Скважинный электронагреватель

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 В 43/24

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4799247/03 (22) 05.03.90 (46) 07,01,92. Бюл, М 1 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по проблемам освоения нефтяных и газовых ресурсов континентального шельфа (72) С.И,Исупов и И.И.Лаптев (53) 622,276(088.8) (56) Нефтяное хозяйство. 1978. (Ф 10. с. 5962.

Авторское свидетельство СССР

N ò11662277667711,, кKл, Е 21 В 36/04. 1988. (54) СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче нефти, газоконденсата и газа из скважйн, разбуренных в зоне распространения вечномерзлых пород. Цель изобретеИзобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к добыче нефти, газоконденсата и газа из скважин. разбуренных в зоне вечной мерзлоты.

Добыча жидких и газообразных углеводородов иэ скважин, раэбуренных 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 насосно-комп рессорных труб (НКТ).

Разрушение гидратных пробок, парафинов и застывшей в НКТ нефти с целью повышения производительности скважин осуществляют, как правило, путем их Harpeea.

„„Я „„1703810 А1 ния — 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 ДШ 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 вЂ” насос — внутренняя, полость ТК вЂ” отверстия в нижней части ТК и отверстия в ДШ вЂ” кольцевое г ространство между Н и внутренней стенкой

ТК. 1 ил.

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 соединена с токовводом.

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 электронагревате1703810 нижней части нагревателя осуществляется мало нагретой разрушенной средой и нижняя часть нагревательных элементов работает в ненапряженном тепловом режиме.

По мере расплава среды и спуска нагревателя 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 установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным по спирали íà его поверхности длинномерным нагревательным элементом, причем нагревательный элемент размещен по длине корпуса неравномерно с увеличением шага спирали от конца корпуса по направлению к токовводу, а в верхней части корпуса выполнены отверстия.

Недостатком известного скважинного электронагревателя является низкая скорость разрушения гидратов, застывшей нефти и парафинов. Объясняется это тем, что нагрев разрушаемых сред при применения известного электронагревателя осуществляется передачей тепловой энергии 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, содержащий 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 направлению 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

55 ле не предусмотрена возможность концентрации отбора тепла с нижней его части, контактирующей с холодной неразрушенной средой. По этой же причине низка и надежность его работы. потому что теплосъем с 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 б, 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 Н КТ 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

1703810

15 разрушаемым гидратам, застывшей нефти и парафину. Последние в зоне контакта с нагревателем расплавляются. Нагреватель под действием сил тяжести опускается. Расплавленные компоненты гидратов, эастьвшей 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 парафиновдостигают лопаток насоса 7 создается их 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 вЂ” 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 llðècòeночíой области НКТ. 3а 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 равноэффективного 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 BLIJàéáå 5 I1,допол Hèòåë ьн ых отвер20

55 стий4 выбираюттаким чт бы срл;лы гл: дЕй их СООтнОСилиСь мЕл ду Ссбсй пр.-li: пропорционально отношению площаей поперечного сечения ен треиней гол т,. трубчатого корпуса нагрееателя и кольцее:го пространства, т.е. чтобы 5t ло cп раеед.-иво соотношение

Х 5 аш.

i где Я о,ш, Si д,о — площади поперечного сечения i-го отверстия в дроссельной шайбе и j-го дополнительного отверстия в корп,:е нагревателя, I 1,2,.... j = 1.2....:

SHBfp S кольца площади поперечногQ сечения внутренней полости коряуса нагревателя и кольцевого пространства

Из отношения (1) следует, что при малой площади кольцевого пространства (r1алом 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 противоположность 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 раз,шению большого объема застывших компонентов в направлении осевого контакта с нагревателем). и наоборот.

При конкретном исполнении электронагревателя дополнительные отверстия 4 выполняют одинакового диаметра. размещая их по окружности конусной части низа корпуса равномерно. Отверстия 6 в дроссельной шайбе 5 выполняют с разными диаметрами, размещая в центральной части шайбы отверстия с большими д11аметрами. а в периферийной — с меньшими. Дроссельную 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 внутренне о диаметра НКТ в нагреватель для обработки конкретной скважины устанавливают такую шайбу, суммарная площадь отверсть1й кото1703810 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 нагревательным элементом с увеличением шага спирали от конца корпуса по направлению к токовводу и отверстия в верхней части корпуса, отличающийся тем, что

5 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 ниж10 ней части корпуса выполнены дополнительные отверстия, под которыми жестко установлена дроссельная шайба с отверстиями, причем отверстия в верхней части корпуса выполнены у приема насоса, 15