СПОСОБ НАГРЕВА ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 2021 года по МПК H05B6/10 

Предлагаемое к рассмотрению изобретение относится к промышленности, к технике нагрева жидких веществ, в том числе для нагрева проточных жидкостей в различных технологических процессах, технологиям добычи нефти и газа, закачки попутно-добываемой воды в скважины, подготовки и транспортировки продукции скважин.

В настоящий момент существует множество способов нагрева жидких сред, когда нагревательный элемент полностью погружается в жидкую среду:

1. Нагрев, где в качестве источника нагрева используется трубчатый электронагреватель, при этом процесс нагрева осуществляется за счет нагрева металлического элемента внутри нагревателя при прохождении через него электрического тока.

Ссылки на трубчатый электронагреватель:

а) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D1%83%D0%B1%D1%87%D0%B0%D1%82%D1%8B%D0%B9_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%B3%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C,

б) http://electricalschool.info/main/ekspluat/238-trubchatye-jelektricheskie-nagrevateli.html.

2. Нагрев посредством катушки индуктивности, где в качестве поверхности нагрева используется поверхность катушки, либо поверхность магнитопровода.

Ссылки на индукционный нагрев:

а) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%B0%D0%B3%D1%80%D0%B5%D0%B2,

б) http://climanova.ru/indukcionnyj-vodonagrevatel-bojler-ustrojstvo-i-princip-raboty.html.

3. Нагрев, где в качестве источника нагрева используется нагретый либо извне, либо внутри рабочий агент, который находится внутри герметичной полости и где через его стенки тепло передается жидкой среде, при этом в качестве агента может использоваться пар, газ, другая жидкая среда.

Ссылки на данный вид нагрева:

а) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C,

б) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D1%8F%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5.

4. Нагрев, где в качестве источника нагрева используется греющий электрический кабель.

Ссылки вид нагрева посредством греющего кабеля:

а) https://www.caleo.ru/greyushchiy-kabel-dlya-vody/

б) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%B0

Основными недостатками вышеуказанных способов нагрева жидких сред это: малая площадь поверхности нагрева, низкий коэффициент полезного действия, повышенное энергопотребление.

Известно нагревательное устройство (RU, патент №2101882, МПК F24H 1/10), которое содержит пространственный магнитопровод с трехфазной первичной обмоткой и короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную из прямых трубок, предназначенных для жидкости и размещенных между стержнями магнитопровода с первичной обмоткой, причем вторичная обмотка совместно с корпусной оболочкой создает герметичную камеру, в которой нагревается жидкость. При подключении первичной обмотки к трехфазной цепи по ней протекает переменный ток, создающий изменяющийся во времени магнитный поток магнитной системы устройства. Этот магнитный поток индуцирует во вторичной обмотке электродвижущую силу, под действием которой во вторичной обмотке протекает трехфазный переменный ток. При протекании этого тока во вторичной обмотке выделяется тепло, передаваемое нагреваемой жидкости.

Недостатки:

1. Устройство является погружным, т.е. его предварительно помещают в воду, а затем подключают к сети. Следствием этого является большие габариты, так как требуется полная герметичность корпуса и сложная конструкция для обеспечения электробезопасности.

2. Габариты устройства не позволяют производить нагрев жидких сред в скважинах.

Известно индукционное устройство для нагрева проточной жидкости (RU патент №2301378, МПК F24H 1/20) достаточно высокой надежности, простое в эксплуатации и в работе. В этом устройстве труба, по которой протекает жидкость, является стержнем трансформатора и своими торцами соединена с ярмами и представляет собой часть магнитной системы и, соответственно, она выполнена из магнитного материала. На трубу намотана обмотка. В проточной трубе установлен стержень, который стягивает ярма. Нагреваемая жидкость поступает и выходит из трубы через патрубки. При подключении обмотки к источнику переменного напряжения, создается переменное магнитное поле, которое замыкается по элементам магнитопровода и наводит в них вихревые токи, разогревающие поверхность проточной трубы, тепло которой передается рабочему телу в процессе его прохождения.

Основными недостатками устройства являются: небольшая площадь нагрева - внутренняя полость проточной трубы, невозможность производить нагрев жидких сред в скважинах.

Известна полезная модель №159799 «Электрический нагреватель жидкости»

1. Электрический нагреватель жидкости, содержащий магнитопровод, металлическую проточную трубу с изоляцией и обмоткой, с входным и выходным патрубками, торцы которой соединены с ярмами магнитопровода, и металлический стержнень в трубе, соединенный с ярмами, отличающийся тем, что проточная труба выполнена из немагнитного электропроводящего материала, расположена внутри магнитопровода, а стержень, расположенный в трубе, выполнен из магнитного материала.

Основными недостатками данного устройства является то, что его невозможно погрузить в текучую среду полностью, а также то, что его габариты по диаметру не позволяют его погрузить в скважину для добычи скважинной жидкости.

Известна полезная модель №138284 «Индукционный нагреватель жидких сред»

Индукционный нагреватель жидких сред, состоящий из трехфазного трансформатора с сердечником, выполненным из листовой электротехнической стали, с расположенными на стержнях сердечника первичными обмотками, подключаемыми к электрической сети переменного тока, и трех вторичных электропроводящих обмоток, выполненных из металлических труб, навитых вокруг каждой первичной обмотки трансформатора в один слой, входы и выходы труб гидравлически соединены параллельно, а электрически замкнуты внешним проводником, отличающийся тем, что

диаметр витка вторичной обмотки выбирается равным

количество витков каждой из вторичных обмоток

высота намотки каждой вторичной обмотки

определяется из выражения

где U1 - напряжение электрической сети переменного тока, ω1 - число витков каждой из первичных обмоток трансформатора, Р - мощность нагревателя, ρ - удельное сопротивление материала труб, l - длина каждой из труб, внутренний и внешний диаметр которой d_внутр и d_внешн. соответственно.

Основными недостатками данного устройства является то, что его невозможно погрузить в текучую среду полностью, а также то, что его габариты по диаметру не позволяют его погрузить в скважину для добычи скважинной жидкости.

Известно изобретение №2264695 «Индукционное нагревательное устройство»

Индукционное нагревательное устройство, содержащее, по меньшей мере, одну индукционную цилиндрическую катушку, расположенную вокруг нагреваемого тела с зазором коаксиально с ним, подключенную к источнику переменного тока и снабженную охватывающим ее внешним магнитопроводом, отличающееся тем, что 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 зазора между внутренней поверхностью магнитопровода и внешней поверхностью нагреваемого тела.

Недостатком устройства является то, что оно предназначено для нагрева текучих сред, находящихся внутри емкостей.

Известно изобретение №2284407 «Индукционный нагреватель»

Индукционный нагреватель, содержащий кожух, несущий элемент, расположенный соосно с кожухом с размещенными на нем последовательно соединенными индукционными катушками, снабженными ферритовыми магнитопроводами, отличающийся тем, что несущий элемент выполнен в виде токопроводящего немагнитного стержня, на нижнюю часть которого замкнут выходящий виток последней обмотки нижней катушки индукционного нагревателя, верхняя часть несущего элемента через разъем замкнута на броневую оболочку геофизического кабеля, первая обмотка верхней катушки подключена через разъем к центральной жиле кабеля (ЦЖК), верхняя часть кожуха выполнена из немагнитного и неэлектропроводящего материала, нижняя часть кожуха выполнена из магнитного и электропроводящего материала, при этом обмотки катушек намотаны на ферритовые магнитопроводы с разными диаметрами, причем обмотки верхней катушки намотаны на ферритовый магнитопровод с большим диаметром, а обмотки нижней катушки намотаны на ферритовый магнитопровод с меньшим диаметром.

Основным недостатком нагревателя является ограниченная поверхность нагрева, а также тот факт, что, нагрев происходит за счет индуктивных катушек.

Известно изобретение №2371889 «Индукционный нагреватель текучих сред»

Индукционный нагреватель текучих сред, включающий трехфазный трансформатор с ферримагнитным сердечником, с расположенной на стержнях первичной обмоткой, подключаемой к сети переменного тока и вторичной электропроводящей обмоткой, являющейся теплообменником для нагреваемой текучей среды, состоящим из трех камер для нагрева текучей среды, каждая из которых выполнена из двух цилиндров разного диаметра, установленных концентрично один в другом, соединенных вверху и внизу торцевыми заглушками с образованием герметичной пустотелой камеры для нагрева в ней текучей среды, внутри которых установлены стержни с первичной обмоткой, трубопроводы с патрубками для входа и выхода текучей среды из камер для нагрева, отличающийся тем, что трубопровод подачи текучей среды в камеры для нагрева установлен внизу индукционного нагревателя, два патрубка для входа текучей среды соответственно в первую и вторую камеры для нагрева присоединены параллельно друг другу к трубопроводу, конец трубопровода подачи текучей среды присоединен непосредственно к третьей камере для нагрева по ходу подачи текучей среды, трубопровод выхода текучей среды установлен вверху индукционного нагревателя, конец трубопровода выхода текучей среды присоединен к первой или третьей камерам для нагрева, два другие патрубка для выхода текучей среды из камер нагрева присоединены параллельно друг другу к трубопроводу выхода текучей среды.

Основными недостатками данного нагревателя является то, что его невозможно погрузить в текучую среду полностью, а также то, что его габариты по диаметру не позволяют его погрузить в скважину для добычи скважинной жидкости.

Известно изобретение №2563510 «Призабойный скважинный нагреватель и способ повышения нефтеотдачи с его применением»

Скважинный нагреватель, включающий цилиндрический или трубчатый корпус с нагревательными элементами и токовводом в верхней части, отличающийся тем, что имеет дополнительно установленное устройство гидрозащиты, представляющее собой эластичную диафрагму, заполненную жидким теплоносителем, причем верхняя часть эластичной диафрагмы закреплена посредством хомута на промежуточной втулке, прикрепленной к корпусу, а нижняя часть прикреплена хомутом посредством втулки к трубе, теплоноситель находится в пространстве, ограниченном головкой, трубой, корпусом, промежуточной втулкой и эластичной диафрагмой.

Нагрев скважинной жидкости производится через поверхность самого нагревателя выполненного в виде трубы которая в свою очередь нагревается жидким теплоносителем, расположенным в герметичной полости самого нагревателя и который нагревается от нагревательных элементов, также расположенных внутри корпуса, при этом компенсация давления внутри нагревателя с окружающей средой производится через эластичную диафрагму.

Недостатками нагревателя является ограниченная поверхность нагрева, ограничение температуры нагрева из-за ограничения температуры нагрева теплоносителя.

Известно изобретение №2620820 «Индукционный скважинный нагреватель»

Индукционный скважинный нагреватель, включающий корпус, соосно размещенный в нем полый ферромагнитный сердечник, и индукционные катушки, провода обмоток которых последовательно соединены друг с другом, и установленную с одной стороны корпуса переходную муфту, выполненную с возможностью присоединения нагревателя к колонне насосно-компрессорных труб и снабженную токовводом для присоединения питающего кабеля к обмоткам индукционных катушек, отличающийся тем, что сердечник размещен в корпусе с образованием кольцевой полости, выполненной сообщающейся с полостью сердечника посредством сквозных отверстий в стенке сердечника на его концевых участках, при этом корпус выполнен ферримагнитным, в кольцевой полости вмонтированы чередующиеся индукционные катушки и кольцевые ферримагнитные зубцы, причем указанные кольцевые зубцы выполнены с равноглубокими прорезями по периметру, через которые проложены изолированные провода, для соединения индукционных катушек в фазные обмотки, а также - спицы-вставки, фиксирующие кольцевые зубцы от осевого перемещения, при этом катушки обмоток каждой фазы выполнены двурядными и распределены по длине каждого полюсного деления поочередно с зубцами при равном соотношении их количеств, при этом торцы корпуса герметизированы, выполненной с одной стороны корпуса заглушкой, снабженной перепускным клапаном, соединенным с кольцевой полостью, а с другой стороны, переходной муфтой, дополнительно снабженной обратным клапаном, проходной канал которого соединен с полостью сердечника.

Недостатками нагревателя является ограниченная поверхность нагрева, ограничение температуры нагрева из-за ограничения температуры нагрева теплоносителя.

Известно изобретение №2652094 «Индукционное устройство для нагревания нефтеносного пласта, в частности пласта тяжелой нефти»

Индукционное устройство (10) для нагревания нефтеносного пласта (100), в частности пласта тяжелой нефти, особенно тяжелой нефти или битума, имеющее по меньшей мере одну трубу-оболочку (20) и по меньшей мере один индуктор (30), который расположен внутри трубы-оболочки (20), при этом между индуктором (30) и трубой-оболочкой (20) образовано промежуточное пространство (40), отличающееся тем, что в промежуточном пространстве (40) в осевом направлении индукционного устройства расположено множество центрирующих средств (50), которые находятся в контакте как с трубой-оболочкой (20), так и с индуктором (20), при этом промежуточное пространство (40) заполнено механически стабилизирующим наполнительным материалом (60), причем наполнительный материал (60) является текучим, вводимым в промежуточное пространство (40) и затвердевающим материалом.

Недостатками устройства является ограниченная поверхность нагрева, ограничение температуры нагрева из-за ограничения температуры нагрева материала наполнителя, ограниченное применение - в основном предназначено для нагрева пласта.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание такого способа нагрева жидких сред посредством использования переменного электромагнитного поля, при котором большая часть энергии, подведенной извне для осуществления способа нагрева жидкой среды, напрямую уходила бы на ее нагрев. Кроме этого в некоторых случаях, там где жидкой средой является добываемая или закачиваемая скважинная жидкость - в состав которой могут входить углеводороды, попутно-добываемая вода, попутно-добываемый газ в жидком состоянии и в свободном состоянии, эмульсии на основе вышеуказанных элементов в техническую задачу изобретения кроме вышесказанного входит воздействие на жидкую среду посредством переменного электро-магнитного поля в результате чего улучшаются ее физические характеристики, влияющие на энергетические затраты ее транспортировки - уменьшается вязкость, снижается температура выделения парафина из нефти и т.д.

По изобретению должен быть получен положительный результат, заключающийся в максимальном нагреве жидкой среды как в ее статичном состоянии, так и в динамическом, когда жидкая среда находится в движении, а также улучшение ее физических характеристик, улучшающих ее дальнейшую транспортировку.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ нагрева жидкой среды осуществляется путем наведения переменного электромагнитного поля, источником которого является индуктор, состоящий из катушки индуктивности, либо множества катушек индуктивности на нагревательный элемент из электропроводящего материала, который нагреваясь передает тепло жидкой среде (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D0%B0%D0%B3%D1%80%D0%B5%D0%B2). При этом индуктор имеет цилиндрическую форму, а нагревательный элемент, выполненный в виде трубы произвольного сечения, располагается снаружи от него и не имеет с ним физического контакта. Индуктор и нагревательный элемент омываются жидкой средой как по наружной поверхности, так и по внутренней. При этом в кольцевом пространстве между индуктором и нагревательным элементом осуществляется воздействие на жидкую среду посредством переменного электромагнитного поля.

На фигурах 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 показан способ нагрева жидких сред, где изображено: 1 - индуктор в виде многофазной обмотки с магнитопроводом, либо набора многофазных обмоток с магнитопроводами, соединенных в единую электрическую сеть, 2 - нагревательный элемент в виде трубы произвольного сечения, 3 - корпус, имеющий в своем составе герметичное пространство, где располагается обмотка, набор обмоток, 4 - герметичное пространство для обмотки, 5 - кольцевой зазор - между внутренней поверхностью нагревательного элемента и наружным диаметром корпуса в месте нахождения индуктора, 6 - электрический кабель, 7 - станция управления нагревателем, 8 - жидкая среда, 9 - стенка сосуда, либо трубы, либо скважины, где располагается жидкая среда, 10 - электроизоляционная жидкость, 11 - компенсатор, имеющий в своем составе корпус и упругий элемент, 12 - проходное сквозное отверстие, 13 - колонна труб, 14 - погружной насос, 15 - кабель для питания погружного насоса, 16 - станция управления погружного насоса, 17 - направление движения текучей среды, 18 - соединительный провод, 19 - пакер, 20 - сквозные отверстия произвольного сечения.

Представляемый способ нагрева жидких сред осуществляется посредством нагревателя следующим образом - фиг. 1.

В жидкую среду 8 на кабеле 6 опускается нагреватель, имеющий в своем составе индуктор 1 в виде многофазной обмотки с магнитопроводом, проводники которой распределены по окружности и пофазно уложены в пазах магнитопровода вдоль основной его оси, находящийся в герметичном пространстве 4, которое в свою очередь располагается в корпусе 3. На одной оси с индуктором 1 и корпусом 3, либо параллельно с этой осью напротив индуктора 1 снаружи от него установлен нагревательный элемент 2 в виде трубы произвольного сечения таким образом, что между наружным диаметром корпуса 3 в месте расположения индуктора 1 образуется кольцевой зазор 5 - между внутренней поверхностью нагревательного элемента 2 и наружным диаметром корпуса 3 в месте нахождения индуктора 1, при этом данное пространство 5 является проходным для жидкой среды 8. Кабель 6 кроме функции удержания индуктора 1 в комплекте с корпусом 3, нагревательным элементом 2 выполняет функцию подачи высокочастотного электрического тока на индуктор 1, при этом кабель герметично входит через корпус 3 в герметичное пространство 4. Герметичное пространство 4 служит для установки в нем многофазной обмотки с магнитопроводом, либо набора многофазных обмоток с магнитопроводами с целью предотвращения прямого контакта обмоток с жидкой средой. Для управления подачей электропитания на индуктор 1 за пределами жидкой среды 8 располагается станция управления 7, электропитание которой в свою очередь осуществляется от электрической сети общего назначения.

либо набора многофазных обмоток с магнитопроводами, соединенных в единую электрическую сеть,

Процесс нагрева жидкой среды 8 осуществляется следующим образом.

Посредством кабеля 6 на индуктор 1 подается высокочастотный переменный электрический ток, который проходя через многофазную обмотку с магнитопроводом инициирует вокруг обмотки переменное электромагнитное поле высокой частоты. Инициируемое переменное электромагнитное поле через пространство 5 воздействует на нагревательный элемент 2 из электропроводящего материала, который в свою очередь вследствие возникновения в нем электрических потерь нагревается и нагревает окружающую жидкую среду 8, которая омывает нагревательный элемент 2 со всех сторон, при этом температура нагрева нагревательного элемента 2 значительно выше температуры нагрева индуктора 1.

Жидкая среда 8, находясь в рабочем кольцевом пространстве 5 кроме нагрева подвергается воздействию переменного электромагнитного поля высокой частоты, что может оказать воздействие на ее свойства (http://ntj-oil.ru/files/ntj/2017/2/ntj-2-2017-р39-51.pdf. http://corrosion.su/literature/09.pdf, https://www.dissercat.com/content/vliyanie-magnitnogo-polya-na-reologicheskie-svoistva-neftei).

На фигуре 2 представлено решение, когда нагрев необходимо осуществить под избыточным давлением, например, в скважинах, на большой глубине. В этом случае: герметичное пространство 4, где располагаются обмотки, заполняется электроизоляционной жидкостью 10, в состав нагревателя входит компенсатор 11, внутренняя полость которого гидравлически соединяется с пространством 4 и который также заполнен электроизоляционной жидкостью, при этом в составе компенсатора 11 имеется упругий элемент, посредством которого происходит компенсация давления между жидкой средой 8 и внутренней полостью нагревателя. Кроме того, для обеспечения лучшей циркуляции жидкой среды 8 в корпусе 3 имеется проходное сквозное отверстие 12.

В случаях, когда производится инициация движения жидкости, например, в нефтяных скважинах посредством глубинно - насосного оборудования по колонне труб возникает необходимость принудительного направления жидкой среды через внутреннее пространство нагревателя. На фигуре 3 представлено техническое решение, позволяющее обеспечить нагрев жидкой среды при движении ее наверх - направление движения показано под номером 17. Для осуществления данного решения нагреватель спускается в скважину, ограниченную стенкой 9, на колонне труб 13, внутренняя полость которой гидравлически соединена с внутренней полостью нагревателя где проходит жидкая среда 8. При этом корпус 3 нагревателя имеет в своем составе дополнительно наружную трубу внутри которой находится индуктор 1 и нагревательный элемент 2, данная труба служит для направления жидкой среды 8 через инфраструктуру нагревателя в колонну труб и далее к устью скважины. Нагрев скважинной жидкости в нефтяных скважинах производиться с целью предотвращения отложения парафина на внутренних поверхностях колонны труб 13 при ее движении от забоя до устья скважины, а также для улучшения транспортировки скважинной жидкости в плане затрат энергии, так как вследствие нагрева снижается ее вязкость.

На фигуре 4 представлен вариант, когда жидкая среда 8 движется по внутренней полости колонны труб 13 и далее через инфраструктуру нагревателя, где происходит ее нагрев, по направлению 17, в скважине сверху вниз, например, при закачке ее с устья в пласт, либо для обеспечения ее циркуляции. Целью нагрева закачиваемой жидкой среды могут быть как увеличение приемистости нагнетательных скважин, так и более эффективная обработка призабойной зоны нефтяной скважины жидкостями для улучшения ее профиля притока.

На фигуре 5 показан вариант компоновки глубинно - насосного оборудования для добычи скважинных жидкостей, где показано 14 -погружной насос, 15 - кабель для питания погружного насоса, 16 - станция управления погружного насоса. Погружным насосом 14, электропитание которого осуществляется посредством кабеля 15, а управление посредством станции управления 16, скважинная жидкость нагнетается снизу-вверх в колонну труб 13, после чего скважинная жидкость проходит через нагреватель, где происходит ее нагрев и далее устремляется в колонну труб 13, находящуюся выше нагревателя и через которую данная скважинная жидкость транспортируется на устье скважины. Посредством реализации вышеуказанной компоновки глубинно - насосного оборудования в состав которой входит нагреватель снижаются энергетические затраты на подъем скважинной жидкости к устью скважины так как после прохождения скважинной жидкости через нагреватель снижается ее вязкость и температура выделения парафина, что предотвращает его отложение на внутренней поверхности колонны труб.

На фигуре 6 показан вариант компоновки глубинно - насосного оборудования для добычи скважинных жидкостей в которой погружной насос 14 расположен выше нагревателя. В данной компоновке отбор скважинной жидкости осуществляется по внутреннему пространству нижней колонны труб 13, для этого пространство между наружной поверхностью колонны труб 13 и стенкой скважины 9 герметично перекрыто пакером 19. Скважинная жидкость через внутреннее пространство колонны труб 13 попадает в нагреватель, где происходит ее нагрев и далее через следующую колонну труб 13 в верхней части которой перед погружным насосом имеются проходные сечения 20 соединяющие внутреннее пространство колонны труб 13 и затрубное пространство скважины скважинная жидкость попадает в затрубное пространство скважины, откуда и происходит ее отбор погружным насосом и нагнетание к устью скважины. Данная компоновка глубинно - насосного оборудования в состав которого входит нагреватель применима, когда стоит задача снизить вязкость на приеме погружного насоса с целью получения лучших характеристик его работы в плане развиваемого напора и потребления электроэнергии.

Во всех вышеуказанных фигурах были рассмотрен нагреватель в состав которого входит только одна пара индуктор - нагревательный элемент. На фигуре 7 показаны все рассмотренные выше компоновки применения нагревателя, когда в состав нагревателя входят два и более пар индуктор - нагревательный элемент, при этом индуктора внутри нагревателя соединяются посредством питающего кабеля 18 в одну электрическую сеть. На каждую такую компоновку нагревателя в случае реализации компоновок по фигурам 2, 3, 4, 5, 6 устанавливается один компенсатор. Для каждого конкретного применения предлагаемого способа нагрева в зависимости объема жидкой среды, который необходимо нагреть за определенный промежуток времени подбирается количество пар индуктор - нагревательный элемент, при этом потребляемая мощность нагревателя в целом увеличивается прямо пропорционально количеству установленных пар индуктор - нагревательный элемент.

В представленном на рассмотрение изобретении, на наш взгляд, имеются следующие элементы новизны и существенного отличия от ранее известных способов нагрева жидких сред:

1. Большая часть энергии уходит на нагрев жидкой среды за счет увеличенной поверхности нагрева нагревательного элемента, который контактирует с жидкой средой со всех сторон.

2. Температура при работе индуктора в процессе нагрева нагревательного элемента значительно ниже температуры нагрева нагревательного элемента, что влияет на ресурсную наработку индуктора.

3. При представленном способе нагрева возможно нагревать жидкие среды в ограниченных пространствах по диаметру - например в скважинах.

4. Площадь проходного сечения, через которое проходит жидкая среда и где осуществляется ее нагрев максимальный по сравнению с другими способами, либо устройствами нагрева, за счет того, что нагревательный элемент находится снаружи индуктора, все это позволяет нагревать большие объемы жидкой среды в процессе ее движения через нагреватель - например в нефтяных и нагнетательных скважинах.

5. На жидкую среду при ее прохождении через инфраструктуру нагревателя, а именно через кольцевое пространство между индуктором и нагревательным элементом воздействует переменное электромагнитное поле высокой частоты вследствие чего в отдельных случаях меняются физические свойства жидкости, в части улучшения ее характеристик - например для нефти невозвратно снижается ее вязкость и температура выделения парафина, для минерализованной воды выделение солей в твердую фазу, что предотвращает ее отложения на поверхности глубинно - насосного оборудования.

Изобретение относится к промышленности, к технике нагрева жидких веществ, в том числе для нагрева проточных жидкостей в различных технологических процессах, технологиям добычи нефти и газа, закачки попутно-добываемой воды в скважины, подготовки и транспортировки продукции скважин. Способ нагрева жидких сред включает процесс воздействия переменного электромагнитного поля, источником которого является индуктор, наружная стенка корпуса нагревателя в местонахождении индуктора выполнена из магнитопроницаемого материала, нагревательный элемент в виде трубы произвольного сечения расположен снаружи корпуса напротив индуктора и образует кольцевой зазор между своей внутренней поверхностью и наружной поверхностью корпуса, на индуктор подается высокочастотный ток, вследствие чего вокруг наружной его поверхности создается переменное электромагнитное поле, которое воздействует на нагревательный элемент, при этом жидкая среда омывает нагревательный элемент со всех сторон, а также наружную поверхность корпуса нагревателя. Техническим результатом изобретения является создание способа нагрева жидких сред, при котором большая часть энергии, подведенной извне напрямую, уходила бы на ее нагрев. 26 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ нагрева жидких сред, включающий процесс воздействия переменного электромагнитного поля, источником которого является индуктор, состоящий из катушки индуктивности либо множества катушек индуктивности, на нагревательный элемент из электропроводящего материала, который, нагреваясь, передает тепло жидкой среде, в герметичном кольцевом пространстве корпуса нагревателя расположен индуктор, который представляет из себя катушку индуктивности, состоящую из многофазной обмотки, проводники которой распределены по окружности и пофазно уложены в пазах магнитопровода вдоль основной его оси, отличающийся тем, что наружная стенка корпуса в местонахождении индуктора выполнена из магнитопроницаемого материала, нагревательный элемент в виде трубы произвольного сечения расположен снаружи корпуса напротив индуктора и образует кольцевой зазор между своей внутренней поверхностью и наружной поверхностью корпуса, посредством электрического кабеля на индуктор подается высокочастотный ток, вследствие чего вокруг наружной его поверхности создается переменное электромагнитное поле, которое через магнитопроницаемую стенку корпуса, через кольцевой зазор воздействует на нагревательный элемент, который вследствие возникающих в нем электрических потерь нагревается, при этом жидкая среда омывает нагревательный элемент со всех сторон, а также наружную поверхность корпуса нагревателя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что индуктор может быть выполнен из нескольких катушек индуктивности, которые соединяются в единую электрическую цепь.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе нагревателя имеется центральное сквозное отверстие для прохода жидкой среды.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что установка спускается в жидкую среду на кабеле, который служит для осуществления электропитания нагревателя и удержания ее на весу.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ось нагревательного элемента может не совпадать с осью индуктора.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кабель для электропитания нагревателя герметично проходит через корпус нагревателя до кольцевого пространства, где соединяется с индуктором.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагревательный элемент может быть выполнен как из полой трубы одного материала, так и из набора полых труб разного материала, разного диаметра и размера, собранных в одну трубу по типу труба в трубе в любой последовательности, как последовательно, так и параллельно расположенных относительно друг друга на одной оси, либо их оси параллельны друг другу.

8. Способ по пп. 1, 7, отличающийся тем, что нагревательный элемент может иметь любое количество сквозных отверстий любой формы.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что герметичная полость, где находится индуктор, заполнена электроизоляционной жидкостью.

10. Способ по пп. 1, 9, отличающийся тем, что компенсация давления между внешней средой и пространством внутри индуктора, заполненным электроизоляционной жидкостью, осуществляется посредством компенсатора, который герметично соединяется с нижней частью корпуса нагревателя и образует с ним общую внутреннюю герметичную полость, компенсатор в свою очередь имеет в своем составе эластичный элемент, который разделяет внешнюю и внутреннюю жидкие среды и посредством которого осуществляется процесс компенсации.

11. Способ по пп. 1, 10, отличающийся тем, что в центральной части корпуса компенсатора вдоль его оси по всей его длине может быть расположена сквозная полость для прохода жидкой среды, при этом данная полость герметично разделена с внутренней герметичной полостью компенсатора.

12. Способ по пп. 1, 9, 10, отличающийся тем, что корпус может иметь дополнительную часть в виде наружной трубы, внутри которой находится индуктор, нагревательный элемент, компенсатор и которая служит для герметичного разграничения жидкой среды снаружи нагревателя и внутри него, а также для герметизации внутренней его части.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что часть корпуса в виде наружной трубы, внутри которой находится индуктор, нагревательный элемент, компенсатор, может иметь в своем составе любое количество сквозных отверстий произвольной формы.

14. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что направление намотки катушки индуктивности либо катушек индуктивности может быть как параллельно, так и перпендикулярно основной оси индуктора.

15. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что катушки индуктивности могут иметь тороидальные магнитопроводы.

16. Способ по п. 2, отличающийся тем, что катушки индуктивности могут соединяться между собой в общую электрическую цепь как последовательно, так и параллельно.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подача электропитания и управление нагревателем осуществляется через электрический кабель посредством станции управления, которую располагают за пределами жидкой среды.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что в состав станции управления может входить повышающий трансформатор.

19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество корпусов с нагревательным элементом и индуктором может быть более одного, при этом корпусы герметично соединены между собой и имеют единую герметичную внутреннюю полость, а также общую наружную трубу, внутри которой находятся индукторы, нагревательные элементы.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что индукторы соединены между собой в одну электрическую цепь и подача электроэнергии на них производится от одного электрического кабеля.

21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что несколько соединенных между собой корпусов с нагревательными элементами и индукторами в нижней части нижнего корпуса герметично соединяются с компенсатором, при этом внутри корпусов и компенсатора образуется единая герметичная полость, которая заполняется электроизоляционной жидкостью.

22. Способ по пп. 1, 19, 21, отличающийся тем, что нагреватель спускается в жидкую среду в скважину на колонне труб, которая служит для подъема жидкой среды либо для закачки жидкой среды в обратном направлении.

23. Способ по пп. 1, 12, 19, 21, отличающийся тем, что ниже нагревателя в скважине может быть установлено погружное оборудование, соединяемое с ним посредством колонны труб и служащее для подачи жидкой среды через нагреватель.

24. Способ по пп. 1, 12, 19, 21, отличающийся тем, что в скважине выше нагревателя может быть установлено погружное оборудование, соединяемое с ним посредством колонны труб и служащее для откачки нагретой жидкой среды далее.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что в скважине для направления всей жидкой среды через нагреватель в нижней части колонны труб между внутренней стенкой скважины и наружной стенкой колонны труб устанавливается пакер для предотвращения перетекания жидкой среды.

26. Способ по пп. 1, 12, 19, 21, отличающийся тем, что направление движения жидкости через внутренние полости нагревателя может быть как в прямом, так и в обратном направлении.

27. Способ по пп. 1, 12, 19, 21, отличающийся тем, что нагреватель кроме вертикального положения может располагаться в жидкой среде в любом пространственном положении.