Скважинный индукционный нагреватель

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к электронагревателям, применяемым при добыче вязкой нефти из скважин. Индукционный нагреватель включает кожух, несущий элемент с размещенными на нем индукционными катушками. Несущий элемент выполнен в виде стержня, размещенного соосно в кожухе и соединенного с ним в верхней и нижней частях посредством узлов крепления из немагнитного материала. Индукционные катушки дополнительно снабжены ферритовыми магнитопроводами с полюсными наконечниками, обращенными к стенкам кожуха, и равномерно разнесены по длине стержня на расстоянии, кратном длине индукционной катушки. Межкатушечные пространства заполнены немагнитным и неэлектропроводящим материалом. Стержень и кожух также выполнены из немагнитного и неэлектропроводящего материала. Полюсные наконечники магнитопроводов, и немагнитный, и неэлектропроводящий материал межкатушечных пространств имеют каналы для последовательного соединения индукционных катушек. Индукционный нагреватель дополнительно снабжен термочувствительным элементом, встроенным в верхнем узле крепления. Использование индукционного нагревателя позволит повысить эффективность нагрева флюида в скважине и в прискважинном пространстве продуктивного пласта, расширить функциональные возможности, упростить эксплуатацию нагревателя за счет снижения собственных магнитных и электрических потерь и выполнения его в виде геофизического прибора. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к электронагревателям, применяемым при добыче вязкой нефти из скважин.

Известен индукционный нагреватель (см. пат. РФ 2010954, МПК 5 Е 21 В 43/24, oпубл. 15.04.94 г. , бюл. 7), включающий кожух, несущий элемент с размещенными на нем индукционными катушками, несущий элемент выполнен в виде корпуса, концентрично установленного относительно кожуха, и образующий с ним кольцевую полость, в полости корпуса установлен сердечник, выполненный полым, при этом индукционные катушки установлены относительно кожуха с зазором, а полость сердечника связана с кольцевой полостью между корпусом и кожухом.

Недостатком такого нагревателя является низкая эффективность разогрева флюида в скважине или прискважинного пространства продуктивного пласта, т.к. металлические корпус и кожух, являясь поглотителями электромагнитной энергии, а значит, и источником тепла, часть тепла отдают обратно индукционным катушкам, которые перегреваются и могут выйти из строя.

Кроме того, конструкция индукционных катушек допускает концентрацию электромагнитного поля по краям катушек, что приводит к локальному перегреву нагревателя, снижая его надежность.

Конструкция известного нагревателя предполагает стационарное его использование, что снижает функциональные возможности индуктора.

Известен индукционный нагреватель, включающий кожух, несущий элемент с размещенными на нем индукционными катушками, выполненными в виде секций, несущий элемент выполнен в виде корпуса, посредством которого нагреватель устанавливают на насосно-компрессорных трубах в скважине (см. WO 98/58156, МПК 6 Е 21 В 43/24, 28/00, 43/00, опубл. 23.12.98 г.).

Недостаток известной конструкции заключается в недостаточной эффективности разогрева флюида в скважине и прискважинного пространства из-за ограниченных функциональных возможностей, т.к. нагреватель устанавливается на насосно-компрессорной трубе и может нагревать только жидкость в скважине, которая находится в месте его установления или которая протекает по насосно-компрессорной трубе. Кроме того, для установки прибора требуется остановка эксплуатации скважины.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является индукционный нагреватель (пат. РФ 2086759, МПК 6 Е 21 В 43/24, oпубл. 10.08.97 г., бюл. 22), включающий кожух, несущий элемент с размещенными на нем индукционными катушками, выполненный в виде ферромагнитного корпуса и снабженный радиаторами, установленными выше каждой индукционной катушки.

Недостаток описанной конструкции индукционного нагревателя состоит в том, что ферромагнитный корпус выполнен из металла и является поглотителем электромагнитной энергии и, таким образом, источником тепла. При этом он греет не только жидкость, но и индукционную обмотку, которая с ним соприкасается. Это снижает надежность работы устройства и эффективность нагрева флюида в скважине и прискважинном пространстве.

Кожух индукционного нагревателя также выполнен из ферромагнитного материала, что тоже вызывает его нагрев индуктором. Таким образом, кожух является промежуточным источником тепла, которое передается в скважинную жидкость и одновременно - в электроизоляционную жидкость в приборе. Это вызывает перегрев индукционной обмотки и нерациональное распределение теплового потока от источника тепла к скважинной жидкости. Конструкция устройства позволяет изготовить индукционный нагреватель только большого диаметра, а именно больше диаметра насосно-компрессорной трубы, на которой он и устанавливается, что ограничивает его применение.

Кроме того, для установки прибора требуется остановка эксплуатации скважины.

Технический результат - повышение эффективности нагрева флюида в скважине и прискважинном пространстве продуктивного пласта за счет уменьшения его собственных электрических и магнитных потерь и возможности оперативного измерения температуры, повышение удобств эксплуатации за счет сокращения габаритов.

Технический результат достигается тем, что индукционный нагреватель, включающий кожух, несущий элемент с размещенными на нем индукционными катушками, несущий элемент выполнен в виде стержня, который соосно размещен в кожухе и соединен с ним в верхней и нижней своих частях посредством узлов крепления из немагнитного материала, индукционные катушки, дополнительно снабженные ферритовыми магнитопроводами с полюсными наконечниками, обращенными к стенкам кожуха, равномерно разнесены по длине стержня на расстоянии, кратном длине индукционной катушки, межкатушечные пространства заполнены немагнитным и неэлектропроводящим материалом, при этом стержень и кожух также выполнены из немагнитного и неэлектропроводящего материала, причем полюсные наконечники магнитопроводов и немагнитный и неэлектропроводящий материал межкатушечных пространств имеют каналы для обеспечения последовательного соединения индукционных катушек, индукционный нагреватель дополнительно снабжен термочувствительным элементом, встроенным в верхнем узле крепления.

Сопоставительный анализ с известными конструкциями индукционных нагревателей показывает, что заявленное решение позволяет наиболее оптимально решить задачу повышения эффективности нагрева флюида в скважине и прискважинном пространстве продуктивного пласта, расширения функциональных возможностей нагревателя и повышения удобств эксплуатации.

К совокупности существенных признаков заявляемого индукционного нагревателя, позволяющих получить упомянутый результат, следует отнести то, что использование стержня, соосно размещенного в кожухе и соединенного с ним в верхней и нижней своих частях посредством узлов крепления из немагнитного материала, на котором установлены индукционные катушки, позволяет резко сократить габариты нагревателя и выполнить его в виде геофизического прибора диаметром, например, 42 мм, что позволяет использовать его в эксплуатационной скважине по принципу выполнения геофизических работ без необходимости ее остановки. Это позволяет перемещать прибор в скважине и таким образом нагревать любой заданный интервал по ее глубине.

Выполнение стержня индукционного нагревателя из немагнитного и неэлектропроводящего материала исключает электрические и магнитные потери в самой конструкции нагревателя, исключает перегрев индукционных катушек, повышает надежность и теплоотдачу нагревателя. Отсутствие короткозамкнутого витка, который может возникнуть при соприкосновении металлических элементов крепления стержня индукционного нагревателя с металлом насосно-компрессорной или обсадной трубы исключает магнитные и электрические потери.

Последовательное соединение индукционных катушек с немагнитными и неэлектропроводящими промежутками позволит создать независимые друг от друга участки магнитного поля с одинаковой напряженностью по всей длине индукционного нагревателя, что позволяет исключить повышенную концентрацию напряженности магнитного поля по краям индукционной обмотки и, соответственно, локального перегрева нагреваемой трубы и токопроводящей жидкости в скважине в этих двух точках.

Выполнение ферритовых магнитопроводов с полюсными наконечниками из магнитомягкого материала с малыми потерями на перемагничивание позволяет снизить потери в приборе и добиться максимального коэффициента полезного действия скважинного индукционного нагревателя, гарантированно замкнуть магнитный поток каждой секции на металл обсадной трубы.

Расположение индукционных катушек на стержне с заполненными немагнитным и неэлектропроводящим материалом промежутками, длина которых кратна длине индукционной катушки, позволяет гарантированно замкнуть магнитное поле каждой индукционной катушки на металл обсадной трубы при любом положении индукционного нагревателя в скважине, т.е. наилучшим образом сконцентрировать его на объекте нагрева, что повышает эффективность нагрева.

Выполнение кожуха и стержня из немагнитного и неэлектропроводящего материала не вносит магнитных и электрических потерь и обеспечивает дополнительную механическую прочность индукционного нагревателя.

Встроенный в верхнем узле крепления нагревателя термочувствительный элемент датчика температуры позволяет измерять температуру в скважине и оперативно оценивать процесс нагрева, добиться максимально возможного технологического результата по разогреву скважины или прискважинного пространства продуктивного пласта за минимальное время с наибольшим экономическим эффектом.

На чертеже представлен поперечный разрез предлагаемого индукционного нагревателя.

Индукционный нагреватель содержит кожух 1 из стеклопластика, стержень 2 из стеклопластика, индукционные катушки 3, ферритовые магнитопроводы 4 с полюсными наконечниками 5, межкатушечные пространства 6, заполненные немагнитным и неэлектропроводящим материалом, длина которых больше, чем максимальное расстояние от любой точки полюсного наконечника магнитопровода до стенки насосно-компрессорной трубы, в которой размещается заявляемый индукционный нагреватель, верхний узел крепления 7, являющийся соединительным мостом из нержавеющей стали, термочувствительный элемент 8 датчика температуры, герметичный приборный отсек 9, разъем 10 для соединения индукционного нагревателя с подводящим электроэнергию кабелем, нижний узел крепления 11 стержня 2 и кожуха 1, представляющий собой конус из немагнитного материала, например из нержавеющей стали.

Индукционный нагреватель работает следующим образом.

Электрический ток высокой частоты, проходя по индукционным катушкам 3, создает электромагнитное поле, концентрирующееся на металле насосно-компрессорной трубы (на чертеже не показано), и нагревает ее вихревыми токами. Тепло, выделяющееся в металле насосно-компрессорной трубы способствует удалению парафиногидратных отложений с ее поверхности.

С помощью термочувствительного элемента 8 датчика температуры оперативно оценивается результат по разогреву скважины или прискважинного пространства продуктивного пласта за минимальное время с наибольшим экономическим эффектом.

Практический результат использования скважинного индукционного нагревателя показал, что темп нагрева поверхности металла составляет 15^oС в минуту. Такой темп нагрева обеспечивает эффективную очистку от парафиногидратных отложений при перемещении прибора в скважине.

В случае использования нагревателя для нагрева обсадной трубы происходит нагрев прискважинного пространства продуктивного пласта с таким же темпом, что вызывает вынос из него парафиносмолистых отложений и восстановление производительности работы скважины, или обсадной трубы, разогревая парафиносмолистые отложения в прискважинном пространстве продуктивного пласта.

Использование предлагаемого индукционного нагревателя позволит повысить эффективность нагрева флюида в скважине и в прискважинном пространстве продуктивного пласта, расширить функциональные возможности, упростить эксплуатацию нагревателя.

Формула изобретения

Индукционный нагреватель, включающий кожух, несущий элемент с размещенными на нем индукционными катушками, отличающийся тем, что несущий элемент выполнен в виде стержня, который соосно размещен в кожухе и соединен с ним в верхней и нижней своих частях посредством узлов крепления из немагнитного материала, индукционные катушки, дополнительно снабженные ферритовыми магнитопроводами с полюсными наконечниками, обращенными к стенкам кожуха, равномерно разнесены по длине стержня на расстоянии, кратном длине индукционной катушки, межкатушечные пространства заполнены немагнитным и неэлектропроводящим материалом, при этом стержень и кожух также выполнены из немагнитного и неэлектропроводящего материала, причем полюсные наконечники магнитопроводов, и немагнитный, и неэлектропроводящий материал межкатушечных пространств имеют каналы для обеспечения последовательного соединения индукционных катушек, индукционный нагреватель дополнительно снабжен термочувствительным элементом, встроенным в верхнем узле крепления.

РИСУНКИ

Рисунок 1