Скважинный электронагреватель Советский патент 1992 года по МПК E21B43/24 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к добыче нефти, газоконденсата и газа из скважин, разбуренных в зоне вечной мерзлоты.

Добыча жидких и газообразных углеводородов из скважин, разбуренных в зоне вечной мерзлоты, из-за сильного охлаждения осложняется за счет значительного повышения вязкости нефти вплоть до полного ее застывания и увеличения скорости отложения парафинов и гидратов на стенках на- сосно-компрессорных труб (НКТ). Разрушение гидратных пробок, парафинов и застывшей в НКТ нефти с целью повышения производительности скважин осуществляют, как правило, путем их нагрева.

Известен применяемый для разрушения гидратных пробок, парафинов и застывшей в НКТ нефти скважинный электронагреватель, содержащий герметичный цилиндрический корпус с равномерно размещенными по его длине нагревательными элементами. В нижней части (со стороны контакта с разрушающей средой) нагреватель снабжен головкой, соединенной с корпусом. Верхняя часть корпуса герметично соедин.ена с токо- вводом.

Недостатками известного электронагревателя являются низкие скорость разрушения гидратных пробок, застывшей нефти и парафинов и надежность работы. При этом низкая скорость разрушения объясняется тем, что в известном электронагреватеVI

О

со

00

о

ле не предусмотрена возможность концентрации отбора тепла с нижней его части, котактирующей с холодной неразрушенной средой. По этой же причине низка и надежность его работы, потому что теплосъем с нижней части нагревателя осуществляется мало нагретой разрушенной средой- и нижняя часть нагревательных элементов работает в ненапряженном тепловом режиме. По мере расплава среды и спуска нагрева- теля вниз разрушенная среда от контакта с горячим корпусом нагревается, и теплосъем в верхней части нагревателя осуществляется уже относительно горячей средой. Как следствие, верхняя часть нагревательных элементов работает в более напряженном относительно нижней части тепловом режиме.

Известен также скважинный нагреватель, содержащий токоввод с установлен- ным под ним трубчатым корпусом с размещенным по спирали на его поверхности длинномерным нагревательным элементом, причем нагревательный элемент размещен по длине корпуса неравномерно с увеличением шага спирали от конца корпуса по направлению ктоковводу, а в верхней части корпуса выполнены отверстия.

Недостатком известного скважинного электронагревателя является низкая скоро- сть разрушения гидратов, застывшей нефти и парафинов. Объясняется это тем, что нагрев разрушаемых сред при применения известногоэлектронагревателяосуществляется передачей тепловой энер- гии от нагревателя к среде только за счет теплопроводности, в нем не обеспечена возможность конвективного теплообмена между нагретыми продуктами разрушения и разрушаемой средой.

Целью изобретения является повышение скорости разрушения гидратов, застывшей нефти и парафинов.

Указанная цель достигается за счет того, что скважинный электронагреватель, со- держащий токоввод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным по спирали на его поверхности длинномерным нагревательным элементом с увеличением шага спирали от конца корпуса по направ- лению к токовводу и с выполнением отверстий в верхней части корпуса, снабжен насосом с приводом, размещенными внутри корпуса в верхней его части, а в нижней части корпуса выполнены дополнительные отврестия, под которыми жестко установлена дроссельная шайба с отверстиями, отношение суммы площадей которых к сумме площадей дополнительных отверстий в корпусе прямо пропорционально отношению

площадей поперечного сечения внутренней полости нагревателя и кольцевого пространства между нагревателем и внутренней стенкой НКТ.

Предлагаемый нагреватель снабжен также насосом с приводом, размещенными в верхней части внутренней полости трубчатого корпуса, и дроссельной шайбой с отверстиями, установленной под дополнительными отверстиями, выполненными в нижней части корпуса нагревателя. При этом количество и диаметры дополнительных отверстий в корпусе нагревателя и отверстий в дроссельной шайбе выбирают в зависимости от площадей поперечного сечения внутренней полости нагревателя и кольцевого пространства между нагревателем и стенкой НКТ.

Предлагаемый скважинный электронагреватель обладает высокой скоростью разрушения в НКТ гидратов, застывшей нефти и парафинов путем их нагрева как за счет теплопередачи от поверхности нагревателя разрушаемой среде, так и за счет конвективного теплообмена между нагретыми продуктами разрушения и разрушаемой средой.

На чертеже приведен предлагаемый скважинный электронагреватель, общий вид.

Электронагреватель содержит трубчатый корпус 1 с размещенным на его поверхности по спирали с неравномерным шагом длинномерным нагревательным элементом 2. В верхней части корпуса выполнены отверстия 3, а в нижней - дополнительные отверстия 4. Под последними в корпусе 1 жестко установлена шайба 5 с отверстиями 6. Во внутренней полости трубчатого корпуса 1, в верхней его части установлены насос 7 и его привод 8. Нагреватель снабжен штыревыми центраторами 9, четыре из которых установлены на токовводе 10, герметично соединенном с корпусом 1, и четыре- в центральной части корпуса между витками нагревательного элемента 2. Электропитание нагревателя и привода насоса осуществляют по грузонесущему кабелю 11.

Разрушение в НКТ гидратов, застывшей нефти и парафинов с применением предлагаемого электронагревателя осуществляют следующим образом.

Нагреватель спускают в колонну 12 НКТ на глубину начала отложения застывших компонентов на грузонесущем кабеле 11. По кабелю на нагревательный элемент 2 и на привод 8 насоса 7 подают питающее напряжение. Температура нагревательного элемента 2 и контактирующего с ним корпуса 1 повышается. Тепловая энергия от нагретых элемента 2 и корпуса 1 передается

разрушаемым гидратам, застывшей нефти и парафину. Последние в зоне контакта с нагревателем расплавляются. Нагреватель под действием сил тяжести опускается. Рас- плавленные компоненты гидратов, за- стьвшей нефти и парафинов поднимаются через кольцевое пространство между нагревателем и внутренней стенкой НКТ, а также по внутренней полости корпуса нагревателя до достижения лопаток насоса 7.

Как только расплавленные компоненты гидратов, застывшей нефти и парафинов достигают лопаток насоса 7 создается vix принудительная циркуляция по контуру: внутренняя полость трубчатого корпуса нагревателя - дополнительные отверстия 4 в нижней части корпуса и отверстия 6 в дроссельной шайбе 5 - кольцевое пространство между нагревателем и внутренней стенкой НКТ - отверстия 3 в верхней части корпуса нагревателя (на чертеже направление циркуляции расплавленных компонентов показано стрелками). С созданием принудительной циркуляции расплавленных компонентов скорость разрушения гидратов, застывшей нефти и парафина повышается, потому что нагрев их осуществляется уже как за счет передачи тепловой энергии от нагретых элемента 2 и корпуса 1, так и за счет конвективного теплообмена между расплавленными компонентами и разрушаемой средой.

Отверстия 3 в верхней части корпуса нагревателя выполняют у приема насоса 7 за последними витками нагревательного элемента 2 с тем, чтобы довести температуру расплавленных компонентов, поднимающихся по кольцевому пространству, до максимально возможной, что обеспечивается при условии контакта расплавленной среды со всеми витками нагревательного элемента. Дополнительные отверстия 4 выполняют под углом, например. 45 к оси нагревателя в корпусной части низа корпуса с тем, чтобы расплавленные компоненты, истекающие из них, способствовали в первую очередь нагреву и разрушению остатков застывших компонентов в пристеночной области НКТ. За счет истекания расплавленных компонентов через отверстия 6 дроссельной шайбы 5 достигают увеличения скорости нагрева и разрушения застывших компонентов в зоне осевого контакта с нагревателем. При этом, чтобы достичь равно- эффективного воздействия конвективного теплообмена на нагрев и разрушение застывших компонентов в пристеночной области НКТ и в зоне осевого контакта с нагревателем, количество и диаметры отверстий 6 вшайбе 5 и.пополнительных отверстий 4 выбирают таким, чтобы с/мм и дей и/ соотносились ме/кд/ собой прзмо пропорционально отношению площадей поперечного сечения внутренней полости трубчатого корпуса нагревателя и кольцевого пространства, т.е. чтобы было справедливо соотношение

Zj Si о.ш.

0)

2 Sjfl.o.

j

где Si о.ш, Sj д.о - площади поперечного сечения i-ro отверстия в дроссельной шайбе и j-ro дополнительного отверстия в корп,:е нагревателя, i 1.2..... j 1.2....:

0

Знагр, S кольца - площади поперечного сечения внутренней полости корпуса нагревателя и кольцевого пространства

Из соотношения (1) следует, что при малой площади кольцевого пространства (малом объеме застывших компонентов в пристеночной области НКТ), мала сумма площадей дополнительных отверстий 4 (мал расход через отверстия 4 расплавленных компонентов, способствующих нагреву и разрушению застывших компонентов в пристеночной области НКТ). В противополож,. ность этому велика площадь поперечного сечения внутренней полости нагревателя (велик объем застывших компонентов в направлении осевого контакта с нагревателем) и велика сумма площадей отверстий 6

в дроссельной шайбе 5 (велик расход через отверстия 6 расплавленных компонентов. способствующих нагреву и разр шению большого объема застывших компонентов в направлении осевого контакта с нагревате- лем), и наоборот.

При конкретном исполнении электронагревателя дополнительные отверстия 4 выполняют одинакового диаметра, размещая их по окружности конусной части низа -с корпуса равномерно. Отверстия 6 в дроссельной шайбе 5 выполняют с разными диаметрами, размещая в центральной части шайбы отверстия с большими диаметрами а в периферийной - с меньшими. Дроссель ную шайбу выполняют с возможностью быстрой замены, например на резьбовом соединении. В комплект электронагревателя поставляют набор шайб с разными суммарными площадями отверстий. При постоянных диаметре нагревателя и суммарной площади дополнительных отверстий в зависимости от внутреннего диаметра НКТ в нагреватель для обработки конкретной скважины устанавливают такую шайбу, суммарная площадь отверстий кото5

рой наилучшим образом соответствует соотношению (1).

Увеличение с применением нагревателя скорости разрушения в НКТ гидратов, застывшей нефти и парафина приводит к снижению времени ремонта сквжины и к добыче за счет этого дополнительного объема нефти.

Формула изобретения Скважинный электронагреватель, содержащий токоввод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным по спирали на его поверхности длинномерным

0

нагревательным элементом с увеличением шага спирали от конца корпуса по направлению к токовводу и отверстия в верхней части корпуса, отличающийся тем, что с целью повышения скорости разрушения гидратов, застывшей нефти и парафинов, он снабжен дроссельной шайбой с отверстиями, насосом с приводом, размещенным внутри корпуса в верхней его части, а в нижней части корпуса выполнены дополнительные отверстия, под которыми жестко установлена дроссельная шайба с отверстиями, причем отверстия в верхней части корпуса выполнены у приема насоса.

Изобретение относится к нефтегазодо- бывающей промышленности, в частности к добыче нефти, газоконденсата и газа из скважин, разбуренных в зоне распространения вечномерзлых пород. Цель изобретения - повышение скорости разрушения гидратов, застывшей нефти и парафинов путем нагрева разрушаемых компонентов за счет как теплопередачи, так и принудительного теплообмена между горячими продуктами разрушения и холодной разрушаемой средой. Электронагреватель снабжен насосом с приводом, размещенными в верхней части трубчатого корпуса (ТК), и дроссельной шайбой (ДШ) с отверстиями, установленной в нижней части ТК. Непосредственно над Д Ш в ТК выполнены дополнительные отверстия под углом к оси нагревателя (Н). При работе Н создается принудительная циркуляция расплавленных компонентов по контуру: отверстия в верхней части ТК - насос - внутренняя, полость ТК - отверстия в нижней части ТК и отверстия в ДШ - кольцевое пространство между Н и внутренней стенкой ТК. 1 ил. (Л С

/2