Скважинный электронагреватель Советский патент 1990 года по МПК E21B43/24 

Изобретение относится к нефтедо- бьте, Б частности к устройствам дпя снижения вязкости нефти при ее добыче путем его нагрева в скважине, и предназначается для использования при эксплуатации, преиму1дественно, малодебитных скважин штанговыми глу биннонасосными установками.

Целью изобретения является повышение эф(})ективности работы путем улучшения использования активных материалов.

Па фиг. 1 приведен скважинный электронагреватель, прод ольный разрез; на фиг. 2 - схема скважинного электронагревателя в комплекте со штанговым глубиннонасосным обору- .дованием скважины; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. Г; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1 без каркаса и обмотки; на фиг. 5 - развертка скважинного электронагревателя со стороны открытия пазов.

Скважинный электронагреватель содержит 11 1линдрический магнитньй корг пус 1 с размещенным в нем каркасом 2, обмотку 3, постоянные магниты 4, рабочий элемент 5, установленный в направляющей 6, цилиндрический кожух 7, ведущую 8, промежуточную 9 и ведомую 10 конические шестерни и две вращательные кинематические пары, состоящие из кольца 11, тел 12 вращения и торцовой поверхности 13 (корпуса 1) дпя одной кинематической пар и торцовой поверхности 14 (ведущей конической шестерни 8) для другой вращательной кинематической пары.

Обмотка 3 электродвигателя собрана в виде секций, шаг обмотки диаметральный, и уложена в продольные пазы 15 (фиг. 4 и 5). Каждая секция обмотки 3 электронагревателя вьшол- нена короткозамкнутой и состоит из

5

20

25

30

35

0

5

0

5

п последовательно соединенных витков. Продольные пазы 15 (их боковые стенки) сформированы при помощи постоянных магнитов 4 на основе систем Fe - А1 - Ni (фиг. 5). Постоянные магниты получены литьем. Внешняя поверхность постоянных магнитов 4 охвачена ярмом из магнитного материала с малой коэрцитивной силой - -корпусом 1. Внутренняя поверхность постоянных магнитов 4 отделена от протекающей через электронагреватель жидкости каркасом 2, вьтолненным из диамагнитного материала (например, сталь нержавеющая).

Рабочий элемент 5 электронагревателя выполнен в форме геликоида из магнитного материала с малой коэрцитивной силой. Винтовая поверхность геликоида сформирована путем вращения прямоугольника с постоянной угловой скоростью вокруг некоторой неподвижной оси, проходящей через центр, образованньш линиями, исходящими из внутренних углов прямоугольника; прямоугольник пересекает ось движения под постоянным углом d (в данном случае о 90°) и одновременно перемещается поступательно вдоль этой оси. Причем период геликоида определяется скоростью перемещения прямоугольника вдоль этой оси. Внешние поверхности рабочего .элемента 5 обращены в сторону пазов 15. Ширина каждого паза 15 в каркасе 2 вы- полнена не более толищны геликоида - рабочего элемента 5. Форма открытия каждого паза 15 вьшолнена соответственно направляющей геликоида и представляет собой винтову7о поверхность с периодом геликоида.

В развертке (фиг. 5) винтовые поверхности (пазы) представлены прямыми линиями, параллельными между

собой и сдвинутыми на угол поворота прямоугольника, которым сформирована винтовая поверхность геликоида. При этом количество винтовых поверхностей (продольных пазов 15) всегда число четное при диаметральном шаге обмотки. Число пазов 15 определяется исходя из величии, открытия паза 15 и ширины постоянного магнита А. Поэтому весь рабочий элемент 5 или часть его всегда будет повторена в пазах 15.

Рабочий элемент 5 электронагревателя связан с обоих концов с колонной насосных штанг 16 посредством муфт (фиг. 2).

Рабочий элемент 5 установлен в направляющей 6, форма отверстия которой соответствует поперечному сечению рабочего элемента 5 (фиг. 3). Боковые стенки отверстия направляющей 6 вьшолнены с наклоном, причем угол наклона соответствует наклону боковой поверхности геликоида. Нап- равлякмцая 6 установлена в ведущей конической шестерне 8, которая находится в зацеплении с промежуточной конической шестерней 9, находящейся в зацеплении с ведомой конической шестерней 10. Ведомая коническая шестерня 10 посредством винтов (не показаны) крепится к торцовой поверхности корпуса 1. Внутренний диаметр ведомой шестерни 10 равен внутреннему диаметру каркаса 2. Промежу- точная шестерня 9 установлена на оси 17, которая жестко крепится к кожуху 7.

Корпус 1 с размещенным в нем каркасом 2 с уложенной в пазы 15 обмоткой 3 и установленными между секциями обмотки 3 постоянными магнитами 4 охвачен кожухом 7, Кожух 7 электронагревателя отделяет затрубное . . пространство скважины от добьшаемой идкости. Кожух 7 крепится с обоих концов при помощи муфт 18 к насос- о-компрессорньи трубам 19, на котоых электронагреватель спускается в кважину. Кожух 7 соединен с корпуом 1 через вращательные кинематические пары.

Вращательная кинематическая паа, установленная ниже корпуса 1, i ключает кольцо (диск) 11, которое репится к внутренней боковой поерхности цилиндрического кожуха 7 ри помощи сварки, тела 12 вращения

15

503

1.

10

15

20

25

30

и торцовую поверхность 13 корпуса Тела 12 вращения перекатываются в круговых канавках, которые выполнены на торцовых поверхностях кольца 11 и корпуса 1.

Другая вращательная кинематическая пара, установленная вьш1е корпуса 1, включает кольцо 11, которое крепится к внутренней боковой поверхности цилиндрического кожуха 7 посредством резьбового соединения, тела 12 вращения и торцовую поверхность 14 ведущей конической шестерни 8, Тела 12 вращения перекатываются в круговых канавках, которые выполнены на торцовых поверхностях кольца 11 и ведущей шестерни 8.

Электронагреватель собирается в . следующей последовательности. На каркасе 2 крепятся постоянные магниты 4. В полученные углубления (пазы 15) укладывается обмотка 3 с диаметральным шагом. Полученная конструкция охватывается корпусом 1. Рабочий элемент изготавливается из сплошной полосы магнитного материала с малой коэрцитивной силой-путем изгиба этой полосы в валках стана. Затем рабочий элемент 5 устанавливается в направляющей 6, которая установлена в корпусе ведущей конической шестерни 8. Ведущую шестерню 8 вводят через промежуточную шестерню 9 в зацепление с ведомой шестерней 10, причем ведомая шестерня 10 крепится к корпусу посредством- винтового соединения. Затем корпус 1 и рабочий элемент 5 вводятся в кожух 7. Цент- Р овка каркаса 2 и корпуса 1 во внутренней полости кожуха 7 обеспечивается телами 12 вращения, размещенными в углублениях. Затем кожух при помощи муфт 18 крепится к насосног. 5 .компрессорным трубам 19.

Скважинный электронагреватель работает следующим образом.

При возвратно-поступательно движении колонны насосных штанг 16 глубинный насос 20 откачивает скважин- ную жидкость (нефть), которая движется между внутренней поверхностью кожуха 7 и внешней поверхностью корпуса 1 и между внутренней поверхностью каркаса 2 и внешней поверхностью рабочего элемента 5. При этом рабочий элемент 5, связанньй посредством муфт с колонной насосных штанг 16, совершае т возвратно-посту5

0

0

5

пательное движение в зоне расположения обмоток 3 и постоянных магнитов 4. Поскольку рабочий элемент установлен в направляющей 6, которая через ведущую 8, промежуточную 9 и ведомую 10 шестерни связана с корпусом 1, в котором установлен каркас 2 с обмоткой 3 и постоянными магнитами 4, то одновременно с поступательным движением рабочего элемента 5 происходит вращение корпуса 1 относительно неподвижного кожуха 7, причем обкатывание рабочим элементом 5 внутренней поверхности каркаса 2 происходит в сторону, противоположную направлению вращения корпуса 1 по отношению к неподвижному кожуху 7. При смене направления движения р.абочего эл емента 5 на противоположное меняется на противоположное и направление вращения корпуса 1.

На фиг. 1 стрелками показано направление движения корпуса 1 и шестерен 8-10. При движении рабочего элемента 5 вниз корпус 1 с каркасом 2 вращается, например, по часовой стрелке. Тогда при движении рабочего элемента 5 вверх корпус 1 с.каркасом вращается против часовой стрелки (верхняя стрелка соответствует направлению движения рабочего элемента 5 вниз).

При ходе колонны насосных штанг 16 вверх либо вниз происходит набегание продольных пазов 15 каркаса 2 на торцовые поверхности рабочего - элемента 5. При этом рабочий элемент 5 через ведущую 8, промежуточную 9 и ведомую 10 конические шестерни вращает корпус 1 с каркасом 2 и обмоткой 3 в сторону, противоположную направлению обкатывания рабочим элементом 5 внутренней поверхности каркаса 2.. От юсительная скорость вращения корпуса 1 по отношению к рабочему .элементу 5 складывается из скорости обкатывания рабочим элементом 5 неподвижного кожуха 7 и скорости вращения подвижного корпуса 1о

В результате магнитный поток, , сцепленный с витками обмотки 3, изменяется. В обмотке 3 наводится ЭДС индукции от пересечения витков рабочим элементом 5. А так как обмотка 3 вьшолнена короткозамкнутой, то в Q ней возникает ток, нагревающий ее. Тепло, вызванное током обмотки 3 электронагревателя, передается сква- жинной жидкости, в результате чего вязкость ее снижается. 5 Формула изобретения

Скважинный электронагреватель, включающий корпус с размещенным в нем каркасом с уложенной в пазы обмоткой в виде секций, каждая из кото- Q рых вьшолнена короткозамкнутой, постоянные магниты, размещенные между секциями обмотки, и рабочий элемент, выполненный из магнитного материала в виде ленты, изогнутой по вунтовой 5 поверхности, и установленный во внутренней полости каркаса и связанный с обоих концов с колонной насосных штанг, расположенных внутри насос- но-компрессорных труб, при этом ши- 0 рина паза в каркасе вьшолнена равной толщине ленты, а форма каждого паза выполнена соответственно форме ленты, отличающийся тем, что, с целью повьшения эффектив-/

ности работы путем улучшения использования активных материалов, он снабжен кожухом, направляющей, двумя вра- щательньп кинематическими парами и ведущей, промежуточной и ведомой Q- коническимишестернями, при этом

рабочий элемент установлен в направляющей, которая связана с ведущей конической шестерней, соединенной через промежуточную шестерню с ведсмой 5 конической шестерней, а последняя соединена с корпусом, причем последний размещен внутри кожуха корпуса, который с обоих сторон соединен с насосно-компрессорными,трубами и через вращательные кинематические па5

0

ры - с корпусом.

А-А

Изобретение относится к нефтедобыче и позволяет повысить эффективность работы путем улучшения использования активных материалов. Электронагреватель включает охваченный кожухом 7 корпус (К) 1 с размещенным в нем каркасом 2 с уложенной в пазы обмоткой 3 в виде короткозамкнутых секций. Между ними размещены постоянные магниты 4. Внутри каркаса 2 в направляющей 6 размещен рабочий элемент /РЭ/ 5, выполненный из магнитного материала в виде изогнутой по винтовой поверхности ленты, которая связана с обеих концов с колонной насосных штанг, размещенных внутри насосно-компрессорных труб. Направляющая 6 связана с ведущей конической шестерней /Ш/ 8, соединенной через промежуточную Ш 9 с ведомой конической Ш 10, связанной с К 1. Кожух 7 с обеих сторон соединен с насосно-компрессорными трубами, а через две вращательные кинематические пары - с К 1. При движении нефти между кожухом 7 и К 1, каркасом 2 и РЭ 5 последний совершает возвратно-поступательное движение в зоне расположения обмоток 3 и магнитов 4. Одновременно К 1 вращается в кожухе 7. В противоположную ему сторону происходит обкатывание РЭ 5 каркаса 2. В результате магнитный поток, сцепленный с обмоткой 3, изменяется. В ней наводится ЭДС индукции от пересечения с РЭ 5. Возникающий в обмотке 3 ток нагревает ее. Тепло передается нефти, снижая ее вязкость. 5 ил.

Фие.2

фигЗ