СКВАЖИННЫЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК E21B36/00 

Изобретение относится к индукционным нагревательным устройствам и может быть использовано для нагревания скважинных жидкостей, в частности, парафинистой нефти и высоковязких смесей непосредственно в скважинах.

Известен индукционный нагреватель жидкости [патент Германии 329131, приоритет 1918 г.].

Известны также подогреватели жидкости индукционно-погружного типа: [RU 2002383; RU 2002384; SU 1811038; SU 4602140; FR 2565059]. Все они характеризуются наличием индукционной обмотки, в полости которой размещен магнитопровод. Все нагреватели данного типа заключены в корпус, как правило, вертикально вытянутой формы. Он представляет собой вторичную коротко-замкнутую обмотку и является греющим элементом.

Известно также «Индукционное нагревательное устройство» [патент RU 2264695], содержащее, по меньшей мере, одну индукционную цилиндрическую катушку, расположенную вокруг нагреваемого тела коаксиально с ним, подключенную к источнику переменного тока и снабженную охватывающим ее внешним магнитопроводом. Внешний магнитопровод выполнен так, что его продольный размер превышает продольный размер индукционной катушки, а края внешнего магнитопровода выступают за края индукционной катушки не менее, чем на половину величины воздушного зазора между внутренней поверхностью магнитопровода и внешней поверхностью нагреваемого тела. Индукционное нагревательное устройство может содержать, по меньшей мере, две цилиндрические катушки, при этом расстояние между торцевыми частями соседних магнитопроводов составляет не менее удвоенной величины воздушного зазора между внутренней поверхностью магнитопровода и внешней поверхностью нагреваемого тела.

Известен также «Скважинный электронагреватель» [патент RU 2249096]. Он содержит токоподвод с установленным под ним трубчатым корпусом. На поверхности трубчатого корпуса размещен длинномерный нагревательный элемент - кабель с малым электрическим сопротивлением. Кабель установлен в ферромагнитной трубке вдоль трубчатого корпуса с возможностью образования замкнутого контура и подачи от источника питающего переменного напряжения в него через токопровод. Длинномерный нагревательный элемент размещен в виде многоходовой последовательности параллельных длинномерных нагревательных элементов. Ферромагнитная трубка выполнена разделенной на секции. В качестве длинномерного нагревательного элемента использован нефтестойкий кабель. Ферромагнитная трубка приварена к трубчатому корпусу прерывистым швом. Поверх длинномерного нагревательного элемента наложен слой изолирующего материала для усиления прогрева.

Однако данный скважинный электронагреватель имеет очень маленькую мощность и большие поперечные габариты, что делает невозможным использование его в наклонно-направленных скважинах, конструкция такого скважинного электронагревателя позволяет спускать его только на конце подвески НКТ, что не всегда является технологичным.

Наиболее близким аналогом заявляемого решения является «Скважинный электронагреватель» [авт. свид. SU 935853]. Он состоит из трубчатого корпуса с размещенным в нем электронагревательным элементом в виде обмотки, помещенной на изолятор. Электронагреватель снабжен дополнительным нагревательным элементом, размещенным в корпусе коаксиально с ним и выполненным в виде цилиндра с установленным на нем витым сердечником из электротехнической стали с шайбами на концах. Между изолятором и сердечником установлен теплоизолятор. Трубчатый корпус выполнен из стали.

Однако данный скважинный электронагреватель не может обеспечить эффективный нагрев скважин с трудно-извлекаемыми нефтями или их смесями в силу своей низкой мощности. Данный скважинный подогреватель предназначен для выполнения локальных задач в течение короткого промежутка времени, так как выполнен в виде прибора, спускаемого на каротажном кабеле, и не может решить задачу заявляемого скважинного подогревателя.

Задачей заявляемого скважинного подогревателя является предотвращение асфальтосмолопарафиновых (АСПО) и гидратных отложений в насосно-компрессорных трубах (НКТ) эксплуатационных скважин, разрабатываемых фонтанным или механизированным способами в течение длительного промежутка времени, большего, чем межремонтный период погружного оборудования..

Сущность заявляемого изобретения. Скважинный подогреватель характеризуется тем, что имеет цилиндрический трубчатый корпус, ориентированный в направлении протяженности скважины со съемными крышками на торцевых сторонах, с герметично - разъемным элементом токоввода на соединительный электрический кабель в верхней крышке, уплотнителями в каждой из крышек и держателем, установленным на внешней поверхности верхней крышки, окончание держателя представляет собой муфту насосно-компрессорной трубы (НКТ) на фланце, сквозь который пропущены крепежные болты и выполнены отверстия под токовводы, с нижней стороны корпуса размещена конусная втулка, поджимаемая муфтой НКТ; внутри корпуса, коаксиально ему, размещен участок трубы подвески НКТ, на внешней поверхности которой вдоль трубы размещены отстоящие друг от друга индукционные цилиндрические катушки, выведенные на соединительный кабель, причем размеры трубы в поперечном сечении на участке подогревателя выполнены с возможностью сопряжения с трубами подвески НКТ для транспорта нефти из скважины за пределами подогревателя.

Скважинный подогреватель с вышеизложенными признаками характеризуется также тем, что труба, в том числе на участке подогревателя, выполнена из стали.

Кроме того, скважинный подогреватель с вышеназванными признаками характеризуется также тем, что цилиндрический трубчатый корпус выполнен из термобаростойкого материала.

Скважинный подогреватель с вышеназванными признаками характеризуется также тем, что он имеет на внешней поверхности корпуса предохранительные ограничители для дополнительного соединительного электрического кабеля.

Технический результат заключается в том, что впервые осуществлен прием размещения подогревателя непосредственно на транспортной трубе для подъема нефти из скважин для ее подогрева. В отличие от всех известных скважинных подогревателей нефти принцип подогрева продукта осуществлен непосредственно участком трубы из подвески НКТ с достаточной рабочей площадью подогрева. Данное техническое решение - организовать именно участок рабочей трубы на устранение актуальной проблемы добычи трудных нефтей - на разогрев достаточно большой площади поверхности равномерно со всех сторон транспортной трубы воплощен в конкретный вариант организации как механических, так и электротехнических приемов и узлов, и заявлен в данной заявке и ее формуле.

Заявляемый скважинный подогреватель поясняется с помощью фиг.1, фиг.2, на которых изображен скважинный подогреватель в общем виде и в условиях его установки в скважине для эксплуатации, где позициями 1-12 обозначены элементы подогревателя, 13-16 дополнительно показаны элементы, иллюстрирующие описание скважинного подогревателя и его работу: 1 - корпус; 2 - участок трубы из подвески НКТ; 3 - индукционные цилиндрические катушки; 4 - разъемный элемент токоввода; 5 - соединительный электрический кабель; 6 - держатель; 7 - муфта НКТ; 8 - крышка; 9 - уплотнитель; 10 - болтовое соединение; 11 - втулка; 12 - конусная втулка; 13 - крепежные хомуты; 14 - станция управления; 15 - погружной насос; 16 - эксплуатационная колонна.

Заявляемый скважинный подогреватель, представленный на фиг.1, фиг.2, предназначен для работы непосредственно в скважине и состоит из металлического корпуса 1, имеющего обтекаемую форму и являющегося внешним магнитопроводом. Такая форма позволяет беспрепятственно опускать его в составе подвески НКТ в скважину на нужную глубину. Внутри корпуса 1, коаксиально ему, расположен участок 2 трубы из подвески НКТ, на который намотаны три индукционные цилиндрические катушки 3 из медного провода прямоугольного сечения со стекловолокнистой изоляцией, расположенные последовательно и отстоящие друг от друга на определенном расстоянии, чтобы исключить взаимное влияние катушек 3, включенных через разъемный элемент токоввода 4, соединительный электрический кабель 5 типа КПБП (кабель погружной бронированный плоский) в трехфазную электрическую сеть. Внутренняя часть заявляемого скважинного подогревателя - участок 2 трубы из подвески НКТ является грузонесущей составляющей всей конструкции, а также нагревательным элементом. Заявляемый подогреватель может быть установлен при необходимости в любом месте подвески НКТ в качестве составного ее элемента с помощью держателя 6 и муфты 7 НКТ. Корпус подогревателя 1 с торцев герметично закрыт съемными крышками 8 в виде фланцев уплотнителями 9 из маслобензостойкой резиновой смеси, работающей длительное время при высоком температурном режиме. Уплотнение резинотехнических изделий осуществляется в результате стягивания в нижней и верхней частях подогревателя болтовых соединений 10, расположенных равномерно через 45° по окружности торца корпуса. В верхней крышке 8 расположен разъемный элемент токоввода 4, выполненный в герметичном исполнении и позволяющий производить быстрое соединение токовых жил подогревателя, которыми заканчиваются индукционные цилиндрические катушки 3 с токовыми жилами соединительного электрического кабеля 5. На участок 2 трубы из подвески НКТ, коаксиально расположенный корпусу 1, с верхнего конца накручивается держатель 6, который представляет собой муфту 7 НКТ на фланце. С фланцевой стороны к держателю 6 через крышку 8 и уплотнитель 9 болтовым соединением 10 во втулку 11, вкручивающуюся в корпус, крепится корпус 1. С нижнего конца наворачивается муфта 7 НКТ и через конусную втулку 12 она поджимает корпус. Достигается прочная герметичная конструкция.

Для подсоединения заявляемого подогревателя к соединительному электрическому кабелю 5 предусмотрен трехфазный герметизированный разъемный элемент токоввода 4. Вдоль корпуса 1 скважинного подогревателя могут быть предусмотрены предохранительные ограничители для прокладки в них одного-двух питающих кабелей для питания погружного насоса и для расположенного ниже второго скважинного подогревателя при необходимости. Последний образует подогревательный модуль.

Подвеска НКТ включает в себя ряд элементов скважинного оборудования, в который входит погружной насос 15, спускаемый на НКТ в эксплуатационную колонну 16 скважины, от которого до устья скважины вдоль подвески НКТ крепится соединительный электрический кабель 5 крепежными хомутами 13.

Разборная конструкция заявляемого скважинного подогревателя предусматривает быструю замену резинотехнических изделий, что позволит многократно использовать данное устройство. Достоинством данного подогревателя является возможность его установки непосредственно в подвеску НКТ как составного элемента.

Работа скважинного подогревателя обеспечивается с помощью источника питания, находящегося вверху на поверхности, за пределами скважины. При подаче через соединительный электрический кабель 5 и разъемный элемент токоввода 4 переменного напряжения на индукционные цилиндрические катушки 3 в участке 2 из подвески НКТ индуцированными переменными магнитными потоками наводятся токи, которые можно рассматривать как вихревые, или как ток короткого замыкания вторичной обмотки трансформатора, имеющей один виток. Этот ток нагревает участок 2 из подвески НКТ, тепло от которого отводится протекающей нефти, подлежащей нагреву. В случае необходимости дополнительной мощности можно использовать модульную конструкцию из нескольких заявляемых скважинных подогревателей. С помощью наземной станции управления 14 контролируют электрические параметры по каждой фазе скважинного подогревателя, отключают его в случае перегрева, утечки тока короткого замыкания, регистрируют указанные параметры с заданным интервалом времени, а также контролируют температуру нефти на выходе из скважины. Все указанные выше данные могут не только регистрироваться на поверхности Земли, но и, в случае необходимости, передаваться по существующим в настоящее время каналам связи в офис нефтедобывающих предприятий.

Пример.

При изготовлении апробируемого скважинного подогревателя были использованы типовые трубы для транспорта нефти из скважины в виде участка НКТ 73 длиной 7-10 м, с толщиной стенки 5,5 мм. Корпус подогревателя изготовлен из НКТ 114 с толщиной стенки 6 мм. Витки первичной обмотки выполнены из медного прямоугольного провода марки ПСДКТЛ, размером 2,36×5,6 мм. Изготовляемые детали - держатель, конусная втулка, вкручиваемая в корпус втулка, токоввод, крышки, выполнены из стали Х40. Уплотнительные резинотехнические изделия - из высокотемпературной, маслобензостойкой резиновой смеси. В качестве изолирующего материала использовано стекловолокно и фторопласт. Управляющим устройством, обеспечивающим заданные рабочие параметры, является контроллер «Электон». Данный скважинный подогреватель показал высокие результаты работы при давлении 12 МПа. Заявляемый подогреватель проходит апробацию со второй половины 2005 г. на одном из нефтедобывающих предприятий Тюменской области. Предполагает бесперебойную работу на весь период до ремонта скважины, т.е. порядка 300 рабочих дней. Во время ремонта скважины обеспечивается профилактический осмотр подогревателя, при необходимости - замена изношенных уплотнителей и других деталей. Демонтаж и монтаж труб, одна, по крайней мере, из которых - основа подогревателя, проводится обычным образом - раскручиванием и, после профилактики, закручиванием в герметичную систему - подъемно-транспортную трубу.

Изобретение относится к индукционным нагревательным устройствам и может быть использовано для нагревания скважинных жидкостей, в частности, парафинистой нефти и высоковязких смесей непосредственно в скважинах. Техническим результатом изобретения является предотвращение асфальтосмолопарафиновых и гидратных отложений в насосно-компрессорных трубах (НКТ) эксплуатационных скважин, разрабатываемых фонтанным или механизированным способами в течение длительного промежутка времени. Для этого скважинный подогреватель выполнен в виде цилиндрического трубчатого корпуса (ЦТК), ориентированного в направлении протяженности скважины, со съемными крышками на торцевых сторонах. В каждой из крышек установлены уплотнители. В верхней крышке ЦТК установлен герметично-разъемный элемент токоввода на соединительный электрический кабель, а на ее внешней поверхности - держатель. Окончание держателя представляет собой муфту НКТ на фланце, сквозь который пропущены крепежные болты и выполнены отверстия под токовводы. С нижней стороны ЦКТ размещена конусная втулка, поджимаемая муфтой НКТ. Внутри ЦКТ, коаксиально ему, размещен участок трубы подвески НКТ, на внешней поверхности которой вдоль трубы размещены отстоящие друг от друга индукционные цилиндрические катушки, выведенные на соединительный кабель. Размеры трубы в поперечном сечении на участке подогревателя выполнены с возможностью сопряжения с трубами подвески НКТ для транспорта нефти из скважины за пределами подогревателя. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Скважинный подогреватель, характеризующийся тем, что он выполнен в виде цилиндрического трубчатого корпуса, ориентированного в направлении протяженности скважины, со съемными крышками на торцевых сторонах, с герметично-разъемным элементом токоввода на соединительный электрический кабель в верхней крышке, уплотнителями в каждой из крышек и держателем, установленным на внешней поверхности верхней крышки, окончание держателя представляет собой муфту насосно-компрессорной трубы (НКТ) на фланце, сквозь который пропущены крепежные болты и выполнены отверстия под токовводы, с нижней стороны корпуса размещена конусная втулка, поджимаемая муфтой НКТ; внутри корпуса, коаксиально ему, размещен участок трубы подвески НКТ, на внешней поверхности которой вдоль трубы размещены отстоящие друг от друга индукционные цилиндрические катушки, выведенные на соединительный кабель, причем размеры трубы в поперечном сечении на участке подогревателя выполнены с возможностью сопряжения с трубами подвески НКТ для транспорта нефти из скважины за пределами подогревателя.2. Скважинный подогреватель по п.1, характеризующийся тем, что труба, в том числе на участке подогревателя, выполнена из стали.3. Скважинный подогреватель по п.1, характеризующийся тем, что цилиндрический трубчатый корпус выполнен из термобаростойкого материала.4. Скважинный подогреватель по п.1, характеризующийся тем, что он имеет на внешней поверхности корпуса предохранительные ограничители для дополнительного соединительного электрического кабеля.