УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ
DEVICE FOR THERMAL IMPACT ON OIL RESERVOIR

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для добычи высоковязкой нефти посредством теплового воздействия на нефтяные пласты при подаче в них рабочего вещества (теплоносителя).
Известно устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт (патент РФ №2204696, 20.05.2003), содержащее одну напорную трубу для подачи воды в пласт и забойный водонагреватель, включающий электроды, спущенные на питающем кабеле в скважину с насосно-компрессорными трубами, в качестве электродов использованы оголенные концы проводов питающего кабеля, разведенные изолирующими втулками и имеющие возможность радиального перемещения. Нагрев воды осуществляется между оголенными электродами. Известное устройство не предназначено для нагрева воды до температуры, при которой вода превращается в пар.
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 призабойной зоне. Затем горячая вода поступает в нефтяной пласт через перфорационные отверстия, где нагревает нефть, снижая ее вязкость.
К недостаткам устройства можно отнести:
- относительно невысокую конечную температуру нагретой воды (согласно описанию вода нагревается до 75 градусов);
- неэффективность нагрева воды кольцевым нагревателем вследствие малой поверхности взаимодействия с водой;
- использование только одной фазы трехфазной сети, вызывающее нежелательный перекос фаз;
- технические трудности при увеличении количества кольцевых нагревателей и их суммарной мощности.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является известное из патента РФ №2499162 С1, 20.11.2013, устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт, содержащее трехфазный источник питания, три напорные трубы для подачи теплоносителя, выполненные с возможностью размещения в скважине, и электрический нагреватель. При этом каждая труба напорного тракта является одновременно напорным трубопроводом, нагревателем воды и токоподводом к нагревателю. Недостатками наиболее близкого аналога являются сложность его монтажа в скважине и невозможность его применения в скважинах небольшого диаметра. Сложность монтажа удорожает стоимость закачки теплоносителя и приводит к потере в добыче нефти, связанной с увеличением простоя. Во время спуска труб в скважину при помощи известного метода, когда трубу спускают, постепенно навинчивая участки длиной 10 м друг на друга, существует возможность повреждения труб в местах соединения, особенно при спуске в искривленную скважину, что при дальнейшей эксплуатации приводит к прогоранию участков трубы и нарушению работы устройства, поскольку каждая труба напорного тракта является одновременно напорным трубопроводом, нагревателем воды и токоподводом к нагревателю.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении удобства его монтажа и эксплуатации, а также в возможности применения в искривленных скважинах небольшого диаметра.
Для решения поставленной задачи и обеспечения технического результата предлагается устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт, содержащее трехфазный источник питания, три напорные трубы для подачи теплоносителя, выполненные с возможностью размещения в скважине, и электрический нагреватель. При этом электрический нагреватель содержит три жилы из металла с низким удельным сопротивлением, к которым подведены фазы от трехфазного источника питания, при этом каждая жила электрического нагревателя таким образом размещена внутри своей напорной трубы, что между жилой и напорной трубой образуется зазор для подачи теплоносителя, причем нижние концы трех жил соединены в одной точке. Каждая напорная труба включает внутренний слой из гибкого электро-теплоизоляционного материала, наружный слой из гибкой металлической оплетки и промежуточный слой из гибкого теплоизоляционного материала.
Три напорные трубы могут быть размещены в гибком металлическом кожухе.
Каждая жила электрического нагревателя может быть выполнена в виде цилиндрического стержня из меди или алюминия или их сплавов.
Каждая жила электрического нагревателя может быть выполнена в виде стержня с поперечным сечением, уменьшающимся к забою.
Промежуточный слой напорной трубы может быть выполнен из гибкого теплоизоляционного материала - базальтового волокна.
В призабойной части скважины три напорные трубы могут быть объединены коллектором, в котором концы трех жил соединены в одной точке, при этом коллектор снабжен выходным патрубком, проходящим через пакер в забой.
В качестве теплоносителя может быть использована вода, преобразующаяся в пар.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 схематично показано устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт.
На Фиг. 2 изображен поперечный разрез варианта устройства, когда напорные трубы размещены в гибком металлическом кожухе.
Устройство содержит трехфазный источник питания 1, три идентичные напорные трубы 2 для подачи теплоносителя, выполненные с возможностью размещения в скважине, снабженной обсадной трубой 3, и электрический нагреватель. При этом электрический нагреватель содержит три идентичные жилы 4 из металла с низким удельным сопротивлением (меди или алюминия или их сплавов), к которым подведены фазы (А, В, С) от трехфазного источника питания. Каждая жила 4 электрического нагревателя таким образом размещена внутри своей напорной трубы 2, что между жилой 4 и напорной трубой 2 образуется зазор 5 для подачи теплоносителя. Нижние концы трех жил на выходе из напорных труб внутри скважины соединены в одной точке (нулевой точке), это необходимо для возможности соединения жил с источником питания по электрической схеме «звезда». Каждая напорная труба 2 включает внутренний слой 6 из гибкого электро-теплоизоляционного материала, например, фторопласта (тефлона), наружный слой 7 из гибкой металлической оплетки и промежуточный слой 8 из гибкого теплоизоляционного материала (например, базальтового волокна или графитированной углеродной ткани или любого материала с высокими теплоизоляционными свойствами). Напорные трубы из трех слоев в дополнение к своей основной функции выполняют функцию изоляторов жил, подключенных к разным фазам трехфазного источника питания. Выполнение жил из металла с низким удельным сопротивлением позволяет направить большую электрическую мощность на нагрев воды, протекающей вдоль него внутри напорных труб, при этом непрерывно подаваемая вода отводит тепло от жил, исключая их перегрев. Каждая жила электрического нагревателя может быть выполнена в виде стержня с поперечным сечением, уменьшающимся к забою. При таком исполнении в конце стержня за счет увеличения его электрического сопротивления происходит значительный разогрев именно этого участка. Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает минимизацию потерь тепла, максимально эффективный нагрев теплоносителя и получение на выходе из устройства пара с необходимыми характеристиками. Устройство содержит три электрических изолятора 9, одновременно являющиеся узлами подачи теплоносителя. При этом через каждый изолятор 9, не соприкасаясь с узлами подачи теплоносителя, проходит одна токопроводящая жила.
Устройство работает следующим образом. Погружают в скважину три напорные трубы 2 с размещенными в них жилами 4 электрического нагревателя, например, с помощью устройства для размотки из бухт. Указанные три трубы могут быть размещены в общем гибком кожухе 10, например, в гибкой металлической оплетке. В каждую напорную трубу 2, в зазоры 5 для подачи теплоносителя, подают теплоноситель (воду) с заданным расходом, например, при помощи насоса 11. Затем включают электропитание, при этом по трем жилам электрического нагревателя течет ток, разогревая их. Тепло от жил передается воде, которая ближе к выходу из труб превращается в пар. Пар воздействует на нефтяной пласт, снижая вязкость тяжелой высоковязкой нефти и повышая ее подвижность, что приводит к увеличению добычи нефти.
Геометрические параметры токопроводящих жил и зазора для подачи теплоносителя определяются в зависимости от решаемой задачи. Например, для получения пара с температурой 200-250°С и производительностью 2 т/час в скважине глубиной 500 м, при потребной мощности 230 кВт и фазном напряжении 220 В, диаметр медных жил составляет 9 мм, а величина зазора для подачи теплоносителя 3,5 мм, при этом плотность теплового потока от жил к воде составляет 0,16 Вт/м, а разность температур проводника и воды составляет 2°, допустимые потери давления при течении воды в трубе составляют не более 1,5 МПа (15 атмосфер).
В одном из вариантов три трубы в призабойной части скважины могут быть объединены одним коллектором, в котором нижние концы трех жил соединены в одной точке. Коллектор может быть снабжен выходным патрубком, проходящим через пакер в забой. При такой конструкции образующийся пар будет поступать в нефтяной пласт через указанный патрубок.
Предлагаемое изобретение позволяет упростить монтажные работы и повысить надежность работы устройства за счет использования гибких напорных труб с размещенными в них электропроводящими жилами, подключенными к разным фазам трехфазного источника питания. Изобретение может быть применено в искривленных скважинах, имеющих диаметр от 5 дюймов и выше.