Штанговая глубинно-насосная установка Советский патент 1992 года по МПК E21B43/00 

оси НШ 4. Причем, соседние ПМ б имеют противоположное направление намагниченности. Размеры и форма всех ПМ 6 одинаковы. Возможное применение магнитов 6 прямоугольной формы, трапецеидальной формы и т.д. В совокупности участки НШ 4, несущие группы ПМ 5, образуют подвижный элемент нагревател. Неподвижная часть нагревателя, преобразующая электрическую в тепловую, отделена от по- движнЪгоэЗте менгта и образована частью НКТЗ, расположенных в зонах перемещения подвижного элемента нагревателя. Внутренняя поверхность неподвижной части нагревателя имеет покрытие 8 из материала с высокой электрической проводимостью, например, меди или алюминия. При включении станка-качалки 1 происходит возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг 4 и соединенного с ними плунжера скважинного штангового насоса

2,что обусловливает подъем нефти по НКТ

3.Одновременно с колонной НШ 4 осуществляется возвратно-поступательное движение групп ПМ 5. При этом на участках колонны НКТ 3, расположенных в зоне движения подвижного элемента нагревателя, наводится электродвижущая сила, под действием которой в неподвижной части нагревателя возникает электрический ток. Прохождение электрического тока по неподвижной части нагревателя сопровождается выделением тепла, повышением температуры участков колонны НКТ, жидкости и НШ 4. Выбором типа ПМ 6 и длины подвижного элемента нагревателя температура жидкости в НКТ 3 поддерживается на уровне, превышающем температуру насыщения ее парафином. При этом исключается процесс отложения асфальтосмолопарафи- новых веществ на НКТЗ и НШ 4. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. 1 табл.

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для эксплуатации скважин штанговыми насосами при откачке парафинистой нефти и предназначено для упрощения конструкции. Штанговая глубинно-насосная установка содержит станок-качалку 1, скважинный штанговый насос 2, колонну НКТ 3 и колонну насосных штанг (НШ) 4. На насосных штангах 4 раз мещены группы постоянных магнитов (ПМ) 5, каждая из которых образована совокупностью постоянных магнитов (ПМ) 6, установленных с зазором между собой. Магнит-4 ное поле всех ПМ 6 ориентировано- в на- правлении, перпендикулярном продольной 1 VJ 00 k Ј. Со Фиг1

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для эксплуатации скважин штанговыми насосами при откачке парафинистой нефти.

Известна штанговая глубинно-насос- ная установка для эксплуатации скважин, добывающих высокопарафинистую нефть. Она содержит станок-качалку, скважинный насос, эксплуатационную колонну, насос- но-компрессорные трубы, разделитель и электрический нагреватель, выполненный в виде дополнительной колонны труб, установленных параллельно насос- но-компрессорным трубам и несущих ряд нагревательных элементов, соединенных посредством силовых кабелей с источником электрической энергии,

К недостаткам такой установки следует отнести сложность скважинного оборудования, большие затраты на экс- плуатацию и значительную продолжительность проведения подземного ремонта, обусловленную необходимостью установки в скважине разделителя и дополнительной колонны труб,

Известны также штанговые глубинно-насосные установки, добывающие высокопарафинистую нефть, содержащие станок-качалку, скважинный насос, колонну насосно-компрессорных труб, колонну на-

сосных штанг и нагреватель, состоящий из подвижного элемента, размещенного в разрыве колонны насосных штанг, и неподвижной части, установленной в разрыве колонны нэсосно-компрессорных труб и включающей магнитный кожух, систему постоянных магнитов, короткозамкнутые катушки и изоляционный ка ркас.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является штанговая глубинно-насосная установка, в которой подвижный элемент нагревателя выполнен в виде чередующихся магнитных и токопрово- дящих участков.

Недостатком данной установки является высокая сложность конструкции, что обусловлено сложностью конструкции подвижного элемента нагревателя и его неподвижной части. Кроме того, эта установка характеризуется недостаточно высоким коэффициентом полезного действия из-за больших потерь тепла в межтрубном пространстве и внутри неподвижной части нагревателя в процессе передачи тепла от короткозамкнутых катушек нефти через воздух и изоляционный каркас. Следует также отметить, что тепло, выделяющееся в короткозамкнутых катушках неподвижной части, приводит к нагреву постоянных магнитов.

снижению их магнитной индукции и эффективности нагрева нефти.

Целью изобретения является упрощение конструкции установки.

Поставленная цель достигается тем, что в известной штанговой глубинно-насосной установке, включающей станок-качалку, скважинный насос, колонну насосно-комп- рессорных труб, колонну насосных штанг и нагреватель, состоящий из подвижного элемента и установленной с зазором относительно подвижного элемента неподвижной части, постоянных магнитов и элементов для преобразования электрической энергии в тепловую, подвижный элемент образован частью насосных штанги размещенными на штангах чередующимися группами постоянных магнитов, в каждой из которых соседние магниты установлены с зазором между ними и имеют противоположные направления магнитного поля, ориентированного перпендикулярно продольной оси штанг, а неподвижный элемент, преобразующий электрическую энергию в тепловую, образован частью насосно-компрессорных труб с нанесенным на их внутреннюю поверхность покрытием из материала с высокой электрической проводимостью. При этом часть насосно-компрессорных труб с внутренним покрытием выполнена с наружным теплоизоляционным покрытием.

На фиг. 1 изображена штанговая глубинно-насосная установка; на фиг. 2 - поперечный разрез скважины при размещении на насосных штангах постоянных магнитов в форме кольца; на фиг. 3 - поперечный разрез скважины при размещении на насосных штангах постоянных магнитов в форме сегментов; на фиг. 4 - поперечный разрез насосно-компрессорной трубы с покрытием ее внутренней поверхности материалом с высокой электрической проводимостью; на фиг. 5 - поперечный разрез насосно-компрессорной трубы с теплоизоляционным покрытием наружной поверхности.

Штанговая глубинно-насосная установка (фиг. 1) содержит станок-качалку 1, скважинный штанговый насос 2, колонну насосно-компрессорных труб 3 и колонну насосных штанг 4, На насосных штангах 4 размещены группы постоянных магнитов 5, каждая из которых образована совокупностью постоянных магнитов 6, установленных с зазором между собой. Магнитное поле всех постоянных магнитов 6 ориентировано в направлении, перпендикулярном продольной оси насосных штанг 4. Причем, соседние магниты 6 имеют противоположное направление намагниченности. Размеры и форма всех магнитов 6 одинаковы. В качестве примера на фиг. 2 показано использование постоянных магнитов 6 в форме кольца, а на фиг. 3 - в форме сегментов. Возможно также применение магнитов 6 5 прямоугольной формы, трапецеидальной формы и т.д. В совокупности участки насосных штанг 4, несущие группы постоянных магнитов 5, образуют подвижный элемент нагревателя. Неподвижная часть нагревате0 ля, преобразующая электрическую энергию в тепловую, отделена от подвижного элемента зазором 7 и образована частью насосно-компрессорных труб 3. расположенных в зонах перемещения подвижного элемента

5 нагревателя. Внутренняя поверхность не- подвижно,й части нагревателя имеет покрытие 8 из материала с высокой электрической проводимостью, например, меди или алюминия (фиг. 4).

0 Часть насосно-компрессорных труб 3 с внутренним покрытием 8 выполнена с наружным теплоизоляционным покрытием 9 (фиг. 5).

Длина внутреннего покрытия 8 и на5 ружного теплоизоляционного покрытия 9, r.e.Tix размер в осевом направлении скважины, в зоне расположения одной группы постоянных магнитов 5 рассчитывается по формуле

0,L 1r.M. + х.ш,

где 1г.м. - длина группы постоянных магнитов 5;

1х.ш - длина хода точки подвеса насосных штанг 4.

5 Работа штанговой глубинно-насосной установки осуществляется следующим образом.

При включении станка-качалки 1 происходит возвратно-поступательное движение

0 колонны насосных штанг 4 и соединенного с ними плунжера скважинного штангового насоса 2, что обусловливает подьем нефти по насосно-компрессорным трубам 3. Одновременно с колонной насосных штанг 4 осу5 ществляется возвратно-поступательное движение групп постоянных магнитов 5. При этом на участках колонны насосно-ком- прессо рных труб 3. расположенных в зоне движения подвижного элемента нагревате0 ля, наводится электродвижущая сила, под действием которой в неподвижной части нагревателя возникает электрический ток. Прохождение электрического тока по неподвижной части нагревателя сопровожда5 ется выделением тепла, повышением температуры участков колонны насосно- компрессорных труб, жидкости и насосных штанг 4. Выбором типа постоянных магнитов 6 и длины подвижного элемента нагревателя температура жидкости в на

сосно-компрессорных трубах 3 поддерживается на уровне, превышающем темпера- туру насыщения ее парафином. При этом исключается процесс отложения асфальтос- молопарафиновых веществ на насосно-ком- прессорных трубах 3 и насосных штангах А.

Пример. Скважина глубиной 1500 м с внутренним диаметром эксплуатационной колонны 130 мм эксплуатируется штанговым насосом, размещенным на глубине 1000 м. Температура пластовой нефти 301 К, в скважине на глубине подвески насоса 293,4 К; температура насыщения нефти парафином 293 К. Производительность или дебит скважины 10 м3/сут (1,157 х м3/с). Наружный диаметр колонны насосно-комп- рессорных труб 73 мм, ее внутренний диаметр 62 мм, толщина стенки труб 5,5 мм. Диаметр штанг 22 мм, длина хода точки подвеса штанг 4 м. В процессе подъема нефти ее температура за счет теплообмена с окружающей средой снижается и на глубине 973 м достигает 293 К, т.е. становится равной температуре насыщения нефти парафином. На этой отметке на насосной штанге уста- новл ена первая группа постоянных магнитов. Длина группы магнитов в осевом направлении скваж ины выбирается р авной 6 м. Группа сформирована из постоянных магнитов, выполненных в форме сегмента (фиг. 3). Внутренний радиус магнитов равняется 11 мм, наружный радиус - 26 мм. Общая длина поверхности двух сегментов составляет 97,34 мм, т.е. равняется половине длины окружности, соответствующей внутреннему радиусу насосно-компрессор- ной трубы. Зазор между стенкой насосно- компрессорной трубы и постоянными магнитами составляет 5 мм, Величина магнитной индукции на внутренней по верхно- сти насосно-компрессорной трубы 0,765 Тл. Такой величины магнитная индукция может быть получена, например, при применении Самарий- кобальтовых маг-нитов, выпускаемых отечественной промышленностью.

При прохождении нефти в зоне перемещения постоянных магнитов ее температура повышается с 293 до 298,7 К, т.е. нагрев нефти в зоне перемещения магнитов составляет 5,7 градуса. При дальнейшем движении температура нефти снижается и достигает 293 К на расстоянии 376 м от места выхода из зоны нагрева. Для исключения отложения парафина выше этой от-, метки устанавливается вторая группа постоянных магнитов протяженностью 6 м. Исследованиями установлено, что третья группа постоянных магнитов длиной 6 м устанавливается на расстоянии 376 мог песта

выхода нефти из зоны нагрева второй группы.

Таким образом, при добыче нефти из скважины с приведенными выше парамет- рами для исключения образования асфаль- тосмолопарафиновых отложений группы постоянных магнитов устанавливаются на глубинах (967-973) м, (585-591) м, (203-209) м от поверхности земли. Общая протяжен- ность магнитов равняется 18 м. Температура нефти при выходе из скважины равна 295,7 К. т.е. остается выше на 2,7 градуса температуры насыщения нефти парафином, что спо- собствует транспортировке продукции скважины до групповой замерной установки без образования асфальтосмолопарафи- новых отложений в трубах. Полученные данные базируются на электромагнитном расчете нагревателя, в основу которого по- ложены следующие формулы.

Электрическая мощность, выделяемая в неподвижной части нагревателя, рассчитывается по формуле

Р Е I,

где Е - электродвижущая сила, В; 1 - электрический ток, А, В соответствии с законом электромагнитной индукции:

Е ВЛ/ а,

где В - магнитная индукция в среднем сечении насосно-компрессорной трубы неподвижной части нагревателя, Тл;

V - действующее значение скорости движения насосных штанг подвижного эле- мента нагревателя, м/с;

а - длина окружности, соответствующей среднему диаметру насосно-компрессорной трубы неподвижной части нагревателя, м;

V VM/ т/2 а л:(0нар + DBH) /2

VM - максимальная скорость перемещения насосных штанг, м/с;

Онар, DBH - наружный и внутренний ди- аметр насосно-компрессорной трубы, м. На основании закона Ома

1-Е-д,

где g - эквивалентная электропроводимость неподвижной части нагревателя, 1/Ом

g-ycm-f

} cm удельная электропроводимость материала насосно-компрессорных труб, 1 /Ом м;

S - площадь сечения насосно-компрес- г.орной трубы в направлении, перпендикулярном прохождению электрического тока, м2;

S l(DHap-DBH)/2,

где I -длина неподвижной части нагревателя, м.

При проведении расчетов величина I принимается равной длине подвижного элемента нагревателя.

Подставляя в выражение для мощности значение электродвижущей силы и электрического тока, получаем

р-Р2п Ум . ЛГ(РНар+Рвн)

H-fc.g - 22х

v v I рнар РВН . R2 X /cm Il-n °

При VM 1 м/с. DHap 0,073 м, Оан 0,062 м, ,15x 106 1/Ом-м, I 18 м, В 0,765Тл Р 31620,5 Вт 31,62 кВт.

Значения мощности, выделяемой в неподвижной части нагревателя при других значениях магнитной индукции, приведены в таблице.

Если внутреннюю поверхность неподвижной части нагревателя покрыть медью или алюминием, то при индукции 0,765 Тл количество тепла, выделяемого в неподвижной части нагревателя, существенно возрастает. Увеличивается и температура нефти за время ее прохождения в зоне нагревателя. Поэтому для исключения отложения ас- фальтосмолопарафиновых веществ в данном случае требуется меньшая длина подвижного элемента нагревателя, т.е. меньшее количество групп постоянных магнитов. Так для скважины с приведенными выше параметрами для исключения отложения асфальтосмолопарафиновых веществ необходима лишь одна группа постоянных магнитов протяженностью 3 м. Эта группа устанавливается на насосной штанге на глубинах (970-973) м от поверхности земли. Толщина медного покрытия внутренней поверхности неподвижной части нагревателя составляет 1 мм, а размещается медное покрытие на участке длиной 7 м на глубинах (966-973) м от поверхности аемли,

Покрытие наружной поверхности неподвиж- ной части нагревателя теплоизоляцией приводит к уменьшению потерь тепла в межтрубном пространстве, т.е. к повышению эффективности нагревателя и увеличению температуры нагрева нефти. Это способствует уменьшению длины нагревателя, а следовательно, уменьшению требуемого количества групп постоянных магнитов. Так, для рассматриваемой скважины отложение асфальтосмолопарафиновых веществ исключается при установке на насосных штангах 5 двух групп постоянных маг,нитов. Одна из них, протяженностью 6 м, размещается на глубинах (967-973) м от поверхности земли, а другая, протяженностью 5 м, на глубинах (402-407) м, В качестве теплоизоляционного

0 . покрытия используется стеклоткань, пропитанная эпоксидной смолой. Толщина теплоизоляционного покрытия 5 мм, длина на первом участке 10 м, на втором 9 м. Размещается теплоизоляционное покрытие на

5 глубинах (963-973) и (398-407) м от поверх- ности земли. Приведенные данные соответствуют случаю, когда немагнитное покрытие неподвижной части нагревателя отсутствует.

0 Заявляемая штанговая глубинно-насосная установка исключает образование асфальтосмолопарафиновых отложений на насосно-компрессорных трубах и насосных штангах. Она, по сравнению с прототипом,

5 характеризуется более простой конструкцией нагревателя, что позволяет повысить надежность работы скважинного оборудования и уменьшить его стоимость. Осуществление непосредственной передачи тепла

0 от неподвижной части нагревателя нефти обусловливает повышение эффективности нагрева нефти и ведет к увеличению коэффициента полезного действия нагревателя и установки в целом. К дополнительному

5 повышению эффективности нагрева нефти и увеличению коэффициента полезного действия нагревателя и установки приводит снижение потерь тепла в межтрубном пространстве за счет уменьшения поверхности

0 теплоотдачи и нанесения на наружную поверхность неподвижной части нагревателя теплоизоляционного покрытия. Увеличение коэффициента полезного действия нагревателя способствует тому, что одинаковую с

5 прототипом температуру нагрева нефти в заявляемой установке можно получить при меньших габаритах и стоимости нагревателя, т.е. при более низких затратах на оборудование скважины. Следует отметить и то,

0 что в заявляемой установке, в отличие от прототипа, использовано стандартное нефтепромысловое оборудование.

Изобретение предназначено для использования в штанговых глубинно-насос5 ных установках для откачки парафинистой нефти.

Формула изобретения 1. Штанговая глубинно-насосная установка, включающая станок-качалку, скважинный насос, колонну насосно-компрессорных труб, колонну насосных штанг и нагреватель, состоящий из подвижного элемента и установленный с зазором относительно подвижного элемента неподвижной части, постоянных магнитов и элементов для преобразования электрической энергии в тепловую, отличающая- с я тем, что, с целью упрощения конструкции, подвижный элемент образован частью насосных штанг и размещенными на штангах чередующимися группам й посТояйных магнитов, в каждой из которых соседние магниты установлены с зазором между нифиг. 2

0

ми и имеют противоположные направления магнитного поля, ориентированного перпендикулярно продольной оси штанг, а неподвижная часть, преобразующая электрическую энергию в тепловую, образована частью насосно-компрессорных труб с нанесенным на их внутреннюю поверхность покрытием из материала с высокой электрической проводимостью.

ФигЗ

В

Фиг. 4

3

8