СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
METHOD OF ELECTRIC HEATING DEVICE OPERATION

Изобретение относится к способу эксплуатации электронагревательного устройства большой длины с использованием нагревательного кабеля, по меньшей мере, с одним нагревательным проводником, окруженным стойкой при высоких температурах изоляцией.
Такие нагревательные кабели известны и имеются на рынке. Их нагревательные проводники окружены, например, минеральными или керамическими материалами, стойкими при высоких температурах. Такие нагревательные кабели используются, в принципе там, где должен осуществляться нагрев до высоких температур, например до 500°С.
Особой областью применения нагревательных кабелей при очень высоких температурах является разведка запасов нефти, где она связана, например, пористой породой, песком или сланцевой породой. Такие запасы нефти залегают под землей на глубине около 300 м. Они простираются на этой глубине на большой площади. Поэтому для добычи природного газа вертикальные скважины не только бурятся, но и направляются дальше в земле на большие расстояния, например 600 м. Чтобы с помощью традиционной техники можно было как можно полнее откачивать нефть из этих запасов, ее за счет нагрева окружающего грунта или породы необходимо привести в достаточно жидкотекучее состояние.
В основе изобретения лежит задача создания способа эксплуатации электронагревательного устройства, посредством которого с высоким кпд можно было бы нагревать даже лежащие более глубоко участки поверхности земли.
Эта задача решается посредством указанного выше способа за счет того, что
- нагревательный кабель окружают прилегающей к изоляции металлической трубой;
- окруженный металлической трубой нагревательный кабель помещают в металлическую трубу большего по сравнению с первой металлической трубой диаметра, которая помимо нагревательного кабеля охватывает проходящее в осевом направлении свободное пространство;
- при эксплуатации в свободное пространство подают полностью заполняющий его негорючий газ меньшей по сравнению с воздухом кинематической вязкости, который постоянно держат под давлением.
При этом под «воздухом» следует понимать имеющуюся на поверхности земли газовую смесь, состоящую из 77% азота, около 21% кислорода и примерно 2% остальных компонентов.
Внешняя металлическая труба служит защитой для нагревательного кабеля от добываемой нефти и других агрессивных сред, которые могли бы вызвать коррозию металлической трубы нагревательного кабеля. Созданное нагревательным кабелем тепло (жар) до 1000°С должно как можно полнее передаваться на внешнюю металлическую трубу с тем, чтобы достичь нужного нагрева добываемой нефти.
Посредством этого способа созданное нагревательным кабелем тепло передается с высоким кпд за счет оптимальной теплопередачи на внешнюю металлическую трубу, которая в положении монтажа находится в непосредственном контакте с нагреваемым грунтом или породой. Это существенное преимущество достигается за счет находящегося в свободном пространстве газа низкой кинематической вязкости, который существенно повышает теплопередачу в результате конвекции между металлической трубой нагревательного кабеля и внешней металлической трубой. Благодаря этому металлическая труба и, тем самым, ее окружение нагреваются соответственно сильнее. Находящаяся в зоне металлической трубы нефть нагревается за счет этого так, что она становится жидкотекучей и может легче откачиваться.
Излучение как дополнительная доля теплопередачи между металлической трубой нагревательного кабеля и внешней металлической трубой можно повысить за счет придания шероховатости внешней поверхности металлической трубы, подвергнув ее, например, пескоструйной обработке. Эта мера приводит к дальнейшему улучшению теплопередачи созданного нагревательным кабелем тепла на внешнюю металлическую трубу.
Предпочтительно в качестве газа используется инертный газ, такой как аргон. Это дает то дополнительное преимущество, что коррозия в окруженном металлической трубой пространстве возникнуть не может, так что выбор материала для металлической трубы нагревательного кабеля является некритическим.
Способ поясняется на примере его осуществления с помощью чертежей, на которых изображают:
- фиг.1: в схематичном виде используемое в способе, согласно изобретению, нагревательное устройство с частично удаленными слоями;
- фиг.2: в увеличенном виде разрез по линии II-II из фиг.2;
- фиг.3: в схематичном виде проложенное в земле нагревательное устройство.
На фиг.1 и 2 изображено нагревательное устройство с нагревательным кабелем 1, содержащим изолированный нагревательный проводник 2, окруженный высокотемпературостойкой изоляцией 3. В качестве материалов для изоляции 3 пригодны минеральные и керамические материалы. Нагревательный кабель 1 может содержать также более одного изолированного нагревательного проводника. Он может состоять предпочтительно из трех скрученных между собой, изолированных минеральным материалом нагревательных проводников.
Поверх изоляции 3 нагревательного проводника 2 расположена прилегающая к ней металлическая труба 4. Она состоит предпочтительно из хорошо проводящего тепло материала. Для повышения поперечной стабильности и изгибаемости металлической трубы 4 она может быть гофрирована поперек своего продольного направления.
Нагревательный кабель 1 расположен во внешней металлической трубе 5, которая имеет диаметр, больший по сравнению с диаметром металлической трубы 4, и, кроме нагревательного кабеля 1, окружает свободное пространство 6. Площади внешней поверхности металлической трубы 4 и внутренней поверхности внешней металлической трубы 5 должны соотноситься предпочтительно как 1:4. Свободное пространство 6 достаточно велико для того, чтобы можно было ввести в него достаточное количество газа под давлением и удерживать там. Давление, под которым газ подается в свободное пространство 6, должно составлять, по меньшей мере, 1 бар. Внешняя металлическая труба 5 герметично закрыта на своем конце 7. Она имеет толщину стенки преимущественно 2-4 мм и состоит предпочтительно из высококачественной стали, чтобы можно было на длительный срок исключить коррозию.
К нагревательному устройству относится также металлическая трубка 8, по которой газ нагнетается в свободное пространство 6. Трубка 8 закреплена на металлической трубе 4. Она может быть прямой или может быть спиралеобразно навита на металлическую трубу 4. Для повышения поперечной стабильности и изгибаемости трубки 8 она предпочтительно гофрирована поперек своего продольного направления.
Для нагрева находящегося глубоко в земле участка внешнюю металлическую трубу 5 сначала устанавливают в скважине, из которой нефть должна откачиваться из находящегося в земле запаса. Скважина содержит вертикальное отверстие с приблизительно горизонтальным расширением большой длины. Металлическая труба устанавливается так, как это показано на фиг.3. Затем нагревательный кабель 1 с закрепленной на нем трубкой 8 вводят во внешнюю металлическую трубу 5 до тех пор, пока ее конец не окажется приблизительно на высоте закрытого конца 7. После этого металлическую трубу 5 герметично закрывают также на своем ближнем конце 9. Затем нагревательный кабель 1 подключают к источнику 10 напряжения, так что он после включения создает тепло, составляющее предпочтительно до 1000°С. Одновременно трубку 8 присоединяют к снабженному насосом 11 резервуару с негорючим газом. Газ нагнетают насосом 11 в трубку 8. Он выходит на ее дальнем конце 12 и попадает за счет этого в свободное пространство 6, которое он постепенно заполняет от дальнего конца. Находившийся прежде в свободном пространстве 6 воздух вытесняется из него газом. Для этого в лежащем вверху затворе металлической трубы 5 предпочтительно установлен запираемый клапан.
Давление, под которым газ подается в трубку 8 и, тем самым, в свободное пространство 6, должно составлять, как уже сказано, по меньшей мере, 1 бар. Это давление контролируется при осуществлении способа, например, манометром 13. Оно поддерживается постоянным предпочтительно за счет соответствующего регулятора.
-6
2
-6
2
Нагнетаемый в свободное пространство 6 газ имеет меньшую кинематическую вязкость, чем воздух, которая составляет 96,7 × 10 м/с при 500°С. Используемый газ должен иметь предпочтительно кинематическую вязкость самое большее 90 × 10 м/с при 500°С.
-6
2
Более предпочтительно в качестве газа используют инертный газ, например предпочтительно аргон, с кинематической вязкостью 72,62 × 10 м/с. За счет аргона в качестве находящегося в свободном пространстве 6 газа примерно на 15% повышается теплопередача в результате конвекции между металлической трубой 4 и внешней металлической трубой 5. Благородный газ в свободном пространстве 6 препятствует, кроме того, любой коррозии металлической трубы 4 и внутренней поверхности металлической трубы 5. Для металлической трубы 4 может применяться поэтому любой металл, например сталь.
Теплопередача между металлической трубой 4 и внешней металлической трубой 5 в результате излучения может быть дополнительно улучшена за счет придания шероховатости внешней поверхности металлической трубы 4. Это может быть достигнуто предпочтительно за счет пескоструйной обработки. Благодаря этой мере теплопередача от металлической трубы 4 к внешней металлической трубе 5 в результате излучения может быть повышена примерно на 25%, что приводит к дополнительному повышению кпд этого способа.