Скважинный электронагреватель
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Сеюз Севетсиик
Сецивпистичвскик республик
G О1 V 1/40 с присоединением заявки № (23) Приоритет 3ЪауАаРстеОкыИ квмктет СССР ве двлам взабретенкй в еткрыткй Опубликовано 15.06.82 . Бюллетень № 22 Дата опубликования описания 16. 06. 82 (53) УДК 550. 83(088.8) ь В.Н. Носов, В.А. Виноградов и Н.К. Короткова (72) Авторы изобретения осесоюений научно-иссоедоеатеоьский ииститнуу тьатдтаетатсй геофизики и геохимии (71) Заявитель (54) СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЪ Изобретение относится к средствам для воздействия на горные породы, в частности на нефтеносные пласты, с целью увеличения притока нефти при осуществлении добычи и S разведки нефти и газа. Известен скважинный электронагреватель, используемый для воздействия на нефтяные пласты и содержащий трубчатый корпус, в котором на изоля-, торе размещен нагревательный элемент (1). Недостатком этого устройства явля ется малая эффективность нагрева. Известен скважинный электронагреватель, входящий в состав термоакустического прибора и содержащий изогнутый трубчатый корпус, размещенный в кожухе прибора, в котором HтxoдяTcя на -ревательный элемент на изоляторе и электровводы $2 ). Недостатком этог<т устройства является малая эффективность нагрева горных пород вследствие наличия ко" жуха и неэффективности самих электронагревателей, число которых в этом случае пришлось увеличить и соединить их в блок. Наиболее близким к предлагаемому является скважинный электронагреватель, выпускаемый серийно и устанавливаемый в скважинном термоакутическом приводе, который содержит трубчатый корпус с размещенным в нем нагревательным элементом в виде обмотки, намотанной на изолятор (3g. Этому устройству присуща невысокая эффективность нагрева околоскважинного пространства. Указанный недостаток вызван тем, что устройство имеет малую активную поверхность, отсутствует направленность теплового потока на горные породы и равномерность распределения выделяемого тепла в пространстве. При работе наиболее интенсивный разогрев происходит не в сторону горных пород, а в центр нагревате5853 36 И о 3 93 ля, что снижает его долговечность и эффективность ° Изогнутая конфигурация корпуса приводит к необходимости размещения электронагревателя под акустическим излучателем термоакустического прибора, . что приводит к перегреву последнего и отказам в работе вследствие конвекции тепла вверх по стволу скважины. Недостаточная тепловая эффективность электронагревателя вынуждает при разработке термоакустической аппаратуры увеличивать число нагревателей, понижая тем самым коэффициент . полезного действия и увеличивая потребление электроэнергии и потери в каротажном кабеле пропорционально числу установленных нагревателей. Цель изобретения - повышение . эффективности скважинного. электронагревателя. Укаэанная цель достигается тем, что скважинный электронагреватель, состоящий из трубчатого корпуса с размещенным в нем нагревательным элементом в виде обмотки, намотанной на изолятор, снабжен дополнительным нагревательным элементом, размещен— ным в корпусе коаксиально с ним и выполненным в виде цилиндра Ф установленным на нем витым сердечником из электротехнической стали с шайбами на концах, при этом между изолятором и сердечником установлен теплоизолятор, а трубчатый корпус выполнен из стали. На фиг. 1 показан скважинный нагреватель, фронтальная проекция; на фиг. 2 — то же, поперечное сечение по горизонтали. В крышке l стального корпуса 2 4 скважинного электронагревателя . установлен дополнительный нагревательный элемент, состояций из цилиндра 3, выполненного из немагнитного материала, на котором на бумаж ной или матерчатой негорючей прокладке (на фиг. 1 не показана) установлены витой сердечник 4, выполненный из электротехнической трансформаторной стали. Поверх сердечника находится теплоизолятор 5, а снаружи теплоизолятора 5 размещен электроиволятор 6, в котором имеют ся пазы для нагревательной обмотки 7. Обмотка может быть выполнена из меди или сплава с высоким удельным электрическим сопротивлением, например нихрома или константана. С обеих сторон на концах витого сердечника размещены шайбы 8, на 5 ружный диаметр которых равен внутреннему диаметру. стального корпуса 2„ а внутренний — наружному диаметру сердечника 4. Крышка 9 подобна крышке 1 и выполняет те же функции защищает электронагреватель от затекания в него скважинной жидкости. В верхней части цилиндра 3 выполнен электроразъем 10 с электровводами 11 и 12 (фиг. 2), которые соединены с концами нагревательной ебмотки 7 1S,(íà фиг. 1 не показана). Корпус 2 выполнен толстостенным и из магнитного материала, например из стали. Между его внутренней поверхностью и витками обмотки 7 сделан воздушный зазор или проложен слой теплостойкой изоляции. Внутри цилиндра 3 могут быть проведены провода питания для акустического излучателя (на фиг. 1 не показан). Теплоизолятор 5 может быть выполнен не только из материалов с низкой теплопроводностью, но и из материалов с хоро, шей отражающей способностью. Скважинный электронагреватель работает следующим образом. При подаче переменного напряжения на вход нагревательной обмотки 7. через электровводы 11 и 12 в магнитной цепи, образованной корпусом 2, витым сердечником 4 и шайбами 8, возникает магнитный поток, величина которого равна Ф=Г!4,44и1, r (1) где Е - напряжение на входе или напряжение питающей сети; n - -число витков в обмотке 7; f - частота питающего напряжения Е. Большие вихревые потери и интенсивное выделение тепла происходят за счет перемагничивания стальной трубы, в виде которой выполнен корпус 2, имеющий толщину стенок примерно такую же, что и толщина стенок цйлиндра 3, "ферромагнитные потери, благодаря которым нагревается корпус 2, складываются из потерь на вихревые токи, которые в данном случае являются основными, потерь на гистерезис и из допалнительных потерь. Общий тангенс угла ферромагнитных потерь равен К ; Величина 5853 10 ! js а0 4$ $0 5 93 / и его составляющих определяется эмпирически : = ИВ+ Ц1)®+ 4Н 4п (2) . где К о - тангенс потерь на вихре-. в, вые токи; 4 Н - тангенс потерь на гистерезис (H - напряженность магнитного поля в корпусе 2); дд - тангенс угла дополнительных потерь, равный Кд--К„,Ч u)-+d„ где Д „ — составляющая тангенса угла дополнительных потерь, пропорциональная частоте; Д, - тангенс угла потерь на последействие ипи тангенс начальных потерь. Скважинный электронагреватель может быть выполнен в двух вариантах: с обмоткой нагревателя из медного провода или с обмоткой из провода с большим удельным электрическим сопротивлением, например нихрома или константана. При выполнении обмотки из меди ее активное сопротивление мало, и все тепло выделяется за счет мощности потерь. В этом случае понижаются требования к материалу теплоизолятора 5 и к электроизолятору 6. Цилиндр 3 в этом случае меньше нагревается, что означает снижение тепловых потерь внутри скважинного электронагревателя и повышение эффективности нагрева корпуса 2, а вместе с ним и горных пород в скважине. При выполнении второго варианта с обмоткой из провода типа нихрома или константана общее количество производимого электронагревателем тепла равно сумме тепла, выделяемого на активном сопротивлении обмотки и за счет электрических потерь в материале корпуса 2.. В случае выполнения теплоизолятора 5 из материала с хорошей теплоотражающейся способностью перегрев сердечника 4 минимальный, что приводит к дополнительному повышению эффективности нагревателя из-за направленности теплового потока в сторону горных пород..Так как магнитное сопротивление сердечника 4 и шайб 8 незначительно по сравнению с магнитным сопротивлением корпуса 2, то внутреннего разогрева практически нет. Нет и соответствующих потерь тепла, присущих известному устройству. Таким образом, введение допол" нительного нагревательного элемента в виде цилиндра с установленным на нем витым сердечником и шайбами на концах из электротехнической стали и выполнение корпуса стальным выгодНо отличают скважинный электронагреватель от известного, позволяют увеличить эффективность нагрева горных пород в скважине. Формула изобретения 1. Скважинный электронагреватель, состоящий из трубчатого корпуса с размещенным в нем нагревательным элементом в виде обмотки, намотанной на,.изолятор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности скважинного электронагревателя, он снабжен дополнительным нагревательным элементом, размещенным в корпусе коаксиально с ним и выполненным в виде цилиндра с установленным на нем витым сердечником из электротехнической стали с шайбами на концах, при этом между изолятором и сердечником установлен теплоизопятор. 2. Электронагреватель по и. 1, отличающийся тем, что трубчатый корпус выполнен из стали. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 . l. Шейнман А.Б. О новых возможностях воздействия на нефтяной пласт. Сб. "Фильтрация, теплоперенос и нефтегазоотдача в сложных пластовых системах", АН СССР, Институт геологии и разработки горючих ископаемых. И., нйаука, 1978, с. 11. 2. Инструкция flo термоакустической обработке призабойных зон с целью увеличения производительности скважин. Всесоюзный нефтегазовый научно-исследовательский институт ИНП, И., 1978, с. 12. 3. Научно-технический отчет по теме Xt д - 108-6/762-76, инв. Н 2883; ЯКИИЯ ГГ, с. 214 (прототип) .
