.
Выполнение брони 5, задающей необходимую форму нагревательному устройству, дает возможность сформировать нагревательное устройство с единой геометрией формообразующей брони, что увеличивает прочность и несущую способность устройства.
Выполнение устройства с плоской или выпукло-вогнутой формой в поперечном сечении, дает возможность более плотного прилегания устройства к поверхности НКТ, что обеспечивает необходимое прогревание добываемой жидкости и исключает образование пробок из АСПО в нефтяных и газовых скважинах.
В процессе подготовительной операции на НКТ производят замеры границ парафинообразования в скважине, и следовательно, задают длину нагревательного устройства, температуру в зоне расположения нижнего конца (дистального) нагревательного устройства, дебит скважины и температурные параметры до введения в скважину нагревательного устройства. Определяются длины участков НКТ с необходимой мощностью нагрева. Мощность нагрева устройства выбирают таким образом, чтобы обеспечивался нагрев всей добываемой нефти и попутной воды и газов до температуры, исключающей АСПО, при этом устройство нагревают до такой степени, чтобы не допустить расплавления изоляционного материала с учетом скважинной температуры.
Таким образом, при использовании заявленного нагревательного устройства практически полностью исключается отложение АСПО на стенках НКТ.
Мощность нагревательного устройства выбирают в зависимости от параметров скважины, например, в скважине при глубине отложения парафина 1560 м длина нагревательной кабельной линии составляет 1600 м, потребляемая мощность 87 кВт, питающее напряжение 500 В, потребляемый ток 174 А.
При эксплуатации нагревательного устройства в НКТ, ориентируют его так, чтобы центры сечений токопроводящих жил прилегали к НКТ плоской или вогнутой поверхностью. Устройство подключают к 3-фазному источнику питания, а свободные нижние (дистальные) концы устройства соединяют между собой по схеме «звезда», при этом устройство крепят хомутами к наружной поверхности НКТ.
2
ф
Испытания кабельной линии, составленной из трех жил с поперечным сечением жилы S=6 мм при фазном токе 1=174 А, показали, что температура жидкости на устье скважины повысилась на 8-10° и отложение парафина в скважине прекратилось.
Испытания показали высокую эффективность нагревательного устройства, длительность эксплуатации составляет более 1 года.
Переменная мощность нагревательного устройства по длине, а в случае использования в НКТ, по глубине, позволяет получить большую мощность устройства на тех участках, где это необходимо, и меньшую мощность на участках, где требуется менее интенсивный обогрев.