Скважинный электронагреватель Советский патент 1982 года по МПК G01V1/52 E21B43/24 

1

Изобретение относится к средствам для воздействия на горные породы, в частности на нефтеносные пласты, с целью увеличения притока нефти при осуществлении добычи и разведки нефти и газа.

Известен скважинный электронагреватель, используемый для воздействия на нефтяные пласты и содержащий трубчатый корпус, в котором на изоляторе размещен нагревательный элемент 1 .

Недостатком этого устройства является малая эффективность наг&ева.

Известен скважинный электронагреватель, входящий в состав термоакустического прибора и содержащий изогнутый трубчатый корпус, размещенный в кожухе прибора, в котором находятся нагревательный эдемент на изоляторе и электровводы L2.

Недостатком этогч; устройства является малая эффективность нагрева горных пород вследствие; наличия кожуха и неэффективности самих электронагревателей, число которых в этом случае пришлось увеличить и соединить их в блок.

Наиболее близким к предлагаемому является скважииный электронагреватель, выпускаемый серийно и устанавливаемый в скважинном термоакутическом приводе, который содержит трубчатый корпус с размещенным в нем нагревательным элементом в виде обмотки, намотанной на изолятор ,3 Этому устройству присуща невысокая эффективность нагрева околоскважинного пространства. Указанный недостаток вызван тем, что устройство имеет малую активную поверхность, отсутствует направленность теплового потока на горные породы и равномерность распределения выделяемого тепла в пространстве. При работе наиболее интенсивный разогрев происходит не в сторону горных пород, а в центр нагревателя, что снижает его долговечность и эффективность. Изогнутая конфигурация корпуса приводит к необходимости размещения электронагревателя под акустическим излучателем термоакустического прибора, что приводит к перегреву последнег и отказам в работе вследствие конвекции тепла вверх по стволу скважины. Недостаточная тепловая эффективность электронагревателя вынуждает при разработке термоакусти ческой аппаратуры увеличивать число нагревателей, понижая тем самым коэффициент ; полезного действия и увеличивая потребление электроэнер гии и потери в каротажном кабеле пропорционально числу установленных нагревателей. Цель изобретения - повышение эффективности скважинного. электронагревателя. Указанная цель достигается тем, что скважинный электронагреватель, состоящий из трубчатого корпуса С размещенным в нем нагревательным элементом в виде обмотки, намотанн на изолятор, снабжен дополнительны нагревательным элементом, размещен ным в корпусе коаксиально с ним и выполненным в виде цилиндра (6 установленным на нем витым сердечником из электротехнической стали с шайбами на концах, при этом между изолятором и сердечником установлен теплоизолятор, а трубчатый кор пус выполнен из стали. На фиг. 1 показан скважинный на греватель, фронтальная проекция; на фиг. 2 - то же, поперечное сече ние по горизонтали. В крышке 1 стального корпуса 2 скважинного электронагревателя установлен дополнительный нагревательный элемент, состоящий из цилиндра 3 выполненного из немагнит ного материала, на котором на бума ной или матерчатой негорючей прокладке (на фиг. 1 не показана) установлены витой сердечник k, выпол ненный из электротехнической транс форматорной стали. Поверх сердечни ка находится теплоизолятор 5 а сн ружи теплоизолятора 5 размещен электроизолятор 6, в котором имеют ся пазы для нагревательной обмотки 7. Обмотка может быть выполнена из меди или сплава с высоким удельным электрическим сопротивлением, например нихрома или константана. С обеих сторон на концах витого сердечника размещены шайбы 8, наружный диаметр которых равен внутреннему диаметру .стального корпуса 2у а внутренний - наружному диаметру сердечника i. Крышка 9 подобна крышке 1 и выполняет те же функции защищает электронагреватель от затекания в него скважинной жидкости. В верхней Части цилиндра 3 выполнен электроразъем 10 с электровводами 11 и 12 (фиг. 2), которые соединены с концами нагревательной ебмотки 7 (на фиг. 1 не показана). Корпус 2 выполнен толстостенным и из магнитного материала, например из стали. Между его внутренней поверхностью и витками обмотки 7 сделан воздушный зазор или проложен слой теплостойкой изоляции. Внутри цилиндра 3могут быть проведены провода питания для акустического излучателя (на фиг. 1 не показан). ТеплоиЭоля ОР 5 может быть выполнен не только из материалов с низкой теплопроводностью, но и из материалов с хорошей отражающей способностью. Скважинный электронагреватель работает следующим образом. При подаче переменного напряжения на вход нагревательной, обмотки 7 через электровводы 11 и 12 в магнитной цепи, образованной корпусом 2, витым сердечником 4 и шайбами 8, возникает магнитный Поток, величина которого равна ф--Е/4.44и,х (1) где Е - напряжение на входе или напряжение питающей сети; п - число витков в обмотке 7; f - частота питающего напряжения Е. Большие вихревые потери и интенсивное выделение тепла происходят за счет перемагничивания стальной трубы, в виде которой выполнен корпус 2, имеющий толщину стенок примерно такую же, что и толщина стенок цилиндра З,Ферромагнитные потери, благодаря которым нагревается корпус 2, складываются из потерь на вихревые токи, которые в данном случае являются основными, потерь на гистерезис и из дополнительных потерь. Общий тангенс угла ферромагнитных потерь равен хГ . Величина (f и его составляющих определяется эмпирически , где (Г-Ш- тангенс потерь на вихрег о ;вые токи; Ор тангенс потерь на гистере зис (Н - напряженность магнитного поля в корпусе 2) ; тангенс угла дополнительных потерь, равный (Гд--( где сГдг составляющая тангенса угла дополнительных потерь пропорциональная частоте cf - тангенс угла потерь на последействие или тангенс начальных потерь. Скважинный электронагреватель может быть выполнен в двух варианта с обмоткой нагревателя .из медного провода или с обмоткой из провода с большим удельным электрическим со противлением, например нихрома или константаиа. При выполнении обмотки из меди е активное сопротивление мало, и все тепло выделяется за счет мощности потерь. В этом случае понижаются требова ния к материалу теплоизолятора 5 и электроизолятору 6. Цилиндр 3 в этом случае меньше нагревается, что означает снижение тепловых потерь внутри скважинного электронагревателя и повышение эффективности наГрева корпуса 2, а вместе с ним и.горных пород в скважине. При выполнении второго варианта с обмоткой из провода типа нихрома или константана общее количество производимого электронагревателем тепла равно сумме тепла, выделяемого на активном сопротивлении обмотки и за счет электрических потерь в материале корпуса 2,В случае выполнения теплоизолято ра 5 из материала с хорошей теплоот ражающейся способностью перегрев сердечника k минимальный, что приво дит к дополнительному повышению эффективности нагревателя из-за иапра ленности теплового потока в сторону горных пород. Так как магнитное сопротивление сердечника k и шайб 3« 8 незначительно по сравнению с магнитным сопротивлением корпуса 2, то внутреннего разогрева практически нет. Нет1И соответствующих потерь тепла, присущих известному устройству. . Таким образом, введение дополнительного нагревательного элемента в виде ,цилиндра с установленным на нем витым сердечником и шайбами на концах из электротехнической стали и выполн ение корпуса стальным выгодно отличают скважинный электронагреватель от известного, позволяют увеличить эффективность нагрева горных пород в скважине. Формула изобретения Т. Скважинный электронагреватель, состоящий из трубчатого корпуса с размещенным в нем нагревательным элементом в виде обмотки, намотанной на изолятор, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности скважинного электронагревателя, он снабжен дополнительным нагревательным элементом, размещенным в корпусе коаксиально с ним и выполненным в виде цилиндра с установленным на нем витым сердечником из электротехнической стали с шайбами на концах, при этом между изолятором и сердечником установлен теплоизолятор. 2. Электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что трубчатый корпус выполнен из стали. Источники информации, ; принятые во внимание при экспертизе .1. Шейнман А.Б. О новых возможостях воздействия на нефтяной пласт. Сб. Фильтрация, теплоперенос и неф-, тегазоотдача в сложных пластовых истемах, АН СССР, Институт геологии и разработки горючих ископаемых. М. , Наука, 1978, с. 11. 2.Инструкция по термоакустической обработке призабойных зон с . целью увеличения производительности скважин. Всесоюзный нефтегазовый научно-исследовательский институт МНП, М., 1978, с. 12. 3.Научно-технический отчет по теме XI 108-6/762-76, инв. 2883i 9НИИЯГГ, с. 214 (прототип).