РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРАНСФОРМАТОР С ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫМИ ОТВЕТВЛЕНИЯМИ Российский патент 2012 года по МПК G05D11/00 

Область, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам электропитания для нагревателей подземных пластов. Конкретнее, изобретение относится к регулируемым трансформаторам напряжения, используемым для подачи электроэнергии к нагревателям подземных пластов.

Известный уровень техники.

Однофазные регуляторы напряжения с переключаемыми ответвлениями, начиная с их создания в 1930 годах, являются надежными изделиями общего назначения. Регуляторы напряжения с переключаемыми ответвлениями применялись на дальнем конце промышленных систем распределения для стабилизации напряжения у потребителя в местах, отдаленных от источников электроснабжения. Регуляторами напряжения обеспечивается надежная регулировка для стабилизации напряжения (например, плюс или минус 10%). Регуляторы напряжения являются автотрансформаторами с типичными диапазонами регулировки напряжения от 7200 B до 19900 B. Переключателями ответвлений трансформатора с 10% диапазоном регулировки обеспечивается регулировка +10% или -10% от напряжения на входной линии. Например, регулятор напряжения с номинальным входным напряжением 13200 В будет обеспечивать регулировку 13200 B плюс 1320 B (или вплоть до 14520 B) и будет обеспечивать регулировку 13200 B минус 1320 B (или вплоть до 11880 B).

Современные регуляторы напряжения общего назначения имеют микропроцессорные контроллеры, которые регулируют выходное напряжение, обеспечивая переключение ответвлений вверх или вниз, чтобы, соответственно, установить желаемую величину напряжения. Типичные контроллеры обеспечивают контроль тока и могут обладать способностью дистанционной передачи данных. Встроенное программное обеспечение контроллера может быть изменено для регулировки по току (например, регулировки, желательной для поддержания постоянной потребляемой мощности, поскольку сопротивление нагревателя изменяется с температурой). Контроль сопротивления нагрузки, так же как и анализ других электрических параметров, основанный на расчете, является возможным, поскольку контроллер может определять как ток, так и напряжение. Типичные переключатели ответвлений трансформатора выдерживают допустимую кратковременную токовую нагрузку, составляющую 200% от номинальной. Таким образом, контроллер регулятора может быть запрограммирован реагировать на токи перегрузки посредством операции переключения ответвлений трансформатора.

Могут использоваться электронные устройства управления нагревателем, например, кремниевые управляемые тиристоры (SCR) для обеспечения подачи электроэнергии к нагревателям подземных пластов и их регулировки. Использование кремниевых управляемых тиристоров (SCR) является дорогим, и может наблюдаться избыточный расход электроэнергии в силовой сети. Также кремниевые управляемые тиристоры (SCR) могут создавать гармонические искажения при регулировке мощности нагревателей подземных пластов. Гармонические искажения могут вносить шумы в силовую линию и нагружать нагреватели. Кроме того, кремниевые управляемые тиристоры (SCR) могут чрезмерно нагружать нагреватели, переключая электропитание между двумя положениями «полностью включено» и «полностью выключено», вместо того чтобы регулировать электропитание в диапазоне установки оптимального тока или вблизи него. В результате может быть существенное завышение и/или занижение температуры при расчетном токе для нагревателей с ограничением температуры (например, для нагревателей, использующих ферромагнитные материалы для самоограничения температуры). Таким образом, имеется необходимость в более равномерной и менее искаженной регулировке тока, подающегося на нагреватели электросопротивления, в особенности на нагреватели с ограничением температуры, которые используются для нагрева нефтеносных подземных пластов.

Регулируемый трансформатор напряжения с переключением ответвлений, в основе которого лежит конструкция регулятора с переключением ответвлений, может использоваться для подачи электропитания к нагревателям подземных пластов и для их регулировки, осуществляемых более просто и без гармонических искажений, связанных с электронной регулировкой нагревателя. Регулируемый трансформатор напряжения может быть соединен с системами распределения электропитания посредством простых недорогих плавких выключателей. Регулируемый трансформатор напряжения может действовать как экономичный независимый полнофункциональный регулятор нагревателя и разделительный трансформатор.

Раскрытие изобретения

Описанные здесь варианты осуществления изобретения, в общем, касаются систем электропитания для нагревателей подземных пластов. Определенные варианты осуществления изобретения касаются регулируемых трансформаторов напряжения, используемых для подачи электроэнергии нагревателям подземных пластов.

В определенных вариантах осуществления изобретения регулируемый трансформатор напряжения содержит первичную обмотку, сформированную таким образом, чтобы она была соединена с источником электропитания, который снабжает первичную обмотку первичным напряжением; вторичную обмотку, электрически изолированную от первичной обмотки, причем вторичная обмотка сформирована для понижения первичного напряжения до вторичного напряжения, которое составляет заданный процент от первичного напряжения; многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора, соединенный с вторичной обмоткой, причем переключатель ответвлений трансформатора делит вторичное напряжение на выбранное количество ступеней напряжения, при этом напряжение ступенчато увеличивается от напряжения, составляющего выбранный минимальный процент от вторичного напряжения, до напряжения, составляющего выбранный максимальный процент от вторичного напряжения; причем электрическая нагрузка сформирована таким образом, чтобы она была соединена с многоступенчатым переключателем ответвлений трансформатора для подачи электроэнергии к нагрузке при выбранном напряжении, при этом многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора сформирован таким образом, чтобы он мог подключаться к выбранной ступени напряжения для обеспечения подачи выбранного напряжения к электрической нагрузке.

В некоторых вариантах осуществления изобретения система регулируемого трансформатора напряжения для подачи электропитания к трехфазной электрической нагрузке включает первый регулируемый трансформатор напряжения, соединенный с первым плечом трехфазной электрической нагрузки; второй регулируемый трансформатор напряжения, соединенный со вторым плечом трехфазной электрической нагрузки; третий регулируемый трансформатор напряжения, соединенный с третьим плечом трехфазной электрической нагрузки. Каждый из регулируемых трансформаторов напряжения, а именно первый, второй и третий, содержит первичную обмотку, сформированную таким образом, чтобы она была соединена с источником электропитания, который снабжает первичную обмотку первичным напряжением; вторичную обмотку, электрически изолированную от первичной обмотки, причем вторичная обмотка сформирована для понижения первичного напряжения до вторичного напряжения, которое составляет заданный процент от первичного напряжения; многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора, соединенный с вторичной обмоткой, причем переключатель ответвлений трансформатора делит вторичное напряжение на выбранное количество ступеней напряжения, при этом ступени напряжения увеличиваются от выбранного минимального процента от вторичного напряжения до выбранного максимального процента от вторичного напряжения. Соответствующее плечо трехфазной электрической нагрузки сформировано таким образом, чтобы быть соединенным с многоступенчатым переключателем ответвлений трансформатора для обеспечения подачи электроэнергии к нагрузке при выбранном напряжении. Многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора сформирован таким образом, чтобы подключаться к выбранной ступени напряжения для обеспечения подачи выбранного напряжения к соответствующему плечу.

В некоторых вариантах осуществления изобретения способ регулировки напряжения, подаваемого на один или более электронагревателей, включает снабжение электроэнергией первого нагревателя при выбранном напряжении с использованием регулируемого трансформатора напряжения, причем регулируемый трансформатор напряжения содержит: первичную обмотку, сформированную таким образом, чтобы она была соединена с источником электропитания, который обеспечивает подачу первичного напряжения на первичную обмотку; вторичную обмотку, электрически изолированную от первичной обмотки, причем вторичная обмотка сформирована для понижения первичного напряжения до вторичного напряжения, которое составляет заданный процент от первичного напряжения; многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора, соединенный с вторичной обмоткой, причем переключатель ответвлений трансформатора делит вторичное напряжение на выбранное количество ступеней напряжения, при этом напряжение ступенчато увеличивается от напряжения, составляющего выбранный минимальный процент от вторичного напряжения, до напряжения, составляющего выбранный максимальный процент от вторичного напряжения, и многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора подключает выбранную ступень напряжения для обеспечения подачи выбранного напряжения к первому нагревателю; определение изменения электрического сопротивления первого нагревателя за выбранный промежуток времени; и корректировку выбранного напряжения, подаваемого на первый нагреватель, посредством подключения многоступенчатым переключателем ответвлений трансформатора выбранной ступени напряжения, причем выбранное напряжение изменяется в ответ на изменение электрического сопротивления первого нагревателя.

В некоторых вариантах осуществления изобретения способ регулировки напряжения, подаваемого на один или более электронагревателей, включает снабжение электроэнергией первого нагревателя при выбранном напряжении с использованием регулируемого трансформатора напряжения, причем регулируемый трансформатор напряжения содержит: первичную обмотку, сформированную таким образом, чтобы она была соединена с источником электропитания, который обеспечивает подачу первичного напряжения на первичную обмотку; вторичную обмотку, электрически изолированную от первичной обмотки, причем вторичная обмотка сформирована для понижения первичного напряжения до вторичного напряжения, которое составляет заданный процент от первичного напряжения; многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора, соединенный с вторичной обмоткой, причем переключатель ответвлений трансформатора делит вторичное напряжение на выбранное количество ступеней напряжения, при этом напряжение ступенчато увеличивается от напряжения, составляющего выбранный минимальный процент от вторичного напряжения, до напряжения, составляющего выбранный максимальный процент от вторичного напряжения, и многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора подключает выбранную ступень напряжения для обеспечения подачи выбранного напряжения к первому нагревателю; определение изменения электрического сопротивления первого нагревателя; обеспечение подачи электроэнергии при первом выбранном напряжении до тех пор, пока электрическое сопротивление первого нагревателя не достигнет выбранного значения; определение электрического сопротивления первого нагревателя за выбранный промежуток времени, и определение наличия изменений электрического сопротивления первого нагревателя при втором выбранном напряжении за выбранный промежуток времени; и корректировку второго выбранного напряжения, подаваемого на первый нагреватель, посредством подключения многоступенчатым переключателем ответвлений трансформатора выбранной ступени напряжения, причем выбранное напряжение изменяется в ответ на изменение электрического сопротивления первого нагревателя.

В некоторых вариантах осуществления изобретения способ регулировки напряжения, подаваемого на один или более электронагревателей, включает обеспечение электроэнергией первого нагревателя при выбранном напряжении с использованием регулируемого трансформатора напряжения, причем регулируемый трансформатор напряжения содержит: первичную обмотку, сформированную таким образом, чтобы она была соединена с источником электропитания, который обеспечивает подачу первичного напряжения на первичную обмотку; вторичную обмотку, электрически изолированную от первичной обмотки, причем вторичная обмотка сформирована для понижения первичного напряжения до вторичного напряжения, которое составляет заданный процент от первичного напряжения; многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора, соединенный с вторичной обмоткой, причем переключатель ответвлений трансформатора делит вторичное напряжение на выбранное количество ступеней напряжения, при этом напряжение ступенчато увеличиваются от напряжения, составляющего выбранный минимальный процент от вторичного напряжения, до напряжения, составляющего выбранный максимальный процент от вторичного напряжения, и многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора подключает выбранную ступень напряжения для обеспечения подачи выбранного напряжения к первому нагревателю; определение электрического сопротивления первого нагревателя при выбранном напряжении; и циклическое изменение выбранных напряжений, подаваемых на первый нагреватель, посредством переключения многоступенчатым переключателем ответвлений трансформатора между выбранными ступенями напряжения, по меньшей мере, между двумя ступенями напряжения таким образом, чтобы выбранное напряжение циклически изменялось, по меньшей мере, между двумя напряжениями при выбранной продолжительности времени подачи каждого из этих, по меньшей мере, двух напряжений.

В дополнительных вариантах осуществления изобретения признаки определенных вариантов осуществления изобретения могут быть объединены с признаками других вариантов осуществления изобретения. Например, признаки одного варианта осуществления изобретения могут быть объединены с признаками любого из вариантов осуществления изобретения.

В дополнительных вариантах осуществления изобретения обработка подземного пласта месторождения выполняется при применении любого из способов, любых систем, любого электропитания или любых нагревателей, описанных здесь.

В дополнительных вариантах осуществления изобретения к определенным вариантам осуществления изобретения, описанным здесь, могут быть добавлены дополнительные признаки.

Краткое описание чертежей

Преимущества настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники из следующего детального описания изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схема участка системы внутрипластовой тепловой обработки для обработки пласта, содержащего углеводород, согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

фиг.2 - схема известного регулятора напряжения с переключаемыми ответвлениями обычной конструкции;

фиг.3 - схема регулируемого трансформатора напряжения с переключаемыми ответвлениями;

фиг.4 - один из вариантов регулируемого трансформатора и регулятора согласно изобретению.

Наряду с тем что изобретение может подвергаться различным модификациям и могут использоваться альтернативные конфигурации, определенные варианты его осуществления представлены примерами, сопровождаемыми чертежами, которые далее будут подробно описаны. Чертежи приведены не в масштабе. Следует понимать, что чертежи и подробное их описание не предназначены для ограничения изобретения конкретной раскрытой конфигурацией, а напротив, намерение изобретателей состоит в том, чтобы охватить все модификации, эквиваленты и альтернативы, находящиеся в рамках существа и объема настоящего изобретения, как определено в нижеследующей формуле изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Термин «переменный ток» относится к изменяющемуся во времени току, который изменяет свое направление, по существу, синусоидально. При прохождении переменного тока в ферромагнитном проводнике имеет место поверхностный эффект.

«Точка Кюри» представляет собой температуру, выше которой ферромагнитный материал теряет все свои ферромагнитные свойства. Кроме потери всех своих ферромагнитных свойств выше точки Кюри, ферромагнитный материал начинает терять свои ферромагнитные свойства, когда через ферромагнитный материал проходит увеличивающийся электрический ток.

«Пласт» включает один или более слоев, содержащих углеводороды, и один или более слоев, не содержащих углеводороды, покрывающих и/или подстилающих отложений. Термин «нефтегазоносные слои» относится к слоям в пласте, которые содержат углеводороды. Нефтегазоносные слои могут содержать неуглеводородный материал и углеводородный материал. «Покрывающие» и/или «подстилающие» отложения включают непроницаемые материалы различных типов. Например, покрывающие и/или подстилающие отложения могут включать скальную породу, сланец, аргиллит или влажную/плотную карбонатную породу. Покрывающие и/или подстилающие отложения могут включать слой, содержащий углеводород, или слои, содержащие углеводород, которые являются относительно непроницаемыми и не подвергаются нагреву во время проведения процесса внутрипластовой тепловой обработки, что приводит к значительным изменениям характеристик слоев, содержащих углеводород, в покрывающих и/или подстилающих отложениях. Например, подстилающие отложения могут содержать сланец или аргиллит, однако подстилающие отложения по время проведения процесса внутрипластовой тепловой обработки не позволяют обеспечить нагрев до температур пиролиза. В некоторых случаях покрывающие и/или подстилающие отложения могут быть до некоторой степени проницаемыми.

Термин «пластовые текучие среды» относится к текучим средам, которые присутствуют в пласте, и могут включать текучие среды, полученные при пиролизе, синтез-газ, подвижные углеводороды и воду (пар). Пластовые текучие среды могут включать как углеводородные текучие среды, так и неуглеводородные текучие среды. Термин «подвижные текучие среды» относится к текучим средам в пласте, содержащем углеводороды, которые приобретают текучесть в результате тепловой обработки пласта. Термин «добытые текучие среды» относятся к текучим средам, удаленным из пласта.

«Источником тепла» является любая система, обеспечивающая нагрев, по меньшей мере, части пласта, по существу, при кондуктивной и/или радиационной передаче тепла. Например, источник тепла может включать электронагреватели в виде изолированного проводника, вытянутого элемента, и/или проводника, расположенного в трубопроводе. Источник тепла может также включать системы, которые генерируют тепло, при сжигании топлива вне пласта или в пласте. Системы могут быть поверхностными горелками, забойными газовыми горелками, беспламенными топочными камерами рассредоточенного горения и обычными топочными камерами рассредоточенного горения. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения тепло, генерированное одним или более источниками, может подводиться другими источниками энергии. Другие источники энергии могут непосредственно нагревать пласт, или энергия может передаваться теплоносителю, который прямо или косвенно нагревает пласт. Следует понимать, что в одном или более источников тепла, которые подводят тепло к пласту, могут использоваться различные источники энергии. Таким образом, например, для данного пласта некоторые источники тепла могут поставлять тепло от электрических нагревателей сопротивления, некоторые источники тепла могут давать тепло, полученное при сгорании, и некоторые источники тепла могут давать тепло от одного или более других источников энергии (например, химических реакций, солнечной энергии, энергии ветра, биомассы или других источников возобновляемой энергии). Химическая реакция может включать экзотермическую реакцию (например, реакцию окисления). Источник тепла может также являться нагревателем, который обеспечивает подачу тепла к зоне, ближайшей и/или окружающей нагреваемый пласт, например скважинным нагревателем.

«Нагревателем» является любая система или источник тепла для генерирования тепла в скважине или вблизи ствола скважины. Нагреватели могут являться, но не ограничиваясь этим, электронагревателями, горелками, топочными камерами, которые взаимодействуют с материалом в пласте или выработанным из пласта, и/или используется их комбинация.

«Углеводороды» обычно состоят из молекул, сформированных, прежде всего, атомами углерода и водорода. Углеводороды могут также содержать другие элементы, например, но не ограничиваясь этим, галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или серу. Углеводороды могут являться, но не ограничиваясь этим, керогеном, битуминозной нефтью, асфальтеном, нефтью, натуральным минеральным воском и нефтяным битумом. Углеводороды могут быть расположены в или близко к минеральной скелетной породе в грунте. Скелетная порода может включать, но не ограничиваясь этим, осадочную породу, песчаные пласты, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другие пористые среды. «Углеводородные текучие среды» являются текучим средами, которые включают углеводороды. Углеводородные текучие среды могут включать, захватывать или сами могут быть захвачены неуглеводородными текучим средами, например, водородом, азотом, оксидом углерода, диоксидом углерода, сероводородом, водой и аммиаком.

Термин «процесс внутрипластовой тепловой обработки» относится к процессу нагрева пласта, содержащего углеводород, источниками тепла с целью повышения температуры, по меньшей мере, на участке пласта выше температуры, обеспечивающей подвижность текучей среды, висбрекинг, и/или пиролиз материала, содержащего углеводород, что приводит к созданию в пласте подвижных текучих сред, текучих сред, образующихся при вискбрекинге, и/или текучих сред, образующихся при пиролизе.

Термин «нагреватель с ограничением температуры» обычно относится к нагревателю, в котором регулируется тепловая мощность (например, снижается), ограничивая подъем температуры выше заданной температуры, без использования внешних средств управления, например, терморегуляторов, регуляторов мощности, выпрямителей или других устройств. Нагревателями с ограничением температуры могут являться нагреватели электросопротивления, питаемые переменным током или модулированным (например, «прерывистым») постоянным током.

Термин «ствол скважины» относится к отверстию в пласте, выполненному бурением или при установке трубопровода в пласт. Ствол скважины может иметь, по существу, круглое поперечное сечение или поперечное сечение другой формы. Используемые здесь термины «скважина» и «отверстие», относящиеся к отверстию в пласте, могут использоваться наравне с термином «ствол скважины».

Пласт может обрабатываться различными способами для получения многих различных продуктов. При проведении внутрипластовой тепловой обработки могут использоваться различные стадии или процессы для обработки пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения в одном или более участков пласта проводится добыча растворением для удаления растворимых ископаемых из данного участка. Добыча минералов растворением может быть выполнена до, во время и/или после выполнения процесса внутрипластовой тепловой обработки. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения средняя температура одного или более участков при добыче растворением может поддерживаться ниже примерно 120°C.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения один или более участков пласта нагревается для удаления воды из участка и/или удаления метана и других летучих углеводородов из этих участков. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура может повышаться от температуры окружающей среды до температур ниже примерно 220°C во время удаления воды и летучих углеводородов.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения один или более участков пласта нагревают до температур, при которых в пласте углеводороды становятся подвижными и/или происходит висбрекинг углеводородов. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения среднюю температуру в одном или нескольких участках пласта повышают до температур, при которых углеводороды становятся подвижными на участках пласта (например, до температур в диапазоне от 100°C до 250°C, от 120°C до 240°C или от 150°C до 230°C).

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения один или более участков пласта нагревают до температур, при которых в пласте происходят реакции пиролиза. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения средняя температура в одном или нескольких участках пласта может быть повышена до температур пиролиза углеводородов (например, до температур в диапазоне от 230°C до 900°C, от 240°C до 400°C или от 250°C до 350°C).

Нагревая пласт, содержащий углеводород, при использовании множества источников тепла можно создать температурные градиенты вокруг источников тепла, которые повышают температуру углеводородов в пласте до желаемой температуры при желаемой скорости нагрева. Скорость повышения температуры вплоть до диапазона температур подвижности и/или диапазона температур пиролиза для получения желаемых продуктов может оказать влияние на качество и количество текучих сред в пласте, получаемых из углеводородов, содержащихся в пласте. Медленный подъем температуры пласта вплоть до диапазона температур подвижности и/или диапазона температур пиролиза может обеспечить добычу из пласта высококачественных углеводородов с высокой плотностью в градусах API. Медленный подъем температуры в пласте вплоть до диапазона температур подвижности и/или диапазона температур пиролиза может позволить удалить большое количество углеводородов, присутствующих в пласте в виде нефтепродуктов.

В некоторых вариантах осуществления внутрипластовой тепловой обработки согласно изобретению участок пласта нагревают до желаемой температуры вместо того, чтобы медленно повышать температуру вплоть до вышеуказанного диапазона температур. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения желаемая температура составляет 300°C, 325°C или 350°C. В качестве желаемой температуры может быть выбрана другая температура.

Сложение тепла от источников тепла позволяет относительно быстро и эффективно устанавливать в пласте желаемую температуру. Ввод энергии в пласт от источников тепла можно регулировать для поддержания в пласте, по существу, желаемой температуры.

Подвижные продукты и/или продукты, полученные в результате пиролиза, могут быть созданы в пласте посредством промысловой скважины. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения среднюю температуру в одном или нескольких участках пласта повышают до температур подвижности текучих сред, и из промысловых скважин добывают углеводороды. Средняя температура в одном или нескольких участках пласта может быть повышена до температур пиролиза при вторичной добыче из-за снижения подвижности текучих сред ниже выбранной. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения средняя температура в одном или нескольких участках пласта может быть повышена до температур пиролиза при том, что до достижения температуры пиролиза не проводилась существенная добыча. Пластовые текучие среды, включая продукты, полученные при пиролизе, могут добываться посредством промысловых скважин.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения среднюю температуру в одном или нескольких участках пласта можно повысить до температуры, достаточной для производства синтез-газа, когда достигнута подвижность углеводородов и/или произошел пиролиз. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения температуру углеводородов можно повысить до температуры, достаточной для производства синтез-газа, притом что до достижения этой температуры не проводилась существенная добыча. Например, синтез-газ может быть произведен в диапазоне температур от около 400°C до около 1200°C, от около 500°C до около 1100°C или от около 550°C до около 1000°C. Текучая среда (например, пар и/или вода), который генерирует синтез-газ, может быть введен в участки пласта для выработки синтез-газа. Синтез-газ может добываться из промысловых скважин.

Добыча растворением, удаление летучих углеводородов и воды, удаление подвижных углеводородов и углеводородов, полученных пиролизом, а также выработка синтез-газа и/или другие процессы могут быть выполнены во время внутрипластовой тепловой обработки. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения некоторые процессы могут быть выполнены после проведения процесса внутрипластовой тепловой обработки. Такие процессы могут включать, но не ограничиваясь этим, возвращение тепла из обработанных участков, хранение текучих сред (например, воды и/или углеводородов) в предварительно обработанных участках, и/или изолирование диоксида углерода в предварительно обработанных участках пласта.

На фиг.1 представлена схема участка системы внутрипластовой тепловой обработки для обработки пласта, содержащего углеводород, согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Система внутрипластовой тепловой обработки может включать барьерные скважины 200. Барьерные скважины используются, чтобы сформировать защиту вокруг области обработки. Барьер препятствует проникновению потока текучих сред в область обработки и/или из нее. Барьерные скважины включают, но не ограничиваясь этим, дренажные скважины, вакуумные скважины, скважины перехвата, нагнетательные скважины, заливочные скважины, скважины для замораживания или их сочетания. В соответствии с некоторыми вариантами изобретения барьерные скважины 200 являются дренажными скважинами. С помощью дренажных скважин можно удалить жидкую воду и/или воспрепятствовать поступлению жидкой воды в участок пласта, который должен нагреваться, или к нагреваемому пласту. В соответствии с вариантом осуществления изобретения, представленным на фиг.1, барьерные скважины 200 расположены только с одной стороны от источников 202 нагрева, однако барьерные скважины могут окружать все используемые источники 202 нагрева или могут использоваться для нагрева обрабатываемой области пласта.

Источники 202 тепла размещают, по меньшей мере, на одном участке пласта. Источники 202 тепла могут включать нагреватели в виде изолированных проводников, нагреватели «проводник-в-трубопроводе», поверхностные горелки, беспламенные топочные камеры рассредоточенного горения и обычные топочные камеры рассредоточенного горения. Источники 202 тепла могут также включать другие типы нагревателей. Источники 202 тепла обеспечивают нагрев, по меньшей мере, одного участка пласта, чтобы нагреть углеводороды в пласте. К источникам 202 тепла энергия может подаваться по питающей линии 204. Питающие линии 204 в конструктивном отношении могут различаться в зависимости от типа источника тепла или источников тепла, используемых для нагрева пласта. По питающим линиям 204 к источникам тепла может передаваться электроэнергия для электронагревателей, может транспортироваться топливо для топочных камер или может транспортироваться теплоноситель, который циркулирует в пласте. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения электричество для процесса внутрипластовой тепловой обработки может подаваться от атомной электростанции или атомных электростанций. Использование ядерной энергетики может позволить сократить или устранить выброс диоксида углерода при проведении процесса внутрипластовой тепловой обработки.

Промысловые скважины 206 используются для удаления из пласта текучей среды. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения промысловые скважины 206 включают источник тепла. Источник тепла в промысловой скважине может нагревать один или более участков пласта в промысловой скважине или вблизи нее. В некоторых вариантах проведения процесса внутрипластовой тепловой обработки согласно изобретению количество тепла, подаваемого из промысловой скважины в пласт, из расчета на метр промысловой скважины, меньше количества тепла, подводимого к пласту от источника тепла, нагревающего пласт, из расчета на метр источника тепла.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения применение источника тепла в промысловой скважине 206 дает возможность удалять пластовые текучие среды из пласта с помощью пара. Подача тепла в промысловую скважину или посредством промысловой скважины может: (1) препятствовать конденсации и/или стеканию добываемых текучих сред, когда такие добываемые текучие среды перемещаются в промысловой скважине вблизи покрывающего отложения, (2) увеличивать подвод тепла в пласт, (3) повышать производительность промысловой скважины по сравнению с промысловой скважиной без источника тепла, (4) препятствовать конденсации соединений с высоким углеродным числом (C₆ и выше) в промысловой скважине, и/или (5) увеличивать проницаемость пласта в промысловой скважине или вблизи промысловой скважины.

Подземное давление в пласте может соответствовать давлению текучей среды, образованному в пласте. Так как температура в нагретом участке пласта повышается, давление в нагретом участке может возрастать в результате теплового расширения текучих сред, увеличения образования текучих сред и испарения воды. При регулировании скорости удаления текучих сред из пласта можно обеспечить регулирование давления в пласте. Давление в пласте можно определять в нескольких различных местах, например, вблизи промысловых скважин или в промысловых скважинах, вблизи источников тепла или в источниках тепла или в контрольных скважинах.

В некоторых пластах, содержащих углеводород, добыча углеводородов из пласта тормозится до тех пор, пока, по меньшей мере, некоторые углеводороды в пласте не станут подвижными и/или пиролизованными. Когда пластовая текучая среда приобретает требуемые свойства, она может быть добыта из пласта. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения требуемые свойства включают плотность в градусах API, по меньшей мере, около 15°, 20°, 25°, 30° или 40°. Задержка добычи до тех пор, пока, по меньшей мере, некоторые углеводороды не станут подвижными и/или пиролизованными, может увеличить превращение тяжелых углеводородов в легкие углеводороды. Задержка начальной добычи может минимизировать добычу тяжелых углеводородов из пласта. При добыче значительных количеств тяжелых углеводородов может потребоваться дорогостоящее оборудование и/или может сократиться срок службы производственного оборудования.

После достижения температур подвижности или пиролиза углеводородов имеется возможность производить добычу из пласта, давление в пласте можно изменять, чтобы изменять и/или регулировать состав добываемого пластового текучей среды, регулировать в пластовой текучей среде процент конденсируемой текучей среды по сравнению с неконденсируемой текучей средой, и/или регулировать плотность в градусах API добываемой пластовой текучей среды. Например, снижение давления может привести к добыче большего количества компонента конденсируемой текучей среды. Конденсируемый компонент текучей среды может содержать больший процент олефинов.

При проведении некоторых процессов внутрипластовой тепловой обработки согласно изобретению в пласте можно поддерживать достаточно высокое давление, чтобы способствовать добыче пластовой текучей среды с плотностью в градусах API, составляющей более 20°. Поддержание повышенного давления в пласте может воспрепятствовать проседанию пласта во время внутрипластовой тепловой обработки. Поддержание повышенного давления может снизить или исключить необходимость в сжатии пластовых текучих сред, поднятых на поверхность, для транспортировки текучих сред посредством сборных трубопроводов на установку по переработке.

Поддержание повышенного давления в нагретом участке пласта может дать возможность добыть большое количество углеводородов повышенного качества с относительно низкой молекулярной массой. Можно поддерживать такое давление, чтобы добытая пластовая текучая среда имела минимальное количество соединений с углеродным числом выше выбранного значения. Выбранное углеродное число может быть не более 25, не более 20, не более 12 или не более 8. Некоторые соединения с высоким углеродным числом могут быть захвачены паром в пласте и могут быть удалены из пласта с паром. Поддержание повышенного давления в пласте может подавлять захват паром соединений с высоким углеродным числом и/или полициклических углеводородных соединений. Соединения с высоким углеродным числом и/или полициклические углеводородные соединения могут оставаться в жидкой фазе в пласте в течение значительного периода времени. Значительный период времени может обеспечить достаточное время для пиролиза соединений, чтобы сформировать углеродные соединения с более низким углеродным числом.

Пластовая текучая среда, добытая из промысловых скважин 206, может транспортироваться посредством сборного трубопровода 208 на установку 210 по переработке. Пластовые текучие среды могут также быть созданы источниками 202 тепла. Например, текучие среды могут быть созданы источником 202 тепла, чтобы регулировать давление в пласте рядом с источниками тепла. Текучая среда, созданный источником 202 тепла, может транспортироваться посредством трубы или трубопровода в сборный трубопровод 208, или добытая текучая среда может транспортироваться посредством трубы или трубопровода непосредственно на установку 210 по переработке. Установка 210 по переработке может включать сепарационную установку, реакционный блок, блок облагораживания, топливные элементы, турбины, емкости для хранения и/или другие системы и блоки для обработки добытых пластовых текучих сред. Установка по переработке может производить транспортное топливо, по меньшей мере, из части углеводородов, добытых из пласта. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения транспортное топливо может быть реактивным топливом.

Современные регуляторы напряжения общего назначения имеют микропроцессорные контроллеры, которые регулируют выходное напряжение, обеспечивая переключение ответвлений вверх или вниз, чтобы, соответственно, установить желаемую величину напряжения. Типичные контроллеры обеспечивают контроль тока и могут обладать способностью дистанционной передачи данных. Встроенное программное обеспечение контроллера может быть изменено для регулировки по току (например, регулировки, желательной для поддержания постоянной потребляемой мощности, поскольку сопротивление нагревателя изменяется с температурой). Контроль сопротивления нагрузки, так же как и анализ других электрических параметров, основанный на расчете, является возможным, поскольку контроллер может определять как ток, так и напряжение. Кроме тока измеряемые электрические свойства включают, но не ограничиваясь этим, мощность, напряжение, коэффициент нагрузки, сопротивление или пульсацию, которые могут использоваться в качестве параметров регулировки. Типичные переключатели ответвлений трансформатора выдерживают допустимую кратковременную токовую нагрузку, составляющую 200% от номинальной. Таким образом, контроллер регулятора может быть запрограммирован реагировать на токи перегрузки посредством операции переключения ответвлений трансформатора.

Могут использоваться электронные устройства управления нагревателем, например, кремниевые управляемые тиристоры (SCR) для обеспечения подачи электроэнергии к нагревателям подземных пластов и их регулировки. Использование кремниевых управляемых тиристоров (SCR) является дорогим и может обусловить избыточный расход электроэнергии в силовой сети. Также кремниевые управляемые тиристоры (SCR) могут создавать гармонические искажения при регулировке мощности нагревателей подземных пластов. Гармонические искажения могут вносить шумы в силовую линию и нагружать нагреватели. Кроме того, кремниевые управляемые тиристоры (SCR) могут чрезмерно нагружать нагреватели, переключая электропитание между двумя положениями «полностью включено» и «полностью выключено», вместо того чтобы регулировать электропитание в диапазоне установки оптимального тока или вблизи него. Таким образом, может происходить существенное завышение и/или занижение температуры при расчетном токе для нагревателей с ограничением температуры (например, для нагревателей, использующих ферромагнитные материалы для самоограничения температуры).

Регулируемый трансформатор напряжения с переключением ответвлений, в основе которого лежит конструкция регулятора с переключением ответвлений, может использоваться для подачи электропитания к нагревателям подземных пластов и для их регулировки, осуществляемых более просто и без гармонических искажений, связанных с электронной регулировкой нагревателя. Трансформатор напряжения может быть соединен с системами распределения электропитания посредством простых и недорогих плавких выключателей. Трансформатор напряжения может действовать как экономичный независимый полнофункциональный регулятор нагревателя и разделительный трансформатор.

На фиг.2 представлена схема регулятора 212 напряжения с переключаемыми ответвлениями известной конструкции. Регулятор 212 обеспечивает регулировку в диапазоне плюс или минус 10% от входного или сетевого напряжения. Регулятор 212 включает первичную обмотку 214 и секцию 216 переключателя ответвлений, которая включает вторичную обмотку регулятора. Первичная обмотка 214 является последовательной обмоткой, электрически соединенной с вторичной обмоткой секции 216 переключателя ответвлений. Секция 216 переключателя ответвлений включает восемь ответвлений 218А-Н, которые разделяют напряжение на вторичной обмотке на ступени напряжения. Переключатель 220 ответвлений с подвижным контактом является предохранительным автотрансформатором с подвижным контактом, имеющим балансную обмотку. Переключатель 220 ответвлений может иметь скользящий контакт, который перемещается между ответвлениями 218А-Н в секции 216 переключателя ответвлений. Переключатель 220 ответвлений может быть рассчитан на большой ток, например, вплоть до 668 А или более.

Переключатель 220 ответвлений либо контактирует с одним ответвлением 218, либо образует перемычку между двумя ответвлениями для получения среднего напряжения между двумя напряжениями ответвлений. Таким образом, создано 16 эквивалентных ступеней напряжения для переключателя 220 ответвлений, чтобы обеспечить соединение в секции 216 переключателя ответвлений. Ступени напряжения делят 10%-ный диапазон регулирования равномерно (5/8% на ступень). Переключатель 222 изменяет регулировку напряжения от плюса к минусу. Таким образом, напряжение может регулироваться в диапазоне плюс 10% или минус 10% от входного напряжения.

С помощью трансформатора 224 напряжения определяется потенциал на выводе 226. Потенциал на выводе 226 может использоваться для анализа, выполняемого микропроцессорным контроллером. Контроллер регулирует положение контакта на ответвлении для обеспечения заданного значения напряжения. Силовой регулировочный трансформатор 228 обеспечивает подачу электропитания контроллеру и двигателю переключателя ответвлений. Трансформатор 230 тока используется для определения тока в регуляторе.

На фиг.3 представлена схема регулируемого трансформатора 232 напряжения с переключаемыми ответвлениями. Схема трансформатора 232 основана на схеме регулятора напряжения с переключаемыми ответвлениями, представленной на фиг.2. Первичная обмотка 214 изолирована от вторичной обмотки секции 216 переключателя ответвлений для создания отдельной первичной обмотки и отдельной вторичной обмотки. Первичная обмотка 214 может быть соединена с источником напряжения при использовании выводов 234, 236. Источник напряжения может подавать первичное напряжение к первичной обмотке 214. Первичное напряжение может быть высоким напряжением, например, напряжением, по меньшей мере, 5 кВ, по меньшей мере, 10 кВ, по меньшей мере, 25 кВ или, по меньшей мере, 35 кВ вплоть до примерно 50 кВ. Вторичная обмотка в секции 216 переключателя ответвлений может быть соединена с электрической нагрузкой (например, одним или более нагревателей подземных пластов) с использованием выводов 238, 240. Электрическая нагрузка может включать, но не ограничиваясь этим, нагреватель с изолированным проводником (например, нагреватель, имеющий проводник с неорганической изоляцией), нагреватель «проводник-в-трубопроводе», нагреватель с ограничением температуры, нагреватель в двух плечах, или нагреватель в одном плече конфигурации трехфазного нагревателя. Электрическая нагрузка может быть отличной от нагревателя (например, оборудование низа бурильной колонны для формирования ствола скважины).

Вторичная обмотка в секции 216 переключателя ответвлений понижает первичное напряжение в первичной обмотке 214 до вторичного напряжения (например, до напряжения, которое ниже первичного напряжения, или до вторичного напряжения). В соответствии с определенными вариантами осуществления изобретения вторичная обмотка в секции 216 переключателя ответвлений понижает напряжение первичной обмотки 214 до вторичного напряжения, которое составляет от 5% до 20% от первичного напряжения первичной обмотки. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения вторичная обмотка в секции 216 переключателя ответвлений понижает напряжение первичной обмотки 214 до вторичного напряжения, которое составляет от 1% до 30% или от 3% до 25% от первичного напряжения первичной обмотки. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения вторичная обмотка в секции 216 переключателя ответвлений понижает напряжение первичной обмотки 214 до вторичного напряжения, которое составляет 10% от первичного напряжения первичной обмотки. Например, первичное напряжение 7200 В на первичной обмотке может быть понижено в секции 216 переключателя ответвлений до вторичного напряжения 720 В на вторичной обмотке.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения задается процент снижения напряжения в секции 216 переключателя ответвлений. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения процент снижения напряжения в секции 216 переключателя ответвлений можно регулировать, по мере необходимости, для обеспечения требуемой работы нагрузки, которая подключена к трансформатору 232.

Ответвления 218А-Н (или любое другое количество ответвлений) делят вторичное напряжение вторичной обмотки в секции 216 переключателя ответвлений на ступени напряжения. Вторичное напряжение разделено на ступени напряжения от выбранного минимального процента от вторичного напряжения вплоть до полной величины вторичного напряжения. В соответствии с определенными вариантами осуществления изобретения вторичное напряжение разделено на эквивалентные ступени напряжения от выбранного минимального процента от вторичного напряжения до полной величины вторичного напряжения. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения выбранный минимальный процент составляет 0% от вторичного напряжения. Например, вторичное напряжение может быть разделено ответвлениями на равные ступени напряжения, располагающиеся от 0 B до 720 B. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения выбранный минимальный процент составляет 25% или 50% от вторичного напряжения.

Трансформатор 232 включает переключатель 220 ответвлений, который либо контактирует с одним ответвлением 218, либо создает перемычку между двумя ответвлениями, чтобы обеспечить среднее напряжение между двумя напряжениями ответвлений. Положение контакта переключателя 220 ответвлений на ответвлениях определяет напряжение, подаваемое к электрической нагрузке, подключенной к выводам 238, 240. Например, размещение 8 ответвлений в секции 216 переключателя ответвлений обеспечивает 16 ступеней напряжения для соединения переключателя 220 ответвлений в секции 216 переключателя ответвлений. Таким образом, электрической нагрузке можно подать 16 различных напряжений, изменяющихся от выбранного минимального процента от вторичного напряжения до величины вторичного напряжения.

В определенных вариантах трансформатора 232 согласно изобретению ступени напряжения делят диапазон между выбранным минимальным процентом от вторичного напряжения и вторичным напряжением поровну (ступени напряжения эквивалентны). Например, восемь ответвлений могут разделить вторичное напряжение 720 B на 16 ступеней напряжения от 0 B до 720 B таким образом, чтобы каждое ответвление увеличивало напряжение, подаваемое к электрической нагрузке на 45 B. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения ступени напряжения делят диапазон между выбранным минимальным процентом от вторичного напряжения и вторичным напряжением на неравные доли (ступени напряжения не эквивалентны). Например, ступени напряжения в верхней половине секции переключателя ответвлений могут иметь большую величину по сравнению со ступенями напряжения в нижней половине секции переключателя ответвлений.

Переключатель 222 может использоваться для электрического разъединения вывода 240 вторичной обмотки и ответвления 218. При электрической изоляции вывода 240 вторичной обмотки отключается электропитание (напряжение), подаваемое к электрической нагрузке, которая подключена к выводам 238, 240. Таким образом, переключатель 222 обеспечивает внутреннее разъединение в трансформаторе 232, чтобы электрически изолировать и отключить электропитание (напряжение), подаваемое к электрической нагрузке, которая подключена к трансформатору.

В трансформаторе 232 от первичной обмотки 214 электрически изолированы трансформатор напряжения 224, силовой регулировочный трансформатор 228 и трансформатор 230 тока. Электрическая изоляция защищает трансформатор напряжения 224, силовой регулировочный трансформатор 228 и трансформатор 230 тока от перегрузки по току и/или по напряжению, вызванной первичной обмоткой 214.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения трансформатор 232 используется для подачи питания к переменной электрической нагрузке (к примеру, к нагревателю подземных пластов, например, но не ограничиваясь этим, к нагревателю с ограничением температуры при использовании ферромагнитного материала, который обладает свойством самоограничения при температуре Кюри или в диапазоне температур фазового перехода). Трансформатор 232 позволяет подавать электропитание к электрической нагрузке, обеспечивая регулировку напряжения при малых приращениях (ступенях напряжения) перемещением контакта переключателя 220 ответвлений между ответвлениями 218. Таким образом, напряжение, подаваемое к электрической нагрузке, может регулироваться постепенно, чтобы обеспечить, по существу, подачу постоянного тока к электрической нагрузке в ответ на изменения, происходящие в электрической нагрузке (например, изменения сопротивления электрической нагрузки). Напряжение, подаваемое к электрической нагрузке, можно регулировать пошагово от минимального напряжения (выбранного минимального процента) до полного потенциала (вторичного напряжения). Приращения напряжения могут быть равными приращениями или неравными приращениям. Таким образом, к электрической нагрузке не должно подаваться полное напряжение или отключаться электропитание, например, как это происходит при применении регулятора на кремниевых управляемых тиристорах (SCR). При использовании небольших приращений напряжения можно уменьшить циклическое воздействие на электрическую нагрузку и можно увеличить срок службы устройства, которое представляет собой электрическую нагрузку. Трансформатор 232 изменяет напряжение при использовании механической операции вместо электрического переключения, применяемого в кремниевых управляемых тиристорах. Электрическое переключение может добавить гармонические искажения и/или шумы к сигналу напряжения, который подается к электрической нагрузке. Механическое переключение трансформатора 232 обеспечивает чистую бесшумовую ступенчатую регулировку напряжения, подаваемого к электрической нагрузке.

Трансформатор 232 может управляться контроллером 242. Контроллер 242 может быть микропроцессорным контроллером. Контроллер 242 может снабжаться электроэнергией от силового регулировочного трансформатора 228. Контроллер 242 может определять свойства трансформатора 232, включая секцию 216 переключателя ответвлений, и/или может определять свойства электрической нагрузки, подключенной к трансформатору. Примерами свойств, которые могут быть определены контроллером 242, являются, но не ограничиваясь этим, напряжение, ток, мощность, коэффициент нагрузки, пульсация, также контроллер определяет количество операций переключения ответвлений, регистрирует максимальные и минимальные значения, определяет износ контактов переключателя сигнала и электрическое сопротивление нагрузки.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения контроллер 242 подсоединен к электрической нагрузке, чтобы определять свойства электрической нагрузки. Например, контроллер 242 может быть подсоединен к электрической нагрузке с использованием оптиковолоконного кабеля. Использование оптиковолоконного кабеля позволяет определять свойства электрической нагрузки, например, но не ограничиваясь этим, электрическое сопротивление, импеданс, емкость и/или температуру. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 подсоединен к трансформатору напряжения 224 и/или трансформатору 230 тока для того, чтобы определять выходное напряжение и/или выходной ток трансформатора 232. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения напряжение и ток используются для определения сопротивления электрической нагрузки за один или более выбранных промежутков времени. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения напряжение и ток используются для определения или диагностики других свойств электрической нагрузки (например, температуры).

В соответствии с вариантами осуществления изобретения контроллер 242 регулирует выходное напряжение трансформатора 232 в ответ на изменения, происходящие в электрической нагрузке, которая подключена к трансформатору, или в ответ на другие изменения, происходящие в системе распределения электропитания, например, но, не ограничиваясь этим, на изменения входного напряжения, подаваемого на первичную обмотку, или на другие изменения в электропитании. Например, контроллер 242 может регулировать входное напряжение трансформатора 232 в ответ на изменение электрического сопротивления электрической нагрузки. Контроллер 242 может регулировать выходное напряжение трансформатора 232, регулируя перемещение контакта регулируемого переключателя ответвлений 220 между ответвлениями 218. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 регулирует выходное напряжение трансформатора 232 таким образом, чтобы электрическая нагрузка (например, нагреватель подземных пластов) работала при относительно постоянном токе. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 может регулировать выходное напряжение трансформатора 232, перемещая контакт переключателя 220 ответвлений к новому ответвлению, может определять сопротивление и/или мощность при новом ответвлении и, при необходимости, может перемещать контакт переключателя ответвлений к другому ответвлению.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 определяет электрическое сопротивление нагрузки (например, измеряя напряжение и ток при использовании трансформатора напряжения и трансформатора тока, или измеряя сопротивление электрической нагрузки при использовании оптиковолоконного кабеля) и сравнивает определяемое электрическое сопротивление с теоретическим сопротивлением. Выявив разницу между оцененным сопротивлением и теоретическим сопротивлением, контроллер 242 может регулировать выходное напряжение трансформатора 232. В некоторых вариантах осуществления изобретения теоретическое сопротивление является оптимальным сопротивлением для работы электрической нагрузки. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения теоретическое сопротивление постепенно изменяется в результате других изменений, происходящих в электрической нагрузке (например, изменения температуры электрической нагрузки).

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 является программируемым для циклического перемещения контакта переключателя 220 ответвлений между двумя ответвлениями 218 или более, чтобы достичь промежуточного выходного напряжения (например, выходного напряжения между выходными напряжениями двух ответвлений). Контроллер 242 может регулировать время нахождения контакта переключателя 220 ответвлений на каждом из ответвлений, между которыми он циклически перемещается, чтобы получить среднее напряжение, соответствующее требуемому промежуточному выходному напряжению или близкое к нему. Например, контроллер 242 может удерживать контакт переключателя 220, приблизительно, 50% времени на каждом из двух ответвлений, чтобы поддерживать среднее напряжение, приблизительно, между напряжениями ответвлений.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 является программируемым для ограничения во времени количества изменений напряжения (перемещения контакта переключателя 220 ответвлений между ответвлениями 218 или циклы переключения ответвлений). Например, контроллер 242 каждые 30 минут может позволить только 1 переключение ответвлений или 2 переключения ответвлений в час. Ограничение количества переключений ответвлений во времени снижает воздействие на электрическую нагрузку (например, нагреватель) изменений напряжения, подаваемого к нагрузке. Снижение этого воздействия на электрическую нагрузку может увеличить срок службы электрической нагрузки. Ограничение количества переключений ответвлений может также увеличить срок службы устройства, переключающего ответвления. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения при использовании контроллера количество переключений ответвлений во времени является регулируемым. Например, пользователю может быть дана возможность регулировать цикличность переключений ответвлений на трансформаторе 232.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 является программируемым для подачи электропитания к электрической нагрузке при запуске. Например, для нагревателей подземных пластов может потребоваться определенный протокол запуска (например, большой ток при начальном периоде нагрева и меньший ток при достижении заданной температуры нагревателя). Постепенно повышая мощность, подаваемую нагревателю при требуемой процедуре, можно снизить механические напряжения на нагреватели, возникающие в результате различной скорости расширения материалов. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 постепенно повышает мощность, подаваемую к электрической нагрузке, при регулируемом увеличении ступеней напряжения во времени. В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер 242 постепенно повышает мощность, подаваемую к электрической нагрузке, при регулируемом повышении мощности в час. Контроллер 242 может быть запрограммирован для автоматического ввода в действие электрической нагрузки согласно пользовательской процедуре запуска или согласно предварительно запрограммированной процедуре запуска.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 является программируемым для выключения электропитания, подаваемого к электрической нагрузке, при последовательности завершения работы. Например, для нагревателей подземных пластов может потребоваться определенный протокол завершения работы, чтобы воспрепятствовать быстрому охлаждению нагревателей. Контроллер 242 может быть запрограммирован, чтобы автоматически отключать электрическую нагрузку согласно пользовательской процедуре завершения работы или согласно заранее запрограммированной процедуре завершения работы.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 является программируемым для подачи электропитания к электрической нагрузке в определенной последовательности для удаления влаги. Например, для нагревателей подземных пластов или двигателей может потребоваться запуск при низких напряжениях для удаления влаги из системы до подачи более высокого напряжения. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 препятствует повышению напряжения до тех пор, пока значения электрического сопротивления нагрузки не будут соответствовать требованиям. Ограничение повышения напряжения не позволит трансформатору 232 подавать напряжения, которые вызывают короткое замыкание из-за наличия влаги в системе. Контроллер 242 может быть запрограммирован для автоматического ввода в действие электрической нагрузки согласно пользовательской процедуре для удаления влаги или согласно заранее запрограммированной процедуре для удаления влаги.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 является программируемым для снижения мощности, подаваемой к электрической нагрузке, с учетом изменений входного напряжения на первичной обмотке 214. Например, мощность, подаваемая к электрической нагрузке, может быть снижена при частичном нарушении электроснабжения или в других случаях при недостаточном электропитании. Снижение мощности, подаваемой к электрической нагрузке, может компенсировать снижение электропитания.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 является программируемым для защиты электрической нагрузки от перегрузки. Контроллер 242 может быть запрограммирован таким образом, чтобы автоматически немедленно снизить выходное напряжение, если ток, подводимый к электрической нагрузке, превышает выбранное значение. При контроле тока выходное напряжение может быть снижено быстро, насколько это возможно. Определение тока происходит в более быстром временном масштабе, чем снижение напряжения, таким образом, напряжение нужно снижать как можно быстрее до тех пор, пока ток не снизится до выбранного значения. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения может блокироваться переключение ответвлений (ступеней напряжения), чтобы не допустить превышения тока. Для ограничения тока могут использоваться предохранители на вторичной обмотке трансформатора. Подключение к ответвлениям, соответствующим более низкому напряжению, в ответ на превышение тока может обеспечить продолжение работы трансформатора даже при частичных неисправностях или отключении электрических нагрузок, например нагревателей.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 регистрирует или отслеживает данные, касающиеся работы электрической нагрузки и/или трансформатора 232. Например, контроллер 242 может регистрировать изменения сопротивления или других свойствах электрической нагрузки или трансформатора 232. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 регистрирует неисправности, возникающие при работе трансформатора 232 (например, пропущенные ступени изменения напряжения).

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения контроллер 242 включает коммуникационные модули. Коммуникационные модули могут быть запрограммированы для определения статуса, получения данных и/или проведения диагностики любого устройства или системы, соединенной с контроллером, например, электрической нагрузки или трансформатора 232. Коммуникационные модули могут обеспечивать связь при использовании последовательной связи RS485, локальной сети (Ethernet), оптиковолоконной линии связи, радиосвязи и/или других коммуникационных технологий, известных в данной области техники. Коммуникационные модули могут использоваться для передачи информации дистанционно на другой участок, чтобы контроллер 242 и трансформатор 232 работали автономно или автоматически, но также были способны посылать сообщения на другой участок (например, пункт центрального управления). Пункт центрального управления может контролировать несколько контроллеров и трансформаторов (например, контроллеры и трансформаторы, расположенные в области обработки углеводорода). В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения при использовании коммуникационных модулей обеспечивается возможность пользователям или оборудованию на пункте центрального управления дистанционного работать с одним или более контроллеров.

На фиг.4 представлен один из вариантов трансформатора 232 и контроллера 242 согласно изобретению. В соответствии с вариантами осуществления изобретения трансформатор 232 заключен в корпус 244. Корпус 244 может быть цилиндрическим контейнером. Корпус 244 может быть любым другим подходящим корпусом, известным в данной области техники (например, типа прямоугольного корпуса трансформаторной подстанции). Контроллер 242 может быть установлен на внешней стороне корпуса 244. Выводы 234, 236, 238, и 240 могут быть наружными высоковольтными выводами, расположенными на внешней стороне корпуса 244 для подключения трансформатора 232 к электропитанию и электрической нагрузке.

В соответствии с определенными вариантами осуществления изобретения корпус 244 установлен на стойке или удален от земли другим образом. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения один или более корпусов 244 установлены на поднятой платформе, поддерживаемой стойкой, или на поднятой опоре. При установке корпуса 244 на стойке или опоре усиливается циркуляция воздуха в корпусе и в трансформаторе 232, а также вокруг них. Усиление циркуляции воздуха снижает рабочие температуры и повышает эффективность трансформатора. В соответствии с определенными вариантами осуществления изобретения компоненты трансформатора 232 соединены с верхней частью корпуса 244 таким образом, чтобы при удалении верхней части корпуса компоненты можно было удалить из корпуса как единый блок.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения используются три трансформатора 232 для обеспечения работы трех, или кратных трем, электрических нагрузок в трехфазной конфигурации. Может проводиться контроль трех указанных трансформаторов для того, чтобы определить синхронность положений ответвлений в каждом трансформаторе (одинаковое положение ответвлений). В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения для регулировки трех указанных трансформаторов используется один контроллер 242. Контроллер может контролировать трансформаторы для обеспечения синхронной работы трансформаторов.

Очевидно, что изобретение не ограничивается отдельными описанными системами, которые, несомненно, могут быть изменены. Также следует понимать, что терминология использована здесь только с целью описания отдельных вариантов изобретения и не предназначена для ограничения изобретения. Неопределенную форму единственного числа и определенную форму единственного числа, используемые в этом описании, следует относить также к множественному числу, если в содержании явно не указано иначе. Таким образом, например, ссылка на «болт» охватывает комбинацию двух или более болтов, и ссылка на «текучая среда» охватывает смесь текучих сред.

Из данного описания специалистам в данной области техники будут очевидны дополнительные модификации и альтернативные варианты различных аспектов изобретения. Соответственно, это описание должно рассматриваться только как иллюстративное, позволяющее донести специалистам в данной области техники идею общего способа осуществления изобретения. Очевидно, что варианты изобретения, представленные и описанные здесь, должны восприниматься как предпочтительные варианты осуществления изобретения. Представленные и описанные здесь элементы и материалы могут быть заменены, детали и процессы могут быть полностью изменены, и определенные признаки изобретения могут использоваться независимо, и из данного описания специалистам в данной области техники будут очевидны преимущества этого изобретения. В элементах, описанных здесь, могут быть выполнены изменения, не выходя за рамки существа и объема изобретения, определенные в нижеследующей формуле изобретения.

Изобретение относится к системам электропитания для нагревателей подземных пластов. Конкретнее, изобретение относится к регулируемым трансформаторам напряжения, используемым для подачи электроэнергии к нагревателям подземных пластов. Технический результат - равномерная и менее искаженная регулировка тока, поданного на нагреватели электросопротивления, подача электропитания к нагревателям подземных пластов и их регулировка. Регулируемый трансформатор напряжения содержит: первичную обмотку, связанную с источником электропитания, вторичную обмотку, электрически изолированную от первичной обмотки, причем вторичная обмотка предназначена для понижения первичного напряжения до вторичного напряжения, и многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора, соединенный с вторичной обмоткой, причем переключатель ответвлений трансформатора делит вторичное напряжение на заданное количество ступеней напряжения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Регулируемый трансформатор напряжения, содержащий:
первичную обмотку, связанную с источником электропитания, который снабжает первичную обмотку первичным напряжением;
вторичную обмотку, электрически изолированную от первичной обмотки, причем вторичная обмотка предназначена для понижения первичного напряжения до вторичного напряжения, которое составляет заданный процент от первичного напряжения;
многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора, соединенный с вторичной обмоткой, причем переключатель ответвлений трансформатора делит вторичное напряжение на заданное количество ступеней напряжения, при этом напряжение ступенчато увеличивается от напряжения, составляющего заданный минимальный процент от вторичного напряжения, до напряжения, составляющего заданный максимальный процент от вторичного напряжения;
причем электрическая нагрузка соединена с многоступенчатым переключателем ответвлений трансформатора, который обеспечивает подачу электроэнергии к нагрузке при заданном напряжении, при этом многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора выполнен таким образом, чтобы он мог подключаться к выбранной ступени напряжения для обеспечения подачи заданного напряжения к электрической нагрузке.

2. Регулируемый трансформатор напряжения по п.1, в котором многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора выполнен с возможностью подключения к выбранной ступени напряжения для изменения выбранного напряжения, подаваемого к электрической нагрузке.

3. Регулируемый трансформатор напряжения по п.1, в котором многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора с возможностью подключения к выбранной ступени напряжения для изменения выбранного напряжения, подаваемого к электрической нагрузке, при изменении электрической нагрузки так, чтобы электрическая нагрузка питалась относительно постоянным током.

4. Регулируемый трансформатор напряжения по п.1, дополнительно содержащий систему управления, соединенную с трансформатором и предназначенную для регулировки многоступенчатого переключателя ответвлений трансформатора так, чтобы многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора подключался к выбранной ступени напряжения, при изменении электрический нагрузки.

5. Регулируемый трансформатор напряжения по п.1, дополнительно содержащий измерительный трансформатор напряжения, соединенный с вторичной обмоткой, предназначенный для определения заданного напряжения, подаваемого к электрической нагрузке.

6. Регулируемый трансформатор напряжения по п.1, дополнительно содержащий выключатель, соединенный с вторичной обмоткой, предназначенный для электрической изоляции электрической нагрузки от трансформатора.

7. Регулируемый трансформатор напряжения по п.1, дополнительно содержащий силовой регулировочный трансформатор, соединенный с вторичной обмоткой и предназначенный для подачи электропитания к одному или более контроллерам, предназначенным для управления трансформатором.

8. Регулируемый трансформатор напряжения по п.1, дополнительно содержащий трансформатор тока, соединенный с вторичной обмоткой и предназначенный для определения электрического тока, проходящего во вторичной обмотке.

9. Регулируемый трансформатор напряжения по п.1, в котором ступени напряжения являются одинаковыми ступенями напряжения.

10. Регулируемый трансформатор напряжения по п.1, в котором ступени напряжения являются неодинаковыми ступенями напряжения.

11. Регулируемый трансформатор напряжения по п.1, в котором электрическая нагрузка состоит из одного или более нагревателей подземных пластов.

12. Способ регулировки напряжения, подаваемого на один или более электрических нагревателей, включающий:
снабжение электроэнергией первого нагревателя при заданном напряжении с использованием регулируемого трансформатора напряжения, содержащего:
первичную обмотку, связанную с источником электропитания, который снабжает первичную обмотку первичным напряжением;
вторичную обмотку, электрически изолированную от первичной обмотки, причем вторичная обмотка предназначена для понижения первичного напряжения до вторичного напряжения, которое составляет заданный процент от первичного напряжения;
многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора, соединенный с вторичной обмоткой, причем переключатель ответвлений трансформатора делит вторичное напряжение на выбранное количество ступеней напряжения, при этом напряжение ступенчато увеличивается от напряжения, составляющего выбранный минимальный процент от вторичного напряжения, до напряжения, составляющего выбранный максимальный процент от вторичного напряжения, и многоступенчатый переключатель ответвлений трансформатора подключает выбранную ступень напряжения для обеспечения подачи выбранного напряжения к первому нагревателю;
определение изменения электрического сопротивления первого нагревателя за выбранный промежуток времени; и
корректировку выбранного напряжения, подаваемого на первый нагреватель, посредством подключения многоступенчатым переключателем ответвлений трансформатора выбранной ступени напряжения, причем выбранное напряжение изменяется при изменении электрического сопротивления первого нагревателя.

13. Способ по п.12, в котором заданное напряжение изменяется при изменении электрического сопротивления первого нагревателя так, чтобы электрический ток, подаваемый к первому нагревателю, являлся относительно постоянным.

14. Способ по п.12, в котором изменение электрического сопротивления первого нагревателя определяется при использовании трансформатора тока, соединенного с вторичной обмоткой, и трансформатора напряжения, соединенного с вторичной обмоткой, при этом электрическое сопротивление вычисляется при делении напряжения, определяемого трансформатором напряжения, на ток, определяемый трансформатором тока.

15. Способ по п.12, в котором ступени напряжения являются одинаковыми ступенями напряжения.

16. Способ по п.12, в котором ступени напряжения являются неодинаковыми ступенями напряжения.

17. Способ по п.12, в котором первый нагреватель включает нагреватель подземных пластов.

18. Способ по п.12, дополнительно включающий определение электрического сопротивления первого нагревателя, сравнение определяемого электрического сопротивления с теоретическим электрическим сопротивлением первого нагревателя; и включающий изменение выбранного напряжения, подаваемого на первый нагреватель при наличии существенной разницы между определяемым электрическим сопротивлением и теоретическим электрическим сопротивлением.

19. Способ по п.12, дополнительно включающий ограничение количества изменений выбранного напряжения в течение установленного промежутка времени.

20. Способ по п.12, дополнительно включающий циклическое изменение выбранного напряжения, подаваемого на первый нагреватель для того, чтобы электрический ток, подаваемый на первый нагреватель, поддерживался относительно постоянным.