НАГНЕТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Российский патент 1997 года по МПК E21B43/24 

Изобретение относится к добыче нефти, в частности к нагревательному оборудованию для сырой нефти с высокой точкой застывания и/или сильнопарафиновой сырой нефти.

Сырую нефть, которая имеет высокую плотность, в основном добывают за счет вытекания ее в восходящем направлении из источника нефти, находящегося на глубине от 600 м до 1500 м от поверхности земли. Чем ближе подходит она к земной поверхности, тем ниже температура ее образования, поэтому чем короче путь негнетания нефти вверх к земной поверхности, тем ниже температура нагнетаемой нефти. В связи с этим в процессе добычи нефти чем ближе она подходит к земной поверхности, тем выше ее плотность и тем труднее нагнетать нефть, в результате оборудование для нагнетания нефти должно работать более длительный срок и производительность добычи нефти может быть увеличена. Для того, чтобы поддерживать нагнетательное нефть оборудование при температуре, достаточно высокой для обеспечения легкого течения нефти в восходящем направлении при ее нагнетании в процессе добычи сырой нефти, нагнетаемая нефть должна быть нагрета. Способы нагревания включают способы обогрева среды, как, например, обогрев паром или обогрев горячей водой и электронагревательные способы, например резистивный нагрев или нагрев поверхностными токами.

В известном нагнетательном оборудовании, нагреваемом поверхностными электрическими токами, колонна полых штанг сконструирована секционной, т.е. проводящей кабель, используемый для электронагрева, зафиксирован в каждой полой штанге охватываемой пробкой и опорной пробкой, которые изготовлены из политетрафторэтилена, затем полую штангу с кабелем соединяют с другой посредством винтовой резьбы. Таким образом, кабель одной полой штанги соединен с кабелем в другой полой штанге посредством охватываемой пробки и опорной пробки, которые закреплены на обоих концах каждой полой штанги, с тем, чтобы образовать используемую для электронагрева цепь, в так называемой "цепи" электрический ток подводится сначала к нижней части колонны полых штанг, а затем возвращается по внутренней стенке колонны полых штанг.

Однако в известных электронагревательных средствах кабель должен быть сначала помещен в охватываемую пробку и опорную пробку, изготовленные из политетрафторэтилена, а затем охватываемая и опорная пробки должны быть закреплены в каждой полой штанге, что трудно выполнить и дорого стоит.

Кроме того, для получения колонных полых штанг, имеющих необходимую длину, необходимо соединить посредством винтового соединения множество секций полых штанг так, чтобы количество соединительных узлов (т.е. охватываемая пробка и опорная пробка) колонны могло достигать порядка 120. В случае разрушения любого соединительного узла электрический ток не может быть подведен к цепи и электронагревательные средства вообще не могут работать. В частности, каждый раз при операции соединения нисходящей скважины полые штанги нагнетательного оборудования должны погружаться отдельно секция за секцией, затем необходимо соединять одну секцию с другой, в связи с чем имеется большая склонность к повреждению соединительного узла, что не благоприятно для повторного использования.

Из патента США N 3859503 известно нагнетательное оборудование, содержащее обсадную трубу, закрепленный на нижнем конце обсадной трубы насос, шток поршня которого посредством винтового соединения связан с колонной полых штанг, собранных последовательно путем присоединения одной полой штанги к другой до необходимой длины. Оборудование содержит также подвеску, связанную с верхним концом колонны полых штанг и посредством сплошной штанги с приводным механизмом для обеспечения возвратно-поступательного перемещения колонны полых штанг. Внутри колонны полых штанг расположено электрическое нагревательное средство, электрически связанное посредством контактного средства с нижней полой штангой, замыкающий колонну полых штанг, а через подвеску с электросетью источника питания, привод нулевого потенциала которого электрически связан с кожухом подвески.

В качестве электрического нагревательного средства в данном оборудовании используется проволока с большим сопротивлением, расположенная в центральном отверстии каждой штанги, имеющем малый диаметр. Промежуток между проволокой большого сопротивления и стенкой центрального отверстия заполнен электроизоляционным материалом. При этом, когда по проволоке протекает ток, тепло сообщается полой штанге, благодаря чему происходит нагревание сырой нефти, находящейся вокруг этой штанги. Для соединения между собой проволок большого сопротивления соседних полых штанг, составляющих колонну, необходимо обеспечить непрерывность электрической цепи на переходе от одной штанги к другой. В данном оборудовании внутри муфты по центру расположены аксиальные электропроводные элементы таким образом, чтобы обеспечить контакт проволоки большого сопротивления в соседних полых штангах. При нарушении хотя бы одного из всех соединений электропроводных элементов нарушается прохождение тока по цепи, из-за чего электронагревательное средство не может осуществлять свою функцию.

Технический результат изобретения создание нагнетательного оборудования с электрическим нагревательным средством, обеспечивающим равномерное нагревание нагнетаемой нефти и имеющим простую и надежную конструкцию, позволяющую обеспечить его повторное использование в нагнетательном оборудовании.

Технический результат достигается тем, что нагнетательное оборудование, содержащее обсадную трубу, закрепленный на нижнем конце обсадной трубы насос, шток поршня которого посредством винтового соединения связан с колонной полых штанг, собранных последовательно путем присоединения одной полой штанги к другой до необходимой длины, связанная с верхним концом колонны полых штанг подвеска, которая в, свою очередь, посредством сплошной штанги связано с приводным механизмом для обеспечения возвратно-поступательного перемещения колонны полях штанг, электрическое нагревательное средство, расположенное внутри колонны полых штанг, электрически связанное посредством контактного средства с нижней полой штангой, замыкающей колонну полых штанг, а через подвеску с электросетью источника питания, провод нулевого потенциала которого электрически связан с кожухом подвески, согласно изобретению нагнетательное оборудование снабжено связанной посредством винтового резьбового соединения со штоком поршня насоса короткой полой штангой, второй конец которой посредством контактного средства, выполненного в виде концевого зажима, присоединен к колонне полых штанг, при этом электрическое нагревательное средство выполнено в виде неразрывного длинномерного отрезка подводящего кабеля, верхний конец которого проходит через подвесное средство для подвешивания кабеля, прикрепленное к одной стороне подвески, а нижний конец кабеля посредством штыкового контакта электрически связан с концевым зажимом.

На фиг.1 показано нагнетательное оборудование; на фиг.2 вид в вертикальном разрезе полой штанги нагнетательного оборудования; на фиг.3 - вертикальный разрез подвески нагнетательного оборудования; на фиг.4 - вертикалльный разрез концевого зажима нагнетательного оборудования; на фиг.5 -вертикальный разрез концевого зажима и концевой переходной втулки нагнетательного оборудования.

Нагнетательное оборудование, (фиг.1), содержит обсадную трубу 1, коаксиально размещенную в кожухе 2, с поперечным соединительным патрубком 3, установленном на ее верхнем конце. Внутри обсадной трубы 1 размещена колонна 4 полых штанг 5, собранных последовательно путем присоединения одной штанги 5 к другой до необходимой длины, достаточной для выхода из устья скважины. Длина каждой полой штанги 5 находится в пределах 0,5 -9,5 м, наружный диаметр полой штанги 5 в пределах 30 мм 38 мм, внутренний диаметр полой штанги 5 в диапазоне 18 мм 26 мм.

На верхнем конце колонны 4 полых штанг 5 размещена подвеска 6, связанная посредством сплошной штанги 7 с приводным механизмом (не показан) для обеспечения возвратно поступательного перемещения колонны 4. Сплошная штанга 7 монтируется соосно на верхнем конце колонны 4 полых штанг 5.

К нижнему концу колонны 4 полых штанг 5 на резьбе подсоединен концевой зажим 8, а к нижнему концу концевого зажима 8 посредством резьбы короткая полая штанга 9. К нижнему концу короткой полой штанги 9 на резьбе подсоединяется винтовое резьбовое соединение 10 с винтовой нарезкой на обоих концах, к нижнему концу которого посредством резьбы подсоединяются шток поршня 12 насоса 13.

Полая штанга 5 (фиг.2 ) состоит из тела 14 штанги 5, головки 15 штанги 5 и соединительного конца 16. Головка 15 штанги 5 и соединительный конец 15 расположены соответственно на двух концах тела 14 штанги 5 коаксиально телу 14 штанги 5. На головке 15 штанги 5 выполнена наружная винтовая резьба. Уплотнительные пазы 17, имеющие прямоугольное поперечное сечение, выполнены ниже наружной винтовой резьбы головки 15 штанги 5. В каждом уплотнительном пазе 17 размещено О образное уплотнительное кольцо (не показано).

На соединительном конце 16 выполнена внутренняя винтовая резьба для соединения с наружной винтовой резьбой на головке 15 штанги 5 другой полой штанги 5. На внутренней стороне соединительного конца 16 ниже внутренней винтовой резьбы также выполнен цилиндрический уплотнительный участок 18 для соединения с уплотнительными пазами 17 головки 15 другой полой штанги 5. После того, как несколько полых штанг 5 свинчены таким образом, что головная часть одной полой штанги 5 последовательно соединена с тыльной частью другой полой штанги 5 до получения необходимой длины колонны 4, образуется колонна 4 с одинаковым внутренним диаметром.

Головка 15 самой верхней полой штанги 5 колонны 4, находящейся выше устья скважины, соединена посредством резьбового соединения с одним концом соединительного звена 19, на другом конце которого установлен фланец. На соединительном звене 19 закреплена глухая колпачковая гайка 20. На верхнем конце подвески 6 выполнено отверстие с резьбой для винтового соединения со сплошной штангой 7. Нижний конец подвески 6 закреплен на верхней торцевой поверхности соединительного звена 19. Наружная винтовая резьба на нижнем конце подвески 6 соответствует внутренней винтовой резьбе глухой колпачковой гайки 20. Нижняя поверхность подвески 6 вплотную примыкает к верхней поверхности фланца и внутренняя нижняя поверхность глухой колпачковой гайки 20 вплотную примыкаем к нижней поверхности фланца, и подвеска 6, таким образом, закрепляется на головке 15 самой верхней полой штанги 5 колонны 4.

Нагнетательное оборудование содержит также электрическое нагревательное средство, выполненное в виде неразрывного длинномерного отрезка подводящего кабеля 21 (фиг. 1), расположенного внутри колонны 4 полых штанг 5 вместе с температурным датчиком 22.

Кабель 21 устойчив к высокой температуре и скручен из стального провода и нескольких медных проводов. Диаметр стального провода составляет 0,8 мм 1,2 мм, диаметр медного провода составляет 0,4 мм 0,6 мм. Общая площадь поперечного сечения проводящих медных проводов составляет 20 мм² 35 мм².

Верхний конец кабеля 21 проходит через подвесное средство 23 (фиг. 3) для наклонного подвешивания кабеля 21, прикрепленное к одной стороне подвески 6 (фиг. 1 ) и соединен с электросетью однофазного источника 24 питания, провод нулевого потенциала которого электрически связан с кожухом подвески 6. Гайка 25 (фиг. 3) блокирует противоизгибную пружину 26. Выходной провод датчика 22 (фиг. 1 ) проходит через средство 23 и выходит наружу этого средства. Нижний конец кабеля 21 посредством штыкового контакта 27 (фиг. 5) электрически связан с концевым зажимом 8. Штыковой контакт 27 выполнен коническим. На конце штыкового контакта 27, имеющего меньший диаметр, расположен цилиндрический направляющий валик 28, установленный коаксиально коническому штыковому контакту 27 и проходящий в его аксиальном направлении.

Форма выходного концевого зажима 8 подобна форме головки 15 полой штанги 5. Головка 15 одной полой штанги 5 может быть аксиально закреплена на соединительном конце 16 другой полой штанги 5. В отверстии участка концевого зажима 8 подобного головке 15 штанги 5 установлена концевая переходная втулка 29. Периферийная поверхность втулки 29 включает кольцевую коническую поверхность; во втулке 29 выполнено конусообразное отверстие, конусность которого соответствует конусности конического штыкового контакта 27. Кольцевая цилиндрическая поверхность втулки 29 плотно с натягом установлена в отверстии концевого зажима 8. Штыковой контакт 27 плотно установлен в конусообразном отверстии втулки 29.

В другом варианте выполнения изобретения, аналогичном вышеописанному варианту, не используется датчик 22 температуры.

Сборка вышеописанного нагнетательного оборудования имеет следующие особенности.

Вначале собирается колонна 4 полых штанг 5 до получения требуемой длины посредством последовательного соединения одной полой штанги 5 с другой. К нижнему концу колонны 4 на резьбе подсоединяется концевой зажим 8, к нижнему концу которого посредством резьбы подсоединена короткая полая штанга 9.

По завершении установки колонны 4 полых штанг 5 осуществляется пропускание кабеля 21 через средство 23 для подвешивания кабеля со свободным прохождением его по колонне 4 полых штанг 5. Нижний конец кобеля 21 автоматически подсоединяется к концевому зажиму 8.

Поскольку колонна 4 полых штанг 5 имеет очень большую длину, пропускание длинномерного кабеля 21 через такую длинную колонну 4 и надежное соединение нижнего конца кабеля 21 с концевым зажимом 8 за счет использования только силы тяжести кабеля 21 представляет собой сложную задачу. В связи с этим в вышеописанном оборудовании на нижнем конце кабеля 21 выполнен конический штыковой контакт 27, который может герметично соединяться с концевой переходной втулкой 9 концевого зажима 8 за счет использования только силы тяжести кабеля 21, образуя электрическое соединение без образования прочной связи между контактом и гнездом из-за отсутствия возникновения электрической дуги. Поэтому повторные операции подсоединения и отсоединения кабеля 21 выполняются без затруднений.

Необходимо отметить, что во время установки колонны 4 полых штанг 5 трудно предотвратить скопление пыли, опадающей по полым штангам 5 на внутренней стороне нижнего конца колонны 4. Если не предусмотреть наличия короткой полой штанги 9, то пыль будет скапливаться с внутренней стороны концевой переходной втулки 29, в результате чего затрудняется введение штыкового контакта 27 в эту втулку 29, и он не может быть герметично соединен с ней. Короткая полая штанга 9 будет использоваться для сбора всей проникшей пыли, опадающей по полым штангам 5 колонны 4.

Следовательно, кабель 21 может быть подключен даже в случае, когда некоторое количество загрязнений попадает в колонну 4.

Нагнетательное оборудование работает следующим образом.

Когда сплошная штанга 7 приводится посредством приводного механизма в возвратно поступательное движение, колонна 4 полых штанг 5 заставляет шток 11 поршня 12 насоса 13 совершать возвратно поступательное движение, благодаря чему сырая нефть принудительно направляется по обсадной трубе 1 из-под земли на поверхность. Для того, чтобы сырая нефть, проходящая по обсадной трубе 1, нагревалась с целью поддержания достаточно высокой температуры перекачиваемой нефти, в нагнетательном оборудовании использован подводящий кабель 21. Электрический ток течет по кабелю 21 в штыковой контакт 27, затем в концевую переходную втулку 29, концевой зажим 8, колонку 4 полых штанг 5, подвеску 6 и затем возвращается в провод нулевого потенциала источника 24 питания, образуя контур. В случае поверхностного эффекта ток течет по внутренней поверхности последовательно соединенных штанг 5 колонн 4, нагревая ее. В результате генерируемого тепла будет достаточно для того, чтобы нагревать нефть, принудительно протекающую через кольцевое пространство между наружной поверхностью колонны 4 и внутренней поверхностью обсадной трубы 1.

Таким образом, нагнетаемая нефть поддерживается при достаточно высокой температуре, что гарантирует протекание нагнетаемой нефти через обсадную трубу 1.

Использование : относится к добыче нефти и может быть использовано в составе оборудования, в частности нагнетательного, для сырой нефти с высокой точкой застывания и (или) сильнопарафиновой нефти. Сущность изобретения: нагнетательное оборудование включает насос, поток поршня которого посредством винтового соединения связан с колонной полых штанг, внутри которых расположено электронагревательное средство, электрически связанное посредством контактного средства с нижней полой штангой, при этом со штоком поршня насоса связана полая штанга, второй конец которой посредством концевого зажима присоединен к колонне полых штанг, а электрическое нагревательное средство выполнено в виде неразрывного длинномерного отрезка подводящего кабеля, нижний конец которого электрически связан с концевым зажимом, а верхний проходит через подвесное средство для подвешивания кабеля. 5 з.п. ф-лы. 5 ил.

1. Нагнетательное оборудование, содержащее обсадную трубу, закрепленный на нижнем конце обсадной трубы насос, шток поршня которого посредством винтового соединения связан с колонной полых штанг, собранных последовательно путем присоединения одной полой штанги к другой до необходимой длины, связанная с верхним концом колонны полых штанг подвеска, которая, в свою очередь, посредством сплошной штанги связана с приводым механизмом для обеспечения возвратно-поступательного перемещения колонны полых штанг, электрическое нагревательное средство, расположенное внутри колонны полых штанг, электрически связанное посредством контактного средства с нижней полой штангой, замыкающей колонну полых штанг, а через подвеску с электросетью источника питания, провод нулевого потенциала которого электрически связан с кожухом подвески, отличающееся тем, что нагнетательное оборудование снабжено связанной посредством винтового резьбового соединения со штоком поршня насоса короткой полой штангой, второй конец которой посредством контактного средства, выполненного в виде концевого зажима, присоединен к колонне полых штанг, при этом электрическое нагревательное средство выполнено в виде неразрывного длинномерного отрезка подводящего кабеля, верхний конец которого проходит через подвесное средство для подвешивания кабеля, прикрепленное к одной стороне подвески, а нижний конец кабеля посредством штыкового контакта электрически связан с концевым зажимом. 2. Оборудование по п.1, отличающееся тем, что каждая полая штанга состоит из тела штанги и расположенных на концах тела штанги коаксиально ему головки штанги и соединительного конца, при этом на головке штанги выполнена наружная винтовая резьба, ниже которой на поверхности головки выполнены уплотнительные пазы, в каждом из которых размещено О-образное уплотнительное кольцо, на соединительном конце выполнена внутренняя винтовая резьба для соединения с наружной винтовой резьбой, выполненной на головке штанги, а ниже внутренней винтовой резьбы на внутренней стороне соединительного конца имеется цилиндрический уплотнительный участок для соединения с уплотнительными пазами головки штанги. 3. Оборудование по п.1, отличающееся тем, что головка самой верхней полой штанги колонны полых штанг соединена посредством резьбового соединения с одним концом соединительного звена, на другом конце которого размещен фланец, при этом на соединительном звене закреплена глухая колпачковая гайка, на верхней торцевой поверхности соединительного звена закреплена подвеска, на нижнем конце которой выполнена наружная винтовая резьба, соответствующая внутренней винтовой резьбе колпачковой глухой гайки, нижняя поверхность подвески вплотную примыкает к верхней поверхности фланца и внутрення нижняя поверхность колпачковой глухой гайки вплотную примыкает к нижней поверхности фланца. 4. Оборудование по п.1, отличающееся тем, что штыковой контакт выполнен коническим и на его конце с меньшим диаметром расположен цилиндрический направляющий валик, установленный коаксиально коническому штыковому контакту и проходящий в его аксиальном направлении, при этом форма концевого зажима подобна форме головки полой штанги, головка одной полой штанги может быть аксиально закреплена на соединительном конце другой полой штанги, в отверстии подобного головке участка концевого зажима установлена концевая переходная втулка, периферийная поверхность которой включает кольцевую цилиндрическую поверхность и кольцевую коническую поверхность, причем в концевой переходной втулке выполнено конусообразное отверстие, конусность которого соответствует конусности конического штыкового контакта, кольцевая цилиндрическая поверхность плотно с натягом зафиксирована в отверстии концевого зажима, а штыковой контакт плотно установлен в конусообразном отверстии втулки. 5. Оборудование по пп.1, 2, 3 или 4, отличающееся тем, что в колонне полых штанг установлен датчик температуры, выходной провод которого проходит через средство подвешивания кабеля и выходит наружу этого средства. 6. Оборудование пп.1, 2, 3 или 4, отличающееся тем, что длина каждой полой штанги находится в пределах 0,5 9,5 м, наружный диаметр полой штанги находится в пределах 30 38 мм, внутренний диаметр полой штанги находится в диапазоне 18 26 мм.