Скважинный электронагреватель

 

Скважинный электронагреватель. Область применения: разрушение гидратных пробок, разогрев застывшей нефти, депарафинизация скважин, прогрев трубопроводов. Сущность изобретения: устройство содержит токопровод, герметизированный кабельный разъем, цилиндрический корпус, электронагревательный элемент, теплопроводящий сердечник и излучатель тепловых потоков направленного действия. Устройство позволяет повысить скорость прогрева скважин и обеспечить прогрев трубопроводов в особенности больших диаметров. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области бурения и горного дела, а точнее к области применения погружных электронагревательных приборов для разогрева застывшей нефти, а также депарафинизации нефтяных скважин. Заявляемое устройство может также применяться для прогрева скважин, пробуренных в условиях вечной мерзлоты в случаях их обледенения.

Известны нагревательные приборы, применяемые для прогрева скважин, такие как, "Скважинный парогазогенератор" (1) или "Скважинная горелка" (2). Принцип действия указанных нагревательных приборов основан на использовании сжигаемого топлива для обеспечения достижения необходимой температуры. Недостатками данных нагревательных приборов является сложность их конструкций, неэкономичность, обусловленная необходимостью использования жидкого или газообразного топлива, невысокая производительность, связанная с медлительностью процесса прогрева.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому устройству является "Скважинный электронагреватель", представляющий собой корпус с отверстиями в верхней его части для перетекания разогретой нефти. К корпусу подведен токопровод, соединенный с электрической спиралью, намотанной на внешней поверхности корпуса, причем плотность намотки витков электроспирали возрастает по мере удаления от места соединения токопровода со спиралью. Указанная особенность намотки спирали обеспечивает повышение плотности теплового потока излучаемого элекронагревателем по мере увеличения плотности намотки витков (3). Недостатками данного устройства являются его относительно невысокая производительность, а также ограниченность применения. Указанные недостатки обусловлены тем, что тепловой поток, излучаемый известным скважинным электронагревателем, хотя и возрастает по мере увеличения плотности намотки витков электроспирали, но при этом характеризуется "размытостью" и ненаправленностью действия по оси прогреваемой скважины (электроспираль расположена таким образом, что практически весь тепловой поток направляется к стенкам скважины). Благодаря этому процесс разогрева застывшей нефти и депарафинизация скважин носят замедленный характер, а в случаях необходимости расплавления гидратных пробок, в особенности при большой их протяженности, известный скважинный электронагреватель оказался вообще неэффективным. Кроме того применение данного скважинного электронагревателя носит ограниченный характер из-за его неприменимости для разогрева застывших сред в каких-либо коммуникационных системах круглого сечения больших диаметров, например, в трубопроводах.

Преимуществами заявляемого устройства являются повышение скорости разогрева застывших нефтей в скважинах, депарафинизация скважин, обеспечение расплавления гидратных пробок в скважинах, а также расширение области применения за счет возможности использования для разогрева или расплавления термопластичных сред в коммуникациях больших диаметров.

Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что заявляемое устройство содержит токопровод, цилиндрический корпус, внутри которого расположен теплопроводящий сердечник, выполненный из металла, причем пространство между теплопроводящим сердечником и корпусом заполнено теплоэлектроизоляционным материалом. На поверхности теплопроводящего сердечника расположен электронагревательный элемент, а на торце цилиндрического корпуса укреплен излучатель тепловых потоков направленного действия, выполненный из металла с высокой теплопроводностью, например, из меди. Излучатель тепловых потоков направленного действия находится в контакте с теплопроводящим сердечником и может иметь форму полусферы, линзообразую форму с фокусирующей поверхностью, представляющей собой поверхность гиперболоида вращения или комбинацию вышеуказанных форм, когда линзообразные выпуклости расположены на поверхности полусферы. Токопровод подсоединен к скважинному электронагревателю с помощью герметизированного кабельного разъема.

На фиг. 1 представлен скважинный электронагреватель, разрез, вариант с полусферическим излучателем тепловых потоков направленного действия; на фиг. 2 - излучатель тепловых потоков направленного действия, представляющий собой комбинацию полусферической и линзообразной форм (подвариант с 5 линзообразными выпуклостями).

Скважинный электронагреватель состоит из токопровода 1, герметизированного кабельного разъема 2, цилиндрического корпуса 3, электронагревательного материала 6 и излучателя 7 тепловых потоков направленного действия (фиг. 1).

Излучатель тепловых потоков направленного действия (фиг. 2) состоит из шарообразной монолитной полусферы 8 с расположенными на ее поверхности линзообразными выпуклостями 9 и 10, имеющими фокусирующие поверхности, представляющие собой поверхности гиперболоидов вращения, причем линзообразная выпуклость 9 расположена на вершине шарообразной монолитной полусферы 8, а линзообразные выпуклости 10 - на ее боковой поверхности на расстояниях, одинаковых между каждыми двумя соседними линзообразными выпуклостями 10. Размещение самих линзообразных выпуклостей 10 носит линейный характер. На фиг. 2 изображен однолинейный характер расположения линзообразных выпуклостей 10, однако таких линий расположения может быть и больше.

Устройство работает следующим образом.

Скважинный электронагреватель помещают в прогреваемую скважину, опускают на глубину начала образования локальной зоны, например, гидратной пробки, включают силовой трансформатор и по мере прогрева локальной зоны до нужной степени вязкости прогреваемой среды продолжают перемещение устройства до нижней границы локальной зоны.

После включения питающего силового трансформатора нагретый с помощью электронагревательного элемента 4 теплопроводящий сердечник 5 подает тепловой поток к излучателю тепловых потоков направленного действия. За счет вышеуказанных форм поверхности действие излучателя тепловых потоков характеризуется направленностью по оси прогреваемой скважины. В случае использования полусферической формы излучателя 7 тепловых потоков направленного действия распространение теплового потока носит направленный веерообразный характер и обладает мягкостью действия. Такой формы излучатель целесообразно применять при разогреве застывших сред с резким переходом от одного агрегатного состояния к другому (сред, характеризующихся температурами плавления, например, парафина или льда). В случаях, когда среда является многокомпонентной системой, например нефть, и в которой фазовые переходы носят плавный, замедленный, характер, используют либо линзообразную форму излучателя тепловых потоков направленного действия, либо комбинированную форму полусферы с линзообразными выпуклостями. Известно, что фокусировка лучистой энергии приводит к увеличению мощности потока лучистой энергии в объеме фокусируемого потока, а следовательно и к увеличению температуры с ее максимальной величиной в точке фокуса (точка А, фиг. 3), из чего следует, что использование излучателя тепловых потоков направленного действия, имеющего в своем составе линзообразные выпуклости, будет интенсифицировать процесс прогрева скважины. При использовании линзообразной формы излучателя прогрев будет носить жесткий, узконаправленный характер действия, что весьма эффективно для скважин малых диаметров. Комбинированная форма излучателя обеспечит сочетание жесткого и мягкого объемного характера прогрева, который целесообразно использовать для прогрева скважин больших диаметров. Однако при всех прочих равных условиях заявляемый скважинный электронагреватель обладает всеми вышеперечисленными преимуществами по сравнению с прототипом. Испытания заявленного устройства показали его эффективность и работоспособность при растоплении гидратной пробки длиной в 730 м в скважине на глубине, начиная со 170 и до 900 м, причем общее время прохождения составило 216 ч, в то время как известным скважинным электронагревателем растопить вышеуказанную гидратную пробку не удалось. В этом случае использовался скважинный электронагреватель с излучателем тепловых потоков направленного действия в форме линзы с фокусирующей поверхностью. Использование двух других форм излучателя тепловых потоков направленного действия также показало их работоспособность при растоплении гидратных пробок. Скорость депарафинизации скважин, а также скорость разогрева застывшей нефти для всех трех форм излучателей в среднем в 1,6-2 раза выше, чем у устройства согласно прототипа. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1222822, кл. Е 21 В 36/00, 43/24, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 1645474, кл. Е 21 В 36/00, 43/24, 1991.

3. Авторское свидетельство СССР N 1627671, кл. Е 21 В 36/04, 43/24, 1991.

4. Элементарный учебник физики. /Под ред. Г. С. Ландсберга, т. III, М. : Наука, 1971, с. 202-203.

Формула изобретения

СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ, включающий полый цилиндрический корпус с нагревательным элементом и токовводом в верхнем своем торце, отличающийся тем, что он снабжен металлическим теплопроводящим сердечником, расположенным внутри полого цилиндрического корпуса, и монолитным металлическим излучателем тепловых потоков направленного действия, расположенным в нижнем торце полого цилиндрического корпуса, причем электронагревательный элемент размещен на внешней поверхности металлического теплопроводящего сердечника, монолитный металлический излучатель тепловых потоков направленного действия имеет контакт с металлическим теплопроводящим сердечником, а полость цилиндра заполнена теплоизоляционным материалом.

2. Электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что металлический теплопроводящий сердечник и монолитный металлический излучатель тепловых потоков направленного действия выполнены из меди.

3. Электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что монолитный металлический излучатель тепловых потоков направленного действия имеет форму полусферы или линзы с фокусирующей поверхностью или форму полусферы с размещенными на ее поверхности фокусирующими линзообразными выпуклостями.

4. Электронагреватель по п. 3, отличающийся тем, что одна из фокусирующих линзообразных выпуклостей расположена на вершине полусферы, а остальные - на ее боковой поверхности, причем расстояния между каждыми двумя соседними фокусирующими линзообразными выпуклостями, расположенными на боковой поверхности полусферы, одинаковы, сами фокусирующие линзообразные выпуклости расположены линейно в ряд, а количество рядов составляет не менее одного.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3