Устройство для электроотогрева устья водонагнетательной скважины

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам для электроотогрева трубопроводов и запорной арматуры устья водонагнетательных скважин системы поддержания пластового давления нефтяного месторождения. Техническим результатом является повышение эффективности работы устройства, а также уменьшение габаритов и массы устройства. Для этого магнитопровод трансформатора выполнен цилиндрической формы в виде кольца. Его вторичная обмотка намотана из гибкого кабеля непосредственно на магнитопровод в один слой с возможностью параллельного соединения одинаковых секций непосредственно с соединительными хомутами. Это позволяет использовать трансформатор в качестве малогабаритного и переносного устройства для электроотогрева устья водонагнетательных скважин. Соединительные хомуты установлены на трубах устья скважины в зоне положительных температур грунта, что позволяет вести электроотогрев без разборки теплоизоляции трубопроводов устья. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам для электроотогрева трубопроводов устья водонагнетательных скважин системы поддержания пластового давления нефтяного месторождения.

Известно устройство для электронагрева нефтескважины, содержащее силовой трансформатор и кабель для подачи питания на электрозажимы трубопроводов скважины [заявка РФ 98115524, Е 21 В 36/00, БИ 13, 2000 г.]. Известное устройство предназначено для поддержания положительной температуры нефтескважины и не может быть использовано для отогрева ото льда трубопровода устья водонагнетательной скважины, замерзшего в результате аварийного прекращения подачи воды в скважину в зимнее время.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, в котором частично устранен вышеуказанный недостаток, является устройство для электроотогрева стальных трубопроводов ото льда, включающее в качестве источника тока сварочные трансформаторы, способные обеспечить большой ток при малом сопротивлении наружной цепи. Известное устройство включает также электрический кабель и соединительные хомуты [Чубов В.А., Электроотогрев стальных трубопроводов, "Водоснабжение и санитарная техника", 4, 1985 г., с. 23, первый абзац].

Недостатком известного устройства является то, что сварочные трансформаторы обеспечивают отогрев, если минимальная длина трубы, подсчитанная по формуле [см. там же, с. 25, формула 12], составляет не менее 100-150 м. Длина трубопровода устья водонагнетательной скважины, подверженной замерзанию в зимнее время, существенно меньше и составляет от 5 до 10 м (при электрическом сопротивлении R=0,0015-0,003 Ом). При подключении известного устройства к трубопроводам устья скважины происходит короткое замыкание - ток возрастает до I = 80/0,003 = 26666 ампер.

В изобретении решается техническая задача повышения эффективности устройства для отогрева ото льда устья водонагнетательной скважины, имеющего общую длину стальных трубопроводов и арматуры 5-10 м (при электрическом сопротивлении R= 0,0015-0,003 Ом), а также уменьшения габаритов и массы устройства.

Задача решается тем, что в устройстве для электроотогрева устья водонагнетательной скважины, включающего силовой трансформатор, электрический кабель и соединительные хомуты, согласно изобретению, магнитопровод трансформатора выполнен цилиндрической формы, а вторичная обмотка выполнена многосекционной из гибкого кабеля, намотанного непосредственно на магнитопровод в один слой, с возможностью параллельного соединения секций непосредственно с соединительными хомутами, причем соединительные хомуты установлены на трубах устья скважины в зоне положительных температур грунта.

Признаки изобретения: 1. силовой трансформатор, 2. электрический кабель, 3. соединительные хомуты, 4. магнитопровод трансформатора выполнен цилиндрической формы, 5. вторичная обмотка выполнена многосекционной, 6. то же из гибкого кабеля, 7. то же в один слой, 8. вторичная обмотка выполнена с возможностью параллельного соединения секций непосредственно с соединительными хомутами, 9. соединительные хомуты установлены на трубах устья скважины в зоне положительных температур грунта.

Признаки 1, 2 и 3 являются общими для известного и предлагаемого устройств электроотогрева. Признаки 4-9 являются существенными отличительными признаками предлагаемого изобретения.

Сущность изобретения заключается в том, что малогабаритный (переносной) силовой трансформатор при подключении вторичной обмоткой к стальным трубам с длиной 5-10 м и, соответственно, с очень низким электрическим сопротивлением индуцирует ток силой в 720-880 ампер. При прохождении по стальной трубе и арматуре устья водонагнетательной скважины такой силы тока выделяется достаточное количество тепла, чтобы растопить лед внутри трубы. Повышение эффективности трансформатора на 10-15% в этих условиях обусловлено цилиндрической формой магнитопровода, когда в нем отсутствуют зазоры, снижающие кпд устройства. Цилиндрическая форма, как следствие, позволяет с максимальной эффективностью использовать всю поверхность магнитопровода для размещения первичной и вторичной обмоток. Так как количество витков во вторичной обмотке ограничено 5-6, то вторичная обмотка выполнена многосекционной. Это позволяет, как следствие, многократно увеличить суммарную силу тока на соединительных хомутах. Таким образом, цилиндрическая форма магнитопровода (через причинно-следственные связи) позволяет повысить эффективность, то есть увеличить силу тока на выходе вторичной обмотки без риска перегрузки трансформатора. Для дальнейшего повышения эффективности (увеличения кпд трансформатора) и улучшения отвода тепла вторичная обмотка намотана непосредственно на магнитопровод в один слой. Для этого используют гибкий кабель. Использование гибкого кабеля, как следствие, позволяет многосекционную вторичную обмотку параллельно присоединить непосредственно к клеммнику соединительных хомутов. Соединительные хомуты располагают на трубах устья скважины в зоне положительных температур грунта, где лед заведомо отсутствует, что позволяет сократить время отогрева, так как движение воды в трубопроводе становится возможным после отогрева 15-20% полного объема льда [см. там же, с. 25, колонка 3, 2 абзац]. Кроме того, такое расположение хомутов позволяет вести электроотогрев без разборки теплоизоляции трубопроводов устья.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для отогрева.

Устройство для электроотогрева содержит силовой трансформатор 1, состоящий из магнитопровода 2, выполненного цилиндрической формы, на котором расположены первичная 3 и вторичная 4 обмотки. Вторичная обмотка 4 выполнена из гибкого кабеля 5 и намотана непосредственно на магнитопровод 2. Вторичная обмотка 4 разбита на одинаковые секции 6, выводные концы которых соединены параллельно и с помощью клеммника 7 присоединены непосредственно к соединительным хомутам 8. Соединительные хомуты 8 установлены на трубах 9 устья скважины в зоне положительных температур грунта.

Пример конкретного выполнения. Силовой трансформатор 1 имеет магнитопровод 2 цилиндрической формы (в виде кольца). Кольцо магнитопровода 2 получают намоткой нескольких слоев ленты из электротехнической стали. Сечение магнитопровода составляет 70 мм². На кольцо магнитопровода наматывают первичную обмотку 3 в количестве 210 витков из провода ПСДТ со стеклонитевой изоляцией. Вторичная обмотка 4 выполнена непосредственно на поверхности магнитопровода (без катушки) гибким кабелем 5 марки КГ-50 с сечением 50 мм². Вторичная обмотка 4 разделена на шесть одинаковых секций 6, каждая из которых имеет 6 витков. Вводы и выводы секций 6 вторичной обмотки соединены параллельно и непосредственно соединяются с хомутами 7. Соединительные хомуты располагают на трубопроводах устья в зоне положительных температур грунта для данной местности. В районе Ромашкинского нефтяного месторождения на глубине 1,6 м и ниже находится зона устойчивых положительных температур (см. таблицу).

Номинальный ток нагрузки предлагаемого силового трансформатора составляет 880 ампер, напряжение холостого хода 10 вольт при общей массе устройства 95 кг, что позволяет повысить эффективность и использовать его в качестве малогабаритного переносного устройства для электроотогрева устья водонагнетательных скважин. Расчет параметров электроотогрева применительно к конкретным характеристикам устройства и трубопровода приведен в работе [Чубов В.А., Электроотогрев стальных трубопроводов, "Водоснабжение и санитарная техника", 4, 1985 г. , с. 23-26]. Сравнение с известным устройством показывает, что, например, широко распространенный сварочный трансформатор СТШ-500-80 [Геворкян В.Г., Основы сварочного дела, 5-е изд., - М.: Высшая школа, 1991, с. 40, таблица 5, строка 4], имеющий магнитопровод прямоугольной формы, генерирует на вторичной обмотке ток силой в 800 ампер при напряжении 80 вольт и имеет массу 320 кг. Напряжение на вторичной обмотке 80 вольт исключает использование известного устройства для электроотогрева устья водонагнетательных скважин (I= U/R=0/0.003= 26666 ампер при номинале 800 ампер), а масса в 320 кг затрудняет транспортировку устройства зимой в полевых условиях.

Источники информации
1. Заявка РФ 98115524, Е 21 В 36/00, БИ 13, 2000 г.

2. Чубов В.А., Электроотогрев стальных трубопроводов, "Водоснабжение и санитарная техника", 4, 1985 г., с. 23-26.

3. Геворкян В.Г., Основы сварочного дела, 5-е изд., - М.: Высшая школа, 1991, 239с.

Формула изобретения

1. Устройство для электроотогрева устья водонагнетательной скважины, включающее силовой трансформатор, электрический кабель и соединительные хомуты, отличающееся тем, что магнитопровод трансформатора выполнен цилиндрической формы, а вторичная обмотка выполнена многосекционной из гибкого кабеля, намотанного непосредственно на магнитопровод в один слой, с возможностью параллельного соединения секций непосредственно с соединительными хомутами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительные хомуты установлены на трубах устья скважины в зоне положительных температур грунта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2