Нагреватель электрический

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для удаления гидратопарафиновых образований (ГПО) в насосно-компрессорных трубах (НКТ) нефтяных и газовых скважин. Нагреватель содержит теплоэлектрический нагреватель (ТЭН). В корпус залит высокотеплопроводный металл. Носовая часть нагревателя выполнена в виде конуса со смещенным центром, с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, с прорезями на фланце со стороны, противоположной смещению центра носовой части, с выступающей частью фланца со стороны смещенного центра и с продольными и/или фигурными канавками на внутренней поверхности. На наружной и внутренней поверхностях трубчатого корпуса нарезаны со взаимным смещением винтовые канавки. Фокус профиля наружной канавки расположен на расстоянии от наружной поверхности корпуса, равном разности радиусов НКТ, из которой удаляют ГПО, и корпуса. Угол конуса носовой части выбран из условия расположения перпендикуляра к середине наружной образующей смещенной носовой части. Снижаются потери теплопередачи в стенках корпуса и носовой части нагревателя, увеличивается удельная теплопередача. 3 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для удаления гидратопарафиновых образований (НКТ) в насосно-компрессорных трубах (НКТ) нефтяных и газовых скважин.

Известны различного типа электрические нагреватели, используемые для удаления ГПО в скважинах (В.А.Хорошилов, А.Г.Малышев. Предупреждение и ликвидация гидратных отложений при добыче нефти.- М.: ВНИИОЭНГ, 1986 //Обзорная информация нефтяной промышленности, серия "Нефтепромысловое дело"; а. с. N 1816849, М.кл. E 21 В 37/00, РФ; В.В.Девликанов и др. Борьба с гидратами при эксплуатации газлифтных скважин. - Уфа, 1984, с. 70; патент N 2006571, МПК E 21 В 36/04, 1994, РФ; а. с. N 1703810, кл. E 21 В 43/24, 1992, РФ).

Недостатком известных нагревателей является сравнительно низкая температура их контактных поверхностей из-за тепловых потерь при передаче тепла от источника нагрева к этим поверхностям.

Частично этот недостаток устранен в электрическом нагревателе для удаления ГПО в НКТ нефтяных и газовых скважин, принятом за прототип. Этот нагреватель содержит ТЭН, корпус в виде трубы, носовую часть, приборную головку для подсоединения к кабелю и залитый в корпус высокотеплопроводный материал (св. на полезную модель N 6019 от 16.02.98, МПК E 21 В 37/00, РФ).

Высокотеплопроводный материал улучшил теплопередачу от ТЭН к корпусу, однако имеется ряд других недостатков: - в самих стенках корпуса нагревателя остаются потери теплопередачи, в результате чего производительность нагревателя сравнительно невысока; - нагреватель создает в носовой части жидкостную подушку и зависает на НКТ, в результате чего производительность растепления падает; - при вскрытии газовой шапки под гидратопарафиновой пробкой газ выбрасывает нагреватель вверх, иногда до самого устья, в результате чего нагреватель повреждается, а кабель запутывается.

Задачей изобретения является создание нагревателя, в котором устранены указанные недостатки.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного изобретения, является улучшение теплопередачи в стенках корпуса и носовой части нагревателя; уменьшение контактной площади носовой части и соответственно увеличение удельной теплопередачи, что повышает скорость проходки; повышение величины удельной теплопередачи на наружной поверхности трубчатого корпуса; повышение результативности воздействия тепловых потоков от корпуса на гидратопарафиновые образования; самоторможение нагревателя и исключение выброса на значительные расстояния при воздействии на него открывшейся газовой шапки, что исключает повреждения нагревателя.

Показанный технический результат достигается тем, что в электрическом нагревателе для удаления ГПО в НКТ нефтяных и газовых скважин, содержащем ТЭН, корпус в виде трубы, носовую часть, приборную головку для подсоединения к кабелю и залитый в корпус высокотеплопроводный металл, согласно изобретению, носовая часть выполнена в виде конуса со смещенным центром с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, с прорезями на фланце со стороны, противоположной смещению центра носовой части, с выступающей частью фланца со стороны смещенного центра и с продольными, поперечными и/или фигурными канавками на внутренней поверхности, а на наружной и внутренней поверхностях трубчатого корпуса нарезаны со взаимным смещением винтовые канавки, при этом фокус профиля наружной канавки расположен на расстоянии от наружной поверхности корпуса, равном разности радиусов НКТ, из которой удаляют ГПО, и корпуса, а угол конуса носовой части выбран из условия расположения перпендикуляра к середине наружной образующей смещенной носовой части.

Выполнение носовой части нагревателя в виде конуса со смещенным центром увеличивает площадь одной из половин конуса. При диаметре основания конуса, например, 30 мм и смещении центра всего на 2 мм соотношение площадей составляет 1,71. Разность площадей означает, что при воздействии давления газовой шапки на одной половине конуса возникает сила, в 1,71 раза большая, чем на другой половине. Эта нескомпенсированная сила, направленная под углом к образующей конуса и к оси нагревателя, прижимает нагреватель к стенке НКТ, силой трения о которую происходит его торможение. Кроме того, смещение нагревателя к стенке открывает проход газам, способствуя быстрому падению давления и прекращению воздействия на нагреватель.

Резьбовая нарезка на наружной поверхности конуса, во-первых, уменьшает поверхность контакта с ГПО, в результате чего возрастает удельная тепловая нагрузка в зоне контакта, а следовательно, и производительность растепления, во-вторых, дает возможность оттока жидкости, образующейся перед носовой частью нагревателя, в свободную зону, в результате снижается торможение нагревателя и также возрастает производительность растепления.

Прорези на фланце конуса носовой части нагревателя со стороны, противоположной смещению центра конуса, обеспечивают возможность прохода газов в момент их прорыва из-под ГПО, в результате чего, во-первых, давление газов моментально падает, а во-вторых, прорыв газов в данной зоне смещает нагреватель в ту же сторону, что и нескомпенсированная сила на конусе носовой части нагревателя. От такого двойного воздействия смещение нагревателя в сторону и падение давления ускоряются, что в итоге способствует уменьшению величины перемещения нагревателя по стенке НКТ.

Выполнение на конусе со стороны смещенного центра выступающей части фланца обеспечивает торможение нагревателя этим фланцем о внутреннюю поверхность НКТ, а также остановку нагревателя при входе фланца в карман муфты (в муфтовый зазор).

Выполнение на внутренней поверхности конуса носовой части продольных, поперечных и/или фигурных канавок способствует более качественной заливке высокотеплопроводного материала и повышенной теплопроводности из-за увеличения поверхности теплопередачи.

Нарезка винтовых канавок на внутренней и наружной поверхности корпуса-трубы также обеспечивает повышение его теплопроводности по той же причине увеличения поверхности теплопередачи. Кроме того, по канавке наружной поверхности поднимается поток нагретой жидкости, который, закручиваясь по спирали, под действием центробежных сил выбрасывает нагретую жидкость к стенке НКТ, что способствует ее очистке. Скорость перемещения потока и центробежные силы небольшие по величине, однако в сочетании с другими факторами достигается максимальный эффект использования тепловой энергии нагревателя.

Выполнение фокуса профиля канавки наружной резьбы на расстоянии от наружной поверхности корпуса, равном разности радиусов НКТ, из которой удаляют ГПО, и корпуса, обеспечивает концентрацию излучаемой тепловой энергии на стенке НКТ. Смещение нагревателя в работе от оси НКТ все равно обеспечивает нахождение стенки НКТ рядом с фокусом.

Выполнение угла конуса носовой части из условия расположения перпендикуляра к середине его наружной образующей за торцевой кромкой конуса продиктовано тем, что результирующая от действия нескомпенсированной силы, возникшей от смещения центра конуса, направлена как раз перпендикулярно к середине наружной образующей. Когда вектор нескомпенсированной силы, прижимающей нагреватель к стенке НКТ, проходит слева за торцевой кромкой конуса, то обеспечивается прижим нагревателя к стенке НКТ корпусом. Если бы вектор проходил справа от кромки, то корпус разворачивался бы вокруг кромки конуса против часовой стрелки и перегораживал бы выход газам. Итак, предложенное выполнение конуса обеспечивает целенаправленное использование нескомпенсированной силы для борьбы с выбросами нагревателей давлением газа.

Предложенный нагреватель показан на чертеже, где изображены: на фиг. 1 - продольный разрез нагревателя; на фиг. 2 - поперечный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - выноска Г с видом на винтовые канавки на фиг. 1.

Нагреватель содержит ТЭН 1, корпус 2 в виде трубы, носовую часть 3, выполненную в виде конуса, приборную головку 4 для подсоединения к кабелю, залитый в корпус 2 высокотеплопроводный металл 5, смещенный на расстояние "а" центр 6 конуса носовой части 3, прорези 8 на фланце 9 со стороны, противоположной смещению центра 6 конуса 3, выступающую часть 10 фланца 9 со стороны смещенного центра 6, продольные, поперечные и/или фигурные канавки 11 на внутренней поверхности конуса 3, наружную винтовую канавку 12 и смещенную относительно нее внутреннюю винтовую канавку 13 на корпусе 2; фокус 14 профиля канавки наружной резьбы 12, расположенный на расстоянии от наружной поверхности корпуса 2, равном разности радиусов НКТ, из которой удаляются ГПО, и корпуса 2; угол α конуса 3, выбранный из условия расположения перпендикуляра к середине наружной образующей 15 смещенной носовой части 16.

Нагреватель работает следующим образом. Подсоединив нагреватель головкой 4 к кабельному наконечнику, опускают нагреватель в скважину. При достижении заданного уровня включают подачу электрического тока на ТЭН 1. ТЭН 1, нагреваясь, передает тепло через высокотеплопроводный металл 5 к корпусу 2 и конусу носовой части 3. Резьбовая нарезка 7 на конусе 3 уменьшает площадь его контакта с ГПО, в результате чего удельная тепловая нагрузка на ГПО в зоне контакта возрастает. Канавки 11 увеличивают теплопередачу к конусу 3. Винтовые канавки 12 и 14 на корпусе 2 увеличивают площадь теплопередачи от высокотеплопроводного металла 5, в результате чего на жидкость и ГПО воздействуют более интенсивные тепловые потоки. Наличие фокуса 14 на резьбе 12 способствует концентрации тепла на стенках НКТ. Перемещение жидкости по канавке 12 приводит к возникновению центробежных сил, которые также направляют нагретую жидкость на стенки НКТ. Наличие смещенной носовой части 16 обеспечивает прижим нагревателя силой Р к стенке НКТ и торможение его движения при прорыве газа, а также свободный пропуск газов. Прорези 8 способствуют пропусканию газа, снижению его давления, а также прижиму нагревателя к стенке НКТ совместно с силой Р.

Формула изобретения

Нагреватель электрический для удаления гидратопарафиновых образований (ГПО) в насосно-компрессорной трубе (НКТ) нефтяной или газовой скважины, содержащий теплоэлектрический нагреватель (ТЭН), корпус в виде трубы, носовую часть, приборную головку для подсоединения к кабелю и залитый в корпус высокотеплопроводный металл, отличающийся тем, что носовая часть выполнена в виде конуса со смещенным центром с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, с прорезями на фланце со стороны, противоположной смещению центра носовой части, с выступающей частью фланца со стороны смещенного центра и с продольными, поперечными и/или фигурными канавками на внутренней поверхности, а на наружной и внутренней поверхностях трубчатого корпуса нарезаны со взаимным смещением винтовые канавки, при этом фокус профиля наружной канавки расположен на расстоянии от наружной поверхности корпуса, равном разности радиусов НКТ, из которой удаляют ГПО, и корпуса, а угол конуса носовой части выбран из условия расположения перпендикуляра к середине наружной образующей смещенной носовой части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3