Скважинный жидкостный нагреватель Советский патент 1984 года по МПК E21B43/24 

сх

1C 11 Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для добычи нефти с при менением тепла, и может быть использовано для нагрева жидкости, нагнета мой в скважину для повышения нефтеот дачи пластов. Известен нагреватель, предназначенный для инициирояания внутрипластового горения в нефтяных пластах, в котором используются трубчатые электронагревательные элементы (ТЭНы) lj Недостатком указанной конструкции нагревателя является возможность работы ее только с низковольтным источ НИКОМ питания. При этом увеличение мощности нагревателя происходит за счет увеличения пропускаемого тока, что влечет за собой увеличение габаритов (веса) подводящего кабеля и потери мощности по длине кабеля. Кро ме того, подобные конструкции ненадежны из-за возмоююсти перегорания ТЭНа при изменении условий теплопередачи, например при вскипании жидкости. Наиболее близким к изобретению является скважинный жидкостный нагре ватель, содержащий расположенные коаксиально наружный и внутренний элек троды и токоподводящий кабель. При протекании электрического тока между электродами при заполнении нагрев теля жидкостью происходит нагрев жид кости L21. Недостатком известного нагревателя является невозможность обеспечения необходимых в настоящее время больших темпов ввода тепла в скважину, а также невысокая мощность при работе с высоковольтным источником питания. Например, при диаметре нагревателя 150 мм (максимальный размер обсадной трубы) и при использовании в качестве электропроводящей жидкости речной воды при условии ее нагрева до 100° ( Ом.см) подаваемое напряжение может быть не более 1250 В из-за возможности образования гремучей смеси и пробоя между электродами. При использовании нагревателя мощностью 1000 кВт и при подаче этой мощности через стандартный кабель КТШЭ 2x50 потери по длине кабеля на длине в 2000 м составляют 30%, что приводит, помимо уменьшения КПЛ установки, к нагреву скважинного оборудования. При нагреве до 200 (250 Омтм) напряжение не более 22 650 В из-за возможности пробоя, КПД - 40%. При необходимости iiarpeRa воды до на глубине 1500 м (fcke 1 кг/см) К1Щ подобной,установки приближается к нулю. Цель изобретения - повышение мощности скважинного жидкостного нагревателя. Указанная цель достигается тем, что скважинный жидкостный нагреватель, содержащий расположенные коаксиально наружный и внутренний электроды и токоподводящий кабель, снабжен вспомогательным цилиндрическим электродом, который установлен коаксиально относительно наружного электрода и изолирован от наружного и внутреннего электродов, причем вспомогательный и внутренний электроды вьшолнены в виде изолированных секций. Такое выполнение,конструкции позволяет изготовить нагреватель, размещаемый в скважине с диаметром менее 6 и обеспечивающий темп закачки тепла в скважину порядка сотен и даже тысяч киловатт с температурой теплоносителя до при возможности подвести напряжение порядка 6000 В благодаря уменьшению пробойного напряжения на каждом рабочем промежутке. За счет этого повышается КПД использования электрической энергии до 0,98-0,999. Например, скважинный нагреватель напряжения 3000 В, 500 кВт с глубиной погружения 1500 м, обеспечивающий нагрев воды до 340°С, имеет следующие геометрические размеры (2 варианта). Вариант 1. Наружный диаметр внутреннего электрода, мм 40 Внутренний диаметр наружного электрода, мм 110 Число рабочих секций 5 Длина рабочих секций, мм 133 Вариант 2. Наружный диаметр внутреннего электрода, мм 20 Внутренний диаметр наружного электрода, мм 50 Число рабочих секций 10 Длина рабочих секций, мм 265 Выполнение нагревателя по варианту 1 позволяет помещать его внутрь 3 обсадной трубы. Длина нагревателя составляет 1500 мм. Выполнение наг вателя по варианту 2 позволяет раз мещать его внутри насосно-компресс ных труб. ,Цлина нагревателя состав ляет 3500 мм, что позволяет монтир вать его стандартным буровым обору дованием. При использовании источника питания с рабочи 1 - напряжением 6000 В и использовании высоковольтного кабеля площадью се(чения жилы 50 мм ССнор 2ц,„ потери мощности по длине кабеля составляют %. На чертеже изображен нагревател Д1оперечный разрез. Нагреватель состоит из внутренне го электрода 1, наружного электрода 2,. разделенных диэлектрическим материалом 3. Внутренние электроды отделены друг от друга изоляторами Внутренняя поверхность вспомогатель ного электрода 5 разделена изоляторами 6 на секции. Нагреватель закре лен на нижнем конце насосно-компрес сорных труб 7, внутри которых расположен кабель-трос 8. На нижнем конце трубы 7 размещена заглушка 9 которая играет роль дросселя, создающего необходимый перепад мезкду давлением внутри нагревателя и давл нием внутри скважины 10. Размеры се ций электродов, а также их количест определяется исходя из следующих формул 2згН,-1« Т 4p-R.длина электрода в предела рабочей секции; мощность нагревателя; радиус внутреннего электр да; подводимое напряжение; число рабочих секций; 82 1 - допустимля плотность токл (выбирается п пр-деллх 0,5-1,5 Л/см); пнутренний радиус наружного электрода; среднеин- егральное значение удельного сопротивления воды в диапазоне рабочих температур. Устройство работает следующим образом. Электроподводящая жидкость протекает в зазоре между секциями внутреннего 1 и вспомогательного 5 электродов. Положительньй потенциал подводится по кабелю 8 к первой секции пнутреннего электрода 1. Отрицательньй потенциал подводится по колонне насосно-компрессорньгх труб 7 к заглушке 9, электрически соедине)шой с наружным электродом 2. Таким образом, образуется последовательная электрическая цепь, образованная первой секцией внутреннего электрода, электропроводящей жидкостью, первой секцией вспомогательного электрода, жидкостью во втором рабочем зазоре, второй секцией внутреннего электрода, жидкостью в третьем зазоре, второй секцией вспомогательного электрода 5 и т.д. до заглушки 9. За счет омического сопротивления воды в ней выделяется энергия. Перетечками тока в зазоре между изоляторами и электродами можно пренебречь ввиду большого сопротивления жидкости по этому пути. На каждом рабочем участке жидкость нагревается на определенную температуру, а на последнем рабочем участке нагревается до заданной температуры. При этом между электродами каждой рабочей секции устанавливается разность потенциалов от 0,3 U до 0,05 U в зависимости от свойств жидкости и геометрических размеров электродов. Технико-экономическая эффективность достигается за счет сокращения затрат на проведение воздействия и сокращения потерь энергии г линии питания.

СКВАЖИННЫЙ ЖИДКОСТНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий расположенные коаксиально наружный и внутренний электроды и токоподводящий кабель, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности нагревателя, он снабжен вспомогательным цилиндрическим электродом, который установлен коаксиально относительно наружного электрода и изолирован от наружного и внутреннего электродов, причем вспомогательный и внутренний электроды выполнены в виде изолированных секций.